ALTERATA PERMEABILITA’ INTESTINALE ePATOLOGIE CORRELATE Cristiana Barbera Gastroenterologia Dipartimento Scienze Pediatiche Università Torino Torino 12.5.2013

Superficie interna del tratto gastrointestinale: 200-300 m2 200-300 m2 Bengmark Gut 1998;42:2-7

Funzione dicotomica discriminante : Barriera intestinale Funzione dicotomica discriminante : 1) Assorbimento e permeabilità : nutrienti ,acqua,elettroliti 2)Difesa attraverso esclusione dei patogeni ( microorganismi e tossine)

I°funzione: ASSORBIMENTO

Barriera intestinale funzione di difesa II° FUNZIONE Barriera intestinale funzione di difesa antigeni potenziali, microorganismi ostili tossine.

Nella vita di un individuo attraversano l’intestino 1 Tonnellata di proteine alimentari , virus batteri tossine

Barriera intestinale Funzione dicotomica discriminante Fattori protettivi meccanici Integrità epiteli Motilità e peristalsi Secrezione muco Eventi digestivi Microflora inibizione specie patogene stimolo risposta locale

Cellula di Paneth Proteggono le cellule staminali epiteliali contengono peptidi antimicrobici cationici Defensine Proteggono le cellule staminali epiteliali modificando la composizione dei commensali e limitandone il numero Proteggono dai patogeni Danno segnali paracrini

Genoma umano 20 x le cellule somatiche Microbioma umano 2000 J. Craig Ventor, Francis Collins, Insieme annunciano la sequenzazione dell’intero Genoma umano.

MICROBIOTA : distribuzione nel tratto gastrointestinale Nello stomaco la crescita batterica è inibita (pH=3)1 La concentrazione batterica aumenta progressivamente lungo il tenue1 Oltre la valvola ileo-cecale si raggiungono concentrazioni batteriche pari a 1010-1011 UFC/ml1 Il microbiota costituisce il 35- 50% del volume del contenuto del colon Nel colon, il 99% della flora batterica è anaerobia1 Esofago Stomaco Colon trasverso Intestino tenue Colon discendente Colon ascendente Sigma Retto 1. Posserud I et al. Gut 2007;56:802-808 2. Singh V et al. FEMS Immunol Med Microbiol 2008;1-7

Distribuzione del muco nel tratto gastrointestinale

Pathogens can penetrate the mucus barrier physically, through flagella-mediated motility or through enzymatic degradation of the mucus. This can result in both pathogens and commensal bacteria reaching the epithelium. b | Microfold (M) cells in the small intestine sample the commensal microbiota to control the specificity of non-inflammatory, secretory immunoglobulin A-dominated immune responses to the normal microbiota. The M cells are found in the dome epithelium, which is not covered by a thick mucus l ayer; thus, pathogens can avoid the mucus barrier by entering via the M cells. cMany pathogens secrete toxins that can diffuse through the mucus. These can disrupt the tight junctions between the epithelial cells, block epithelial cell growth and disrupt mucus production. The reduction in mucus levels will allow pathogens to reach the cell surface.

fisiologia 2 001

Barriera intestinale GALT Ig A secretorie Placche PEYER Fattori immunologici GALT Ig A secretorie Placche PEYER Linfociti intraepiteliali IEL ab gd Macrofagi NK eosinofili

IgA secretorie L’intestino umano è colonizzato da una densa flora commensale intestinale e da un importante carico antigenico alimentare. è d’altro canto un importante sede di possibili infezioni Per proteggere l’integrità della barriera le IgA secretorie restringono l’accesso degli antigeni microbici e alimentari alla superficie della mucosa. Inoltre modulano la selezione di antigeni che hanno accesso alla mucosa e la qualità della risposta immunitaria.

IgA secretorie La mucosa dell’intestino contiene la più grande popolazione di plasmacellule secernenti anticorpi dell’organismo. Nell’intestino umano ogni giorno sono secrete molti grammi di IgAs . Nel lume intestinale esse servono come barriera in prima linea di difesa dell’epitelio nei confronti di antigeni e tossine. Inoltre partecipano alla composizione del microbiota

Barriera intestinale Funzioni del GALT captazione degli antigeni Fattori immunologici Funzioni del GALT captazione degli antigeni risposta locale tolleranza orale = assenza di reazione sistemica

Ruolo dell’immunità innata Il riconoscimento dei microorganismi attraverso gli specifici recettori di riconoscimento è il principale compito dell’immunità innata responsabile del mantenimento dell’omeostasi microbi ospite nella mucosa intestinale.

PRR/TLR e NOD Il riconoscimento dei microorganismi attraverso i pattern-recognition receptors (PRRs) è la primaria componente dell’immunità innata responsabile del maintenimento delle interazioni microbi ospite nella mucosa intestinale. Fukata 2013

Batterio commensale o antigene innocuo

Fattori regolatori la permeabilità intestinale Fattori esogeni(alcool aspirina -tossine batteriche colera coli) Apoptosi epiteliale Citochine infiammatorie IFNgTNF a TH1 Citochine Th2 IL4 IL13 Citochina protettiva IL10

Barriera con funzione alterata Funzione dicotomica non più discriminante: Alterato assorbimento e/o mancata esclusione di patogeni Anarchia della risposta immune ALLERGIA ALIMENTARE CELIACHIA MAL.INFIAM.CRONICHE STEATOEPATITE

Allergia alimentare Reazioni immunomediate nei confronti di antigeni alimentari con attivazione di linfociti TH2 CD4+ed IgE La permeabilità persiste anche dopo dieta di eliminazione Allergia de novo dopo OLT e FK506 Permeabilità > dose dipendenteper effetto della deplezione ATP e conseguente alteraz complessi giunzionali

MC Ruolo della permeabilità La alterata permeabilità precede l’esordio della malattia ed è presente nei familiari di I° dei celiaci con lievi anomalie istologiche. Si ritiene abbia un ruolo scatenante favorendo il passaggio di gliadina negli spazi paracellulari, regolando al massimo la produzione di zonulina .

Alterata permeabilità e MC IEL Ridotta differenziazione aumentata proliferazionecellulare Zn zonulina Aumentata proliferazione ridotta motilità fibroblasti Degradazione della matrice TNFa IFNg autoanticorpi plasmacellula monocita YY Y CD4+

Batterio patogeno

le defensine prodotte in gran quantità dalle cellule di Paneth sono cruciali nella difesa dell’intestino da patogeni . . neonato pretermine affetto da NEC Enterocolite necrotizzante

Effetto dello stress Il principale effetto dello stress è la riduzione del flusso sanguigno nella mucosa che altera la funzione di barriera Alterazioni della motilità e peristalsi >permeabilità parae trans cellulare Ridistribuzione temporanea dlle TJ >occludina e zonulina Reazioni mast cell dipendenti in buona parte

IBD Recenti risultati di studi su modelli animali di IBD, hanno dimostrato che segnali abnormi dei PRRs possono contribuire alla patogenesi della flogosi e alla oncogenesi associata alla flogosi nell’ intestino.

M. Crohn IBD MICI nel Crohn ridotta espressione delle defensine e bassi livelli occludina nella Colite ulcerosa anomalie del muco

DMID tipo1 Fattori genetici predisponenti -barriera interrotta – risposte immuni aberranti >Permeabilità è presente all’esordio di malattia e precede esordio facilita l’aumentata esposizione ad antigeni Distruzione autoimmune delle cellule beta producenti insulina Aumentato assorbimento paracellulare di antigeni Alterazione delle TJ >secrezione di zonulina nei diabetici >secrezione di zonulina nei parenti dei diabetici

Alterata permeabilità e steatoepatite Firmicutes>Bacteroides

La flora : Promuove obesità Permeabilità intestinale Modula metabolismo della colina Modula met ac biliari Produzione di etanolo endogeno da parte batteri TLR4 attivati Insulino resistenza TNF IL6 IL8 IL12 LPS PAMP Firmicutes >Bacteroides

Mastcellule Sono presenti a tutti i livelli del tratto GI Quando sono attivate producono un potente insieme di sostanze proinfiammatorie : ISTAMINA - 5 OH TRIPTAMINA - PROTEASI NEUTRE - PROSTGLANDINE LEUCOTRIENI PAF La loro degranulazione causa alterazioni della barriera con alterazione del trasporto di ioni

Degranulazione mast cellule EOSINOFILO Un aumento degli eosinofili e delle proteine in essi contenute è associato all’aumento di permeabilità nelle IBD Funzione di APC Produzione di proteine dei granuli che mediano processi infiammatori : Proteina cationica ECP Neurotossina Perossidasi Proteina basica maggiore Citotossiche Attività antivirale Degranulazione mast cellule Rilascio di IL1IL3,IL4,IL5, IL-13

Ruolo delle Mast cell

IEL gd Strettamente associati alle membrane basolaterali delle cellule epiteliali sono anch’essi implicati nel mantenimento della barriera intestinale.

Cellule T CD4+ Regolano la permeabilità intestinale attraverso la down regolazione della ATPase Na /K e l’alterazione dell’assorbimento di sodio , del trasporto sodio glucosio accoppiato e la secrezione di cloro