Vaginal microbiome in women during pregnancy and postpartum period: dynamics, its link with the intestinal microflora and its influence on microbiota formation in newborns

• Anastasia A. Kozlova
• Anastasia V. Nikolaeva
• Tatyana V. Priputnevich
• Igor I. Baranov
• Irina V. Meshalkina

Abstract

The paper presents a review of publications devoted to the study of the microbiome composition of the vagina and intestines in women during pregnancy and postpartum period, as well as the results of studies dealing with the mechanisms of transmission of maternal microbiota to the newborn. Our study aims at evaluating these changes and determining their role in the homeostasis of the female body, the influence on the newborn, the course of pregnancy and the postpartum period.

Results. The analysis of literature showed that the microbiome composition is dynamic and it is influenced by a number of factors. Maintaining homeostasis is possible when there is a normal symbiotic relationship between the organism and the microbiome. The inviolability of this dyad has been proven by a number of studies. Any impairment of the balance in this system leads to the growth of opportunistic flora, which in turn triggers a cascade of immunological and physiological disorders. The growing number of studies suggests that vaginal dysbiosis is associated with various adverse pregnancy outcomes, such as an increased risk of postabortion infection, early and late miscarriages, chorioamnionitis, postpartum endometritis, premature rupture of membranes and preterm birth.

Conclusion. The detailed study of the microbiota in pregnant women and women who have given birth, as well as the process of transmission of microorganisms from mother to a child will make it possible to identify predictors of pathological processes in pregnancy, early and late postpartum periods, and neonatal period. There will also be a chance to identify risk groups and develop algorithms for examination, prevention of infectious and inflammatory complications in pregnant women, women who have given birth and newborns. The research in this direction has been confirmed to be relevant.

Keywords:microbiota, vaginal microbiome, intestinal microbiota, opportunistic microorganisms, dysbiosis, microbial colonization

Микробиом человека представлен сложной экоструктурой, занимающей различные биотопы - кожный покров, слизистые оболочки, ткани органов. Микробиом и организм в целом существуют в симбиотических отношениях [1]. Микробиомный состав динамичен и подвержен влиянию ряда факторов, к примеру, таких как образ жизни, расовая принадлежность, возраст, гормональный статус, питание. На сегодняшний день опубликовано большое количество исследований, демонстрирующих не только активную роль микробиоты в физиологически протекающих процессах в организме, но и ее непосредственное участие в патологических метаморфозах. Микробиота кишечника рассматривается как микроэкосистема, которая является важным звеном в обеспечении ряда физиологических функций, таких как защита слизистой оболочки кишечника, системная иммуномодуляция хозяина, защита против прикрепления патогенных бактерий к эпителиальным клеткам и ограничение абсорбции этими клетками патогенных метаболитов [1].

Состав микробиоты женских половых путей зависит от многих факторов, включая возраст, pH влагалища, гормональный фон, наличие и характер выделений, менструальный цикл, использование контрацептивов и антибиотиков, характер половой жизни [2, 3].

Одним из физиологических, но таких важных и значимых для женского микробиомного состава факторов является беременность. Но, несмотря на физиологичность данного процесса, именно этот период сопровождается изменениями в иммунологическом статусе женского организма, делая беременную наиболее уязвимой перед условно-патогенными микроорганизмами (УПМ): вирусами и бактериями.

Влагалищный и кишечный микробиомы на этапе беременности

Беременность - сложный процесс, сопровождаемый гормональными, метаболическими и иммунологическими изменениями. Рядом авторов доказано снижение иммунологических защитных свойств организма для обеспечения процессов имплантации и последующего развития эмбриона. Снижение иммунитета отражается непосредственно и на снижении барьерных функций слизистых оболочек, и на изменении микробиотического равновесия в определенных биотопах. Данные преобразования способствуют росту УПМ за счет смещения в ее балансе количественно-качественных взаимоотношений с нормальной микробиотой. Это служит триггером в механизме возникновения таких состояний, как бактериальный вагиноз (БВ), аэробный вагинит (АВ), кандидозный вульвовагинит.

Определенным барьером выступает слизистая оболочка влагалища, которая обеспечивает защиту от воздействия патогенных микроорганизмов за счет их взаимодействия с эпителиальными клетками, клетками иммунной системы и микроорганизмами, колонизирующими слизистую оболочку влагалища [4]. Вагинальный микробиом содержит около 10% всей женской микробиоты и играет важную роль в обеспечении физиологической нормы мочеполовой системы, предупреждая развитие патологических изменений. Необходимо учитывать взаимосвязь локальных биоценозов организма, объединенных в единую микробную экологическую систему, которая функционально и метаболически взаимодействует с другими органами и системами, обеспечивая поддержание гомеостаза.

Микробный состав женских половых путей изменяется в зависимости от выработки эстрогена [4]. Известно, что эстрогены способствуют отложению гликогена в эпителии влагалища, прогестерон - цитолизу эпителиальных клеток с высвобождением гликогена, а лактобациллы метаболизируют гликоген в молочную кислоту, поддерживая кислую среду влагалища (рН 3,8-4,5). В период овуляции на фоне возрастания эстрогенной насыщенности вагинальный микробиом характеризуется доминированием Lactobacillus и максимальной кислотностью среды. Во время менструации снижение концентрации гликогена, связанное с падением уровня эстрогенов, приводит к повышению pH и риску дисбиотических нарушений. Установлено, что при повышении рН вагинального отделяемого более 4,5 наблюдается элиминация или резкое снижение концентрации нормальной микрофлоры и существенное возрастание уровня УПМ, что в значительной степени увеличивает риск вагинальных инфекций [5, 6]. Использование инновационных методов идентификации бактерий рода Lactobacillus (секвенирование участка гена 16S рРНК, MALDI-T0F масс-спектрометрии) показало, что в вагинальной микробиоте встречается более двух десятков видов лактобацилл [7]. С наибольшей частотой обнаруживают 4 вида: Lactobacillus crispatus, L. gasseri, L. iners и L. jensenii [8], реже - L. acidophilus, L. fermentum, L. plantarum, L. brevis, L. casei, L. vaginalis, L. delbrueckii, L. salivarius, L. reuteri и L. rhamnosus [9, 10]. В составе микробиоты влагалища может присутствовать как один вид лактобацилл, так и несколько видов, часто в равных долях, что может существенно усилить защитный потенциал вагинальной экосистемы.

В одном из крупнейших на сегодняшний день исследовании плацентарной микробиоты [11], в котором участвовали более 1000 человек, обнаружили бактериальную ДНК более чем в 50% образцов. Состав этих микробных сообществ был изменен у женщин с тяжелым хориоамнионитом. Микроорганизмы в основном поступали из влагалища и были ассоциированы с неблагоприятными исходами родов. Тяжелый хориоамнионит был связан с явными различиями в составе микробного сообщества, более высокой бактериальной нагрузкой и меньшим видовым разнообразием. Более того, например Sneathia sanguinengens и Peptostreptococcus anaerobius, обнаруженные как в соответствующих пробах из влагалища, так и плаценты, были выделены у матерей, чьи дети родились с более низким показателем длины тела к возрасту новорожденного [11]. Показано, что уменьшение в значительной степени количества Lactobacillus spp. связано с очень ранними преждевременными родами. Обнаружено, что микробное разнообразие является фактором риска последующего возникновения хориоамнионита. Напротив, более высокий уровень Lactobacillus spp. выполнял защитную роль.

В результате проведенного исследования выявлено снижение бактериальной нагрузки Lactobacillus spp. у женщин, чьи новорожденные имели благоприятный перинатальный исход. Доказано, что микробное разнообразие является фактором риска последующего возникновения хориоамнионита. Напротив, более высокий уровень Lactobacillus spp. выполнял защитную роль [12].

Использование методов секвенирования сыграло важную роль в описании и характеристике здоровой среды влагалища человека. Снижение титра Lactobacillus spp. связано с плохим репродуктивным и инфекционным исходом. Lactobacillus были определены как одни из вагинальных микробов, модулирующие материнский ответ на инфекцию и подавляющие воспаление путем блокирования индукции провоспалительных цитокинов.

Что касается беременности, растут доказательства того, что бактерии, ассоциированные с БВ, тесно связаны с экспрессией провоспалительных цитокинов, которые могут играть определенную роль в начале преждевременных родов. Более того, есть несколько исследований, предполагающих снижение частоты рецидивов БВ у женщин, получавших Lactobacillus [10, 13, 14].

БВ также часто встречается во время беременности, и в многочисленных независимых исследованиях наблюдали связь между БВ и преждевременными родами, а также выкидышем, материнской инфекцией и низкой массой тела при рождении [15]. Неоднократно подтверждалось, что БВ во время беременности увеличивает риск преждевременных родов более чем в 2 раза.

АВ - еще одно вагинальное дисбиотическое состояние, характеризующееся аномальной микробиологической картиной, состоящей в основном из комменсальных аэробных микроорганизмов кишечного происхождения, обычно это кишечная палочка, золотистый стафилококк, эпидермальный стафилококк, стрептококк группы В и Enterococcus faecalis [16]. Распространенность АВ составляет от 5 до 10,5% среди небеременных женщин с симптомами и от 4 до 8% среди беременных [16]. АВ также был связан с более высоким риском самопроизвольного выкидыша, преждевременного разрыва плодных оболочек, хориоамнионита и преждевременных родов [17, 18].

Все больше данных свидетельствует о том, что дисбиоз влагалища связан с различными неблагоприятными исходами беременности, такими как повышенный риск послеабортной инфекции, ранний и поздний выкидыш, гистологический хориоамнионит, послеродовой эндометрит, преждевременный разрыв плодных оболочек и преждевременные роды [17, 18]. Все вышесказанное говорит о важности диагностики дисбиотических нарушений микробиомного состава влагалища на этапе прегравидарной подготовки и во время беременности с целью своевременной их коррекции для предотвращения различных осложнений беременности и послеродового периода. Действительно, на ранних сроках беременности уменьшение количества лактобацилл и чрезмерный рост родов Gardnerella, Atopobium и Prevotella нарушают микробный гомеостаз, препятствуя имплантации эмбриона [19]. Другие исследования также показали, что анаэробные бактерии влияют на поздние сроки беременности. Например, D.B. DiGiulio и соавт. сообщили о тесной связи между преждевременными родами и присутствием Gardnerella и Ureaplasma, бактерий, ассоциированных с БВ [20].

Состав вагинального микробиома меняется на всем протяжении беременности и может повлиять на здоровье как матери, так и плода [21-24]. Активно продуцируемые плацентой эстрогены служат катализаторами в образовании гликогена и по итогу способствуют росту Lactobacillus spp. в нижних отделах половых путей, благодаря чему на протяжении всей беременности поддерживается определенный рН среды влагалища, что служит протектором от смещения равновесия во взаимоотношениях УПМ-нормальная микробиота. A.M. SaLinas и соавт. в 2020 г. проанализировали 68 образцов вагинальной микробиоты из наружной, средней части и заднего свода влагалища 24 беременных и обнаружили сокращение видового разнообразия бактерий. Они выявили преобладание видов рода Lactobacillus (L. iners, L. crispatus, L. jensenii) и других бактерий семейства Lactobacillales, а также Clostridiales, Bacteroidales и Actinomycetales [24]. По данным C. Fox и K. EicheLberger, в исследовании 2015 г. к концу беременности состав вагинальной микробиоты становится более похожим на таковой у небеременных женщин [25]. Наиболее уязвимый период для микробиомного равновесия вагинальной микрофлоры женщины - послеродовой. Происходит резкое снижение эстрогенной насыщенности в организме родильницы, что способствует снижению лактобацилл.

Взаимосвязь кишечной и вагинальной микробиот неоднократно освещалась в ряде исследований [25, 26]. Наряду с изменениями влагалищного микробиома во время беременности происходят изменения и кишечного микробиома.

Состав микробиоты кишечника в I триместре беременности такой же, как и у небеременных женщин. Однако O. Koren и соавт. в 2012 г. сообщили о значительных изменениях микробиоты кишечника в период между I и III триместрами беременности, характеризующимся повышением количественного содержания микроорганизмов и снижением их видового разнообразия [26]. Наиболее серьезные изменения наблюдаются в кишечнике к III триместру: увеличивается количество Actinobacteria и Proteobacteria phyla, что соответствует микробиому, выявляемому у людей с избыточной массой тела. В соответствии с этими выводами исследователи сообщили о снижении количества бутират-синтезирующих бактерий рода Faecalibacterium, которые обладают противовоспалительной активностью и количество которых обычно истощается у пациентов с метаболическим синдромом [27]. T. Jost и соавт. в 2014 г. проанализировали микробиом кишечника рожениц и женщин в раннем послеродовом периоде и обнаружили преобладание представителей семейства Firmicutes родов Bacteroidetes и Bifidobacterium, которое оставалось стабильным на протяжении всего послеродового периода [28].

D.B. DiGiulio и соавт. определили микроорганизмы-кандидаты, обнаруживаемые во влагалище на ранних сроках беременности, которые существенно связаны с повышенным риском преждевременных родов: более высокая численность Gardnerella и Ureaplasma, более низкая численность Lactobacillus spp., а также более высокое альфа-разнообразие (разнообразие внутри сообщества - видовое богатство, измеряемое числом видов на единицу площади или объема) [20].

В последние годы появляется все больше доказательств того, что, вопреки распространенному мнению, внутриматочная среда нестерильна [29]. Непатогенные бактерии обнаруживаются в тканях плаценты и пуповины [30], а также в меконии здоровых новорожденных независимо от способа родоразрешения, а состав микробиоты этих тканей и органов связан со сроком беременности [29, 31].

ДНК Lactobacillus и Bifidobacterium обнаруживаются у младенцев, появившихся на свет как в результате естественных родов, так и путем операции кесарева сечения, что подтверждает транслокацию микробиоты от материнского кишечника к плаценте [30]. Эти результаты позволяют выдвинуть гипотезу, что первоначальная микробная колонизация ребенка происходит еще до его рождения.

Первичная колонизация микроорганизмами при рождении играет важную роль в дальнейшем становлении микробиома ребенка, состоянии его здоровья, развития и она также зависима от ряда определенных составляющих, к примеру от способа родоразрешения, вида вскармливания, приема антибактериальных или пробиотических препаратов. Микробиом влагалища матери является важным источником микроорганизмов для создания микробиома кишечника новорожденного [32] и влияет на метаболизм и иммунитет ребенка [33, 34].

Материнский микробиом как основа для становления микробиоты новорожденного

В 2019 г. в Китае проведено проспективное когортное исследование, целью которого было выявить влияние приверженности матери традиционной китайской практике "лунный месяц" (doing the month), заключающейся в тесном контакте матери и ребенка на протяжении 1 мес после родоразрешения, не допуская контактов с окружающими. Также китайские исследователи планировали изучить влияние воздействия антибиотиков, пробиотиков, способа родоразрешения и вида вскармливания на микробиоту кишечника новорожденного; определить факторы, влияющие на быстро изменяющийся послеродовой микробиом матери и ее новорожденного. По результатам исследования определено, что прием пробиотиков (в основном содержащих Clostridium butyricum) в раннем неонатальном возрасте может увеличить количество УПМ, таких как Escherichia и Shigella, а бесконтрольное употребление пробиотиков вызывает серьезные опасения.

В частности, данное исследование показало, что различия в микробиоме новорожденных в зависимости от метода родоразрешения присутствовали в возрасте 1 мес и исчезали к возрасту 4-6 мес. По мнению авторов, грудное вскармливание - единственный источник ряда биологически активных элементов, которые способствуют развитию микробиома кишечника, системного метаболизма и иммунной системы [35].

REFERENCES

1. Gomaa E.Z. Human gut microbiota/microbiome in health and diseases: a review. Antonie Van Leeuwenhoek. 2020; 113 (12): 2019–40.

2. Nasioudis D., et al. Infl uence of pregnancy history on the vaginal microbiome of pregnant women in their fi rst trimester. Sci Rep. 2017; 7 (1): 10201.

3. Prince A.L., et al. The perinatal microbiome and pregnancy: moving beyond the vaginal microbiome. Cold Spring Harb Perspect Med. 2015; 5 (6): a023051.

4. Moosa Y., et al. Determinants of vaginal microbiota composition. Front Cell Infect Microbiol. 2020; 10: 467.

5. Kira E.F. Bacterial vaginosis. Moscow : MIA, 2012: 472 p. (in Russian)

6. Yamamoto T., et al. Bacterial populations in the vaginas of healthy adolescent women. J Pediatr Adolesc Gynecol. 2009; 22 (1): 11-8.

7. Anderson B.L., et al. Subtle perturbations of genital microflora alter mucosal immunity among low-risk pregnant women. Acta Obstet Gynecol Scand. 2011; 90 (5): 510-5.

8. Greenbaum S., et al. Ecological dynamics of the vaginal microbiome in relation to health and disease. Am J Obstet Gynecol. 2019; 220 (4): 32435.

9. Dover S.E., et al. Natural antimicrobials and their role in vaginal health: a short review. Int J Probiotics Prebiotics. 2008; 3 (4): 219-30.

10. Fredricks D.N., Fiedler T.L., Marrazzo J.M. Molecular identification of bacteria associated with bacterial vaginosis. N Engl J Med. 2005; 353 (18): 1899-911.

11. Doyle R.M., et al. Bacterial communities found in placental tissues are associated with severe chorioamnionitis and adverse birth outcomes. PLoS One. 2017; 12 (7): e0180167.

12. Cobo T., et al. Characterization of vaginal microbiota in women with preterm labor with intra-amniotic inflammation. Sci Rep. 2019; 9 (1): 18963.

13. Mitra A., et al. The vaginal microbiota, human papillomavirus infection and cervical intraepithelial neoplasia: what do we know and where are we going next? Microbiome. 2016; 4 (1): 58.

14. Witkin S., Linhares I. Why do lactobacilli dominate the human vaginal microbiota? BJOG. 2017; 124 (4): 606-11.

15. Onderdonk A.B., Delaney M.L., Fichorova R.N. The human microbiome during bacterial vaginosis. Clin Microbiol Rev. 2016; 29 (2): 223-38.

16. Donders G.G.G., et al. Aerobic vaginitis: no longer a stranger. Res Microbiol. 2017; 168 (9-10): 845-58.

17. Hassan M.F., et al. Does aerobic vaginitis have adverse pregnancy outcomes? Prospective observational study. Infect Dis Obstet Gynecol. 2020; 2020: 5842150.

18. Freitas A.C., et al. The vaginal microbiome of pregnant women is less rich and diverse, with lower prevalence of Mollicutes, compared to nonpregnant women. Sci Rep. 2017; 7 (1): 9212.

19. Juliana N.C.A., et al. The association between vaginal microbiota dysbiosis, bacterial vaginosis, and aerobic vaginitis, and adverse pregnancy outcomes of women living in Sub-Saharan Africa: a systematic review. Front Public Health. 2020; 8: 567885.

20. DiGiulio D.B., et al. Temporal and spatial variation of the human microbiota during pregnancy. Proc Natl Acad Sci USA. 2015; 112 (35): 11 060-5.

21. Zaydiyeva Z.S., Medzhidova M.K. Features of the vaginal microbiota and ways of correction of its disorders in case of full-term pregnancy. Meditsinskiy sovet [Medical Council]. 2020; (3): 38-43. DOI: https://doi.org/10.21518/2079-701X-2020-3-38-43 (in Russian)

22. Khodzhaeva K.Z.S., et al. The composition and stability of the vaginal microbiota in pregnant women during dynamic observation. Akusherstvo i ginekologiya [Obstetrics and Gynecology]. 2019; (7): 30-8. DOI: https://doi.org/10.18565/aig.2019.7.30-38 (in Russian)

23. Pacha-Herrera D., et al. Vaginal microbiota evaluation and Lactobacilli quantification by qPCR in pregnant and non-pregnant women: a pilot study. Front Cell Infect Microbiol. 2020; 10: 303.

24. Salinas A.M., et al. Vaginal microbiota evaluation and prevalence of key pathogens in ecuadorian women: an epidemiologic analysis. Sci Rep. 2020; 10 (1): 18358.

25. Fox C., Eichelberger K. Maternal microbiome and pregnancy outcomes. Fertil Steril. 2015; 104 (6): 1358-63.

26. Koren O., et al. Host remodeling of the gut microbiome and metabolic changes during pregnancy. Cell. 2012; 150 (3): 470-80.

27. Haro C., et al. The gut microbial community in metabolic syndrome patients is modified by diet. J Nutr Biochem. 2016; 27: 27-31.

28. Jost T., et al. Stability of the maternal gut microbiota during late pregnancy and early lactation. Curr Microbiol. 2014; 68 (4): 419-27.

29. Kalbermatter C., et al. Maternal microbiota, early life colonization and breast milk drive immune development in the newborn. Front Immunol. 2021; 12: 683022.

30. Satokari R., et al. Bifidobacterium and Lactobacillus DNA in the human placenta. Lett Appl Microbiol. 2009; 48 (1): 8-12.

31. Priputnevich P.T.V., et al. Microbiota of preterm infants born to mothers with endocrine disorders. Akusherstvo i ginekologiya [Obstetrics and Gynecology]. 2021; (2): 96-104. DOI: https://doi.org/10.18565/aig.2021.2.96-104 (in Russian)

32. Yang S., et al. Clinical study of correlation for the intestinal and pharyngeal microbiota in the premature neonates. Front Pediatr. 2021; 9: 632573.

33. Mirpuri J. Evidence for maternal diet-mediated effects on the offspring microbiome and immunity: implications for public health initiatives. Pediatr Res. 2021; 89 (2): 301-6.

34. Nicolas G.R., Chang P.V. Deciphering the chemical lexicon of host-gut microbiota interactions. Trends Pharmacol Sci. 2019; 40 (6): 430-45.

35. Wang Y., et al. The effect of maternal postpartum practices on infant gut microbiota: a Chinese cohort study. Microorganisms. 2019; 7 (11): 511.

36. Ho N.T., et al. Meta-analysis of effects of exclusive breastfeeding on infant gut microbiota across populations. Nat Commun. 2018; 9 (1): 4169.

37. Schei K., et al. Early gut mycobiota and mother-offspring transfer. Microbiome. 2017; 5 (1): 107.

38. Savage J.H., et al. Diet during pregnancy and infancy and the infant intestinal microbiome. J Pediatr. 2018; 203: 47-54.e4.

39. Mutic A.D., et al. The postpartum maternal and newborn microbiomes. MCN Am J Matern Child Nurs. Vol. 42, N 6. P. 326-31.

40. Dunlop A.L., et al. Maternal microbiome and pregnancy outcomes that impact infant health. Adv Neonatal Care. 2015; 15 (6): 377-85.

41. Fugmann M., et al. The stool microbiota of insulin resistant women with recent gestational diabetes, a high risk group for type 2 diabetes. Sci Rep. 2015; 5 (1): 13212.

42. Voigt R.M., et al. Circadian disorganization alters intestinal microbiota. PLoS One. 2014; 9 (5): e97500.

43. Giloteaux L., et al. Reduced diversity and altered composition of the gut microbiome in individuals with myalgic encephalomyelitis/chronic fatigue syndrome. Microbiome. 2016; 4 (1): 30.

44. Aizawa E., et al. Possible association of Bifidobacterium and Lactobacillus in the gut microbiota of patients with major depressive disorder. J Affect Disord. 2016; 202: 254-7.

45. Arroyo R., et al. Treatment of infectious mastitis during lactation: antibiotics versus oral administration of lactobacilli isolated from breast milk. Clin Infect Dis. 2010; 50 (12): 1551-8.

46. Maldonado-Lobon J.A., et al. Lactobacillus fermentum CECT 5716 reduces Staphylococcus load in the breastmilk of lactating mothers suffering breast pain: a randomized controlled trial. Breastfeed Med. 2015; 10 (9): 425-32.

47. Contreras G.A., Rodriguez J.M. Mastitis: comparative etiology and epidemiology. J Mammary Gland Biol Neoplasia. 2011; 16 (4): 339-56.

48. Zeeuwen P.L., et al. Microbiome dynamics of human epidermis following skin barrier disruption. Genome Biol. 2012; 13 (11): R101.

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)