Terapia contra micobactérias baseada no genótipo do hospedeiro

Figura adaptada de Tobin et al, 2012, Cell.

Vitor R R de Mendonça

Publicado originalmente no blog da SBI (SBlogI)

Em um estudo recentemente publicado na Cell, Tobin e cols. associaram estados pró-inflamatórios e anti-inflamatórios induzidos pelo gene LTA4H (leukotriene A4 hydrolase) e a terapia imunomoduladora na infecção por micobactéria em zebrafish e humanos. 

A primeira parte do estudo mencionado foi realizada no peixe zebrafish infectado pelo Mycobacterium marinum. Observou-se que larvas de zebrafish alteradas geneticamente com perda da função do LTA4H tinham altos níveis da lipoxina, uma molécula anti-inflamatória que aumenta a susceptibilidade à infecção pelo M. marinum através da inibição da transcrição do TNF. Baixos níveis de TNF aumentam a necrose e o crescimento bacteriano intramacrofágico. Por outro lado, larvas de zebrafish com aumento da transcrição do gene LTA4H estão associadas com maiores níveis de leucotrieno B4 (LTB4), produto da reação catalisada pela LTA4 hidrolase (vide figura acima). O aumento dos níveis da molécula pró-inflamatória LTB4 foi relacionado à elevação da concentração de TNF, que também foi associada a uma maior susceptibilidade do zebrafish à infecção pelo M. marinum por aumentar a necrose de macrófagos e o crescimento extracelular das bactérias. Portanto, tanto a alta como a baixa expressão de LTA4H estão associadas à infecção pela micobactéria, sendo por uma resposta anti-inflamatória induzida pela lipoxina ou através de uma resposta pró-inflamatória pelo LTB4, ambas tendo o TNF como molécula efetora.

A segunda parte do estudo consistiu em verificar alterações genéticas no LTA4H em humanos que possam influenciar na evolução da meningite tuberculosa (uma das formas graves da tuberculose em humanos). Verificou-se que um SNP (single nucleotide polymorphism) rs17525495 C/T na região de início de transcrição do gene LTA4H está correlacionado com níveis diferentes da sua enzima. Homozigotos mutantes (T/T) apresentaram os maiores níveis de RNAm e da proteína LTA4 hidrolase, enquanto os homozigotos selvagens (C/C), os menores níveis; tendo a condição heterozigota (C/T) níveis intermediários de LTA4H. Os autores perceberam que as alterações genéticas induzidas em larvas de zebrafish para modificar a expressão de LTA4H já existiam naturalmente em humanos. 

O próximo passo de Tobin e cols. foi verificar se este SNP poderia influenciar na evolução e terapêutica dos indivíduos com meningite tuberculosa. O uso de glucocorticóides (dexametasona) como tratamento anti-inflamatório contra a meningite tuberculosa é controverso devido a um modesto efeito benéfico evidenciado em diversos estudos. No seguimento de 182 pacientes vietnamitas com meningite tuberculosa, percebeu-se que aqueles com os genótipos T/T (alta expressão de LTA4H) e C/C (baixa expressão de LTA4H) tiveram maior mortalidade do que heterozigotos C/T. Observou-se que a terapia anti-inflamatória com dexametasona aumentou significativamente a sobrevida em indivíduos T/T e diminuiu naqueles C/C. Entretanto, os indivíduos C/C tiveram maior sobrevida enquanto aqueles T/T tiveram alta mortalidade no grupo que não usou a dexametasona (vide figura acima). Portanto, o uso da terapia anti-inflamatória seria benéfica apenas nos indivíduos T/T por terem um padrão de resposta pró-inflamatória pelo excesso de LTB4 e TNF. Nos pacientes C/C com padrão de resposta anti-inflamatória secundária a níveis elevados de lipoxina e menores concentrações de TNF, o uso de dexametasona pode inclusive aumentar a morbimortalidade.

A terapêutica baseada no genótipo do paciente é um avanço científico para entender e superar os fatores individuais relacionados à resistência ao tratamento das enfermidades. O estudo de Tobin e cols. merece atenção especial devido aos dados robustos e pioneiros, assim como pela argumentação coerente. Contudo, outros estudos em diferentes populações e com outras doenças inflamatórias serão necessários para ratificar a relevância da terapia baseada no genótipo do LTA4H proposta pelo trabalho supracitado.

Tobin DM, Roca FJ, Oh SF, McFarland R, Vickery TW, Ray JP, Ko DC, Zou Y, Bang ND, Chau TT, Vary JC, Hawn TR, Dunstan SJ, Farrar JJ, Thwaites GE, King MC, Serhan CN, & Ramakrishnan L (2012). Host genotype-specific therapies can optimize the inflammatory response to mycobacterial infections. Cell, 148 (3), 434-46 PMID: 22304914

Participação de vias mediadas por eicosanóides na regulação da imunidade adaptativa contra o Mycobacterium tuberculosis

Post de Theolis Barbosa Bessa.

Publicado originalmente no SBlogI.

A interferência de micobactérias tuberculosas virulentas no tráfico de vesículas intracelulares é bastante estudada como estratégia de evasão à digestão pelas enzimas lisossomais. O M. tuberculosis sobrevive no interior do macrófago em um fagossomo primário, cuja fusão com o lisossomo é inibida pela lipoarabinomanana com resíduo de manose terminal (ManLAM), um fosfatidilinositol manosídeo da parede do bacilo (1).

Divangahi e colaboradores têm demonstrado que, além dessa capacidade de interferir com o tráfico lisossomal para evitar a maturação do fagossomo, o bacilo também interfere com o tráfico lisossomal e de vesículas do Golgi para a membrana plasmática, que constitui um importante mecanismo de reparo da membrana celular (2). Como o bacilo também induz a geração de microrupturas na membrana plasmática, a célula infectada evolui para a morte. M. tuberculosis H37Rv induz a produção de lipoxina A₄ (LXA₄), inibindo a produção de prostaglandina E₂ (PGE₂). A PGE₂ induz a exocitose de lisossomos através de uma via dependente de cAMP e elevação do cálcio intracelular, e sua inibição pelo M. tuberculosis impede que a célula repare a membrana plasmática. Além disso, predispõe a célula hospedeira para a necrose, o que os autores demonstram in vitro e in vivo utilizando camundongos deficientes na síntese de LXA₄ (Alo5^-/-) ou deficientes na produção de PGE₂ (Pgtes^-/-).

Em trabalho recente, Divangahi e colaboradores procuraram estabelecer a importância da inibição da PGE₂ pelo bacilo na indução da resposta imune à infecção tuberculosa. Os autores demonstraram que nos camundongos Alo5^-/- infectados com M. tuberculosis as células T CD8⁺ específicas para antígenos da micobactéria acumulam-se mais cedo no linfonodo drenante e nos pulmões, resultando em diminuição da carga bacilar em comparação com camundongos do tipo selvagem (3). O acúmulo precoce de células T CD8⁺ efetoras contra o bacilo foi dependente da presença de células dendríticas e da apresentação de antígenos via proteína adaptadora de transporte 1 (TAP1) e complexo principal de histocompatibilidade do tipo I (MHC I), além da ocorrência de apoptose mediada por caspases 8 e 9. Os autores sugerem que a indução de apoptose durante o processo inflamatório constitui um mecanismo importante de indução da resposta imune precoce na infecção tuberculosa, por favorecer a apresentação cruzada de antígenos por células dendríticas a células T CD8⁺.

O estudo de Divangahi e colaboradores é muito importante por demonstrar mais um mecanismo onde se evidencia a interdependência entre os fenômenos celulares e a resposta imune, nesta complexa interação entre a micobactéria e o hospedeiro. Mais estudos serão necessários para avaliar se esta indução precoce da resposta imune contra o bacilo pode levar à proteção do hospedeiro contra a micobactéria. Foi demonstrado que a vacinação com Bacilo de Calmette-Guérin (BCG) é capaz de induzir uma resposta 5 dias mais precoce de migração de células T efetoras para os pulmões de camundongos desafiados com a micobactéria tuberculosa, mas apesar da redução da carga bacilar em um log a doença se produziu tanto nos animais experimentais vacinados como nos controles (4). A vacina BCG também tem uma eficácia muito variável contra a tuberculose em populações humanas, indicando que a resposta no homem pode divergir da encontrada no modelo murino.

Referências:

1. Fratti RA, Chua J, Vergne I, Deretic V. Mycobacterium tuberculosis glycosylated phosphatidylinositol causes phagosome maturation arrest. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003 Abr 29;100(9):5437-5442.

2. Divangahi M, Chen M, Gan H, Desjardins D, Hickman TT, Lee DM, et al. Mycobacterium tuberculosis evades macrophage defenses by inhibiting plasma membrane repair. Nat. Immunol. 2009 Ago;10(8):899-906.

3. Divangahi M, Desjardins D, Nunes-Alves C, Remold HG, Behar SM. Eicosanoid pathways regulate adaptive immunity to Mycobacterium tuberculosis. Nat. Immunol. 2010 Ago;11(8):751-758.

4. Cooper AM, Khader SA. The role of cytokines in the initiation, expansion, and control of cellular immunity to tuberculosis. Immunol. Rev. 2008 Dez;226:191-204.

O Mycobacterium tuberculosis interfere no tráfico intracelular de vesículas e impede a morte celular por apoptose. O bacilo virulento inibe a fusão fagossomo-lisossomo, processo que depende da aquisição da proteína G de endereçamento intracelular Rab7 pelo fagossomo. O bacilo também interfere na exocitose de vesículas lisossomais e do Golgi para a membrana plasmática (MP), mecanismo responsável pelo reparo da MP. A exocitose dessas vesículas é dependente da elevação do cálcio intracelular, que sinaliza a receptores na superfície das mesmas (sensor neuronal de cálcio 1 – NCS-1, em vesículas do Golgi, e sinaptotagmina 7 – Syt-7, em lisossomos). A inibição da elevação intracelular do cálcio é um fenômeno bem estudado na infecção por bacilos virulentos. Por outro lado, a inibição, por esses bacilos, da síntese de PGE₂ por indução de LXA₄ leva à inibição da liberação de fosfatidil inositol trifosfato (PI(3)K), que media a exocitose de vesículas lisossomais e a maturação do fagossomo, e à predisposição para indução de necrose em lugar da apoptose. A apoptose do macrófago infectado também é inibida pela indução da proteína de superfície da mitocôndria Bcl2 (B cell lymphoma 2). A inibição da apoptose interfere na apresentação cruzada de antígenos e indução precoce da resposta imune, e favorece a morte por necrose, que libera bacilos viáveis, capazes de infectar novos macrófagos.

Divangahi M, Desjardins D, Nunes-Alves C, Remold HG, & Behar SM (2010). Eicosanoid pathways regulate adaptive immunity to Mycobacterium tuberculosis. Nature immunology, 11 (8), 751-8 PMID: 20622882

IL-32: proteção ou exacerbação da patogênese na infecção por M. tuberculosis?

Post de Theolis Barbosa Bessa

A apoptose de macrófagos infectados por Mycobacterium tuberculosis parece ser um importante mecanismo de defesa contra o bacilo. As bactérias liberadas das células pouco responsivas podem dessa forma ser disponibilizadas para fagocitose e destruição intracelular por macrófagos ativados recrutados para o local de infecção. Corroborando essa hipótese, a capacidade de inibição da apoptose dos macrófagos hospedeiros tem sido relacionada à virulência de micobactérias (Velmurugan et al. 2007). A indução de apoptose em macrófagos infectados por M. tuberculosis está associada à sinalização pelos receptores toll-like 2 e 4, e à produção de TNF (Sánchez et al. 2009) e de superóxido (Hinchey et al. 2007). 

A IL-32 é uma citocina pró-inflamatória produzida por linfócitos T, células NK, monócitos e células epiteliais, sendo estas últimas a fonte predominante da citocina. Ela é encontrada em 4 variantes de splicing (IL-32α, IL-32β, IL-32δ e IL-32γ), sendo mais abundante o transcrito IL-32α. Sua produção é estimulada por IFN-γ e essa citocina tem como efeito o aumento da produção de IL-1β, IL-6, IL-8 e TNF. A IL-32 aparentemente não é secretada; sua liberação ocorreria apenas por morte celular. A liberação de IL-32 tem sido associada à indução de apoptose e à amplificação da inflamação nas doenças inflamatórias crônicas do intestino e na artrite reumatóide, além da infecção tuberculosa (Andoh et al.2008).

No artigo de Bai e colaboradores (2010) os autores demonstram que na infecção de células humanas de linhagem macrofágica THP-1 com M. tuberculosis a IL-32 tem papel na indução de apoptose, que é pelo menos em parte mediada pela caspase 3. A inibição da produção de IL-32 também foi associada à grande diminuição da produção de TNF e ao aumento da carga bacilar nos macrófagos infectados, sugerindo um papel direto da IL-32 e da apoptose no controle do bacilo. Cabe ressaltar, no entanto, que a IL-32 também foi implicada na apoptose de linfócitos T induzida por ativação (Goda et al. 2006), e elevada apoptose destas células em indivíduos com tuberculose ativa foi associada à anergia nestes pacientes (Abebe et al. 2010). Como observado na literatura em relação ao TNF, é possível que a IL-32 tenha papel dual na infecção por M. tuberculosis, estando implicada tanto na proteção quanto na exacerbação da doença.

Bai, X., Kim, S., Azam, T., McGibney, M., Huang, H., Dinarello, C., & Chan, E. (2010). IL-32 Is a Host Protective Cytokine against Mycobacterium tuberculosis in Differentiated THP-1 Human Macrophages The Journal of Immunology, 184 (7), 3830-3840 DOI: 10.4049/jimmunol.0901913