Changes in the microbiome as a factor in the development of isthmic cervical insufficiency

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The status of a woman’s cervicovaginal microbiome may correlate with the risk of obstetric complications such as isthmic cervical insufficiency (ICI) and preterm delivery (PD). This review examined the relationship between the microbiome and ICI. The dominance of Lactobacillus crispatus and, possibly, L. gasseri in the microbiome was associated with full-term pregnancy, whereas the predominance of other Lactobacillus species and anaerobic bacteria led to the preterm rupture of membranes and PD. Notably, high levels of the antimicrobial peptide β-defensin 2, even without L. crispatus dominance, are also associated with full-term pregnancy. The analysis of the cervicovaginal and amniotic fluids of women who subsequently gave birth prematurely revealed an increase in the levels of proinflammatory cytokines, such as interleukin (IL)-2, IL-8, and IL-10. Changes in the microbiome composition and an increase in the maternal immune response lead to premature remodeling and softening of the cervix, i.e. ICI. Thus, early detection of changes in the cervicovaginal microbiome and cervicovaginal and amniotic fluids may be a prognostic marker for ICI and PD.

About the authors

Kamil R. Bakhtiyarov

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Author for correspondence.
Email: doctorbah@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3176-5589

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Moscow

Afet S. Abdulaeva

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: abdulaeva.a.00@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6680-6400

student

Russian Federation, Moscow

Makka B. Bimurzayeva

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: bimakka@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3065-0755

student

Russian Federation, Moscow

Daria V. Korolyova

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: dashak1504@gmail.com
ORCID iD: 0009-0009-9093-2103

student

Russian Federation, Moscow

Polina I. Kuzmina

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: kuzmina_p_i@student.sechenov.ru
ORCID iD: 0009-0004-0098-1774

student

Russian Federation, Moscow

References

  1. Preterm Birth. Maternal and Infant Health. Reproductive Health. [Internet]. Centers for Disease Control and Prevention, 2020. [cited 2024 Jan 02]. Available from:
  2. https://www.cdc.gov/reproductivehealth/maternalinfanthealth/pretermbirth.htm
  3. Fuchs F, Monet B, Ducruet T, Chaillet N, Audibert F. Effect of maternal age on the risk of preterm birth: A large cohort study. PLoS One. 2018;13(1):e0191002. doi: 10.1371/journal.pone.0191002
  4. Kindinger LM, Bennett PhR, Lee YS, et al. The interaction between vaginal microbiota, cervical length, and vaginal progesterone treatment for preterm birth risk. Microbiome. 2017;5(1):6. doi: 10.1186/s40168-016-0223-9
  5. Russian Society of Obstetricians and Gynecologists. Klinicheskie rekomendatsii «Istmiko-tservikal'naya nedostatochnost' ― 2021–2022–2023». Approved by the Ministry of Health of the Russian Federation. 2021. (In Russ).
  6. Tarca AL, Fitzgerald W, Chaemsaithong P, et al. The cytokine network in women with an asymptomatic short cervix and the risk of preterm delivery. Am J Reprod Immunol. 2017;78(3):e12686. doi: 10.1111/aji.12686
  7. The Integrative Human Microbiome Project. Nature. 2019;569(7758):641–648. doi: 10.1038/s41586-019-1238-8
  8. Bayar E, Bennett PhR, Chan D, Sykes L, MacIntyre DA. The pregnancy microbiome and preterm birth. Semin Immunopathol. 2020;42(4):487–499. doi: 10.1007/s00281-020-00817-w
  9. Conlan S, Kong HH, Segre JA. Species-level analysis of DNA sequence data from the NIH Human Microbiome Project. PLoS One. 2012;7(10):e47075. doi: 10.1371/journal.pone.0047075
  10. Ravel J, Gajer P, Abdo Z, et al. Vaginal microbiome of reproductive-age women. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011;108 Suppl. 1:4680–4687. doi: 10.1073/pnas.1002611107
  11. Amabebe E, Anumba DOC. The Vaginal Microenvironment: The Physiologic Role of Lactobacilli. Front Med (Lausanne). 2018;5:181. doi: 10.3389/fmed.2018.00181
  12. Wang S, Wang Q, Yang E, et al. Antimicrobial Compounds Produced by Vaginal Lactobacillus crispatus Are Able to Strongly Inhibit Candida albicans Growth, Hyphal Formation and Regulate Virulence-related Gene Expressions. Front Microbiol. 2017;8:P564. doi: 10.3389/fmicb.2017.00564
  13. Nazarova VV, Shipitsina EV, Shalepo KV, Savicheva AM. Bacterial communities forming the vaginal micro-ecosystem in nom and bacterial vaginosis. Journal of Obstetrics and Women Diseases. 2017;66(6):30–43. doi: 10.17816/JOWD66630-43
  14. Odogwu NM, Onebunne CA, Chen J, et al. Lactobacillus crispatus thrives in pregnancy hormonal milieu in a Nigerian patient cohort. Sci Rep. 2021;11(1):18152. doi: 10.1038/s41598-021-96339-y
  15. Hočevar K, Maver A, Vidmar Šimic M, et al. Vaginal Microbiome Signature Is Associated With Spontaneous Preterm Delivery. Front Med (Lausanne). 2019;6:201. doi: 10.3389/fmed.2019.00201
  16. MacIntyre DA, Chandiramani M, Lee YS, et al. The vaginal microbiome during pregnancy and the postpartum period in a European population. Sci Rep. 2015;5:8988. doi: 10.1038/srep08988
  17. Brown R, Chan D, Terzidou V, et al. Prospective observational study of vaginal microbiota pre- and post-rescue cervical cerclage. BJOG. 2019;126(7):916–925. doi: 10.1111/1471-0528.15600
  18. Dols JAM, Molenaar D, van der Helm J, et al. Molecular assessment of bacterial vaginosis by Lactobacillus abundance and species diversity. BMC Infect Dis. 2016;16:180. doi: 10.1186/s12879-016-1513-3
  19. DiGiulio DB, Сallahan BJ, McMurdie PJ, et al. Temporal and spatial variation of the human microbiota during pregnancy. Proc Natl Acad Sci U S A. 2015;112(35):11060–11065. doi: 10.1073/pnas.1502875112
  20. Stout MJ, Zhou Y, Wylie KM, et al. Early pregnancy vaginal microbiome trends and preterm birth. Am J Obstet Gynecol. 2017;217(3):356.e1–356.e18. doi: 10.1016/j.ajog.2017.05.030
  21. Elovitz MA, Gajer P, Riis V, et al. Cervicovaginal microbiota and local immune response modulate the risk of spontaneous preterm delivery. Nat Commun. 2019;10(1):1305. doi: 10.1038/s41467-019-09285-9
  22. Fettweis JM, Serrano MG, Brooks JP, et al. The vaginal microbiome and preterm birth. Nat Med. 2019;25(6):1012–1021. doi: 10.1038/s41591-019-0450-2
  23. Callahan BJ, DiGiulio DB, Goltsman DSA, et al. Replication and refinement of a vaginal microbial signature of preterm birth in two racially distinct cohorts of US women. Proc Natl Acad Sci U S A. 2017;114(37):9966–9971. doi: 10.1073/pnas.1705899114
  24. Burris HH, Riis VM, Schmidt I, et al. Maternal stress, low cervicovaginal β-defensin, and spontaneous preterm birth. Am J Obstet Gynecol MFM. 2020;2(2):100092. doi: 10.1016/j.ajogmf.2020.100092
  25. Gerson KD, McCarthy C, Elovitz MA, et al. Cervicovaginal microbial communities deficient in Lactobacillus species are associated with second trimester short cervix. Am J Obstet Gynecol. 2020;222(5):491.e1–491.e8. doi: 10.1016/j.ajog.2019.11.1283
  26. Abdelmaksoud AA, Koparde VN, Shethet NU, et al. Comparison of Lactobacillus crispatus isolates from Lactobacillus-dominated vaginal microbiomes with isolates from microbiomes containing bacterial vaginosis-associated bacteria. Microbiology (Reading). 2016;162(3):466–475. doi: 10.1099/mic.0.000238
  27. Di Paola M, Seravalli V, Paccosi S, et al. Identification of Vaginal Microbial Communities Associated with Extreme Cervical Shortening in Pregnant Women. J Clin Med. 2020;9(11):3621. doi: 10.3390/jcm9113621
  28. Stafford GP, Parker JL, Amabebe E, et al. Spontaneous Preterm Birth Is Associated with Differential Expression of Vaginal Metabolites by Lactobacilli-Dominated Microflora. Front Physiol. 2017;8:615. doi: 10.3389/fphys.2017.00615
  29. Anton L, Sierra L-J, DeVine A, et al. Common Cervicovaginal Microbial Supernatants Alter Cervical Epithelial Function: Mechanisms by Which Lactobacillus crispatus Contributes to Cervical Health. Front Microbiol. 2018;9:2181. doi: 10.3389/fmicb.2018.02181
  30. Campisciano G, Zanotta N, Licastro D, De Seta F, Comar M. In vivo microbiome and associated immune markers: New insights into the pathogenesis of vaginal dysbiosis. Sci Rep. 2018;8:2307. doi: 10.1038/s41598-018-20649-x
  31. Sierra L.-J, Brown AG, Barila GO, et al. Colonization of the cervicovaginal space with Gardnerella vaginalis leads to local inflammation and cervical remodeling in pregnant mice. PLoS One. 2018;13(1):e0191524. doi: 10.1371/journal.pone.0191524
  32. Kim YM, Park KH, Park H, et al. Complement C3a, But Not C5a, Levels in Amniotic Fluid Are Associated with Intra-amniotic Infection and/or Inflammation and Preterm Delivery in Women with Cervical Insufficiency or an Asymptomatic Short Cervix (≤ 25 mm). J Korean Med Sci. 2018;33(35):e220. doi: 10.3346/jkms.2018.33.e220
  33. Galaz J, Romero R, Xu Y, et al. Cellular immune responses in amniotic fluid of women with a sonographic short cervix. J Perinat Med. 2020. Vol. 48, N. 7. P. 665–676. doi: 10.1515/jpm-2020-0037
  34. Lim ES, Rodriguez C, Holtz LR. Amniotic fluid from healthy term pregnancies does not harbor a detectable microbial community. Microbiome. 2018;6(1):87. doi: 10.1186/s40168-018-0475-7
  35. Witkin SS, Moron AF, Ridenhour BJ, et al. Vaginal Biomarkers That Predict Cervical Length and Dominant Bacteria in the Vaginal Microbiomes of Pregnant Women. mBio. 2019;10(5):e02242-19. doi: 10.1128/mBio.02242-19
  36. Yoo H-N, Park KH, Jung EY, et al. Non-invasive prediction of preterm birth in women with cervical insufficiency or an asymptomatic short cervix (≤25 mm) by measurement of biomarkers in the cervicovaginal fluid. PLoS One. 2017;12(7):e0180878. doi: 10.1371/journal.pone.0180878
  37. Dymanowska-Dyjak I, Stupak A, Kondracka A, et al. Elastography and Metalloproteinases in Patients at High Risk of Preterm Labor. J Clin Med. 2021;10(17):3886. doi: 10.3390/jcm10173886
  38. Brown RG, Marchesi JR, Lee YS, et al. Vaginal dysbiosis increases risk of preterm fetal membrane rupture, neonatal sepsis and is exacerbated by erythromycin. BMC Med. 2018;16(1):9. doi: 10.1186/s12916-017-0999-x
  39. Peaceman AM, Lai Y, Rouse DJ, et al. Length of latency with preterm premature rupture of membranes before 32 weeks’ gestation. Am J Perinatol. 2015;32(1):57–62. doi: 10.1055/s-0034-1373846
  40. Preterm labour and birth. NICE guideline [NG25] [Internet]. Recommendations. National Institute for Health and Care Excellence, 20 November 2015. [cited 2024 Jan 4]. Available from: https://www.nice.org.uk/guidance/ng25/chapter/Recommendations#intrapartum-antibiotics

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Eco-Vector



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».