Microbiota, cáncer e inmunoterapia

Microbiota, cancer and immune therapy

Los humanos somos/estamos gobernados, en parte, por los microorganismos que hospedamos.¹ La relación entre el cáncer y los microbios es compleja y no del todo conocida. Aunque generalmente se considera que el cáncer es una enfermedad con una importante base genética y ambiental, los microorganismos están implicados en, aproximadamente, el 20% de los tumores malignos humanos.² Los microbios presentes en distintas mucosas pueden formar parte del microambiente tumoral de las neoplasias del tracto aerodigestivo, y los microbios intratumorales pueden afectar el crecimiento y la diseminación del cáncer.^3,4,5,6

Por el contrario, la microbiota intestinal también funciona en la desintoxicación de los componentes de la dieta, reduciendo la inflamación y manteniendo un equilibrio en el crecimiento y la proliferación de la célula huésped. La posibilidad de la terapéutica del cáncer basada en microbios ha suscitado interés durante más de 100 años, desde las toxinas de Coley (una de las formas más precoces de terapia de bacterias contra el cáncer) hasta la era actual de los microbios de diseño de la biología sintética y los trasplantes de microbiota. Por lo tanto, la relación entre la microbiota y el cáncer requiere una perspectiva holística.

La inmunoterapia utilizada contra el cáncer ha sufrido un importante avance y transformación en los últimos años, siendo, en la actualidad, uno de los pilares fundamentales de su tratamiento. Este avance lo representan fundamentalmente los llamados immune checkpoints inhibitors (inhibidores del punto de control inmunológico). En la práctica clínica habitual existen fundamentalmente dos tipos de fármacos; los inhibidores de CTLA-4 (Cytotoxic T-lymphocyte Associated Protein 4) y los inhibidores de PD-1 y/o PD-L1. Dichos fármacos tienen como finalidad quitar el freno del sistema inmune y, por tanto, permitir que pueda atacar a la célula tumoral.

Se realizó una búsqueda en Pubmed con los términos microbiota e immunotherapy (inmunoterapia) hasta la fecha 1 de octubre de 2018. De los 475 artículos iniciales que aparecieron en la búsqueda se aplicó el filtro de revisión y ensayo clínico, reduciéndose a 204. Finalmente se seleccionaron por la calidad científica de los mismos un total de 50 artículos.

A continuación, se revisa y discute la relación existente entre la microbiota intestinal, el sistema inmune y la eficacia de la inmunoterapia contra el cáncer.

En los últimos años, se ha descubierto una amplia población microbiana en el intestino y la piel humana (se estima que cada individuo tenemos unos 30 billones de microbios),⁷ y las alteraciones de esta flora pueden provocar profundas modificaciones en la salud. Entre las funciones de la misma, se encuentra la regulación del sistema inmune.⁸

El intestino humano es el sitio anatómico con mayor y más compleja colección de entidades microscópicas, denominada microbioma, el cual incluye bacterias, arqueas, eucariotas microbianas y virus.⁷ El microbioma intestinal asociado a individuos sanos está dominado por especies bacterianas de Bacteriodetes . Firmicutes phyla, con representación de phyla adicionales menos dominantes, como Actinobacteria, Fusobacteria, Proteobacteria . Verrucomicrobia.⁹

El epitelio intestinal a través de sus péptidos secretores antibacterianos y la red de células del sistema inmune innato y adaptativo regulan la inmunidad intestinal. Las células inmunes de la mucosa intestinal se organizan específicamente para formar el tejido linfoide asociado al intestino, donde las células inmunes se activan mediante antígenos bacterianos. Este sistema inmune nos protege de las infecciones por patógenos, al mismo tiempo que mantiene la tolerancia a los antígenos bacterianos alimentarios y ambientales. La capa de moco sobre el epitelio intestinal contiene efectores antimicrobianos e inmunoglobulina A secretora, siendo el primer componente defensivo intestinal.¹⁰

Si bien es cierto que la inmunoterapia es eficaz en gran número de tumores, continúa existiendo un importante porcentaje de pacientes que no responden a la misma. Uno de los posibles factores que podrían influir en la falta de eficacia de la inmunoterapia es el microbioma intestinal.¹¹

A continuación, se desarrolla brevemente la investigación realizada hasta la fecha que vincula la flora intestinal con la respuesta a la terapia de inhibidores de immune checkpoints.

Una de las primeras publicaciones que examinó la relación entre la microbiota intestinal y la inmunoterapia fue el trabajo publicado por Vétizou et al.,¹² específicamente entre las bacterias comensales y el tratamiento con anticuerpos anti-CTLA-4. En ratones criados bajo condiciones libres de patógenos específicos y gérmenes, o en modelos de ratones tratados con antibióticos, los autores encontraron que la eficacia de ipilimumab (anticuerpo anti-CTLA-4) fue significativamente mayor en aquellos casos de colonización intestinal por dos especies de bacterias del orden Bacteroidales (phylum Bacteroidetes) y una especie del orden Burkholderiales (phylum Proteobacteria). Además se documentó que estas dos especies (Bacteroidales y Burkholderiales) redujeron significativamente los signos histopatológicos de la colitis, un evento adverso con anticuerpos anti-CTLA-4 que puede llegar a ser grave.¹³ Demostraron además que la administración a pacientes de determinados cultivos bacterianos vivos, antes y después del tratamiento con ipilimumab, mejoró sus resultados.

Sivan et al. aportan una sólida evidencia sobre cómo la eficacia de la terapia que bloquea la PD-L1 puede incrementarse con la modulación de la microbiota intestinal.¹⁴ En dicho estudio se examinó el crecimiento subcutáneo de melanoma B16.SIY en ratones C57BL/6 genéticamente similares, crecidos en el Laboratorio Jackson (JAX) y Taconic Farms (TAC). Descubrieron que el crecimiento tumoral era más agresivo en ratones TAC, en comparación con los ratones JAX, y que los ratones TAC tenían una acumulación significativamente menor de células T CD8+ intratumorales. Asimismo, llevaron a cabo experimentos en los que demostraron que dicha diferencia se debía a la distinta microbiota intestinal que presentaban los ratones. Demostraron que la transferencia profiláctica de materia fecal de ratones JAX a ratones TAC era suficiente para retrasar el crecimiento tumoral. Para examinar si la población microbiana era efectiva como terapia única, administraron material fecal de ratones JAX solos o en combinación con anticuerpos monoclonales (mAb) anti-PD-L1 en ratones TAC. Demostraron que solo la materia fecal era suficiente para inhibir el crecimiento tumoral y que el tratamiento de combinación mejoraba aún más dichos resultados. Para identificar las especies bacterianas responsables, utilizaron la secuenciación del ARN ribosómico 16S (16S rRNA) e identificaron especies de Bifidobacterium (B), particularmente Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum y Bifidobacterium adolescentis como las especies candidatas. El papel de estas especies de Bifidobacterium en la mejora de la inmunidad protectora antitumoral se investigó en ratones TAC con xenoinjerto de melanoma mediante la administración por sonda oral de un cóctel de especies de Bifidobacterium que contenían B. breve y B. longum. También demostraron que se obtenía un mayor control antitumoral en comparación con aquellos ratones que no recibieron dicho tratamiento, siendo esta diferencia estadísticamente significativa. La explicación que dan los autores a dicho fenómeno es por el efecto que las especies de Bifidobacterium tienen sobre la activación de las células dendríticas (CD), lo que a su vez mejora la función efectora de las células T CD8+ específicas contra el tumor. Sin embargo no fueron capaces de explicar los posibles mecanismos por los que las especies de Bifidobacterium activan las células dendríticas.

Para apreciar mejor el mecanismo biomolecular funcional por el cual las especies de bifidobacterias generan una respuesta antitumoral inmune, Spranger et al.¹⁵ contextualizan la investigación realizada por Sivan. Sugieren que ciertas CD son claramente dependiente de las especies de bifidobacterias para el cebado y la proliferación de las células T efectoras CD8+. Dicha afirmación apoyaría otras publicaciones que reconocen la acción inmunomoduladora de algunas especies de bifidobacterium.^16,17

Matson et al.,¹⁸ al examinar las muestras de heces obtenidas de pacientes con melanoma metastásico antes del tratamiento con inmunoterapia anti-PD-1, descubrieron que B. longum, Collinsella aerofaciens. Enterococcus faecium eran más abundantes en los pacientes que respondieron al tratamiento, lo que respalda el potencial beneficio/sinergia de determinada microbiota con la inmunoterapia. Frankel et al.,¹⁹ demostraron que los pacientes con melanoma que respondieron al tratamiento con immune checkpoints presentaban mayor abundancia de Bacteroides caccae. Wargo et al.²⁰ examinaron la microbiota intestinal humana y los metabolitos de pacientes con melanoma metastásico que recibieron terapia anti-PD-1 usando rRNA 16S. Descubrieron que la diversidad y composición bacteriana en los pacientes que respondieron a la terapia fueron significativamente diferentes de las de los pacientes que no respondieron. Los respondedores tenían una mayor diversidad de bacterias y una mayor abundancia de Clostridiales, y los no respondedores tenían una mayor abundancia de Bacteroidales.

Gopalakrishnan et al.,²¹ compararon la microbiota intestinal de pacientes con melanoma metastásico tratados con terapia anti-PD-1. Demostraron que los pacientes que respondieron presentaban significativamente mayor diversidad y abundancia bacteriana de la familia Ruminococcaceae (pertenece al orden de los Clostridiales), en comparación con los pacientes que no respondieron a la terapia. Además, realizaron experimentos de trasplante de microbiota fecal en ratones libres de gérmenes, en los que demostraron que al trasplantarles muestras de heces de pacientes que respondieron a la terapia anti-PD-1 y anti-PD-L1 obtenían una mayor respuesta con la terapia anti-PD-1 y anti-PD-L1, junto con una mayor densidad de células T CD8+.

Otro estudio reciente de Routy et al.,²² investigó los efectos de la microbiota intestinal en la terapia anti-PD-1. En su estudio, se recogieron datos de 140 pacientes con cáncer de pulmón no microcítico avanzado, 67 pacientes con carcinoma de células renales y 42 pacientes con carcinoma urotelial. Encontraron que en los 69 pacientes tratados con anti-PD-1 que recibieron antibióticos (dos meses antes o un mes después de comenzar el tratamiento) la supervivencia libre de progresión y la supervivencia global fueron más cortas. Analizaron la composición de la microbiota intestinal mediante secuenciación obteniendo una mayor abundancia de Akkermansia muciniphila en los pacientes que respondieron a la terapia anti-PD-1. Confirmaron estos hallazgos al trasplantar las muestras de heces de los pacientes que habían recibido antibióticos en ratones libres de patógenos específicos o ratones libres de gérmenes y observaron crecimiento tumoral. También demostraron que A. muciniphila sola fue capaz de restaurar los efectos antitumorales del bloqueo PD-1 que había sido inhibido por los antibióticos. Paralelamente, monitorizaron en sangre la respuesta celular contra A. muciniphila, midiendo el IFN gamma generado por los linfocitos T CD4+ y CD8+, asociándose un mejor resultado clínico cuanto mayores fueron dichos niveles. Sin embargo, no lograron descifrar el mecanismo subyacente por el cual A. muciniphila mejora los resultados de la inmunoterapia. En los estudios anteriores queda la duda de ¿a qué concentración o en qué situación la microbiota intestinal estimula el sistema inmunitario? Además, otras investigaciones han demostrado que ciertas especies de bifidobacterias influyen en el desarrollo de enfermedades tiroideas autoinmunes²³ y trastornos alérgicos en bebés y niños.²⁴ Por tanto, es necesario realizar más investigaciones que resuelvan las incoherencias existentes.

En conjunto, los estudios anteriores nos permiten concluir que el microbioma intestinal influye notablemente en el resultado del tratamiento de la inmunoterapia contra el cáncer tanto en ratones como en humanos. El modificar el sistema inmune del organismo y transformar los tumores no inflamados en inflamados gracias a la acción del microbioma intestinal podría constituir un nuevo enfoque terapéutico en la batalla contra el cáncer y el sistema inmune.²⁵ No obstante, los estudios de la investigación prospectiva dirigidos a comprender las propiedades funcionales de diferentes especies de microbioma intestinal y los mecanismos mediante los cuales ciertas comunidades comensales bacterianas interactúan con el sistema inmune nos permitirán caracterizarlo mejor y poder manipular el microbioma intestinal humano para mejorar la respuesta del paciente a la inmunoterapia. Es importante destacar que un número importante de los estudios expuestos se ha realizado en modelos murinos. Si bien dichos experimentos son cruciales, ya que permiten procedimientos experimentales que no se podrían realizar fácilmente en humanos, la extrapolación de datos es complicada y controvertida. Las estructuras anatómicas del tracto gastrointestinal humano y del ratón, así como los revestimientos de la pared intestinal, no solo son significativamente diferentes,^26,27,28 sino que también se ha observado que el 85% de los microbios que colonizan el intestino en ratones no se encuentra en humanos.²⁹

En el cuadro I se resumen las distintas especies bacterianas que incrementan la eficacia de la inmunoterapia.

Cuadro I
Especies bacterianas que incrementan la eficacia de la inmunoterapia

Si bien la definición inicial de los probióticos propuesta en 1965 se refiere a sustancias secretadas por los microorganismos que estimulan el crecimiento de otros (en oposición a los antibióticos), actualmente el término probiótico hace referencia a un preparado o a un producto que contiene cepas de microorganismos viables en cantidad suficiente como para alterar la microflora en algún compartimento del huésped (por implantación o colonización) y que produce efectos beneficiosos en dicho huésped.³⁰ La definición incluye productos que contienen microorganismos (por ejemplo, leches fermentadas) o un preparado de microorganismos (por ejemplo, comprimidos o polvos).³¹ La Organización Mundial de la Salud (OMS) propone una definición más simple y se refiere a microorganismos vivos que, cuando son administrados en cantidad adecuada, confieren un efecto beneficioso sobre la salud del huésped.³² El término prebiótico se refiere a los ingredientes de los alimentos no digeribles que producen efectos beneficiosos sobre el huésped estimulando selectivamente el crecimiento y/o actividad de un tipo o de un número limitado de bacterias en el colon. Esta definición se solapa, en parte, con la definición de fibra dietética, aunque añade la selectividad de los prebióticos sobre ciertos microorganismos en concreto.³¹

Se postula que los probióticos mejoran los perfiles microbianos intestinales equilibrando y promoviendo la homeostasis de la microbiota, evitando situaciones que pueden desencadenar disbiosis microbiana intestinal o de células epiteliales intestinales (disrupción de la barrera intestinal).³³ Se postula que la administración de probióticos influye positivamente en el equilibrio inmunológico local y en la fisiología local y extraintestinal.³⁴

Los probióticos pueden modificar la respuesta biológica a través de múltiples mecanismos, entre los que se encuentran:^35,36

• El desplazamiento competitivo de patógenos en la luz intestinal, el epitelio y la mucosa intestinal.

• La síntesis de proteínas antimicrobianas tóxicas para los patobiontes (es decir, bacterias que son capaces de ocasionar actividad patógena contra el huésped).

• La producción de sustratos metabólicos que promueven el mantenimiento de la barrera epitelial, la integridad de la mucosa y la modulación de la función inmune.

No obstante, el mecanismo por el cual los probióticos ejercen su acción beneficiosa para la salud, no ha sido completamente dilucidado, aunque los datos clínicos y experimentales indican un efecto inmunomodulador en el huésped. Las interacciones entre el huésped humano y el microbioma intestinal promueven la tolerancia inmunológica y la regulación/estabilización metabólica, lo que ayuda a establecer el control de la fisiología local y extraintestinal del órgano terminal (por ejemplo: la inmunidad hepática, renal y de mucosas). Por tanto, la utilización de probióticos abre un campo de experimentación en distintas áreas, tanto como terapia única como adyuvante de otro tipo de fármacos.³⁵

La evidencia científica demuestra que la administración de probióticos puede modular tanto la inmunidad innata como la adaptativa. Klein et al.,³⁷ demostraron en adultos jóvenes sanos que el recibir un suplemento diario de probióticos, en comparación con el placebo, aumenta de forma significativa la proporción de granulocitos y monocitos con actividad fagocítica. Dichas observaciones fueron confirmadas por el grupo de Gill,³⁸ demostrando un aumento significativo en las respuestas de anticuerpos séricos a antígenos (administrados por vía oral y sistémica) en ratones tratados con probióticos.

Las bacterias probióticas más ampliamente investigadas en modelos animales y ensayos clínicos son las de las especies de Lactobacilli . Bifidobacteria. Se ha demostrado su potencial inmunomodulador gracias a los estudios realizados en la prevención de la enfermedad alérgica.³⁹ Las bacterias intestinales (bien patógenas o comensales) interactúan con el sistema linfoide de la mucosa intestinal a través de receptores de reconocimiento de patrones que se expresan en células M epiteliales intestinales especializadas y en las células dendríticas. Las células presentadoras de antígeno, a través de esta interacción, modulan la respuesta inmune del huésped.^39,40 Dichas vías de señalización son fundamentales para el mantenimiento de la homeostasis inmune intestinal y extraintestinal, lo que permite la protección del huésped contra los patógenos intestinales, mientras que, al mismo tiempo, evita la sobreactivación inmune a través de la inducción de respuestas tolerogénicas.⁴¹ Prácticamente todo el desarrollo de la sinergia entre probióticos y sistema inmune se ha desarrollado en el campo de las vacunas. En el cuadro II se resumen los distintos estudios con probióticos y vacunas realizados en adultos.⁴²

Cuadro II
Estudios clínicos que investigan los efectos de los probióticos en las respuestas a vacunas en adultos

L: Lactobacillus; B: Bifidobacterium; UFC: Unidades formadoras de colonias; ss: Semanas ^{43,44,45,46,47,48,49}

Por último, cabe destacar que el intestino delgado contiene linfocitos intraepiteliales CD4+ CD8+ (DP), que se originan en las células T CD4+ intestinales, a través de la regulación negativa del factor de transcripción Thpok, las cuales tienen funciones reguladoras. Estos DP están ausentes en los ratones libres de gérmenes, lo que sugiere que su diferenciación depende de factores microbianos. Se observó que el número de dichas células inmunoreguladoras fue significativamente mayor en aquellos ratones con presencia de Lactobacillus reuteri.⁵⁰ Esta vía podría ser explorada en el futuro por la posible sinergia existente entre la inmunoterapia y dicha cepa bacteriana.

La relación entre el microbioma y el sistema inmune es fundamental. Existe suficiente evidencia científica preclínica y en modelos animales que relaciona el tipo de microbioma con la eficacia de la inmunoterapia en cáncer. A su vez, un gran número de ensayos clínicos demuestran aumento de la inmunogenicidad de las vacunas al utilizarlas con probióticos. Por desgracia, a pesar de todo ello, no existen estudios prospectivos que evalúen el posible efecto sinérgico de los probióticos con la inmunoterapia utilizada contra el cáncer. Es por tanto un apasionante campo abierto de investigación en el que algo tan simple a priori como seleccionar y administrar determinadas cepas bacterianas a un individuo podrían optimizar y mejorar los resultados antitumorales de la terapia inmune contra el cáncer, siendo además una estrategia barata y más segura.

Declaración de conflicto de interés: los autores han completado y enviado la forma traducida al español de la declaración de conflictos potenciales de interés del Comité Internacional de Editores de Revistas Médicas, y no fue reportado alguno que tuviera relación con este artículo.

Cómo citar este artículo: Cabezón-Gutiérrez L, Palka-Kotlowska M, Custodio-Cabello S, Villamayor-Delgado ML, Franco-Moreno AI, Khosravi-Shahic P. Microbiota, cáncer e inmunoterapia. Rev Med Inst Mex Seguro Soc. 2019;57(5):299-306.

PubMed: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/32568485

http://revistamedica.imss.gob.mx/editorial/index.php/revista_medica/article/view/2727/3764 (pdf)