Alteração em célula de defesa torna obesos e diabéticos mais suscetíveis a infecções

Estudo da USP publicado na Scientific Reports mostra que os neutrófilos desses indivíduos são menos eficazes no reconhecimento de bactérias e morrem mais facilmente

Peter Moon  |  Agência FAPESP – Indivíduos obesos e com diabetes do tipo 2 estão mais propensos a desenvolver doenças infecciosas, pois as duas condições afetam o sistema imune. O que não se sabia até agora era o mecanismo envolvido na queda da imunidade desses pacientes.

Estudo realizado no Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo (ICB-USP) e publicado na revista Scientific Reports sugere que o fenômeno está ligado a alterações nos neutrófilos, as primeiras células de defesa a reagir diante de um agente invasor.

O trabalho é resultado do projeto de doutorado do bioquímico Wilson Mitsuo Tatagiba Kuwabara, realizado sob orientação da bióloga Tatiana Carolina Alba-Loureiro, com apoio da FAPESP. A investigação foi conduzida no ICB-USP, no antigo laboratório do professor Rui Curi, atualmente no Instituto Butantan e na Universidade Cruzeiro do Sul.

“Esse trabalho tem uma relevância muito grande, pois demonstra que as condições de resistência à insulina, que chamamos de síndrome metabólica, estão ligadas a uma alteração importante nos neutrófilos. Indica também que essa alteração pode estar na origem da suscetibilidade que obesos e diabéticos do tipo 2 apresentam em relação a processos infecciosos", disse Curi.

Kuwabara conta que até agora não se sabia a razão pela qual obesos e diabéticos são mais vulneráveis ao agravamento de doenças infecciosas. “Encontramos a resposta ao investigar, nos neutrófilos, o que ocorre com a proteína TLR4 quando esta reconhece a toxina LPS [lipopolissacarídeo, principal componente da membrana externa de bactérias gram-negativas] dos patógenos invasores”, disse.

Os receptores do tipo Toll (do inglês toll-like receptors, ou TLR) são uma família de proteínas que fazem parte do sistema imune. Prejuízos no processo de ativação de TLR4 estão associados a uma menor capacidade das células de defesa de combater microrganismos.

"O TLR4 é um receptor de membrana, ou seja, está presente na membrana externa da maioria das células do organismo. Mas seu papel principal se dá nas células do sistema imunológico. Ao fazer o contato com patógenos invasores, o TLR4 desencadeia a resposta de defesa", disse Kuwabara.

A ativação do TLR4 ocorre quando esse receptor reconhece a toxina LPS das bactérias gram-negativas – causadoras de doenças como clamidíase, brucelose, salmonelose, meningite, cólera, sífilis e peste bubônica, entre muitas outras. Após o reconhecimento do invasor, um sinal é enviado ao sistema imune, que aumenta a produção de substâncias inflamatórias.

Modelos experimentais

Para entender o que ocorre com a ativação do TLR4 em indivíduos obesos e diabéticos do tipo 2, Kuwabara realizou experimentos com dois modelos diferentes: um com ratos da linhagem Goto-Kakizaki e outro com ratos Wistar.

A linhagem Goto-Kakizaki foi selecionada no Japão, nos anos 1970, para o estudo de diabetes. Esses animais apresentam naturalmente todos os sintomas clássicos do diabetes do tipo 2, como resistência à insulina, hiperglicemia de jejum, hiperinsulinemia e aumento dos níveis de triglicérides e colesterol plasmáticos. Os ratos foram importados especialmente para o experimento no ICB-USP e são os únicos representantes da linhagem Goto-Kakizaki no Brasil.

O segundo modelo foi feito com ratos Wistar, a linhagem comum usada em laboratórios, que foram submetidos a uma dieta rica em gorduras por oito semanas. Um terceiro grupo de controle, também de ratos Wistar, recebeu a ração padrão e não apresentou aumento de peso. Foram usados ao menos oito animais em cada modelo do experimento.

Após as oito semanas de dieta de engorda, os ratos Wistar apresentavam sintomas de obesidade, como acúmulo de gordura hepática, intolerância à glicose, aumento do tecido adiposo branco, resistência à insulina e inflamação.

A fim de avaliar a resposta neutrofílica ao LPS, foi realizada a instilação intratraqueal de LPS nos ratos dos modelos para obesidade e diabetes do tipo 2. Foi colocada uma cânula na traqueia dos ratos e, com uma seringa, foi injetada uma solução com LPS diretamente nos pulmões.

Decorridas seis horas, os ratos foram sacrificados a fim de avaliar a reação do sistema imune à instilação de LPS. Nesse momento, foram coletadas amostras de sangue de cada animal, assim como feita uma lavagem bronco-alveolar para coleta das células neutrófilas daquele ambiente inflamatório.

Foram realizadas no conteúdo da lavagem bronco-alveolar dos diferentes grupos a contagem de neutrófilos, a dosagem de citocinas e quimiocinas (proteínas que promovem inflamação) e a atividade da enzima mieloperoxidase (MPO, responsável por produzir espécies reativas de oxigênio que ajudam a eliminar patógenos).

Constatou-se que a instilação intratraqueal de LPS promoveu a migração de neutrófilos para os pulmões. O número dessas células de defesa coletadas na lavagem bronco-alveolar foi menor nos ratos obesos e nos ratos Goto-Kakizaki do que no grupo de controle. Da mesma forma, os ratos Goto-Kakizaki e os ratos obesos apresentaram menor atividade de MPO quando comparados ao grupo controle.

"Após o estímulo com LPS, observou-se menor viabilidade em neutrófilos coletados dos ratos Goto-Kakizaki. Comparados aos animais do grupo de controle, os neutrófilos circulantes no sangue dos ratos Goto-Kakizaki apresentaram maior incidência de morte, representada pela perda de integridade celular e aumento do conteúdo de uma enzima que desencadeia a morte celular [caspase-3 clivada]”, disse Kuwabara.

"Com relação aos ratos obesos, percebemos que seus neutrófilos eram mais suscetíveis à morte celular mesmo quando ainda estavam no sangue, portanto antes de migrar para os pulmões para combater a inflamação provocada pela instilação de LPS", disse.

Segundo o pesquisador, os dados demonstram que os neutrófilos dos grupos Goto-Kakizaki e obesos tiveram uma resposta prejudicada ao LPS, ou seja, são tolerantes ao LPS. “Essa tolerância pode ser a explicação para as maiores taxas de morte em indivíduos obesos e diabéticos em decorrência de infecções por bactérias”, disse Kuwabara.

Razão bioquímica

De acordo com o professor Curi, o trabalho é importante porque conseguiu demonstrar que os neutrófilos dos ratos obesos e dos ratos diabéticos, quando entram em contato com bactérias, não conseguem reagir com eficácia. “É assim que o processo infeccioso se instala”, disse.

O TLR4 é um receptor essencial para a resposta imune inata e a perda de sua capacidade de ativação compromete o processo inflamatório.

"Agora sabemos a razão bioquímica pela qual obesos e diabéticos são mais propensos a desenvolver doenças. Falta descobrir o mecanismo por trás dessa alteração que reduz a viabilidade dos neutrófilos. Mais estudos devem ser realizados para elucidar por que o TLR4 é inativado nessas células”, disse Curi.

A pesquisa publicada na Scientific Reports está inserida no Projeto Temático “Mecanismos celulares e moleculares envolvidos na resistência à insulina e inflamação em ratos Wistar obesos e Goto-Kakizaki magros: causas e associações com dieta e exercício físico” e na pesquisa “Hipertrofia do músculo esquelético em ratos com diabetes mellitus tipo I”, ambos coordenados por Curi e apoiados pela FAPESP.

Kuwabara é, atualmente, pós-doutorando no ICB-USP, sob orientação do professor José Cipolla Neto, e bolsista da FAPESP.

O artigo Obesity and Type 2 Diabetes mellitus induce lipopolysaccharide tolerance in rat neutrophils (doi: https://doi.org/10.1038/s41598-018-35809-2), de Wilson Mitsuo Tatagiba Kuwabara, Caroline Naomi Fukusawa Yokota, Rui Curi e Tatiana Carolina Alba-Loureiro, está publicado em www.nature.com/articles/s41598-018-35809-2.