Клиническая оценка селекции уропатогена in vivo


DOI: https://dx.doi.org/10.18565/nephrology.2023.1.65-69

Бердичевский В.Б., Бердичевский Б.А., Сапоженкова Е.В., Павлова И.В., Гоняев А.А., Болдырев А.Л., Корабельников М.А., Петров Д.И., Спирина Д.С.

1) ФГБОУ ВО Тюменский государственный медицинский университет Минздрава РФ, Тюмень, Россия; 2) ГБУЗ ТО «Областная клиническая больница №2», Тюмень, Россия; 3) АО «Медико-санитарная часть «Нефтяник»», Тюмень, Россия; 4) Клинический госпиталь «Мать и дитя», Тюмень, Россия; 5) Радиологический центр ГАУЗ ТО МКМЦ «Медицинский город», Тюмень, Россия
Введение. Раскрытие механизмов экспрессии генов бактерий In vIvO, индуцирующих патогенные свойства, когда они находятся в организме своего хозяина, поможет выявить новые точки приложения в разработке противомикробных препаратов.
Цель исследования: оценить влияние особенностей метаболизма глюкозы в мочевых путях (МП) на реализацию проявлений бактериурии.
Материал и методы. Проведен ретроспективный лабораторный и ПЭТ/КТ молекулярно-клеточный анализ метаболизма глюкозы в МП в совокупности с особенностями клинических проявлений бактериурии.
Результаты. Получены новые данные о биосинтетических и метаболических процессах, индуцирующих способность бактерий к различным проявлениям своего пребывания в МП человека.
Выводы. Селекция патогенных свойств у типичных представителей микробиоты МП, определяющих клиническую форму проявления бактериурии, может быть связана с особенностями метаболизма глюкозы в органах мочевой системы, что нуждается в специальном изучении и уточнении.

Введение

Джон Слоух одним из первых предложил в 1994 г. генетическую технологию экспрессии генов бактерий in vivo (IVET), предназначенную для идентификации бактериальных генов, которые индуцируются, когда патоген находится в организме своего хозяина. Автор высказал надежду, что это позволит пролить свет на многие биосинтетические и метаболические процессы, индуцирующие способность бактерий к размножению в тканях человека и при определенных условиях проявлять патогенные свойства в отношении органов и систем своего хозяина. Выявление этих механизмов, по мнению авторов, должно раскрыть новые точки приложения в разработке противомикробных препаратов [1].

В рамках изучения бинома человека в середине 2010-х гг. в исследование не были включены верхние и нижние мочевые пути (МП), поскольку моча считалась стерильной. Однако уже сегодня получены исчерпывающие доказательства того, что здоровые МП обладают нативной микробиотой и любые внешние факторы значительного воздействия на организм человека могут нарушать равновесие между аутофлорой и сторожевыми антибактериальными системами хозяина с формированием дисбактериоза, ведущего к реализации микробно-воспалительного процесса. Вместе с тем остается открытым вопрос: является ли основной причиной манифестации болезни избыточный рост уропатогена или это следствие системного процесса, дистанционно затрагивающего всю микробиту МП? Исследований в этом направлении относительно немного, что делает тему чрезвычайно актуальной для клинической нефрологии [2, 3].

Пиелонефрит представляет собой частный случай инфекций мочевыводящих путей, общей чертой которых является рост и размножение бактерий в моче, при этом основным уропатогеном общепризнанна грамотрицательная кишечная палочка [4, 5]. В процессе реализации сахарного диабета многофакторный характер патологии включает в своем развитии ряд молекулярных механизмов, связанных с микробиотой МП. Диабет 1-го типа проявляется повышенной адгезивной активностью белков эпителия, а диабет 2-го типа сопровождается активацией рецепторов, распознающих микроорганизмы в моче, и в обоих случаях возникают молекулярные предпосылки к возникновению воспаления [6]. При этом немаловажная роль отводится эффекту «сладкой мочи», которая является пищевой базой для привлечения, быстрого размножения бактерий и проявления ими патогенных свойств [7].

Понятие бессимптомной бактериурии включает наличие одного или более видов бактерий, растущих в моче при определенных количественных показателях без пиурии в отсутствие признаков или симптомов воспаления в мочевыводящих путях. При этом бактерии, выделенные из мочи при первом высеве, должны быть обязательно выявлены повторно в течение следующих 24 часов при тщательном выполнении требований к забору образца и обладать аналогичной чувствительностью к антибактериальным препаратам, что исключает факт контаминации мочи [8]. Считается, что обнаружение бактерий в моче без лейкоцитурии не является поводом для антибактериальной терапии, если отсутствуют факторы риска (пузырно-мочеточниковый рефлюкс, мочекаменная болезнь, сахарный диабет и др.) [9].

Таким образом, одной из причин, почему диабетики более восприимчивы, чем недиабетики, к инфекциям мочевыводящих путей, является их «сладкая моча». Экспериментально показано, что добавление глюкозы (до концентрации 1000 мг/дл) в мочу усиливало скорость роста всех известных уропатогенов [10]. Специальные исследования влияния глюкозурии in vitro на вирулентность и экспрессию генов уропатогенов показали, что глюкозурия быстро, уже через 2 часа, изменяет экспрессию генов, индуцирующих образование биопленки и подавление активности местного иммунитета. Эти результаты дают новые представления о влиянии глюкозурии на активацию агрессивных свойств условно-патогенной микрофлоры в составе микробиоты МП [11].

Известно, что в норме глюкоза фильтруется через клубочки, а затем реабсорбируется проксимальным почечным канальцем. При этом менее 0,1% глюкозы не реабсорбируются почками (<0,25 мг/мл) и большая часть стандартных автоматизированных качественных тестов мочи не обнаруживает этого уровня, что снижает реальную оценку частоты положительных результатов на бессимптомную глюкозурию до 1% от всех проведенных исследований [12].

По данным различных авторов, частота встречаемости бессимптомной бактериурии среди здоровых людей варьируется от 1 до 5%, что в одних случаях рассматривается в рамках бактериального пейзажа физиологической микробиоты МП, в других как предвестник манифестации в них микробно-воспалительного процесса [13, 14]. Поэтому до тех пор, пока механизмы формирования бессимптомного присутствия бактерий в моче и их последствия не будут полностью изучены, следует по крайней мере принимать те же меры, которые используются у лиц с симптоматическими инфекциями МП [15].

Цель исследования: оценка особенностей метаболизма глюкозы в МП при различных проявлениях бактериурии.

Материал и методы

В рамках настоящего исследования проведен ретроспективный анализ 386 записей стационарных и амбулаторных карт, показателей автоматизированного исследования общего анализа мочи, ее микроскопии, результатов биохимического тестирования уровня гликемии и глюкозурии у пациентов нефрологических и урологических стационаров Тюмени, среди которых оказались 32 пациента (18 женщин и 14 мужчин) с медианой возраста 45,4 (39; 56) года, имевших в наличии электронные носители результатов позитронно-эмиссионной томографии/компьютерной томографии (ПЭТ/КТ) всего тела с фтордезоксиглюкозой (18F), проведенных в Тюменском радиологическом центре в 2017–2022 гг. по поводу заболеваний, не связанных с патологией почек. Эти пациенты были рандомизированы в три группы для дальнейшего исследования. Первая группа состояла из 11 человек с впервые выявленной бессимптомной бактериурией. Во второй группе были 14 пациентов, проходивших стационарное лечение по поводу обострения хронического пиелонефрита (ХПН) в текущем году, и в третьей – 7 пациентов с длительным анамнезом ХПН вне обострения. Контрольную группу составили 15 здоровых лиц аналогичного возраста и пола без нефроурологического анамнеза, у которых в неизмененном общем анализе мочи обнаруживались следы сахара. Все пациенты консультированы эндокринологом, женщины – гинекологом, и у них были исключены сопутствующие заболевания.

Автоматизированное исследование общего анализа мочи выполнялось на анализаторе мочи URISYS 2400 (Roche Diagnostics GmbH) [16]. Определение концентрации глюкозы в крови и моче ферментативным глюкозооксидазным методом при референсных значениях для мочи 0–1,8 ммоль/л [17]. Микроскопию нецентрифугированной мочи с окраской по Грамму при обнаружении одной или более бактерий в поле зрения расценивали как наличие 10 и более бактерий в мкл мочи [18].

ПЭТ/КТ всего тела с 18F выполняли на аппарате Biograph («Siemens») визуальным методом с изучением активности метаболизма в зонах интереса, выделенных штрих-линией по уровню захвата изотопа (SUVmax), в рамках физиологических отклонений показателей от 5,6 до 16,5 г/мл. Исследования проводили в течение 30 минут через 20 минут после внутривенного ведения 5 мл (200 МБк) препарата. Препарат изготавливался в Тюменском радиологическом центре на компактном циклотроне фирмы «Scanditronix». ПЭТ/ КТ-сканирование во всех случаях выполнялось в стандартном режиме [19–21]. Статистический анализ и обработку данных проводили согласно международным требованиям, предъявляемым к обработке данных научных исследований, при помощи программы для персональных компьютеров Statistica for Windows (версия 11.5). Непрерывные переменные представлены в виде M±m (среднее±стандартная ошибка среднего). Статистическую значимость различий оценивали по t-критерию Стьюдента.

Результаты и обсуждения

В первой группе пациентов без нефроурологического анамнеза в общем анализе мочи при повторном исследовании с интервалом 7 дней число лейкоцитов в моче оставалось в пределе 4,0±1,5 в мкл, число бактерий не превышало 10,0±2,0 в мкл, уровень глюкозурии определяли в границах физиологических флуктуаций (0,8±0,2 ммоль/л), однако в 2 раза был выше, чем в контрольной группе лиц без бактериурии.

Во второй группе пациентов, прошедших стационарное лечение по поводу обострения ХПН в текущем году, в повторных анализах мочи перед ПЭТ/КТ сканированием наблюдалась стойкая лейкоцитурия с числом лейкоцитов 31,5±3,0 в п/з, бактерий – 30,0±3,5 в мкл и сахара – 1,2±0,2 ммоль/л в моче. Но этого количества оказалось недостаточно для преодоления порога чувствительности автоматизированного исследования общего анализа мочи, оснащенного стандартными тестполосками с уровнем выявления глюкозы 1,7 и более ммоль/л. В третьей группе пациентов с длительным анамнезом ХПН без эпизодов обострения в текущем году мочевой синдром характеризовался наличием в моче лейкоцитов не более 14,0±4,5 в п/з, бактерий в пределах 20,0±1,5 в мкл и уровнем сахара, не превышающим 0,9±0,3 ммоль/л, что также оставалось ниже показателя, доступного для стандартного тестирования, и было выявлено только при специальном биохимическом поиске (см. таблицу).

67-1.jpg (114 KB)

Визуальный и количественный анализ результатов сканирования всего тела с 18F пациентов (см. рисунок на вклейке) без бактериурии показал, что в процессе метаболизма энергоемких молекул глюкозы в проекции почечных лоханок фиксировалось соизмеримое с почечной паренхимой количество меченой глюкозы (6,9±1,5, 9,6±2,0, 8,5±2,0 г/мл).

У пациентов с бессимптомной бактериурией общая метаболическая активность почек и накопление молекул меченой глюкозы в проекции почечных лоханок были достоверно выше, чем в группе лиц без бактериурии (8,5±2,0 и 22,4±1,5 г/ мл; р<0,05).

В группе пациентов с латентным течением ХПН метаболическая активность в почках и лоханках продолжала нарастать, что совпадало с проявлениями стойкой пиурии и указывало на незавершенность бактериальной нефропатии (42,6±1,8 и 56,9±1,3 г/мл; р<0,05).

В четвертой группе пациентов с длительным анамнезом ХПН без обострений в течение последнего года присутствие бактерий в моче и лейкоцитурия сопровождались самой низкой метаболической активностью во всех анализируемых регионах обеих почек (42,6±1,8, 56,9±1,3, 19,6±1,2 г/мл; р<0,05).

Выводы

Селекция патогенных свойств у типичных представителей микробиоты МП, определяющих клиническую форму проявления бактериурии, может быть связана с особенностями метаболизма глюкозы в органах мочевой системы, что нуждается в специальном изучении и уточнении.


Литература


1. Slauch J.M., Mahan M.J., Mekalanos J.J. In vivo expression technology for selection of bacterial genes specifically induced in host tissues. Meth. Enzymol. 1994;235:481–92. Doi: 10.1016/0076-6879(94)35164-3.


2. Antunes-Lopes T., Vale L., Coelho A.M.. The Role of Urinary Microbiota in Lower Urinary Tract Dysfunction: A Systematic Review. Eur. Urol. Focus. 2020;6(2):361–69. Doi: 10.1016/j.euf.2018.09.011.


3. Anger J., Lee U. Recurrent Uncomplicated Urinary Tract Infections In Women: Aua/Cua/Sufu Guideline. J. Urol. 2019;202(2):282–89. Doi: 10.1097/ JU.0000000000000296.


4. Liu F., Ling Z. Dysbiosis of urinary microbiota is positively correlated with Type 2 diabetes mellitus. Oncotarget. 2016;8(3). Doi: 10.18632/oncotarget.14028.


5. Gomes A.C., Bueno A.A., de Souza R.G.M., et al. Gut microbiota, probiotics and diabetes. Nutr. J. 2014;13:60. https://doi.org/10.1186/1475-2891-13-60


6. Sithara C.J., Sreekumary P.K., Bacterial Profile of Urinary Tract Infection in Type 2 Diabetes Mellitus. J. Evolut. Med. Dental Sci. 2020;9(34):2407–12. Doi: 10.14260/jemds/2020/524.


7. Rosendah K. Pediatric Imaging The Fundamentals. Acta Radiol. 2009;50(7):125–55. https://doi.org/10.1016/B978-1-4160-5907-3.00006-4


8. Lohr J.W., Chief Editor: Vecihi Batuman, Chronic Pyelonephritis Drugs & Diseases>Nephrology Drugs & Diseases > Nephrology.


9. Muralikrishna B., Varma K.S.K.C., Srujanitha T. Asymptomatic bacteriuria in women with diabetes mellitus. Int. J. Sci. Res. 2017;6(6):29–31.


10. Geerlings S.E., Brouwer E.C., Gaastra W. Effect of glucose and pH on uropathogenic and non-uropathogenic Escherichia coli: Studies with urine from diabetic and non-diabetic individuals. J. Med. Microbiol. 1999;48(6):535–39. Doi: 10.1099/00222615-48-6-535.


11. Md Jahirul Islam, Kamal Bagale, Preeti John Glycosuria Alters Uropathogenic Escherichia coli Global Gene Expression and Virulence Effect of diabetes mellitus on the uropathogenesis of uropathogenic E. coli. 2022. Doi: 10.1128/ msphere.00004-22.


12. Liman M.N.P., Jialal I. Physiology, Glycosuria Last Update: March 18, 2022.


13. Kalgo Z.M., Yusuf A.B., Umar S., et al. Prevalence of Asymptomatic Bacteriuria Among Pregnant Women in Kebbi State, Nigeria. Int. J. Women’s Health Care. 2022;7(3):125–38.


14. Edgar V.L., Vecihi Batuman. Asymptomatic Bacteriuria Drugs & Diseases>Nephrology. Updated: Sep 03, 2021.


15. Wagenlehner F.M.E., Naber K.G., Wolfgang Weidner Asymptomatic bacteriuria in elderly patients: significance and implications for treatment. Rev. Drugs Aging. 2005;22(10):801–7. Doi: 10.2165/00002512-200522100-00001.PMID.


16. Okada H., Sakai Y. Detection of Significant Bacteriuria by Automated Urinalysis Using Flow Cytometry. J. Clin. Microbiol. 2000;38(8):2870–72. Doi: 10.1128/JCM.38.8.2870-2872.2000.


17. Gray J., Bhatti A. Hyperglycaemia, glycosuria and ketonuria may not be diabetes. Ulster. Med. J. 2003;72(1):48–9.


18. By Danyal Dg/ Microscopic Examination of Urine CLINICAL PATHOLOGY Twitter Profile | Updated: Saturday, 06 March 2021 22:27 UTC.


19. Werner R.A., Ordonez A.A., Sanchez-Bautista J., et al. New functional PET imaging of the kidney with 18F-FDS in humans. Clin. Nucl. Med. 2019;44(5):410–11. Doi: 10.1097/RLU.0000000000002494.


20. Ruiz-Bedoya C.A., Ordonez A.A., Werner R.A., et al. 11 C-PABA as a new PET-based radioactive tracer for functional renal imaging: preclinical and early human studies. J. Nucl. Med. 2020;61:1665–71. Doi: 10.2967/ jnumed.119.239806.


21. Berdichevsky V.B., Berdichevsky B.A. The combination of positron emission and computed tomography in the study of the metabolism of chronic kidney disease. Intern. J. Radiol. Radiother. 2018;5(5):293–94. Doi: 10.15406/ ijrrt.2018.05.00181.


Об авторах / Для корреспонденции


Бердичевский Вадим Борисович – д.м.н., профессор кафедры онкологии с курсом урологии ФГБОУ ВО «Тюменский государственный медицинский университет» Минздрава РФ. Адрес: 625023 Тюмень, ул. Одесская, 54; e-mail: urotgmu@mail.ru
Бердичевский Борис Аркадьевич – д.м.н., профессор, профессор кафедры онкологии с курсом урологии ФГБОУ ВО «Тюменский государственный медицинский университет» Минздрава РФ. Адрес: 625023 Тюмень, ул. Одесская, 54; e-mail: urotgmu@mail.ru
Сапоженкова Екатерина Валерьевна – к.м.н., доцент кафедры нормальной физиологии ФГБОУ ВО «Тюменский государственный медицинский университет» Минздрава РФ. Адрес: 625023 Тюмень, ул. Одесская, 54; e-mail: ekaterina_chibulaeva@mail.ru.
Павлова Ирина Валерьевна – врач-уролог отделения урологии АО «Медико-санитарная часть "Нефтяник"». Адрес: 625062, Тюмень, ул. Юрия Семовских, 8/1; e-mail: iraena@mail.ru
Гоняев Артем Романович – врач-уролог клинического госпиталя «Мать и дитя. Адрес: 625032, Тюмень, ул. Юрия Семовских, 20; e-mail: a.gonyaev25@yandex.ru Болдырев Алексей Леонидович – врач-уролог ГБУЗ ТО «Областная клиническая больница № 2». Адрес: 625039, Тюмень, ул. Мельникайте, 75; e-mail: boldyrev.a.l@yandex.ru
Петров Даниил Иванович – студент лечебного факультета ФГБОУ ВО «Тюменский государственный медицинский университет» Минздрава РФ. Адрес: 625023 Тюмень, ул. Одесская, 54; e-mail: tgmu@tyumsmu.ru.
Спирина Дарья Сергеевна – студент лечебного факультета ФГБОУ ВО «Тюменский государственный медицинский университет» Минздрава РФ. Адрес: 625023 Тюмень, ул. Одесская, д. 54; e mail: tgmu@tyumsmu.ru


Бионика Медиа