Vaginom- und „Endometriom“-Diagnostik bei Kinderwunsch

Seit der Arbeit von A. Döderlein aus dem Jahr 1892 [8] kennen wir Laktobazillenarten als wichtigste Vertreter der Vaginalflora. In gesundem Zustand ist das Vaginom im Gegensatz zur Darmflora durch eine geringe Artenvielfalt (= niedrige α‑Diversität) geprägt. Es wird heute geschätzt, dass sich physiologisch auf der Schleimhaut der Vagina etwa 300 unterschiedliche Bakterienarten mittels molekularbiologischer Methoden nachweisen lassen – viele von diesen sind nicht oder nur schwer anzüchtbar. Je nachdem, welcher Leitkeim vorliegt und in welchem quantitativen Verhältnis andere Bakterienarten nachgewiesen werden können, lassen sich unterschiedliche Vaginomtypen („community state types“ [CST]) definieren (Tab. 1; [21]). Physiologisch bedeutsame Spezies in der Vagina sind Lactobacillus crispatus (CST I), Lactobacillus gasseri (CST II), Lactobacillus iners (CST III) und Lactobacillus jensenii (CST V). Durch die Adhärenz von Laktobazillen an Epithelzellen, Bildung von Bakteriozinen und Senkung des pH-Werts durch Synthese von Laktat sowie Produktion von H₂O₂ wird neben dem körpereigenen Immunsystem über die sogenannte Kolonisationsresistenz ein zweiter Abwehrmechanismus gegen das Eindringen pathogener Mikroorganismen aufgebaut.

L. crispatus, L. gasseri und L. jensenii bilden sowohl D‑ als auch L‑Laktat, während L. iners überwiegend L‑Laktat produziert. Dabei kommt dem D‑Laktat eine besondere physiologische Bedeutung zu: D‑Laktat inhibiert die Histondeacetylase, fördert die Autophagie und unterdrückt die Produktion der Matrixmetalloproteinase 8. Das von L. iners gebildete L‑Laktat scheint diese Eigenschaften nicht zu besitzen. Zusätzlich bilden Stämme dieser Spezies Inerolysin, ein Zelltoxin, das bei einem pH-Wert > 4,5 aktiv wird. L. iners nimmt gewissermaßen eine Zwischenstellung ein, da durch diese Art die Stabilität der Vaginalflora vermindert und ein Wechsel in den CST IV erleichtert wird. Der Nachweis von L. iners erhöht auch das Risiko einer Infektion durch Chlamydia trachomatis mit den daraus resultierenden Folgen wie einer „pelvic inflammatory disease“ (Hazard Ratio [HR] 2,36), einer ektopen Schwangerschaft (HR 1,87) sowie Infertilität (HR 1,85; [6, 28]).

Aus diesen Gründen ist es zur Beurteilung der Vaginalflora notwendig, die vorhandenen Arten der Laktobazillen über molekularbiologische Methoden zu bestimmen, zumal der sichere Nachweis einiger Spezies mittels klassischer Kultur auf Selektivmedien nicht gelingt.

Bei einer bakteriellen Vaginose (BV) liegt meist ein CST IV vor. Meist lassen sich in diesen Fällen Gardnerella spp. oder Atopobium vaginae nachweisen. Speziell G. vaginalis ist sowohl bei asymptomatischen Frauen als auch bei Frauen mit BV in der Vaginalflora nachweisbar. Tatsächlich enthält die Gattung Gardnerella nach neueren Untersuchungen verschiedene Spezies: G. vaginalis, G. swidsinskii, G. leopoldii und G. piottii. Sowohl G. vaginalis als auch G. swidsinskii scheinen mit einer manifesten BV assoziiert zu sein. Dies begünstigt den Erwerb sexuell übertragbarer Infektionen, beispielsweise mit C. trachomatis, Neisseria gonorrhoeae, „human immunodeficiency virus“ (HIV), humanen Papillomviren (HPV), Herpes-simplex-Virus (HSV) oder Trichomonas vaginalis mit entsprechenden Folgen für die Fertilität.

Über lange Zeit hinweg wurde angenommen, dass sich bei gesunden Frauen im Endometrium keine Mikroorganismen nachweisen lassen. Inzwischen gehen wir jedoch von einer natürlichen Besiedlung des Endometriums aus. Der überwiegende Anteil sind zwar Laktobazillen, aber es wurden auch zahlreiche weitere Spezies nachgewiesen, deren Bedeutung nicht bekannt ist [4]. Zwischen den kommensalen Bakterienarten und dem endometrialen Epithel wird eine Interaktion postuliert, die zur Freisetzung antimikrobieller Peptide für die Abwehr pathogener Mikroorganismen, zur Stabilisierung der Tight Junctions der Epithelzellen sowie zu einer Modifikation von Makrophagen und dendritischen Zellen führt. Unter dem Einfluss von Makrophagen kommt es zur Bildung von Interleukin(IL)-10 aus regulatorischen T‑Zellen (Foxp3) mit Suppression von Th17-Zellen, was sich antiinflammatorisch und immuntolerant auswirkt [1].

Im Gegensatz dazu ist eine chronische Endometritis (CE) durch eine persistierende Inflammation des Endometriums charakterisiert. Es besteht eine Assoziation zu Implantationsversagen bzw. wiederholten Aborten. Bei Frauen mit CE besteht eine negative Korrelation zwischen den Anteilen an Lactobacillus spp. sowie Gardnerella, Anaerococcus, Finegoldia und weiteren Bakterienarten, die auch für eine BV typisch sein können. Gardnerella-Arten sind offensichtlich in der Lage, im Endometrium ähnlich wie in der Vagina Biofilme zu bilden, was die Ansiedlung weiterer pathogener Bakterienarten begünstigt [25].

Im Modell der Pathogenese einer BV steht am Beginn eine Biofilmbildung durch Gardnerella gefolgt von der Assoziation einer Vielzahl von Bakterienarten wie A. vaginae, Dialister micraerophilus oder Prevotella spp. Nach eigenen diagnostischen Daten können in diesen Fällen zum Teil mehr als 20 Bakterienarten in einer Probe nachgewiesen werden. Diese Bakterienpopulationen tauschen Stoffwechselprodukte aus, um beispielsweise gegenseitig ihr Wachstum zu fördern. So produziert Gardnerella Aminosäuren, die von Prevotella bivia oder Prevotella intermedia verstoffwechselt werden. Beide Prevotella-Arten wiederum synthetisieren Ammoniak, was das Wachstum von Gardnerellen begünstigt. Gleichzeitig fördert Ammoniak die Freisetzung von Matrixmetalloproteinasen (Kollagenasen) aus Leukozyten, die in Zusammenhang mit Frühgeburtlichkeit stehen (Abb. 1; [16]).

Während Frauen mit einem CST I (L. crispatus) überwiegend eine termingerechte Geburt haben, werden Aborte bei einem CST III (L. iners) sowie Fehl- und Frühgeburten bei CST IV (BV) häufiger registriert, gleichzeitig ist die α‑Diversität erhöht [3]. Generell scheint bei Frauen mit Infertilität die Zusammensetzung des vaginalen Mikrobioms durch eine Verminderung des Anteils an Laktobazillen bei erhöhtem Nachweis von Bakterienarten wie A. vaginae, G. vaginalis, BV-assoziierten Bakterien (BVAB) 1–3 oder Prevotella geprägt zu sein. Hohe Anteile von A. vaginae im vaginalen Mikrobiom erhöhen die Risiken einer Frühgeburt sowie von Spätaborten. Die Auswirkungen dieser Veränderungen durch Zunahme der relativen Anteile von Gardnerella, Atopobium, Megasphaera, Leptotrichia und Sneathia auf die Rate an Spontanaborten konnten auch in einer weiteren Studie reproduziert werden [22].

Nach den Daten einer jüngeren Metaanalyse ist die Erfolgsrate einer IVF bei gestörtem Vaginom signifikant vermindert [24]. Bei Frauen mit IVF besteht ein Zusammenhang zwischen einem Misserfolg der IVF und dem Nachweis von Gardnerella spp. und A. vaginae sowie der damit verbundenen hohen α‑Diversität beim Embryotransfer [2]. Gleiches gilt für den Fall eines wiederholten Implantationsversagens [10]. Ein Grund hierfür könnte die vermehrte Bildung von Tumor-Nekrose-Faktor α, IL‑6 und IL‑8 im Rahmen eines inflammatorischen Geschehens sowie einer Sialidase durch typische Erreger einer BV sein [17].

Zwischen 2,8 und 67,6 % der Frauen mit Infertilität und Implantationsversagen haben eine CE. Die Erfolgsraten einer IVF bei bestehender CE sind deutlich vermindert [14]. Untersuchungsergebnisse der letzten Jahre weisen auf die Bedeutung einer Besiedlung des Endometriums durch Laktobazillen hin. Bei 35 Frauen mit IVF und rezeptivem Endometrium wurden zwei Gruppen unterschieden:

Bei Frauen aus der ersten Gruppe waren Implantationsrate (p = 0,02), Eintritt einer Schwangerschaft (p = 0,03) sowie Rate an Lebendgeburten (p = 0,002) signifikant erhöht. Ein nicht durch Laktobazillen dominiertes endometriales Mikrobiom wirkt sich offensichtlich negativ auf den Erfolg einer IVF aus [19]. Ähnliche Ergebnisse zeigte eine weitere Studie bei infertilen Frauen, hier war der Anteil von Frauen mit einem endometrialen Anteil an Laktobazillen > 90 % im Gegensatz zur Kontrollpopulation deutlich vermindert (38 % vs. 86 %; [15]). In zwei voneinander unabhängigen Studien bei infertilen Frauen mit CE stieg die Rate an Lebendgeburten nach einer antibiotischen Therapie signifikant an, was auf die Bedeutung einer bakteriellen Pathogenese hinweist [5, 29].

In den vergangenen Jahren beruhte die Diagnose einer BV überwiegend auf kulturellen Methoden, den Amsel-Kriterien (3 von 4 Kriterien: pH-Wert > 4,5, Ausfluss, Geruchsbildung, Schlüsselzellen) und/oder dem Nugent-Score (mikroskopische Beurteilung der Bakterienmorphologien). Allerdings wird im Vergleich zu molekularbiologischen Methoden von einem diagnostischen „Eisbergeffekt“ ausgegangen, das heißt einem Mangel an Sensitivität. Tatsächlich beträgt die Sensitivität einer Bakterienkultur im Vergleich zum NGS etwa 39 %, bei Anwendung der Amsel-Kriterien oder des Nugent-Score sind es 61 % bzw. 64 %, wobei die Spezifität für alle Methoden ≥ 92 % beträgt [27].

Eine der Schwierigkeiten bei der Analyse des „Endometrioms“ ist die Gewinnung der Probe, die ohne Kontamination durch die Vaginalflora erfolgen sollte. Beschrieben sind die Möglichkeiten der Entnahme einer Biopsie mittels Pipelle (medesign, Dietramszell, Deutschland), die Gewinnung von Flüssigkeit aus dem Uterus sowie die Verwendung einer geschützten Bürste. Im Gegensatz zum Vaginom ist der Gehalt an bakterieller DNA sehr niedrig, die Anzahl der Bakterien im Uterus ist im Verhältnis zur Vagina um 2–4 log₁₀ niedriger. Dies birgt die Gefahr, dass Kontaminationen in den Reagenzien oder aus der Umwelt bei DNA-Amplifikationsverfahren mit amplifiziert werden. Falsch-positive Ergebnisse können dann zu einer Über- oder Fehltherapie führen!

Aus heutiger Sicht führt nur eine synchrone Analyse des Vaginoms und des „Endometrioms“ mithilfe molekularbiologischer Methoden zu Ergebnissen, welche die Komplexität der Mikrobiome mit den damit verbundenen Interaktionen zwischen den Mikroorganismen und daraus folgend auch zwischen den Mikroorganismen und dem Makroorganismus aufzeigen können (Abb. 1).

Erst eine genaue Kenntnis der Zusammensetzung der beiden Mikrobiome, also des vaginalen und endometrialen Mikrobioms, erlaubt zumindest verbesserte Therapieoptionen mit antimikrobiell wirksamen Substanzen und unterschiedlichen Wirkspektren in Kombination mit weiteren Maßnahmen.