Trapianto di staminali ematopoietiche, alta diversità del microbiota associata a migliore sopravvivenza

La diversità del microbiota intestinale è associata a una sopravvivenza maggiore dopo un trapianto allogenico di cellule staminali ematopoietiche, mentre una bassa diversità del microbiota e la predominanza di batteri patogeni sono correlate allo sviluppo della malattia da trapianto contro ospite (GVHD). La conferma arriva da uno studio multicentrico presentato di recente a Salt Lake City, in occasione dei BMT Tandem Meetings.

La diversità del microbiota intestinale è associata a una sopravvivenza maggiore dopo un trapianto allogenico di cellule staminali ematopoietiche, mentre una bassa diversità del microbiota e la predominanza di batteri patogeni sono correlate allo sviluppo della malattia da trapianto contro ospite (GVHD). La conferma arriva da uno studio multicentrico presentato di recente a Salt Lake City, in occasione dei BMT Tandem Meetings.

Nello studio, una minore diversità del microbiota è risultata associata aanche a un apporto calorico inferiore e all'esposizione ad antibiotici ad ampio spettro.
" All'inizio, uno dei risultati sorprendenti è stato quest’associazione tra la diversità del microbiota intestinale e la sopravvivenza globale" ha detto il primo autore dello studio, Jonathan Peled, del Memorial Sloan Kettering Cancer Center di New York (MSKCC), aggiungendo anche che una diversità elevata del microbiota è risultata associata a percentuali più basse di mortalità correlata alla GVHD.

Associazione tra diversità del microbiota e outcome coerente in diverse aree geografiche
La prima domanda a cui la ricerca di Peled e i colleghi voleva rispondere è se i pattern di danno al microbiota descritti negli studi monocentrici e la loro associazione con i risultati clinici siano coerenti nelle diverse aree geografiche.

A tal fine, Peled e i suoi colleghi del MSKCC hanno collaborato con un gruppo della Duke University di Durham e con due ricercatori dell’Università di Ratisbona, in Germania, effettuando uno studio in cui sono stati fatti sequenziamenti e analisi centralizzati per esaminare i campioni fecali dei pazienti di tutti e tre i centri.

In tutto, si sono ottenuti 5310 campioni da 1034 pazienti che erano stati sottoposti a un trapianto allogenico di cellule staminali ematopoietiche. La maggior parte dei campioni (l’87,8%) è stata fornita dal MSKCC, mentre l’Università di Ratisbona ha contribuito con il 7,6% e la Duke University con il 4,5%.

Le neoplasie più comuni trattate erano la leucemia mieloide acuta, la sindrome mielodisplastica e il linfoma non-Hodgkin. L'equilibrio tra le fonti del trapianto e l'intensità del condizionamento variava nei diversi centri, ma nel complesso più di tre quarti dei trapianti provenivano da cellule staminali del sangue periferico e poco più della metà dei pazienti era stata sottoposta al condizionamento mieloablativo.
Per l’analisi del microbiota i ricercatori hanno estratto il DNA batterico e poi utilizzato la PCR per amplificare l’RNA 16s in modo da eseguire il sequenziamento dell’acido nucleico e la successiva identificazione tassonomica dei microrganismi presenti.

"I campioni possono essere suddivisi in cluster in base alla composizione del microbiota", ha spiegato Peled. I ricercatori hanno utilizzato un algoritmo chiamato t-distributed stochastic neighbor embedding, o tSNE, per aiutare a rilevare i pattern nella composizione e nella diversità dei microbiota prima e durante la procedura di trapianto. Le visualizzazioni che utilizzano il tSNE consentono di ottenere rappresentazioni bidimensionali ed evidenziare associazioni complesse e interrelazioni nei dati.

Con l’analisi mediante tSNE si è visto che questi i primi campioni tendevano ad avere una diversità maggiore, mentre quelli prelevati successivamente mostravano evidenze di danno al microbiota e minore diversità.

I singoli campioni possono anche essere codificati in un modo che evidenzia i cluster in base all'abbondanza di vari taxa batterici, ha spiegato Peled. "Il cluster iniziale e diversificato tende a essere dominato, o interamente rappresentato, da commensali anaerobici come Firmicutes e Clostridia, che noi e altri ricercatori abbiamo scoperto essere associati a buoni outcome dopo il trapianto".

Gli stati di bassa diversità trovati più tardi, dopo il trapianto, tendono, invece, ad essere dominati da una varietà di batteri patogeni, tra cui Enterococcus e Proteobacteria, un phylum che comprende specie come Klebsiella ed Escherichia coli. Questa predominanza è risultata associata a una successiva batteriemia, ha riferito l’autore.

"Quando iniziano le procedure per il trapianto, i pazienti tendono ad avere una flora intestinale relativamente diversificata, mentre nei campioni post-trapianto si riscontra di frequente una dominanza di questi biomi patogeni" ha proseguito Peled. "In alcuni casi, la composizione del microbiota intestinale finisce per essere rappresentata da una singola specie" e questa perdita di diversità e la dominanza di una singola specie si sono viste in tutti e tre i centri di ricerca, che sono situati in regioni geograficamente diverse, ha sottolineato l’autore.

Questa decimazione della diversità è correlata a risultati scadenti del trapianto. In particolare, ha ricordato l’oncologo, in studi precedenti un microbiota intestinale dominato da enterococchi è risultato associato a un rischio più alto di GVHD acuta e di GVHD gastrointestinale.

Nello studio presentato a Salt Lake City, nei pazienti di Ratisbona una maggiore abbondanza di enterococchi nella seconda settimana dopo il trapianto è risultata associata a un aumento del rischio di GVHD gastrointestinale; in quelli dell’MSKCC, la dominanza degli enterococchi è risultata associata a un HR di GVHD acuta pari a 1,4 (P = 0,008); il gruppo dell’MSKCC ha utilizzato dati di 503 pazienti, definendo la dominanza come un'abbondanza relativa di almeno il 30% in qualsiasi campione nella seconda e nella terza settimana post-trapianto.

I pazienti sia dell’MSKCC sia dell’Università di Ratisbona hanno mostrato maggiori possibilità di sopravvivenza globale se avevano un'elevata diversità microbica intestinale nel periodo di attecchimento dei neutrofili, come osservato in un campione prelevato entro 7 giorni dal giorno 14 post-trapianto. Nella coorte dell’MSKCC, i dati relativi a 651 pazienti hanno mostrato un'associazione statisticamente significativa (P = 0,006) e questo risultato è stato riprodotto nella coorte dei 59 pazienti studiati a Ratisbona (P = 0,015), ha riferito Peled.

Nei pazienti che avevano bassa diversità microbica dopo l'attecchimento dei neutrofili è stato osservato un aumento della mortalità legata al trattamento. Dei 372 pazienti dell’MSKCC per i quali erano disponibili campioni prelevati da 7 a 50 giorni dopo l'attecchimento, una diversità elevata è risultata associata a una sopravvivenza globale superiore e a una mortalità correlata al trattamento inferiore (P = 0,03 per entrambi).

Peled e i colleghi hanno anche diviso i pazienti in quartili sulla base dell’abbondanza di biodiversità. Il confronto tra il quartile più alto e quello più basso ha evidenziato un beneficio significativo di sopravvivenza globale per il gruppo con la diversità più elevata (P = 0,007).

Il problema inizia prima del trapianto, ha spiegato l’autore. I ricercatori hanno scoperto che rispetto ai controlli sani dell’MSKCC e ai dati del Progetto Microbioma Umano, i pazienti che sono stati sottoposti al trapianto sono arrivati al momento della procedura con una biodiversità del miocrobiota intestinale significativamente più bassa.

Quali fattori ambientali influiscono sulla composizione del microbiota?
La seconda questione affrontata dai ricercatori è stata cercare di capire quali siano i fattori ambientali determinanti per la composizione del microbiota intestinale.
L'esposizione ad antibiotici ad ampio spettro nel periodo del trapianto è risultata associata a una minore diversità microbica intestinale. Su 5936 campioni prelevati da 976 pazienti sottoposti al trapianto allogenico, la differenza più significativa nella diversità del microbiota intestinale tra i pazienti esposti agli antibiotici ad ampio spettro e quelli non esposti si è osservata il 15° giorno post trapianto (P = 0,008).

Anche un apporto calorico più elevato si è associato a una maggiore diversità (P < 0,001). Invece, un'assunzione elevata di fibre alimentari è risultata associata a una maggiore abbondanza di Blautia, un genere considerato un microrganismo commensale sano.

"L'intensità del condizionamento è risultata associata all’entità della perdita di diversità e configurazioni distinte del microbioma" ha proseguito Peled. Analizzando 4311 campioni di 908 pazienti, i ricercatori hanno osservato che un regime di condizionamento mieloablativo (utilizzato in 508 pazienti) era associato a una diversità significativamente inferiore rispetto a un regime di intensità ridotta (utilizzato in 316 pazienti) e un regime non mieloablativo (utilizzato in 84 pazienti; P = 0,002 e P < 0,001, rispettivamente).

La storia naturale del recupero del danno
Infine, Peled e i colleghi hanno cercato di capire quale sia la storia naturale del recupero del danno subìto dal microbiota dopo il trapianto allogenico di staminali. Per scoprirlo, gli autori ne hanno analizzato l’andamento nel tempo in 28 pazienti che erano stati sottoposti all’analisi, avendo a disposizione un totale di 294 campioni per l'analisi.
Hanno così scoperto che "la diversità aumenta nel tempo, ma spesso il microbiota arriva ad avere una configurazione distinta rispetto a quella che aveva prima del trapianto". Per tornare al livello di diversità pre-trapianto c’è voluto circa un anno.

Inoltre, si è visto che il sottogruppo di pazienti che hanno sviluppato una GVHD del tratto gastrointestinale inferiore aveva una composizione del microbiota intestinale significativamente diversa rispetto a quella quei pazienti la cui GVHD coinvolgeva esclusivamente il tratto gastrointestinale superiore, la pelle o il fegato (P = 0,019).

Peled e il suo gruppo stanno attualmente arruolando pazienti per uno studio clinico randomizzato di fase II in cui si valuteranno strategie per ridurre l'impiego di antibiotici ad ampio spettro per combattere la neutropenia febbrile nei pazienti sottoposti al trapianto allogenico di cellule staminali. I partecipanti saranno assegnati al trattamento con piperacillina-tazobactam, l'attuale standard di cura all’MSKCC, oppure a una strategia che permette di risparmiare il microbiota, consistente nel trattamento con cefepime con una deescalation ad aztreonam più vancomicina. Nello studio si analizzeranno l'abbondanza di specie di Clostridiales e Blautia, la biodiversità intestinale, l’incidenza della GVHD, la batteriemia e le percentuali di sopravvivenza.

J. Peled, et al. Intestinal Microbiota Injury during Allo-Hct Is Generalizable across Transplantation Centers and Is Associated with Increased Mortality, Broad-Spectrum Antibiotics, and Decreased Calorie Intake. BMT Tandem Meetings2018; abstract 3
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