Site da USP
Facebook

Journal Club 05

Como a microbiota intestinal regula a inflamação provocada pelo estresse psicológico?

Journal Club  02.09.2020 – Apresentadoras: Rafaela Mano Guimarães e Isabela Maria de Mello
Revisado por Ademilson Panunto Castelo e Andressa Fisch

É sabido que o estresse psicológico está presente no dia a dia de todos, influenciando na produtividade e prejudicando a saúde humana1. Ao nos depararmos com estressores, o sistema nervoso simpático (SNS) e o eixo hipotálamo-pituitária-adrenal (HPA) são ativados e hormônios são liberados para lidar com esse evento e restabelecer a homeostase2. Desses hormônios ligados à resposta ao estresse, destacam-se os glicocorticoides, os quais são secretados pelo eixo HPA, também sendo conhecidos por sua ação imunossupressora3. Paradoxalmente, no contexto de episódios de vaso-oclusão (VOEs) em pacientes com doença falciforme, eles parecem piorar esse quadro4, desempenhando assim uma função pró-inflamatória5. A anemia falciforme (SCD, sickle cell disease) é causada por uma mutação pontual no gene b-globina, fazendo com que as hemácias tenham formato de foice (sRBCs), o que aumenta a sua aderência com outras células sanguíneas e com o endotélio, e sob estresse, contribui para ocorrência de VOEs4. Curiosamente, uma subpopulação de neutrófilos com baixa expressão de CD62L e alta expressão de CXCR4, chamados “neutrófilos envelhecidos”, foi a mais relacionada com a ocorrência de VOEs, sendo seu aumento promovido de alguma maneira pela microbiota6,7. Em um estudo bastante elegante, Xu e colaboradores demonstraram como a produção de glicocorticoides decorrentes do estresse e seus efeitos sobre a permeabilidade e a microbiota intestinal estimulam a formação e manutenção desses neutrófilos envelhecidos na circulação, contribuindo para o desenvolvimento dos episódios de VOEs no contexto da anemia falciforme.

Durante todo o trabalho, os pesquisadores utilizaram animais SCD e desencadearam o estresse com um modelo bem caracterizado, no qual os animais são inseridos em tubos plásticos de 50ml bem ventilados, por 2 noites consecutivas (12 horas), num total de 3 dias. Além disso, o desenvolvimento de VOEs foi induzido por meio da injeção de TNF, que contribui para o aumento de respostas inflamatórias, levando ao aumento na adesão de leucócitos e redução no rolamento dessas células no endotélio de vênulas pós-capilares, reduzindo o fluxo sanguíneo e aumentando as interações entre leucócitos e sRBCs. Trabalhos anteriores do próprio grupo sugerem que neutrófilos envelhecidos são mais ativos e mais aderentes às vênulas e podem mediar os VOEs em SCD.

Baseado nisso, os autores investigaram inicialmente se o estresse poderia realmente influenciar no aumento de neutrófilos envelhecidos (CXCR4hiCD62Llo). Claramente, os animais SCD que foram estressados apresentaram um aumento dessa subpopulação, além de uma neutrofilia diretamente associada com os VOEs. Sabendo que a população de neutrófilos envelhecidos pode ser controlada pela microbiota em homeostase, o objetivo seguinte foi avaliar se a microbiota influência de alguma maneira os processos inflamatórios induzidos pelo estresse. Os animais SCD tratados com um coquetel de antibióticos (ABX), para depleção da microbiota, apresentaram uma redução na expansão dos neutrófilos envelhecidos quando colocados sob estresse, bem como uma melhora nos VOEs, demonstrando que a microbiota comensal é o principal componente biológico que impulsiona a expansão de neutrófilos envelhecidos induzidos por estresse.

Apesar desses achados iniciais, era necessário entender como o estresse modula a microbiota comensal e, assim, induz a expansão dos neutrófilos envelhecidos. Ao mensurar as citocinas pró-inflamatórias presentes no plasma dos animais estressados, observaram um aumento principalmente de IL-17A, G-CSF e IL-6, que foram significativamente reduzidas nos animais tratados com ABX. Esses resultados levaram a hipótese de que a microbiota poderia influenciar a produção de IL-17A, a qual é um potente indutor de G-CSF, que estimula a produção de neutrófilos. Para confirmar o papel da IL-17, os animais foram tratados com o anticorpo anti-IL-17A, o que além de reduzir a expansão dos neutrófilos envelhecidos, também reduziu a ocorrência de VOEs e melhorou a sobrevida dos animais. Como esperado, na lâmina própria do intestino delgado foi observado um aumento da população de células Th17 durante o estresse, sugerindo que a IL-17A derivada de células Th17 é essencial para a expansão dos neutrófilos envelhecidos induzidos pelo estresse e, consequentemente, a exacerbação dos VOEs em animais SCD. Tendo em vista que as bactérias filamentosas segmentadas (SFB) colonizam o intestino delgado e são potentes indutoras de células Th17, animais germfree (GF) foram colonizados com SFB por transferência fecal e submetidos ao estresse. Esses animais apresentaram um aumento no número de neutrófilos envelhecidos quando comparado aos animais não colonizados, se comportando de modo semelhante aos animais com microbiota normal. Esses resultados deram suporte à ideia de que SFB é uma importante comensal que por meio da ativação das células Th17 impulsiona o aumento de neutrófilos envelhecidos envolvidos com VOEs. Entretanto, para que as células Th17 que estão na lâmina própria tenham acesso aos antígenos das SFB, as quais estão na luz do intestino, é necessário que ocorra aumento da permeabilidade intestinal. Para mensurar esse aspecto, os animais SCD foram tratados com FITC-dextrana por gavagem, podendo ser mensurada a fluorescência no sangue caso tenha ocorrido um aumento da permeabilidade intestinal. Os autores encontraram aumento significativo das concentrações desse composto no soro de animais estressados quando comparado aos não estressados. Como foi encontrado que apenas os hormônios glicocorticoides variavam durante as dinâmicas experimentais de estresse, foi investigada a relação entre glicocorticoides gerados pelo estresse e permeabilidade da microbiota. Assim, os animais foram tratados com inibidores da síntese de glicocorticoides, que além de reduzirem o número de neutrófilos envelhecidos e os níveis plasmáticos de IL-17A, aboliram o aumento da permeabilidade intestinal, que foi acompanhado por uma melhora resposta inflamatória e maior sobrevivência dos animais, indicando menos episódios de VOEs durante anemia falciforme.

Com esses resultados, é possível concluir que o estresse ativa o eixo HPA que desencadeia a secreção de glicocorticoides, responsáveis assim por aumentar a permeabilidade intestinal, permitindo que as SFB presentes na microbiota intestinal tenham acesso as células Th17 ativando-as. Como resposta, as células Th17 produzem citocinas, que ao entrarem na circulação promovem a produção e o acumulo de neutrófilos envelhecidos. Essa neutrofilia gerada está diretamente associada com os VOEs, uma vez que esses neutrófilos podem se aderir as sRBCs da anemia falciforme. Dessa maneira, a inibição da síntese de corticoides, o esgotamento de SFB ou o bloqueio das moléculas inflamatórias, sinalizam importantes vias terapêuticas para intervenção e assim reduzir VOEs em pacientes falciformes.

 

Figura 1: Formação de vaso oclusão desencadeado por estresse. Os glicocorticoides produzidos pela ativação do eixo HPA, aumentam a permeabilidade intestinal. Dessa forma, a microbiota intestinal estimula células Th17, as quais produzem IL-17A e G-CSF. G-CSF atua aumentando a granulopoiese na medula óssea. O aumento do pool de neutrófilos “envelhecidos” circulante se ligará com as hemácias falciformes, ocasionando assim episódios de vaso-oclusão.

 

REFERÊNCIAS:

1Schneiderman, N., Ironson, G., and Siegel, S.D. (2005). Stress and health: psychological, behavioral, and biological determinants. Annual Review of Clinical Psychology. 1, 607–628.

2Ulrich-Lai, Y.M., and Herman, J.P. (2009). Neural regulation of endocrine and autonomic stress responses. Nature Reviews Neuroscience. 10, 397–409.

3Cain, D.W., and Cidlowski, J.A. (2017). Immune regulation by glucocorticoids. Nature Reviews Immunology. 17, 233–247.

4Sundd, P., Gladwin, M.T., and Novelli, E.M. (2019). Pathophysiology of sickle cell disease. Annual Review of Pathology. 14, 263–292.

5Darbari, D.S., Fasano, R.S., Minniti, C.P., Castro, O.O., Gordeuk, V.R., Taylor, J.G., 6th, and Rehm, J.Y. (2008). Severe vaso-occlusive episodes associated with use of systemic corticosteroids in patients with sickle cell disease. Journal of the National Medical Association. 100, 948–951.

6Casanova-Acebes, M., Pitaval, C., Weiss, L.A., Nombela-Arrieta, C., Che` vre, R., A-Gonza´ lez, N., Kunisaki, Y., Zhang, D., van Rooijen, N., Silberstein, L.E., et al. (2013). Rhythmic modulation of the hematopoietic niche through neutrophil clearance. Cell 153, 1025–1035.

7Zhang, D., Chen, G., Manwani, D., Mortha, A., Xu, C., Faith, J.J., Burk, R.D., Kunisaki, Y., Jang, J.E., Scheiermann, C., et al. (2015). Neutrophil ageing is regulated by the microbiome. Nature 525, 528–532.