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• Milagros Elaine Blas Pizarro

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INFORME: "Influencia de la microbiota sobre la regulación del sistema inmune"

INTRODUCCIÓN La relación entre el sistema inmune y la microbiota juega un importante papel en el mantenimiento de la homeostasis metabólica y determina el desarrollo de patologías como alergias, enfermedades intestinales y cardiovasculares, cáncer, diabetes y obesidad. Aunque el conocimiento de esta interacción a nivel molecular aún es incompleto, se ha logrado establecer una relación entre la alteración de la composición de la flora intestinal y una desregulación del sistema inmune a nivel de respuesta innata y adaptativa. De esta manera, el progreso en los campos de la genómica y la metagenómica ha permitido identificar y caracterizar los microorganismos menos abundantes de la microbiota, así como aquellos no cultivables, haciendo posible un estudio más exhaustivo de los cambios en el equilibrio de la microbiota, que pueden causar, por ejemplo, la inflamación del tejido adiposo, provocando alteraciones en el proceso de diferenciación de los preadipocitos, la retención anormal de líquidos y la destrucción de células β productoras de insulina por células del propio sistema inmune.

OBJETIVOS  Realizar un análisis sobre el papel que tiene el microbiota intestinal en la regulación del sistema inmune.  Establecer como influye la alteración de la composición del microbiota intestinal y un desequilibrio del sistema inmunitario en la aparición de la enfermedad.  Identificar terapias inmunes para bloquear rutas implicadas en enfermedades inflamatorias intestinales crónicas.

MARCO TEÓRICO FUNCIONES DE LA MICROBIOTA INTESTINAL: La interrelación entre la microbiota intestinal y el huésped humano es simbiótica, nosotros les ofrecemos hábitat y nutrientes y a cambio recibimos funciones únicas, contribuyendo a la homeostasis intestinal inmunológica y metabólica. Muchos autores consideran el conjunto de la microbiota intestinal como un “auténtico órgano”. Una microbiota intestinal normal constituye una barrera protectora contra los patógenos gracias al espacio que ocupa, a la capacidad de secreción de sustancias antimicrobianas y a la acidificación del medio al segregar ácidos orgánicos. Además, la bacterias beneficiosas mantienen a las células epiteliales sanas, regulando el proceso de renovación constante, fortaleciendo la defensa frente a microorganismos invasores. El intestino no podría digerir ciertos nutrientes de los alimentos sin la ayuda de las bacterias beneficiosas. La microbiota intestinal interviene en procesos metabólicos ya que digieren proteínas, descomponen lípidos y fermentan los polisacáridos obtenidos de la fibra dietética dando lugar a monosacáridos y ácidos grasos de cadena corta como acetato, propionato y butirato. El acetato es usado por los miocitos y cardiomiocitos, el propionato interviene en la gluconeogénesis hepática y el butirato proporciona un efecto antiinflamatorio y es una fuente de energía para las células epiteliales, además de ser usado por Clostridium spp. para muchas de sus funciones metabólicas Además, cepas del género Escherichia producen vitamina K, B6 y B12, otras bacterias beneficiosas producen ácido pantoténico, ácido fólico, tiamina (vitamina B1), riboflavina (vitamina B2) y favorecen la absorción de calcio y hierro en el colon. También son capaces de neutralizar nitratos, xenobióticos y otras sustancias tóxicas (12). La microbiota intestinal, a través de su reconocimiento por parte de componentes intestinales, ejerce una función inmunomoduladora, promoviendo la producción de mediadores y generando respuestas para mantener la homeostasis intestinal inmunológica (4). Además, la microbiota induce el desarrollo de la inmunidad innata y específica o adquirida, estimulando y coordinando la respuesta inmune del tracto gastrointestinal. Esto implica la existencia de un equilibrio entre el sistema inmune, la microbiota y la mucosa intestinal, es decir, la mucosa intestinal a través de señales y receptores tiene que confinar la respuesta inflamatoria contra las bacterias comensales mientras que tienen que promover mecanismos de defensa contra los patógenos, todo esto con la ayuda del sistema inmunitario EL SISTEMA INMUNE INTESTINAL: El intestino es la primera barrera frente al exterior, donde, además de los alimentos, llegan todo tipo de bacterias, virus, toxinas que provienen de la alimentación y del exterior. En el intestino el organismo debe ser capaz de identificar y diferenciar las moléculas y bacterias que no son patógenas, es decir, las que necesitamos de las que representan una amenaza y frente a las cuales debe reaccionar. Esto es posible gracias a la compleja estructura del sistema inmunitario con una fracción muy importante dentro del intestino (GALT) donde se relaciona estrechamente con la microbiota para generar respuestas inmunitarias.

La pared del tubo digestivo puede ser dividida en cuatro capas básicas: serosa, muscular externa, submucosa y mucosa. Aunque existen rasgos comunes en la organización general del tejido, la estructura del tracto gastrointestinal varía mucho de una región a otra, lo cual refleja la función especializada de una región concreta. La protección frente a los agentes potencialmente dañinos se establece mediante diversos factores, como la saliva, el ácido gástrico, el peristaltismo, el moco, las enzimas proteolíticas, la microbiota intestinal, la capa de células epiteliales que cubre la capa mucosa y el sistema inmunológico intestinal. El sistema inmune nos permite hacer frente a las infecciones y salir con éxito de estas gracias al reconocimiento de antígenos y a la producción de respuestas acorde con el tipo de antígeno. El tejido linfoide asociado a la mucosa intestinal (GALT) representa la mayor masa de tejido linfoide en el organismo y, por tanto, constituye un elemento de gran importancia en la capacidad inmunológica total del huésped. Las funciones reguladoras de la respuesta inmunitaria intestinal ocurren en dos tipos de compartimentos del GALT: los tejidos linfoides organizados en forma de agregados, como las placas de Peyer, o los tejidos linfoides difusos formados por células inmunitarias dispersas distribuidas en la lámina propia de la mucosa (linfocitos, células plasmáticas, macrófagos, células dendríticas) o en el epitelio intestinal (linfocitos intraepiteliales, IELs) Una de las funciones más importantes del GALT es la distinción entre los microorganismos comensales y los microorganismos patógenos, e inducción de la tolerancia sistémica frente a los antígenos luminales. DESDE EL NACIMIENTO: El desarrollo del sistema inmunitario empieza en el nacimiento y va madurando gracias a nuestra microbiota. Gracias a interacciones fundamentales en el momento del nacimiento, las bacterias adquiridas que van colonizando el organismo del recién nacido en el parto y en la lactancia ayudan a construir el sistema inmunitario. En retorno, el sistema inmunitario ayuda a mantener el equilibrio en los grupos funcionales de bacterias, controlando el crecimiento de las bacterias protectoras en edades tempranas y limitando el crecimiento de las potencialmente patógenas. En edades tempranas el sistema inmunitario es inmaduro, lo que permite una correcta colonización por las bacterias sin desarrollar una respuesta inflamatoria excesiva, para construir poco a poco una microbiota estable. Cuando la microbiota está regulada y coopera de forma apropiada, controla el desarrollo y el constante entrenamiento del sistema inmunitario del anfitrión estableciendo un diálogo para obtener una homeostasis durable. ¿CÓMO NUESTRA INFLAMACIÓN?

MICROBIOTA

INTERVIENE

EN

UNA

INFECCIÓN

/

Una infección, una inflamación son respuestas del sistema inmunológico frente a agentes patógenos con el objetivo de eliminarlos. Recientes investigaciones en Princeton University demuestran que las bacterias son capaces de iniciar acciones en grupo y no de forma aislada gracias a una comunicación particular entre ellas. Esto significa que el equilibrio entre las distintas familias presentes en el intestino es fundamental para controlar procesos inflamatorios.

En una infección se observa una disbiosis con un aumento de grupos bacterianos proinflamatorios, invasivos y la traslocación de bacterias a zonas donde habitualmente no están presentes. Varios estudios científicos demuestran que la capacidad de un microbio de provocar una enfermedad inflamatoria depende del lugar en el que se encuentra, de los grupos microbianos que tiene alrededor, del desarrollo del sistema inmunológico del anfitrión y de su genética. En suma, la patogenicidad que genera la microbiota depende del contexto. TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS EN LA ENFERMEDAD INFLAMATORIA CRÓNICA INTESTINAL: La enfermedad de Crohn (EC) y la colitis ulcerosa (CU) constituyen la denominada enfermedad inflamatoria intestinal (EII). Los avances en el conocimiento de la etiopatogenia de esta entidad se han correlacionado con la aparición de nuevos agentes terapéuticos. En el momento actual, el tratamiento médico es la piedra angular del manejo de estos procesos y la cirugía queda reservada para las complicaciones o la falta de respuesta al mismo. El arsenal terapéutico disponible incluye fármacos antiinflamatorios (aminosalicilatos y esteroides), antibióticos e inmunomoduladores (azatioprina, 6-mercaptopurina, ciclosporina y metotrexate). Todos estos fármacos producen una supresión inespecífica de los procesos inflamatorios y la utilización de los mismos en los últimos años ha determinado un gran avance en el control de la EII. Sin embargo, presentan una eficacia limitada y no se encuentran exentos de efectos secundarios. Las terapias biológicas, al menos teóricamente, tendrían mayor eficacia terapéutica y presentarían menos efectos secundarios, por lo que constituirían medios más específicos para el manejo de la enfermedad. La eficacia y seguridad del infliximab en la enfermedad de Crohn intraluminal y fistulizante (2-5), tanto para la inducción de la respuesta como para el mantenimiento de la misma, ha dado lugar a la investigación de nuevas terapias biológicas dirigidas a mecanismos específicos del proceso inflamatorio. Las terapias biológicas están constituidas por cinco tipos de agentes: 1. Preparaciones de origen biológico naturales o modificadas. Entre ellas figuran productos de origen sanguíneo, hormonas y vacunas (con microorganismos vivos, atenuados o muertos). 2. Péptidos o proteínas recombinantes. 3. Terapias basadas en anticuerpos. 4. Terapias basadas en ácidos nucleicos. 5. Terapias génicas y celulares. Los preparados biológicos que se utilizan en la práctica clínica o están en evaluación para el tratamiento de la EII son, fundamentalmente, proteínas recombinantes, anticuerpos y ácidos nucleicos.

PAUTAS DE LA ACTIVIDAD Antecedentes: Estudios realizados en animales de laboratorio han revelado que las citocinas IL-12 e IL-23 participan en la patogénesis de la enfermedad de Crohn. Datos. La estructura de la IL-12 consta del heterodímero p35 y p40 unidos covalentemente. Por otro lado, la IL-23 está formada por el heterodímero p19 y p40. Además, el receptor de IL-12 está formado por las moléculas IL-12Rβ1 e IL-12Rβ2, mientras que el receptor de IL-23 está conformado por IL-12Rβ1 e IL-23R. Hipótesis. La neutralización de IL-12 e IL-23 con anticuerpos monoclonales (AcMs) es eficaz en el control de la enfermedad de Crohn en humanos. Problema. a) ¿Qué tipo de AcMs ud. desarrollaría para ser usado en humanos que padecen de la enfermedad de Crohn? ¿Por qué? b) ¿Qué antígeno(s) utilizaría para inducir los AcMs, de modo que estos puedan bloquear el efecto de ambas citocinas? Explique su elección. c) La siguiente figura muestra la respuesta clínica de los pacientes con enfermedad de Crohn a partir del momento que inicia el tratamiento con el AcM. Indique, en base a la figura, si el AcM utilizado fue eficaz o no. Explique su respuesta.

DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD a) ¿Qué tipo de AcMs ud. desarrollaría para ser usado en humanos que padecen de la enfermedad de Crohn? ¿Por qué? Como es de nuestro conocimiento, la enfermedad de Crohn es una patología intestinal inflamatoria, la cual afecta el recubrimiento del tracto digestivo. Tenemos como antecedentes del caso presentado que

estudios

revelado

la

en

animales

han

participación

de

citocinas IL-12 e IL-23 en dicha patología.

Sabemos

que

la

estructura del IL-12 consta del heterodímero p35 y p40 unidos covalentemente, además esta interleucina promueve la activación de la inmunidad celular a través de la activación de linfocitos T colaboradores de tipo 1, mientras que la IL-23 está conformada por el heterodímero p19 y p40, esta es también un citoquina proinflamatoria que en producción aumentada cumple la función de estabilizar y mantener las enfermedades inflamatorias y autoinmunes. Como hipótesis tenemos que tras neutralizarse la IL-12 y la IL-23 con AcMs vamos a tener un control eficaz de la enfermedad de Crohn en humanos. Sabiendo todo esto podemos responder la pregunta, los anticuerpos que desarrollaría seria ANTICUERPOS MONOCLONALES RECOMBINANTES NEUTRALIZANTES, como sabemos, los anticuerpos recombinantes tienen uso terapéutico en el tratamiento contra

el

cáncer,

trasplantes

de

órganos,

enfermedades

cardiovasculares,

enfermedades autoinmunes y las que nos interesa INFLAMATORIAS. Los anticuerpos recombinantes en este caso producirán efecto terapéutico a través de la NEUTRALIZACIÓN de CITOQUINAS (IL-12 e IL-23). Como ejemplo de que este sería el mejor mecanismo tenemos al Infliximab, el cual fue aprobado en 1998 para ser usado en tratamientos contra enfermedades inflamatorias (este es utilizado también contra la enfermedad de Crohn). El Infliximab es un anticuerpo quimérico, su mecanismo de acción se da a través de la unión de forma específica a la forma soluble de la citoquina como a la unida a la membrana celular, gracias a la unión del anticuerpo a la citoquina se bloqueará la unión al receptor.

Si bien a través de este fármaco se trata la enfermedad, lo que la pregunta plantea es el desarrollo de uno nuevo. A través del propuesto (anticuerpos monoclonales recombinantes neutralizante) el mecanismo de acción sería la neutralización específica de las citoquinas IL-12 e IL-23 para poder tratar de la forma más eficaz el control de la enfermedad de Crohn. b) ¿Qué antígeno(s) utilizaría para inducir los AcMs, de modo que estos puedan bloquear el efecto de ambas citocinas? Explique su elección. La migración y el reclutamiento de linfocitos por la mucosa intestinal es un paso fundamental en el inicio y autoperpetuación de la inflamación en la EII. El bloqueo selectivo de las moléculas de adhesión implicadas en este proceso se ha logrado

mediante

la

utilización

de

anticuerpos

monoclonales

antiintegrina

a4(natalizumab) y antiintegrina α4b7(MLN-02, LDP-02) así como por oligonucleótidos antisentidos dirigidos a la molécula 1 de adhesión celular (ICAM-1). Anticuerpos frente a IL-12: La Interleucina 12 secretada por las células presentadoras de antígeno, es una citoquina clave en la promoción de la diferenciación y activación de los linfocitos T cooperadores hacia una respuesta del tipo Th1. Al recibir los anti-IL-12, se demostró en un estudio en fase 2, randomizado, doble ciego, multicéntrico, se incluyeron 79 pacientes con EC activa que fueron tratados con placebo o con anticuerpos frente a IL-12 a dosis de 1 mg o de 3mg/kg/semana administrados por vía subcutánea y se encontró en ellos una disminución de la secreción de IL-12, TNF- α por las células mononucleares. c) La siguiente figura muestra la respuesta clínica de los pacientes con enfermedad de Crohn a partir del momento que inicia el tratamiento con el AcM. Indique, en base a la figura, si el AcM utilizado fue eficaz o no. Explique su respuesta.

- El AcM utilizado sí fue eficaz, porque el uso de anticuerpos monoclonares (AcM) en el tratamiento de enfermedades intestinales inflamatorias representa una terapia bilógica muy eficaz. Además, sabemos que la enfermedad de Crohn es una enfermedad crónica inflamatoria intestinal, por lo que el uso de estos anticuerpos monoclonares resultan de gran ayuda en el tratamiento. -Un ejemplo de un anticuerpo monoclonal que se usa en este tratamiento es el infliximab, el cual presenta una potente acción antiinflamatoria.

CONCLUSIONES  El intestino no es solo un órgano destinado al tránsito de los alimentos. En efecto, el ecosistema intestinal se compone de 3 elementos que funcionan de forma sinérgica y que intervienen, cada uno a su nivel, en el proceso de defensa inmunitaria, es decir: mucosa intestinal, microbiota intestinal y sistema inmunitario intestinal. El microbiota intestinal (y sus cerca de 10 billones de bacterias) contribuye a protegernos contra los agentes patógenos por el efecto de barrera: al adherirse a la mucosa intestinal, las bacterias de la flora impiden que los microorganismos patógenos colonicen el intestino. La integridad de este ecosistema es esencial para el mantenimiento de unas buenas defensas inmunitarias.  La composición de un microbiota se caracteriza por su diversidad (número de especies diferentes presentes en un individuo) y su riqueza (número total de microorganismos presentes). Cuando esta composición se ve alterada (modificación de uno u otro de estos dos factores), el equilibrio se rompe y surge una disbiosis, la cual puede estar asociada con distintas enfermedades sin que sepamos aún de manera concreta si se trata de una causa o consecuencia de ellas.  Finalmente concluimos que actualmente son cinco los anticuerpos monoclonales aprobados en el tratamiento de esta enfermedad: tres agentes anti-TNFα, infliximab, adalimumab y golimumab; un agente dirigido frente a la integrina α4β7, el vedolizumab; y otro frente a IL-12/IL-23 o ustekinumab. No obstante, según las guías clínicas, son infliximab, adalimumab y vedolizumab a los que se recurre más comúnmente en caso de fracaso o resistencia a la terapia convencional.

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