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

Technische Samenvatting: Karakterisering van Dysbiose van het Urinaire Microbioom bij Prostaatkanker en Benigne Prostaathyperplasie

Probleemstelling
Prostaatkanker (PCa) blijft een belangrijke oorzaak van kankergerelateerde mortaliteit bij mannen, terwijl benigne prostaathyperplasie (BPH) de kwaliteit van leven aanzienlijk beïnvloedt. Chronische ontsteking is een erkende factor bij de ontwikkeling van prostaatkanker, en er is groeiend bewijs dat het darmmicrobioom invloed heeft op systemische inflammatie en hormonale regulatie. De urinewegen, die voorheen als steriel werden beschouwd, zijn echter onderbelicht als bron van microbiële biomarkers voor prostataandoeningen. Tot op heden hadden geen studies de urinaire microbioomprofielen bij PCa- en BPH-patiënten binnen de Algerijnse populatie onderzocht, wat een gat achterlaat in het begrip van regionale microbiële dynamiek en potentiële niet-invasieve diagnostische markers.

Methodologie
Deze retrospectieve pilotstudie analyseerde urinemonsters van 68 mannelijke deelnemers in Noord-Oost-Algerije, gecategoriseerd in drie groepen: 22 patiënten met PCa (11 ontvangers van chemotherapie), 32 patiënten met BPH en 14 gezonde controles. Alle deelnemers waren ouder dan 40 jaar.

• Monsterverwerking: Urinemonsters (minimaal 10 mL) werden gecentrifugeerd en het totale DNA werd uit het sediment geëxtraheerd met behulp van een aangepast protocol voor het EZ1 Advanced XL-instrument (Qiagen).
• Sequencing: Gerichte metagenomische analyse werd uitgevoerd via 16S rRNA-gensequencing van de V3–V4 hypervariabele regio's op een Illumina MiSeq-platform (2×300 bp paired-end).
• Bio-informatica: Ruwe sequenties werden verwerkt met de DADA2-pipeline voor kwaliteitsfiltering, chimeraverwijdering en foutcorrectie. Taxonomische classificatie werd uitgevoerd tegenover de SILVA-referentiedatabase (v2022) om Amplicon Sequence Variant (ASV)-tabellen te genereren.
• Statistische Analyse: Microbioomgegevens werden geanalyseerd met R (phyloseq, decontam packages). Alfa-diversiteit werd beoordeeld via de Shannon- en Inverse Simpson-indices. Beta-diversiteit werd geëvalueerd met behulp van Principal Coordinates Analysis (PCoA) gebaseerd op Bray-Curtis dissimilariteit, met PERMANOVA-testen voor significantie, waarbij voor leeftijd als covariaat werd gecorrigeerd. Differentieel abundantie werd getest met Kruskal-Wallis-testen met een Benjamini-Hochberg correctie.

Belangrijkste Resultaten
De studie identificeerde 2.916 ASV's over de gehele cohort, wat duidelijke microbiële signaturen onthulde in de drie groepen:

• Diversiteitspatronen: BPH-monsters vertoonden de hoogste alfa-diversiteit, gevolgd door PCa, waarbij controles de laagste diversiteit lieten zien (Shannon-index, p = 0,001). Beta-diversiteitsanalyse bevestigde een duidelijke clustering van PCa-monsters (p = 0,001), wat wijst op een verminderde intra-groep variabiliteit vergeleken met de meer heterogene BPH- en controlegroepen.
• Taxonomische Samenstelling:
  • PCa: De urine werd gedomineerd door Streptococcus (13,45%), Gardnerella (10,80%) en Klebsiella (10,48%). Op soortniveau waren Gardnerella vaginalis en Streptococcus mitis prominent aanwezig.
  • BPH: Monsters vertoonden hogere abundanties van pro-inflammatoire anaerobe of microaerofiele bacteriën, waaronder Fusobacterium (16,4% op genusniveau), Prevotella (10,7%) en Campylobacter (7,43%).
  • Controles: Hoewel minder divers, vertoonden controles een verrijking van Escherichia-Shigella (p < 0,0001) vergeleken met de ziektegroepen.
• Impact van Chemotherapie: Binnen de PCa-groep veroorzaakte chemotherapie diepgaande dysbiose. Post-chemotherapie monsters vertoonden een significante toename van Proteobacteria (56,2% vs. 29,8% in onbehandelde gevallen) en een uitputting van Firmicutes en Actinobacteria. Nuttige taxa zoals Lactobacillus crispatus en Corynebacterium amycolatum werden significant verminderd, terwijl uropathogene soorten zoals Escherichia coli en Enterococcus faecalis, en opportunistische bacteriën zoals Finegoldia magna en Prevotella bivia, verrijkt waren.
• Confounding Factoren: Hoewel de leeftijd significant verschilde tussen de groepen, gaf multivariate analyse aan dat de diagnose (PCa vs. BPH vs. Controle) de primaire drijfveer was voor de microbiële samenstelling, en niet de leeftijd.

Significantie en Claims
De auteurs stellen dat deze studie het eerste regionale overzicht biedt van de urinaire microbioomdynamiek bij prostataandoeningen binnen Noord-Afrikaanse populaties. De belangrijkste bijdragen zijn:

1. Identificatie van Biomarkers: De studie identificeert onderscheidende microbiële signaturen voor PCa (verrijkt in Gardnerella en Klebsia) en BPH (verrijkt in anaerogene pro-inflammatoire taxa zoals Fusobacterium en Prevotella), wat suggereert dat het urinaire microbioom een veelbelovende niet-invasieve biomarker is voor ziektestratificatie.
2. Effecten van Chemotherapie: Het onderzoek benadrukt dat chemotherapie het urinaire ecosysteem significant destabiliseert, door het uitputten van beschermende bacteriën en het verhogen van de abundantie van uropathogenen, wat de mucosale integriteit kan compromitteren en het infectierisico kan verhogen.
3. Therapeutische Implicaties: De auteurs stellen voor dat microbiota-gebaseerde interventies, specif kind van probiotische supplementatie om gunstige taxa zoals Lactobacillus te herstellen, kunnen helpen het microbiële evenwicht te herstellen en de urogenitale gezondheid bij de behandeling van prostataandoeningen te ondersteunen.

Beperkingen
De auteurs erkennen enkele beperkingen: een relatief kleine steekproefomvang (met name in de PCa- en controlegroepen), het gebrek aan longitudinale gegevens om microbiële veranderingen vóór en na chemotherapie te volgen, het gebruik van gedeeltelijke 16S rDNA-sequencing wat de resolutie op soortniveau beperkt, en het ontbreken van follow-up gegevens over BPH-patiënten die mogelijk zijn geprogredieerd naar PCa. Ondanks deze beperkingen legt deze studie een fundamentele link tussen urinaire dysbiose en prostatapathologie in deze specifieke demografie vast.