Microbiote et cancer

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Microbiota and cancer

Anthony Lopez*

* Service d’hépatogastroentérologie et unité Inserm U954, CHRU de Nancy et université de Lorraine, Vandœuvre- lès-Nancy.

La muqueuse intestinale est colonisée par environ 100 milliards de micro-organismes (incluant des bactéries, des champignons, des virus et des bactériophages), mais il existe 3 princi- paux phyla : les Firmicutes (30-50 %), les Bacteroi- detes (20-40 %) et les Actinobacteria (1-10 %) [1]. Le microbiote intestinal diffère significativement d’un individu à l’autre, mais sa composition est globa- lement stable chez une personne donnée au cours du temps (2). Le mode de vie, l’alimentation et le génotype de l’hôte sont les déterminants majeurs de la composition du microbiote (3). La majorité des espèces bactériennes sont des anaérobies strictes (par exemple, les Bacteroides, Bifidobacterium, Fuso bacterium et Peptostreptococcus), tandis que les anaérobies facultatives sont minoritaires (les genres Lactobacilli, Enterococci, Streptococci et Enterobacteriaceae) [4]. Après une perturbation, le microbiote intestinal a la capacité de se restaurer, mais, si les modifications de la composition microbienne excèdent sa résilience, les altérations deviennent permanentes, aboutissant à une dysbiose (5). Quand la relation symbiotique entre l’hôte et le microbiote est altérée, une réponse inflammatoire ou immunitaire déséquilibrée apparaît, à l’origine de dommages tissulaires chroniques que l’on peut voir, par exemple, dans les maladies inflammatoires chroniques intestinales (6). La dysbiose est également impliquée dans la carcinogenèse : elle déclenche des signaux pro-inflammatoires ou immuno suppresseurs.

Au-delà de son rôle protecteur contre les infections, le microbiote intestinal joue un rôle majeur dans les fonctions immunitaires, structurelles et méta- boliques. Les micro-organismes commensaux sont les premiers contacts avec les pathogènes exogènes.

Ils protègent l’hôte grâce à un processus connu sous le nom de “résistance à la colonisation” (7).

Les souris germ-free (GF), qui n’ont pas été coloni- sées par des micro-organismes, sont plus à risque de développer des infections avec une activation et une accumulation altérées des phagocytes au niveau du site de l’infection (8). Inversement, la reconstitution d’un microbiote intestinal chez une

souris GF est suffisante pour restaurer l’immunité de la muqueuse (9).

Grâce aux travaux de R. Koch, il a été démontré que certaines souches bactériennes avaient une patho génicité intrinsèque. Helicobacter pylori a par exemple été classé il y a plus de 20 ans dans le groupe des carcinogènes de type I par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC), et est impliqué dans trois quarts des cancers gastriques à l’échelle mondiale. Cependant, l’idée qu’un micro- organisme correspondrait à une maladie est rare- ment vérifiée, et il semblerait que des modifications plus globales du microbiote participent à la carcino- genèse. Le microbiote peut ainsi être impliqué dans la carcinogenèse de multiples manières : mécanismes pathogéniques directs, immunosuppression, alté- ration des mécanismes inflammatoires, du méta- bolisme de l’hôte ainsi que des voies de prolifération et de mort cellulaire. Récemment, des données ont été rapportées sur l’impact du microbiote sur la réponse à l’immuno thérapie. Nous assistons donc à un changement de perception de la relation entre l’hôte et ses micro-organismes, dans laquelle le microbiote ne serait plus un pathogène potentiel mais un partenaire thérapeutique en devenir.

Rôle du microbiote dans la carcinogenèse

Hypothèse infectieuse

En 2012, environ 15 % des nouveaux cas de cancer diagnostiqués dans le monde étaient attribuables à des agents infectieux, avec des différences signi- ficatives entre les pays occidentaux (moins de 5 % des cas) et certains pays d’Afrique subsaharienne (plus de 50 % des cas) [10]. Le CIRC considère que 10 micro- organismes sont carcinogènes pour l’homme, parmi lesquels H. pylori, le papillomavirus humain, les virus des hépatites B et C, ou encore le virus d’Epstein-Barr (11). H. pylori est directement et fortement impliqué dans la carcino genèse gastrique, grâce à de nombreux mécanismes :

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Résumé

β-caténine ADN ROS/RNS H Salmonella

typhi AvrA

CagA FadA

Prolifération Angiogenèse Migration

Microbiote

Muqueuse

PNN : polynucléaires neutrophiles.

PNN Helicobacter

pylori

Cellule épithéliale E-cadhérine

Fusobacterium nucleatum

Figure 1. Microbiote et carcinogenèse.

Helicobacter pylori peut activer les neutrophiles, produisant des espèces réactives de l’oxygène (ROS) et de l’azote (RNS) à l’origine de lésions dans l’ADN. H. pylori, Fusobacterium nucleatum et Salmonella typhi produisent des onco- protéines, respectivement CagA (Cytotoxin-Associated Gene A), FadA (Fusobacterium Adhesin A) et AvrA (Avirulence factor for Salmonella). En se liant à la E-cadhérine, ces oncoprotéines reprogramment les cellules épithéliales et activent la voie Wnt/β-caténine. Dans le noyau, des facteurs de transcription sont activés, régulant l’expression d’oncogènes et de gènes du cycle cellulaire. Par conséquent, tous les processus centraux de la carcinogenèse, comme la prolifération cellulaire, la survie, la migration et l’angiogenèse, sont stimulés.

Le microbiote peut désormais être considéré comme un organe à part entière, jouant un rôle majeur dans les fonctions immunitaires, structurelles et métaboliques de son hôte. Les micro-organismes semblent impliqués dans la carcinogenèse via divers mécanismes : lésions dans l’ADN grâce à des toxines, dysbiose, stimulation de voies de signalisation pro-inflammatoires, recrutement de cellules immunosuppressives, etc. Les données chez l’homme sont parcellaires et peu robustes, mais des modifications du microbiote ont été rapportées en cas de cancer colorectal, gastrique, œsophagien, pancréatique ou hépatique. Certains profils de microbiotes seraient associés à la réponse à l’immunothérapie de type inhibiteurs de checkpoint immunitaires.

Mots-clés

Microbiote Carcinogenèse Dysbiose Immunité Immunothérapie

Summary

There is an essential symbiotic relationship between the host and commensal microbiota, regulating physiological functions including inflam

mation and immunity. This equilibrium can be disturbed by environmental factors such as lifestyle, diet or anti

biotic pressure, contributing to create a dys biosis. There is much evidence about the gut microbiota’s contribution to carcinogenesis, involving proinflammatory and immuno

suppressive signals. At the same time, it seems increas

ingly clear that commensal microbes can modulate cancer therapy efficacy and safety, especially in innovative treat

ments as immune checkpoint inhibitors.

Keywords

Microbiota Carcinogenesis Dysbiosis Immunity Immunotherapy

facteurs de virulence spécifique liés à certaines souches de H. pylori, génotype de l’hôte, inter action avec l’alimentation, altération des populations de cellules souches ou du microbiome (le génome du microbiote). En cas d’infection par H. pylori, les neutrophiles sont activés et produisent des espèces réactives de l’oxygène (ROS) et de l’azote (nitrogen) [RNS], impliqués dans l’inflammation et la carcino- genèse par le biais de lésions dans l’ADN (12). Mais H. pylori est également impliqué dans des méca- nismes plus complexes via son oncoprotéine CagA (Cytotoxin-Associated Gene A), capable de repro- grammer les cellules épithéliales et d’activer la voie

de signalisation Wnt/β-caténine, qui stimule toutes les étapes centrales de la carcinogenèse, comme la prolifération cellulaire, la survie, la migration et l’angio genèse (12).

De nombreux auteurs ont rapporté une surreprésen- tation de Fuso bacterium nucleatum dans les biopsies tumorales de cancer colorectal (CCR) [13, 14]. La carcinogenèse colo rectale pourrait être favorisée par l’expression d’un composant d’adhérence de surface cellulaire (FadA [Fusobacterium Adhesin A]) qui se fixe à l’ E-cadhérine de l’hôte, conduisant à une activation de la β-caténine (15). De la même manière, Salmonella typhi pourrait aussi jouer un

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rôle central dans la carcinogenèse par le biais de sa protéine AvrA (Avirulence Factor for Salmonella) [16]

(figure 1).

Dysbiose, inflammation et cancer

Les muqueuses permettent d’entretenir une sym- biose entre hôte et micro-organismes, mais les infections, les traumatismes ou certains facteurs alimentaires peuvent conduire à une brèche persis- tante de ces barrières, et donc à une relation per- turbée entre ces acteurs, avec pour conséquence une augmentation des signaux pro-inflammatoires.

Chez des souris présentant une dysbiose intestinale caractérisée par une expansion du phylum Bacteroi- detes, la production de cytokine pro-inflammatoire (IL-18), impliquée dans des mécanismes de protec- tion de la muqueuse, est diminuée, ce qui entraîne une susceptibilité accrue à la carcino genèse colique chimio-induite (17). D’autres modèles murins défi- cients en NLR (Nucleotide-Binding Oligomerization Domain-Like Receptor) suggèrent que les réponses pro-inflammatoires peuvent mener à la carcino- genèse. Par exemple, NLRP6 est impliqué dans l’activation de caspase 1, essentielle pour la production de cytokines pro-inflammatoires matures IL-1β et IL-18 (18). Après un traitement par dextran sulfate de sodium (DSS), les souris déficientes en NLRP6 sont incapables de combattre efficacement l’inflammation et de réparer les lésions de l’épithélium, contrai- rement aux souris dites sauvages, ce qui augmente le risque de développer un cancer associé à l’inflammation (18). De manière intéressante, le transfert de microbiote de modèles murins de cancers associés à l’inflammation à des souris non mutées augmente le risque de cancer colique chez ces dernières (18, 19).

Microbiote, immunosuppression et évasion tumorale

Les micro-organismes ne sont pas seulement capables de stimuler des signaux pro-inflammatoires : ils peuvent aussi induire des réponses immunosuppressives, en protégeant les tumeurs des systèmes défensifs de l’hôte. Par exemple, de nombreuses études ont évoqué le rôle de la toxine de Bacteroides fragilis (BFT) dans la carcinogenèse colique. Cependant, l’administration orale de faibles doses de BFT-2 recombinée inhibe la formation des cellules tumorales dans les modèles murins (20). Cet effet peut s’expliquer partiellement par une expres-

sion accrue de la caspase 3, acteur clé de l’apoptose.

Un paradoxe similaire existe avec les lymphocytes T régulateurs (T_reg)_.Les T_regFoxP3+ CD4+ CD25^+/high sont des éléments immunosuppresseurs indispen- sables pour prévenir une réponse immuno logique périphérique disproportionnée, et donc la survenue de lésions tissulaires, voire d’une auto- immunité.

De nombreuses études ont montré qu’une densité élevée de cellules associées aux tumeurs exprimant les marqueurs des T_reg, notamment le FoxP3, était associée à un mauvais pronostic en cas de cancer digestif (21, 22). Mais une relation inverse a égale- ment été évoquée (23, 24). Chez les souris, l’ino- culation orale d’un mélange défini de certaines souches de Clostridium entraîne une accumulation de T_reg au sein de la muqueuse colique, ce qui induit la rémission de toutes les tumeurs cancéreuses préétablies (25). Les interactions complexes entre le microbiote intestinal, le système immunitaire et les cellules tumorales nous font entrer dans une nouvelle ère où les micro- organismes pourraient être à la fois nos partenaires et nos ennemis.

Relation entre alimentation, microbiote, acides biliaires et immunité

Une alimentation riche en acides gras saturés augmente significativement le risque de CCR, mais de multiples acteurs sont impliqués, et il y a des inter- connexions entre l’obésité, l’inflammation, les acides biliaires et le microbiome. L’obésité est aujourd’hui considérée comme un état inflammatoire chronique, associé à un risque accru de cancer (26). De plus, le microbiote est altéré chez les personnes obèses, alors que le rôle de certains micro-organismes dans l’insulinorésistance, l’inflammation et l’adiposité a été démontré grâce à leurs interactions avec les cellules épithéliales et endocrines (26). Les souris nourries selon un régime riche en graisses ont un microbiote altéré, associé à une réponse immunitaire pro-inflammatoire Th1 et à un risque plus élevé de colite (27). La dysbiose semble être l’élément central de la carcino- genèse intestinale en cas de régime riche en graisses.

Chez les souris mutées pour le gène k-ras, la consom- mation accrue de graisses entraîne un changement de composition du microbiote, associé à une diminution de l’immunité antimicrobienne de l’hôte régulée par les cellules de Paneth, compromettant le recrutement des cellules dendritiques, et donc la présentation anti- génique au sein des tissus lymphoïdes (28). Par consé- quent, la croissance et la dissémination tumorales sont amplifiées. De plus, la transplantation de fèces

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DOSSIER

Microbiote intestinal

provenant de souris ayant une alimentation riche en graisses, avec des tumeurs intestinales, à des souris adultes mutées pour le gène k-ras est suffisante pour transmettre la maladie cancéreuse, indépendamment de l’obésité, ce qui souligne le rôle crucial de la dysbiose dans ce modèle. Le microbiote intestinal est essentiel dans le métabolisme des acides biliaires.

Dans la circulation entérohépatique, les acides biliaires primaires sont produits dans le foie à partir du cho- lestérol et sont ensuite transformés en acides biliaires secondaires (ABS) puis déconjugués par le microbiote intestinal. Les acides désoxycholique et lithocholique sont des ABS potentiellement impliqués dans la car- cinogenèse colique. In vitro, ils peuvent induire des lésions oxydatives de l’ADN et diminuer l’apoptose.

Les ABS régulent aussi des voies de carcinogenèse comme EGFR/PKC/Ras/ERK/CREB ou PI3K/Akt/IκB/

NF-κB (29). Chez les souris nourries selon un régime riche en graisses, la déconjugaison des acides biliaires primaires est augmentée, entraînant une expansion de Bilophila wadsworthia, impliquée dans l’inflammation colique chronique (30). La fermentation intestinale des fibres alimentaires par le microbiote colique est à l’origine de la formation d’acides gras à chaîne courte (AGCC), comme les acides acétique, propionique et butyrique. Les AGCC sont impliqués dans différents aspects de la réponse immunitaire, car ils recrutent et stimulent la différenciation des Treg dans l’environnement colique (31). Cependant, les AGCC pourraient avoir des effets opposés. Dans des modèles murins de carcinogenèse colique chimio-induite, un régime alimentaire spécifique associé à l’apport de certaines souches bactériennes conduit à une modification du métabolisme glycolytique des cellules tumorales, avec une réduction du métabolisme du butyrate et une accumulation intranucléaire accrue de ce dernier (32).

Cela augmente l’acétylation des histones et, par conséquent, l’apoptose, tout en réduisant la prolifé- ration cellulaire. Dans un autre modèle de CCR murin, avec des mutations des gènes Apc et Msh2, le microbiote et le butyrate ont des effets pro-oncogènes (33).

Ces résultats illustrent à quel point les relations entre le microbiote intestinal et le système immunitaire de l’hôte sont hautement contextuelles.

Microbiote et cancers digestifs

Cancer colorectal

Certains arguments indirects suggèrent un rôle potentiel du microbiote dans la carcinogenèse colorectale. La concentration bactérienne dans le

côlon est environ 1 million de fois plus élevée que dans l’intestin grêle, alors que l’incidence du CCR est 12 fois supérieure à celle du cancer de l’intestin grêle. Le CCR est une maladie essentiellement génétique, mais le microbiote pourrait expliquer les interactions entre le génome de l’hôte et l’environnement dans la carcinogenèse. Cependant, le cancer reste une maladie multifactorielle, et établir un lien de causalité robuste entre micro-organismes et CCR est difficile, au regard des nombreuses limites des études disponibles sur le microbiome des tumeurs coliques (faibles effectifs, sites de prélèvements tissulaires non définis, absence de prélèvements contrôles, absence de prise en compte des facteurs de confusion, analyses statis- tiques peu poussées, etc.). Dans la carcinogenèse colique, peu de bactéries réunissent les critères habituels de causalité : facteurs épidémiologiques, réponse immunologique mesurable, plausibilité biologique, prévention de la maladie par l’élimina- tion ou la modification de l’agent causal supposé.

Cependant, certaines bactéries semblent fréquem- ment associées au CCR : Streptococcus gallolyticus, Enterococcus faecalis, Bacteroides fragilis entéro- toxinogène (BFET), Escherichia coli et Fusobacte- rium nucleatum (tableau I).

◆Streptococcus gallolyticus

Dans une méta-analyse publiée en 2011, les patients présentant une infection à S. gallolyticus (par exemple, S. bovis de type I) avaient un risque accru de CCR comparativement à ceux ayant une infection à S. bovis de type II (odds-ratio [OR] = 7,26 ; IC₉₅ : 3,94- 13,36) [34]. La détection d’ADN de S. gallo lyticus dans les tissus tumoraux et non tumoraux de patients atteints d’un CCR variait de 23 à 49 %, alors que moins de 5 % était détecté dans les tissus contrôles (p < 0,05) [35]. S. gallolyticus pourrait être un germe opportuniste profitant d’une perte de l’intégrité de la barrière muqueuse, ou contribuer à la carcinogenèse colique par des mécanismes de virulence spécifiques. D’autres mécanismes ont été évoqués, comme des propriétés d’adhérence aux muqueuses normales et tumorales, ou un avantage compétitif de croissance en milieu tumoral.

◆Enterococcus faecalis

Les données chez l’homme sont pauvres (36, 37), mais, dans une étude comparant la composition bactérienne fécale de 20 patients atteints d’un CCR et de 17 volontaires sains, la concentration de E. fae- calis était significativement augmentée en cas de CCR (p = 0,029 4) [36]. E. faecalis est capable de

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produire des ROS (créant des dommages dans l’ADN et des instabilités du génome), ainsi que des anions superoxydes extracellulaires (38). Les souris IL-10^–/–

colonisées par E. faecalis produisant du superoxyde développent une inflammation colique chronique et des CCR, tandis que des souches déficientes en superoxyde entraînent une inflammation mais pas de cancer (39).

◆Bacteroides fragilis entérotoxinogène BFET est généralement acquis durant l’enfance, entraînant une diarrhée parfois sévère ; mais des colonisations asymptomatiques chez les adultes sont fréquentes, avec une prévalence estimée à 40 %. Dans plusieurs études, BFET était détecté de manière significativement plus importante dans les selles de patients atteints de CCR que chez des contrôles (39, 40). La virulence de BFET est essentiellement due à sa toxine (BFT), qui clive l’E-cadhérine, une protéine onco- suppressive, conduisant à une stimulation de la voie

Wnt/β-caténine et, donc, à la prolifération de cellules tumorales coliques (38). La BFT stimule également les voies du NF-κB et de STAT3, toutes 2 impliquées dans la carcino genèse colique.

◆Escherichia coli

E. coli est depuis plus de 20 ans suspecté de jouer un rôle pro-oncogène. De nombreuses études ont rap- porté une association entre E. coli et le CCR (41-43).

Par exemple, H. M. Martin et al. ont montré que 71 % des biopsies coliques provenant de patients ayant un CCR étaient colonisées par E. coli, contre 42 % chez les sujets contrôles (41). Les souches de E. coli génotoxiques, et notamment le groupe produisant la colibactine B2, peuvent engendrer des cassures de l’ADN double-brin et une instabilité génomique.

De plus, certaines interactions ont été décrites entre un autre sous-groupe de E. coli (E. coli entéropatho- gène) et le système de réparation de l’ADN MMR (mismatch repair system) [44].

Tableau I. Variations du microbiote en cas de cancer colorectal.

Auteur Année Méthodes Cas/contrôles Variation Bactérie

Martin et al. (41) 2004 Biopsies coliques, PCR 21/21 & Escherichia coli

Toprak et al. (40) 2006 Selles, PCR 73/59 & Bacteroides fragilis entérotoxinogène

Balamurugan et al. (37) 2008 Selles, PCR, séquençage d’ADN ribosomal 16S 20/17 &

( (

Enterococcus faecalis Eubacterium rectale Faecalibacterium prausnitzii

Maddocks et al. (44) 2013 Biopsies coliques, FISH, PCR 20/20 & Escherichia coli

Wang et al. (39) 2012 Selles, séquençage d’ADN ribosomal 16S 46/56 &

&

(

Bacteroides fragilis Porphyromonas

Escherichia Shigella Enterococcus

Roseburia Kostic et al. (13) 2012 Biopsies coliques, FISH, séquençage d’ADN

ribosomal 16S 95/95 &

( (

Fusobacterium Bacteroidetes Firmicutes Castellarin et al. (14) 2012 Biopsies coliques, PCR, séquençage d’ADN

ribosomal 16S 11/11 & Fusobacterium

Lu et al. (16) 2014 Selles, séquençage d’ADN ribosomal 16S 19/20 &

&

( (

Fusobacterium Bacteroides Faecalibacterium

Roseburia Kostic et al. (45) 2013 Biopsies coliques, selles, FISH, séquençage d’ADN

ribosomal 16S 27/30 & Fusobacterium nucleatum

Bonnet et al. (43) 2014 Biopsies coliques, PCR 50/33 & Escherichia coli

Viljoen et al. (46) 2015 Biopsies coliques, PCR, séquençage d’ADN

ribosomal 16S 55/55 & Fusobacterium

MiraPascual et al. (36) 2015 Biopsies coliques, selles, PCR, séquençage d’ADN

&

Fusobacterium nucleatum Enterobacteriaceae

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DOSSIER

◆Fusobacterium nucleatum

Ce phylum a probablement apporté les preuves les plus robustes quant au rôle des micro-organismes dans la carcinogenèse colique. Grâce à des méthodes métagénomiques (analyses d’ADN ribosomal 16S et de séquences d’ARN), de nombreuses études ont montré une concentration accrue de Fuso- bacterium spp., notamment F. nucleatum, au sein des prélèvements tissulaires tumoraux, par rapport aux tissus sains adjacents chez un même patient (13, 14, 45, 46). De manière intéressante, les sujets avec une forte abondance de Fusobacterium spp. semblent être plus enclins à développer des adénomes coliques (OR = 3,66 ; IC₉₅ : 1,37-9,74 ; p = 0,005) [47]. Ces données suggèrent que F. nucleatum intervient dans les étapes initiales de la carcinogenèse colorectale.

F. nucleatum pourrait aussi être un facteur pronos- tique. Récemment, un haut niveau de colonisation par Fusobacterium a été associé aux CCR de stades III et IV, ainsi qu’à l’instabilité microsatellitaire (46).

Cancer gastrique

En raison de l’acidité de l’estomac, la concentration bactérienne y est 5 fois inférieure à celle du côlon.

Chez les patients H. pylori-négatifs, le phylum le plus abondant est celui des Proteobacteria, suivi des Firmicutes, des Bacteroidetes, des Actinobacteria puis des Fusobacteria. La prévalence de l’infection à H. pylori varie considérablement d’un pays à l’autre, de 45 à 84 % dans les études les plus récentes.

À l’échelle mondiale, 74 % des cancers gastriques sont attribuables à H. pylori, notamment car ce dernier est capable de modifier la composition et la bio diversité du microbiote gastrique, favorisant ainsi la carcinogenèse. En utilisant l’ARN ribosomal 16S, une petite étude (12 sujets) a montré que l’abondance relative de Proteobacteria et d’Acidobac- teria était plus élevée chez les patients infectés par H. pylori, tandis que les patients H. pylori-négatifs avaient une plus grande abondance d’Actinobacteria et de Firmicutes (48). Cependant, comme souvent dans la littérature concernant le microbiote, des données contradictoires sont disponibles, avec des études suggérant que la présence d’H. pylori dans la muqueuse gastrique n’affecterait pas la composition de la composition bactérienne gastrique (49, 50).

I. Yang et al. ont récemment comparé le microbiote gastrique de 2 groupes de sujets issus de 2 villes colombiennes où l’incidence de cancer gastrique est radicalement différente, malgré une préva- lence de H. pylori similaire (51). Leptotrichia wadei

et Veillonella spp. étaient significativement plus abondantes dans le groupe à haute incidence de cancer gastrique, tandis que Staphylococcus spp.

était plus important dans l’autre groupe. Peu d’études ont directement comparé la constitution du microbiote gastrique des patients ayant un cancer gastrique avec celle des sujets contrôles, et leurs résultats sont discordants, possiblement en raison de méthodes d’analyse différentes. Cependant, les études les plus récentes évoquaient une augmentation des Firmicutes et une diminution des Proteo- bacteria et des Bacteroidetes (52-54). Les études animales sont en faveur d’un rôle du microbiote dans le développement du cancer gastrique. Les souris transgéniques INS-GAS surexpriment la gastrine humaine et peuvent développer des carcinomes gastriques intramuqueux. Ce processus est accé- léré chez ces souris après la colonisation gastrique par le microbiote par rapport aux souris infectées uniquement par H. pylori (55). Inversement, l’anti- biothérapie retarde significativement l’apparition du cancer gastrique dans ce modèle. La façon dont le microbiote influencerait la carcinogenèse gastrique est peu documentée, mais les composés N-nitrosés pourraient jouer un rôle prépondérant. Ces derniers sont significativement associés au cancer gastrique, tandis que les nitrites sont des précurseurs connus des composés N-nitrosés endogènes. En cas de dysbiose gastrique, les bactéries réductrices de nitrates peuvent être surreprésentées, comme Veillonella parvula, conduisant à une accumulation de nitrites dans le mucus gastrique (56). Enfin, H. pylori pourrait être un déclencheur de la gastrite atrophique, associée à une baisse de l’acidité et à des change- ments dans la constitution du microbiote, qui ont des conséquences dans les étapes ultérieures de la carcinogenèse gastrique.

Cancer œsophagien

Par rapport à celles du CCR et du cancer gastrique, les données concernant le microbiote et le cancer œsophagien sont parcellaires. En 2009, L. Yang et al. ont analysé 6 800 clones géniques issus d’ARN ribosomal 16S chez 34 sujets, ce qui a permis d’isoler 2 profils de microbiome :

➤ le type I, essentiellement associé avec l’œso- phage sain, dans lequel prédominaient les bactéries du phylum Firmicutes, et en premier lieu celles du genre Streptococcus ;

➤ le type II, surexprimant les bactéries des phyla Bacteroidetes, Proteobacteria, Fusobacteria et

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Spirochaetes, était associé à l’œsophagite de reflux (OR = 15,4 ; IC₉₅ : 1,5-161,0) et l’œsophage de Barrett (OR = 16,5 ; IC₉₅ : 1,5-183,1) [57].Ces résultats ont par la suite été affinés par N. Liu et al., qui ont montré que Veillonella, Prevotella, Neisseria et Fusobacterium étaient prédominants en cas d’œso- phagite de reflux et d’œsophage de Barrett, mais absents chez les sujets contrôles (58). Rares sont les études qui ont abordé les modifications du microbiote œsophagien en cas de cancer. Dans une étude britannique comparant 30 patients atteints d’un cancer œsophagien à 39 sujets contrôles, aucune différence significative n’a été reportée entre les 2 groupes (59). Les résultats étaient similaires dans une étude récente analysant 5 cas et 8 sujets sains (60). La façon dont le microbiote pourrait jouer un rôle dans la carcinogenèse œsophagienne n’est actuellement pas connue, mais les Toll-Like Recep- tors (TLR) exprimés dans le microenvironnement de la muqueuse œsophagienne seraient des média- teurs potentiels dans la progression de la maladie depuis le reflux jusqu’au cancer invasif, en créant des interactions entre le système immunitaire et le microbiome (61).

Carcinome hépatocellulaire

Le foie est constamment exposé au microbiote intestinal via le flux veineux portal. Dans les modèles murins, la stérilisation de l’intestin pré- vient l’apparition de tumeurs hépatiques. De la même manière, une antibiothérapie permet de réduire le nombre et la taille des tumeurs. Le déve- loppement du carcinome hépatocellulaire (CHC) chez les souris GF pourrait être dû à l’activation du TLR4 causée par un lipopolysaccharide issu de certaines bactéries (62). Le lien entre microbiote et CHC semble fortement corrélé à l’obésité. Chez les souris nourries selon un régime riche en graisses, la proportion de bactéries à Gram positif est aug- mentée, ce qui est potentiellement à l’origine de dommages dans l’ADN des cellules stellaires des souris obèses (63). Les ABS pourraient également jouer un rôle dans la carcinogenèse hépatique.

Ceux-ci sont augmentés en cas d’alimentation riche en graisses, ce qui active des voies de signalisation promitotiques et pro-inflammatoires (63). Même si ces données préliminaires suggèrent un impact du microbiote et de l’homéostasie intestinale sur la carcinogenèse hépatique, des études longitudi- nales chez l’homme sont nécessaires pour confirmer cette relation.

Cancer du pancréas

Les cellules pancréatiques peuvent entrer en contact avec les micro-organismes par la trans- location de microflore orale et intestinale. De nombreux auteurs ont analysé le rôle du microbiote dans la carcinogenèse pancréatique en étudiant le microbiome oral (64, 65). J.J. Farrell et al. ont ainsi comparé le microbiote salivaire de patients atteints d’un cancer du pancréas (CP) [n = 38] avec celui de sujets contrôles sains (n = 38), mettant en évidence une diminution de Neisseria elongata et une augmentation de Granulicatella adiacens en cas de tumeur (64). Dans une étude cas-témoins de plus grande ampleur (821 sujets), de hauts niveaux d’anticorps dirigés contre Porphyromonas gingivalis (une bactérie parodontale pathogène) étaient associés à un risque accru de CP (OR = 2,14 ; IC₉₅ : 1,05-4,36) [65]. Les données concernant le rôle d’H. pylori dans le CP sont quant à elles discor- dantes, mais une méta-analyse regroupant 9 études et 3 033 sujets a conclu à un surrisque modeste de CP en cas d’infection à H. pylori (OR = 1,47 ; IC₉₅ = 1,22-1,77) [66]. Cet effet pourrait s’expliquer par une stimulation de la voie du NF-κB, mais l’impact de modifications plus globales du microbiote dans la carcinogenèse pancréatique n’a pas encore été évalué. Cependant, l’activation chronique du système immunitaire et l’inflammation liée à la tumeur impliquant une stimulation des TLR seraient un mécanisme plausible (67). En conclusion, le microbiome ouvre des voies prometteuses quant à une détection précoce du CP, mais des études com- plémentaires sont nécessaires pour mieux explorer les liens entre micro-organismes et carcinogenèse pancréatique. Les principales études explorant les variations du microbiote en cas de néoplasies diges- tives sont résumées dans le tableau II (p. 40).

Rôle du microbiote

dans le traitement du cancer

Un nouveau champ de recherche très actif a récemment émergé, dans lequel les compo- sants du microbiote ne seraient pas à l’origine du cancer mais plutôt des partenaires impliqués dans l’effica cité et la tolérance des thérapies antitumorales, et plus particulièrement l’immunothérapie (figure 2, p. 41). Deux études similaires publiées il y a quelques mois ont ainsi montré des profils de microbiote différents entre patients répondeurs et non répondeurs à une immuno thérapie de type

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DOSSIER

anti-PD1/ anti-PD-L1 atteints d’un mélanome (68) ou d’un cancer bronchique ou urothélial avancés (69).

L’équipe américaine du MD Anderson Cancer Center a ainsi analysé le microbiome de 112 patients por- teurs d’un mélanome métastatique qui commen- çaient un traitement par anti-PD1 avec une méthode de séquençage d’ARN ribosomal 16S dite du “whole- genome shotgun” (68). Sur les 89 patients éligibles, 54 étaient considérés comme répondeurs selon les critères RECIST 1.1, et 35 comme non répondeurs.

La diversité α et l’abondance relative des bactéries du genre Ruminococcaceae étaient significativement augmentées chez les répondeurs par rapport aux non-répondeurs (p < 0,01). De même, les bactéries du genre Clostridiales et Faecalibacterium étaient enrichies chez les patients répondeurs, tandis que Bacteroides thetaiotaomicron, E. coli et Anaero- truncus colihominis étaient surreprésentés chez les patients non répondeurs. Le profil du microbiote des répondeurs était corrélé à l’infiltration tumorale CD8+, et celui des non-répondeurs, à une plus grande abondance de Treg. D’une manière intéres- sante, cette immunité antitumorale accrue était transférable à des modèles murins recevant une transplantation de microbiote fécal provenant de patients répondeurs. La deuxième étude émane

d’une équipe française et porte sur 249 patients traités par un anti-PD1/PD-L1 pour un cancer bronchique, rénal ou urothélial (69). Un peu moins d’un tiers des patients (28 %) avaient reçu une anti- biothérapie dans les 2 mois précédant ou dans le mois suivant l’instauration de l’immunothérapie, et cela était significativement associé à une réduction de la survie globale et de la survie sans progression. Une analyse du microbiote par des méthodes similaires à l’étude américaine a été conduite chez 100 patients. Akkermansia muciniphila était significativement plus abondant chez les répondeurs que chez les non-répondeurs (p = 0,004). Comme précédemment, le transfert de microbiote fécal issu de répondeurs à des souris augmentait l’efficacité antitumorale des anti-PD1, ce qui n’était pas le cas avec le microbiote issu des non-répondeurs. En revanche, l’efficacité thérapeutique était restaurée chez ces mêmes souris ayant eu un gavage oral par A. muciniphila, à l’origine d’une sécrétion d’IL-12 par les cellules dendritiques, stimulant le recrutement de lymphocytes T CCR9+CXCR3+CD4+ au sein du lit tumoral. Cette même équipe française avait montré dès 2013 l’impact du microbiote intestinal sur les thérapies antitumorales (70). Plus récem- ment, M. Vétizou et al. ont rapporté l’inefficacité des Tableau II. Variations du microbiote en cas de cancers gastrique et pancréatique.

Auteur Année Méthodes Cas/contrôles Variation Bactérie

Cancer gastrique

Eun et al. (52) 2014 Biopsies gastriques, PCR, séquençage d’ADN

&

( (

Bacilli Streptococcaceae Epsilonproteobacteria

Helicobacteriaceae AvilesJimenez et al.

(53) 2014 Biopsies gastriques, PCR, micropuce à ARN

&

( ( ( ( ( (

Lachnospiraceae Lactobacillus coleohominis

Neisseria spp.

Haemophilus spp.

Bergeriella denitrificans Streptococcus sinensis

Porphyromonas spp.

Prevotella pallens Khosravi et al. (54) 2014 Biopsies gastriques, séquençage d’ADN

&

Klebsiella pneumoniae Acinetobacter baumannii Cancer pancréatique

Farrell et al. (64) 2012 Salive, séquençage d’ADN ribosomal 16S 38/38 &

&

(

Granulicatella adiacens Neisseria elongata Streptococcus mitis Michaud et al. (65) 2013 Sang, détection d’anticorps, immunoblot 405/416 & Porphyromonas gingivalis Xiao et al.* (66) 2013 Sang, détection d’anticorps, ELISA ou Western Blot 1 083/1 950 & Helicobacter pylori

* Métaanalyse.

(9)

Augmentation de la réponse antitumorale Diminution de la réponse antitumorale

Impact du microbiote sur l’efficacité des thérapies antitumorales

Enterobacteriaceae Bacteroides

Bifidobacterium Clostridium cluster XIVa Faecalibacterium prausnitzii Impact du

microbiote sur la tolérance des thérapies antitumorales

Tumeur

Toxicité digestive

Muqueuse

Thérapies antitumorales

Alistipes shahii Lactobacillus

fermentum

CpG-ODN IL-10 Ab+

Bacteroides fragilis B. thetaiotaomicron Burkholderia cepacia

anti- CTLA-4

Bifidobacterium spp.

Akkermansia muciniphila Ruminococcaceae

anti- PD-(L)1

Figure 2. Impact du microbiote intestinal sur l’efficacité et la tolérance des thérapies anticancéreuses.

Les CpG oligonucléotides (CpG-ODN) sont des signaux microbiens détectés par l’immunité innée. L’injection intralésionnelle de CpG-ODN et d’anticorps anti-interleukine 10 (IL-10) induit une régression tumorale chez les souris, mais cet effet est majoré en présence d’Alistipes shahii et diminué avec Lactobacillus fermentum. L’efficacité des anti-CTLA4 semble dépendre de l’abondance de bactéries du genre Bacteroides (B. thetaiotaomicron et B. fragilis) et des protéobactéries de type Burkholderia cepacia, par l’activation de cellules dendritiques produisant de l’IL-12 et de la voie du Th1.

Bifidobacterium spp. active les cellules dendritiques CD11c+, entraînant une majoration de la réponse antitumorale et une croissance tumorale plus lente dans les modèles murins traités par anti-PD-L1. Akkermansia muciniphila et Ruminococcaceae ont récemment été associées à une meilleure réponse aux anti-PD1. Les patients recevant une chimiothérapie ont montré une diminution de Bifidobacterium, Clostridium (cluster XIVa), Faecali- bacterium prausnitzii, et une augmentation de Bacteroides et Enterobacteriaceae. Ces modifications pourraient contribuer au développement d’une toxicité chimio-induite, notamment la diarrhée et la bactériémie.

anti-CTLA4 chez des souris GF porteuses de tumeurs sous-cutanées ou traitées par antibiotiques (71).

Cependant, un gavage oral par B. fragilis était capable d’inverser cette tendance. Selon les auteurs, l’efficacité des anti-CTLA4 serait donc liée à l’abondance d’espèces de Bacteroides (B. thetaiotaomicron et B. fragilis, par exemple) et de la protéobactérie Burkholderia cepacia dans le microbiote intestinal.

Ces dernières seraient à l’origine de la stimulation de la production d’IL-12 par les cellules dendritiques ainsi que de l’activation de la voie du Th1.

Enfin, le microbiote intestinal pourrait être impliqué dans la toxicité digestive chimio-induite.

Dans une récente méta-analyse, les patients sous

chimio thérapie avaient une diminution des Bifido- bacterium, des Clostridium (cluster XIVa) et de Faecalibacterium prausnitzii, tandis que les Ente- robacteriaceae et les Bacteroides étaient augmen- tées (72). Ces modifications pourraient contribuer au développement de la toxicité chimio-induite, notamment la diarrhée et les bactériémies. Inver- sement, dans un essai randomisé contrôlé portant sur 150 patients recevant une chimiothérapie adjuvante à base de fluorouracil pour un CCR, l’incidence de diarrhée de grade 3/4 était significativement réduite dans le groupe recevant du Lac- tobacillus rhamnosus par rapport au groupe placebo (37 versus 22 % ; p = 0,027) [73].

(10)

DOSSIER

Conclusion

Nous assistons depuis quelques années à une révo- lution des connaissances sur le microbiote intestinal, grâce à la diffusion des analyses métagénomiques et au développement d’algorithmes bio-informa- tiques. Il y a un faisceau de preuves quant à l’impact du microbiote sur la carcino genèse, la progression tumorale et la réponse à l’immunothérapie. La dysbiose est fortement impliquée dans l’inflammation liée au cancer, via l’activation des gènes de survie au sein des cellules tumorales et des gènes de l’inflammation dans le micro environnement tumoral.

Cependant, le microbiote et le cancer entretiennent une relation complexe, avec de multiples interactions entre l’alimentation, les acides biliaires et le système immunitaire. Des données récentes ont montré que le microbiote intestinal était impliqué

dans la reprogrammation des cellules myéloïdes intratumorales, contribuant à des mécanismes pro-inflammatoires et anti tumoraux comme la production de ROS ou la modulation de l’immu- nité adaptative. Les modifications du microbiote sont donc naturellement apparues comme une arme thérapeutique potentielle, mais les résultats sont contrastés. Dans un futur proche, le microbiote pourrait être un biomarqueur pour le diagnostic du CCR, ainsi qu’un facteur prédictif de l’efficacité et de la tolérance des thérapies anticancéreuses. Dans le champ thérapeutique, les pro- et prébiotiques pourraient ainsi améliorer le profil de tolérance de la chimiothérapie, mais ils pourraient aussi constituer des traitements adjuvants du cancer. Des études supplémentaires sont nécessaires pour trouver la place du microbiote au sein de l’arsenal théra-

peutique contre le cancer. ■

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Références bibliographiques

L’auteur déclare avoir des liens d’intérêts avec AbbVie (interventions ponctuelles, invitations congrès), Amgen (board, invitations congrès), Hospira (droits d’auteur), Ipsen (invitations congrès), MSD (droits d’auteur, invitations congrès), Roche (financement recherche, invitations congrès), Simon Kucher & Partners (consulting), Vifor-Pharma (interventions ponctuelles, droits d’auteur, invitations congrès).