Micróbios que auxiliam na abordagem terapêutica da asma

A asma brônquica é uma doença pulmonar inflamatória crônica que afeta mais de 300 milhões de pessoas em todo o mundo e está aumentando em prevalência. Inicialmente considerada uma desordem alérgica impulsionada por mastócitos e eosinófilos, recentemente, foi reconhecida como uma síndrome complexa com vários fenótipos clínicos e endótipos imunológicos. Estes incluem endótipos inflamatórios do tipo 2 caracterizados pela dominação de interleucina (IL)-4, IL-5 e IL-13, juntamente com outros que apresentam inflamação mista ou não eosinofílica.

O sucesso terapêutico varia significativamente com base nos fenótipos da asma, com corticosteroides inalados e agonistas beta-2 sendo eficazes para formas mais leves, mas limitados em casos graves. No entanto, ainda há uma necessidade de estratégias de tratamento inovadoras que proporcionem um melhor controle da patologia.

Surpreendentemente, embora normalmente associados ao desenvolvimento, progressão ou exacerbação de doenças, os microrganismos emergiram como ferramentas potenciais benéficas que possuem propriedades de amortecimento imunológico. Tanto as bactérias comensais quanto os micróbios normalmente considerados patógenos mostraram interações entre bactérias e hospedeiros com potencial adequabilidade terapêutica. Com isso, Reuter e colaboradores (2024) realizaram uma revisão com o objetivo de explorar abordagens associadas a microrganismos como tratamentos potenciais para doenças inflamatórias.

As interações entre micróbios e seres humanos são complexas, variando desde a destruição patológica até a coexistência indiferente e a convivência simbiótica. Com base nessas, várias hipóteses foram desenvolvidas afirmando que interações benéficas entre eles podem prevenir doenças, enquanto a ausência de certas espécies microbianas, devido a mudanças no estilo de vida, pode ser responsável pelo desenvolvimento de patologias.

Curiosamente, alterações na relação hospedeiro-microbioma estão associadas a várias doenças, como autismo, estresse ou AVC, asma, dermatite atópica, inflamação e obesidade e outras como diabetes tipo 3, lúpus eritematoso sistêmico ou aterosclerose. Existem diferentes razões para essas associações. Mudanças fisiopatológicas devido à doença, estressores exógenos, medicamentos e mudanças na dieta podem afetar a composição da microbiota e causar disfunção na interação com o hospedeiro.

Diferentes estratégias que ajudam a restaurar, complementar ou substituir microbiotas ineficazes estão em desenvolvimento. Tratamentos direcionados com antibióticos ou bacteriófagos são pensados para destruir espécies bacterianas patogênicas. Ademais, para apoiar o repovoamento por espécies desejáveis, a transferência direcionada de uma única espécie benéfica ou geneticamente modificada (probióticos) pode ser realizada.

No entanto, esses métodos ainda apresentam uma série de desafios. Especialmente com o transplante fecal, é claro que a triagem rigorosa de doadores e receptores é importante para garantir o sucesso da transferência de uma microbiota saudável e evitar efeitos colaterais potenciais.

Devido à crescente simplicidade dos métodos de modificação genética de microrganismos, as bactérias da microbiota em si estão sendo consideradas como ferramentas terapêuticas. Isso é especialmente para Escherichia coli Nissle, Lactobacillus ou Lactococcus, que tendem a induzir respostas imunes anti-inflamatórias no hospedeiro e não são capazes de colonização a longo prazo. Além da suplementação, dietas com nutrientes selecionados e o uso de prebióticos ou simbióticos podem aumentar o desenvolvimento de metabólitos com efeitos benéficos.

Recentemente, um microbioma pulmonar saudável, formado por diferentes bactérias, incluindo membros dos filos Protobactéria, Firmicutes, Actinobactéria e Bacteroidetes, foi identificado. Alterações nessas composições foram associadas a diferentes doenças pulmonares, como asma, doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC) e fibrose cística.

Atualmente, o papel exato do microbioma na asma ainda não é totalmente compreendido. O que está claro é que existem diferenças entre pessoas saudáveis e aquelas com a doença. Ademais, permanece controverso também se as alterações na composição dos microrganismos influenciariam na gravidade da patologia. Entretanto, existem várias funções impulsionadoras da doença que provavelmente são afetadas pela composição do microbioma pulmonar. Por exemplo, interações com o sistema imunológico podem afetar o perfil inflamatório ou a responsividade aos corticosteroides e, assim, influenciar drasticamente o curso da asma.

Sendo assim, a manipulação positiva do microbioma pulmonar poderia ter efeitos terapêuticos benéficos.

Uma função particularmente interessante da microbiota envolve o desenvolvimento do sistema imunológico. Isso se deve, principalmente, às grandes quantidades de material antigênico, oriundo, em sua maior parte, dos alimentos. Em situações normais, os antígenos da dieta são tornados menos imunogênicos por mecanismos de tolerância oral envolvendo linfócitos T reguladores (Treg) nos gânglios mesentéricos e células dendríticas. A microbiota modularia a capacidade do sistema imune intestinal de gerar tolerância, mais do que imunidade, promovendo as funções da barreira intestinal. Ao mesmo tempo, desempenha papéis importantes na imunidade inata. Fagócitos (macrófagos e neutrófilos) são regulados pelas bactérias intestinais, que estimulam a liberação de grandes quantidades de interleucinas-10 (IL-10), promovendo a indução de células Treg e inibindo desenvolvimento excessivo do linfócito T helper 17 (Th17), mantendo as respostas imunes tolerogênicas do intestino e mantendo a homeostasia local. Há evidências de que bactérias intestinais e seus metabólitos, incluindo ácidos graxos de cadeia curta (AGCC), têm papel relevante na proliferação e diferenciação de células T regulatórias e auxiliares (Thelper), assim como sobre linfócitos B secretores das imunoglobulinas A (IgA) e G (IgG).

Dado o fato da microbiota ser necessária para o desenvolvimento, indução e função das células T, a disbiose pode desencadear doenças autoimunes e inflamatórias graças a desequilíbrios nas populações de Th1, Th2, Th17 e Treg. Provavelmente, a interface entre o sistema imune intestinal e a microbiota intestinal participa da configuração dos desfechos fisiológicos das reações alérgicas, havendo indícios que disbiose na MI esteja associada a vários tipos de doenças.

No início da vida, a disbiose pode acarretar consequências danosas para a saúde em longo prazo. Um exemplo é a atopia. Foi demonstrado que bebês atópicos têm menor proporção de Bifidobacterium, Lactococci e Enterococcus na primeira semana de vida, quando comparados a controles. Ademais, outro estudo demonstrou que a colonização com E. coli e C. difficile um mês após o parto foi associada ao risco elevado de eczema nos primeiros dois anos de vida. Os mecanismos envolvidos ainda não estão esclarecidos, mas dão início a alterações funcionais no organismo humano, tanto em nível celular comometabólico, que vão além da microbiota e se manifestam por doenças mediadas pela imunidade.

A microbiota, através do eixo intestino-pulmão, influencia funções imunes no pulmão. Uma conexão potencial se dá através das interações com receptores de padrões moleculares associados a patógenos (PAMPs) do sistema imune inato. Provavelmente, essas resultam em variações fenotípicas das células dendríticas que, após migrarem para os linfonodos mesentéricos, formatam células T. Posteriormente, essas migrariam para o pulmão, incorporando moléculas (CCR4 e CCR6) e modificariam as respostas anti-inflamatórias nas vias aéreas. Até o momento, os estudos que analisam a forma como a microbiota está envolvida na gênese da asma e das doenças atópicas vêm sendo realizados em camundongos, seguindo modelos de inflamação alérgica. De modo consistente, demonstraram papel do Lactobacillus ruteri reduzindo a hiperresponsividade brônquica e do Bifidobacterium longum induzindo Treg e protegendo contra a inflamação alérgica.

Os microrganismos do trato gastrointestinal existem em proximidade com o hospedeiro, mas falham em atravessar as barreiras epiteliais e alcançar o interior do corpo. O rompimento desse compartimento pode induzir respostas inflamatórias maciças que frequentemente têm consequências drásticas. Uma redução na integridade epitelial pode resultar em um "intestino permeável", fazendo com que as bactérias alcancem tecidos estéreis e ativem a imunidade inata e adaptativa. Dependendo da extensão, essa também pode contribuir para o desenvolvimento de doenças sistêmicas crônicas, como depressão e insuficiência cardíaca, ou condições agudas potencialmente fatais como sepse.

A transferência de compostos microbianos ou seus produtos metabólicos através da barreira epitelial afeta órgãos locais e processos sistêmicos de maneira benéfica. Uma das principais vias de modulação imunológica de longo alcance dentro do eixo intestino-pulmão é o sistema linfático mesentérico. Através desse, os metabólitos podem ser translocados através da barreira intestinal e modular as respostas imunes. Por exemplo, os ácidos graxos de cadeia curta (AGCC) estão envolvidos no metabolismo energético, na modulação da função pancreática e na liberação de insulina, e regulam o apetite e a glicogênese.

Em relação à interação entre o pulmão e o microbiota intestinal, a disbiose está associada ao desenvolvimento de asma. Crianças com uma reduzida abundância de gêneros bacterianos como Lachnospira, Veillonella, Faecalibacterium e Rothia apresentaram uma susceptibilidade aumentada para desenvolver a doença mais tarde na vida. Um modelo de camundongo com microbiota humanizada confirmou essas observações e mostrou que a janela de tempo logo após o nascimento é crítica para o desenvolvimento de uma microbiota preventiva de atopia. Além disso, a colonização precoce da vida com espécies como Clostridium difficile ou Lactobacillus rhamnosus foi associada à proteção contra o desenvolvimento da asma.

Semelhante a outros órgãos, os AGCC produzidos no trato gastrointestinal que entram na corrente sanguínea e, portanto, na circulação sistêmica, são considerados reguladores centrais na imunologia pulmonar. Dietas ricas em fibras aumentam os níveis desse metabólito e protegem contra o desenvolvimento de doenças alérgicas. Dados de um estudo epidemiológico mostraram que concentrações mais altas de AGCC nas fezes no início da vida estavam associadas a uma redução na suscetibilidade ao desenvolvimento de doenças atópicas. Em um modelo animal, a aplicação oral desses reduziu o fenótipo da asma, aumentando a porcentagem de células T reguladoras. Além disso, reduziram a sobrevivência e a mobilidade dos eosinófilos humanos, que contribuiu para a melhora do fenótipo asmático. Os AGCC também parecem afetar o desenvolvimento de monócitos e macrófagos de células dendríticas posteriores em direção a uma maior fagocitose, mas com capacidade reduzida de ativação de células T. A disbiose de bactérias intestinais produtoras desses metabólitos pode afetar respostas sistêmicas de células dendríticas e células T e, assim, modular a inflamação pulmonar alérgica. O butirato também foi capaz de reduzir a ativação de células linfoides inatas tipo 2 (ILC2).

A indução mediada pela dieta de AGCC reduziu a capacidade de células ILC2 em camundongos de induzir inflamação pulmonar. Os primeiros ensaios clínicos mostram que a suplementação com fibras solúveis melhorou o controle da asma e da reação de defesa. Mesmo que os dados disponíveis sejam limitados, isso forneceu uma indicação inicial de que dietas que induzem AGCC podem ser um tratamento complementar potencial para a doença crônica das vias aéreas.

A comunicação do eixo intestino-pulmão também foi relatada como tendo consequências negativas. A disbiose induzida por antibióticos pode levar a um crescimento excessivo de fungos. Esses, principalmente pertencentes às espécies de Candida, induzem respostas inflamatórias. A liberação de mediadores como a prostaglandina E2 pode direcionar monócitos circulantes para macrófagos M2 e estes são capazes de exacerbar a inflamação pulmonar. Da mesma forma, a expansão do fungo comensal Wallemia mellicola foi associada à gravidade da asma.

A administração de probióticos, prebióticos ou simbióticos pode ajudar a manter, restaurar ou apoiar uma microbiota intestinal saudável e, assim, fortalecer o eixo intestino-pulmão. Especialmente quando feito no início da vida, isso é considerado redutor da suscetibilidade ao desenvolvimento de asma. A aplicação de probióticos como Lactobacillus rhamnosus, L. reuteri, L. gasseri e Bifidobacterium infantis reduziu o desenvolvimento de doenças alérgicas das vias aéreas em camundongos. O tratamento foi associado à indução de Tregs e à modulação da proporção de subtipos de células T auxiliares.

Os prebióticos também foram investigados como tratamento adicional potencial para a asma. A administração do bloqueador de receptor de manose, derivado de Saccharomyces cerevisiae, teve efeitos benéficos na inflamação das vias aéreas. A eficácia profilática do probiótico L. Rhamnosus e de um extrato bruto de cúrcuma também foram observados em um modelo murino de asma específica para ácaros da poeira doméstica, e sua a aplicação demonstração a melhora dos sintomas da doença.

Estressores exógenos como alérgenos, poluentes ou patógenos alteram a composição da microbiota e, portanto, contribuem para o desenvolvimento de doenças pulmonares. No entanto, existem "relaxantes" exógenos que podem ser benéficos, exercendo efeitos protetores. As diferenças nas comunidades microbianas, seus componentes e metabólitos entre áreas urbanas e rurais foram discutidas como contribuintes significativos para a proteção contra a asma. O contato com fatores exógenos derivados de micróbios de áreas rurais na primeira infância apoiou o desenvolvimento de um "sistema imunológico saudável", enquanto sinais insuficientes fornecidos em locais urbanos levaram a resposta imune inadequada e, portanto, aumentaram a suscetibilidade ao desenvolvimento de alergias.

A comunicação entre micróbios e hospedeiro, e a formação de um sistema imunológico protetor, começa até mesmo antes do nascimento. Por exemplo, a exposição materna a um ambiente rural foi associada a um risco reduzido de asma na descendência. Ao comparar poeira de áreas rurais e suburbanas, pesquisadores encontraram uma associação negativa entre bactérias gram-positivas (estafilococos, corinebactérias, fermentadores de ácido láctico) e bactérias gram-negativas (neisserias, Acinetobacter) e o desenvolvimento de asma.

Além desses, componentes do leite de vaca foram identificados como mediadores de funções protetoras do sistema imunológico. Um estudo acompanhou 1133 crianças de áreas rurais dos 0 aos 6 anos e identificou que o consumo contínuo de leite de vaca não processado estava associado a um aumento no número de Tregs e a uma redução na suscetibilidade ao desenvolvimento de asma mais tarde.

Estressores ambientais, incluindo poluentes/toxinas, medicamentos (especialmente antibióticos), aumento nos padrões de higiene em ambientes internos juntamente com novas abordagens no parto e nos cuidados infantis iniciais tiveram um grande impacto na composição da microbiota. Houve uma perda progressiva de espécies microbianas ao longo de várias décadas, o que teve consequências imprevistas.

Hoje, muitos micróbios ancestrais, como bactérias (por exemplo, Helicobacter pylori), helmintos e protozoários, foram perdidos e até mesmo vistos como patógenos. Com base nas informações, pode-se presumir que esse desaparecimento teve um impacto importante na imunidade e, consequentemente, na susceptibilidade a doenças.

• H. pylori

Um exemplo clássico de como o desaparecimento de bactérias ancestrais pode afetar a imunidade e o desenvolvimento de doenças é a bactéria gram-negativa flagelada Helicobacter pylori. No geral, a sua infecção modula a imunidade do hospedeiro, resultando em respostas tanto pró- quanto anti-inflamatórias que, por um lado, afetam a colonização bacteriana e o desenvolvimento de doenças gástricas, mas por outro lado têm o potencial de orquestrar uma imunidade protetora capaz de suprimir respostas imunes equivocadas que, de outra forma, resultariam em doenças como alergias.

Vários estudos apoiaram a hipótese do papel benéfico dessa bactéria. Esses demonstraram que a colonização por H. pylori na infância foi negativamente associada ao desenvolvimento de asma. No entanto, esses dados são controversos e necessitam de mais estudos.  

Os dados também sugeriram que a administração de H. pylori pode ser adequada como estratégia terapêutica para o tratamento de doenças alérgicas, como a asma. Para evitar os efeitos colaterais da infecção, foram realizados experimentos com extrato bacteriano. Essa modulou as respostas das células dendríticas e Treg de maneira dependente de IL-10 e atenuou o desenvolvimento de doenças alérgicas das vias aéreas mais tarde na vida. Semelhante aos estudos clínicos, a proteção contra a asma induzida trans maternal também foi observada em camundongos. A prole de mães que receberam extrato bacteriano durante a gravidez e a lactação mostrou menos sinais de asma mais tarde na vida. Por fim, também descobriram que os camundongos adultos desenvolveram menos sinais de asma, como inflamação das vias aéreas induzida por alérgenos e secreção de muco após o tratamento com extrato de H. pylori.

• Helmintos

Assim como bactérias como H. pylori, parasitas intestinais também coevoluíram com os humanos. Mecanismos adquiridos permitiram que os helmintos suprimissem os mecanismos de defesa do hospedeiro e permanecessem no hospedeiro por até 20 anos. A resposta imune natural contra os helmintos é uma resposta tipo 2 pronunciada, fenotipicamente semelhante a uma reação imune alérgica.

As observações levaram ao conceito de que tanto os processos endógenos anti-inflamatórios para restaurar a homeostase após respostas Th2 fortes a infecções por vermes, quanto os mecanismos de escape desenvolvidos pelo parasita contribuíram para a proteção contra a asma. Em particular, infecções crônicas por helmintos foram capazes de criar ambientes regulatórios capazes de suprimir as respostas imunes a antígenos/alérgenos inofensivos.

Um dos primeiros estudos clínicos que analisaram a relação entre infecção por helmintos e o desenvolvimento de alergia fez duas observações-chave. Constatou que crianças infectadas com Schistosoma haematobium tinham uma menor prevalência de alergias a ácaros domésticos e que havia uma correlação entre a redução de anticorpos específicos para esses ácaros e a indução específica de helmintos da citocina anti-inflamatória IL-10. Posteriormente, outros estudos também mostraram uma correlação inversa entre infecções por helmintos e o desenvolvimento de alergias.

Os dados atualmente disponíveis sugeriram que os vermes, especialmente aqueles que têm os humanos como hospedeiros naturais, têm efeitos de atenuação imunológica. A indução de Tregs e células B, e a liberação da citocina anti-inflamatória IL-10, desempenham um papel central. Proteínas ativas podem ser encontradas nos próprios vermes e em seus ovos. A caracterização dessas poderia fornecer novas opções terapêuticas para o tratamento de doenças.

Assim como com outros micróbios, os dados nesta área não são consistentes. Alguns estudos falharam em encontrar qualquer efeito da infecção por helmintos, e os resultados variam dependendo da espécie de verme e do cenário clínico.

A comunicação entre o hospedeiro e o microbioma tem um impacto significativo nos processos imunológicos e metabólicos. Portanto, não é surpreendente que distúrbios nele possam ter um efeito no desenvolvimento e progressão de doenças. Nos últimos anos, a pesquisa sobre a interação do ambiente com os microrganismos e o hospedeiro ajudou a identificar processos que podem ter tanto efeitos positivos quanto negativos na saúde. O direcionamento dos efeitos promotores do microbioma e a evitação dos associados ao desenvolvimento de doenças têm o potencial de contribuir para o desenvolvimento de novas opções terapêuticas. Estas poderiam funcionar por meio da manipulação direta usando pré ou probióticos, ou através do uso direcionado de cepas específicas benéficas, seus metabólitos ou componentes individuais.