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Vidal A, Peric A  
Die wichtige Rolle des Mikrobioms im weiblichen Genitaltrakt und seine Auswirkung auf die Fertilität // The important role of the microbiome in the female genital tract and its impact on fertility

Journal für Reproduktionsmedizin und Endokrinologie - Journal of Reproductive Medicine and Endocrinology 2022; 19 (2): 78-84

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Keywords: FertilitätGenitaltraktMikrobiom

Die wichtige Rolle des Mikrobioms im weiblichen ­Genitaltrakt und seine Auswirkung auf die Fertilität

A. Vidal1, A. Peric2

Aus der 1Frauenklinik, Abteilung für Reproduktionsmedizin und gynäkologische Endokrinologie, Luzerner Kantonsspital, Luzern und der 2Abteilung für Reproduktionsmedizin und ­gynäkologische Endokrinologie, Spital Zollikerberg, Zürich

Eingegangen am 18. Juni 2021, angenommen nach Revision am 15. Dezember 2021 (verantwortlicher Rubrik-Herausgeber: W. Würfel, München)

Korrespondenzadresse: Dr. Angela Vidal, Abteilung für Reproduktionsmedizin und gynäkologische Endokrinologie, Frauenklinik, Luzerner Kantonsspital, CH-6000 Luzern 16, ­Spitalstrasse; E-Mail: angela.vidal@luks.ch

Traditionell wurde angenommen, dass Bakterien, Viren und andere Mikroorganismen, die im menschlichen Körper zu finden sind, immer schädlich sind. Dies wurde zwischenzeitlich revidiert und festgestellt, dass sie für das Gleichgewicht unseres Körpers vielmehr unerlässlich sind. Das Mikrobiom ist die Gesamtheit dieser Mikroorganismen, die auf unserem Körper leben. Die Mikrobiota des weiblichen Fortpflanzungssystems tragen zu einem stabilen Gleichgewicht der bakteriellen Besiedelung der äußeren und inneren Genitalorgane, welches eine Invasion von Krankheitserregern verhindert, sowie einer guten reproduktiven Gesundheit bei.

In vorliegendem Artikel diskutieren wir darüber hinaus im Hinblick auf die Auswirkung auf die Reproduktion die Notwendigkeit, die Interaktionen, sowie die physiologischen und funktionellen Auswirkungen dieser Mikrobiota auf den weiblichen Genitaltrakt.

Schlüsselwörter: Mikrobiom, Genitaltrakt, Fertilität

The important role of the microbiome in the female genital tract and its impact on fertility. Traditionally it has been believed that bacteria, viruses and other microorganisms found in the human body are always harmful, but this is not the case. On the contrary, they are essential for the balance of our body: the microbiome is the totality of these microorganisms living on our body. The microbiota of the female reproductive system contributes to a stable balance of mircoorganisms colonizing external and internal female genitalia, preventing invasion of pathogens, and good reproductive health.

Furthermore, we discuss the need to study the interactions, as well as the physiological and functional effects of this microbiota on the female genital tract, in terms of its impact on reproduction. J Reproduktionsmed Endokrinol 2022; 19 (2): 78–84.

Key words: microbiome, genital tract, fertility

Einleitung

Spätestens seit dem „Human Micro­biome Project (HMP)“ welches 2007 vom ­National Institute of Health in den USA (NIH HMP Working Group, 2009) gestartet wurde, um das menschliche „gesunde“ Mikrobiom in verschiedenen Körpernischen wie Vagina, Haut, Darm und vielen anderen zu etablieren, ist klar, dass die Besiedlung des Menschen mit Keimen nicht nur im Rahmen von Krankheiten auftritt, sondern einen wesentlichen Beitrag zur Gesundheit des Menschen leistet [1] (Abb. 1).

Seit 1988 werden die zwei Begriffe Mikrobiom und Mikrobiota voneinander abgrenzt. Der Begriff „Mikrobiota“ wird definiert als eine charakteristische mikro­biologische Community, die einen bestimmten, genau definierten Lebensraum bewohnt, der bestimmte physikalisch-chemische Charakteristika aufweist.

Der Begriff „Mikrobiom“ bezieht sich nicht nur auf die beteiligten Mikroorganismen, sondern umfasst auch deren Wirkungsbereich, was zur Bildung spezifischer ökologischer Nischen führt. Das Mikrobiom bildet ein dynamisches und interaktives Mikroökosystem, das sich in Zeit und Ausmaß verändern kann, es ist in Makroökosysteme integriert und hier von entscheidender Bedeutung für deren Funktion und Gesundheit [2, 3]. Diese Makroökosysteme sind an zahlreichen Funktionen beteiligt, darunter an endokrinen Funktionen, an neuronaler Signalübertragung, an Modifikation der Knochendichte, Reifung des Immunsystems, Pathogenhemmung, Vitaminsynthese (K, B12 und Folsäure), Stoffwechsel der Gallensalze und Modulation einiger Arzneimittel [2, 4–7].

Eine unausgewogene bakterielle Besiedelung kann zu Veränderungen der Immunantwort führen oder verschiedene Krankheiten wie Diabetes, Reizdarmsyndrom oder Depressionen verursachen [8]. Es sollte betont werden, dass jeder Mensch über ein individuelles und ganz spezifisches Mikrobiom verfügt, welches durch äußere Einflüsse wie Stress, Medikamente, Strahlenexposition, Ernährungsgewohnheiten etc. beeinflusst werden kann [9].

Während die Rolle der vaginalen Mikrobiota schon lange bekannt ist, ist man bis vor Kurzem davon ausgegangen, dass der obere weibliche Reproduktionstrakt steril ist und ein Nachweis von Keimen als pathologisch gilt. Diese Auffassung hat sich in den vergangenen Jahren durch die Entwicklung moderner Sequenzierungsmethoden geändert, welche die extrahierte bakterielle DNA mit Hilfe von 16 s-RNA-spezifischen Primern identifizieren, und somit dazu beigetragen hat, die wichtige Rolle dieser Bakterien offen zu legen. Der nächste Schritt ist nun, nicht nur die vorhandenen Mikrobiota einer Nische zu beschreiben, sondern auch deren Funktion und ggf. Pathogenität aufzuzeigen [10].

Die Rolle der Mikrobiota des weiblichen Reproduktionstraktes ist noch weitgehend unklar. Ihre Auswirkung auf Fertilität, Schwangerschaftsverlauf und den Erfolg von reproduktionsmedizinischen Maßnahmen ist Gegenstand zahlreicher aktueller Forschungsarbeiten.

Vagina

Die normale Vaginalflora wurde erstmals im Rahmen des Human Microbiome Project (HMP) 2007 charakterisiert. Die bakterielle Konzentration der Scheide liegt bei ca. 108 Mikroorganismen/ml in der Vagina, dies entspricht etwa 9 % der gesamten bakteriellen Besiedelung des Menschen [2]. Die mikrobielle Besiedelung der Vagina ist durch eine Vielzahl anaerober und aerober Bakterienspezies gekennzeichnet. Inzwischen konnten 561 verschiedene Bakterienarten in der Vagina identifiziert werden [11]. Physiologisch dominiert jedoch die Gattung Lactobacillus [6, 8, 12].

Die Aktivität der Laktobazillen trägt über verschiedene Mechanismen zur Aufrechterhaltung der vaginalen Homöostase bei, unter anderem durch Senkung des vaginalen pH-Werts, der Produktion aktiver Substanzen zur Bekämpfung schädlicher Bakterien sowie der physikalischen Barrieren gegen eine Besiedelung und Stimulation des Wirts-Immunsystems gegen Pathogene [6, 9, 13]. Ein Ungleichgewicht der Mikrobiota kann bakterielle Vaginosen und Frühgeburten begünstigen [14].

Das normale vaginale Mikrobiom ist bei schwangeren und nicht schwangeren Frauen unterschiedlich. Romero et al. fanden heraus, dass die Gemeinschaftsstruktur der vaginalen Mikrobiota über mehrere Zeitpunkte der Schwangerschaft hinweg konsistent bleibt (und Arten wie L. vaginalis, L. crispatus, L. gasseri und L. jensenii umfasst), während die vaginalen Mikrobiota nicht schwangerer Frauen über verschiedene Zeitpunkte hinweg variabler sind, mit Unterschieden bei den dominierenden Lactobacillus-Arten [15].

In ähnlicher Weise zeigte eine andere Studie, dass das vaginale Mikrobiom sechs Wochen nach der Entbindung vielfältiger war als das vaginale Mikrobiom während der Schwangerschaft, unabhängig vom ethnischen Hintergrund [16].

Die Frühgeburtlichkeit ist eine multi­ätiologische Pathologie, die jedes Jahr fast eine Million Todesfälle verursacht und damit weltweit die Hauptursache für die Sterblichkeit von Kindern unter 5 Jahren ist. Es wird angenommen, dass eine Infektion für mindestens ein Drittel dieser Fälle verantwortlich ist [17, 18].

Eine Hypothese, welche die Verschiebungen des vaginalen Mikrobioms vor, während und nach der Schwangerschaft erklären könnte, ist, dass hormonelle, ernährungsbedingte und immunologische Einflüsse die vaginalen Mikrobiota während der Schwangerschaft verändern. Aufsteigende pathogene Mikroorganismen aus der Vagina können eine Chorioamnionitis, mit sukzessiver Aktivierung der Zytokin- und Prostaglandin-Kaskade und dadurch entstehende vorzeitige portiowirksame Kontraktionen verursachen. Häufigste Ursache ist die bakterielle Vaginose, welche eine intra-amniotische Infektion hervorbringen kann [18].

Während systemische mütterliche Infektionen und die Besiedlung des unteren Reproduktionstrakts durch bekannte Erreger wie Trichomonas vaginalis und Chlamydia trachomatis seit Langem mit einem erhöhten Frühgeburtlichkeitsrisiko in Verbindung gebracht werden, hat die Anwendung molekularbasierter Untersuchungsmethoden neue Einblicke gewährt, welche Mikroorganismen ein Risiko für Frühgeburtlichkeit darstellen [17].

In einer Studie von Fettweis et al. wurden durch Längsschnittanalysen von 16S-­ribosomaler RNA Metagenom-, Metatranskriptom- und Zytokinprofile von 45 Früh- und 90 Termingeborenen untersucht. Frauen, die eine Frühgeburt hatten, wiesen signifikant niedrigere vaginale Konzentrationen von L. ­crispatus und höhere Konzentrationen von BVAB1, Sneathia amnii, TM7-H1, einer Gruppe von Prevotella-Arten und neun weiteren Taxa auf. Die mit Frühgeburten assoziierten Taxa korrelierten mit pro­inflammatorischen Zytokinen in der Vaginalflüssigkeit [19].

Eine Studie von Hoyme et al. aus dem Jahr 2020 untersuchte die Wirksamkeit von vaginalen pH-Selbsttests, um schwangere Frauen zu erkennen, die durch eine abnormale Vaginalflora gefährdet sind.

Mit dem Ziel, die Inzidenz von Frühgeburten durch frühzeitige Diagnose und Therapie genitaler Infektionen zu reduzieren, wurden 17.180 schwangere Frauen mittels selbst durchgeführten vaginalen pH-Tests überwacht, was mit einer geringeren Inzidenz von Frühgeburten < 32 SSW verbunden war (1,46 vs. 1,26 %) [20].

Die Bedeutung von Lactobacillus

Die vaginalen Mikrobiota sind ein vollständiges Ökosystem mit fast 600 Bakterienarten. Bei den meisten aktiven geschlechtsreifen Frauen dominieren Laktobazillen die vaginalen Mikrobiota. Sie müssen eine Anzahl von etwa 108 Bakterien pro Milliliter Vaginalsekret erreichen, um physiologisch zu funktionieren. Lactobacillus spp. sind grampositive anaerobe Bakterien, die einen fermentativen Glykogenkatabolismus erzeugen [21].

H?O?-bildende Laktobazillen tragen dazu bei, den pH-Wert der Vagina auf einem Niveau von etwa 3,5–4,5 zu halten, was zu einem Schutzmechanismus der Schleimhaut führt, der das Wachstum pathogener Mikroorganismen teilweise oder vollständig hemmt [5, 22]. Zudem kann die Bindung von potenziell pathogenen Mikroorganismen durch die spezifische Adhäsion zwischen Laktobazillen und Epithelzellrezeptoren verhindert werden [22].

Je nach dominantem Mikroorganismus kann die Vaginalflora in 5 verschiedene Gruppen unterteilt werden (Tab. 1). Die fünf Hauptgruppen von mikrobiellen Gemeinschaften wurden als Gruppe I, II, III, IV und V bezeichnet. Die vielfältigsten Gemeinschaften waren die der Gruppe IV.

Die Gruppen lassen sich anhand von zwei Kriterien unterscheiden: zum einen, ob die Gemeinschaften von Laktobazillen dominiert werden, und zum anderen, welche Lactobacillus-Arten vorhanden sind. Die große Mehrheit der Gemeinschaften in den Gruppen I, II, III und V wiesen mehr als einen Typ von Milchsäurebakterien auf, was auf ein gewisses Maß an Funktionsvielfalt schließen lässt.

Gemäß der prospektiven Studie von ­Ravel et al. wurden Proben der vaginalen bakteriellen Gemeinschaften von 396 asymptomatischen Frauen, darunter vier ethnische Gruppen (Weiße, Schwarze, Hispanoamerikanerinnen und Asiatinnen) entnommen und die Artenzusammensetzung durch Pyrosequenzierung von barcodierten 16S-rRNA-Genen charakterisiert. Die Gemeinschaften wurden in fünf Gruppen eingeteilt: Vier wurden dominiert von L. iners, L. ­crispatus, L. gasseri oder L. jensenii, während die fünfte Gruppe geringere Anteile an Laktobazillen und höhere Anteile an rein anaeroben Organismen aufwies, was darauf hindeutet, dass eine potenzielle ökologische Schlüsselfunktion, die Produktion von Milchsäure, in allen Gemeinschaften erhalten zu sein scheint [23].

Die Ergebnisse dieser Studie deuten darauf hin, dass es für die menschliche Vagina kein einheitliches Kernmikrobiom gibt. Die Proportionen jeder Gemeinschaftsgruppe variierten zwischen den vier ethnischen Gruppen; diese Unterschiede waren statistisch signifikant. Außerdem unterschied sich der vaginale pH-Wert der Frauen in den ethnischen Gruppen [23].

Dysbiose

Seit mehr als einem Jahrhundert ist bekannt, dass eine Störung der H?O? bildenden vaginalen Lactobacillus-Spezies zu bakterieller Vaginose (BV) führen kann, einem häufig symptomatischen Zustand, bei dem vaginale Laktobazillen verloren gehen und gleichzeitig anaerobe Bakterien zunehmen. Unterschiede in der Zusammensetzung der vaginalen Mikrobiota, einschließlich zeitlicher Verschiebungen innerhalb einer bestimmten Person, werden mit ziemlicher Sicherheit durch eine komplizierte Interaktion zwischen Wirtsmerkmalen, Umwelt und Verhalten verursacht [24].

Die Dysbiose tritt am häufigsten in Form einer bakteriellen Vaginose auf. Dieser Zustand ist durch drei Veränderungen der vaginalen Mikrobiota gekennzeichnet (Abb. 2). Diese Bedingungen begünstigen die Verschiebung von normalen zu abnormalen Mikrobiota durch Abnahme der Laktobazillen und Zunahme der aerob-anaeroben Mischflora unabhängig davon, ob sie regelmäßig – meist in kleinen Keimzahlen – in der Vagina gefunden werden oder exogen auftreten.

Frauen mit BV profitieren signifikant von einer Substitution mit Laktobazillen gegenu?ber Placebo nach leitliniengerechter Therapie, sodass die hohe Rezidivquote etwa halbiert wird [21]. Auch diese Resultate zeigen die wichtige Bedeutung der vaginalen Laktobazillen.

Es gibt eine Reihe von Faktoren (signifikante Risikofaktoren sind Rauchen, Zahl der Sexualpartner, Art der Sexualpraktiken, Menstruation, übertriebene ­Hygiene mit regelmäßigen Vaginalduschen, ethnische Herkunft, chronischer Stress, Prostitution), die die Variation des vaginalen Mikrobioms beeinflussen können, diese werden nachfolgend erläutert [13, 21, 22].

Sexuelle Aktivität

Sexuelles Verhalten in Bezug auf Anzahl der Partner, wechselnde Partner, Frauen, die nicht in einer festen Beziehung bzw. verheiratet sind, erster Sex in jungem Alter, rezeptiver Oralverkehr, digitale vaginale Penetration sowie rezeptiver Analverkehr mit anschließendem ­Vaginalverkehr und der Mangel an ­Kondomgebrauch sind mit einer größeren Vielfalt vaginaler Mikrobiota und einer Abnahme der Laktobazillen verbunden.

Ethnische Herkunft

Die Prävalenz der bakteriellen Vaginose variiert je nach ethnischer Gruppe, der Grund für die Unterschiede ist noch nicht bekannt, man vermutet jedoch, dass die Zusammensetzung des vaginalen Mikro­bioms durch genetische Unterschiede beeinflusst wird. Ein signifikanter Risikofaktor für eine bakterielle Vaginose ist eine schwarze Hautfarbe.

Alter und hormonelle Physiologie

Die vaginale Umgebung bei reproduktiven Frauen variiert während des Menstruationszyklus aufgrund hormoneller Schwankungen, was die Dicke des Vaginalepithels und die Verfügbarkeit von Glykogen beeinflusst. Während der Menstruation, wenn der Östrogenspiegel abnimmt, steigt infolgedessen der vaginale pH-Wert und das Wachstum von Laktobazillen wird beeinträchtigt. Die Anwendung der hormonellen Antikonzeption wurde mit einem verringerten Risiko für eine bakterielle Vaginose in Verbindung gebracht, da sie eine größere Östrogenstabilität ergibt. Wenn die Östro­gene bis zum Erreichen der Wechseljahre abnehmen, nimmt die Dominanz von Lactobacillus ab und ihr Anteil am vaginalen Mikrobiom stabilisiert sich abhängig von der hormonellen Umstellung. Bei postmenopausalen Frauen steigt infolge der Abnahme des Östrogens und seiner Wirkung der vaginale pH-Wert an, weil Laktobazillen weniger günstige Umweltbedingungen haben und sich Bakterien der Haut- und Darmflora vermehren können.

Die Veränderung der vaginalen Mikrobiota kann bei Frauen nach der Menopause einen tiefgreifenden Einfluss auf die Entwicklung einer vulvovaginale Atrophie, vaginale Trockenheit, sexuelle Gesundheit und allgemeine Lebensqualität haben. Im Gegensatz dazu beeinflusst eine Hormonersatztherapie direkt die Dominanz von Lactobacillus und kann vaginale Symptome beheben [25].

Lebensstil

Auch die physiologische Reaktion auf psychosozialen Stress durch die Produktion von Kortisol, einem Steroidhormon, welches die Immunantwort zu verändern scheint und die Ablagerung von vaginalem Glykogen hemmt, kann die Zusammensetzung des vaginalen Mikrobioms beeinflussen.

Die Studie von Kaur et al. zeigt eine Veränderung der Diversität des vaginalen Mikrobioms, abhängig von verschiedenen reproduktiven Phasen. Diese Dynamik des vaginalen Mikrobioms als Reaktion auf die Konzentrationsänderung der weiblichen Sexualhormone Östrogen und Progesteron lässt sich auf die Östrogen-abhängige Glykogenablagerung in den Wänden des Vaginalepithels zurück führen. Da Glykogen als wichtige Nährstoffquelle für vaginale Mikroben dient, führt ein Überschuss an Glykogen zu einem plötzlichen Anstieg der Glykogen-abbauenden Laktobazillen, welche Milchsäure produzieren. Die gleichzeitige Freisetzung von Milchsäure und Wasserstoffperoxid durch die Laktobazillen hemmt das Wachstum anderer Mikroben. In Phasen mit plötzlichen Veränderungen des Hormonspiegels (Beginn der Pubertät, Menstruation, erstes Trimester der Schwangerschaft) steigt die Diversität des vaginalen Mikrobioms [26].

Beeinflussen vaginale ­Mikrobiota die Fertilität?

Es gibt bereits einige Arbeiten, die einen Zusammenhang zwischen dem vaginalen Mikrobiom und der Entwicklung einer Schwangerschaft zeigen. Eine mögliche Erklärung dafür ist, dass es während des Embryotransfers im Rahmen der künstlichen Befruchtung nicht selten zu einer Kontamination des Transferkatheters mit Zervixschleim, der erheblich mit vaginalen Bakterien besiedelt ist, kommt [27]. Des Weiteren kann das vaginale Mikro­biom durch Aufsteigen der Mikro­organismen natürlich das Mikrobiom des oberen weiblichen Genitaltrakt beeinflussen [8, 28, 29]

Eine Meta-Analyse von Singer et al. aus dem Jahr 2019 mit sechs Studien und insgesamt 1095 Teilnehmerinnen (893 mit normalen vaginalen Mikrobiota und 202 mit abnormalen vaginalen Mikrobiota, definiert durch Nugent-Score oder qPCR) untersuchte den Zusammenhang zwischen der Zusammensetzung der vaginalen Mikrobiota und dem Ergebnis der IVF-Behandlung. Man beobachtete eine negative Korrelation (OR = 0,70, 95-%-CI: 0,49–0,99) zwischen abnormalen vaginalen Mikrobiota und der Entwicklung der Schwangerschaft in der Frühphase [30] .

In einer prospektiven Studie wurde untersucht, inwieweit das vaginale Mikrobiom für das Ergebnis der In-vitro-Fertilisation mit oder ohne intrazytoplasmatische Injektion (ICSI) prädiktiv ist [27]. Bei dieser Studie wurden 192 Patientinnen eingeschlossen, bei denen der Embryotransfer an Tag 3 im Frischzyklus vorgenommen wurde. Die Autoren identifizierten einen prädiktiven Algorithmus für Implantationsversagen (ein sogenanntes ungünstiges Profil), der wie folgt gekennzeichnet war: ein relativer Anteil von L. spp. < 20 %, wobei sich ein relativer Anteil von L. jensenii > 35 % ebenfalls als negativ erwies, sowie ein Anteil von Gardnerella oder Proteobakterien > 28 % der Gesamtbakterienmenge. Bei einem günstigen Mikrobiom-Profil konnten darüber hinaus zwei Gruppen mit unterschiedlicher Implantationsprognose in Abhängigkeit von der relativen Menge an L. crispatus unterschieden werden: Bei Frauen mit einem relativ hohen Anteil (? 60 %) an L. crispatus (63/192 Frauen) war die Wahrscheinlichkeit einer Schwangerschaft geringer als bei Frauen mit einem Anteil von weniger als 60 % (50 von 95 Frauen; 24 % vs. 53 %). Ein hoher Anteil an L. spp. scheint sich günstig auf das Ergebnis der IVF und IVF-ICSI auszuwirken, wobei ein sehr hoher Anteil (> 60 %) an L. crispatus für das Ergebnis nicht vorteilhaft ist [31]. Eine ähnliche positive Korrelation eines Laktobazillen-dominierten Mikrobiom-Profils (d. h. > 90 % L. spp.) mit einem positiven reproduktiven „Outcome“ fanden Moreno et al. im Endometrium [8].

Die Inzidenz für Biofilme der bakteriellen Vaginose im Endometrium ist signifikant häufiger bei „missed abortion“ als im nicht schwangeren Endometrium [32] und hat wahrscheinlich einen wichtigen Einfluss auf das Schwangerschaftsoutcome.

Weitere prospektive Studien sind wichtig und notwendig, um günstige vaginale Mikrobiom-Profile erstellen zu können und dadurch eine effizientere Planung der künstlichen Befruchtung, mit z. B. Verschieben des IVF-Zyklus, bis ein günstigeres Profil erreicht ist, zu ermöglichen. Viele weitere Fragen sind in diesem Zusammenhang noch offen, insbesondere, ob eine Intervention mit einer Sub­stitution der genannten Bakterien einige Tage vor dem Transfer eine Verbesserung des Behandlungserfolges mit sich bringt. Eine japanische Studie mit sehr kleiner Fallzahl zeigt eine signifikante Verbesserung der Vaginalflora bei sechs Frauen mit einer Anamnese von Spätaborten oder sehr frühen Frühgeburten aufgrund von therapierefraktärer Vaginitis oder Chorionamnionitis nach Einnahme von Vaginalzäpfchen und oralen Probiotika mit Lactoferrin. Nach einem Monat Therapie konnte schrittweise die Dominanz von Lactobacillus nachgewiesen werden. Weitere Studien sind notwendig, um einen möglichen Effekt von Lactoferrin auf die Prävention von therapierefraktärer Vaginitis, Zervizitis oder Frühgeburtlichkeit nachzuweisen [33]. Eine weitere interessante Frage wäre, ob Lactoferrin mit Probiotika die Implantation verbessern könnte.

Eine kürzlich durchgeführte Studie untersuchte verschiedene Wege der Antibiotikagabe (Metronidazol) in Kombination mit der Verabreichung von Präbiotika (Lactoferrin) und Probiotika und kam zu dem Schluss, dass die kombinierte vaginale und orale Metronidazol-Verabreichung zusammen mit einer vaginalen Probiotika-Behandlung das normale endometriale Mikrobiom bei Frauen mit wiederholtem Implantationsversagen („repeated implantation failure“, RIF) wiederherstellen kann [1]. Neue Ansätze wurden als vielversprechend vorgeschlagen, wobei es derzeit noch an Beweisen fehlt.

Die Arbeit von Lev-Sagie et al. zeigte die Wiederherstellung des vaginalen Mikro­bioms durch eine Mikrobiom-Transplantation bei refraktärer Vaginose – eine ­Tatsache, die eine weitere Kolonisierung der Endometriumhöhle auf dem aufsteigenden Weg implizieren könnte [34]. Weitere Studien sollten druchgeführt werden.

Mikrobiota des oberen weiblichen Reproduktionstraktes

Kürzliche metagenomische Studien identifizierten die spezifischen Kolonisierungsmuster der Mikrobiota von Uterus, Tuben, Ovarien und Plazenta. Sie unterscheiden sich vom vaginalen Mikrobiom umso mehr, je weiter sie davon entfernt liegen [3, 26]. Da sie sich nicht nur in Zusammensetzung, sondern auch in ihrer Konzentration um ein Vielfaches vom vaginalen Mikrobiom unterscheiden, stellt sich zurecht die Frage, ob sie den oberen Genitaltrakt lediglich besiedeln, oder ob sie auch eine Rolle in der Physiologie des oberen weiblichen Reproduktionstrakt spielen. Anders als in der Vagina stellt die Probenentnahme von Uterus, Tuben und Ovar eine größere Herausforderung dar und ist deutlich invasiver. Da das Sampling aus dem Endometrium in den meisten Fällen durch die Vagina erfolgt, besteht die Gefahr einer Kontamination mit vaginalen Mikrobiota. Durch die höhere Invasivität werden Proben meist nur bei Frauen entnommen, welche eine Operation oder eine Fertilitätsbehandlung erhalten und sind somit nur bedingt repräsentativ, da es schwierig ist, eine ­gesunde Kontrollgruppe zu akquirieren [4].

Endometrium

Das Endometrium spielt eine sehr wichtige Rolle bei der Reproduktion und wird von unterschiedlichen Faktoren und ­physiologischen und hormonellen Veränderungen, beispielsweise von Estro­gen, Progesteron, aber auch dem komplexen Zusammenspiel von Wachstumsfaktoren, Integrinen, Prostaglandinen und immunmodulatorischen Zytokinen sowie der Angiogenese beeinflusst [6]. Die Implantation des Embryos ist nicht nur von der embryonalen Entwicklung, sondern auch der Aufnahmefähigkeit des Endometriums abhängig [8].

Die am häufigsten vorkommenden Bakterien im Uterus sind Bacteroidetes, Proteobacteria und Actinobacteria, während Gardnerella, Streptococcus, Staphylococcus, Bifidobacterium, Prevotella, Atopobium und Sneathia in geringeren Mengen anzutreffen sind [29, 35]. Aus diesem Grund wurde vorgeschlagen, die Mikrobiota des Endometriums in Lactobacillus-dominiert (mehr als 90 % Lactobacillus-Spezies) und nicht Lactobacillus-dominiert (weniger als 90 % Lactobacillus-Spezies und mehr als 10 % andere Gattungen) zu unterteilen [6, 8].

In einer interessanten Studie von ­Moreno et al. wurden Endometriumflüssigkeit und Vaginalaspirate von 13 fruchtbaren Frauen in prärezeptiven und rezeptiven Phasen innerhalb desselben Menstruationszyklus analysiert. Sie untersuchten auch Endometriumflüssigkeit, die in prärezeptiven und rezeptiven Phasen von 22 fruchtbaren Frauen entnommen wurde, um die hormonelle Regulierung der endometrialen Mikrobiota zu untersuchen. Zur Identifizierung erfolgte die Sequenzierung der V?–V?-Region der 16S-rRNA-Gene der Mikrobiota. Die Daten zeigten, dass das Vorhandensein der endometrialen Mikrobiota während der Erlangung der endometrialen Rezeptivität nicht hormonell reguliert wurde. Darüber hinaus war das Vorhandensein von Nicht-Laktobazillen-dominierten Mikrobiota in einem rezeptiven Endometrium mit einem signifikanten Rückgang der Implantation und des ­Schwangerschaftsergebnisses verbunden [8].

Die Stoffwechselprofile der vaginal-­uterinen Mikrobiota ändern sich während des Menstruationszyklus. Die Funktionen dieser Mikrobiota für die Immun­homöostase der Gebärmutterschleimhaut im nicht-schwangeren und schwangeren Zustand sind noch nicht geklärt [8]. Allerdings ist das Auftreten von Laktobazillen im Uterus möglicherweise durch eine Kontamination infolge der reichlich vorhandenen vaginalen Besiedelung mit diesen Bakterien zu erklären, so dass es sich dabei nicht notwendigerweise um einen Prädiktor für den Normalzustand der Uterusflora handelt [8]. Trotz zahlreicher Analysen mittels „next generation sequencing“ (NGS) herrscht weiterhin keine Einigkeit hinsichtlich der Zusammensetzung der Mikrobiota im Endometrium. Insbesondere bleibt es unklar, wie die Bakterien das endometriale Gleichgewicht beeinflussen und die Implantation eines Embryos fördern können [35].

Die endometriale Rezeptivität ist durch ein endliches und zeitlich sensibles Implantationsfenster („window of op­portunity“, WOI) gekennzeichnet, das durch einen unvollständig definierten Komplex von endokrinen, parakrinen und autokrinen Faktoren orchestriert wird.

Mehrere Studien haben das Potenzial der proteomischen Analyse zur Charakterisierung der Expressionsmuster des proliferativen und sekretorischen Endometriums untersucht. Durch eine umfangreiche molekulare Analyse dieser Expressionsmuster aus endometrialen Gewebeproben wurde das Endometrium-Rezeptivitäts-Array (ERA) als objektive molekulare Datierungsmethode zur genauen und reproduzierbaren Identifizierung des endometrialen Rezeptivitätsstatus entwickelt. Durch die Erstellung von Profilen des Transkriptoms von 238 Genen, die in verschiedenen Stadien des endometrialen Zyklus exprimiert werden, wurde der ERA als Mittel zur Personalisierung des Zeitpunkts des Embryotransfers (pET) entwickelt, insbesondere in Fällen von wiederholtem Implanta­tionsversagen, bei denen die endometriale Rezeptivität einen dominanten Faktor darstellen kann [36].

Bei Frauen mit Endometriose zeigte sich, dass die Zusammensetzung der uterinen Mikrobiota signifikant von den gesunden Kontrollen abweicht. Verantwortlich dafür sind niedrige Konzentrationen der Spezies Lactobacillus und sehr hohe Konzentrationen von Streptococcaceae, Staphylococcaceae und Enterobacteriaceae [4, 28].

Der Nachweis eines möglicherweise negativen Effektes der genannten Bakterien könnte eine wichtige Rolle in einer erfolgreichen Behandlung in der Reproduktionsmedizin spielen. Der nächste Schritt wäre, in klinischen Studien zu klären, ob sich die Einnahme von Probiotika vor diesem Hintergrund positiv auswirkt.

Die Prävalenz einer chronischen Endomyometritis liegt bei ca. 66 % bei Patientinnen, welche unter habituellen Aborten leiden. Wurden Patientinnen mit Endometriose im Rahmen einer klinischen Studie mit Antibiotika behandelt, konnten bessere reproduktive Ergebnisse erzielt werden [37].

Im Rahmen einer Endometriumbiopsie konnte der Nachweis von Plasmazellen sowie CD138-Plasmazell-spezifischen-Antigenen bewiesen werden. Bei nachgewiesener chronischer Endomyometritis sollte eine Therapie mit Doxycyclin über 14 Tage durchgeführt werden. Ein generelles Infekt-Screening ist jedoch nicht zu empfehlen [33, 38].

Der spezielle Fall: Endo­metriose

Endometriose ist eine gutartige entzündliche Erkrankung, die durch Läsionen von Endometrium-ähnlichem Gewebe außerhalb der Gebärmutter gekennzeichnet ist und hauptsächlich Frauen im gebärfähigen Alter betrifft. Endo­metriose betrifft 10–15 % aller Frauen im ­reproduktiven Alter und 70 % der Frauen mit chronischen Beckenschmerzen [39].

Es gibt verschiedene Hypothesen zur Entstehung der Endometriose, die am besten etablierte ist die der retrograden Menstruation. Allerdings bleibt unklar, warum einige Frauen die Erkrankung entwickeln und andere nicht. Eine gestörte Immunantwort bei Patientinnen mit Endome­triose scheint eine bedeutende Rolle zu spielen und könnte durch eine Überaktivierung von peritonealen Makrophagen und natürlichen Killerzellen, einer erniedrigten T-Zell-Reaktivität, ­einer erhöhten Anzahl von zirkulierenden Antikörpern und Zytokinveränderungen die Entstehung von Endometriose beeinflussen [40]. Da der immunmodulierende Einfluss der Darmbakterien sowie ihre Rolle bei der Entstehung von verschiedenen inflammatorischen Erkrankungen bekannt ist liegt es nahe, den Zusammenhang zwischen Mikrobiota und Endometriose zu untersuchen.

In verschiedenen Studien wurden Taxa nachgewiesen, die zum Stamm der Proteobakterien gehören, die in Endome­triose-Kohorten signifikant erhöht waren [37, 41]. Die Endobiota-Studie vergleicht Darm-, vaginale und zervikale Mikrobiota von histologisch nachgewiesenen Endometriose-Patientinnen mit einer gesunden Kontroll-Gruppe. Obwohl die Zusammensetzung der Mikrobiota insgesamt sehr ähnlich ist, gibt es signifikante Unterschiede auf Gattungsebene: Die Gattung Atopobium war beim Vaginal- und Zervikal-Mikrobiom von Endometriose-Patientinnen komplett abwesend, der Anteil von Gardnerella, Streptococcus, Escherichia und Shigella, die fakultativ pathogene Spezies enthalten können, sowie an Ureaplasma, die gemäß neueren Daten als nicht pathologisch zu werten sind, war jedoch erhöht im Vergleich zur Kontrolle [41, 42]. Ein „systemic review“ von Leonardi et al. [43], in dem 18 Studien, publiziert zwischen 2002 und 2019, eingeschlossen wurden, identifiziert 36 Bakterien-Taxa, die sich zwischen Endometriose-Patientinnen und der Kontrollgruppe signifikant unterschieden. Auf Stammesebene waren Actinobakterien, Firmicuten, Proteobakterien und Verrucomicrobia signifikant häufiger bei Endometriose. Die Klasse der Betaproteobakterien, sowie die Ordnung der Bifidobacteriales und Burkholderiales war signifikant häufiger bei Mäusen mit Endometriose zu finden, während auf der Ebene der Familie Bifidobacteriaceae und Alcaligenaceae signifikant erhöht waren. In zwei Studien des „systemic review“ wurde Escherichia coli signifikant häufiger bei Endometriose gefunden.

Jedoch sind die bisherigen Daten noch spärlich und stark abhängig von der Probenentnahme und Analyse und weitere Studien sind nötig, um den Zusammenhang zwischen Mikrobiota und der Pathogenese der Endometriose zu verstehen.

In einem systematischen Review 2020 von Garcia-Penarrubia wurde eine neuere ­Hypothese zu der aktiven Rolle von genitalen subklinischen mikrobiel­len Infektionen bei der Entwicklung und dem klinischen Verlauf der Endome­triose aufgestellt. Darin wird eine direkte Beziehung zwischen einer ­höheren pränatalen Exposition gegenüber hormonaktiven Substanzen (Phthalate, Bisphenole, chlororganische Pestizide und andere) und einem kürzeren anogenitalen Abstand hergestellt, welche häufig post­natale Episoden einer fäka­len Mikro­biota-Kontamination der Vulva und Vagina begünstigen und eine zervikovaginale Mikrobiota-Dysbiose hervorrufen könnte. Diese Beziehung könnte die lokale Entzündungsreaktion induzieren, die sich zu einer anhaltenden Immundysregulation entwickeln könnte, wodurch sich der Teufelskreis schließt, der für die Entwicklung der Endometriose verantwortlich ist [44].

Schlussfolgerung

Während der vergangenen Jahre konzentrierte sich die Forschung zunehmend auf die Mikrobiota des weiblichen Genitaltrakts. Dabei wurde nicht nur das ­Dogma des sterilen Uterus infrage gestellt, es steht inzwischen außer Frage, dass eine enge Wechselbeziehung zwischen dem Em­bryo und der vorhandenen Bakterienflora besteht, und zwar bereits in der Frühphase der embryo­nalen ­Entwicklung. Es sind weitere Untersuchungen erforderlich, um der Bedeutung dieser Erkenntnisse auf den Grund zu gehen. Nach wie vor ist unklar, welche physiologische Rolle Mikrobiota bei der menschlichen Fortpflanzung ­sowie als Ursache für Infertilität, wiederholtes ­Implantationsversagen (RIF) und habituelle Abortneigung (RPL) spielen.

Erst im letzten Jahrzehnt wurde damit begonnen, die faszinierenden Auswirkungen der bakteriellen Besiedelung des menschlichen Körpers zu enträtseln. Die Beschreibung der Funktionen komplexer bakterieller Gemeinschaften ist sicherlich keine einfache Aufgabe. Angesichts der zunehmenden Zahl von Patientinnen mit Sterilität bzw. Infertilität die Hilfe suchen kommt dem Ansatz, ein besseres Verständnis für die Rolle der genitalen Mikrobiota zu entwickeln, eine vorrangige Bedeutung zu.

Interessenkonflikt

Keiner.

Literatur:

1. Kadogami D, Nakaoka Y, Morimoto Y. Use of a vaginal probiotic suppository and antibiotics to influence the composition of the endometrial microbiota. Reproductive Biology 2020; 20: 307–14.

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Tabelle 1: Einteilung der Vaginalflora. Mod. nach [23| ©A. Vidal

Gruppen

Dominanz des Mikroorganismus

pH-Werte

Lactobacillus crispatus

4,0

II

Lactobacillus gasseri

5,0

III

Lactobacillus iners

4,4

IV

Nicht von Lactobacillus sp. dominiert

5,3

V

Lactobacillus jensenii


 
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