Barreira Intestinal, Microbioma e Saúde -...
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Barreira Intestinal,
Microbioma e Saúde
Adérson Omar Mourão Cintra Damião
Departamento de Gastroenterologia da FMUSP
Workshop Microbioma, Probióticos e Saúde - ILSI
São Paulo, SP, 07/11/16
Agenda
Barreira intestinal
Instalação da microbiota intestinal
Simbiose (eubiose) versus disbiose
A doença inflamatória intestinal (DII) como
paradigma de disbiose
O futuro: Biologia de Sistemas (“interactoma”)
Agenda
Barreira intestinal
Instalação da microbiota intestinal
Simbiose (eubiose) versus disbiose
A doença inflamatória intestinal (DII) como
paradigma de disbiose
O futuro: Biologia dos Sistemas
Barreira Intestinal
Mundo externo
(ambiente)
Mundo interno
(organismo)
König J et al. Clin Transl Gastroenterol 2016; 7(10): e196
Componentes da barreira intestinal
Componente não
imunológico acidez gástrica
secreções digestivas
motilidade GI
microbiota/microbioma
barreira de cél. epiteliais
membrana basal
camada aquosa
camada de muco (mucina,
fator trefoil)
defensinas (cél. de Paneth,
neutrófilos)
König J et al. Clin Transl Gastroenterol 2016; 7(10): e196
Vindigni SM et al. Therap Adv Gastroenterol 2016; 9: 606-25
Componentes da barreira intestinal
Componente não
imunológico acidez gástrica
secreções digestivas
motilidade GI
microbiota/microbioma
barreira de cél. epiteliais
membrana basal
camada aquosa
camada de muco (mucina,
fator trefoil)
defensinas (cél. de Paneth,
neutrófilos)
Componente
imunológico IgA secretora
imunidade inata: neutrófilos,
cél. apresentadoras de ag –
macrófagos, cél. dendrítica,
cél. epitelial (cél. M)
imunidade adquirida ou
adaptativa (cél. T e B)
König J et al. Clin Transl Gastroenterol 2016; 7(10): e196
Vindigni SM et al. Therap Adv Gastroenterol 2016; 9: 606-25
Barreira Intestinal
NOD2 = nucleotide-binding oligomerization domain 2
CARD15 = caspase recruitment domain
Adapt. de Korzenik JR et al. Nat Rev Drug Discov 2006:5: 197-209
Vandenbroucke K et al. Gastroenterology 2004; 127:502-13
Es
co
re h
isto
lóg
ico
P = 0,001
Lactococcus lactis secretor
de Fator Trefoil (TFF)
Colite experimental por DSS
Probióticos “turbinados”Lactococcus lactis hipersecretor de fator trefoil
Barreira Intestinal
NOD2 = nucleotide-binding oligomerization domain 2
CARD15 = caspase recruitment domain
Adapt. de Korzenik JR et al. Nat Rev Drug Discov 2006:5: 197-209
Escherichia coli Nissle 1917
Isolada nas fezes de um soldado alemão na época da
Primeira Guerra Mundial pelo Prof Alfred Nissle
(Freiburg, Alemanha).
O soldado fora deslocado para a região dos Balcãs
(Dobrudja), área endêmica de infecção por Shigella. Foi
o único a não contrair diarreia.
Cepa passou a ser conhecida como E. coli Nissle 1917.
Scaldaferri F et al. World J Gastroenterol 2016; 22: 5505-11
Escherichia coli Nissle 1917 equivalente à
mesalazina na manutenção da remissão clínica em
pacientes com RCU (12 meses)
Kruis W et al. Gut 2004;53;1617-23
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0E. coli Mesalazina E. coli Mesalazina
Pa
cie
nte
s c
om
re
ca
ída
(%
)
“Per protocol” “Intention to treat”
33,9%36,4%
45,1%37,0%
N=110 N=112 N=162 N=165
RCU em remissãoProbabilidade de permanecer em remissão
Escherichia coli Nissle 1917 vs Mesalazina
(Curvas de Kaplan-Meier)
Kruis W et al. Gut 2004;53;1617-23
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Pro
ba
bil
ida
de
de
ma
nte
r a
re
mis
sã
o (
%)
0 100 200 300 400 500
Tempo para recaída (dias)
Mesalazina (n=112)
Escherichia coli Nissle 1917 (n=110)
Taxa de remissão na RCU distal ativa com diferentes
doses de enema de E. coli Nissle 1917
Matthes H et al. BMC Complement and Altern Med 2010, 10:13
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Admissão 2 semanas 4 semanas 8 semanas
Taxa d
e r
em
issão
(c
um
ula
tiva)
Placebo
10 mL enema
20 mL enema
40 mL enema
P=0,0446
Estrutura e mecanismos de
ação da Escherichia coli
Nissle 1917
Scaldaferri F et al. World J Gastroenterol 2016; 22: 5505-11
LPS: Lipopolissacáride
IL-2: Interleucina-2
TNF: Fator de Necrose Tumoral
IFN: Interferon
Efeito direto
antimicrobiano Inibe colonização por bactérias patogênicas
Inibe síntese de toxinasFlagelo
LPS DNA,
circular,
cromossomo
único
Adere às células
epiteliais
Estimula produção de defensinas pelas células epiteliais
Reforça as “tight junctions” (aumenta a expressão de proteínas ZO-1 e ZO-2)
Células
epiteliais
intestinais
Fímbrias
“Tight
junctions”
Propriedades
imunomoduladorasCélula
dendrítica
Leucócitos
Reduz citocinas pró-
inflamatórias (IL-2, TNFα, IFNγ)
Aumenta citocinas anti-
inflamatórias
Barreira Intestinal
NOD2 = nucleotide-binding oligomerization domain 2
CARD15 = caspase recruitment domain
Adapt. de Korzenik JR et al. Nat Rev Drug Discov 2006:5: 197-209
TLRs e interação com sistemas intracelulares
Adapt. de Sartor RB. Nat Clin Pract Gastroenterol Hepatol 2006; 3: 390-407
Transcrição de genes pró-inflamatórios e anti-inflamatórios
Receptores Toll-like (TLR)
Adapt. de Beutler B et al. Annu Rev Immunol 2006; 24: 353-89
Barreira Intestinal
NOD2 = nucleotide-binding oligomerization domain 2
CARD15 = caspase recruitment domain
Adapt. de Korzenik JR et al. Nat Rev Drug Discov 2006:5: 197-209
O” Neill LA.Nat Immunol 2004;5:776-778
Watanabe T et al. Nat Immunol 2004;5:800-808
NOD2 = nucleotide-binding oligomerization domain 2
CARD15 = caspase recruitment domain
LRRs = repetições ricas em leucina
MDP = muramil dipeptídeo
Via NF- Kappa B
Via NF- Kappa B
Mutação do NOD2NormalCrohn
Proteína NOD2/CARD 15 e efeitos
sobre a via NF-Kappa B
O” Neill LA.Nat Immunol 2004;5:776-778
Watanabe T et al. Nat Immunol 2004;5:800-808
NOD2 = nucleotide-binding oligomerization domain 2
CARD15 = caspase recruitment domain
LRRs = repetições ricas em leucina
MDP = muramil dipeptídeo
Via NF- Kappa B
Via NF- Kappa B
Mutação do NOD2NormalCrohn
Proteína NOD2/CARD 15 e efeitos
sobre a via NF-Kappa B
Agenda
Barreira intestinal
Instalação da microbiota intestinal
Simbiose (eubiose) versus disbiose
A doença inflamatória intestinal (DII) como
paradigma de disbiose
O futuro: Biologia dos Sistemas
Microbiota Intestinal – Instalação
INTRAUTERINA
Estéril ?
6m a 2 anos
Microbiota do adulto
CONTATOS ÍNTIMOS
AMAMENTAÇÃO
“Bifidus Factors”
Bifidobacterium
E.coli
Ent. faecalis
NASCIMENTO
Damião AOMC et al. Probióticos. In: Nutrição Oral, Enteral e Parenteral
na Prática Clínica. Waitzberg DL (ed). Editora Atheneu, SP, 4ª ed., 2009. p. 2115-38
Microbiota e microbioma intestinal
~25.000
2-20.000.000
Saúde intestinal e sistêmica: resultado de interações equilibradas
Ser humano
Micróbiosintestinais
Número de células Número de genes
(~100-1000X mais)
(10X maisou 1:1?)
1012?
3,3X1013?
1014?
3,8X1013?
Human Microbiome Consortium. Nature 2012;486:207-214
Manichanh C et al. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2012; 9: 599-608
Doré J et al. United Eur Gastroenterol J 2013; 1: 311-8
Durchschein F et al. World J Gastroenterol 2016; 22: 2179-94
Marchesi JR et al. Gut 2016; 65: 330-9
População bacteriana intestinalDiferenças entre a microbiota luminal e a associada à mucosa
Microbiota
luminal
Microbiota
associada à
mucosa
P
Índice de
diversidade
4,96 ± 0,37 4,14 ± 0,56 < 0,001
Firmicutes 41,4% 29,1% < 0,0001
Bacteroidetes 20,2% 26,3% < 0,05
Actinobacteria 22,0% 12,6% < 0,0001
Proteobacteria 9,3% 19,3% < 0,0001
Ringel Y et al. Gut Microbes 2015; 6: 173-81
Microbiota Intestinal – Instalação
INTRAUTERINA
Estéril ?
6m a 2 anos
Microbiota do adulto
CONTATOS ÍNTIMOS
AMAMENTAÇÃO
“Bifidus Factors”
Bifidobacterium
E.coli
Ent. faecalis
NASCIMENTO
Damião AOMC et al. Probióticos. In: Nutrição Oral, Enteral e Parenteral
na Prática Clínica. Waitzberg DL (ed). Editora Atheneu, SP, 4ª ed., 2009. p. 2115-38
ECZEMA ATÓPICO
Ação profilática dos probióticos
0%
10%
20%
30%
40%
50%
Placebo Lactobacillus GG
(1x1010)
n=64n=68
Kalliomäki M et al. Lancet 2001; 357:1076-79
p=0,008
Eczema
atópico
aos 2
anos
PROBIÓTICOS
Eczema Atópico
2 anos1 4 anos2
Placebo
n=68
Lactobacillus GG
n=64
Placebo
n=54
Lactobacillus GG
n=53
46% 23% 46% 26%
1. Kalliomäki M et al. Lancet 2001; 357: 1076 - 79
2. Kaliomäki M et al. Lancet 2003; 361: 1869 - 71
PROBIÓTICOS – ATOPIAConcentração de Óxido Nítrico
Expirado
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Placebo Sem história
de alergia
Óxido
Nítrico
(ppb)
Kalliomaki M et al. Lancet 2003; 361: 1869-71
Lactobacillus
GG P=0,03
Microbiota e Gravidez
1º trimestre 3º trimestre
controle ↑ Proteobacteria
↑ Actinobacteria
Diversidade
Transferência da microbiota para
camundongos “germ-free”
Padrão de
“síndrome metabólica”•Resistência à insulina
•Inflamação
•Ganho de peso
“Útil” na gravidez
(crescimento do feto, lactação)Karen O et al. Cell 2012; 150:470-80
Dieta/Disbiose/Colite
Devkota S et al. Nature 2012; 487: 104-8
Sartor RB. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2012; 9: 561-2
Knockout IL-10
↑Bilophilia wadsworthia
Dieta/Disbiose/Colite
Devkota S et al. Nature 2012; 487: 104-8
Sartor RB. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2012; 9: 561-2
Knockout IL-10
Interação de: Suscetibilidade genética
Fator ambiental (dieta)
Barreira intestinal alterada
Microbiota intestinal (disbiose)
Resposta imunológica/
inflamatória
Agenda
Barreira intestinal
Instalação da microbiota intestinal
Simbiose (eubiose) versus disbiose
A doença inflamatória intestinal (DII) como
paradigma de disbiose
O futuro: Biologia dos Sistemas
Microbiota Intestinal - Ações
PROTEÇÃO
Resistência à
colonização
(Bifido e Lacto)IMUNOMODULAÇÃO
“Estado de alerta”
“Inflamação fisiológica”
Resiliência bacteriana
Resposta imune equilibrada
Tolerância – cél.T reg (IL-10,TGF-), cél. dendrítica
BENEFÍCIOS NUTRICIONAIS
Vitaminas
Substratos energéticos
Microbiota Intestinal
Clin Gastroenterol Hepatol 2007;5:274-84; Nat Rev Immunol 2010;10:735-44
Curr Opin Gastroenterol 2012; 28: 63-69; Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2012; 9: 599-608
Simbiose
(Equilíbrio)
Iannitti & Palmieri. Clin Nutr 2010; 29: 701-25
Cerf-Bensussan & Gaboriau-Routhiau. Nat Rev Immunol 2010;10: 735-44
Simbiose (ou eubiose) versus Disbiose
Simbiose versus Disbiose
Simbiose
(Equilíbrio)
Disbiose
(Desequilíbrio)
Fatores genéticos
Estilo de vida (dieta, estresse)
Infecções
Higiene/Alergia
Antibióticos
Iannitti & Palmieri. Clin Nutr 2010; 29: 701-25
Cerf-Bensussan & Gaboriau-Routhiau. Nat Rev Immunol 2010;10: 735-44
Simbiose
(Equilíbrio)
Disbiose
(Desequilíbrio)
Fatores genéticos
Estilo de vida (dieta, estresse)
Infecções
Higiene/Alergia
Antibióticos
Simbiose versus Disbiose
Situações associadas.: SII, DDC, DII,
halitose, atopia, doenças autoimunes,
obesidade, câncer de cólon, “pouchitis”
Iannitti & Palmieri. Clin Nutr 2010; 29: 701-25
Cerf-Bensussan & Gaboriau-Routhiau. Nat Rev Immunol 2010;10: 735-44
Simbiose
(Equilíbrio)
Disbiose
(Desequilíbrio)
Fatores genéticos
Estilo de vida (dieta, estresse)
Infecções
Higiene/Alergia
Antibióticos
Alt. Inflamatórias
Alt. Imunológicas
Simbiose versus Disbiose
Situações associadas.: SII, DDC, DII,
halitose, atopia, doenças autoimunes,
obesidade, câncer de cólon, “pouchitis”
Iannitti & Palmieri. Clin Nutr 2010; 29: 701-25
Cerf-Bensussan & Gaboriau-Routhiau. Nat Rev Immunol 2010;10: 735-44
Simbiose
(Equilíbrio)
Disbiose
(Desequilíbrio)
Fatores genéticos
Estilo de vida (dieta, estresse)
Infecções
Higiene/Alergia
Antibióticos
Situações associadas.: SII, DDC, DII,
halitose, atopia, doenças autoimunes,
obesidade, câncer de cólon, “pouchitis”
Alt. Inflamatórias
Alt. Imunológicas
Diarreia
Dor abdominal
Flatulência
Meteorismo
Borborigmos
Iannitti & Palmieri. Clin Nutr 2010; 29: 701-25
Cerf-Bensussan & Gaboriau-Routhiau. Nat Rev Immunol 2010;10: 735-44
Young VB. Curr Opin Gastroenterol 2012; 28: 63-69
Simbiose versus Disbiose
Agenda
Barreira intestinal
Instalação da microbiota intestinal
Simbiose (eubiose) versus disbiose
A doença inflamatória intestinal (DII) como
paradigma de disbiose
O futuro: Biologia de Sistemas
Doença Inflamatória Intestinal - DII
0 -
% d
e p
ac
ien
tes
co
m ≥
10
.00
0cfu
/µL
Controle
n=40
5 -
10 -
15 -
20 -
25 -
30 -
35 -
40 -
Gastroenterology 2002; 122:44-54
RCU
n=19
CROHN
n=54
DII – Concentrações Bacterianas
Biopsias ileocolônicas
P<0,05
DII – Bactérias intestinais na mucosa
BACTÉRIAS RCU CROHN
Proteobacteria ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
Enterobacteriaceae ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
Clostridium histolyticum/
lituseburense↑ ↑ ↑ ---
Clostridium occoides/ Eubact.
rectale↑ ↑ ↑ ↑
Bacteroides/ Prevotella ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
Bactérias redutoras de sulfato ↑ ↑ ↑ ↑
Bifidobacterium ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
Lactobacillus ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
Scand J Gastroenterol 2002; 37:1034-41
Disbiose e DII
Características RCU CrohnBolsite
(“pouchitis”)
1. Diversidade (Firmicutes,
Bacteroidetes)
(Firmicutes)
2. Estabilidade
3. Perfil ↑ Actinobacteria
↑ Proteobacteria
Bacteroidetes
( família
Prevotellaceae)
Roseburia
↑ Enterobacteriaceae
↑ Ruminococcus gnavus
(Crohn ileal)
↑ Proteobacteria
Bacteroidetes
4. Bifido / Lacto
5. Faecalibacterium
prausnitzii
6. Bactérias
“agressivas”
↑ Desulfovibrio sp
↑ Fusobacterium
varium
↑ Fusobacterium
nucleatum
↑ E. coli
(↑ virulência, invasiva)
↑ E. coli
(↑virulência, invasiva)
↑ E. coli (AIEC)
Manichanh C et al. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2012;9:599-608
Jonkers D et al. Drugs 2012; 72:803-23
Disbiose na doença de Crohn
Pacientes x Controles
(Gel de Eletroforese)
Joossens M et al. Gut 2011;60:631-7
Bandas Bactérias
Mediana
Pacientes
com Crohn
(n=68)
Controles
(n=139) p
(a) 9,68 F. prausnitzii 0 (0-2,51) 6,41 (0,26-10,92) 8,9 x 10-7
(b) 10,79
Espécies desc.
de Clostridium
(cluster XIVa)
0,57 (0-2,39) 1,63 (0,78-2,93) 0,03
(c) 11,00Ruminococcus
gnavus0 (0-2,35) 0 (0-0) 2,1 x 10-7
(d) 11,51 F. prausnitzii 0 (0-0,79) 0,91 (0-2,38) 1,4 x 10-5
(e) 14,60 Dialister invisus 0 (0-0) 0 (0-1,15) 0,04
(f) 16,24 Bifido adolescentis 0 (0-2,38) 3,89 (0-9,72) 5,4 x 10-6
Disbiose na doença de Crohn
Pacientes x Parentes x Controles
(PCR)
Joossens M et al. Gut 2011;60:631-7
15
12
9
6
3
0
Crohn Parentes
assintom.
Controles
Nú
mer
o d
e F.
pra
usn
itzi
i(l
og
10/
g f
ezes
) 15
12
9
6
3
0
Crohn Parentes
assintom.
Controles
12
9
6
3
0
Crohn Parentes
assintom.
Controles
Nú
mer
o d
e B
. ad
ole
scen
tis
(lo
g 1
0/g
fez
es)P= 2,61 . 10-11
P= 6,00 . 10-3
Nú
mer
o d
e R
. gn
avu
s(l
og
10/
g f
ezes
)
P= 1,59 . 10-10
F. prausnitzii Ruminococcus gnavus Bifido adolescentis
Disbiose na doença de Crohn
Parentes assintomáticos x Controles
(Gel de eletroforese)
Joossens M et al. Gut 2011;60:631-7
Mediana
Bandas Bactérias Parentes
assintomáticos
n=84
Controles
n=55 P
8.55 Ruminococcus
torques
1.83 (0,42-3,74) 0 (0-2,21) 0.02
11.35 Membro do
grupo
Escherichia
coli-Shigella
0 (0-0) 0 (0-0,20) 0.01
16.89 Collinsella
aerofaciens
0 (0-0) 0 (0-0,78) 0.004
Doença de Crohn e microbiota intestinal
Indivíduos normais
Parentes assintomáticos
de pacientes com Crohn
Pacientes com Crohn
Simbiose
Disbiose I
Perfil de bactérias que
degradam mucinaDisbiose II
Perfil de redução de
formação de butirato,
além da degradação
de mucina
Joossens et al. Gut 2011;60: 631-637
Progressão da DII
Adaptado de Dalau RS & Chang EB. J Clin Invest 2014;124:4190–6.
Perfil de
microbiota
Atividade da
doença
Estágios Saudável Assintomático Doença ativa
Medicamentos
Dieta
Mudanças no
estilo de vida
Remissão Recaída Complicações
Estenose
Fibrose
Fístulas
Cirurgia
História natural da doença
Modelo de progressão da DII do estágio
pré-clínico ao clínico
Adaptado de Torres J et al. Gut 2016; 65:1061-9
Insulto secundário•Infecções•Drogas...
• Perda da barreira• Perda da tolerância
bacteriana• Disbiose
• Tabagismo• Ambiente• Higiene• Dieta • Expansão/amplificação
da inflamação• Ativação da resposta
adquirida• Anticorpos circulantes
• Resposta imune não controlada• Lesão intestinal• Remodelação
tecidual• Sintomas
Diagnóstico de DIIInflamaçãosubclínica
Início da doença(assintomático)
Predisposiçãogenética
Fatoresambientais
ATG16L1NOD2IL23RMHC...
Agenda
Barreira intestinal
Instalação da microbiota intestinal
Simbiose (eubiose) versus disbiose
A doença inflamatória intestinal (DII) como
paradigma de disbiose
O futuro: Biologia de Sistemas (“interactoma”)
Expossoma
Microbioma
Genoma
Imunoma
DII
Patogênese da doença inflamatória intestinal (DII)
O jogo dos “omas”
Fiocchi C. J Gastroenterol Hepatol 2015; 30 (Suppl 1): 12-18
Souza HSP et al. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2016; 13: 13-27
O “interactoma” da DII:
Uma rede de interações positivas e negativas
Outros omas
Expossoma(Ambiente)
Microbioma(Microbiota intestinal)
Genoma(Genes)
Imunoma(Resposta imune)
Fiocchi C et al, 2016 (in press)
Expossoma(Inúmeros fatores)
Genoma(n=206 associações)
Imunoma(~1000 células e moléculas)
DII
Microbioma(1014 bactérias + fungos
+ vírus)
Interactoma na DII
Fiocchi C et al, 2016 (in press)
Expossoma
Microbioma
Genoma
Imunoma
Interação (rede) de DII tipo 1:Tratamento: intervenções sobre micróbios e aspectos imunes
DII
Expossoma
Microbioma
Genoma
Imunoma
Interação (rede) de DII tipo 2:Tratamento: microbiano, immune e intervenções genômicas
DII
Expossoma
Microbioma
Genoma
Imunoma
Interação (rede) de DII tipo 3:Tratamento: estilo de vida e intervenções imunológicas
DII
Biologia de sistemas: em busca dos “nós”
Clinical / basic
investigators
Bioinformatics
biologists
IBD
interactome
network
CCF/Emory UCLA CSBM Caltech UCSD
Complementary expertise needed to
define IBD networks and identify
specific molecular target for therapy
Cortesia Dr C. Fiocchi
IBD Systems Biology Approach
Cortesia Dr. D. Iliopoulos
From patients to therapy
Microbiomaintestinal
Genoma Imunoma
Expossoma
Análise
“ômica”
Análise
“ômica”
Análise
“ômica”
Análise
“ômica”
Terapia personalizada:
• Identificação correta do alvo (nós)
• Especificidade absoluta
• Potencialmente “curativo”
Integração
“multiômica”
das várias
redes na DII
Interactomada DII
O interactoma da DII: implicações terapêuticas
(conceito de tratamento personalizado)
Adapt. de Fiocchi C. J Gastroenterol Hepatol 2015; 30 (Suppl 1): 12-18
Obrigado
IBD Systems Biology Approach
Cortesia Dr. D. Iliopoulos
From patients to therapy
DII – Etiopatogenia
Defeito na
imunidade
inata
Amplificação da
resposta adquirida
Suscetibilidade
genética
Fatores
ambientais
Diminuição da
tolerância
Redução da
apoptose
DII
Nature 2007; 448: 427-34
Gut 2011; 60: 1739-1753
N Engl J Med 2011; 365: 1713-1725
J Clin Invest 2014; 124: 4190-6