Microbiota and colorectal cancer: problems and perspectives

Abstract
The human intestine harbours a complex ecosystem consisting of more than 500 different bacterial species, with specific genetic and metabolic features, generally referred to as 'microbiota'. The quantitative and qualitative composition of gut flora, and the interaction with the intestinal mucosa, has been variably associated with physiologic and pathologic conditions. In this setting, the relations between microbiota and colon cancer remain controversial. The main topics of this field of research, including potential problems and future perspectives, will be analysed and discussed. According to recently published data, a hypothetical model, in which host-microflora balance represent an important factor for control of colonic mucosal disproliferative disorders, will be proposed. The study of the role of the microbiota in colon cancer development may be a novel and intriguing approach to this frequent and challenging malignancy.

Key words
microbiota, colorectal cancer, oncologic surveillance

Artículo completo
Introducción

El estudio del ecosistema instalado en el intestino humano, generalmente denominado “microbiota”, ha atraído mucho la atención en las últimas décadas. Los motivos de esto incluyen especialmente la aparición de nuevas técnicas independientes de cultivo para la evaluación bacteriana y la mejora de los conocimientos acerca de los mecanismos moleculares de las interacciones entre las bacterias y el hospedero. Según lo conocido hasta ahora, la flora comensal que habita el intestino humano está constituida por una amplia variedad de distintas especies bacterianas (más de 500) que colonizan todo el intestino en concentraciones variables, desde 10² UFC/ml en el estómago hasta 10¹² UFC/g en el colon proximal).¹ Esta gran cantidad de microorganismos debería considerarse como una especie de órgano en sí mismo, con una función crítica en la defensa contra los patógenos, el desarrollo y la regulación del sistema inmunitario, la digestión y utilización de moléculas no absorbibles, y el trofismo de la mucosa intestinal.² La alteración temporal o permanente de la microbiota y del equilibrio entre el hospedero y la microflora se asoció con distintas situaciones patológicas, como la colitis infecciosa, la enfermedad inflamatoria intestinal (EII), enfermedades atópicas, síndrome del intestino irritable, diabetes, obesidad.³
El cáncer colorrectal (CCR) representa la segunda causa de mortalidad relacionada con cáncer, y se le atribuyen alrededor de 650 000 muertes por año a nivel mundial en los países occidentales.⁴ La aparición de los tumores malignos en la mayoría de los casos se corresponde con la secuencia clásica de adenoma-carcinoma, en la cual una lesión displásica benigna (adenoma) acumula progresivamente mutaciones moleculares a lo largo de un período variable de tiempo y se transforma en un cáncer.⁵ Así como otros tipos de cáncer, la malignidad parece ser el producto de múltiples factores concurrentes que pueden afectar la fase temprana (iniciación) o tardía (progresión) de la enfermedad neoplásica. Entre estos factores, el microambiente intestinal recientemente atrajo mucha atención, especialmente la flora intestinal.



La relación entre la microbiota y el CCR: un tema aún no resuelto

Desde hace tiempo existe la sospecha de una relación entre la microflora y el cáncer de colon, principalmente por la observación de una asociación entre la dieta y el riesgo de aparición de cáncer. Estudios epidemiológicos analizaron la posible diferencia cuantitativa de la microflora en una población con distinto riesgo de CCR.⁶ Debido a las dificultades técnicas para evaluar la flora intestinal, el campo de investigación de la relación flora-CCR sólo fue impulsado recientemente, con la introducción de las técnicas moleculares antes mencionadas. No obstante, aún faltan pruebas de una relación entre la flora comensal y el CCR, y los investigadores de esta área específica aún enfrentan problemas sin resolver. En primer lugar, la complejidad y la duración del proceso carcinogénico, en el que participan diversas vías y donde la fase premaligna puede preceder en décadas la aparición del CCR, dificultan notablemente la investigación in vivo y la realización de estudios clínicos. En segundo lugar, la heterogeneidad de la microbiota intestinal, que comprende cientos de especies bacterianas distintas con características genéticas y metabólicas particulares, impide establecer un efecto global de la microflora sobre el proceso carcinogénico. Por estos motivos es que la mayoría de los datos disponibles provienen de experimentos in vitro, en los que los criterios de valoración son el efecto de bacterias específicas sobre factores potencialmente carcinogénicos (por ej.: la producción y eliminación de moléculas carcinogénicas intraluminales, el equilibrio entre la apoptosis y la proliferación, la estimulación del sistema inmunitario). En consecuencia, los datos son bastante conflictivos y difíciles de comparar o de utilizar en contextos clínicos.
A partir de indicios del papel procarcinogénico de la flora intestinal, provenientes de determinados modelos experimentales (por ej.: ratones carentes de IL-10, ratones APC), algunos estudios delinearon una posible relación entre bacterias específicas y la aparición de CCR.⁷ De acuerdo con esta línea de investigación, algunas bacterias entéricas podrían favorecer la aparición de enfermedades neoplásicas mediante un doble mecanismo. Primero, la estimulación de las vías relacionadas con el TLR deriva en una inflamación crónica de la mucosa que a su vez aumenta el riesgo de aparición de cáncer, de manera similar a lo observado en los cánceres asociados con la EII. Segundo, las bacterias pueden producir toxinas con un efecto procarcinogénico directo, o enzimas que podrían activar procarcinógenos intraluminales (por ej.: beta-glucuronidasa, beta-glucosidasa, nitrorreductasa, azorreductasa). En este contexto, una microbiota fisiológicamente equilibrada limitaría la prevalencia de estas especies bacterianas “peligrosas” y así, disminuiría el riesgo de enfermedades displásicas, mediante efectos “negativos” sobre las bacterias procarcinogénicas.
Desde otra perspectiva, informes publicados recientemente destacan cada vez más la importancia del papel “positivo” de la microflora en el control de procesos epiteliales intrínsecos, como la regulación de la proliferación y apoptosis y la diferenciación celular.⁸ En línea con estos hallazgos, nuestro grupo demostró en un modelo con roedores que las bacterias comensales y probióticas inducen genes proapoptóticos y estimulan la apoptosis mucosa. De hecho, los ratones con una depleción sustancial de bacterias comensales provocada mediante un tratamiento antibiótico cuádruple mostraron una disminución de células apoptóticas mucosas en el examen histológico específico (por ej.: el estudio TUNEL), y las especies mucosas del colon de los ratones incubadas con extractos de materia fecal y bacterias probióticas mostraron un aumento en la expresión de los genes proapoptóticos (por ej.: caspasa 3 y 9), en relación con las incubadas sin productos bacterianos.⁹ El efecto proapoptótico de la flora comensal podría relacionarse con moléculas producidas directamente por las bacterias, como los ácidos grasos de cadena corta (AGCC),¹⁰ o estar mediado por la estimulación específica del sistema inmunitario (actividad citotóxica, estimulación del factor de necrosis tumoral).^11,12 Así, resulta que la microflora intestinal participaría en forma relevante de la “vigilancia oncológica” ejercida por el organismo en contra de la aparición de malignidad en el colon, con un papel fundamental en el mantenimiento de la homeostasis mucosa y la prevención de la proliferación de células displásicas.

En consecuencia, una alteración local del equilibrio entre la mucosa y la microflora intestinal podría ser un factor para la proliferación de células displásicas, por la pérdida del efecto protector de las bacterias sobre la proliferación celular. La mucosa intestinal podría influir fisiológicamente sobre la microbiota local mediante la producción de moléculas antibacterianas, como mucinas y defensinas. Resulta interesante la observación de que parece existir una producción aumentada de defensinas en pacientes con CCR,¹³ y se propuso la mayor detección de estas moléculas en la corriente sanguínea como un posible biomarcador de malignidad en el colon.^14,15 Recientemente, demostramos un incremento en la expresión y producción de defensinas alfa en la mucosa colónica con pólipos adenomatosos, en comparación con la mucosa normal, lo que se asoció con una actividad antibacteriana aumentada y una reducción de la adhesión mucosa de la flora bacteriana.¹⁶ Al considerar el efecto regulador de la flora comensal sobre la proliferación mucosa, una alteración del equilibrio fisiológico entre las bacterias y el hospedero sería especialmente relevante en las etapas tempranas de la aparición de una neoplasia maligna, representada por la fase premaligna de la enfermedad. De hecho, la pérdida de la regulación local puede provocar una proliferación de la lesión displásica y, en consecuencia, una mayor probabilidad de transformación maligna.



Microflora y CCR: la propuesta de un modelo hipotético

Como se debatió más arriba, las pruebas de que la microflora influye sobre la aparición de enfermedades proliferativas colónicas aún son escasas. De acuerdo con datos recientes y estudios personales, podría proponerse un modelo hipotético de la relación entre la microbiota y el hospedero y la aparición del CCR, como se ilustra en la Figura 1. En línea con este modelo, en condiciones fisiológicas, el equilibrio fisiológico entre microflora y hospedero contribuye a mantener la homeostasis mucosa y evita la proliferación alterada (Figura 1A). Las bacterias comensales producen moléculas con un efecto regulador negativo sobre la proliferación de las células epiteliales (por ej.: SCFA), y ejercen una estimulación sobre el sistema inmunitario innato (producción de factor de necrosis tumoral, actividad citotóxica), que a su vez regula la proliferación mucosa, promueve la apoptosis celular y remueve las células displásicas. Sobre la base de esta importante función fisiológica de mantener la salud de la mucosa y evitar las enfermedades proliferativas, la microbiota podría considerarse parte de la “vigilancia oncológica” ejercida por el organismo para evitar la aparición de enfermedades potencialmente malignas en el colon. La mucosa intestinal contribuye al mantenimiento del equilibrio mediante la producción de moléculas antibacterianas (como defensinas y mucinas) que modulan la concentración y composición de la flora local, para conservar el efecto beneficioso de ésta.











En el caso de la proliferación de células displásicas (pólipos adenomatosos), se exacerba la producción de moléculas antibacterianas y la flora comensal se altera sustancialmente (Figura 1B). La concentración local de bacterias disminuye, y probablemente se producen cambios cuantitativos en las concentraciones de determinadas especies. En consecuencia, el efecto regulador sobre la proliferación mucosa y el estímulo proapoptótico ejercido en condiciones fisiológicas por la microbiota disminuye notablemente, con lo que las células displásicas encontrarían pocos impedimentos para su proliferación. Por ende, los adenomas del colon podrían incrementar su tamaño y finalmente presentar transformación maligna.



Conclusiones y perspectivas futuras

El progreso de los conocimientos en el campo del estudio de la microbiota modificó profundamente nuestro concepto acerca de las bacterias comensales alojadas en nuestro intestino. De hecho, esas bacterias ya no son consideradas como simples espectadores, sino como actores importantes en el mantenimiento fisiológico de la salud. Las relaciones entre la microbiota y el CCR están lejos de comprenderse cabalmente, pero se están efectuando investigaciones exhaustivas en esta área, que favorecen la disponibilidad de datos promisorios. Las bacterias comensales parecen desempeñar un papel importante en el mantenimiento de las condiciones fisiológicas de la mucosa intestinal y en la prevención de los trastornos proliferativos (“vigilancia oncológica”).
Hemos propuesto un posible modelo hipotético para la relación entre la flora intestinal y la mucosa del hospedero, en la salud y en presencia de enfermedades proliferativas. Nuevos estudios acerca de la posible relación entre la alteración de la microflora y la aparición del CCR mejorarían nuestros conocimientos y nos ofrecerían una nueva perspectiva para reconsiderar las estrategias clínicas para el diagnóstico temprano y el tratamiento de los pacientes. Por ejemplo, la identificación de “blancos” bacterianos especialmente importantes para la homeostasis mucosa, o la caracterización de rasgos específicos de la mucosa intestinal del hospedero (por ej.: producción exacerbada de defensinas) asociados con trastornos proliferativos, permitiría la selección de pacientes con mayor riesgo de CCR. Es más, una evaluación extensa de los cambios cuantitativos en la microflora local de los adenomas puede aportar bases para una suplementación bacteriana terapéutica específica dirigida a restaurar la composición fisiológica de la flora intestinal alterada, e idealmente interferir en la progresión de la enfermedad.
Hasta el momento, es deseable que el impulso recibido por la investigación de la microbiota observado en las últimas décadas comprenda definitivamente el campo de las interacciones entre la flora y el CCR, para lograr un aumento exponencial de evidencia y que los descubrimientos puedan ser aplicados en la práctica habitual.

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