Medio ambiente y Enfermedades Alérgicas

Dr. José Antonio Ortega MartellUniversidad Autónoma del Estado de Hidalgo

Colegio Mexicano de Pediatras Especialistas en Inmunología Clínica y Alergia

Consejo Nacional de Inmunología Clínica y AlergiaOrganización Mundial de Alergia

Viernes 12 de Febrero 2016. Hotel Fiesta Inn. Coatzacoalcos, Veracruz. México

drortegamartell@prodigy.net.mx

Objetivos• Medio ambiente interno:

• Genes y epigenética

• Dieta y microbioma

• Medio ambiente externo:• Contaminación ambiental

• Conclusiones

Objetivos• Medio ambiente interno:

• Genes y epigenética

• Dieta y microbioma

Medio ambiente externo:

Contaminación ambiental

Conclusiones

Reacción alérgica

Sensibilización y memoria

Reacción inmediata Reacción tardía

Requerimientos: IL-2

TGF-b

IL-10

STAT5

Smad3

Células Dendríticas Treg

Nature Medicine 2012;18(5):736-49

Supresión de Linfocitos Th

efectores

IL-10TGF-b

Linfocitos T reguladores

Bloqueo de epitopos Secuestro de IL-2 Síntesis de TGF-b Síntesis de IL-10 Supresión por CTLA-4, PD-1 Perforinas, granzimas, Fas L

Linfocitos T reguladores

Control de respuestas:

Inflamación

Alergia

Autoinmunidad

Linfocitos T reguladores

Linfocitos T reguladores Control:

Linfocitos T Linfocitos B C. dendríticas C. cebadas Basófilos Eosinófilos Fibroblastos

Reacción alérgica

• Genes (Atopia)

• Medio ambiente

• Epigenética

Genes y Epigenética

Cromosoma g Nucleosomas g Histonas g DNA g RNAm

Epigenética

• Siglo IV A.C., Aristóteles:• Epigénesis = desarrollo de la forma

orgánica desde materia amorfa

• 1942, Conrad Waddington:• Interacciones causales entre genes que

dan origen al fenotipohttp://epigenome.eu

Epigenética• Siglo XXI:

• “Estudio de los cambios heredables y

reversibles en la función génica que se

producen sin modificaciones en la

secuencia del DNA”

• Genes + ½ ambiente expresiónhttp://epigenome.eu

Epigenética• Genética: Información en el DNA

• Genómica: Interacciones entre genes

• Epigenética: Cambios heredables sin afectar secuencia DNA

• Epigenómica: Proceso para expresar o inhibir información genes

http://epigenome.eu

La importancia del silencio

• 30,000 genes

• ¿Activos?

• ¿Apagados?

• Fenotipo de

cada célula

Epigenética• No hay

cambios en la secuencia del DNA

• Herencia de marcadores epigenéticos

• Diferente expresión de los genes

Epigenómica

Histonas

Nucleosoma

Acetilación

Metilación

Fosforilación

Micro RNA

• Heterocromatina = genes no accesibles

• Eucromatina = genes accesibles

Metilación DNA: Genes inaccesibles

No acceso a F de T

Genes inactivos

Acetil Histonas: Genes accesibles

Sí acceso a F de T

Genes activos

Enzimas que agregan modificaciones

Enzimas que quitan modificaciones

Proteínas que se unen a las modificaciones para

cambiar expresión genes

Control epigenético de Linfocitos T

Desarrollo de Th1 :

• Desmetilación del promotor de IFN-g

Diferenciación a Treg :

• Desmetilación de locus Foxp3

Desarrollo de Th2 :

• Desmetilación del promotor de IL-4

• Acetilación de histonas en GATA3The Allergy Epidemic. A Mystery of Modern Life. Susan Prescott. 2011

J Allergy Clin Immunol 2015;135:15-24

Silenciar: Desacetilar

Histonas Metilar DNA miRNA Metilar Histonas

Activar: Acetilar Histonas Metilar Histonas Desmetilar DNA

J Allergy Clin Immunol 2015;135:15-24

J Allergy Clin Immunol 2015;135:15-24A = Asma no alérgica COPD = EPOCAA = Asma alérgica

Microbiota y Microbioma

Microbiota• 2001, Lederberg:

• Comunidad de m-org comensales

(simbiontes o patobiontes) que

comparten espacio con nosotros

• Microbiota = bacterias, virus, hongos

• Microbioma = DNA y RNA de m-BiotaScientist 2001;15: 8

Microbioma y evolución de la Vida• Primeros organismos:

• Arqueas y Bacterias• Intercambio de DNA• Evolución por transposones

Transposón:Secuencia de DNA

que puede cambiar

su posición en el

genoma

Transposones y evolución

• Aumentan variedad genética en las células

• > 90% se inactivan con mecanismos

epigenéticos g ¿intrones? (RNAm)

• Fallas en el control epigenético:• Alergia

• Cáncer

• Autoinmunidad

Humano / m-org = 1:10Bacterias, Hongos, Virus

Piel

Génito-urinaria

Gastrointestinal

Vías aéreas

Microbiota• Colonización:

• In útero (mínima)

• Nacimiento (P vs C)

• Lactancia (Exclusiva)

• Ablactación (Edad)

• Familia (Hermanos)

• Comunidad (Rural)

Microbiota• Funciones:

• Digestión

• Competencia

• Metabolismo

• Maduración del sistema

inmunológico

Susan Prescott

• El desarrollo temprano del sistema inmunológico está determinado por múltiples factores y éste a su vez afecta otros sistemas

• Prenatal: Salud materna, Alergenos, m-bioma

• RN – 3m: Colonización, Lactancia, Alergenos

• 4 – 6m: Ablactación, Lactancia, Tolerancia

• 7 – 12m: Colonización definitiva, Tolerancia

• La salud de la futura madre es importante desde antes del embarazo (efecto transgeneracional)

Efecto transgeneracional• Durante el embarazo (F0) los cambios

ambientales afectan epigenéticamente a los

óvulos (F2) del embrión/feto (F1):

• Generación F0

• Generación F1

• Generación F2

Madre

Hija

Futura Hija

Adolescencia = 2ª Oportunidad

• Cambios epigenéticos en gametos y células inmunológicas g enfermedades inflamatorias

Enfermedades inflamatorias NCD

NCDs = Non Communicable Diseases

(crónicas no contagiosas)

• Inicio temprano:

• Inicio tardío:

• Alergia• Obesidad• Autoinmunidad• Diabetes• Cáncer• Cardiovasculares• Parkinson• Alzheimer

• Inflamación crónica g NCDs

• Desregulación• Inmunológica

• Metabólica

• Cautiverio g obesidad, síndrome metabólico, cambios inmunológicos, inflamación crónica

h Cáncer

• Cambios inmunológicos g Enf. Alérgicas g inflamación crónica g otras NCDs (CV)

Inflamación y microbiota

Olszak T, Blumberg R, et al. Science. 2012 Apr 27;336(6080):489-93.

m-biota al nacer

m-biota adulto

Inflamación en mucosas (Enfermedad Inflamatoria Intestinal /

Asma)

No Sí No Sí

Treg

NKT

Treg

NKT

Seres humanos y biodiversidad• Somos “arrecifes de coral” en donde viven múltiples microorganismos con nosotros (Microbioma)

Microbioma y efectos en la salud

Cambios ½ ambiente

Cambios en Microbioma

Cambios en la Salud

Mantener Biodiversida

d

Mantener buena Salud

Microbioma y efectos en la salud

Disbiosis • Desequilibrio en microbioma

Desregulación

• Disfunción del sistema inmunológico

J Allergy Clin Immunol 2015;135:3-13

J Allergy Clin Immunol 2015;135:25-30

• Piel, Gastrointestinal, V. Aéreas Sup.• ¿Vías aéreas inferiores?

• Chlamydophila pneumoniae• Mycoplasma pneumoniae• Moraxella catarrhalis • Haemophilus influenzae • Streptococcus pneumoniae

Microbiota

J Allergy Clin Immunol 2015;135:25-30

Exacerbación de Asma

Riesgo de Asma

Pato

bion

tes

Microbioma en Asma

• ¿Solo patobiontes?

• Microbiota pulmonar al nacer

• Activa población especial de Treg

• Dependiente de edad (ventana)

• Ayuda a control de inflamación

J Allergy Clin Immunol 2015;135:25-30

Microbioma y desarrollo tisular

Microbioma

• Desarrollo sistema

inmunológico

• Cambios metabólicos

• Desarrollo sistema nervioso

Inflamación g desarrollo del SNC

Inflamación g h IL-1b g Conducta

Sistema inmunológico g conducta

Activación Sistema Inmunológico

• Respuesta fisiológica:• h Citocinas g inflamación aguda

• i apetito

• i interacción social

• i actividad

• h sueño

• Alteración cognitiva

Activación Sistema Inmunológico

• Respuesta patológica:• hhh Citocinas g inflamación crónica

• Trastornos del apetito• Conducta antisocial• Fatiga crónica

• Trastornos del sueño• Alteraciones en aprendizaje

• Cambios en la dieta g cambios en m-bioma

• Mantener biodiversidad = mantener Salud

Cambios en 3 generaciones (1930 - )

• Dieta = “ fast food ”

• h Uso de antibióticos

• h Uso de pesticidas

Cambios en microbioma:

• i Biodiversidad g h riesgo de alergia

Células T reg:• Equilibrio y

tolerancia• Medio ambiente• Citocinas, m-bioma,

metabolitos:• Vit A, Vit D• CHO, Ac. grasos

Front Immunol 2015;61(6):1-14

Dieta, microbiota y tolerancia

Immunity 2014;40:833-42

Dieta:• Fibra• Grasas

Microbiota:• Metabolitos

S. Inmune:• Maduración• Tolerancia

Feto – Lactante:• Prenatal (placenta)

• Postnatal (lactancia)

Immunity 2014;40:833-42

Immunity 2014;40:833-42

Dieta:• Triptofano

Lactobacilos:• Metabolitos

Treg Patógenos

Ác. Grasos de cadena corta

Moco

SIgA

Reparación

Treg

Epitelio

NF-kB

Imm

unity

201

4;40

:833

-42

CHO dieta:• m-Biota

• Ac. grasos cadena corta

• Activación

de GPR y

de TLR2

• Inhiben a

HDAC

• Expresión

de FOXP3

• IL-10

Dieta• Fibra + microbiota• Ác. Grasos de cadena

corta (SCFA):• Acetato, Butirato,

Propionato• Activación receptores• C. Dendríticas (tolerancia)

DC reg IL-10

• Treg Th2 Th17

Julia V. Nat Rev Immunol 2015;15:308-22

Ác. Grasos poliinsaturados w-3 Inflamación

Ácidos grasos cadena media Omega 6 Omega 3

Colesterol

Vitamina A• Célula dendrítica CD103+

• Vit A Ácido retinoico:

• Linfocitos Tgd, ILC3 IL-22

• Th2 Th17 Th1

• Treg CCR9+

• Migración a mucosas

• Tolerancia a Ag

Vitamina A• ILC3 / ILC2

• IL-5 IL-13

• Cél. Dendríticas Th2

• IL-13 TNF-a

• Th2 CCR4+ / Lig E-Selectina

• Migración a mucosas

• Tolerancia a Ag

Vitamina D• VD3 25(OH)VD3 1,25(OH)2VD3

• Macrófagos, Cél. Dendríticas, T

• Th2 Th17 Th1

• Treg

• IgE

• Migración a piel y mucosas

• Inflamación piel y vías aéreas

Microbiota• Lactobacilos, Bifidobacterias

• TLR2 permeabilidad

• TLR2 Ácido retinoico

• TLR9 DCreg IL-10

• Treg IL-10

• Migración a mucosas

• Tolerancia a Ag

¿Modificar microbioma?

PNAS 2011;108(1):4578-85

• Análisis secuencial del microbioma

• RN sano g 2.5 años (838 días)

• 60 muestras fecales ( > 300,000 genes 16S rRNA)

• 12 muestras : metagenómica ( ≈ 500,000 DNA)

Cambios secuenciales bien organizados

• RN de término sano

• Parto vaginal eutócico

• Guardería Lun – Vie: 3m g12m

• Lactancia materna 9m (134 d exclusiva)

• Fórmula infantil 9m ; Leche entera 12m

• Ablactación: 4m (cereal de arroz)

• Antibióticos: Amoxicilina, Cefdinir (Otitis)

PNAS 2011;108(1):4578-85

PNAS 2011;108(1):4578-85

• h Firmicutes:• mejor utilización lactato

• h Bacteroidetes:• mejor CHO vegetales• h Ac. Grasos cad. Corta• h Biosíntesis vitaminas• Degradación xenobiótica

PNAS 2011;108(1):4578-85

• Cambios progresivos en microbioma• h Firmicutes en lactancia• h Bacteroidetes en ablactación

Nature 2012; 486(7402): 222–227

• 531 niños y adultos• 3 comunidades diferentes:

• Amazonas (Venezuela)• Malaui (África oriental)• Filadelfia, St. Louis, (EUA)

• Variabilidad interindividual (diferentes regiones)

• Estabilidad intraindividual (con la edad)

Nature 2012; 486(7402): 222–227

• Mayor variación en el microbioma en los primeros 3 años de vida (periodo de consolidación)

Nature 2012; 486(7402): 222–227

• Mayor variación en < 3 años en la 3 regiones

• Menor variación entre Amazonas y África vs EUA (Rural vs Urbana)

Nature 2012; 486(7402): 222–227

• Mayor similitud entre adultos de Amazonas y África vs EUA (urbana)

Nature. 2014 January 23; 505(7484): 559-63

• 10 adultos voluntarios sanos

• Dieta basada en plantas o animales

• 5 días de intervención (corto plazo)

• Estudio cruzado (ambas dietas)

• Evaluación de ingesta de fibra, grasa

• Efectos en microbioma y sus productos

Nature. 2014 January 23; 505(7484): 559-63

• Dieta basada en plantas:

• Desayuno: cereales

• Comida: vegetales cocidos, arroz, lentejas

• Cena: vegetales cocidos, arroz, lentejas

• Bocadillos: frutas frescas, frutos secos

• Líquidos: agua, té sin azúcar

Nature. 2014 January 23; 505(7484): 559-63

• Dieta basada en animales:

• Desayuno: huevos con tocino

• Comida: carne de res o de cerdo

• Cena: embutidos y quesos

• Bocadillos: chicharrón, queso, salami

• Líquidos: agua, té sin azúcar, café

Nature. 2014 January 23; 505(7484): 559-63

• Mayor ingesta de fibra en dieta basada en plantas

Nature. 2014 January 23; 505(7484): 559-63

• Mayor ingesta de grasa en dieta basada en animales

Nature. 2014 January 23; 505(7484): 559-63

• Cambios en ácidos

grasos de cadena corta

(SCFA):

• Dieta vegetariana:

• h Acetato y Butirato

• i Inflamación

• i Riesgo de Cáncer

• Dieta vegetariana:• Largo plazo g h Prevotella• i Inflamación intestinal

• Dieta con lácteos:• h Ac. Biliares• h Bilophila wadsworthia• h Inflamación intestinal

Nature. 2014 January 23; 505(7484): 559-63

• Comer lo más sanamente posible• Mayor cantidad de fibra y comida fresca• Cambio en estilo de vida (más Natural)

Ag en dieta y ½ ambiente

Procesamiento de Ag por sistema

digestivo materno Leche materna:• Antígenos• IgA• F. de tolerancia• F. crecimiento GI• F. para microbiota

Ag pasan por barrera intestinal

ToleranciaJulia V. Nat Rev Immunol 2015;15:308-22

Treg

• Ag / IgG

• Célula

dendrítica

• Th0 Treg

• Ag libre

• TGF-b

• Th0 Treg

Leche humana y microbiota

Leche Humana

Diversidad microbiota

Th1

Th2 Th1 Th2

Lactobacillus Bifidobacteria Bacteroides

Treg

J Allergy Clin Immunol 2010; 125;1013–19

Riesgo de Sibilancias Recurrentes

• Estocolmo

• 3,425 niños

• Lactancia > 4m

• RN 8 años

• Ajustado para sexo,

peso al nacer,

atopia en ambos

padres, tabaquismo

materno

• riesgo sibilancias

Guideline on allergen-specic immunotherapy in IgE-mediated allergic diseases Allergo J Int 2014; 23: 282–319

Objetivos Medio ambiente interno:

Genes y epigenética

Dieta y microbioma

• Medio ambiente externo:• Contaminación ambiental

Conclusiones

Clasificación de los contaminantes aéreos

Origen:• Primarios

• Contaminantes emitidos directamente a la atmósfera: SO2, NO, NO2, NH3, CO y PM.

• Secundarios• Contaminantes que se forman como resultado de reacciones químicas entre otros contaminantes: O3, NH4, H2SO4, H2O2, PM.

Sánchez J, Caraballo L. Rev Alerg Mex. 2015 Oct-Dec;62(4):287-301

Clasificación de los contaminantes aéreos

Fuente:• Intradomiciliarias

• Cocinar, material de las casas, humo del cigarrillo, productos de consumo, aseo.

•Extradomiciliarias• Industrias, automóviles, fuentes naturales

Sánchez J, Caraballo L. Rev Alerg Mex. 2015 Oct-Dec;62(4):287-301

Síndrome de edificio enfermo

Clasificación de los contaminantes aéreos

Tipo:• Gases

• SO2, NO2, NO, O3, CO, VOC (compuestos orgánicos volátiles: hidrocarburos aromáticos, dioxina, benceno, aldehídos)

• Partículas• Partículas burdas (PM10) finas (PM2.5) y ultrafinas (PM0.1). El tamaño de las partículas es medido en micrómetros.

Sánchez J, Caraballo L. Rev Alerg Mex. 2015 Oct-Dec;62(4):287-301

Partículas (PM)

Contaminación ambiental y Asma

• Efectos epigenéticos:

• Acetilación o desacetilación de histonas, inhibición de fosfatasas, hiper o hipometilación de promotores…

• Cambios metilación in útero g h respuesta Th2

Sánchez J, Caraballo L. Rev Alerg Mex. 2015 Oct-Dec;62(4):287-301

Contaminación ambiental y Asma

• Mecanismos de acción:

• Aumento de IgE, IL-13, IL-4, IL-5, IL-8, CCL11, CCL20, CCL17, actividad de CPA, producción de iRO2…

• Respuesta inflamatoria persistente postnatal

Sánchez J, Caraballo L. Rev Alerg Mex. 2015 Oct-Dec;62(4):287-301

Rev Alerg Mex. 2015 Oct-Dec;62(4):287-301

Buenos mecanismos antioxidantes

Malos mecanismos

antioxidantesRev Alerg Mex. 2015 Oct-Dec;62(4):287-301

Rev Alerg Mex. 2015 Oct-Dec;62(4):287-301

h Respuesta alérgica

h Inflamación

Rev Alerg Mex. 2015 Oct-Dec;62(4):287-301

Genes y moléculas participantes

Objetivos Medio ambiente interno:

Genes y epigenética

Dieta y microbioma

Medio ambiente externo:

Contaminación ambiental

• Conclusiones

Conclusiones

• Los cambios epigenéticos son heredables y pueden ser reversibles

• Favorecidos por cambios ambientales y modulan el funcionamiento celular

Conclusiones

• La microbiota humana es una

comunidad multidiversa entre

simbiontes y patobiontes

• Necesidad evolutiva para la

maduración de muchos sistemas

Conclusiones

• El microambiente intestinal se

modifica con la dieta y con la

microbiota

• El sistema inmunológico

interactúa con este ecosistema

Conclusiones

• Los linfocitos T reguladores son una

subpoblación clave para el control de

la respuesta inmunológica y en

especial para la tolerancia hacia

autoAg y hacia Ag no dañinos

Conclusiones• La leche humana es el mejor alimento

para el RN y en los primeros 2 años

• Protección pasiva, maduración activa,

inducción de tolerancia, microbiota

• Dieta materna completa y bien

equilibrada en embarazo y lactancia

Conclusiones1. La contaminación del aire influye en el

origen y evolución de Enf. Respiratorias

2. El incremento en la frecuencia del asma en

los últimos años se asocia con aumento de

múltiples contaminantes atmosféricos,

como NO2, SO2, CO, O3 y partículas

respirables (PM2.5)Sánchez J, Caraballo L. Rev Alerg Mex. 2015 Oct-Dec;62(4):287-301

Conclusiones3. Estudios en humanos demuestran el

efecto irritativo de contaminantes y su relación con el aumento de las exacerbaciones del asma

4. Experimentos in vivo e in vitro demuestran que los contaminantes pueden tener efectos epigenéticos en la acetilación de histonas y la metilación de secuencias CpG en el DNA

Sánchez J, Caraballo L. Rev Alerg Mex. 2015 Oct-Dec;62(4):287-301

Conclusiones5. Varios polimorfismos en humanos se

han asociado con el asma y con mayor

sensibilidad al

efecto de los

contaminantes

Sánchez J, Caraballo L. Rev Alerg Mex. 2015 Oct-Dec;62(4):287-301

Gracias

drortegamartell@prodigy.net.mx

Viernes 12 de Febrero 2016. Hotel Fiesta Inn. Coatzacoalcos, Veracruz. México