Barreira Intestinal, Microbioma e Saúde

Transcrição

1 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

2 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 )

3 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

4 Barreira Intestinal Mundo externo (ambiente) Mundo interno (organismo) König J et al. Clin Transl Gastroenterol 2016; 7(10): e196

5 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:

6 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:

7 Barreira Intestinal NOD2 = nucleotide-binding oligomerization domain 2 CARD15 = caspase recruitment domain Adapt. de Korzenik JR et al. Nat Rev Drug Discov 2006:5:

8 Escore histológico Probióticos turbinados Lactococcus lactis hipersecretor de fator trefoil Lactococcus lactis secretor de Fator Trefoil (TFF) Colite experimental por DSS P = 0,001 Vandenbroucke K et al. Gastroenterology 2004; 127:502-13

9 Barreira Intestinal NOD2 = nucleotide-binding oligomerization domain 2 CARD15 = caspase recruitment domain Adapt. de Korzenik JR et al. Nat Rev Drug Discov 2006:5:

10 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 Scaldaferri F et al. World J Gastroenterol 2016; 22:

11 Pacientes com recaída (%) Escherichia coli Nissle 1917 equivalente à mesalazina na manutenção da remissão clínica em pacientes com RCU (12 meses) Per protocol Intention to treat 45,1% 36,4% 37,0% 33,9% E. coli Mesalazina E. coli Mesalazina N=110 N=112 N=162 N=165 Kruis W et al. Gut 2004;53;

12 Probabilidade de manter a remissão (%) RCU em remissão Probabilidade de permanecer em remissão Escherichia coli Nissle 1917 vs Mesalazina (Curvas de Kaplan-Meier) Mesalazina (n=112) Escherichia coli Nissle 1917 (n=110) Tempo para recaída (dias) Kruis W et al. Gut 2004;53;

13 Taxa de remissão (cumulativa) Taxa de remissão na RCU distal ativa com diferentes doses de enema de E. coli Nissle % 50% 40% P=0,0446 Placebo 10 ml enema 20 ml enema 40 ml enema 30% 20% 10% 0% Admissão 2 semanas 4 semanas 8 semanas Matthes H et al. BMC Complement and Altern Med 2010, 10:13

14 Flagelo Efeito direto antimicrobiano Inibe colonização por bactérias patogênicas Inibe síntese de toxinas LPS DNA, circular, cromossomo único Adere às células epiteliais Fímbrias Estimula produção de defensinas pelas células epiteliais Reforça as tight junctions (aumenta a expressão de proteínas ZO-1 e ZO-2) Células epiteliais intestinais Estrutura e mecanismos de ação da Escherichia coli Nissle 1917 Tight junctions Propriedades imunomoduladoras Reduz citocinas próinflamatórias (IL-2, TNFα, IFNγ) Aumenta citocinas antiinflamatórias Célula dendrítica LPS: Lipopolissacáride IL-2: Interleucina-2 TNF: Fator de Necrose Tumoral IFN: Interferon Leucócitos Scaldaferri F et al. World J Gastroenterol 2016; 22:

15 Barreira Intestinal NOD2 = nucleotide-binding oligomerization domain 2 CARD15 = caspase recruitment domain Adapt. de Korzenik JR et al. Nat Rev Drug Discov 2006:5:

16 TLRs e interação com sistemas intracelulares Transcrição de genes pró-inflamatórios e anti-inflamatórios Adapt. de Sartor RB. Nat Clin Pract Gastroenterol Hepatol 2006; 3:

17 Receptores Toll-like (TLR) Adapt. de Beutler B et al. Annu Rev Immunol 2006; 24:

18 Barreira Intestinal NOD2 = nucleotide-binding oligomerization domain 2 CARD15 = caspase recruitment domain Adapt. de Korzenik JR et al. Nat Rev Drug Discov 2006:5:

19 Proteína NOD2/CARD 15 e efeitos sobre a via NF-Kappa B Via NF- Kappa B Via NF- Kappa B Normal NOD2 = nucleotide-binding oligomerization domain 2 CARD15 = caspase recruitment domain LRRs = repetições ricas em leucina MDP = muramil dipeptídeo Crohn Mutação do NOD2 O Neill LA.Nat Immunol 2004;5: Watanabe T et al. Nat Immunol 2004;5:

20 Proteína NOD2/CARD 15 e efeitos sobre a via NF-Kappa B Via NF- Kappa B Via NF- Kappa B Normal NOD2 = nucleotide-binding oligomerization domain 2 CARD15 = caspase recruitment domain LRRs = repetições ricas em leucina MDP = muramil dipeptídeo Crohn Mutação do NOD2 O Neill LA.Nat Immunol 2004;5: Watanabe T et al. Nat Immunol 2004;5:

21 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

22 Microbiota Intestinal Instalação INTRAUTERINA NASCIMENTO Estéril? CONTATOS ÍNTIMOS AMAMENTAÇÃO Bifidus Factors E.coli Ent. faecalis Bifidobacterium 6m a 2 anos Microbiota do adulto Damião AOMC et al. Probióticos. In: Nutrição Oral, Enteral e Parenteral na Prática Clínica. Waitzberg DL (ed). Editora Atheneu, SP, 4ª ed., p

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24 Human Microbiome Consortium. Nature 2012;486: Manichanh C et al. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2012; 9: Doré J et al. United Eur Gastroenterol J 2013; 1: Durchschein F et al. World J Gastroenterol 2016; 22: Marchesi JR et al. Gut 2016; 65: Microbiota e microbioma intestinal Número de células 10 12? 3,3X10 13? Número de genes ~ Ser humano Micróbios intestinais 10 14? 3,8X10 13? (10X mais ou 1:1?) (~ X mais) Saúde intestinal e sistêmica: resultado de interações equilibradas

25 População bacteriana intestinal Diferenças entre a microbiota luminal e a associada à mucosa Índice de diversidade Microbiota luminal Microbiota associada à mucosa 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 P Ringel Y et al. Gut Microbes 2015; 6:

26 Microbiota Intestinal Instalação INTRAUTERINA NASCIMENTO Estéril? CONTATOS ÍNTIMOS AMAMENTAÇÃO Bifidus Factors E.coli Ent. faecalis Bifidobacterium 6m a 2 anos Microbiota do adulto Damião AOMC et al. Probióticos. In: Nutrição Oral, Enteral e Parenteral na Prática Clínica. Waitzberg DL (ed). Editora Atheneu, SP, 4ª ed., p

27 ECZEMA ATÓPICO Ação profilática dos probióticos 50% p=0,008 Eczema atópico aos 2 anos 40% 30% 20% 10% 0% Placebo n=68 Lactobacillus GG (1x10 10 ) n=64 Kalliomäki M et al. Lancet 2001; 357:

28 PROBIÓTICOS Eczema Atópico 2 anos 1 4 anos 2 Placebo Lactobacillus GG Placebo Lactobacillus GG n=68 n=64 n=54 n=53 46% 23% 46% 26% 1. Kalliomäki M et al. Lancet 2001; 357: Kaliomäki M et al. Lancet 2003; 361:

29 PROBIÓTICOS ATOPIA Concentração de Óxido Nítrico Expirado Óxido Nítrico (ppb) Placebo Lactobacillus GG Sem história de alergia P=0,03 Kalliomaki M et al. Lancet 2003; 361:

30 Microbiota e Gravidez 1º trimestre 3º trimestre controle Proteobacteria Actinobacteria Diversidade Padrão de síndrome metabólica Transferência da microbiota para camundongos germ-free Resistência à insulina Inflamação Ganho de peso Karen O et al. Cell 2012; 150: Útil na gravidez (crescimento do feto, lactação)

31 Dieta/Disbiose/Colite Bilophilia wadsworthia Knockout IL-10 Devkota S et al. Nature 2012; 487: Sartor RB. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2012; 9: 561-2

32 Knockout IL-10 Dieta/Disbiose/Colite Interação de: Suscetibilidade genética Fator ambiental (dieta) Barreira intestinal alterada Microbiota intestinal (disbiose) Resposta imunológica/ inflamatória Devkota S et al. Nature 2012; 487: Sartor RB. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2012; 9: 561-2

33 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

34 Microbiota Intestinal - Ações Microbiota Intestinal PROTEÇÃO Resistência à colonização (Bifido e Lacto) IMUNOMODULAÇÃO BENEFÍCIOS NUTRICIONAIS Vitaminas Substratos energéticos Estado de alerta Inflamação fisiológica Resiliência bacteriana Resposta imune equilibrada Tolerância cél.t reg (IL-10,TGF- ), cél. dendrítica Clin Gastroenterol Hepatol 2007;5:274-84; Nat Rev Immunol 2010;10: Curr Opin Gastroenterol 2012; 28: 63-69; Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2012; 9:

35 Simbiose (ou eubiose) versus Disbiose Simbiose (Equilíbrio) Iannitti & Palmieri. Clin Nutr 2010; 29: Cerf-Bensussan & Gaboriau-Routhiau. Nat Rev Immunol 2010;10:

36 Simbiose versus Disbiose Simbiose (Equilíbrio) Disbiose (Desequilíbrio) Fatores genéticos Estilo de vida (dieta, estresse) Infecções Higiene/Alergia Antibióticos Iannitti & Palmieri. Clin Nutr 2010; 29: Cerf-Bensussan & Gaboriau-Routhiau. Nat Rev Immunol 2010;10:

37 Simbiose versus Disbiose Situações associadas.: SII, DDC, DII, halitose, atopia, doenças autoimunes, obesidade, câncer de cólon, pouchitis Simbiose (Equilíbrio) Disbiose (Desequilíbrio) Fatores genéticos Estilo de vida (dieta, estresse) Infecções Higiene/Alergia Antibióticos Iannitti & Palmieri. Clin Nutr 2010; 29: Cerf-Bensussan & Gaboriau-Routhiau. Nat Rev Immunol 2010;10:

38 Simbiose versus Disbiose Situações associadas.: SII, DDC, DII, halitose, atopia, doenças autoimunes, obesidade, câncer de cólon, pouchitis Simbiose (Equilíbrio) Disbiose (Desequilíbrio) Alt. Inflamatórias Alt. Imunológicas Fatores genéticos Estilo de vida (dieta, estresse) Infecções Higiene/Alergia Antibióticos Iannitti & Palmieri. Clin Nutr 2010; 29: Cerf-Bensussan & Gaboriau-Routhiau. Nat Rev Immunol 2010;10:

39 Simbiose versus Disbiose Situações associadas.: SII, DDC, DII, halitose, atopia, doenças autoimunes, obesidade, câncer de cólon, pouchitis Simbiose (Equilíbrio) Disbiose (Desequilíbrio) Alt. Inflamatórias Alt. Imunológicas Fatores genéticos Estilo de vida (dieta, estresse) Infecções Higiene/Alergia Antibióticos Diarreia Dor abdominal Flatulência Meteorismo Borborigmos Iannitti & Palmieri. Clin Nutr 2010; 29: Cerf-Bensussan & Gaboriau-Routhiau. Nat Rev Immunol 2010;10: Young VB. Curr Opin Gastroenterol 2012; 28: 63-69

40 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

41 Doença Inflamatória Intestinal - DII

42 % de pacientes com cfu/µL DII Concentrações Bacterianas Biopsias ileocolônicas Controle n=40 RCU n=19 P<0,05 CROHN n=54 Gastroenterology 2002; 122:44-54

43 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:

44 Disbiose e DII Características RCU Crohn 1. Diversidade (Firmicutes, Bacteroidetes) 2. Estabilidade 3. Perfil Actinobacteria Proteobacteria Bacteroidetes ( família Prevotellaceae) 4. Bifido / Lacto 5. Faecalibacterium prausnitzii 6. Bactérias agressivas (Firmicutes) Roseburia Enterobacteriaceae Ruminococcus gnavus (Crohn ileal) Desulfovibrio sp Fusobacterium varium Fusobacterium nucleatum E. coli ( virulência, invasiva) E. coli ( virulência, invasiva) E. coli (AIEC) Bolsite ( pouchitis ) Proteobacteria Bacteroidetes Manichanh C et al. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2012;9: Jonkers D et al. Drugs 2012; 72:803-23

45 Disbiose na doença de Crohn Pacientes x Controles (Gel de Eletroforese) Mediana Bandas Bactérias 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 (c) 11,00 Espécies desc. de Clostridium (cluster XIVa) Ruminococcus gnavus 0,57 (0-2,39) 1,63 (0,78-2,93) 0,03 0 (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 Joossens M et al. Gut 2011;60:631-7

46 Número de F. prausnitzii (log 10/g fezes) Número de R. gnavus (log 10/g fezes) Número de B. adolescentis (log 10/g fezes) Disbiose na doença de Crohn Pacientes x Parentes x Controles (PCR) F. prausnitzii Ruminococcus gnavus Bifido adolescentis 15 P= 6, P= 2, P= 1, Crohn Parentes assintom. Controles 0 Crohn Parentes assintom. Controles 0 Crohn Parentes assintom. Controles Joossens M et al. Gut 2011;60:631-7

47 Disbiose na doença de Crohn Parentes assintomáticos x Controles (Gel de eletroforese) Bandas Bactérias Parentes assintomáticos n= Ruminococcus torques Membro do grupo Escherichia coli-shigella Collinsella aerofaciens Mediana Controles n=55 P 1.83 (0,42-3,74) 0 (0-2,21) (0-0) 0 (0-0,20) (0-0) 0 (0-0,78) Joossens M et al. Gut 2011;60:631-7

48 Doença de Crohn e microbiota intestinal Indivíduos normais Simbiose Parentes assintomáticos de pacientes com Crohn Pacientes com Crohn Disbiose I Perfil de bactérias que degradam mucina Disbiose II Perfil de redução de formação de butirato, além da degradação de mucina Joossens et al. Gut 2011;60:

49 Progressão da DII 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 Adaptado de Dalau RS & Chang EB. J Clin Invest 2014;124:

50 Modelo de progressão da DII do estágio pré-clínico ao clínico Insulto secundário Infecções Drogas... ATG16L1 NOD2 IL23R MHC... Predisposição genética Tabagismo Ambiente Higiene Dieta Fatores ambientais Perda da barreira Perda da tolerância bacteriana Disbiose Início da doença (assintomático) Expansão/amplificação da inflamação Ativação da resposta adquirida Anticorpos circulantes Inflamação subclínica Resposta imune não controlada Lesão intestinal Remodelação tecidual Sintomas Diagnóstico de DII Adaptado de Torres J et al. Gut 2016; 65:1061-9

51 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 )

52 Patogênese da doença inflamatória intestinal (DII) O jogo dos omas Expossoma Genoma DII Microbioma Imunoma Fiocchi C. J Gastroenterol Hepatol 2015; 30 (Suppl 1): Souza HSP et al. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2016; 13: 13-27

53 Fiocchi C et al, 2016 (in press) O interactoma da DII: Uma rede de interações positivas e negativas Expossoma (Ambiente) Genoma (Genes) Outros omas Microbioma (Microbiota intestinal) Imunoma (Resposta imune)

54 Expossoma (Inúmeros fatores) Interactoma na DII Genoma (n=206 associações) DII Microbioma (10 14 bactérias + fungos + vírus) Imunoma (~1000 células e moléculas) Fiocchi C et al, 2016 (in press)

55 Interação (rede) de DII tipo 1: Tratamento: intervenções sobre micróbios e aspectos imunes Expossoma Genoma DII Microbioma Imunoma

56 Interação (rede) de DII tipo 2: Tratamento: microbiano, immune e intervenções genômicas Expossoma Genoma DII Microbioma Imunoma

57 Interação (rede) de DII tipo 3: Tratamento: estilo de vida e intervenções imunológicas Expossoma Genoma DII Microbioma Imunoma

58 Biologia de sistemas: em busca dos nós

59 Complementary expertise needed to define IBD networks and identify specific molecular target for therapy Bioinformatics biologists CCF/Emory UCLA CSBM Caltech UCSD Clinical / basic investigators IBD interactome network Cortesia Dr C. Fiocchi

60 From patients to therapy IBD Systems Biology Approach Cortesia Dr. D. Iliopoulos

61 O interactoma da DII: implicações terapêuticas (conceito de tratamento personalizado) Expossoma Análise ômica Genoma Imunoma Interactoma da DII Análise ômica Análise ômica Microbioma intestinal Análise ômica Adapt. de Fiocchi C. J Gastroenterol Hepatol 2015; 30 (Suppl 1): Integração multiômica das várias redes na DII Terapia personalizada: Identificação correta do alvo (nós) Especificidade absoluta Potencialmente curativo

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63 Obrigado

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65 From patients to therapy IBD Systems Biology Approach Cortesia Dr. D. Iliopoulos

66 Nature 2007; 448: Gut 2011; 60: N Engl J Med 2011; 365: J Clin Invest 2014; 124: DII Etiopatogenia Defeito na imunidade inata Suscetibilidade genética Fatores ambientais DII Amplificação da resposta adquirida Diminuição da tolerância Redução da apoptose