Characterization of urinary microbiome dysbiosis in prostate cancer and benign prostatic hyperplasia: A metagenomics study from North-Eastern Algeria

Technische Zusammenfassung: Charakterisierung der Dysbiose des Urin-Mikrobioms bei Prostatakrebs und benigner Prostatahyperplasie

Problemstellung
Prostatakrebs (PCa) bleibt eine führende Ursache für krebsbedingte Mortalität bei Männern, während die benigne Prostatahyperplasie (BPH) die Lebensqualität erheblich beeinträchtigt. Chronische Entzündungen sind ein anerkannter Faktor für die Prostatakarzinogenese, und es gibt Hinweise darauf, dass das Darmmikrobiom die systemische Entzündung und die hormonelle Regulation beeinflusst. Der Harntrakt jedoch, der zuvor als steril galt, wurde als Quelle mikrobieller Biomarker für Prostataerkrankungen bisher wenig untersucht. Bisher wurden keine Studien zu den Profilen des Urin-Mikrobioms bei PCa- und BPH-Patienten in der algerischen Bevölkerung durchgeführt, was eine Lücke im Verständnis regionaler mikrobieller Dynamiken und potenzieller nicht-invasiver diagnostischer Marker hinterlässt.

Methodik
Diese retrospektive Pilotstudie analysierte Urinproben von 68 männlichen Teilnehmern aus Nordost-Algerien, unterteilt in drei Gruppen: 22 Patienten mit PCa (11 erhielten eine Chemotherapie), 32 Patienten mit BPH und 14 gesunde Kontrollpersonen. Alle Teilnehmer waren über 40 Jahre alt.

• Probenverarbeitung: Urinproben (mindestens 10 mL) wurden zentrifugiert, und die Gesamt-DNA wurde mittels eines angepassten Protokolls extrahiert, das für das EZ1 Advanced XL Instrument (Qiagen) optimiert wurde.
• Sequenzierung: Die gezielte metagenomische Analyse erfolgte mittels 16S-rRNA-Gen-Sequenzierung der V3–V4-hypervariablen Regionen auf einer Illumina MiSeq-Plattform (2×300 bp Paired-End).
• Bioinformatik: Die Rohsequenzen wurden mittels der DADA2-Pipeline zur Qualitätsfilterung, Entfernung von Chimären und Fehlerkorrektur verarbeitet. Die taxonomische Klassifizierung erfolgte gegen die SILVA-Referenzdatenbank (v2022), um Amplicon Sequence Variant (ASV)-Tabellen zu generieren.
• Statistische Analyse: Die Mikrobiomdaten wurden mit R (phyloseq, decontam Pakete) analysiert. Die Alpha-Diversität wurde über die Shannon- und Inverse-Simpson-Indizes bewertet. Die Beta-Diversität wurde mittels Principal Coordinates Analysis (PCoA) basierend auf der Bray-Curtis-Dissimilarität evaluiert, wobei PERMANOVA-Tests zur Signifikanzprüfung unter Berücksichtigung des Alters als Kovariante durchgeführt wurden. Die differenzielle Abundanz wurde mittels Kruskal-Wallis-Tests mit Benjamini-Hochberg-Korrektur getestet.

Wesentliche Ergebnisse
Die Studie identifizierte 2.916 ASVs über die gesamte Kohorte hinweg und zeigte deutliche mikrobielle Signaturen in den drei Gruppen auf:

• Diversitätsmuster: BPH-Proben wiesen die höchste Alpha-Diversität auf, gefolgt von PCa, während die Kontrollgruppe die geringste Diversität zeigte (Shannon-Index, p = 0,001). Die Beta-Diversitätsanalyse bestätigte eine deutliche Clusterbildung der PCa-Proben (p = 0,001), was auf eine reduzierte Intra-Gruppen-Variabilität im Vergleich zu den heterogeneren BPH- und Kontrollgruppen hindeutet.
• Taxonomische Zusammensetzung:
  • PCa: Der Urin wurde von Streptococcus (13,45 %), Gardnerella (10,80 %) und Klebsiella (10,48 %) dominiert. Auf Speziesebene waren Gardnerella vaginalis und Streptococcus mitis prominent vertreten.
  • BPH: Die Proben zeigten höhere Abundanzen proinflammatorischer aerober oder mikroaerophiler Bakterien, einschließlich Fusobacterium (16,4 % auf Gattungsebene), Prevotella (10,7 %) und Campylobacter (7,43 %).
  • Kontrollen: Obwohl weniger divers, zeigten die Kontrollen eine Anreicherung von Escherichia-Shigella (p < 0,0001) im Vergleich zu den Krankheitsgruppen.
• Einfluss der Chemotherapie: Innerhalb der PCa-Gruppe induzierte die Chemotherapie eine tiefgreifende Dysbiose. Post-Chemotherapie-Proben zeigten einen signifikanten Anstieg von Proteobacteria (56,2 % gegenüber 29,8 % bei Unbehandelten) und eine Verringerung von Firmicutes und Actinobacteria. Nützliche Taxa wie Lactobacillus crispatus und Corynebacterium amycolatum wurden signifikant reduziert, während uropathogene Spezies wie Escherichia coli und Enterococcus faecalis sowie opportunistische Bakterien wie Finegoldia magna und Prevotella bivia angereichert wurden.
• Störfaktoren: Während sich das Alter zwischen den Gruppen signifikant unterschied, ergab die multivariate Analyse, dass die Diagnose (PCa vs. BPH vs. Kontrolle) der primäre Treiber der Mikrobiomzusammensetzung war und nicht das Alter.

Bedeutung und Behauptungen
Die Autoren behaupten, dass diese Studie die erste regionale Übersicht über die Dynamik des Urin-Mikrobioms bei Prostataerkrankungen in nordafrikanischen Populationen liefert. Die wesentlichen Beiträge umfassen:

1. Identifizierung von Biomarkern: Die Studie identifiziert distinkte mikrobielle Signaturen für PCa (angereichert in Gardnerella und Klebsiella) und BPH (angereichert in anaeroben proinflammatorischen Taxa wie Fusobacterium und Prevotella), was darauf hindeutet, dass das Urin-Mikrobiom ein vielversprechender nicht-invasiver Biomarker für die Krankheitsstratifizierung ist.
2. Effekte der Chemotherapie: Die Forschung hebt hervor, dass Chemotherapie das urinale Ökosystem signifikant destabilisiert, indem sie schützende Bakterien dezimiert und die Abundanz von Uropathogenen erhöht, was die Schleimhautintegrität gefährden und das Infektionsrisiko steigern kann.
3. Therapeutische Implikationen: Die Autoren schlagen vor, dass mikrobiota-basierte Interventionen, insbesondere die Supplementierung mit Probiotika zur Wiederherstellung nützlicher Taxa wie Lactobacillus, helfen könnten, das mikrobielle Gleichgewicht wiederherzustellen und die urogenitale Gesundheit im Rahmen des Managements von Prostataerkrankungen zu unterstützen.

Limitierungen
Die Autoren räumen mehrere Einschränkungen ein: eine relativ kleine Stichprobengröße (insbesondere in den PCa- und Kontrollgruppen), das Fehlen longitudinaler Daten zur Verfolgung der Veränderungen des Mikrobioms vor und nach der Chemotherapie, die Verwendung einer partiellen 16S-rDNA-Sequenzierung, die die Auflösung auf Speziesebene begrenzt, sowie das Fehlen von Follow-up-Daten zu BPH-Patienten, die zu PCa progredient sein könnten. Trotz dieser Einschränkungen etabliert die Studie eine grundlegende Verbindung zwischen urinaler Dysbiose und Prostata-Pathologie in dieser spezifischen Demografie.