O papel da microbiota na bronquiolite
Bactérias intestinais produzem efeitos relevantes no resultado clínico e na gravidade de infecções respiratórias
Infecções do trato respiratório inferior
Um levantamento do Observatório de Saúde na Infância (Observa Infância) mostrou que as internações de bebês menores de um ano por pneumonia, bronquite e bronquiolite no Sistema Único de Saúde (SUS) tiveram um recorde em 2023 no Brasil, com 153 mil internações no último ano – média de 419 por dia. O número de mortes na faixa etária de 0 a 4 anos por bronquiolite no País também cresceu 62% em 2023, na comparação com 2022. Embora existam vários agentes causadores de infecções do trato respiratório inferior em crianças pequenas, o principal é o vírus sincicial respiratório (VSR). O patógeno também é o maior responsável pelos óbitos relacionados a essas infecções na infância e, no mundo, causa cerca de 100 mil mortes por ano. Como já está demonstrado que o pulmão tem uma microbiota própria e que há uma conexão com a microbiota intestinal (chamada de eixo intestino-pulmão), pesquisadores têm investigado de que maneira esses ecossistemas poderiam contribuir para proteger as crianças do VSR, uma vez que a única vacina disponível é para a gestante e os métodos terapêuticos para diminuir a gravidade da bronquiolite ainda são limitados.
O vírus sincicial respiratório dispara um dano no pulmão causado por uma reação inflamatória local. Crianças que controlam bem essa resposta conseguem resolver a infecção. No entanto, em outras a resposta exacerbada do sistema imune acaba levando a muita secreção e a um dano importante no pulmão. Recentemente, os cientistas começaram a compreender que indivíduos com algum comprometimento intestinal, principalmente infecções intestinais crônicas, eram mais suscetíveis a outras respostas inflamatórias em órgãos distantes do intestino – como o pulmão. Diferentes estudos também têm mostrado que a microbiota intestinal produz efeitos relevantes no resultado clínico e na gravidade de infecções respiratórias.
Algumas dessas investigações sugerem que o problema são as alterações na composição da microbiota e nas concentrações intestinais de ácidos graxos de cadeia curta (AGCC), oriundos da microbiota intestinal e produzidos principalmente pela fermentação das fibras alimentares. Encontrados em altas concentrações no cólon, os AGCC desempenham papel energético fundamental para as células epiteliais, possuem importantes efeitos imunomodulatórios e auxiliam na manutenção da homeostase intestinal. Embora a produção seja no intestino, os AGCC acetato, butirato e propionato são absorvidos pelas células epiteliais, depois passam pelo fígado e chegam à circulação sanguínea.
Estudos já associaram, por exemplo, o aumento da ingestão de frutas e vegetais (fontes de fibras dietéticas usadas para a produção de AGCC) por mulheres grávidas com proteção neonatal contra resultados graves de VSR. Alguns experimentos mostraram, ainda, que fibras dietéticas e AGCC têm um efeito protetor no resultado de doenças alérgicas e inflamatórias, assim como em modelos experimentais de infecção respiratória – incluindo infecção por VSR. Para comprovar essas hipóteses, pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUC-RS) investigaram os mecanismos associados ao papel protetor de uma dieta enriquecida com fibra solúvel e a produção de AGCC na infecção por VSR. O trabalho começou em 2013 por meio da colaboração do grupo coordenado pelo professor doutor Marco Aurélio Vinolo, do Departamento de Genética, Evolução, Microbiologia e Imunologia do Instituto de Biologia (IB) da Unicamp, com o grupo da professora doutora Ana Paula Duarte de Souza, docente e pesquisadora da Escola de Ciências da Saúde e da Vida da PUC-RS.
No primeiro experimento, camundongos foram divididos e alimentados com dieta com celulose (controle) e com dieta rica em fibras (HF) que continha celulose e pectina, por quatro semanas. Depois de infectados com VSR por via intranasal, o resultado mostrou que a dieta HF protegeu da perda de peso induzida por VSR, além de reduzir a carga viral pulmonar. Em contrapartida, aqueles que ingeriram baixo conteúdo de fibras tinham inflamação exacerbada nos pulmões. Em seguida, o grupo caracterizou o efeito isolado do acetato – AGCC derivado da microbiota intestinal – administrado por via oral ou intranasal, e fez intervenções para investigar se a microbiota e o acetato estavam envolvidos na proteção contra a infecção por VSR. Camundongos com dieta HF receberam um coquetel antibiótico em água potável três dias antes da inoculação com VSR e a depleção da microbiota intestinal foi confirmada por uma diminuição significativa na carga bacteriana nas fezes.
“Quando depletamos a microbiota intestinal dos animais, essa mesma dieta rica em fibras não protegia mais. Isso significa que realmente a microbiota intestinal estava fazendo um efeito importante na proteção. Dessa forma, foi possível estabelecer uma relação de causa-efeito mostrando que a diminuição de AGCC torna o animal mais suscetível à infecção pelo VSR”, destaca a professora Ana Paula Duarte de Souza. Ao analisar o mecanismo desse resultado, os pesquisadores perceberam que a microbiota estava aumentando a produção de AGCC que, por sua vez, melhorava a resposta imune antiviral. Curiosamente, os mesmos efeitos benéficos foram constatados após tratamento com acetato por via oral, simultaneamente com infecção, e por via intranasal 24 horas após a infecção. O estudo ‘Microbiota derived acetate protects against respiratory syncytial virus infection through a GPR43-type 1 interferon response’ foi publicado em 2019 no Nature Communication.
Efeito profilático
Os pesquisadores também identificaram um efeito profilático semelhante após a suplementação oral com propionato ou butirato antes da infecção por VSR. Embora o acetato tenha mostrado melhor desempenho, o professor Marco Aurélio Vinolo lembra que essa ação positiva depende do contexto pois, apesar de terem algumas ações em comum, outras são exclusivas – uma vez que acetato, propionato e butirato têm características e ações diferentes. “O acetato, normalmente, é o ácido graxo com maiores concentrações sistêmicas e que consegue atingir células mais distantes do seu local de produção. Isso faz com que seja o que consegue ações em órgãos ou células que estão mais distantes incluindo, por exemplo, o pulmão”, detalha. Já o butirato tem várias ações relevantes no sistema imunológico, mas com uma limitação de atuação em tecidos mais distantes do intestino porque grande parte desse ácido graxo é absorvida e já utilizada pela célula epitelial intestinal ou pelo fígado. Portanto, o acetato é o que consegue ter ações sistêmicas mais importantes por causa dessa concentração mais alta.
Estudo também analisou amostras de crianças com VSR
Crianças internadas no Hospital São Lucas
Com os resultados, os pesquisadores fizeram um novo estudo em que foram coletadas amostras de fezes e de secreção nasofaríngea de 30 crianças internadas no Hospital São Lucas da PUC-RS, que estavam no primeiro episódio de bronquiolite e tinham até um ano de idade. Nas amostras de fezes, foi avaliada a composição da microbiota e medida a quantidade de ácidos graxos de cadeia curta. O foco era investigar a relação da microbiota intestinal e do acetato fecal com a gravidade da doença entre bebês hospitalizados com bronquiolite e se o tratamento de suas células epiteliais respiratórias com acetato de AGCC ex-vivo afetaria a carga viral. As células coletadas do nariz das crianças foram levadas ao laboratório e tratadas com o composto de acetato. As análises mostraram que as crianças com mais acetato nas fezes eram aquelas que estavam com quadros menos graves.
O resultado confirmou, ainda, que uma maior concentração de acetato diminuía a replicação viral. O acetato está correlacionado com parâmetros que se relacionam com a gravidade da doença, como dias de hospitalização, saturação de oxigênio, febre e chiado no peito. A análise da microbiota também mostrou a presença de algumas bactérias patogênicas que se correlacionam com o pior prognóstico da bronquiolite, como da família Bacteroidaceae. A professora Ana Paula Duarte de Souza afirma que o grupo não tratou as crianças internadas porque o trabalho ainda é experimental. “Mas as células das crianças foram tratadas no laboratório e foi possível diminuir a quantidade de vírus naquelas amostras. Dessa forma, ficou confirmado que o acetato provavelmente tenha um papel relevante nessa proteção”, reforça.
Os pesquisadores enfatizam que a amamentação desempenha uma função importante na proteção contra o VSR e outros tipos de vírus, uma vez que é fundamental para a formação da microbiota e do sistema imune da criança. Para o professor Marco Aurélio Vinolo, a amamentação é essencial não só por fornecer nutrientes para o neonato, mas também por fornecer componentes que vão ser importantes para a microbiota, por exemplo, alguns carboidratos utilizados pelas bactérias intestinais para gerar metabólitos que vão atuar nas células, além de transferir componentes importantes para o sistema de defesa do bebê. “
O leite humano transfere tanto componentes humorais, como os anticorpos, quanto algumas células imunológicas que hoje têm sido alvo de pesquisa intensa na área. Também existem várias evidências mostrando que a amamentação aumenta a proteção contra o VSR e outras infecções, assim como protege de alterações inflamatórias como alergias e asma, inclusive na vida adulta”, acentua. A professora Ana Paula Duarte de Souza acrescenta que crianças amamentadas têm naturalmente um fator de proteção para bronquiolite, por isso, em geral não vão precisar de hospitalização.
No entanto, como a amostra do estudo era de crianças que já estavam hospitalizadas, não foi possível fazer uma correlação direta dessa proteção. A próxima etapa da pesquisa é tentar fazer alguma intervenção com pacientes para, no futuro, desenvolver um fármaco utilizando os ácidos graxos de cadeia curta para uma intervenção com crianças com infecção por VSR. Outra ideia é desenvolver um estudo clínico fornecendo dieta rica em fibras, para que essa dieta module essas bactérias protetoras da microbiota. “Gostaríamos de fazer um ensaio clínico e ver se realmente isso pode ser uma intervenção no futuro”, ressalta.
Proteção contra outros vírus
Estudo em colaboração com o Reino Unido
O grupo da PUC-RS desenvolveu um outro estudo em colaboração com o Reino Unido e trabalhou somente com os AGCC contra infecções pelo rinovírus – que causa gripe comum e pode provocar bronquiolite, embora não seja tão prevalente. No entanto, o rinovírus é um dos causadores de exacerbação da asma e da doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC), por meio de mecanismos ainda mal compreendidos. Portanto, é um patógeno com grande importância clínica. “Como esses ácidos graxos de cadeia curta oriundos da microbiota aumentam a resposta antiviral, provavelmente podem funcionar para mais de um vírus e seria uma fonte natural de proteção contra infecções respiratórias”, ressalta a professora Ana Paula Duarte de Souza.
No experimento foram avaliados os efeitos da administração intranasal de acetato, butirato e propionato na expressão basal de assinaturas antivirais em um modelo de camundongo com rinovírus e em linhagens de células epiteliais pulmonares infectadas com o patógeno. Além disso, os pesquisadores avaliaram os efeitos dos AGCC na infecção por rinovírus em células epiteliais brônquicas primárias humanas diferenciadas. Os resultados mostraram que a administração intranasal de acetato reduziu as cargas de vírus pulmonares oito horas após a infecção. Além disso, o acetato melhorou as respostas pró-inflamatórias induzidas por vírus com mucina pulmonar atenuada e expressão de interleucina (IL-6) observadas nos dias 4 e 6 pós-infecção. Esse efeito de aumento do interferon pelo acetato foi confirmado em linhagens de células epiteliais brônquicas e alveolares humanas. Em células epiteliais brônquicas primárias diferenciadas, o tratamento com butirato modulou melhor a expressão gênica durante a infecção por VSR.
Em um dos protocolos, foi oferecido esse acetato na água de beber e o resultado mostrou que protegia. Os pesquisadores também fizeram um protocolo em que trataram os animais com esse composto depois da infecção. E, de novo, houve proteção. “Tudo indica que o acetato tenha uma função tanto profilática quanto terapêutica antes e depois da infecção. Esse seria um possível candidato de futuras pesquisas para tentarmos uma intervenção para a proteção do VSR. Chegamos a fazer uma patente desse composto com acetato, que talvez seja um futuro candidato para tentarmos alguma intervenção como profilaxia”, informa a professora. O artigo ‘Airway-delivered short-chain fatty acid acetate boosts antiviral immunity during rhinovirus infection’ foi publicado no Journal of Allergic Clinical Immunology em 2022.
O grupo da Unicamp também desenvolveu um trabalho com pesquisadores da França, liderados pelo professor doutor François Trottein, com objetivo de caracterizar como a microbiota responde à infecção pelo vírus da influenza. Um modelo animal foi infectado com o vírus e, durante o desenvolvimento da doença, foram avaliados parâmetros clínicos como perda de peso, alteração respiratória e composição da microbiota. Ao integrar essas informações foi identificado um metabólito chamado ácido indolpropiônico (IPA), produzido por algumas bactérias intestinais a partir de triptofano – um aminoácido da alimentação –, que é outro metabólico gerado pela microbiota intestinal que parece ter um papel protetor nesse tipo de infecção respiratória.
Probióticos são testados contra a asma
Compreensão do eixo intestino-pulmão
Com as evidências indicando que as alterações crônicas no funcionamento normal do intestino, no longo prazo, podem agravar a doença pulmonar, aliadas à compreensão do eixo intestino-pulmão, os pesquisadores passaram a investigar a possibilidade de modular a microbiota intestinal para recompor ou amenizar as alterações intestinais que poderiam comprometer inflamações à distância. O que se tenta compreender é qual população de bactérias não patogênicas no intestino poderia melhorar, de forma mais específica e eficaz, a doença inflamatória pulmonar. Nos últimos anos, os probióticos têm recebido especial atenção, e os cientistas querem compreender se essas cepas poderiam diminuir a disbiose intestinal e ser uma forma eficaz de recompor, inclusive, a microbiota pulmonar.
“Os estudos em relação a isso avançaram depois da constatação de que realmente existe uma microbiota pulmonar nativa, embora não tenha a mesma diversidade da microbiota intestinal”, afirma o professor Flavio Aimbire, docente na Universidade Federal de São Paulo (Unifesp) – campus São José dos Campos, pesquisador colaborador no Programa de Pós-graduação em Biotecnologia e orientador no Programa de Pós-graduação em Medicina Translacional da Instituição. O grupo do Laboratório de Imunofarmacologia da Unifesp estuda modelos de inflamações pulmonares crônicas que tenham margem de tratamento. Além disso, busca entender qual o mecanismo de ação dos probióticos no tratamento dessas doenças que prejudicam o funcionamento do pulmão, avaliando de que maneira interagem para causar um efeito benéfico. O grupo investiga, ainda, se os probióticos são capazes de restaurar a população de bactérias benéficas no intestino de indivíduos asmáticos – lembrando que a literatura mostra que algumas crianças que passam por episódios de bronquiolite podem desenvolver asma na fase adulta.
O objetivo dos pesquisadores é propor que os probióticos possam auxiliar no tratamento da doença inflamatória pulmonar sem causar efeitos colaterais. Essa experiência abre, ainda, a possibilidade de reduzir a dose e a frequência de uso dos corticoides – geralmente usados para controle das crises. O grupo avalia o uso do probiótico em forma de spray nasal ou de vasodilatador para ser usado por via oral por indivíduos cuja inflamação pulmonar ocorra por uma alteração de bactérias no próprio pulmão. O professor Flavio Aimbire ressalta que, neste caso, não há necessidade de haver uma integridade intestinal para cuidar desse indivíduo, uma vez que essa alteração do pulmão não foi por causa de uma alteração intestinal. Além disso, seria possível baratear o custo da intervenção e tratar a doença mais diretamente, com menos vias de passagem desse probiótico. “Se temos uma microbiota pulmonar, por que não tratar especificamente do pulmão se o paciente não tem problemas intestinais evidentes?”, questiona.
Nos estudos na Unifesp, os pesquisadores utilizam o Lactobacillus, cujo efeito é significativo em incontáveis pesquisas. Dentre os focos estão compreender o que esse probiótico gera ao interagir com a célula imune, se tem um mecanismo de ação similar ao farmacológico, se ocupa outros alvos e, se é capaz de realmente modular o pulmão, qual seria o probiótico ideal. “Publicamos um estudo experimental com murinos em que mostramos que o probiótico Lactobacillus rhamnosus é capaz de atenuar a resposta inflamatória e imune em um modelo de inflamação pulmonar induzido pela exposição à fumaça de cigarro. Esse estudo é interessante pois, neste modelo murino, os animais são resistentes ao tratamento farmacológico com corticoides. Esse modelo experimental mimetiza os tabagistas que não respondem bem aos corticoides. No entanto, mesmo nessa condição, o probiótico conseguiu atuar como um agente anti-inflamatório”, relata.
Uma vez que alguns tabagistas não respondem ao tratamento farmacológico com corticoides, o probiótico poderia ajudar porque criaria um ambiente intestinal e pulmonar no qual o corticoide passaria a ser funcional. O estudo mostra que, neste modelo, é o receptor de um AGCC que interfere na ação do probiótico. O estudo ‘Involvement of GPR43 receptor in effect of Lacticaseibacillus rhamnosus on murine steroid resistant chronic obstructive pulmonary disease: relevance to pro-inflammatory mediators and oxidative stress in human macrophages’ foi publicado em 2024 na Nutrients.
O professor acrescenta que as células da resposta imune, que cuidam do processo inflamatório, possuem receptores específicos para alguns ácidos graxos de cadeia curta. Por isso, em um dos trabalhos, o receptor do butirato foi bloqueado e o efeito do probiótico reduziu significativamente. Portanto, aprender a usar os probióticos poderá ajudar a potencializar essa proteção. “Na bronquiolite, por exemplo, esse probiótico precisaria diminuir o processo inflamatório porque é isso que estreita os bronquíolos da criança para que o ar não passe. Reduzir a inflamação é importante, mas também é importante fazer esse probiótico aumentar a imunidade da criança para combater o vírus com mais eficácia”, destaca.
Encapsulado
Em conjunto com pesquisadores do Programa de Biotecnologia da Unifesp, o grupo também está tentando encapsular o probiótico para colocá-lo nas vias aéreas de uma forma mais direcionada. O professor acredita que isso seja viável clinicamente para entregar uma quantidade de probiótico mais adequada e direcionada para o paciente asmático. O docente enfatiza que o probiótico não é substitutivo para a terapia farmacológica convencional, geralmente prescrita com corticoides e broncodilatadores, inclusive na bronquiolite – que pode ir do estágio leve para o grave em tempo muito curto. “Muitas vezes, quando fica grave a criança passa a ter um esforço respiratório e um comprometimento importante. Portanto, em uma crise respiratória muito grande não dá para usar um probiótico, ainda que nasal. Até porque, o probiótico precisa de tempo para a adaptação do organismo”, destaca. •