Nutrizione - Pediatria Alberto Tommasini, Laboratorio Immunologia Pediatrica, IRCCS Burlo Garofolo tommasini@burlo.trieste.it

la ricerca traslazionale Il docente e … la ricerca traslazionale Nato 1966. Medico Pediatra. Dal 2001 ricercatore presso l'IRCCS Burlo Garofolo. Professore a contratto presso l’Università di Trieste dal 2000. Il campo di attività riguarda l’immunologia e la reumatologia pediatrica: dalle immunodeficienze primitive alle malattie autoimmuni e reumatologiche, con particolare riferimento agli esempi genetici di alterata regolazione della tolleranza e dell’infiammazione. From bench to bedside Form bedside to bench

Intestino = la maggiore interfaccia con l’ambiente Intestino e alimentazione Preparazione del bolo digestione delle molecole complesse Assorbimento dei nutrienti Eliminazione di sostanze indigerite, cellule, batteri e sostanze Interfaccia molecolare tra l’organismo e l’ambiente Alimenti microrganismi (enorme numero di batteri saprofiti)

Pediatria e nutrizione: sviluppo e adattamento Analogia sistema immune – sistema nervoso SVILUPPO - l’intestino neonato si comporta diversamente da quello esperto - apprendimento attivo della risposta (risposta adattativa) - apprendimento attivo della tolleranza ADATTAMENTO - Il sistema impara dall’ambiente - accetta l’ambiente - identifica ed evita fattori nocivi o ci si difende - seleziona risposte utili

Intestino = la maggiore interfaccia immunitaria con l’ambiente Organo linfatico Tolleranza ai cibi E’ il programma di default Barriera all’assorbimento di macromolecole Digestione enzimatica delle proteine estranee Produzione di linfociti regolatori Tolleranza della flora batterica saprofita Enorme numerosità cellulare (più delle cellule dell’organismo!) utilità nello sviluppo del sistema immune Risposta efficace a patogeni Modifiche del microambiente in seguito a danno citopatico presenza di tossine con azione adiuvante sul sistema immune ridondanza di sensori di pattern microbici rottura della tolleranza dopo stimolo di toll-like receptors

Tolleranza e risposta = I geni dell’immunità in equilibrio Selezione di geni della risposta immune per rispondere ad un ambiente che non c’è più (eterozigosi, polimorfismi) HLA e celiachia geni dell’inflammasoma e febbri familiari Presenza di “buchi” del sistema immune e esposizione selettiva a patogeni Malattia di Crohn come difetto immune Difetti immuni maggiori e malattie infiammatorie

Tolleranza e risposta = l’ipotesi igienica Confronti tra stessi geni in divesi ambienti Indiani a Londra e in India Turchi in Turchia e in Germania Due Germanie prima e dopo l’unificazione

Tolleranza = default L’intestino può essere utilizzato per idnurre tolleranza terapeutica Parte II Tolleranza Orale

CD4+CD25+ = TREG CD4+ IL10+ TGFb+ = Tr1 Il programma della tolleranza Cellule regolatorie La teoria della generazione casuale della diversità recettoriale dei linfociti e della selezione clonale di quelli che incontrano l’antigene si scontra subito con alcune domande: Vengono generate anche specificità recettoriali contro antigeni self? Se sì, come mai non vengono selezionate Come mai non causano danno? CD4+CD25+ = TREG CD4+ IL10+ TGFb+ = Tr1

Tolleranza e autoimmunità I T reg CD4+CD25+ TREG IN UN INDIVIDUO SANO COSTITUISCONO ALL’INCIRCA IL 5-10% DELLE CELLULE CD4+ NEGLI ORGANO LINFOIDI PERIFERICI VENGONO PRODOTTE PER LA MAGGIOR PARTE DAL TIMO, DOVE RAPPRESENTANO IL 2-5% DEI TIMOCITI CD4 SINGLE-POSITIVE ESERCITANO IL LORO MECCANISMO DI SOPPRESSIONE IN MANIERA DIPENDENTE DAL CONTATTO CELLULA-CELLULA.

Tolleranza e autoimmunità Un difetto genetico Malattie autoimmui e allergiche dal primo mese di vita Scatenate e peggiorate da alimenti nuovi, ma anche da infezioni L’alterata funzione del gene FOXP3 non permette la formazione di cellule regolatorie efficienti: ne consegue un difetto generalizzato della tolleranza immune.

Il programma della tolleranza Tolleranza dei saprofiti > Protetto da patologia infiammatoria, finché resta germ-free > Effetti tossici di antigeni e risposte infiammatorie anomale, qualora esposto a nuove sostanze Necessità di imparare dall’ambiente!

The recognition of commensal bacteria by epithelial cells protects against intestinal injury.

Risposta antibatterica: toll like receptors Capacità di riconoscere un elevato numero di pattern condivisi dal mondo batterico piu’ aggressivo e di indurre un programma standard di allerta Recettori Toll - Like

Rottura del programma di tolleranza: adiuvanti

Intestino (ambiente) < Immunità > genetica Condizioni genetiche esemplari Difetti dell’immunità naturale e malattia di Crohn

Intestino < Immunità > genetica = salute e patologia Ambiente e malattia: Negli ultimi 2 secoli l’ambiente (igienico-economico-sociale) è cambiato molto più velocemente che in passato Molte malattie mostrano cambiamenti di incidenza in seguito al cambiamento dello stile di vita: - miglioramento delle condizioni igienico-sanitarie - cambiamento nell’alimentazione - cambiamento nell’igiene ambientale - migrazioni dal sud al nord Aumento di incidenza delle malattie infiammatorie “disreattive” Malattia di Crohn, Retto Colite Ulcerativa, Aumento di incidenza di malattie autoimmuni diabete di tipo 1, altre Aumento di incidenza di malattie allergiche allergia al latte Nuove “epidemie” l’intolleranza al glutine

Quali cambiamenti ambientali?

IL LATTE DI FORMULA

LATTE DI FORMULA E RISCHIO DI DIABETE Inoltre l’associazione tra intolleranza al glutine e diabete è nota da diverso tempo

LATTE DI FORMULA E DIABETE Uno studio retrospettivo scandinavo (1984) mostra che l’incidenza del DMT1 aumenta quando diminuisce la prevalenza dell’allattamento al seno Studi su ratti diabetici mostrano che una formula elementare è protettiva rispetto al latte vaccino esistono evidenze di una risposta aumentata contro proteine del latte in soggetti diabetici, con possibile cross-reazione con antigeni delle beta cellule altri antigeni e infezioni possono tuttavia giocare un ruolo maggiore Inoltre l’associazione tra intolleranza al glutine e diabete è nota da diverso tempo

Sicurezza microbiologica Immunoprotezione Compatibilità immunologica Latte materno: ruolo immunologico Sicurezza microbiologica Immunoprotezione Compatibilità immunologica Effetto antinfiammatorio ? Immunomodulazione ??

Latte materno: non solo immunoprotezione ma anche immunomodulazione: evidenze indirette Acta Paediatr. 1996 Sep;85(9):1029-32. Decreased thymus size in formula-fed infants compared with breastfed infants. Hasselbalch H, Jeppesen DL, Engelmann MD, Michaelsen KF, Nielsen MB. Ultrasound assessment of the thymic index (a volume estimate) - 38.3 (16.2-83.2) in exclusively breastfed infants (n = 21), - 27.3 (15.6-50.0) in partially breastfed infants (n = 13) and 18.3 (12.2-32.6) in formula fed infants (n = 13; p = 0.0001) Differenza che resta anche con la correzione per infezioni! The cause of this difference is unknown but human milk contains many immune modulating factors that might cause this effect. Rallentamento dell’involuzione timica? Diminuzione della selezione negativa? Aumento della riproduzione timica dei mìlinfociti? Ipermetabolismo timico: elevato costo del 95%

Breast milk and neonatal necrotizing enterocolitis. Lucas A, Cole TJ - 1990 Lancet 336:1519–1523 926 nati prematuri NEC in 51 (5.5%) Mortalità 26% In bambini allattati con formula frequenza di NEC 6-10 volte più alta rispetto agli allattati al seno e 3x b. allatti al seno + formula. Effetto simile al latte materno nei bambini allattati con latte pastorizzato di donatrice. Nei b. in LF ma non in quelli in LM il ritardamento dell’alimentazione enterale riduce la NEC.

Latte materno: non solo immunoprotezione ma anche immunomodulazione: evidenze indirette Anche se congelato e scongelato Contro mistura contenente latte vaccino in polvere e BSA It is likely that biologically active molecules of maternal milk, such as hormones, cytokines, and growth factors, are the major factors in this protection against NEC. However, the individual components of milk and their mechanisms of protection against intestinal injury remain to be identified.

Latte materno: molecole immunomodulanti Quali differenze con il latte formulato? In che cosa si discosta la qualità immunologica del latte materno rispetto al latte vaccino? Quali componenti del latte giocano il ruolo immunologico clinicamente più rilevante? 2) Quanto incide la condizione immunologica della madre sulle qualità immunomodulanti del latte materno?

Fattori di importanza immunologica: 1) diversità tra il LM rispetto e il LF antigenicità del latte materno verso LF presenza di molecole in concentrazione diversa rispetto al LF presenza di molecole che sono distrutte dal trattamento nel LF presenza di cellule specificità “ambientale” delle immunoglobuline trasmesse: idiotipo e anti-idiotipo

Antigenicità: Anche un discorso di evoluzione 1600: primi grandi allevamenti di vacche da latte breve tempo per selezione negativa Allergia alle proteine del latte vaccino: 2 %

Presenza di molecole in concentrazione diversa rispetto al LF Lisozima, lattoferrina: chela il ferro ai batteri patogeni, trasporta il ferro, modula la produzione di citochine, fornisce substrato metabolico IgA polimeriche, oligosaccaridi e mucine: inibizione adesione da batteri (pneumococco, HI) fattore anti-secretorio TNFr solubile, IL1ra, TGFbeta, EGF bifidus factor: promuove la crescita del lactobacillus bifidus

Lattoferrina Principale proteina del latte umano, 1-4 g/L (insieme alle sIgA 30% delle prot. del latte umano contro il 5% del LV) Relativamente resistente alla digestione enzimatica effetto microbicida (in parte per chelazione di ferro) effetto antinfiammatorio (downregola IL-1b, IL-6, TNF-a, IL-8) ritarda infezioni urinarie nel topo

Lattoaderina:memoria evoluzionista? glicoproteina lega il rotavirus e inibisce la sua replicazione

Presenza di cellule 100-1000 cellule/mcL di latte (fino a 100 milioni/dì) per la maggior parte monociti-macrofagi e neutrofili con inclusioni ricche di lipidi producono lisozima producono TNFa produzione spontanea di GM-CSF (non terminali !) ma anche linfociti (10/mcL) risposta a E. coli protezione della ghiandola attività nell’intestino del lattante ?

Anticorpi sierici dal latte? Dagli anticorpi ai linfociti fino agli idiotipi Paul Erlich: antitossine derivate dalla madre nel neonato. Le antitossine, assenti in topi nati da madri non vaccinate, venivano rapidamente acquisite e mantenute fino allo svezzamento, qualora questi animali venissero allattati da madri vaccinate (Erlich, On immunity by inheritance and suckling, 1892).  assorbimento intestinale di anticorpi ? Per il topo, dimostrato un trasporto di IgG attraverso l'intestino, ma probabilmente poco rilevante nell'uomo (Brambell 1970) Produzione di anticorpi materni nell'intestino del lattante da parte di linfociti di origine materna ? (Arvola, Gustafsson, et al. 2000 297) Azione indiretta, attraverso stimolo idiotipo-anti-idiotipo, mimando la presenza dell'antigene, induzione di anticorpi nei piccoli allattati. Questi dati non sono però verificati clinicamente nell'uomo.

Anticorpi del latte? Protezione o Immunomodulazione: Materni è diverso Risposta anticorpale dell'intestino della madre: non reazioni immunologiche contro i germi colici ricevuti dalla madre al momento del parto. (In realtà le migliorate condizioni igieniche rendono oggi minore la contaminazione da germi colici materni al momento del parto e non sappiamo precisare quanto questo sia un vantaggio o uno svantaggio). La presenza di anticorpi antiidiotipo può fornire immagini degli antigeni che fanno parte dell’ambiente microbiologico in cui la mamma vive.