Лактобактерии – это группа полезных микроорганизмов, которые играют ключевое значение в поддержании здоровья вагинальной микрофлоры. Их физиологическая роль в организме женщины многогранна и включает в себя защиту от инфекций, регуляцию pH и участие в метаболических процессах.
Взаимодействуя с другими компонентами иммунной системы, лактобактерии стимулируют активность макрофагов и других клеток, участвующих в иммунном ответе. Они выделяют вещества, усиливающие местный иммунный ответ, защищая тем самым женский организм от развития различных патологических состояний.
Ключевые функции и микросреда влагалища
Влагалище выполняет несколько ключевых функций: оно служит проходом для сперматозоидов, менструальных выделений, а его микробиота оказывает влияние на зачатие, течение беременности, процесс и сроки родов, а также на риск передачи инфекций, передающихся половым путем. Физиологическое состояние микрофлоры влагалища имеет важное значение как для здоровья организма, так и для успешного репродуктивного процесса. Высокий уровень эстрогена, наблюдающийся в период полового созревания и во время беременности, способствует поддержанию гомеостатической (эубиотической) вагинальной микросреды. Этот процесс включает стимуляцию созревания и пролиферации вагинальных эпителиальных клеток, а также накопление гликогена.
Экосистема слизистой оболочки влагалища состоит из многослойного плоского неороговевающего эпителия, покрытого слоем слизистой оболочки, постоянно смазывающейся цервиковагинальной жидкостью (ЦВЖ). Вместе они образуют мощный физический и биохимический барьер, препятствующий проникновению чужеродных организмов. Помимо того, что цервикальный секрет — это кислая среда, содержащая множество антимикробных молекул, включая антитела (IgA и IgG), муцины, β-дефензины, ингибитор секреторной лейкоцитарной протеазы (SLPI), липокалин, ассоциированный с желатиназой нейтрофилов (NGAL), поверхностно-активный белок и т. д., он также способствует сдерживанию экзогенных организмов.
Во влагалище обитает множество микроорганизмов (микробиота), существующих в регулируемых симбиотических отношениях с организмом-хозяином (микробиом). Некоторые из них, например, виды Lactobacillus, усиливают защиту от вторжения и колонизации условно-патогенных микроорганизмов. Состав вагинальной микробиоты/микробиома динамичен и претерпевает изменения, соответствующие гормональным колебаниям на протяжении всей репродуктивной жизни женщины, то есть от полового созревания до менопаузы, а также во время беременности.
Здоровая микробиота влагалища
У большинства женщин репродуктивного возраста в здоровой микробиоте влагалища преобладает ряд защитных видов лактобактерий. Последние достижения в области секвенирования ДНК показали, что доминирующие виды Lactobacillus во влагалищной микробиоте — Lactobacillus crispatus, Lactobacillus gasseri, Lactobacillus iners и Lactobacillus jensenii, в то время как другие анаэробы, в том числе Gardnerella, Atopobium, Mobiluncus, Prevotella, Streptococcus, Ureaplasma, Megasphaera и т. д., способные вызывать такие инфекции, как бактериальный вагиноз (БВ), подавляются защитным действием лактобацилл. Эти методы с высоким разрешением позволили классифицировать вагинальную микробиоту по пяти типам состояния сообщества (CST), где в CSTI, II, III и V доминируют L. crispatus, L. gasseri, L. iners и L. jensenii соответственно, в то время как в CSTIV доминируют смешанные анаэробы, аналогичные тем, которые обнаруживаются при бактериальном вагинозе.
Распространённость этих организмов в вагинальной микробиоте варьируется в зависимости от различных факторов, в том числе связанных с образом жизни, генетикой и с воздействием окружающей среды. В отличие от других внутренних органов, таких как кишечник, повышенное разнообразие вагинальной микробиоты связано с восприимчивостью к заболеваниям и негативными последствиями для репродуктивной системы.
Помимо эпителиальных клеток и микробиоты, влагалище также содержит иммунные клетки (включая нейтрофилы, макрофаги, Т- и В-клетки, естественные киллеры (NK) и т. д.) и специализированные рецепторы, в том числе толл-подобные рецепторы (TLR) и Nod-подобные рецепторы (NLR), с помощью которых в этой среде распознаются патогены. Стимуляция микроорганизмов посредством лигандов, включая липополисахарид (LPS), стимулирующий TLR-4, запускает высвобождение цитокинов и хемокинов, в том числе IL-1β (интерлейкина 1 бета), IL-6, IL-8 и фактора некроза опухоли-α (TNF-α).
Этот процесс активируется и регулируется с помощью сигнального пути ядерного фактора κB (NF-κB) — митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK). Другие иммунные факторы, в том числе макрофаги, NK-клетки, Т-хелперы и цитотоксические Т-клетки, а также В-лимфоциты, впоследствии привлекаются для формирования соответствующих иммунных ответов. Такие воспалительные реакции, стимулируемые патогенами, обычно контролируют инфекцию, но в некоторых случаях могут приводить к повреждению слизистой оболочки и способствовать передаче других инфекций, например ВИЧ.
Таким образом, вагинальные сообщества, в которых преобладают анаэробы, потенциально связаны с более выраженной провоспалительной реакцией, чем сообщества, в которых преобладают L. crispatus, L. gasseri или L. jensenii. Однако, в отличие от патогенных анаэробов, лактобактерии и молочная кислота с помощью различных механизмов способствуют противомикробной защите, не вызывая иммуноопосредованного воспаления.
Влияние эстрогена на экосистему влагалища
В препубертатном вагинальном микробиоме отмечается преобладание анаэробов, кишечной палочки, коагулазонегативных стафилококков, а также небольшое количество гликогена. По мере полового созревания повышение показателей эстрогена способствует пролиферации и накоплению гликогена в эпителиальных клетках влагалища.
Гликоген катаболизируется человеческой амилазой до мальтозы, мальтотриозы и декстринов, затем метаболизирующихся до молочной кислоты бактериями рода Lactobacillus. Это создает кислую среду (pH 3,5–4,5), благоприятную для роста лактобацилл за счет уменьшения других анаэробных видов бактерий. Доминирование Lactobacillus снижается по мере уменьшения показателей эстрогена после менопаузы и увеличивается при заместительной терапии вагинальными эстрогенами.
При нормальной беременности вагинальная микробиота преимущественно представлена лактобациллами и более стабильна, чем у небеременных женщин. Это объясняется высоким уровнем эстрогена в период вынашивания ребенка, что приводит к увеличению отложения гликогена во влагалище. Это усиливает пролиферацию вагинальной микробиоты, в которой доминируют Lactobacillus. Кроме того, исследования показали, что менструация значительно обратимо изменяет разнообразие вагинальной микробиоты, приводя к примерно 100-кратному снижению L. crispatus и увеличению L. iners, G. vaginalis, P. bivia и A. vaginae. По сути, нормальный кислый pH влагалища у женщин репродуктивного возраста определяется эстрогеном, гликогеном и лактобациллами.
Также была обнаружена прямая связь между эстрогенизацией влагалища и кандидозом у женщин в постменопаузе. После менопаузы накопление гликогена во влагалищном эпителии, вызванное эстрогеном, связано с усилением инфицирования Candida albicans, основной субстрат которого — гликоген. Напротив, у женщин в пременопаузе, инфицированных C. Albicans, была снижена активность α-амилазы, коррелирующей с D-молочной кислотой и выработкой продукции ингибитора секреторной лейкоцитарной протеазы, липокалина, ассоциированного с желатиназой нейтрофилов, гиалуронидазы 1 типа и матриксной металлопротеиназы (ММП)-8.
Повышенная доступность гликогена, возникающая в результате отшелушивания и лизиса богатых гликогеном эпителиальных клеток во влагалище под действием ферментов, разрушающих внеклеточный матрикс, — гиалуронидазы-1 и ММР-8, молочной кислоты и цитолиза, — может усиливать активность α-амилазы. Предполагается, что этот эффект вагинальной эстрогенизации, уровня гликогена и кандидоза в зависимости от менопаузального статуса имеет физиологическое значение и, как подчеркивается экспертами, требует дальнейшего изучения.
Лактобактерии и вагинальный гомеостаз
Вагинальная молочная кислота имеет преимущественно бактериальное происхождение, что связано с жизнедеятельностью молочнокислых бактерий — микроорганизмов, сбраживающих углеводы с образованием молочной кислоты как одного из основных продуктов. Под влиянием эстрогена эпителий влагалища вырабатывает менее 15% L-молочной кислоты, в то время как лактобактерии считаются основным источником как L-, так и D-молочной кислоты. Из четырех наиболее распространенных видов вагинальных лактобактерий только L. iners не обладает способностью синтезировать D-молочную кислоту.
D-молочная кислота более эффективно защищает влагалище от дисбактериоза, чем L-молочная кислота. Его уровни самые высокие, когда в качестве доминирующего вида выступает Lactobacillus crispatus, и самые низкие, когда преобладают Lactobacillus iners, Gardnerella или Streptococcus, что частично объясняет более высокую защиту от урогенитальных инфекций и неблагоприятных репродуктивных исходов, обеспечиваемую L. crispatus по сравнению с L. iners.
Молочная кислота в физиологических концентрациях подкисляет вагинальные выделения (до уровня pH < 4), усиливает защитную активность H2O2 и бактериоцинов и подавляет оппортунистические инфекции, включая Gardnerella vaginalis, Trichomonas vaginalis, Neisseria gonorrhoeae, Chlamydia trachomatis, вирус простого герпеса (ВПГ), вирус папилломы человека (ВПЧ), ВИЧ и т. д. В частности, в отличие от бактерицидной активности, D-молочная кислота подавляет хламидийную инфекцию посредством pH-зависимого воздействия на эпителиальные клетки влагалища и микросреду. Этот вывод экспертов основан на значительно более высокой защите от хламидий, обеспечиваемой Lactobacillus crispatus, Lactobacillus gasseri и Lactobacillus jensenii, производящих больше D-молочной кислоты, чем Lactobacillus iners, продуцирующая преимущественно L-молочную кислоту.
Кроме того, D-молочная кислота предотвращает инфекции верхних отделов половых путей, модулируя индуцированную L-молочной кислотой продукцию индуктора внеклеточной матриксной металлопротеиназы (EMMPRIN) в эпителиальных клетках влагалища и ингибируя продукцию матриксной металлопротеиназы 8.
Точный механизм бактерицидной активности Lactobacillus до конца не изучен, но есть данные, что она опосредована не лактат-анионом, а протонированными формами как D-, так и L-молочной кислоты. При значении pH < pKa 3,9 (pKa — постоянная диссоциации кислоты) преобладает протонированная форма. Поскольку это слабая кислота, 50% молочной кислоты диссоциирует на лактат-анион и H+ при pH 3,86. Молочная кислота в своей протонированной форме проникает через мембрану и, в отличие от лактат-аниона, для проникновения в клетки не требует протон-связанных монокарбоксилатных транспортеров или лактат-связывающих рецепторов GPR81.
Молочная кислота преимущественно лизирует бактерии, отличные от видов Lactobacillus, и вызывает гибель бактериальных клеток, закисляя цитозоль, нарушая внутриклеточные функции, увеличивая проницаемость клеточной мембраны для H₂O₂ и т. д., тем самым усиливая антимикробное действие других веществ. Снижение противомикробной активности молочной кислоты и повышенный риск инфицирования, связанные с незащищенными половыми контактами и менструацией, могут быть обусловлены повышением pH влагалища после попадания семенной жидкости и менструальных выделений, что приводит к образованию большего количества лактат-аниона, обладающего меньшей противомикробной и иммуномодулирующей активностью.
Молочная кислота также оказывает иммуномодулирующее действие на слизистую оболочку половых путей и другие типы клеток. В своей протонированной форме она создает противовоспалительное состояние, стимулируя выработку большого количества противовоспалительного цитокина IL-1RA и ингибируя выработку воспалительных цитокинов (IL-6 и TNFα) и хемокинов (IL-8, RANTES и макрофагального воспалительного белка-3α, MIP-3α) в присутствии агонистов TLR-2,−3,−4. Молочная кислота также ингибирует ядерную транслокацию и активацию фактора транскрипции NF-κB в мононуклеарных клетках периферической крови и моноцитах/макрофагах. Стоит отметить, что как D-, так и L-молочная кислота оказывают противовоспалительное действие, усиливающееся при низком pH < 3,86, путем прямого воздействия на эпителиальные клетки шейки матки и влагалища.
Кроме того, как D-, так и L-молочная кислота могут повышать выживаемость клеток вагинального эпителия, способствуя восстановлению повреждённой ДНК посредством ингибирования активности гистондеацетилазы, что приводит к усилению ацетилирования гистонов на поверхности ДНК. Эта эпигенетическая регуляция экспрессии генов обеспечивает транскрипцию ранее заблокированных генов и, как предполагается, способствует секреции компонентов антимикробной системы врождённого иммунитета, таких как липокалин, ассоциированный с желатиназой нейтрофилов (NGAL), из клеток вагинального эпителия, избирательно предотвращающих рост бактерий, отличных от лактобацилл.
Лактобактерии (кроме Lactobacillus iners) продуцируют перекись водорода (H₂O₂), ингибирующую рост каталазонегативных анаэробных организмов за счет образования гидроксильных свободных радикалов. Они также могут связываться с поверхностью эпителия влагалища и конкурентно предотвращать прикрепление к клеткам других микробов и их инфицирование.
Кроме того, лактобактерии могут продуцировать другие антимикробные пептиды, включая бактериоцины, бактериоциноподобные вещества и биосурфактанты, и способствовать аутофагии (поглощению и деградации) внутриклеточных бактерий, вирусов и простейших. Таким образом, посредством этих механизмов лактобактерии ингибируют рост других потенциально патогенных эндогенных вагинальных бактерий и предотвращают приобретение экзогенных бактерий. По этим причинам вагинальная микробиота с преобладанием лактобацилл описывается как здоровая.
Влияние микробной активности на барьерную функцию слизистой оболочки влагалища
Слизистая оболочка влагалища представляет собой иммунологический и физический барьер, предотвращающий контакт потенциальных патогенов с эпителиальными клетками влагалища. Она содержит гликозилированные белки (сиалогликопротеины), такие как муцин, препятствующие контакту эпителиальных клеток с патогеном, а также секреторные иммуноглобулины A (sIgA) и IgG, распознающие и нейтрализующие антигенные микробные продукты.
Анаэробы, ассоциированные с вагинальной инфекцией, например G. vaginalis, секретируют сиалидазу, расщепляющую слизь, отделяя сиаловую кислоту от гликопротеинов. Эта кислота поглощается и нейтрализуется G. vaginalis, чтобы дополнительно обойти реакцию хозяина. У женщин с бактериальным вагинозом наблюдается значительное снижение содержания сиаловых кислот в слизи по сравнению со здоровыми женщинами с преобладанием в микробиоте Lactobacillus.
Деградация и истощение компонентов защитного барьера слизистой оболочки способствует восходящему распространению инфекции верхних отделов половых путей. Кроме того, подобно Lactobacillus iners, Gardnerella vaginalis также продуцирует вагинолизин, образующий поры во влагалищном эпителии, что в еще большей степени способствует разрушению защитного барьера. Слизистый слой влагалища защищает от патогенов, таких как ВИЧ. Его способность противостоять инфекции зависит от состава микробиоты. Если в микробиоте преобладает L. crispatus, защитный слой укрепляется. В то же время, если доминирует Lactobacillus iners, барьер становится более проницаемым для ВИЧ. Таким образом, изменения в микробиоте влагалища влияют на целостность его защитного слоя.
