Estudio de la microbiota salival humana en pacientes con cáncer epidermoide de laringe

Abstract

INTRODUCCIÓN El cáncer de laringe es la séptima tumoración maligna más frecuente, con una creciente incidencia y prevalencia del 12% y 23,8%, respectivamente, en las últimas décadas.

El diagnóstico inicial del cáncer de laringe se realiza con historia clínica y exploración física a través de la valoración oral directa, exploración cervical y la nasofibrolaringoscopia. Es importante la asociación con pruebas radiológicas como la PAAF de adenopatías cervicales, la tomografía computarizada, resonancia magnética, entre otras, para definir la extensión del tumor. El diagnóstico definitivo se realiza a través de anatomía patológica, siendo la estirpe más frecuente, el carcinoma epidermoide.

El tratamiento debe ser individualizado a las características de cada patología y del paciente. Dentro de las posibilidades se encuentran cirugía abierta, cirugía transoral y conservación de órgano con radioterapia y quimioterapia.

La microbiota humana se define como la agrupación de microoganismos constituidos por bacterias, virus y demás eucariotas que se pueden comportar como un órgano funcional y coexiste con el individuo. La relación entre la microbiota y el cáncer no está clara y aún está por definir. Algunos estudios recientes han demostrado que los microorganismos juegan un papel importante en la carcinogénesis, así como la genética y los factores ambientales. Existe algunos estudios donde se relaciona el cáncer de orofaringe, faringe o laringe con una microbiota característica y con la disbiosis de esta.

OBJETIVOS El objetivo de nuestro estudio es definir la microbiota salival de pacientes con cáncer epidermoide de laringe y establecer las diferencias entre estos y un grupo de pacientes con patología benigna de laringe. De esta manera de puede ayudar a definir los microorganismos relacionados con este tipo de cáncer y su posible origen. Por otra parte, estos microoganismos podrían servir como biomarcador para el diagnóstico precoz de la enfermedad.

MATERIALES Y MÉTODOS Se describe un estudio de casos y controles con una muestra de 40 pacientes provenientes de la población del Área I de salud del Hospital Virgen de la Arrixaca de Murcia con diagnóstico histopatológico de carcinoma epidermoide de laringe como grupo de casos y pacientes con patología benigna de laringe como grupo control. Mediante secuenciación masiva del gen bacteriano ARNr 16S se realizaron estudios de alfa y beta diversidad, mediante índices estadísticos basados en la ecología bacteriana y mediante curvas de rarefacción y de composición mediante el estudio de las abundancias relativas a nivel de familia y género. Se valoraron las diferencias estadísticamente significativas entre los dos grupos mediante la prueba no paramétrica de Wilcoxon. Así mismo, se realizaron estudios de agrupamiento mediante análisis principal de componentes y modelo UniFrac. Por último, se definió el área bajo la curva de 3 bacterias estadísticamente significativas, así como también, el punto de Youden.

RESULTADOS Se encontró una similitud en cuanto a la edad y género entro los dos grupos de estudio. En cuanto al rango taxonómico familia se evidencia una disminución de la diversidad de familias bacterianas en el microbiota salival de los casos, con predominancia significativa de la familia Micrococcaceae, Familia XIII, Campylobacteraceae y Peptostreptococcaceae. También se muestra de forma estadísticamente significativa que existe un aumento en los casos comparado con los controles en la familia Micrococcaceae, Family XI, Xanthobacteraceae y Pasteurellaceae. Por el contrario, existe una disminución estadísticamente significativa de los casos comparados con los controles en las familias Bacteroidales Incertae Sedis, Porphyromonadaceae, Flavobacteriaceae, Prevotellaceae, entre otras.

En cuanto a rango taxonómico género se encontró una alta abundancia relativa de Rothia, Campylobacter, Parvimonas, Eubacterium nodatum group, Alloprevotella y Croynebacterium. Se evidencia una disminución de la diversidad de los géneros bacterianos del grupo de casos comparado con los controles, principalmente a expensas de Rothia y Corinebacterium. En comparación con los controles, en los casos de nuestro estudio aumentaron significativamente los géneros de Corynebacterium, Rothia y Gemella. Así mismo, se muestra una disminución en los casos de los géneros Porphyromonas, Alloprevotella, Prevotella, Prevotella 7, Campylobacter, Defluviitaleaceae, Parvimonas, entre otras.

Se evidencia una pérdida de alfa diversidad y riqueza en el grupo de casos con cáncer epidermoide de laringe con respecto al grupo de controles. Los estimadores de riqueza CHAO1 y ACE presentan una diferencia estadísticamente significativa que refleja. A través de las curvas de rarefacción se muestra que el grupo de controles presenta una riqueza mayor que el grupo de casos.

La beta diversidad fue definida por el índice de Jaccard, que se aprecia bajo para ambos grupos. El PCoA mostró gráficamente que existe una mayor cantidad de muestras juntas en ambos grupos de estudio. Se realizó las curvas ROC y el área bajo la curva de los tres géneros Alloprevotella, Campylobacter y Rothia donde se definieron puntos de Youden con la mayo especificidad posible, dado la patología con la que tratamos. Todos las curvas se encontraron por encima del 0,75, mostrando una buena discriminación media.

CONCLUSIONES Concluimos que el grupo de pacientes con carcinoma epidermoide de laringe tienen una microbiota salival que es completamente diferente en diversidad, riqueza, estructura y composición a la de los controles. De igual manera se definieron 3 géneros específicos con una alta especificidad y sensibilidad a la hora de desarrollar un biomarcador para el diagnóstico precoz de la enfermedad.

INTRODUCTION Laryngeal cancer is the seventh most common malignant tumor, with an increasing incidence and prevalence of 12% and 23.8% in recent decades.

The initial diagnosis of laryngeal cancer is made with a clinical history and physical examination through direct oral assessment, cervical examination, and nasofibrolaryngoscopy. The association with radiological tests such as PAAF of cervical lymphadenopathy, computed tomography, magnetic resonance, among others, is important to define the extent of the tumor. The definitive diagnosis is made through pathological anatomy and the most common type is epidermoid carcinoma.

Treatment must be individualized to the characteristics of each pathology and the patient. Among the possibilities are open surgery, transoral surgery and organ conservation with radiotherapy and chemotherapy.

The human microbiota is defined as the group of microorganisms made up of bacteria, viruses and other eukaryotes that can behave as a functional organ and coexist with the individual. The relationship between the microbiota and cancer is unclear and remains to be defined. Some recent studies have shown that microorganisms play an important role in carcinogenesis, as well as genetics and environmental factors. There are some studies where cancer of the oropharynx, pharynx or larynx is related to a characteristic microbiota and its dysbiosis.

OBJECTIVES The objective of our study is to define the salivary microbiota of patients with epidermoid laryngeal cancer and establish the differences between them and a group of patients with benign laryngeal pathology. In this way, it can help define the microorganisms related to this type of cancer and its possible origin. On the other hand, these microorganisms could serve as a biomarker for the early diagnosis of the disease.

MATERIALS AND METHODS A case-control study is described with a sample of 40 patients from the population of Health Area I of the Virgen de la Arrixaca Hospital in Murcia with histopathological diagnosis of squamous cell carcinoma of the larynx as a group of cases and patients with benign pathology of the larynx as a control group. Through massive sequencing of the bacterial 16S rRNA gene, studies of alpha and beta diversity were carried out, through statistical indices based on bacterial ecology and through rarefaction and composition curves by studying relative abundances at the family and genus level. Statistically significant differences between the two groups were assessed using the non-parametric Wilcoxon test. Likewise, clustering studies were carried out using principal component analysis and UniFrac model. Finally, the area under the curve of 3 statistically significant bacteria was defined, as well as the Youden point.

RESULTS A similarity was found in terms of age and gender between the two study groups. Regarding the family taxonomic rank, a decrease in the diversity of bacterial families is evident in the salivary microbiota of the cases, with a significant predominance of the families Micrococcaceae, Family XIII, Campylobacteraceae and Peptostreptococcaceae. It is also shown in a statistically significant way that there is an increase in cases compared to controls in the Micrococcaceae family, Family XI, Xanthobacteraceae and Pasteurellaceae. On the contrary, there is a statistically significant decrease in cases compared to controls in the families Bacteroidales Incertae Sedis, Porphyromonadaceae, Flavobacteriaceae, Prevotellaceae, among others.

Regarding genus taxonomic rank, a high relative abundance of Rothia, Campylobacter, Parvimonas, Eubacterium nodatum group, Alloprevotella and Croynebacterium was found. A decrease in the diversity of bacterial genera in the case group compared to controls is evident, mainly at the expense of Rothia and Corynebacterium. Compared to controls, the genera of Corynebacterium, Rothia and Gemella significantly increased in the cases of our study. Likewise, a decrease is shown in the cases of the genera Porphyromonas, Alloprevotella, Prevotella, Prevotella 7, Campylobacter, Defluviitaleaceae, Parvimonas, among others.

A loss of alpha diversity and richness is evident in the group of cases with epidermoid laryngeal cancer compared to the control group. The CHAO1 and ACE wealth estimators present a statistically significant difference that reflects. Through the rarefaction curves it is shown that the control group has a greater richness than the case group.

Beta diversity was defined by the Jaccard index, which was low for both groups. The PCoA graphically showed that there is a greater number of samples together in both study groups. The ROC curves and the area under the curve of the three genera Alloprevotella, Campylobacter and Rothia were performed where Youden points were defined with the greatest possible specificity, given the pathology with which we treated. All curves were above 0.75, showing good average discrimination.

CONCLUSIONS We conclude that the group of patients with epidermoid carcinoma of the larynx have a salivary microbiota that is completely different in diversity, richness, structure and composition from that of the controls. Likewise, 3 specific genera were defined with high specificity and sensitivity when developing a biomarker for the early diagnosis of the disease.