Microbioma das vias aéreas e inflamação mediada por Th17 na DPOC entre indivíduos infectados pelo HIV em uma coorte rural de Uganda (HLM)

Introdução A melhoria no acesso à terapia antirretroviral (ART) entre pessoas vivendo com HIV/AIDs (PVHA) resultou em uma diminuição da morbidade e mortalidade associadas ao HIV[1]. Isso é particularmente verdadeiro em países de baixa e média renda (LMICs), que carregam a maior carga de HIV[2]. A redução da mortalidade aumentou substancialmente a expectativa de vida, com estimativas entre PVHA agora se aproximando da população em geral[3]. Consequentemente, tem havido maior atenção entre os sobreviventes para a carga emergente de doenças não transmissíveis (DCNT), como a doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC) [4]. A África Subsaariana, que tem a maior densidade de PVHA, experimentou aumentos dramáticos na morbidade e mortalidade relacionadas à DPOC, especialmente em indivíduos com história de tuberculose pulmonar (PTB)[5]. Em clínicas de TARV na zona rural de Uganda, relatamos prevalência de DPOC de 6,22%, sendo o histórico de TBP o preditor mais forte de risco de DPOC e redução da função pulmonar [5]. Atualmente, não se sabe totalmente o que leva à inflamação pulmonar crônica na população de PVHA bem controlada em TARV.

Em busca de respostas para a pergunta acima, exploramos o papel do microbioma alterado das vias aéreas na orquestração da inflamação crônica das vias aéreas em PVHA. Nossa questão de pesquisa foi apoiada por um crescente corpo de conhecimento de estudos em humanos e animais de que alterações nas comunidades bacterianas que habitam as vias aéreas desencadeiam respostas imunes e inflamação crônica das vias aéreas [6-9]. Em um estudo recente envolvendo 50 HIV+DPOC+, 50 HIV+DPOC-, 50 HIV-DPOC- e 50 HIV-DPOC- participantes na zona rural de Uganda, investigamos a associação entre o microbioma alterado das vias aéreas e a DPOC associada ao HIV (NCT040702). A análise preliminar do sequenciamento 16S em amostras de escarro induzido revelou que, apesar de pequenas diferenças na diversidade bacteriana entre PVHA com DPOC em comparação aos controles, micróbios comensais pertencentes aos gêneros Atopobium, Megasphaera, Actinomyces, Selenomonas, Stomatobaculum e Oribacterium foram significativamente enriquecidos em PVHA com DPOC, enquanto micróbios pertencentes aos gêneros Prevotella, Porphyromonas, Pseudopropionibacterium, Odoribacter e Filifactor foram esgotados. Nossos resultados mostram claramente que há mais bactérias pulmonares afetadas pelo HIV do que pela DPOC, sugerindo que alterações associadas ao HIV em gêneros microbianos únicos das vias aéreas podem estar levando à DPOC entre PVHA em nossa coorte. Atualmente, o que permanece desconhecido é como tais gêneros conduzem à inflamação crônica das vias aéreas.

Estudos de modelos de camundongos relatam que Prevotella, Bacteroides e Veillonella desempenham um papel significativo na orquestração da inflamação pulmonar por meio da sinalização do receptor Toll like (TLR) 2/4 em macrófagos alveolares, células epiteliais e células dendríticas que iniciam as células da imunidade adaptativa [8]. O resultado relatado foi Th17 aberrante e respostas imunes Treg reduzidas usando modelos de camundongos livres de germes e patógenos específicos [8]. Da mesma forma, evidências recentes em estudos humanos mostram que os gêneros Prevotella e Veillonella estão associados a um perfil metabólico distinto, expressão aumentada de citocinas pró-inflamatórias caracterizada por resposta celular Th17 elevada [9]. Foi relatado que a comunicação microbioma-célula hospedeira é mediada por vesículas de membrana externa bacterianas (OMVs) secretadas, que se correlacionam com a biomassa bacteriana (figura 2) [8]. Acreditamos que a identificação de gêneros bacterianos das vias aéreas que provocam resposta Th17 aberrante entre PVHA com DPOC pode ser um trampolim para o desenvolvimento de estratégias destinadas a restaurar o equilíbrio microbiano por meio da eliminação direta de patobiontes por antibióticos ou restauração de comensais por meio de probióticos para promover a resistência à colonização nas superfícies mucosas .

Com base nesse histórico, pretendemos investigar se o microbioma das vias aéreas alimenta a inflamação das vias aéreas mediada por Th17 na DPOC entre indivíduos infectados pelo HIV. Nossa hipótese é que: (1) o microbioma induz as vias aéreas Th17 e suprime as respostas imunes Treg entre indivíduos infectados pelo HIV com DPOC; (2) a resposta Th17 impulsionada por bactérias promove a expressão de genes pró-inflamatórios entre indivíduos com DPOC e (3) o microbioma das vias aéreas medeia seu efeito na resposta imune Th17 por meio da secreção de vesículas de membrana externa bacteriana (OMVs).

Neste estudo, iremos: (1) estabelecer uma relação entre o microbioma das vias aéreas e os fenótipos celulares Th17/Treg entre indivíduos infectados pelo HIV com DPOC; (2) investigar a regulação positiva de Th17 mediada por bactérias de genes pró-inflamatórios e pró-fibróticos entre indivíduos HIV com DPOC e (3) explorar o papel das vesículas bacterianas da membrana externa (OMVs) na mediação de respostas imunes Th17 impulsionadas pelo microbioma entre indivíduos HIV.

Objetivos e objetivos do estudo

Objetivo do estudo:

Investigar a inflamação mediada pelo microbioma das vias aéreas por Th17 na DPOC entre indivíduos infectados pelo HIV

Objetivos específicos

1. Estabelecer uma relação entre o microbioma das vias aéreas e os fenótipos celulares Th17/Treg entre indivíduos infectados pelo HIV com DPOC.
2. Investigar a regulação positiva de Th17 mediada por bactérias de genes pró-inflamatórios entre indivíduos infectados pelo HIV com DPOC
3. Investigar o papel das vesículas bacterianas da membrana externa (OMVs) na mediação de respostas imunes Th17 impulsionadas pela disbiose entre indivíduos HIV.

Declaração do problema A prevalência da doença pulmonar obstrutiva crônica está aumentando entre as pessoas que vivem com HIV/AIDS (PLWHA), pois o uso generalizado da terapia antirretroviral (ART) aumentou a longevidade nessa população[5]. Ainda não se sabe o que impulsiona a inflamação crônica das vias aéreas em PVHA bem controlada com TARV. Apesar de uma associação bem estabelecida entre DPOC e tuberculose pulmonar, ela não explica totalmente os casos relatados de DPOC entre PVHA[5]. Em nossa população de estudo, nem o fumo nem a exposição à biomassa foram associados à DPOC. Há necessidade de explorar os fatores que impulsionam a inflamação crônica das vias aéreas entre as PVHA.

Justificação Comunidades microbianas específicas capazes de provocar respostas imunes intensas podem determinar o resultado da interação hospedeiro-microbioma, seja tolerância imunológica ou inflamação. Considerando que a caracterização aprofundada do microbioma das vias aéreas foi realizada em estudos de DPOC em humanos e modelos animais [5-8], apenas associações foram relatadas e algumas assinaturas específicas foram implicadas como preditores de mortalidade por DPOC [9]. Poucos modelos de microbioma baseados em animais foram traduzidos em vias aéreas humanas testáveis ​​ou modelo baseado em pulmão para elaborar o papel mecanicista do microbioma na DPOC. Decifrar quais bactérias induzem uma forte resposta imune em meio a uma infinidade de comunidades microbianas continua sendo uma área significativa de interesse para subfenotipar e identificar características tratáveis. Acreditamos que a busca dessa questão de pesquisa fornecerá uma base para a imunofenotipagem das comunidades microbianas das vias aéreas como tolerogênicas (indutoras de Treg) ou inflamatórias (indutoras de Th17), uma descoberta científica potencialmente seminal em imunobiologia respiratória.

Revisão da literatura Globalmente, mais de 80% das mortes relacionadas a DCNT ocorrem em países de baixa e média renda (LMIC)[10]. Entre as DNTs, a doença pulmonar crônica é a quarta principal causa de morte em todo o mundo e prevê-se que seja o terceiro maior problema de saúde na África Subsaariana até 2030[11]. A DPOC é uma obstrução progressiva do fluxo aéreo com risco de vida que causa inicialmente falta de ar com esforço e predispõe a exacerbações e doenças graves [12]. Na população em geral, a DPOC matou um total de três milhões de vidas em todo o mundo até 2015[13]. Como resultado do aumento global da terapia antirretroviral (ART) e da profilaxia com cotrimoxazol, a incidência de infecções pulmonares diminuiu drasticamente, mas a DPOC é uma complicação cada vez mais reconhecida, mas mal compreendida [14]. Uma meta-análise sobre a epidemiologia da DPOC na população global infectada pelo HIV até o momento demonstra prevalência de DPOC entre 3 e 23% [15].

Até 2015, a prevalência e os fatores de risco para DPOC em Uganda não eram caracterizados. A prevalência de DPOC foi estimada pela primeira vez em uma população rural em Uganda em 16% de prevalência[11]. Neste estudo, eles não compararam a prevalência por HIV. A prevalência relatada foi maior em comparação com outros estudos na região e pode ser explicada por outros fatores. Siddharthan e colegas relataram uma prevalência de DPOC de 6,1% nas comunidades rurais de Uganda no distrito de Nakaseke, em comparação com uma prevalência de 1,5% nas comunidades urbanas de Kampala[16]. Neste estudo, destacou-se que o fator mais importante associado à DPOC era a residência rural, e o HIV não parecia ser um fator de risco importante para a DPOC [5]. No entanto, este estudo de base populacional não explorou os efeitos da carga viral do HIV e da contagem de CD4 na prevalência da DPOC e nos resultados da função pulmonar. Além disso, o status de HIV foi auto-relatado em 8,1%. Da mesma forma, em um estudo recente no sudoeste de Uganda, North e colegas não relataram nenhuma associação significativa entre HIV e sintomas respiratórios nem função pulmonar. No entanto, os autores não exploraram os efeitos das características específicas do HIV na DPOC[17].

Em um ambiente rural de clínicas de TARV no distrito de Nakaseke, em Uganda, com participantes com HIV bem controlado, encontramos uma prevalência de DPOC de 6,22%[5]. História de tuberculose pulmonar foi fortemente associada com DPOC e redução da função pulmonar. Como esperado, o aumento da idade foi associado à redução da função pulmonar. No entanto, as características específicas do HIV, incluindo uso e duração da TARV, contagem atual e basal de células CD4+T e carga viral, não foram associadas à DPOC ou função pulmonar reduzida em uma análise ajustada e ajustada[5]. Entre os diagnosticados, a DPOC foi associada à redução do estado de saúde respiratória e sintomas respiratórios graves. Atualmente, não se sabe totalmente o que leva à inflamação pulmonar crônica em nossa população de PVHA com mais de 90% de supressão virológica, contagem de cluster de diferenciação 4 (CD4) >500, 80% não fumante, com histórico de cura de tuberculose pulmonar e sem associação significativa entre DPOC e exposição à biomassa[5]. Evidências de estudos recentes sugerem que as comunidades bacterianas que habitam as superfícies mucosas das vias aéreas causam inflamação crônica [8].

Sob condições homeostáticas, a superfície da mucosa das vias aéreas é habitada por comunidades microbianas comensais. Esses organismos induzem resistência à colonização contra patobiontes por meio de vários mecanismos moleculares [18]. Os mecanismos mais estudados envolvem interações micróbio-micróbio e micróbio-hospedeiro. Os comensais replicam-se muito rapidamente e subsistem em nichos biológicos densamente ocupados, limitando a disponibilidade de nutrientes nestes micro-habitats. Essa competição por recursos como aminoácidos, açúcares, zinco, ferro e oxigênio limita a colonização por patobiontes [18]. Assim, uma maior diversidade microbiana implica em mais micróbios utilizando um pool mais versátil de metabólitos, representando um desafio para qualquer patobionte prosperar. Portanto, qualquer alteração que resulte na perda de biomassa ou diversidade microbiana desestabiliza o ecossistema microbiano, criando uma oportunidade para que cepas com maior capacidade de proliferação se proliferem.

Alguns comensais inibem diretamente o crescimento de patobiontes através da secreção de peptídeos antimicrobianos (AMPs). Tais fatores restringem o crescimento de bactérias adjacentes por uma infinidade de mecanismos, como inibição da síntese da parede celular, formação de poros e atividade de nuclease. Outras moléculas não peptídicas que inibem a proliferação de bactérias vizinhas incluem ácidos graxos de cadeia curta (SCFAs), peróxido de hidrogênio (H2O2) e ácidos biliares secundários. Finalmente, os sistemas de secreção bacteriana (especialmente o sistema de secreção do Tipo VI) têm sido amplamente utilizados pelos comensais para transportar substâncias tóxicas para o seu ambiente ou mesmo para células eucarióticas ou procarióticas próximas [18].