Memória além da imunidade: papel de Stem cells epiteliais na cicatrização de tecidos

Por: Bruna Bertol e Paula Viacava (Doutorandas IBA/FMRP-USP)

Editora: Vanessa Carregaro

          A diabetes do tipo 1 (DT1) é uma doença autoimune que resulta na destruição das células beta pancreáticas. Muitas células da imunidade inata e adaptativa contribuem para o desenvolvimento da DT1, mas ainda existe uma grande discussão sobre o papel células no desenvolvimento de doenças inflamatórias como a DT1 (1).

          Foi demonstrado por Franciszkiewicz e colaboradores (2) a relação e função das células T invariantes associados a mucosa (MAIT) com o desenvolvimento da DT1. As células MAIT pertencem a um subgrupo de células da imunidade inata, apresentando um TCR invariante, que reconhece produtos da riboflavina presentes em bactérias, que são apresentados por um MHC monomórfico (MR1). Nesse estudo foi demonstrado que, embora o número de células MAIT esteja diminuído em pacientes com DT1, em relação a indivíduos saudáveis, essas células estavam com um perfil mais ativado, expressando mais granzima B e TNF.

          Interessante, as células MAIT quando ativadas produzem mediadores inflamatórios que atuam de forma citotóxica diretamente em células beta pancreáticas. Utilizando modelo experimental em camundongos, foi visto que as células MAIT estão mais ativadas expressando mais granzima B e IFN-y no pâncreas. Em contrapartida, a ausência total de células MAIT induz maior lesão no epitélio do intestino, além de aumento da permeabilidade intestinal, o que favorece a invasão da microbiota, aumentando o infiltrado e proliferação de células do sistema imune. Como consequência, ocorre exacerbação do processo inflamatório na mucosa, demonstrando, assim, um papel protetor das células MAIT na integridade da mucosa intestinal e desenvolvimento da DT1 (3).

          Em resumo, as células MAIT podem ter um papel protetor ou patológico durante o desenvolvimento da DT1 e parece que isso está associado ao microambiente e órgão que essa célula se encontra.

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Figura 1. Rápida resposta de reparo tecidual em stem cells epiteliais (SCE) por Xing Dai (3). O DNA genômico é empacotado com proteínas para formar um complexo chamado cromatina. Em regiões onde o DNA é firmemente empacotado, a expressão gênica é frequentemente reprimida. Naik e colaboradores demonstraram que regiões específicas da cromatina em SCE da pele de camundongos se tornam abertas quando a pele sofre uma lesão inflamatória. Este evento conduz a rápida ativação do gene AIM2, que codifica uma proteína que ativa caspase-1 (CASP-1) e interleucina-1β, desencadeando resposta inflamatória. Os autores demonstraram que algumas regiões da cromatina permanecem persistentemente abertas após um primeiro evento inflamatório, incluindo a região que codifica o gene AIM2, possibilitando uma acelerada resposta de re-epitalização e reparo tecidual mediante um segundo evento inflamatório. 

 

 

Referências

  1. Shruti Naik, Samantha B. Larsen, Nicholas C. Gomez, Kirill Alaverdyan, Ataman Sendoel, Shaopeng Yuan, Lisa Polak, Anita Kulukian, Sophia Chai, Elaine Fuchs. Inflammatory memory sensitizes skin epithelial stem cells to tissue damage. Nature, v.550, oct, 2017.
  1. Manolis Pasparakis, Ingo Haase & Frank O. Nestle. Mechanisms regulating skin immunity and inflammation. , 14, 289–301, april 2014.
  1. Xing Dai. Memory beyond immunity. Nature, v. 550, oct, 2017.

O “exército” por trás da resposta imune contra tumores

Por: Paulin Sonon e Robson Kriiger Loterio (Doutorandos iBA-FMRP/USP)

Editora: Luciana Benevides

Vários estudos mostraram a presença dos linfócitos T, B, células NK, e diversas populações de células mieloides, incluindo granulócitos, monócitos, macrófagos e células dendríticas (DCs) no ambiente tumoral (1, 2 e 3). Dentre essas, as DC convencionais de classe 1 (cDC1 ou CD103+DC) capturam e transportam os antígenos tumorais para o linfonodo drenante, onde apresentam e ativam as células T específicas contra tumores (4 e 5). Além disso, as cDC1 secretam quimiocinas capazes de atrair as células T efetoras para o microambiente tumoral (6). Em 2015, o mesmo grupo de pesquisadores sugeriu que a prostaglandina E2 (PGE2, mediador lipídico) produzida pelas células tumorais (melanoma) impedia o acúmulo das cDC1 no tumor (7). De maneira interessante, quando foi utilizado um modelo de indução de tumor, por meio da inoculação de células tumorais que não produziam PGE2 (Ptgs1/Ptgs2-/-), foi observado um acúmulo de cDC1 no tumor. A partir desses resultados, Böttcher e colaboradores (2018) (8) propuseram entender os mecanismos pelos quais as cDC1 migram para o microambiente tumoral e, se outros tipos celulares teriam uma participação nesse processo, na ausência de PEG2.

De fato, quando as células tumorais não produziam PGE2 havia um acúmulo das cDC1 no microambiente tumoral. Esse acúmulo de cDC1 era dependente da presença de células NK (em inglês, natural killer cells). Isso ficou claro, pois animais que não possuíam células NK apresentaram uma redução das cDC1 e, consequentemente um aumento do crescimento tumoral. Além disso, foi mostrado que as células NK eram responsáveis pela migração das cDC1 devido à produção das quimiocinas CCL5 e XCL1. No entanto, a redução de cDC1 no tumor não era decorrente somente do efeito inibitório da PGE2 na síntese das quimiocinas e na sobrevivência das células NK, como também na diminuição dos receptores de quimiocinas nas cDC1.

Por fim, por meio de análises de bancos de dados, os autores correlacionaram esses resultados com diferentes cânceres humanos e foi possível sugerir que, em humanos, as células NK também seriam as responsáveis pelo recrutamento das cDC1 para o tumor. E ainda, que os pacientes com câncer com alta expressão de genes relacionados com as células cDC1 e NK apresentaram uma maior sobrevida. Portanto, o modelo proposto demonstra que a PGE2 derivada do tumor é um mecanismo de evasão da resposta imune, impedindo a migração das cDC1 via CCL5 e XCL1 produzidas pelas células NK (Figura 1). Essas descobertas abrem perspectivas para o desenvolvimento de novas terapias para o controle de tumores.

Figure

Figura 1. Na ausência de PGE2, células cDC1 são recrutadas para o tumor via produção de CCL5 e XCL1 pelas células NK. (Adaptada de Böttcher et al., 2018).

 

Referências

  1. Gajewski, T.F., Schreiber, H., and Fu, Y.X. (2013). Innate and adaptive immune cells in the tumor microenvironment. Nat. Immunol. 14, 1014–1022.
  2. Hanahan, D., and Weinberg, R.A. (2011). Hallmarks of Cancer: The Next Generation. Cell 144,646–674.
  3. Palucka, A.K., and Coussens, L.M. (2016). The Basis of Oncoimmunology. Cell 164, 1233–1247.
  4. Roberts, E.W., Broz, M.L., Binnewies, M., Headley, M.B., Nelson, A.E., Wolf, D.M., Kaisho, T., Bogunovic, D., Bhardwaj, N., and Krummel, M.F. (2016). Critical Role for CD103 + /CD141 + Dendritic Cells Bearing CCR7 for Tumor Antigen Trafficking and Priming of T Cell Immunity in Melanoma. Cancer Cell 30, 324–336.
  5. Salmon, H., Idoyaga, J., Rahman, A., Leboeuf, M., Remark, R., Jordan, S., Casanova-Acebes, M., Khudoynazarova, M., Agudo, J., Tung, N., et al. (2016). Expansion and Activation of CD103 + Dendritic Cell Progenitors at the Tumor Site Enhances Tumor Responses to Therapeutic PD-L1 and BRAF Inhibition. Immunity 44, 924–938.
  6. Spranger, S., Dai, D., Horton, B., and Gajewski, T.F. (2017). Tumor-Residing Batf3 Dendritic Cells Are Required for Effector T Cell Trafficking and Adoptive T Cell Therapy. Cancer Cell 31, 711- 723.e4.
  7. Zelenay, S., van der Veen, A.G., Böttcher, J.P., Snelgrove, K.J., Rogers, N., Acton, S.E., Chakravarty, P., Girotti, M.R., Marais, R., Quezada, S.A., et al. (2015). Cyclooxygenase-Dependent Tumor Growth through Evasion of Immunity. Cell 162, 1257–1270
  8. Böttcher et al., NK cells stimulate recruitment of cDC1 into the tumor microenvironment promoting cancer immune control. Cell (2018), DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.01.004.

Ativação persistente de células T: alterações comportamentais resultantes de mudanças metabólicas.

Por: Isabel Guerra e João Paulo Mesquita

Editora: Vanessa Carregaro

          Gerar uma resposta imune é um desafio bioenergético considerável. Na presença de patógenos, as células T necessitam adaptar seu metabolismo celular para manter as funções efetoras e de proliferação para manutenção da memória imunológica (1). Durante o estágio quiescente, as células T geram ATP através da fosforilação oxidativa que utiliza glicose, ácidos graxos e aminoácidos. Por isso, durante o período de ativação, é necessária uma alteração metabólica para indução de glicólise aeróbica, uma vez que ocorre o redirecionamento dos metabólitos intermediários essenciais para a síntese de proteínas, ácidos nucléicos e lipídios (2).

          Para a ativação da função efetora, é essencial o envolvimento do TCR. Mas a duração e a força de uma resposta são resultantes dos sinais de co-estimulação. O PD-1, um co-receptor inibidor, induzido após a ativação das células T, e sua deleção genética ou bloqueio com anti-PD1, leva a expansão de células T ativadas e uma imunidade aumentada para infecções e tumores (3). Sabe-se que o uso prolongado desse tratamento pode resultar no desenvolvimento de doenças autoimunes. No entanto, os efeitos metabólicos de uma ativação sistêmica e seus possíveis efeitos sistêmicos têm permanecido inexplorados.

          Em um artigo publicado na revista Nature Immunology (4), foi demonstrado que a ativação excessiva de células T pode causar alteração brusca nos níveis de diversos metabólitos sistemicamente com consequências além do sistema imunológico. Para investigar o efeito da ativação exarcebada de células T no metabolismo sistêmico, foi utilizado camundongo deficiente para PD-1 (PD1KO). Os pesquisadores observaram que os animais PD-1KO apresentam uma profunda alteração metabólica, principalmente redução dos níveis séricos de diversos aminoácidos, como triptofano, tirosina, entre outros, dependente da ativação de células T. E de fato, animais PD-1KOs apresentam maior quantidade de células TCD4+ e TCD8+ ativadas nos linfonodos que os animais wild-type.

          Embora não tenha sido observada diferença entre os genótipos, foi demonstrado que a ativação de células T aumenta a expressão de CD98, um importante transportador de aminoácidos, e a captação intracelular de aminoácidos livres. Essas mudanças, no entanto, parecem não estar relacionadas com produção excessiva de IFN-γ e com as diferenças na microbiota. Os pesquisadores demonstraram também que a ativação aguda de células T, seja por imunização com OVA ou tratamento com anti-PD-1, reduz de maneira significativa a quantidade de aminoácidos no soro. Ainda, o declínio nos níveis séricos de aminoácidos está relacionado com o acúmulo destes metabólitos nos linfonodos para atender a demanda energética necessária para a ativação excessiva das células T nos camundongos PD-1KO. A redução nos níveis de aminoácidos também foi verificada no cérebro, local onde o triptofano e a tirosina são essenciais para síntese de neurotransmissores monoaminas (serototina e dopamina). Como esperado esses neurotransmissores, críticos para diversos aspectos fisiológicos e comportamentais, estão reduzidos nos animais PD-1 knockouts.

          Interessante que a menor quantidade de neurotransmissores é o resultado de uma menor quantidade de aminoácidos no cérebro, e não devido a defeitos na expressão de enzimas envolvidas na síntese de serotonina e dopamina ou devido à degradação acelerada. Os níveis reduzidos de aminoácidos e, consequentemente de neurotransmissores, afetaram o comportamento dos camundongos PD1KO apresentando comportamento de maior ansiedade, menor atividade locomotora e maior resposta de medo, em relação aos animais controle. Para contornar a redução nos níveis de neurotransmissores no cérebro, os pesquisadores utilizaram suplementação farmacológica com antidepressivos ou uma dieta rica em triptofano. Tanto a abordagem farmacológica quanto a dietética foram capaz de restaurar algumas alterações comportamentais, indicando a deficiência de neurotransmissores monoaminas.

          Assim, o estudo indica que respostas emocionais podem estar alteradas em pacientes sob tratamento imunoterápicos que potencializam a ativação de células T ou em pacientes com alguma infecção ou doença autoimune. Além disso, caso os achados sejam confirmados em humanos tratados com anti-PD-1, a avaliação dos níveis de aminoácidos pode ser um método importante para monitorar a eficácia do imunoterápico.

Imagem3 post joão pauloFigura: O receptor inibidor PD-1 exerce um papel central no controle da ativação sistêmica de células T. Camundongos deficientes para Pdcd1KO apresentam aumento na resposta sistêmica de células T, com alteração no perfil metabólico caracterizada pela depleção de aminoácidos na circulação e no cérebro devido ao acúmulo destes metabólitos em linfócitos e linfonodos. A redução sistêmica dos aminoácidos triptofano e tirosina levam à deficiência nos níveis dos neurotransmissores serotonina e dopamina no cérebro, que resultam no aumento dos comportamentos do tipo ansioso e de resposta ao medo.

Referências

  1. O’Neill, L.A., Kishton, R.J. & Rathmell, J. A guide to immunometabolism for immunologists. Nat. Rev. Immunol. 16, 553–565 (2016).
  2. Loftus, R.M. & Finlay, D.K. Immunometabolism: cellular metabolism turns immune regulator. J. Biol. Chem. 291, 1–10 (2016).
  3. Okazaki, T., Chikuma, S., Iwai, Y., Fagarasan, S. & Honjo, T. A rheostat for immune responses: the unique properties of PD-1 and their advantages for clinical application. Nat. Immunol. 14, 1212–1218 (2013).
  4. Miyajima, M.; et al.  Metabolic shift induced by systemic activation of T cells in PD-1-deficient mice perturbs brain monoamines and emotional behavior. Nat Immunol. 18(12):1342-1352 (2017).

Neuropilina-1 & Obesidade: um novo jogador em uma velha disputa

Por: Alexandre de Castro Keller (Orientador do Programa de Pós-Graduação em Microbiologia e Imunologia, EPM – UNIFESP)

 

A obesidade é um fenômeno mundial que vem ganhando um espaço cada vez maior na comunidade científica, sendo inclusive objeto de discussão do programa Ciência Aberta, promovido pela FAPESP e folha de São Paulo (03/04/2018). Nesse sentido, o trabalho de Wilson e cols [1], retoma a discussão sobre o papel da resposta inflamatória e das células da linhagem mielóide no controle da síndrome metabólica, contribuindo para o entendimento e possível desenvolvimento de novas estratégias para a abordagem do problema.

Como o acúmulo excessivo de lipídeos foi extensamente relacionado com resposta inflamatória sistêmica, polarização e proliferação de macrófagos do tecido adiposo e acúmulo de células inflamatórias, a associação entre inflamação/macrófagos e patogênese da síndrome metabólica era inevitável. No entanto, novas evidências já indicavam que esse processo inflamatório também poderia estar associado com a expansão saudável do tecido adiposo.

A incapacidade de se montar uma resposta inflamatória eficiente frente ao acúmulo de lipídeos acarreta no acúmulo ectópico de gordura, e.g. esteatose hepática, numa inflamação sistêmica mais exacerbada, perda da barreira intestinal e intolerância à glicose[2]. Ou seja, o papel fisiológico ou patológico da inflamação no desenvolvimento da síndrome metabólica parece depender do balanço de uma série de fatores, os quais ainda não estão totalmente esclarecidos. Do ponto de vista do sistema imunológico, o trabalho de Wilson e cols, coloca em destaque o papel fisiológico de uma subpopulação de macrófagos do tecido adiposo (ATM- adipose tissue macrophages) que tem como característica a expressão do co-receptor neuropilina-1 (NRP1) [1]. Ao contrário da maioria dos manuscritos, que associam o ganho de peso, e os males associados, com um processo inflamatório oriundo do tecido adiposo, esse trabalho mostra que macrófagos residentes NRP1+ são essenciais para a homeostase desse tecido e o controle da síndrome metabólica, e influenciam o ganho excessivo de peso [1].

Partindo do princípio que o acúmulo de tecido adiposo necessita de uma rede vascular para suprir as necessidades metabólicas dos adipócitos, e que isso está associado com a atividade de fagócitos mononucleares e angiogênese[3], os autores resolveram estudar o papel da NPR1 nesse fenômeno.

A NRP1 é uma proteína transmembrânica, que age como um co-receptor para um série de ligantes: semaforinas (SEMA3A/SEMA4A), forma ativa e inativa do TGF-β e fatores de crescimento, como o VEGF (vascular endotelial growth fator)[4]. Originalmente, a NRP1 foi descrita como uma fator de direcionamento neuronal, sendo posteriormente reconhecida pelo seu papel na angiogênese e manutenção da integridade dos vasos. Mais ainda, sua atuação em conjunto com o receptor de VEGF R1 resulta no aumento da atividade de proteínas transportadoras de ácidos graxos (FATPs), implicando a NRP1 no metabolismo dessas moléculas[5]. A deficiência na sinalização VEGFR1/NPR1, pela ausência de VEGF-B, diminui de maneira importante a capacidade de absorção de ácidos graxos circulantes pelas células endoteliais, levando ao menor acúmulo de lipídeos em músculos, coração e tecido adiposo marrom. Tendo em vista que a expressão de VEGF-B está aumentada principalmente em tecidos ricos em mitocôndrias e que utilizam ácidos graxos como principal fonte de energia, foi proposto que a sinalização VEGFR1/NPR1 seria um forma de associar a necessidade/capacidade metabólica do parênquima com a absorção de ácidos graxos circulantes pelas células endoteliais, evitando o acúmulo de lipídeos em excesso e suas consequências deletérias, como a lipotoxicidade[5].

Como esperado, animais C57Bl/6 mantidos em uma dieta rica em ácidos graxos (HFD- high fat diet) passam a apresentar um aumento no número de ATMs presentes no tecido adiposo branco visceral (VAT-visceral white adipose tissue ) presente na cavidade peritoneal. Em paralelo a esse aumento também foi observado uma maior quantidade de ATMs NPR1+. Para determinarem o impacto dessas células na síndrome metabólica, foi utilizada uma linhagem de animais deficientes na expressão da proteína NRP1 especificamente nas células da linhagem mielóide (LysM-CRE-Nrp1fl/fl)[6]. Esses camundongos, mesmo quando mantidos em dieta normal já apresentavam intolerância à glicose e uma menor sensibilidade à insulina, indicando um papel fisiológico das células mielóides NRP1+. Em concordância com esses achados, esses animais quando expostos à HFD não só apresentam a exacerbação da intolerância à glicose e da diminuição na sensibilidade à insulina como também maior aumento na massa gorda. Portanto, as células mielóides NPR1+, além de influenciarem o desenvolvimento da síndrome metabólica também estão associadas com o controle do acúmulo de gordura.

Focando na influência da NRP1 nos ATMs, os autores encontraram que sua ausência está associada com a assinatura M1, característica de uma célula comprometida com a resposta pró-inflamatória. Além de maior quantidade sistêmica de citocinas pró-inflamatórias, animais LysM-CRE-Nrp1fl/fl, submetidos à HFD também apresentaram um aumento em ATMs CD206 em paralelo à diminuição da população CD206+ (M2)[7]. Como descrito anteriormente, a NRP1 desempenha papel importante na absorção de ácidos graxos pelas células endoteliais[5]. De maneira semelhante, animais LysM-CRE-Nrp1fl/fl apresentaram acúmulo de gordura no VAT e fígado e ATMs e os macrófagos peritoneais desses animais absorvem menos ácidos graxos do que os controles normais. Uma vez que não foram encontradas alterações significativas na maquinaria responsável pelo transporte de ácidos graxos, nem pelo seu metabolismo, os autores concluem que a NRP1 exerce um papel importante na absorção dessas moléculas.

Visto que os macrófagos M1 e M2 podem ser diferenciados pela sua assinatura metabólica [8], o próximo passo foi determinar as vias metabólicas ativas nos macrófagos oriundos de animais LysM-CRE-Nrp1fl/fl ou controle. Como esperado, macrófagos NPR1 apresentaram uma maior atividade glicolítica, caracterizada, entre outras coisas, pela baixa razão OCR(oxygen consumption rate)/ECAR(extracelular acidification rate). Já com relação ao metabolismo de ácidos graxos, macrófagos controle tratados com ácido palmítico (palmitate) apresentaram um aumento na OCR, indicativo de oxidação de ácidos graxos. Ao contrário, as células deficientes em NRP1 não foram capazes de realizar a oxidação de ácidos graxos. Portanto, esses dados reforçaram a indeia de que macrófagos NRP1+ estão comprometidos com a via anti-inflamatória/de reparo M2, enquanto que os NRP1 seriam aqueles que apresentam a ativação clássica M1.

Concluindo o trabalho, os autores realizaram uma prova de conceito, com a transferência de medula óssea de animais para/entre recipientes C57Bl/6 45.1, LysM-CRE-Nrp1fl/fl ou LysM-CRE-Nrp1+/+. Resumidamente, animais LysM-CRE-Nrp1fl/fl que receberam células de linhagens hematopoiéticas NRP1+ apresentaram uma melhora importante na tolerância à glicose, e no controle do peso quando mantidos em dieta HFD. Ao contrário, animais que receberam as células NRP1, apresentaram a piora na tolerância à glicose e no ganho de peso. Ou seja, o fenótipo observado inicialmente nos animais LysM-CRE-Nrp1fl/fl está associado com a expressam de NRP1 nas células de origem mielóide.

Além da contribuição científica para o campo de estudo, esse trabalho mostra mais uma vez que dogmas e paradigmas não são eternos e que devem e podem ser revisitados/reescritos.

 

Referências:

  1. Wilson, A.M., et al., Neuropilin-1 expression in adipose tissue macrophages protects against obesity and metabolic syndrome. Sci Immunol, 2018. 3(21).
  2. Wernstedt Asterholm, I., et al., Adipocyte inflammation is essential for healthy adipose tissue expansion and remodeling. Cell Metab, 2014. 20(1): p. 103-18.
  3. Pang, C., et al., Macrophage infiltration into adipose tissue may promote angiogenesis for adipose tissue remodeling in obesity. Am J Physiol Endocrinol Metab, 2008. 295(2): p. E313-22.
  4. Chaudhary, B., et al., Neuropilin 1: function and therapeutic potential in cancer. Cancer Immunol Immunother, 2014. 63(2): p. 81-99.
  5. Hagberg, C.E., et al., Vascular endothelial growth factor B controls endothelial fatty acid uptake. Nature, 2010. 464(7290): p. 917-21.
  6. Dejda, A., et al., Neuropilin-1 mediates myeloid cell chemoattraction and influences retinal neuroimmune crosstalk. J Clin Invest, 2014. 124(11): p. 4807-22.
  7. Nawaz, A., et al., CD206(+) M2-like macrophages regulate systemic glucose metabolism by inhibiting proliferation of adipocyte progenitors. Nat Commun, 2017. 8(1): p. 286.
  8. Rodriguez-Prados, J.C., et al., Substrate fate in activated macrophages: a comparison between innate, classic, and alternative activation. J Immunol, 2010. 185(1): p. 605-14.

 

Células Mait: Yin e Yang da Imunidade de Mucosa

Por: Bruno Marcel e Cézar Speck (Dourorandos IBA/FMRP-USP)

Editora: Vanessa Carregaro

 

          A diabetes do tipo 1 (DT1) é uma doença autoimune que resulta na destruição das células beta pancreáticas. Muitas células da imunidade inata e adaptativa contribuem para o desenvolvimento da DT1, mas ainda existe uma grande discussão sobre o papel células no desenvolvimento de doenças inflamatórias como a DT1 (1).

          Foi demonstrado por Franciszkiewicz e colaboradores (2) a relação e função das células T invariantes associados a mucosa (MAIT) com o desenvolvimento da DT1. As células MAIT pertencem a um subgrupo de células da imunidade inata, apresentando um TCR invariante, que reconhece produtos da riboflavina presentes em bactérias, que são apresentados por um MHC monomórfico (MR1). Nesse estudo foi demonstrado que, embora o número de células MAIT esteja diminuído em pacientes com DT1, em relação a indivíduos saudáveis, essas células estavam com um perfil mais ativado, expressando mais granzima B e TNF.

          Interessante, as células MAIT quando ativadas produzem mediadores inflamatórios que atuam de forma citotóxica diretamente em células beta pancreáticas. Utilizando modelo experimental em camundongos, foi visto que as células MAIT estão mais ativadas expressando mais granzima B e IFN-y no pâncreas. Em contrapartida, a ausência total de células MAIT induz maior lesão no epitélio do intestino, além de aumento da permeabilidade intestinal, o que favorece a invasão da microbiota, aumentando o infiltrado e proliferação de células do sistema imune. Como consequência, ocorre exacerbação do processo inflamatório na mucosa, demonstrando, assim, um papel protetor das células MAIT na integridade da mucosa intestinal e desenvolvimento da DT1 (3).

          Em resumo, as células MAIT podem ter um papel protetor ou patológico durante o desenvolvimento da DT1 e parece que isso está associado ao microambiente e órgão que essa célula se encontra.

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Referências

1- Atkinson, Mark A., George S. Eisenbarth, and Aaron W. Michels. “Type 1 diabetes.” The Lancet9911 (2014): 69-82.

2- Franciszkiewicz, Katarzyna, et al. “MHC class I‐related molecule, MR1, and mucosal‐associated invariant T cells.” Immunological reviews1 (2016): 120-138.

3- Rouxel, Ophélie, et al. “Cytotoxic and regulatory roles of mucosal-associated invariant T cells in type 1 diabetes.” Nature Immunology(2017).

 

Enterococcus gallinarum: um novo patobionte intestinal associado a inflamação sistêmica e doença autoimune

Por: Fernando Spiller (Departamento de Farmacologia, UFSC)

 

O desequilíbrio da microbiota intestinal, conhecido como disbiose, tem sido relacionado com o desenvolvimento e progressão de diversas doenças como diabetes, câncer, esclerose múltipla, obesidade, artrite reumatoide e inflamação intestinal (1-6). A disbiose pode levar a predominância de bactérias residentes potencialmente patogênicas, conhecidos como patobiontes (7). Embora o termo patobionte tenha sido introduzido na literatura científica somente em 2008 (7), a demonstração de que componentes bacterianos da microbiota intestinal podem levar ao desenvolvimento de inflamação intestinal já havia sido demonstrado (8-10). Algumas bactérias da microbiota como Enterococcus fecalis, Escherichia coli, Bilophila wadsworthia e Helicobacter hepaticus foram identificadas como importantes para o desenvolvimento de doença inflamatória intestinal em camundongos deficientes para IL-10 (8-12). Posteriormente, o papel central de patobiontes para a exacerbação ou início da inflamação intestinal foi confirmado por diferentes modelos (13-16).

Embora diversos estudos tenham abordado o papel de patobiontes na inflamação intestinal, esse processo ainda é pouco explorado em modelos onde o sítio primário da inflamação não é o intestino. Nesse contexto, em 2017 o nosso grupo demonstrou que o pré-tratamento de camundongos com antibiótico de amplo espectro (meropenem) induziu a translocação para o sangue de Enterococcus gallinarum, um patobionte intestinal multirresistente a antibióticos (17). Além de levar a translocação de E. gallinarum, o pré-tratamento com antibiótico acelerou a mortalidade dos camundongos com pancreatite aguda. Para avaliar o potencial patogênico do E. gallinarum na pancreatite aguda, os camundongos foram tratados com uma mistura de antibióticos para reduzir a microbiota intestinal residente e posteriormente tratados por via oral com uma suspensão da bactéria. Os animais que tiveram o intestino enriquecido com E. gallinarum tiveram uma mortalidade precoce em relação aos animais controles com pancreatite aguda, reproduzindo os efeitos observados com o pré-tratamento com antibióticos. Recentemente, esses resultados foram endossados por um artigo publicado na Science por Vieira et al. (2018). Nesse trabalho, os autores demonstraram que E. gallinarum possui um importante papel no desenvolvimento de doença autoimune em camundongos (NZW x BXSB)F1 predispostos autoimunidade grave. A supressão de E. gallinarum por antibióticos preveniu a mortalidade dos animais assim como a produção de autoanticorpos. Além disso, a depleção da microbiota residente com o subsequente enriquecimento intestinal com E. gallinarum em camundongos (NZW x BXSB)F1 levou ao desenvolvimento de doença autoimune e mortalidade dos animais. Esses efeitos foram atenuados pela vacinação contra E. gallinarum (18).

Embora os casos de sepse por E. gallinarum sejam pouco frequentes, essa bactéria é invasiva e pode causar bacteremia, endocardite, meningite e peritonite  (19-21). Além do potencial patogênico de E. gallinarum, essa bactéria pode representar um risco ao hospedeiro por ser um reservatório de genes de resistência a diversos antibióticos (23).

Em conclusão, os recentes trabalhos publicados pelo nosso grupo (17) e por Vieira et al. (2018) reforçam as evidências do papel de patobiontes no desenvolvimento de doenças inflamatórias e ampliam esses estudos por demonstraram a participação de E. gallinarum durante uma resposta inflamatória sistêmica e autoimunidade.

Artigo indicado para leitura: Antibiotic-Induced Pathobiont Dissemination Accelerates Mortality in Severe Experimental Pancreatitis

 

graphic abstract português (1)

Figura: Pré-tratamento com antibiótico favoreceu a translocação de Enterococcus gallinarum e acelerou a mortalidade de camundongos com pancreatite aguda. Esquema representativo dos principais achados do trabalho. O pré-tratamento de camundongos com antibiótico de amplo espectro levou a diminuição de espécies bacterianas suscetíveis ao fármaco e favoreceu a proliferação de bactérias resistentes no intestino delgado. Após a indução da resposta inflamatória sistêmica pelo modelo de obstrução do ducto biliopancreático (modelo de pancreatite aguda grave) houve disseminação de espécies multirresistentes a antibióticos, principalmente de Enterococcus gallinarum para o sangue. A disseminação de Enterococcus gallinarum foi associada a mortalidade precoce dos animais com pancreatite aguda. Figura feita com ajuda do online infographic maker (www.mindthegraph.com).

 

Referências:

  1. Levy, M., A. A. Kolodziejczyk, C. A. Thaiss, and E. Elinav. 2017. Dysbiosis and the immune system. Nat Rev Immunol 17: 219-232.
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Hiperglicemia: a verdadeira inimiga das células epiteliais

 

Por: Camila Oliveira Silva Souza e Mikhael Haruo F. Lima (Doutorandos IBA/FMRP-USP)

Editora: Luciana Benevides

 

Mudanças no estilo de vida da sociedade tem contribuído com a disseminação de novos hábitos alimentares – os famosos “fast foods” e a falta de exercícios (por falta de tempo devido a correria do dia a dia ou preguiça mesmo). Essas mudanças são amplamente refletidas nos índices elevados de doenças classificadas como: “Síndromes Metabólicas” – conjunto de condições que aumentam o risco para doenças cardíacas, acidente vascular cerebral e diabetes.

O Ministério da Saúde ainda não adverte, mas indica: no Brasil nos últimos anos houve um aumento no índice de excesso de peso (42,6%) e obesidade (60%) entre jovens com 25 – 44 anos. Como todos sabem, estar mais “gordinho” significa atrair alguns probleminhas decorrentes de um distúrbio metabólico [1]. Entender como as síndromes metabólicas afetam e levam a disfunções e susceptibilidade a infecções entéricas é de extrema importância para busca de novos alvos terapêuticos.

Deste modo, Thaiss, C et al, demonstraram inicialmente em modelo animal de obesidade (db/db- animais deficientes de leptina) uma disfunção na permeabilidade da barreira epitelial, permitindo que bactérias comensais circulem por todo o organismo destes animais. Além disso, quando esses animais são infectados com Citrobacter rodentium (muito similar a infeção humana com Escherichia coli), há um aumento da susceptibilidade. Afim de entender qual fator relacionado a obesidade que leva ao remodelamento da barreira epitelial e a circulação de produtos microbianos. Foi utilizado o modelo de alimentação rica em gordura, onde animais controles (WT) foram submetidos a uma dieta HFD (high fat diet), e estes continuaram tendo disfunção da barreira epitelial e consequentemente um aumento de sua permeabilidade, favorecendo a susceptibilidade a infecção por C. rodentium. De fato, a obesidade por si só não é quem esta favorecendo este quadro, evidenciando que outro fator comum esteja causando alterações no epitélio. Uma característica predominantemente comum em pessoas obesas é o aumento do nível de glicose circulante no sangue ou “HIPERGLICEMIA”. Ao avaliar os níveis séricos de glicose no plasma dos animais obesos (db/db) ou submetidos a dieta HFD, foi possível averiguar que havia um aumento sérico dos níveis de glicose no plasma.

Se você parar para pensar, toda vez que ouve a palavra glicose e tenta associar a alguma doença… “plim”- Diabetes tipo I, doença crônica que afeta o pâncreas levando a uma disfunção das células 𝛽-pancreáticas, responsáveis pela produção de insulina, hormônio que controla a glicemia no sangue. Tendo em vista estes conceitos, os autores induziram Diabetes tipo I (modelo Streptozotocin-STZ) em camundongos, afim de excluir o fator obesidade (aumento de glicose devido ingestão calórica). Foi possível observar que animais diabéticos tinham um aumento de glicose, e esta induziu o remodelamento das células epiteliais por intermédio de alterações nas estruturas de junção das células (o que fazem as células ficarem “agarradinhas-juntinhas”), como: ZO-1 (Tight junction protein-1) e E-caderina. Além disso, em um quadro de hiperglicemia as células epiteliais sofrem alterações em suas funções metabólicas devido a perturbação da via de N-glycan, que é responsável por auxiliar a homeostase destas células.

Similarmente, em voluntários (pacientes) com sintomas iniciais de diabetes ou diabete confirmada (presença de hemoglobina glicada no sangue) apresentaram um aumento da interação positiva dos receptores de reconhecimento de padrões microbianos (TLRs e NLRs) e estes estavam positivamente correlacionados com o aumento dos níveis séricos de hemoglobina glicada no sangue. Assim, tentar impedir o excesso de glicose circulante ou inibir sua sinalização e metabolismo é uma ferramenta de extrema importância para o controle da microbiota comensal (Figura 1) e os riscos de infecções entéricas [2].

Figura

Figura 1. Excesso de glicose circulante leva ao aumento da permeabilidade da barreira epitelial. A glicose é sinalizada pelo receptor GLUT-2 levando a sua ativação e atividade metabólica causando uma reprogramação gênica que altera a estrutura e funções das células epiteliais, criando “espaços entre as células” – permitindo assim o influxo de componentes microbianos comensais. Tentar impedir esta sinalização com o auxílio de insulina exógena, inibição de GLUT-2 ou inibição do metabolismo da glicose são soluções viáveis para controlar o remodelamento desencadeado pelo excesso de glicose.

 

Referências:

  1. Seibt T. As razões da explosão de obesidade no Brasil. BBC Brasil. 18 Apr 2017. Available: http://www.bbc.com/portuguese/brasil-39625621. Accessed 29 Mar 2018.
  2. Thaiss CA, Levy M, Grosheva I, Zheng D, Soffer E, Blacher E, et al. Hyperglycemia drives intestinal barrier dysfunction and risk for enteric infection. Science. 2018; eaar3318. doi:10.1126/science.aar3318

A outra face de ROS mitocondrial

Por: Sandra Palma Albornoz e Ana Carolina Salina ( Doutorandas IBA – FMRP/USP)

Editora: Vanessa Carregaro

A mitocôndria é uma organela que cumpre um papel importante na respiração celular e, é a principal fonte de produção de energia em forma de ATP. Mas quando a mitocôndria sofre alterações por hipóxia, fatores ambientais ou mutações no DNA mitocondrial pode desenvolver patologias inflamatórias como diabetes tipo 2, doença de Crohn e câncer.

Na cadeia transportadora de eléctron, normalmente de 1 a 3% de oxigênio molecular não é reduzido e isso permite a produção de espécies reativas de oxigênio mitocondrial (mROS). Mas quando essa produção não é controlada, os níveis de mROS aumentam e induzem produção de citocinas pró-inflamatórias que geram um microambiente inflamatório.

Estudos mostraram que o inibidor de ATPase sintase (enzima que participa na geração de ATP durante a fosforilação oxidativa) chamado IF1 induz a produção de mROS intermediária. Em 2014, Florentini e colaboradores mostraram que a expressão de IF1 em células neuronais de camundongos pode inibir ATPase sintase e aumentar a produção de mROS intermediário. Assim, animais transgênicos submetidos a um dano neuronal aumentam a produção de mROS, sinalizam via NFkB e aumentam a transcrição de Bcl-xL, molécula anti-apoptótica que permite a sobrevivência celular e neuroproteção nesses animais. Esses dados sugerem que mROS e a inibição de ATPase sintase poderia ter um papel importante na inflamação e na resposta imune.

Já em 2017, o mesmo grupo de Formentini demonstrou que a inibição parcial da ATPase sintase mitocondrial pela expressão transgênica de IF1 no intestino de animais tratados com doxiciclina induz aumento de ATP pela via glicolítica, produção intermediária de mROS e ativação da via de NFkB não canônica, com inibição de citocinas inflamatórias como IL-1α e IL-1β e aumento de citocinas anti-inflamatórias como IL-10.

A colite por DSS foi induzida nos animais e percebeu-se que os animais que possuíam a ATPase sintase inibida apresentavam menor inflamação, quando comparados aos animais controles. Além disso, os autores demonstraram que animais controle ativam a via de STAT3 e AKT/mTOR enquanto os animais transgênicos para IF1 ativavam a via de AMPK. A análise do perfil dos macrófagos presentes no intestino mostrou que a inibição da ATPase sintase promove um acúmulo de macrófagos do perfil M2 e células T reguladoras, enquanto que nos animas controle, há um acumulo de macrófagos do perfil M1.

Usando a estratégia de sequestro do mROS pelo MitoQ, fica claro a dependência desse perfil anti-inflamatório com macrófagos M2, células T reguladoras e produção de IL-10 em decorrência do mROS produzido quando a ATPase sintase é parcialmente inibida. Com esses resultados, os pesquisadores sugerem que a inibição da ATPase sintase pode ser um bom alvo terapêutico para certas doenças inflamatórias crônicas.

Post 11

Figura 1. A inibição da ATPase sintase pela expressão transgênica de IF1 induz a produção de quantidades intermediárias de mROS que geram um microambiente com perfil anti-inflamatório. Ao induzir a colite, ocorre a ativação da via de AMPK, geração de macrófagos M2, células T reguladoras e grandes quantidades de IL-10. Por outro lado, em animais controles, a colite induz ativação de AKT/mTOR/STA3 gerando um microambiente inflamatório com macrófagos M1 e altas quantidades de IL-6.

Referências bibliográficas

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Formentini et al. 2014. In vivo inhibition of the mitochondrial H+-ATP synthase in neurons promotes metabolic preconditioning. The EMBO Journal 33(7): 762-778

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Células T reguladoras apoptóticas: Um novo inimigo aliado ao câncer

 

Por: João Paulo Mesquita e Isabel Guerra (Doutorandos IBA/FMRP-USP)

Editora: Luciana Benevides

 

        Diversos estudos já observaram a participação das células T reguladoras (Tregs) na supressão da imunidade tumoral. Essas células são recrutadas para o microambiente tumoral, onde exercem um papel fundamental inibindo as células T específicas contra antígenos tumorais e favorecendo o crescimento descontrolado do tumor1. De fato, o aumento no número de células Tregs no tumor está associado com o aumento no risco de morte e de redução na taxa de sobrevivência em vários tipos de câncer2.

          Diversos ensaios clínicos têm demonstrado a eficácia terapêutica de anticorpos inibidores de checkpoint como anti-PD-L1 e anti-CTLA-4, na indução de fortes respostas anti-tumorais em vários tipos de câncer, aumentando a sobrevivência média dos pacientes. Apesar do grande sucesso e eficácia dessas abordagens uma boa parte dos pacientes apresenta resistência terapêutica ao bloqueio da via de sinalização PD-L1/PD-13.

         Não há dúvidas que o milieu tumoral pode afetar metabólica e fenotipicamente uma ampla gama de subtipos celulares, incluindo as células T auxiliares e células Tregs. Além da glicólise, o estresse oxidativo é uma característica metabólica marcante do microambiente tumoral4. Pensando nisso, Maj e colaboradores5 investigaram como o estresse oxidativo pode alterar o fenótipo e a função das células Tregs no câncer. Os autores demonstraram que as células Tregs apoptóticas são capazes de suprimir a resposta efetora no microambiente tumoral por meio da produção de adenosina. As células Tregs são mais suscetíveis, devido a sua baixa expressão do fator de transcrição NRF2, ao estresse oxidativo no ambiente do tumor, o que desencadeia a liberação de altos níveis de ATP, que por sua vez é convertido em adenosina por meio das ectonucleotidases, CD39 e CD73, expressas na superfície das células Tregs. A adenosina, por fim, através do receptor purinérgico A2A (A2AR), suprime a resposta de linfócitos efetores e células apresentadoras de antígeno presentes no ambiente tumoral (Figura 1). Ademais, a presença de células Tregs apoptóticas foram capazes de reverter a atividade antitumoral de tratamentos mediados pelo bloqueio de PD-1 e PD-L1, sugerindo a importância da combinação de estratégias para o controle da atividade anti-tumoral tais como bloqueio da via de sinalização de A2AR ou a utilização de scavengers de ROS.

Figura

Figura 1. Mecanismos de imunossupressão mediados por células T reguladoras (Treg) vivas e apoptóticas. Treg exercem suas funções imunosupressoras através de diversos mecanismos celulares e humorais, tais como supressão de APCs via secreção de citocinas inibidoras (IL-10, IL-35 e TGF-β), consumo de IL-2, e contato célula-célula (CTLA-4), e expressão de granzima e perforina. Além desses, há o mecanismo de disrupção metabólica, onde o estresse oxidativo induz a apoptose de células Tregs liberando altas quantidades de ATP extracelular, que é convertido em adenosina através das ectonucleotidases CD39 e CD73. A adenosina interage com seu receptor, A2AR, desencadeando um sinal imunosupressor para células T e APCs. As células T reguladoras apoptóticas exibem um perfil imunossupressor em ambientes tumorais. Além de serem mais vulneráveis ao estresse oxidativo, em comparação com células efetoras, devido a sua baixa expressão de genes associados ao NRF2.

 

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PPARγ: o lado sombrio da resposta Th2

Por: Mariana Soares Pena Ribeiro e David F. Colón Morelo (Doutorandos IBA –FMRP/USP)

Editora: Vanessa Carregaro

          A resposta imunológica Th2 está relacionada principalmente com a proteção contra helmintos e, recentemente, há estudos que relatam a participação de Th2 na reconstituição de tecidos. Em situações que a resposta de Th2 está aumentada, ela torna prejudicial ao organismo como no caso da asma alérgica (1). Essa doença tem alta incidência no mundo inteiro, incluindo Brasil, Peru, Estados Unidos, Canadá, Reino Unido e Austrália. Dentre os principais sintomas da asma estão: hiperatividade das vias aéreas, produção excessiva de muco, contração de músculo liso alveolar e falta de ar (2). A via de sinalização na asma alérgica está relacionada, principalmente, com o reconhecimento das células dendríticas (CDs) do alérgeno em um ambiente contendo IL-33, IL-25 e TSLP. As CDs apresentam os alérgenos às células Th2 e, essas induzem a produção de citocinas IL-13, IL-5, induzindo a migração dos eosinófilos para os alvéolos pulmonares e indução dos principais sintomas asmáticos. Além disso, as células Th2 atraem células ILC2, as quais também irão produzir mais IL-13 e IL-5, induzindo, assim, a eosinofilia (3).

          O PPARγ é um fator de transcrição nuclear que atua no metabolismo de lipídios e na homeostasia de glicose nos tecidos (4). Além da função metabólica, o PPARγ possui funções imunológicas, inclusive no papel da homeostasia pulmonar, visto que é responsável para desenvolvimento de macrófagos alveolares, dentre outras funções ainda não compreendidas (5). Foi neste contexto que o grupo liderado por Manfred Kopf, do Institute of Molecular Health Sciences da Suíça, estudou o papel intrínseco do PPARγ em dois tipos celulares envolvidos no estabelecimento da resposta do tipo 2, isto é, as células apresentadoras de antígeno (como iniciadores) e as células Th2 (como efetoras) (6). Assim, ao estudar o efeito do PPARγ na imunidade alérgica pulmonar, camundongos knockouts condicionais na expressão do PPARγ em células TCD4+ foram usados (Cd4-Cre Ppargfl/fl) e submetidos ao modelo convencional de asma (sensibilização e desafio com HDM, modelo HDM). Utilizando esse modelo, os autores verificaram que animais PPARγ condicionaisapresentaram diminuição de marcadores de inflamação pulmonar (eosinofilia no BAL e pulmão, infiltrado peribronquial e muco brônquico). Ainda, a redução da inflamação foi associada com a menor presença de células Th2 (células IL-4+, IL-5+ e IL-13+) no BAL, porém sem alteração nas populações Th17 ou Th1, sugerindo que o PPARγ é um regulador crítico da função efetora Th2. Mecanisticamente, experimentos in vitro demonstraram que células polarizadas sob condições Th2 apresentaram aumento da expressão do PPAR. Ainda a ausência do PPARγ em células TCD4+ comprometeu diferenciação Th2 e a função efetora Th2 (principalmente, a produção de IL-5 e a expressão do receptor ST2) porém potenciou a expressão de marcadores Th17, tais como Rorc, Ror1, IL17f e IL22, sugerindo que o PPARγ é importante para a diferenciação Th2 e o bloqueia o perfil Th17. De forma interessante, células TCD4+ polarizadas em condições Th2 na presença de IL-33 apresentaram efeito aditivo na expressão de marcadores Th2 (ST2 e produção de IL-5), porém este efeito foi ausente em células PPARγ condicionais. De maneira complementar, células Th2 oriundas de pacientes alérgicos apresentaram aumento da expressão de PPARγ, demonstrando que o PPARγ é um potencial novo marcador e alvo terapêutico na asma.

          Uma vez estabelecido o papel do PPARγ em resposta Th2, e sabendo do papel das células apresentadoras de antígeno (células dendríticas e macrófagos alveolares) na indução e regulação da inflamação pulmonar, os autores determinaram o papel intrínseco do PPARγ nestas células. Para isto, camundongos knockouts condicionais na expressão do PPARγ em células CD11c+ foram usados (Itgax-Cre Ppargfl/fl) e submetidos ao modelo convencional de asma (sensibilização e desafio com HDM, modelo HDM). Similar ao observado em animais PPARγ condicionais em células T CD4, a ausência do PPARγ em células CD11c+ ou em células dendríticas (Itgax-Cre Ppargfl/fl + WT AM) reduziu a inflamação asmática pulmonar.  Ainda, através de experimentos de transferência de células dendríticas migratórias (CD11b+ e CD103+), foi demostrado que o PPARγ em CDs CD11b+ é importante para a indução da inflamação pulmonar do tipo 2. Citocinas como IL-4 e a IL-33 promovem o aumento da expressão do PPARγ em células dendríticas CD11b+, potencializando a migração para os linfonodos drenantes e a capacidade de primar células TCD4+ para o perfil Th2. Estes dados apresentam o novo papel proinflamatório do PPARγ, surgindo como um importante mediador das interações entre as células dendríticas e as células T no desenvolvimento da imunidade do tipo 2 e na asma.

Post 12

Fig. 1. Esquema do papel do PPARγ orquestrando a inflamação pulmonar do tipo Th2e sua contribuição para o desenvolvimento da asma (Nobs et al., 2017).

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