Avances en Inmunidad de la Mucosa Bucal y el Microbioma

Avances en Inmunidad de la Mucosa Bucal y el Microbioma

 

Conceptos en Ruptura Homeostática y Disbiosis Oral

Avances recientes de microbioma y estudios inmunológicos destacaron que la periodontitis no es una infección bacteriana clásica, sino el resultado de la disbiosis debido a una descomposición homeostática del microbio huésped.

Los mecanismos homeostáticos son esenciales para la integridad de los sitios de barrera de la mucosa, incluido el periodonto. La disbiosis representa una perturbación de la composición del microbioma impulsada por cambios en las condiciones ambientales locales, entre las cuales la inflamación es clave.

Una comunidad microbiana alterada (disbiótica) se adapta para sobrevivir y aprovechar el entorno inflamatorio nutricionalmente favorable y puede contribuir activamente a la persistencia de un estado inmunitario inflamatorio desregulado del huésped. Por lo tanto, la inflamación y la disbiosis se refuerzan mutuamente en un bucle autosostenido y constituyen el verdadero impulsor de la periodontitis.

Comprender estos conceptos puede ser fundamental para el desarrollo de nuevos tratamientos para enfermedades inflamatorias provocadas por microbios, como la periodontitis. Tales estrategias pueden implicar la manipulación de la comunidad microbiana o la modulación dirigida de la respuesta del huésped, limitando la destrucción inflamatoria y promoviendo la resolución.

Dirigirse a la respuesta inflamatoria del huésped puede restaurar las condiciones ambientales asociadas con la salud y, en consecuencia, promover una comunidad microbiana simbiótica.

Se consideró tanto una perspectiva centrada en el huésped como centrada en los microbios para comprender los cambios de la simbiosis oral a la disbiosis, y de la salud a la enfermedad, con énfasis en el enfoque terapéutico complementario dirigido a la periodontitis.

 

Células T en la inmunidad de la mucosa oral

La colonización de la mucosa por Porphyromonas gingivalis, un componente importante del microbioma disbiótico, puede regular la plasticidad de las células intersticiales Th17 y Treg, lo que conduce a un equilibrio desfavorable que promueve la enfermedad. Las poblaciones de células productoras de IL-17A incluyen células Th17, células T γδ y una población única de células T CD3+ CD4/CD8 doble negativa denominadas células T invariantes asociadas a la mucosa (MAIT). Las células MAIT representan un tipo no convencional de linfocitos T con características similares a las innatas, pueden ubicarse también en la mucosa oral y responden a los comensales y patógenos orales. Se demostró que un subconjunto de células MAIT exhibía altos niveles de producción de IL-17.

Las células T γδ residen también en la encía y se localizan preferentemente en el epitelio adyacente a la biopelícula dental. Las células V \gamma 6+ son una fuente importante de IL - 17 en la encía. Experimentos con ratones quiméricos y parabiosis indicaron que la fracción principal de células T γδ gingivales es radiorresistente y residente en tejido, que persiste localmente independientemente de las células T γδ circulantes. En particular, la homeostasis de las células T γδ gingivales está regulada por la microbiota, ya que la proporción de células Vγ6+ y Vγ4+ se invirtió en ratones libres de gérmenes, y su estado de activación disminuyó.

La ablación de las células T γδ da como resultado una inflamación gingival elevada y las alteraciones posteriores de la diversidad microbiana oral, lo que indica que la homeostasis de la mucosa oral está determinada por la interacción de las células T γδ y la microbiota local.

La expansión de las células Th17 y la acumulación de neutrófilos son necesarias para la destrucción del tejido inflamatorio en la periodontitis experimental en ratones, así como en la periodontitis humana. Esto depende del microbioma disbiótico local y requiere tanto IL-6 como IL-23, a diferencia de las células Th17 orales homeostáticas, que se acumulan de manera independiente de comensales y dependiente de IL-6. El eje IL-23-IL-17 está involucrado en la inmunopatología periodontal de aparición temprana en la deficiencia de adhesión leucocitaria 1 (LAD1), que se caracteriza por deficiencias en la adhesión de los neutrófilos al endotelio y la transmigración a los tejidos. Se ha demostrado que el tratamiento dirigido con un anticuerpo bloqueador de IL23 produce resultados clínicos impresionantes en la terapia periodontal.

IL-17 impulsa cambios disbióticos del microbioma oral también en la diabetes, con implicaciones en la patogénesis de la enfermedad periodontal. La microbiota disbiótica transferida de ratones diabéticos a receptores libres de gérmenes indujo una mayor expresión de citocinas osteolíticas, pérdida ósea y neutrófilos, en comparación con las bacterias transferidas de animales normoglucémicos.

El tratamiento con el anticuerpo IL-17 redujo estos efectos y concluyó que la regulación de la IL-17 en la diabetes es fundamental para alterar la microbiota oral y hacerla más patógena.

También se revela una interacción entre las células B, las células Th17 y la diabetes en la enfermedad periodontal.

Las células B preparadas para la diabetes apoyaron los perfiles de citoquinas Th17, mientras que las células B tuvieron un efecto modesto en la función de las células T en individuos normoglucémicos.

La diabetes tipo 2 también altera la función mitocondrial de las células B y las células T, lo que perpetúa un entorno Th17.

Estos hallazgos revelan colectivamente un papel novedoso de los linfocitos en la periodontitis potenciada por T2D.

En otros modelos murinos de inflamación de la mucosa, como la colitis, tanto las bacterias comensales como el patobionte Helicobacter typhlonius fueron necesarios para mediar la exacerbación de la respuesta inflamatoria mediada por células T CD4, que lleva a la destrucción del tejido colónico. Esto va acompañado de cambios metabolómicos en las heces de los ratones afectados y las funciones de los monocitos/macrófagos en el intestino afectado.

 

Células Dendríticas y Macrófagos en la inmunidad de la mucosa oral

Las señales ambientales derivadas de la microbiota autóctona pueden generar señales reguladoras en las células dendríticas (CD) para que puedan responder rápidamente al encuentro con patógenos, provocando respuestas de citocinas, quimiocinas y células T. De hecho, el microbioma autóctono puede controlar la producción de interferón tipo I (IFN-I) y la señalización del receptor de IFN-I en CD en estado estable, preparando a estas células para combatir patógenos. Sin embargo, este estado basal también puede generar respuestas desventajosas de células T, que a su vez pueden ser contrarrestadas por barreras de tolerancia periférica. El papel del microbioma disbiótico en la expansión de las células dendríticas mieloides inflamatorias de la sangre (CDm) y la conversión de las células Treg reguladoras en células Th17 también se ha considerado en pacientes con periodontitis. En respuesta a la terapia periodontal, se redujeron los niveles de ciertos patógenos periodontales en las biopelículas subgingivales, así como su contenido en las panCD.

La administración de antibióticos redujo aún más la frecuencia de CDm y la frecuencia de conversión de Treg a Th17 a niveles de control saludables.

Por lo tanto, un microbioma oral disbiótico puede tener un papel en las CD de localización de tejidos y las células T que dañan los huesos en la enfermedad periodontal.

La periodontitis se asocia con una proporción desequilibrada de macrófagos proinflamatorios M1 y antiinflamatorios M2, favoreciendo el estado proinflamatorio. Se sabe que el ligando 2 de quimiocinas con motivo C-C (CCL2) promueve la quimiotaxis de M2, mientras que la IL-4 induce la polarización de M2.

La liberación local controlada de micropartículas que administran CCL2 e IL-4 en el periodonto inflamado en ratones mostró una reducción significativa de la pérdida ósea alveolar, acompañada de un aumento en el subconjunto M2 y una disminución en el subconjunto M1. Por lo tanto, la inmunomodulación M2 local podría ser un enfoque novedoso para el tratamiento periodontal.

 

Células Epiteliales en la Inmunidad de la Mucosa Oral

Las células epiteliales orales y gingivales se encuentran en la interfaz microbiana del huésped y desempeñan un papel importante en la configuración de la respuesta inmunitaria e inflamatoria del huésped. P. gingivalis interactúa con las células epiteliales gingivales y puede modular la expresión de quimiocinas específicas de neutrófilos aguas abajo a través de su exclusiva lípido A desacilasa, que tiene el potencial de alterar la homeostasis mediada por TLR4. En las células epiteliales orales, P. gingivalis también puede inducir la señalización de Notch-1, lo que resulta en la producción de la proteína antimicrobiana y proinflamatoria fosfolipasa A2 grupo IIA (PLA2-IIA) que puede afectar a las bacterias comensales de una manera que promueve la disbiosis. Cuando se desafió con especies individuales en forma planctónica, los cambios en la expresión génica provocados en las células epiteliales orales fueron significativamente diferentes de los provocados en respuesta a una biopelícula multiespecie compuesta por la misma bacteria.

Se desarrolló un modelo tridimensional de implante-mucosa, definido por una mucosa oral estratificada firmemente adherida al implante. El cultivo con biopelícula de S. oralis comensal condujo a diferencias morfológicas de la mucosa en el sitio del implante, acompañadas de una expresión génica alterada y secreción de citocinas/quimiocinas.

 

Patogenia Fúngica

Cándida albicans es un colonizador comensal de la mucosa oral en humanos, pero responsable de causar infecciones fúngicas en huéspedes inmunocomprometidos. La interacción de la microbiota bacteriana de la mucosa oral residente, como los estreptococos del grupo mitis y C. albicans, puede ser crucial en la candidiasis orofaríngea asociada con la quimioterapia contra el cáncer.

El agotamiento de los comensales orales mediado por antibióticos conduce a cambios disbióticos severos en las comunidades bacterianas asociadas a la mucosa y candidiasis orofaríngea y revela relaciones divergentes entre las bacterias asociadas a la mucosa y C. albicans en el tracto gastrointestinal superior e inferior.

Cándida albicans puede interactuar con Streptococcus mutans en biopelículas orales. Comprender las interacciones entre los reinos de Cándida y estreptococos es particularmente relevante para la caries grave de la primera infancia. La interacción se caracteriza por cambios en la organización espacial, la matriz de polisacáridos extracelulares y la actividad metabólica de las biopelículas bacterianas y fúngicas, y su impacto en resultados clínicamente relevantes, como la resistencia a los medicamentos y la virulencia.

La propia Cándida albicans produce una toxina peptídica citolítica (candidalisina) que es fundamental para la patogenia y la activación inmunitaria, que se intercala y desestabiliza la integridad estructural de las membranas plasmáticas de las células epiteliales.

Esto da como resultado la liberación de alarminas y estrés celular, lo que lleva a la activación epitelial, provocando una respuesta inflamatoria, que ayuda a eliminar la infección fúngica.

 

Patogenia Viral

Las enfermedades bucales mediadas por microbios pueden señalar la progresión subyacente del VIH/SIDA en adultos infectados por el VIH. El Protocolo Maestro de Adolescentes del Estudio de Cohorte de VIH/SIDA Pediátrico es un estudio longitudinal de jóvenes perinatalmente infectados por HIV y expuestos al VIH no infectados.

Los datos indican que la riqueza de especies y la diversidad alfa diferían poco entre los dos grupos. Sin embargo, se observaron diferencias significativas en los recuentos promedio en dos especies de Corynebacterium (asociadas con la salud bucal), que fueron menores en el grupo infectado.

Las probabilidades de caries aumentaron con el aumento de los niveles de los géneros Streptococcus, Scardovia, Bifidobacterium y Lactobacillus.

En otro estudio, que involucró a niños que recibieron atención en un centro terciario en Nigeria, no se encontraron diferencias significativas en la diversidad bacteriana en la saliva al comparar los niños infectados por el VIH y expuestos al VIH pero no infectados con niños completamente no infectados y no expuestos.

Las edades más jóvenes y los niveles de inmunosupresión se asociaron fuertemente con índices de diversidad microbiana más bajos, mientras que la abundancia relativa de los taxones Bacteroidales, Megasphaera, Prevotella, Tannerella y Treponema se asoció con la infección o la exposición al VIH.

En los niños infectados por el VIH, las probabilidades de patologías dentales aumentaron con una abundancia relativa de los géneros Streptococcus, Rothia, Veillonella, Fusobacterium y Lactobacillus.

 

Microbioma y Cáncer

Cada vez hay más pruebas de que el microbioma está involucrado en la carcinogénesis, ya sea directamente a través de los metabolitos producidos o indirectamente a través de la inducción de la inflamación. También hay cada vez más pruebas de que P. gingivalis está estrechamente relacionada con el desarrollo y la gravedad de la neumonía por aspiración, la artritis reumatoide, el cáncer de esófago y la enfermedad de Alzheimer.

Varios modelos mecanísticos plausibles implican a los factores de virulencia de P. gingivalis, las gingipaínas y la peptidil arginina deiminasa (PPAD) en la patogenia de algunas de estas afecciones.

Fusobacterium nucleatum, un anaerobio oral común asociado con la periodontitis, también se enriquece en el adenocarcinoma colorrectal donde se asocia con la aceleración del tumor, la resistencia a los medicamentos y un mal resultado de la enfermedad. Las fusobacterias usan la lectina Fap2 para adherirse al adenocarcinoma colorrectal que muestra Gal-GalNAc, y pueden trasladarse desde la cavidad oral por vía hematógena durante la bacteriemia transitoria.

F. nucleatum también se ha asociado con infección intrauterina y resultados adversos del embarazo.

Específicamente, F. nucleatum desencadena la inflamación placentaria en las células endoteliales maternas a través de la señalización del receptor tipo toll (TLR)-4, mientras que la suplementación de ratones preñados con ácidos grasos omega-3 durante la gestación suprimió la inflamación placentaria y redujo la proliferación de F. nucleatum en la placenta. y aumento de la supervivencia fetal y neonatal.

El síndrome de Sjögren y la sialoadenitis linfocítica focal se asocian con cambios en el microbioma oral. Una parte sustancial de los cambios en la microbiota oral del síndrome de Sjögren se comparte con la sicca inducida por fármacos, aunque Prevotella melaninogenica parece estar más estrechamente asociada con el síndrome de Sjögren.

Muchas células bacterianas estaban presentes dentro de la infiltración linfocítica y células ductales y en áreas de sialoadenitis linfocítica focal asociada con el síndrome de Sjögren.

La anemia de Fanconi es una enfermedad genética rara asociada con el carcinoma de células escamosas bucales con la posible implicación del microbioma bucal.

Los perfiles microbiano, metabolómico e inflamatorio mostraron diferencias discordantes entre hermanos para esta enfermedad. Se observó una mayor abundancia de especies de Streptococcus y Candida en la enfermedad, junto con una reducción de los catabolitos derivados de bacterias producidos a partir de aminoácidos, poliaminas, aminoácidos y dipéptidos.

La mucositis oral se debe principalmente al efecto citotóxico de los quimioterapéuticos en el epitelio oral que se divide rápidamente, pero estos medicamentos también provocan cambios en el microbioma de la mucosa que contribuyen al desarrollo de esta afección.

La disbiosis microbiana que acompaña a la mucositis oral se caracteriza por el enriquecimiento de patobiontes proinflamatorios gramnegativos y el agotamiento de abundantes simbiontes asociados con la salud.

El epitelio oral afectado responde a este microbioma disbiótico mediante la regulación al alza de genes implicados en la proteólisis de las uniones celulares y la apoptosis, como la calicreína-5. La exposición al simbionte Streptococcus salivarius disminuye la calicreína-5 y reduce la degradación de los desmosomas, lo que sugiere que este simbionte agotado en realidad puede proteger contra esta afección.

Microbioma y Ómicas

Las tecnologías proteómicas han avanzado mucho en nuestra comprensión de las vías inflamatorias del huésped, la comunicación cruzada entre el huésped y el microbio, así como la caracterización metaproteómica del microbioma oral.

La plétora de información molecular revelada en los fluidos biológicos orales como el fluido crevicular gingival y la saliva catalogada en bases de datos públicas abiertas puede ser fundamental para la identificación de marcadores diagnósticos/pronósticos de la enfermedad.

Sin embargo, el desafío futuro que surge de esta gran recopilación de datos se encuentra dentro de su evaluación bioinformática e interpretación biológica.

Los estudios del microbioma humano se han centrado en caracterizar los cambios en la composición de las comunidades microbianas. Por ejemplo, los esfuerzos comparativos de secuenciación del genoma han identificado las identidades y las composiciones genómicas de los treponemas orales en nichos orales sanos y periodontalmente enfermos. Al centrarse en los genes que codifican las funciones de limpieza y los factores de virulencia expuestos en la superficie, ha sido posible descifrar los linajes genéticos de los treponemas orales ampliamente distribuidos en la población general, así como los asociados con la enfermedad periodontal.

Los perfiles de microbioma en lesiones activas e inactivas sugieren que los cambios en el estado periodontal no pueden explicarse únicamente por diferencias en la composición microbiana subgingival, pero sus actividades metabólicas son esenciales para impulsar procesos disbióticos. Por lo tanto, el análisis metatranscriptómico (expresión génica) del microbioma oral puede ayudar a identificar cambios en las actividades metabólicas de la comunidad que podrían reflejar una disbiosis funcional y explicar la transición de la salud a la enfermedad.

La dinámica del microbioma también se puede demostrar por su interacción con los antibióticos. La administración de antibióticos induce cambios notables en el intestino y los microbiomas orales, sin embargo, esto último se encontró que era significativamente más resistente a esta perturbación exógena. Además, en lugar del uso de antibióticos, los niveles iniciales de diversidad microbiana, la presencia de taxones específicos o ciertas co-ocurrencias microbianas pudieron predecir mejores resultados del tratamiento clínico en pacientes con periodontitis.

El microbioma humano ha co-evolucionado con el huésped, formando juntos un "holobionte". El microbioma es capaz de adaptarse a los mandatos genotípicos y ambientales del huésped, manteniendo dinámicamente la salud bucal. Por lo tanto, los factores del huésped identificables capaces de dar forma al microbioma oral podrían servir como pronosticadores del estado y la actividad de la enfermedad o como objetivos de intervención terapéutica.

Dado que el microbioma ha evolucionado junto con el huésped, no sorprende que los taxones bacterianos que cohabitan en el mismo nicho dependan unos de otros para el crecimiento y el apoyo nutricional o de señalización. Por lo tanto, a menudo es imposible aislar ciertos microorganismos cuando sus benefactores nutricionales no están presentes.

Los enfoques de enriquecimiento dirigidos por co-cultivo e hibridación han llevado al aislamiento de representantes orales de las filas Synergistetes, Chloroflexi y Saccharibacteria, y miembros previamente no cultivados de la familia Lachnospiraceae y los géneros Tannerella y Prevotella.

Es cierto que la investigación de microbiomas que utiliza la secuenciación de próxima generación ha alcanzado un pico de productividad, alineándose con las tendencias tecnológicas avanzadas. Sin embargo, las limitaciones metodológicas y los problemas de calidad relacionados con el diseño del estudio y los procedimientos de muestreo influyen en los resultados, lo que requiere una investigación del microbioma impulsada por hipótesis, en lugar de impulsada por la tecnología.

Ahora es evidente que se requiere estratificación y agregación de datos multiómicos para delinear la comprensión biológica de la enfermedad oral, combinando análisis "profundos" y "amplios". Un elemento clave en este proceso es la identificación y el interrogatorio de los rasgos de la enfermedad biológicamente informados frente a los únicamente definidos clínicamente ("endofenotipos" de firmas de enfermedades biológicamente homogéneas que pueden presentarse con signos clínicos superpuestos o heterogéneos). Los avances en esta dirección requerirán un compromiso con la biología de sistemas y los modelos de ciencia en equipo.

 Virulencia Microbiana y Disbiosis

Porphyromonas gingivalis actúa sinérgicamente con el patógeno accesorio Streptococcus gordonii en comunidades microbianas heterotípicas para inducir respuestas inflamatorias disbióticas. Su interacción involucra mecanismos de co-adherencia y cooperación metabólica. En P. gingivalis, estos sistemas están gobernados por una vía de señalización dictada por la defosforilación de la proteína tirosina, que converge en la expresión de factores de colonización y virulencia. P. gingivalis emplea una serie de mecanismos que le permiten evitar la muerte intracelular y sobrevivir dentro de la mucosa oral.

Puede lograr esto en las células epiteliales gingivales atenuando el efecto bactericida de la mieloperoxidasa, induciendo un fenotipo antiapoptótico en las células y formando vacuolas ricas en retículo endoplásmico en las que puede replicarse y protegerse de la degradación lisosomal.

Nuevos conocimientos sobre cómo atacar la inflamación indican que A20, una enzima editora de ubiquitina que finaliza la activación de NF-κB, puede restringir la inflamación periodontal y la producción de citoquinas en respuesta a P. gingivalis a través de su efecto regulador negativo en la señalización de NF-kB, como se muestra in vivo y modelos ex vivo.

Tannerella forsythia es otro ejemplo de especie que ha desarrollado estrategias para sobrevivir dentro de la cavidad oral.

Ha desarrollado vías para el transporte y reciclaje de ácido N-acetilmurámico (MurNAc) y fragmentos de peptidoglicano liberados por las bacterias que cohabitan durante la renovación de su pared celular.

También produce metilglioxal (MGO) que puede modificar las proteínas del huésped para generar productos finales de glicación avanzada (AGE) y matar bacterias que carecen de sistemas de desintoxicación de MGO, liberando así peptidoglicano. Por lo tanto, las actividades de eliminación de peptidoglicanos de T. forsythia y la producción de MGO podrían impulsar la desregulación inmunológica y la disbiosis microbiana.

Se ha demostrado que Aggregatibacter actinomycetemcomitans, un microorganismo asociado durante mucho tiempo con la periodontitis agresiva, es necesario, pero no suficiente, para causar la enfermedad que requiere un consorcio de bacterias. En un modelo de mono rhesus, se demostró que la colonización de A. actinomycetemcomitans estaba asociada con especies productoras de lactato como Leptotrichia, Abiotrophia y Streptococcus, de acuerdo con la capacidad de esta especie para utilizar lactato como fuente de carbono. Las cepas altamente productoras de leucotoxinas mostraron un patrón de colonización más favorable, asociado con una regulación al alza de los genes relacionados con la colonización.

En un modelo de absceso murino de coinfecciones por pares, A. actinomycetemcomitans fue más abundante en presencia de microbios no orales. Aproximadamente 40 de sus genes centrales fueron esenciales para su supervivencia en este proceso, codificando proteínas involucradas en ATP sintasa, pili, regulación, secreción y eflujo, y replicación de ADN. A. actinomycetemcomitans requirió más genes para sobrevivir en la coinfección que en la monoinfección, lo que indica que la coinfección puede alterar el entorno del huésped al aliviar la esencialidad de los genes.

Filifactor alocis y Peptoanaerobacter stomatis son dos anaerobios grampositivos que han surgido recientemente como importantes patógenos periodontales, reconocidos por los neutrófilos humanos principalmente a través de TLR2/6. F. alocis sobrevive en los neutrófilos durante tiempos más prolongados, evita el reclutamiento de gránulos en el fagosoma que contiene bacterias, induce una respuesta de explosión respiratoria mínima y puede inhibir la formación de trampas extracelulares de neutrófilos (NET). Por el contrario, P. stomatis, a pesar de su bajo índice fagocítico, induce la desgranulación de neutrófilos y una respuesta de explosión respiratoria robusta, que promueve la formación de NET.

 

Conclusión

El mensaje destilado de esta innovadora investigación es que la inmunidad de la mucosa oral está orquestada por poblaciones de células inmunitarias y epiteliales distintivas y funciona en una relación recíproca con el microbioma oral para establecer la salud o la enfermedad.

Los esfuerzos por comprender conjuntamente los componentes microbiano e inmunitario de la enfermedad por parte de científicos de cualquiera de las disciplinas impulsarán el desarrollo de estrategias predecibles de prevención, diagnóstico y tratamiento.

La investigación interdisciplinaria es el camino a seguir.