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Revista oficial da Associação Brasileira de Alergia e Imunologia ASBAI

Brazilian Journal of Allergy and Immunology (BJAI)

Número Atual:  Outubro-Dezembro 2019 - Volume 3  - Número 4


Artigo de Revisão

A microbiota intestinal e sua interface com o sistema imunológico

Gut microbiota and its interface with the immune system

Herberto J. Chong-Neto1,10; Antonio Carlos Pastorino2,10; Ana C. C. Della Bianca Melo3,10; Décio Medeiros3,10; Fábio Chigres Kuschnir4,10; Maria Luiza Oliva Alonso5,10; Neusa Falbo Wandalsen6,10; Cristine Secco Rosário7,10; Dirceu Solé8; Bruno A. Paes Barreto9,10


DOI: 10.5935/2526-5393.20190055

1. Professor Adjunto do Departamento de Pediatria da Universidade Federal do Paraná - Curitiba, PR, Brasil
2. Doutor em Ciências pela Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (FMUSP) e Chefe da Unidade de Alergia e Imunologia do Departamento Pediatria, Hospital das Clínicas da FMUSP - São Paulo, SP, Brasil
3. Professor Adjunto do Departamento de Pediatria da Universidade Federal de Pernambuco - Recife, PE, Brasil
4. Professor Adjunto do Departamento de Pediatria da Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Rio de Janeiro, RJ, Brasil
5. Professora de Alergia e Imunologia do Instituto de Dermatologia Rubem David Azulay da Santa Casa de Misericórdia do Rio de Janeiro - RJ, Brasil
6. Professora Adjunta do Departamento Materno Infantil da Faculdade de Medicina do ABC - Santo André, SP, Brasil
7. Doutoranda do Programa de Pósgradução em Saúde da Criança e do Adolescente da Universidade Federal do Paraná - Curitiba, PR, Brasil
8. Professor Titular do Departamento de Pediatria da Universidade Federal de São Paulo - São Paulo, SP, Brasil
9. Professor de Pediatria do Centro Universitário do Estado do Pará - Belém do Pará, PA, Brasil
10. Departamento Científico de Alergia na Infância e na Adolescência - ASBAI


Endereço para correspondência:

Bruno A. Paes Barreto
E-mail: bruno.aca.pb@gmail.com


Não foram declarados conflitos de interesse associados à publicação deste artigo.

Submetido em: 22/07/2019
Aceito em: 28/08/2019

RESUMO

A microbiota intestinal humana influencia diversos sistemas orgânicos e há evidências de sua ação sobre o sistema imunológico. O objetivo desta revisão foi verificar a influência da microbiota intestinal humana e sua interface com o sistema imunológico. A partir das palavras-chaves gut (intestino) e microbiota (microbiota), e utilizando o operador boleano AND para correlacionar a palavra-chave com os diversos temas propostos para o artigo de revisão, como por exemplo, gut microbiota AND delivery ou gut microbiota AND mode of delivery, foram selecionados artigos obtidos da busca na base PubMed, sobretudo nos últimos 10 anos (2009-2019). Há evidências de que a janela de oportunidade para intervenção e prevenção primária das doenças alérgicas começa antes do nascimento e provavelmente dentro do período fetal, estendendo-se ao tipo de parto, alimentação nos primeiros meses de vida, fatores ambientais e uso de antibióticos. Compreender esta complexa interface que envolve, por um lado a microbiota (microrganismos e seus subprodutos) e, por outro, receptores e células especializadas, é fundamental para o entendimento dos mecanismos de tolerância ou desequilíbrio imunológico, os quais estão respectivamente ligados ao estado fisiológico de saúde ou aos processos patofisiológicos de diversas doenças, sobretudo aquelas de contexto imunomediado.

Descritores: Microbiota, sistema imunológico, aleitamento materno.




INTRODUÇÃO

Nas últimas décadas, o conhecimento sobre a microbiota intestinal humana ganhou corpo de evidências científicas incontestáveis. Colocando limite no tempo, nos últimos 35 anos (1984-2019), mais de 17.000 estudos são referidos na plataforma PubMed do Instituto Nacional de Saúde (NIH) dos Estados Unidos da América (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=human+gut+microbiota), sendo que deste quantitativo, 15.000 estudos foram disponibilizados somente nos últimos 5 anos (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=human+gut+microbiota&filter=years.2014 -2019). Este fato mostra quão recente são os estudos, sobretudo no que diz respeito à influência da microbiota intestinal humana em diversos sistemas orgânicos, como por exemplo: o eixo intestino-cérebro, o eixo intestino-fígado, e principalmente a influência da microbiota sobre o sistema imunológico, que se traduz em objetivo principal deste artigo de revisão.

 

MÉTODO

A partir das palavras-chaves gut (intestino) e microbiota (microbiota), e utilizando o operador boleano AND para correlacionar a palavra-chave com os diversos temas propostos para o artigo de revisão, como por exemplo, gut microbiota AND delivery ou gut microbiota AND mode of delivery, foram selecionados artigos obtidos da busca na base PubMed, sobretudo nos últimos 10 anos (2009-2019), embora a inclusão de artigos anteriores a esta data não tenha sido condição proibitiva, principalmente aqueles de relevância significativa para o tema proposto, como os estudos controlados (duplo-cego e randomizado), além das revisões sistemáticas com metanálises.

 

A MICROBIOTA NA FASE PERINATAL

O microbioma intrauterino

O conceito tradicional de que o ambiente intrauterino é estéril em condições normais tem sido contestado por estudos recentes que demonstraram ser o feto capaz de adquirir um microbioma antes do nascimento1,2. Métodos dependentes de cultura detectaram microrganismos no líquido amniótico3, cordão umbilical4 e placenta5. Estes achados foram observados em gestações normais a termo, mesmo nos casos em que não houve ruptura de membranas, assim como em cesarianas eletivas "estéreis"6. Bactérias vivas também foram isoladas do mecônio humano7,8.

Embora seja difícil descartar completamente a possibilidade de contaminação bacteriana de amostras intrauterinas, trabalho experimental com camundongos demonstrou um efluxo de bactérias do intestino da mãe para o do feto7. Vários estudos investigaram a diversidade da microbiota presente no mecônio ao empregar técnicas de sequenciamento de alto rendimento do gene rRNA 16S8-10. Essas análises revelaram a presença de grupos substancialmente diversos de bactérias. Na maioria dos casos, a composição taxonômica da microbiota do mecônio foi independente do tipo de parto, seja por via vaginal ou cesariana11.

Esses resultados foram corroborados por uma grande coorte populacional composta por 320 mulheres de quem foram coletadas amostras de placenta em condições estéreis. A análise metagenômica identificou um nicho de microbioma placentário exclusivo, composto por microbiota comensal não patogênica dos filos Firmicutes, Tenericutes, Proteobacteria, Bacteroidetes e Fusobacteria. De maneira interessante, quando comparado aos perfis de microbiomas orais, cutâneos, das vias aéreas (nasais), vaginais e intestinais, de controles não gestantes, os perfis de microbioma placentário se aproximavam mais ao microbioma oral humano12.

Coletivamente essas observações mostram que o contato com comunidades bacterianas complexas já está notadamente iniciado in utero e que o impacto da microbiota materna pode ser mais importante do que se pensava anteriormente.

Além disso, sugerem que existe uma ou mais vias de transporte da microbiota materna para o feto. Alguns mecanismos foram propostos para a disseminação da microbiota, incluindo migração da vagina ou disseminação hematogênica das microbiotas do intestino e oral9,13. Estudos sugerem que o transporte de bactérias intactas possa ocorrer no interior de células mononucleares do sangue periférico. Deste modo, especula-se que células dendríticas maternas ao penetrarem ativamente no epitélio intestinal, possam carrear bactérias originárias do lúmen e transportá-las até a placenta e líquido amniótico14. Uma vez deglutidas pelo feto, seriam apresentadas ao sistema imunológico e iniciariam a colonização intestinal fetal8.

É provável que as implicações da colonização microbiana in utero para a saúde humana sejam enormes, pois as bactérias que atingem o intestino fetal podem ser determinantes para as trajetórias de desenvolvimento imunológico, metabólico e somático.

Pesquisas indicam que a exposição microbiana durante a gravidez pode ser ainda mais importante para o efeito preventivo de doenças alérgicas15. É conhecido o efeito protetor sobre o desenvolvimento de sensibilização atópica na idade escolar e sobre a regulação positiva dos receptores toll-like (TLR-2, TLR-4 e CD14) em crianças cujas mães foram expostas a um ambiente com grande diversidade microbiana durante a gravidez16.

De um modo geral, os estudos de prevenção publicados até o momento indicam que apenas aqueles onde a administração combinada de produtos probióticos pré-natal à mãe e pós-natal à mãe e/ou bebê demostraram efeito significativo sobre o desenvolvimento do eczema17-19, enquanto que a suplementação pré-natal20 e pós-natal21 isoladas parecem ineficazes.

Deste modo, parece que a janela de oportunidade para intervenção e prevenção primária das doenças alérgicas começa antes do nascimento e provavelmente dentro do período fetal22. Portanto, será fundamental nos próximos anos compreender até que momento ocorre a transmissão da microbiota materna no útero, quais fatores influenciam esse processo e o seu impacto não só sobre as doenças alérgicas, mas também no desenvolvimento humano e na saúde como um todo.

A influência do tipo de parto

O estabelecimento precoce da microbiota intestinal é afetado por vários fatores, como o tipo de parto (cesariana versus vaginal), o tipo de aleitamento (leite materno versus alimentação artificial), o uso de antibióticos e o momento da introdução de alimentos sólidos com subsequente interrupção do aleitamento materno.

Inúmeras evidências apontam que o tipo de parto afeta o desenvolvimento da microbiota intestinal no início da vida, e que a microbiota intestinal de um recém-nascido (RN) se assemelhará à microbiota que encontrou durante o nascimento11,23-25. Ou seja, enquanto a microbiota intestinal de lactentes nascidos de parto normal se assemelha à microbiota vaginal de suas mães, que é dominada principalmente por Lactobacillus, a microbiota de lactentes nascidos por cesariana é mais semelhante à microbiota da pele, dominada por Staphylococcus11, entre outros. Além disso, alguns estudos mostraram que, em lactentes nascidos por cesariana, a colonização por Bacteroides e Bifidobacterium é adiada por um mês após o nascimento, enquanto a presença do Clostridium difficile é abundante no primeiro mês de vida destas crianças24,26. Os mesmos estudos mostraram que bebês nascidos por cesariana eletiva apresentaram diversidade bacteriana particularmente baixa.

O microbioma que coloniza o corpo do RN pode desempenhar um papel determinante na formação do sistema imunológico27. Estudos epidemiológicos, embora não demonstrem causalidade, encontraram associações entre parto por cesariana e aumento do risco de obesidade, asma, alergias e deficiências imunológicas28-30. Em apoio aos achados epidemiológicos das diferenças de composição do microbioma intestinal infantil entre nascidos por cesariana e parto vaginal, estudos experimentais encontraram que camundongos nascidos por cesariana apresentaram diferenças na composição e maturação do microbioma intestinal comparado com os nascidos de forma vaginal. Além do que, os camundongos nascidos por cesariana tiveram alterações em sua função imunológica, incluindo uma redução na proporção de células T-regulatórias e downregulation dos marcadores reguladores FoxP3, IL10 e CTLA431,32.

Existe, portanto, uma preocupação a respeito da disbiose que a cesariana pode levar ao microbioma intestinal dos RN33, especialmente ao observarmos que as taxas de realização do parto cirúrgico estão aumentando em todo o mundo, e em alguns países, incluindo o Brasil, excedem 50% do total de nascimentos34,35, um percentual bem acima dos 15% estimados de nascimentos que requerem parto cesariano para proteger a saúde da mãe ou do RN.

Vários estudos relataram alterações no microbioma intestinal de bebês que mais tarde desenvolveram alergias, em comparação aos não alérgicos. A menor prevalência de Bifidobacterium ou Bacteroides é um achado consistente nesses estudos, sendo relatado em crianças com dermatite atópica e/ou com teste cutâneo de leitura imediata positivo, realizado em diferentes populações e faixas etárias36-38.

No entanto, a relação entre parto cesáreo, composição da microbiota intestinal e alergia ainda não é definitiva, e sua abordagem sofre influência de numerosos fatores confundidores, como motivo da cesárea (eletiva versus de urgência), saúde materna, obesidade, duração do aleitamento materno exclusivo, uso de antibióticos na mãe e/ou lactente, exposição à fumaça de cigarro e fatores socioeconômicos, bem como dos diferentes métodos empregados nas determinações de resultados microbiológicos e alérgicos39. Mais estudos longitudinais e monitoramento de crianças nascidas de diferentes tipos de parto são necessários para melhor fundamentar a contribuição do parto por cesariana para a disbiose do microbioma intestinal infantil, e para o surgimento de desfechos alérgicos na infância.

Imunomodulação mediada pela microbiota (pré-natal)

Há algum tempo que estudos prospectivos mostram que a composição da microbiota intestinal nos primeiros meses de vida está relacionada à possibilidade de alergia futura, e justifica a teoria de que este processo disbiótico poderia afetar a maturação do sistema imunológico e ser responsável pelo aumento na prevalência das doenças crônicas não transmissíveis na infância. No entanto, estudos mais recentes mostram que a exposição microbiana durante a gestação pode ser mais importante, ainda, na prevenção ou não das doenças alérgicas ou imunomediadas40.

Várias são as indicações científicas que ratificam este fato, como por exemplo, o efeito protetor para doenças alérgicas e para sensibilização atópica, em crianças cujas mães foram expostas a ambientes rurais (fazenda/estábulo) durante a gestação. Além disso, a maior expressão de genes que codificam a função de receptores do tipo Toll (TLR-2; TLR-4) nestas mesmas situações ambientais anteriormente relatadas. O uso de antibióticos durante a gestação também está associado à maior incidência de asma na infância.

Neste contexto, mecanismos epigenéticos, por meio de processos de metilação, facilitam a expressão de genes relacionados à doença atópica. Fato este ratificado por estudo piloto, que aproveitando coorte já existente (Estudo PASTURE), encontrou mudanças siginificativas nos padrões de metilação do DNA, em genes relacionados à asma e doença atópica, influenciadas pela exposição ambiental/rural precoce, nas células sanguíneas periféricas em crianças desta coorte41.

Por este e outros motivos, o uso de probióticos na gestação e no lactente tem se mostrado estratégia interessante na prevenção da doença atópica, sobretudo para os quadros de dermatite atópica, ratificando a ideia de que a janela de oportunidade para o efeito imunomodulador dos probióticos, aconteça ainda no período pré-natal. Visto que a administração destas cepas probióticas, apenas no pré ou apenas no pós-natal, não tem a mesma eficácia do que a administração contínua pelos dois períodos40.

 

A MICROBIOTA NOS PRIMEIROS 1000 DIAS

Colonização e consolidação

Um dos principais objetivos da colonização microbiana intestinal é moldar a saúde ao longo da vida. Alcançar um equilíbrio adequado no processo de colonização intestinal é um dos principais requisitos para a modulação e indução à tolerância imunológica, cuja falha poderá resultar no aparecimento de doenças atópicas42,43. Diversos estudos demonstraram que a composição específica da microbiota intestinal durante a infância está ligada à ocorrência relativa de diferentes tipos de doenças atópicas37,44-46. O paradigma do "útero estéril", postulado por Henry Tissier há mais de 100 anos47, segundo o qual o feto estéril adquire bactérias através da passagem do canal de nascimento, seja por parto vaginal ou por cesariana, está sendo revisto em relatórios recentes que demonstram que bebês adquirem um microbioma inicial já antes do nascimento48-50. Foram encontrados microrganismos em líquido amniótico51,52, membranas fetais5, cordão umbilical49 e placenta53, mesmo nos casos em que não houve ruptura de membranas54.

Como as bactérias atingem a placenta é ainda pouco compreendido, mas o material genético das bactérias entéricas foi revelado em células mononucleares maternas no sangue de mulheres grávidas9. A barreira epitelial intestinal dificulta a entrada de microrganimos no sistema circulatório em condições estáveis. As células dendríticas, no entanto, podem penetrar ativamente no epitélio, recolher bactérias do lúmen intestinal14 e possivelmente transportá-las para a placenta. Curiosamente, a translocação microbiana é aumentada na linfa mesentérica de camundongos prenhes9. Além disso, existe uma significativa redução da diversidade microbiana no intestino do primeiro ao terceiro trimestre em mulheres grávidas55, sugerindo que as mudanças nas interações hospedeiro-microbiana na gravidez são um fenômeno fisiológico importante para o desenvolvimento do feto. Provavelmente, a apresentação bacteriana materna componente do feto durante a gravidez é importante para a maturação do sistema imunológico e indução de tolerância a alérgenos pela via oral40.

O estabelecimento da microbiota intestinal é afetado por vários fatores, como o modo de parto (cesariana versus vaginal), leite materno versus alimentação artificial, uso de antibióticos e momento da introdução de alimentos sólidos e suspensão da amamentação. Curiosamente, a microbiota intestinal de um RN se assemelhará à microbiota que encontrou durante o nascimento. No parto vaginal, a microbiota intestinal do RN se assemelha à microbiota vaginal da sua mãe, dominada por Lactobacillus, Prevotella ou Sneathia. As crianças nascidas por cesariana apresentam microbiotas mais semelhante à microbiota cutânea materna, dominada por Staphylococcus, Corynebacterium e Propionibacterium18. Posteriormente, a microbiota intestinal de uma criança é dominada por Bifidobacterium e algumas bactérias do ácido lático56. A microbiota dominada por bifidobactérias, chamada "flora Bifidus", é mantida até a introdução de alimentos sólidos57,58. Após o desmame, a flora de Bifidus é superada pela espécie adulta, representada principalmente por bactérias dos gêneros Bacteroides, Prevotella, Ruminococcus, Clostridium e Veillonella57.

O estabelecimento de um microbiota intestinal estável geralmente acompanha duas grandes transições na infância. A primeira ocorre logo após o nascimento, durante a lactação, e resulta em dominância da microbiota intestinal por Bifidobacterium. A segunda ocorre durante o período de desmame, com a introdução de alimentos sólidos e continuação da amamentação59,60, resultando no estabelecimento de um microbioma complexo do tipo adulto dominado pelos filos Bacteroides e Firmicutes. Essas alterações continuam até os três anos61 e, posteriormente, os seres humanos adquirem intestino estável com microbiotas mantidas em estados simbióticos62.

Outros sítios: o microbioma respiratório e o cutâneo

Microbioma respiratório

Em pessoas saudáveis, as vias aéreas representam uma grande superfície que interage com o meio externo e possuem quantidade significativa de bactérias nas vias aéreas superiores, que diminui substancialmente nas vias aéreas inferiores63. Em contraste com indivíduos saudáveis, os asmáticos apresentam aumento importante de bactérias nas vias aéreas inferiores e a composição dessas comunidades está relacionada com características específicas da doença64,65.

Por exemplo, pessoas com asma e hiper-reatividade brônquica grave têm grande diversidade bacteriana nas vias aéreas, o que é o contrário do que ocorre com a microbiota intestinal nas doenças inflamatórias intestinais66. No trato gastrintestinal, as mudanças da composição da microbiota com o passar do tempo, particularmente na infância, são bem descritas. Já no trato respiratório, isso não é tão bem estabelecido. Existe associação entre o microbioma ambiental e gastrintestinal e o desenvolvimento da função imunológica na infância. Há relação inversa entre as taxas de asma na infância e a exposição a ambientes com grande diversidade de microrganismos (por exemplo, a presença de irmãos mais velhos, crescer em ambiente rural, ingestão de leite não pasteurizado, presença de dois ou mais cães em casa)67. Outros fatores ambientais que podem influenciar a relação entre o microbioma e o desenvolvimento de doenças respiratórias são a dieta, o uso de antibióticos e a infestação por parasitas68.

Em uma população de crianças australianas (n = 234), demonstrou-se que a colonização das vias aéreas superiores por Haemophilus, Streptococcus ou Moraxella estava associada ao risco aumentado de infecções virais com acometimento do trato respiratório inferior e maior gravidade das mesmas69. A colonização de crianças menores de um ano por uma comunidade com predominância de Streptococcus foi fator de risco para sensibilização alérgica aos 2 anos de idade e asma entre 5 e 10 anos, indicando que o padrão de colonização das vias aéreas na primeira infância molda o risco do desenvolvimento de doença respiratória, embora a relação entre causa e efeito necessite ser melhor elucidada.

Os achados de uma coorte de nascimento em Copenhagen com mais de 600 RN sugerem que diferentes bactérias participam do processo de incepção da asma. Culturas de swab de orofaringe identificaram Moraxella catarrhalis, Haemophilus influenzae e Streptococcus pneumoniae, e que estas bactérias aumentavam chance de asma na infância70,71. Estas mesmas bactérias estão associadas a exacerbações de asma, bem como diferentes vírus72.

Além de modular a resposta imunológica, a microbiota também tem papel importante na função da barreira epitelial e sua diversidade pode influenciar na prevenção e redução de sintomas de asma73. A exposição a diferentes microrganismos na infância estimula a presença de células dendríticas na mucosa das vias aéreas, podendo ocasionar um desequilíbrio entre as respostas Treg/Th2 e a produção de imunoglobulina E (IgE)74.

Há obstáculos técnicos e metodológicos importantes que devem ser considerados nos estudos de microbiota respiratória, incluindo a diferenciação da microbiota das vias aéreas superiores e inferiores. Como a comunidade científica não chegou a um consenso em relação à amostragem, análise e apresentação de dados, a comparação entre estudos pode ser problemática. É bem estabelecido que a microbiota do trato gastrintestinal tem influência importante no desenvolvimento e manutenção da imunidade e inflamação nos pulmões, o que é chamado de "eixo intestino-pulmão". Mais estudos são necessários para elucidar as interações entre os dois sistemas e sua influência na patogênese de doenças respiratórias, por meio de coortes maiores, estudos multicêntricos e amostragens longitudinais75,76. O estudo da interação entre vírus, bactérias e fungos; sistema imunológico e células do epitélio respiratório pode facilitar o desenvolvimento de estratégias terapêuticas baseadas no microbioma77.

Microbioma cutâneo

A pele é um dos maiores órgãos do corpo e seu microbioma tem papel central no desenvolvimento da imunidade e na proteção contra agentes patogênicos. A barreira cutânea é uma enorme interface entre o indivíduo e o ambiente, portanto, é um importante local de interações entre a microbiota e o sistema imunológico. A função protetora da pele é executada pelo epitélio estratificado escamoso da epiderme, que forma uma barreira, bem como por moléculas pró-inflamatórias e antimicrobianas produzidas por queratinócitos e células imunológicas78. As doenças atópicas da pele estão relacionadas à disfunção desses mecanismos. Além disso, nos atópicos, a diversidade de bactérias na pele é menor que em indivíduos não atópicos79.

A pele humana possui uma rica comunidade de microrganismos e há grandes variações de sua composição de acordo com a idade, sítio e período de análise. Diferentemente da microbiota intestinal, a população de bactérias na pele é composta por poucas espécies, incluindo Staphylococcus spp., e os gêneros Corynebacterium e Propionibacterium, que representam mais de 60% das bactérias da pele. A distribuição destas bactérias na pele é influenciada pelo grau de hidratação, via de parto, poluição, exposição à radiação ultravioleta, hormônios sexuais, dieta, entre outros78.

Um único centímetro quadrado de pele contém até um milhão de microrganismos, incluindo vírus, bactérias, fungos e ácaros80. O microbioma e sua relação complexa com a patogênese e progressão da dermatite atópica (DA) está sendo elucidado. Alterações no microbioma cutâneo podem aumentar a colonização por Staphylococcus aureus e, consequentemente, a piora da DA81. Há mais de 40 anos foram detectados anticorpos IgE específicos contra S. aureus e sua presença foi associada à manifestação de sintomas graves de DA82.

Um painel de dermatologistas canadenses explorou o microbioma cutâneo e sua relação com a DA. O consenso entre eles foi: o microbioma em áreas com lesão difere de áreas adjacentes não lesionadas; a menor diversidade bacteriana está associada à piora da DA; a aplicação de emolientes e componentes antibacterianos pode aumentar a diversidade microbiana na pele de atópicos79. Esta é a próxima fronteira de conhecimento em saúde preventiva e com impacto no tratamento da DA. Apesar das evidências, os probióticos têm pouca eficácia no tratamento, mas podem atuar preventivamente no seu desenvolvimento em lactentes81.

Fatores reguladores

Genética versus ambiente

Durante a última década, o microbioma emergiu como um dos principais contribuintes à saúde humana. Mais recentemente, os estudos têm reconhecido a influência do microbioma da primeira infância no desenvolvimento da saúde e da doença em longo prazo. Fatores genéticos e ambientais estão envolvidos na regulação da composição e do potencial funcional do microbioma. A microbiota humana é um organismo composto por 10 a 100 trilhões de células microbianas, e seu catálogo genômico, o microbioma, é composto por 3,3 milhões de genes não redundantes, destacando o grande potencial funcional da microbiota. O microbioma humano é considerado um "segundo genoma", que interage ativamente com o genoma derivado do esperma e do óvulo, resultando em modificações epigenéticas de longo alcance83,84.

O termo "epigenética", significa "além da genética" e define uma variedade de processos que causam alterações herdáveis mitoticamente e meioticamente na expressão gênica, sem modificar a sequência do ácido desoxirribonucleico (DNA). O período da vida em que a atividade de impressão do DNA epigenético é mais ativa dura desde a concepção até o segundo aniversário, sendo referido como "o período de 1.000 dias", durante o qual, por meio de alterações epigenéticas, fatores ambientais podem desempenhar um papel fundamental. A regulação epigenética inclui principalmente modificações no DNA, modificações pós-traducionais da histona, remodelação da cromatina e RNAs não codificadores, e está envolvida com os padrões de expressão no hospedeiro e no patógeno, tendo importante papel nas respostas imunes inatas84,85.

Segundo evidências recentes, a colonização microbiana começa muito antes do nascimento, pela transferência materno-fetal. Vários fatores, pré-natais e pós-natais, como nutrição materna e neonatal, exposição a poluentes e composição da microbiota, contribuem para o estabelecimento de alterações epigenéticas que influenciam a saúde ao longo da vida e a doença, modificando as vias moleculares inflamatórias e a resposta imunológica. A colonização intestinal pós-natal, por sua vez determinada pela flora materna, tipo de parto, contato precoce pele a pele e dieta neonatal, também leva a características epigenéticas específicas que podem afetar a função de barreira da mucosa intestinal e seu papel protetor, predispondo ao desenvolvimento de doenças inflamatórias de início tardio. Atualmente discute-se o nascimento humano como a origem de uma nova comunidade e, não apenas, a origem de um novo indivíduo. Pois, não só os genomas eucarióticos serão transmitidos, como também os genomas da comunidade simbiótica, cujos genes microbianos superam os do componente eucariótico em mais de 100 vezes. O nascimento é a passagem de um conjunto de relações simbióticas para outro, onde os holobiontes (mãe, feto, RN) são preservados, mas os componentes desses "consórcios" mudaram. Classicamente, a "unidade materno-fetal" caracteriza uma relação simbiótica, onde a mãe e o feto influenciam a sobrevivência e o desenvolvimento do outro. No entanto, há um terceiro "personagem" importante nessa mistura simbiótica: a microbiota materna. O nascimento é o processo de deixar um sistema de associação simbiótica e formar outro; a mãe estará desempenhando um papel ativo nesse processo83,84,86.

O microbioma infantil é mais vulnerável às influências ambientais no início da vida. Sendo assim, nutrição materna e estilo de vida, tipo de parto, idade gestacional, amamentação, e uso de antibióticos são fatores responsáveis por variações na composição e na função do microbioma na infância. Essas variações têm sido associadas a desfechos específicos de doenças alérgicas (em especial, asma, dermatite atópica, alergia alimentar) e não alérgicas (obesidade, diabetes mellitus, distúrbios do desenvolvimento neurológico, entre outras), consequentes à disbiose microbiana transitória desse período. Além disso, as variações no ambiente microbiano intrauterino podem predispor os RN a resultados de saúde específicos em longo prazo.

Os RN prematuros exibem disbiose microbiana neonatal acentuada, que aumenta sua suscetibilidade à doença, principalmente à enterocolite necrotisante. Coletivamente, essas descobertas foram usadas para apoiar o microbioma como um participante "chave" na hipótese das "Origens Desenvolvimentistas da Saúde e Doença" (DOHaD), descrita por Barker et al. (apud Stiemsma LT, Michels KB, 201883). A DOHaD tenta explicar exposições na vida fetal e na primeira infância associadas à saúde e à doença em longo prazo. As infecções precoces e a exposição microbiana não estavam originalmente associadas à DOHaD, mas foram propostas como influências ambientais significativas no desenvolvimento imunológico infantil na "hipótese da higiene" de doenças alérgicas.

O termo "hipótese da higiene" surgiu em 1989, quando Strachan (apud Lambrecht BN, Hammad H, 201787) sugeriu que "doenças alérgicas fossem prevenidas por infecções na primeira infância, transmitidas por contato não higiênico com irmãos mais velhos ou adquirida no período pré-natal da mãe infectada pelo contato com os filhos mais velhos". Com o avanço da pesquisa em microbiomas humanos, foi proposta a "hipótese da microflora", pela qual sugere-se que as exposições ambientais no início da vida alterem o desenvolvimento do microbioma humano. Segundo essa hipótese, a influência da dieta e a diversidade reduzida do microbioma formam a base do pensamento científico em relação ao aumento da prevalência das doenças alérgicas, ou seja, as mudanças na composição do microbioma influenciam a maturação do sistema imunológico em direção a um estado hipersensível e/ou hiperinflamatório83,86-88.

A colonização bacteriana pós-natal do RN começa durante o nascimento, momento em que os neonatos são expostos às microbiotas fecal e vaginal maternas. Dentro de 24 horas após o parto, as microbiotas em vários locais do corpo (oral, cutânea, mecônio, etc) de bebês nascidos de parto cesárea apresentam inicialmente bactérias que residem na pele da mãe (por exemplo, Staphylococcus spp.), enquanto os bebês nascidos por via vaginal apresentam colonização por bactérias vaginais típicas (por exemplo, Prevotella, Atopobium spp.). Os estudos sugerem que as microbiotas dos RN sejam distribuídas homogeneamente nos locais do corpo (por exemplo, mecônio, pele, etc.) imediatamente após o nascimento. A criação de perfil do microbioma intestinal neonatal imediatamente após o nascimento e até os 2 anos de idade sugere que o modo de nascimento pode resultar em disfunção microbiana (disbiose) intestinal infantil prolongada. Os RN por cesariana exibiram diversidade filogenética imediatamente após o nascimento, mas, após um mês de idade, a diversidade filogenética diminuiu abaixo daquela do parto vaginal. A amamentação, por sua vez, promove a maturação da microbiota intestinal no início da vida, pelo contato com os micróbios areolares e do leite materno (LM) e fornece fontes de energia importantes para muitas bactérias (oligossacarídeos do leite humano). Há uma associação dose-dependente entre a composição do microbioma intestinal infantil e a proporção de amamentação diária. Os bebês amamentados com LM apresentam proporções mais altas de Bifidobacteria e Lactobacillus spp., enquanto que os que utilizam fórmula apresentam maior prevalência de clostridiales e proteobactérias, além de diminuição da diversidade bacteriana, mesmo após o primeiro ano de vida83,84,86,87.

O papel da dieta (aleitamento vs. fórmulas)

Entre os fatores pós-natais que contribuem para determinar uma vida saudável, a dieta, via mecanismos epigenéticos ou não, assume papel primordial. Evidências crescentes dos efeitos da nutrição precoce são registradas na programação do desenvolvimento do indivíduo, podendo resultar em posterior aparecimento de doenças cardiovasculares, sobrepeso, obesidade, diabetes e outras condições crônicas89. O aleitamento materno (AM) exclusivo nos primeiros 6 meses de vida, e continuando por até mais de 2 anos de idade, é reconhecido como o padrão-ouro na alimentação do lactente por ser o leite humano (LH) o único adequado, tanto do ponto de vista nutricional, como pela promoção do seu desenvolvimento imunológico90. O AM difere da alimentação por fórmula (AF) na concentração de nutrientes e na sua composição, principalmente pela presença exclusiva de fatores de crescimento, citocinas, imunoglobulinas e enzimas digestivas A microbiota intestinal do RN caracteriza-se por alto grau de instabilidade, somente adquirindo características similares às do adulto aos dois para três anos de idade, com o estabelecimento de uma dieta sólida variada. Os fatores relacionados à dieta que influenciam o desenvolvimento do microbioma intestinal do RN incluem: o tempo de AM ou o uso de AF; dieta materna (ambiente, estilo de vida); e quando e como os alimentos sólidos são introduzidos. Não há nenhum fator mais importante do que a dieta no desenvolvimento do microbioma intestinal91.

Aleitamento materno vs. alimentação por fórmula

Após o nascimento, o microbioma intestinal do RN caracteriza-se por baixa diversidade de espécies e altas taxas de fluxo bacteriano, até aproximadamente os três anos de idade92. Bactérias anaeróbias facultativas, incluindo Staphylococcus, Streptococcus, Escherichia coli e Enterobacteria, são consideradas como as primeiras a colonizar o intestino, com o propósito de consumir oxigênio, levando à criação de um ambiente propício ao crescimento de anaeróbios. A partir de então, estes passarão a predominar no trato gastrintestinal, principalmente Actinobacteriia e Firmicutes93. Esta alteração na taxa de bactérias dominantes é atribuída à introdução do AM ou da AF, o primeiro evento relacionado à dieta na colonização do microbioma intestinal. Nos lactentes em AM, as Actinobacterias dominantes são representadas por espécies de Bifidobacterium, especialmente por B. breve, B. longum, B. dentium, B. infantis e B. pseudocatenulatum94, e os Firmicutes, por bactéria produtoras de ácido láctico, Lactobacillus, Enterococcus e ainda espécies de Clostridium. As bifidobactérias são as espécies mais representativas em ambas as dietas, na maioria dos casos sem diferenças significativas nas contagens, porém alguns estudos relatam quantidades bem maiores em crianças que recebem AM. Lactentes alimentados com fórmulas tradicionais diferem pela abundância de B. cantenulatum e B. adolescentis, que são tipicamente representantes das populações de adultos, e o emprego de fórmulas suplementadas com prebióticos galactooligossacárides pode elevar os níveis de Bifidobacterium em geral. Ainda em lactentes que recebem AF, são relatados niveis aumentados de Atopobium, que poderiam estar relacionados ao uso de antibióticos em mães submetidas a parto cesáreo95. Com relação à AF, em geral, são encontrados níveis mais altos de Bacteroides spp. e Enterobacteriacea. A introdução dos alimentos sólidos irá impactar significativamente na ecologia intestinal dos lactentes em AM, que desde o início da suplementação dietética tem seu perfil modificado pelo aumento das contagens de Enterococci e Enterobacteria, e o aparecimento de Bacterioides, Clostridia, e outros Streptococci anaeróbios96.

Impacto do aleitamento materno sobre a saúde

O papel da microbiota adquirida na infância precoce foi reconhecido como primordial na determinação da resposta imune da mucosa e no desenvolvimento de tolerância, pela indução de respostas específicas das células T97. Revisões sistemáticas apontam o papel protetor do AM contra o desenvolvimento de diarreia e enterocolite necrotizante no RN, doenças alérgicas e autoimunes na infância, incluindo doença celíaca, diabetes tipo I e dermatite atópica, havendo ainda controvérsias em relação a asma e rinite alérgica91,97,98. A microbiota induzida pelo AM tem sido responsabilizada pela expressão de genes envolvidos na digestão, função de barreira, angiogênese e aumento da secreção de imunoglobulina A secretória, contribuindo para a prevenção da enterocolite necrotizante99. Mecanismos similares têm sido propostos para explicar os efeitos benéficos do AM na prevenção de infecções e doenças imuno-mediadas. O AM também tem sido associado à redução do risco do desenvolvimento posterior de doenças inflamatórias intestinais, cardiovasculares, obesidade e diabetes tipo 2. Como efeitos clínicos de modificações epigenéticas associadas ao AM, têm sido descritos: diminuição da secreção de IL-8 pelas células intestinais com efeito protetor no desenvolvimento da enterite necrotizante; contrabalanço do risco aumentado de obesidade associada com polimorfismo de PPARgama2 em adolescentes; baixos níveis séricos de colesterol total e LDL-colesterol em adultos que receberam AM na infância. Com relação à AF, a ocorrência de lesões moderadas na mucosa intestinal (via IL-8 e toll-like receptor 4) podem predispor ao desenvolvimento de enterocolite necrotizante84.

Importância dos oligossacarídeos do leite humano

Os oligossacarídeos do leite humano (HMO) são açúcares complexos que constituem o terceiro elemento sólido mais abundante de substâncias presentes no leite humano, só perdendo para a lactose e os lipídios, o que distingue o leite humano do leite de bovinos do qual derivam muitas fórmulas infantis. São constituídos de três a seis açúcares simples como a glicose, galactose, fucose, N-acetilglicosamina e ácido siálico em uma grande variedade de formas que atingem pelo menos 150 tipos diferentes, cada um podendo exercer funções diferentes. Muitos HMO não agem de maneira isolada e necessitam de um grupo de HMO para sua função mais adequada100.

Evidências recentes têm demonstrado o papel prebiótico dos HMO que servem de substrato para uma microbiota potencialmente benéfica. Exercem também funções antimicrobianas, com efeitos bacteriostáticos ou bactericidas diretos, e efeitos antiadesivos para bactérias do trato digestório, servindo como receptores solúveis e reduzindo a adesão de micróbios potencialmente patogênicos. Com suas ações multifuncionais inatas, os HMO modulam a microbiota intestinal que se instala nos lactentes, auxiliando o amadurecimento da imunidade local e sistêmica101.

Após sua ingestão os HMO resistem ao pH ácido e à degradação das enzimas do trato digestório e podem atingir as porções mais distais do intestino grosso. São absorvidos em pequena quantidade e encontrados de maneira intacta na urina e nas fezes. Mais recentemente também foram encontrados na urina, no sangue de gestantes desde o primeiro trimestre da gestação e mesmo no líquido amniótico, podendo o feto ser exposto aos HMO e suas funções protetoras já durante a gravidez102.

Evidências clínicas em RN prematuros com enterocolite necrotizante mostraram menor incidência entre os que utilizavam leite humano com seus HMO em comparação aos em uso de fórmulas infantis. Alguns tipos de HMO estão disponíveis comercialmente, sintetizados quimicamente ou com o auxílio de micróbios, podendo ser adicionados às fórmulas infantis de maneira isolada ou em combinação com outros prebióticos103.

Estudos clínicos de intervenção com a utilização de fórmulas infantis suplementadas com HMO já foram conduzidos e com resultados promissores sobre os efeitos desses probióticos em termos de segurança e efeitos adversos, sobre o crescimento e o desenvolvimento infantil, com a composição da microbiota intestinal mais próxima de lactentes amamentados e desfechos clínicos secundários de menor uso de antibióticos e infecções. Mais estudos são necessários para estabelecer qual ou quais os HMO são úteis para serem suplementados e sua real importância em curto e longo prazo sobre diferentes aspectos da maturação imunológica e de proteção dos lactentes com seu uso104.

O uso de antibióticos

Antibióticos são medicações cruciais que salvam milhões de vidas humanas todo ano. Por milhares de anos evoluímos com certos tipos de microrganismos, criando uma cooperação mutuamente benéfica. Os antibióticos não discriminam nossos simbiontes e convidados patogênicos, matando bactérias boas e más, levando à disbiose. Como uma função de nossa flora que reside naturalmente é moldar a resposta imunológica, não é de surpreender que a composição alterada da microbiota esteja ligada a doenças mediadas por imunidade, incluindo doenças alérgicas. Os antibióticos podem promover ou suprimir o desenvolvimento de distúrbios imunomediados, dependendo do tempo de vida em que são administrados. O uso de antibióticos em crianças favorece o desenvolvimento de distúrbios alérgicos, enquanto o uso de antibióticos em adultos parece melhorar as respostas inflamatórias e reduzir a gravidade das doenças autoimunes. Esse quadro é muito mais complexo, no entanto, devido às funções imunorregulatórias importantes de certas espécies bacterianas39,105.

É cientificamente lógico supor que os cursos de tratamento com antimicrobianos possam perturbar o microbioma intestinal infantil. Muito interesse tem sido gerado para examinar essa possível associação durante os primeiros meses de vida, dada a plasticidade do microbioma infantil. Vários estudos investigaram como os antibióticos administrados na janela pós-parto imediato (para o bebê) ou pré-parto (para a mãe) influenciam a microbiota intestinal do bebê.

Estudo com 15 prematuros, com tratamento de curta duração (≤ 3 dias) com antibióticos, levou à diminuição de Bifidobacterium no intestino infantil imediatamente após o tratamento até a terceira semana pós-natal106. O tratamento prolongado (≥ 5 dias) fez com que a abundância de Bifidobacterium permanecesse diminuída até a sexta semana pós-natal. Tanto no tratamento de curto quanto no de longo prazo, Enterococcus se tornou um membro dominante da comunidade microbiana em vários bebês. Embora a contagem bacteriana total (por qPCR) não tenha diminuído significativamente em bebês que receberam antibióticos em curto e em longo prazo, algumas crianças tiveram contagens bacterianas mais baixas no início da vida, sugerindo um atraso na colonização por Bifidobacterium devido à antibioticoterapia. Os bebês que receberam apenas antibióticos por curto prazo tinham microbiota intestinal que se assemelhava mais à de bebês controle, e suas microbiotas pareciam se recuperar, apesar das mudanças composicionais iniciais. Ao realizar a análise de redundância, a duração do uso de antibióticos foi o principal fator que explicou a variação entre as amostras. No entanto, o uso de antibióticos não alterou a riqueza e a diversidade da comunidade. Mais de uma década antes, o estudo KOALA demonstrou em 1.032 crianças que o uso de antibióticos estava associado à diminuição do número de bifidobactérias e bacterioides em amostras de fezes de bebês obtidas com 1 mês de idade. Após os antifúngicos, também houve níveis mais baixos de Bifidobacterium 25.

De acordo com as diretrizes do Colégio Americano de Ginecologia e Obstetrícia, as mães devem receber profilaxia antibiótica intraparto (IAP) como tratamento padrão para a prevenção da transmissão vertical de estreptococos do grupo B (GBS), que pode ser administrada a cada 4 horas durante o trabalho de parto107. Esse padrão de tratamento é uma janela de oportunidade para examinar como os antibióticos podem afetar o microbioma infantil. A relação da IAP e o microbioma intestinal materno foi avaliada em uma coorte longitudinal prospectiva de 83 pares mãe-bebê, comparando bebês nascidos sem exposição a antibióticos, bebês expostos à IAP para Streptococcus do Grupo B, e nascidos por cesariana108. No início da vida, a comunidade bacteriana de bebês expostos à IAP para GBS diferia da de bebês não expostos aos 10 dias e 6 semanas de idade, mas essas diferenças não eram observadas às 12 semanas. Houve também um atraso na colonização com Actinobacteria em ambos os bebês nascidos por via vaginal expostos à IAP para GBS e aqueles nascidos por cesariana. Em relação ao tempo de exposição a antibióticos, para cada hora de IAP para administração de GBS durante o parto vaginal, houve diminuição de 7,2% na abundância de Bifidobacterium e um efeito positivo na abundância de Clostridium. Um padrão semelhante de menor abundância de Actinobacteria e Bacteroidetes, bem como uma super-representação de Proteobacteria em bebês nascidos de mães que receberam IAP109.

Estudo avaliou o impacto da IAP em uma coorte de 40 RN a termo, vaginais (18 das mães receberam IAP), os bebês com IAP exibiram proporções relativas mais baixas de Actinobacteria e Bacteroidetes e níveis aumentados de Proteobacteria e Firmicutes110. Mais especificamente, em crianças com IAP, o nível de Firmicutes aumentou de 24% iniciais aos 2 dias de idade para 38% aos 10 dias, e depois se estabilizou. Em contraste, os níveis de Firmicutes foram relativamente estáveis em bebês não expostos à IAP. Outro estudo demonstrou que bebês expostos a antibióticos após 3 meses de vida apresentaram contagens bacterianas totais significativamente mais baixas, bem como contagens mais baixas de Bifidobacterium e Staphylococcus em 6 meses, sugerindo novamente que os primeiros meses de vida são realmente uma janela crítica para influenciando o microbioma intestinal111.

Mais estudos são necessários para esclarecer ainda mais o papel de espécies específicas de bactérias no desenvolvimento de doenças autoimunes e alérgicas e como os antibióticos as afetam.

A antibioticoterapia materna inicia a marcha atópica nos filhos?

Antibióticos são prescritos geralmente durante a gravidez e logo após o parto. Mais de 40% das mulheres grávidas recebem antibióticos no período perinatal112. Esses antibióticos alteram a microbiota materna, que por sua vez pode afetar a microbiota fetal. Foi demonstrado que 11 antibióticos de amplo espectro têm a capacidade de afetar o feto após atravessar a placenta113, tendo o potencial de modular diretamente a microbiota fetal. Até o momento, não há relatos que descrevam o impacto da administração de antibióticos no pré-natal na composição da microbiota pré-natal. No entanto, vários relatórios descrevem o impacto da administração de antibióticos pré-natal nas respostas imunológicas pós-natais. De acordo com "a hipótese de privação microbiana", a administração pré-natal de antibióticos tem sido implicada com o início da marcha atópica. Atópico aos alérgenos internos, como ácaros, e depois alérgenos externos, como polens. A marcha atópica começa com DA, alergia alimentar, seguida de rinite alérgica e asma.

Estudo de 2002 de McKeever e cols., usando uma coorte de 24.690 crianças, mostrou que o tratamento com antibióticos durante a gravidez está associado a aumento da incidência de DA, asma e polinose. Também demonstrou que o risco de alergia aumenta com o aumento do número de ciclos de antibióticos, pois dois ciclos de tratamento resultam em maior incidência de atopia quando comparados a um ciclo de tratamento114,115.

Antibióticos e o desenvolvimento de doenças atópicas

O aumento da incidência de atopia está associado a ciclos repetidos de antibióticos durante o primeiro ano de vida. Estudos têm demonstrado que o tratamento com antibióticos durante os primeiros dois anos de vida tem forte associação com o desenvolvimento de eczema, asma e polinose mais tarde na vida116,117. A associação entre uso de antibióticos e doenças alérgicas foi confirmada por alguns autores114,115,118,119, mas rejeitada por outros120. Estudo multicêntrico recente, avaliando quase 200.000 crianças de mais de 20 países, confirmou a associação entre o uso de antibióticos durante o primeiro ano de vida e o desenvolvimento de asma, DA e rinoconjuntivite aos 6 a 7 anos de idade121. O uso de antibióticos em crianças não foi relacionado à atopia na mãe, o que é um forte preditor de atopia em crianças116.

Em conclusão, o corpo humano é colonizado por microrganismos de todos os três domínios da vida, sendo o trato gastrintestinal aquele que exibe a maior diversidade e densidade microbianas. Sem surpresa, esse vasto ecossistema microbiano interage intimamente e, na maior parte, mutualisticamente com seu hospedeiro humano, desempenhando funções metabólicas essenciais como fermentação de polissacarídeos e biossíntese de vitaminas que afetam múltiplos aspectos da fisiologia do hospedeiro, incluindo aí, a ativação e o desenvolvimento do sistema imunológico.

Por isso, compreender esta complexa interface que envolve, por um lado a microbiota (miroorganismos e seus subprodutos) e, por outro, receptores e células especializadas é fundamental para o entendimento dos mecanismos de tolerância ou desequilíbrio imunológico, os quais estão respectivamente ligados ao estado fisiológico de saúde ou aos processos patofisiológicos de diversas doenças, sobretudo aquelas de contexto imunomediado.

 

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