A microbiota intestinal ativando auto-imunidade no olho

Autora: Liliane Martins, pós-doutora na UFMG

A uveíte auto-imune é uma doença responsável por até 15% de toda a cegueira e deficiência visual grave em países desenvolvidos, constituindo um grande problema de saúde pública. A etiologia da doença está relacionada com a adquirida capacidade de células T ativadas específicas para proteínas da retina de atravessarem a barreira hemato-retiniana e induzirem patologia no olho. Entretanto, como essas células se tornam ativadas ainda não se sabe, já que o olho é um órgão imuno-privilegiado, ou seja, os antígenos cognatos ficam retidos no interior do olho e o acesso do sistema imune a ele é extremamente restrito. Um artigo publicado na revista Immunity (aqui) pelo grupo da dra. Rachel Caspi do National Eye Institute no NIH mostra que um dos mecanismos de ativação das células T patogênicas na uveíte auto-imune pode ser dependente de sinais provenientes da microbiota intestinal.

Os autores utilizaram de um modelo animal de uveíte previamente desenvolvido pelo grupo de pesquisa, o camundongo transgênico R161H. Esses animais expressam um TCR específico para um epitopo de um antígeno endógeno previamente associado com a uveíte, a proteína interfotoreceptora ligada ao retinóide (IRBP), e desenvolvem espontaneamente a doença.

Uveíte espontânea em camundongos transgênicos R161H

Os pesquisadores observaram um aumento de células T ativadas produtoras da citocina IL-17 no intestino dos camundongos transgênicos, mesmo antes dos primeiros sinais da uveíte aparecerem. O tratamento dos animais com antibióticos por via oral para a depleção da microbiota levou à diminuição da ativação dessas células no intestino e atenuou os sinais clínicos da uveíte. Os mesmos resultados foram observados na completa ausência da microbiota utilizando camundongos R161H isentos de germes.

As células T intestinais específicas para IRBP respondem tão bem ao antígeno quanto os linfócitos T específicos para IRBP presentes no olho, onde o antigeno cognato é encontrado. Além disso, a resposta dessas células acontece através da sinalização pelo TCR transgênico. Os pesquisadores então cruzaram o camundongo transgênico R161H com outro camundongo que não é capaz de expressar IRBP e observaram que mesmo na ausência do antigeno, os animais ainda apresentavam maior número de LTh17 ativados na intestino, indicando que IRBP não é necessária para a ativação dessas células.

Para avaliar se as células T IRBP-específicas no intestino podem ser ativadas pela microbiota os pesquisadores isolaram essas células que foram estimuladas in vitro com extratos de bactérias provenientes dos animais R161H. Após o estímulo, as células aumentaram a expressão de marcadores de ativação como CD69 e a produção de IL-2. A transferência de células ativadas pelo extrato bacteriano para animais WT levou à indução de uveíte nesses animais indicando que produtos microbianos são capazes de prover o estímulo necessário para a ativação das células T IRBP-específicas que conseguem chegar no olho e induzir inflamação.

Os autores acreditam que moléculas produzidas por componentes da microbiota sejam capazes de mimetizar a IRBP ativando assim as células T causadoras da patogênese. Identificar microrganismos associados a doenças auto-imunes como a uveíte poderia contribuir para a criação de terapias baseadas no microbioma que eliminariam especificamente os micróbios causadores. Esse estudo contribui para a melhor compreensão dos mecanismos de indução de doenças auto-imunes já que é possível que assim como com IRBP, moléculas da microbiota poderiam mimetizar outros auto-antígenos relacionados com outras doenças auto-imunes. É provável que a ativação de células do sistema imune por bactérias comensais seja um gatilho mais comum de doenças auto-imunes do que se acredita.

Horai et al. Microbiota-Dependent Activation of an Autoreactive T Cell Receptor Provokes Autoimmunity in an Immunologically Privileged Site, Immunity, 434-353, 2015.

A microbiota como ferramenta no diagnóstico e prognóstico de doenças inflamatórias crônicas

Autora: Liliane Martins dos Santos - pós doutora CAPES/BJT no Departamento de Bioquímica e Imunologia da UFMG      

               A artrite reumatóide é uma doença auto-imune sistêmica cuja causas ainda não são bem conhecidas o que torna mais difícil a criação de terapias bem sucedidas. Sabe-se que uma combinação de fatores genéticos e ambientais estão envolvidos na etiologia da artrite reumatóide. Recentemente estudos em modelos animais têm sugerido um papel para a microbiota intestinal na indução da resposta imune necessária para o desenvolvimento da inflamação característica nas articulações. Por exemplo, camundongos sem germes ou tratados com antibióticos são menos suscetíveis a indução de artrite reumatóide. A colonização de animais sem germes com bactérias segmentadas filamentosas (SFB) ou Lactobacillus bifidus é suficiente para induzir a doença nesses animais por aumentar a resposta de células Th17 e inibir a função de células T reguladoras, respectivamente (Wu et al., 2010; Abdollahi-Roodsaz et al., 2008). Além disso, em outro estudo a bactéria Prevotella copri mostrou-se mais abundante em pacientes com artrite reumatóide e foi correlacionada com a perda de microrganismos benéficos no trato gastrointestinal desses indivíduos (Scher et al., 2013). 

           Em um estudo publicado este mês na Nature Medicine # os pesquisadores analisaram o perfil da microbiota oral e intestinal de indivíduos saudáveis e pacientes com artrite reumatóide. Análise metagenômicas revelaram disbiose da microbiota nos pacientes e o tratamento com clássico com DMARDs (medicamentos modificadores do curso da doença) foi capaz de parcialmente reverter as alterações observadas. O mais interessante é que os pesquisadores conseguiram separar pacientes de indivíduos saudáveis a partir das diferenças do microbioma. Essas mudanças foram correlacionadas com medidas clínicas como os níveis de Proteína C Reativa e de auto-anticorpos. Particularmente, o gênero Haemophilus foi associado com pacientes saudáveis enquanto Lactobacillus salivarius encontrou-se aumentado em pacientes com a doença ativa. As alterações no microbioma também foram associadas com a resposta dos pacientes ao tratamento permitindo a predição e avaliação do efeito dos medicamentos. Seria interessante agora avaliar se esses microrganismos específicos estão de fato envolvidos na etiologia da doença. No futuro o desenvolvimento de métodos que sejam capazes de seletivamente eliminar apenas um micróbio dentre toda a complexa microbiota poderiam constituir terapias muito mais eficazes para a artrite reumatóide.

Modelos animais que demostram a importância da microbiota
no desenvolvimento da artrite reumatóide (Scher and Abramson, 2011)

  Wu HJ, Ivanov II, Darce J, Hattori K, Shima T, Umesaki Y, Littman DR, Benoist C, Mathis D. Gut-residing segmented filamentous bacteria drive autoimmune arthritis via T helper 17 cells. Immunity, 2011.

  Abdollahi-Roodsaz S, Joosten LAB, Koenders MI, et al. Stimulation of TLR2 and TLR4 differentially skews the balance of T cells in a mouse model of arthritis. The Journal of Clinical Investigation. 2008.

  Scher JU, Sczesnak A, Longman RS, Segata N, Ubeda C, Bielski C, Rostron T, Cerundolo V, Pamer EG, Abramson SB, Huttenhower C, Littman DR. Expansion of intestinal Prevotella copri correlates with enhanced susceptibility to arthritis. Elife, 2013.

  Zhang, X et al. The oral and gut microbiomes are perturbed in rheumatoid arthritis and partly normalized after treatment. Nature Medicine, 2015.

   Scher JU, Abramson SB. The microbiome and rheumatoid arthritis. Nature Review Rheumatology, 2011.

A microbiota regulando respostas imunes no cérebro: everything is connected

Autora: Liliane Martins dos Santos, Departamento de Bioquímica e Imunologia - UFMG

       

   

     Micróglias são os macrófagos residentes do sistema nervoso central, importantes não só para a defesa mas também para a manutenção da homeostase no cérebro. Essas células são altamente especializadas, capazes de autorrenovação, o que mantém a população microglial por toda a vida. Entretanto, os mecanismos envolvidos na maturação e a ativação de micróglias ainda não foram bem esclarecidos. Um trabalho publicado na Nature Neuroscience** mostra que a microbiota pode estar envolvida nesses processos. 

      Um trabalho de 2014* já havia mostrado que a permeabilidade da barreira hematoencefálica encontra-se aumentada em animais germfree indicando um papel importante para a microbiota. Os pesquisadores do trabalho da Nature Neuroscience compararam animais germfree e animais com microbiota normal e observaram que na ausência de microbiota as células microgliais têm morfologia anormal e menor expressão de genes relacionados com a maturação e ativação. Não foram encontradas alterações em nenhum outro tipo celular entre os grupos de animais. Após estimulação com LPS, as células de animais germfree não foram capazes de se ativar nem produzir citocinas e quimiocinas importantes. As micróglias de animais germfree também não foram capazes de montar resposta eficiente após o desafio com o vírus da coriomeningite linfocítica (LCMV) indicando que as respostas imunes no sistema nervoso central estão diminuídas na ausência de microbiota. 

     Para avaliar se a constante exposição à produção microbianos seria necessária para a modulação das micróglias, os pesquisadores depletaram a microbiota residente com tratamento por via oral com antibióticos. Os camundongos depletados apresentaram micróglias com defeitos semelhantes aos observados nos animais germfree. Interessantemente, quando animais germfree foram colonizados com três bactérias selecionadas, as micróglias também apresentaram morfologia anormal e defeitos na ativação, sugerindo que a diversidade da comunidade microbiana é importante para prover sinais a essas células. Todos esses efeitos podem ser revertidos se os animais germfree são convencionalizados, ou seja, colonizados com uma microbiota normal. O mais surpreendente é que o tratamento com ácido graxos de cadeia curta (SCFAs), metabólico comum de bactérias comumente presentes no intestino, também foi suficiente para reverter os defeitos causados pela ausência da microbiota. Os pesquisadores também avaliaram se a sinalização necessária para a maturação das células microgliais estaria vindo de moléculas reconhecidas por TLRs. Entretanto, não foi observada nenhuma diferença quando comparados animais deficientes para os diferentes tipos de TLR, sugerindo o envolvimento de sinais moleculares mais complexos para o controle da ativação das micróglias no cérebro. 

    Como esses processos aconteceriam ainda não se sabe. Além disso, existe a pergunta: seria possível produtos microbianos provenientes de micróbios comensais alcançarem as células do sistema nervoso central? Como? Acho que essa já dá para especular um pouco, considerando o outro trabalho muito bacana* que saiu na Nature mostrando que ao contrário do que os pesquisadores achavam, o sistema nervoso central possui vasos linfáticos funcionais que conectam o cérebro a linfonodos cervicais profundos, o que possibilitaria a entrada e saída de células. Esse trabalho, é claro, é must read!

Microglias de camundongos SPF, germfree e germfree tratados com ácidos graxos de cadeia curta

Salter and Beggs, Sublime microglia: expanding roles for the guardians of the CNS. Cell, 2014.

Erny et al., Host microbiota constantly control maturation and function of microglia in the CNS. Nature Neuroscience, 2015.

Louveau et al., Structural and functional features of central nervous system lymphatic vessels. Nature, 2015

Um método para identificação de bactérias colitogênicas?

Algumas bactérias da microbiota têm sido relacionadas com a etiologia de doenças inflamatórias intestinais (IBD), como doença de Crohn e colite ulcerativa, evidenciada por estudos em modelos experimentais. Entretanto, a identificação dessas bactérias em humanos têm se mostrado um desafio. Diversos mecanismos existem para impedir que bactérias, sejam patogênicas ou comensais, penetrem a barreira epitelial intestinal e sejam reconhecidas pelo sistema imune sistêmico. Um importante mecanismo é a produção de IgA na mucosa intestinal que se liga aos microrganismos promovendo neutralização ou exclusão dos mesmos. A ligação de IgA a bactérias patogênicas é de alta especificidade e afinidade, enquanto a IgA induzida por bactérias comensais geralmente exibe baixa afinidade e especificidade. Pesquisadores do grupo do Dr. Richard Flavel em Yale utilizaram esta propriedade da resposta imune intestinal para identificar microrganismos com potencial inflamatório. As bactérias foram isoladas das fezes de camundongos através de citometria de fluxo em dois grupos: bactérias IgA+ (com altos níveis de IgA ligados) e bactérias IgA- (não ligadas a IgA). Os microrganismos foram identificados por sequenciamento revelando que as bactérias IgA+ pertencem a grupos de microrganismos que já foram relacionados com a indução de inflamação intestinal em modelos de colite. Também observaram que a proporção de bactérias IgA+ em fezes de pacientes com IBD é maior quando comparado com indivíduos saudáveis. A colonização de camundongos germ-free com as bactérias IgA+ isoladas de pacientes, por si só, não foi capaz de induzir inflamação mas exacerbou a colite induzida em modelo experimental por DSS. Os autores sugerem que a cobertura de bactérias por IgA em altos níveis pode vir a ser um bom marcador para a identificação de bactérias potencialmente colitogênicas e portanto, importante para a elaboração de terapias mais específicas para as IBDs.

Estratégia para isolamento de bactérias IgA+

Noah W Palm; Marcel R de Zoete; Thomas W Cullen; Natasha A Barry; Jonathan Stefanowski; Liming Hao; Patrick H Degnan; Jianzhong Hu; Inga Peter; Wei Zhang; Elizabeth Ruggiero; Judy H Cho; Andrew L Goodman; Richard A Flavell. Immunoglobulin a coating identifies colitogenic bacteria in inflammatory bowel disease, Cell, 158, 5, 1000-1010, 2014.