Cristiana BarberaCristiana BarberaGastroenterologiaGastroenterologia

Dipartimento Scienze Dipartimento Scienze PediatichePediaticheUniversità TorinoUniversità Torino

Torino 12.5.2013Torino 12.5.2013

ALTERATA PERMEABILITA’ INTESTINALE e PATOLOGIE

CORRELATE

Superficie interna del tratto gastrointestinale:Superficie interna del tratto gastrointestinale:

200200--300 m300 m22

200200--300 m300 m

22

Bengmark Gut 1998;42:2-7

Barriera intestinaleBarriera intestinale

Funzione dicotomica discriminanteFunzione dicotomica discriminante::

1) Assorbimento e permeabilità : 1) Assorbimento e permeabilità : nutrienti ,acqua,elettrolitinutrienti ,acqua,elettroliti2)Difesa attraverso esclusione dei 2)Difesa attraverso esclusione dei patogenipatogeni

( microorganismi e tossine)( microorganismi e tossine)

I° funzione: ASSORBIMENTO

Barriera intestinale funzione di difesaBarriera intestinale funzione di difesa

• antigeni potenziali,• microorganismi ostili • tossine.

II° FUNZIONE

Nella vita di un individuo attraversano l’intestino

• 1 Tonnellata di proteine alimentari, virus batteri tossine

••Integrità epiteliIntegrità epiteli••Motilità e peristalsiMotilità e peristalsi••Secrezione mucoSecrezione muco••Eventi digestiviEventi digestivi••MicrofloraMicroflora

••inibizione specie patogeneinibizione specie patogene••stimolo risposta localestimolo risposta locale

Fattori protettivi Fattori protettivi meccanicimeccanici

Funzione dicotomicadiscriminante

Barriera intestinaleBarriera intestinale

Cellula di Cellula di PanethPaneth

Proteggono le cellule staminali epiteliali• modificando la composizione dei commensalie limitandone il numero

• Proteggono dai patogeni• Danno segnali paracrini

contengono peptidi antimicrobiccationici DefensineDefensine

Genoma umano

2000J. Craig Ventor, Francis Collins, Insieme annunciano la sequenzazionedell’intero Genoma umano.

Microbioma umano

20 x le cellule somatiche

MICROBIOTA : distribuzione nel tratto gastrointestinaleMICROBIOTA : distribuzione nel tratto gastrointestinale

Esofago

Stomaco

Intestinotenue

Colon trasverso

Colon discendente

Sigma

Retto

Colonascendente

• Nello stomaco la crescita batterica è inibita (pH=3)1

• La concentrazione batterica aumenta progressivamente lungo il tenue1

• Oltre la valvola ileo-cecalesi raggiungono concentrazioni batteriche pari a 1010-1011

UFC/ml1

• Il microbiota costituisce il 35-50% del volume del contenutodel colon

• Nel colon, il 99% della flora batterica è anaerobia1

1. Posserud I et al. Gut 2007;56:802-8082. 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 motilityor 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 intestinesample the commensal microbiota to control the specificity of non-inflammatory, secretoryimmunoglobulin 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 layer; 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 disruptthe tight junctions between the epithelial cells, block epithelial cell growth and disruptmucus production. The reduction in mucus levels will allow pathogens to reach the cell sur

fisiologia 2 001

GALT GALT •• Ig A secretorieIg A secretorie•• Placche PEYERPlacche PEYER•• Linfociti Linfociti intraepitelialiintraepiteliali IEL IEL αβαβ γδγδ•• MacrofagiMacrofagi•• NKNK••eosinofilieosinofili

Fattori immunologiciFattori immunologici

Barriera intestinaleBarriera intestinale

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 IgAsecretorie 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.

• 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

IgA secretorie

Fattori immunologiciFattori immunologici

Funzioni del GALTFunzioni del GALT

•• captazione degli antigenicaptazione degli antigeni•• risposta locale risposta locale •• tolleranza orale = assenza di tolleranza orale = assenza di

reazione sistemicareazione sistemica

Barriera intestinaleBarriera intestinale

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 microorganismiattraverso 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 IFNγΤΝF α TH1• Citochine Th2 IL4 IL13• Citochina protettiva IL10

Barriera con funzione alterataBarriera con funzione alterataFunzione dicotomica non più Funzione dicotomica non più discriminantediscriminante::•• Alterato assorbimento e/o Alterato assorbimento e/o mancata esclusione di patogenimancata esclusione di patogeni•• Anarchia della risposta immune Anarchia della risposta immune

ALLERGIA ALIMENTAREALLERGIA ALIMENTARECELIACHIA CELIACHIA MAL.INFIAM.CRONICHEMAL.INFIAM.CRONICHESTEATOEPATITESTEATOEPATITE

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 La alterata permeabilità precede l’esordio della malattia ed è presente nei familiari di I° dei malattia ed è presente nei familiari di I° dei celiaci con lievi anomalie istologiche.celiaci con lievi anomalie istologiche.

Si ritiene Si ritiene abbia un ruolo scatenanteabbia un ruolo scatenantefavorendo il passaggio di gliadina negli favorendo il passaggio di gliadina negli spazi paracellulari, spazi paracellulari, regolando al regolando al massimo la produzione di massimo la produzione di zonulinazonulina ..

Ridotta differenziazione Ridotta differenziazione aumentata aumentata proliferazionecellulareproliferazionecellulare

Alterata permeabilità e MCAlterata permeabilità e MC

Degradazione della matriceDegradazione della matrice

Aumentata proliferazioneAumentata proliferazione

ridotta motilità fibroblastiridotta motilità fibroblasti

monocitamonocitaplasmacellulaplasmacellula

YY YY YY

YY CD4+CD4+

autoanticorpiautoanticorpiIFNIFNγTNFTNFαα

IELIEL

zonulinaZn

Batterio patogeno

Enterocolite

necrotizza

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

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

Firmicutes >Bacteroides

LPS

La flora :Promuove obesitàPermeabilità intestinale Modula metabolismo della colina Modula met ac biliari Produzione di etanolo endogeno da parte batteriTLR4 attivati Insulino resistenza

PAMP

TNF IL6 IL8 IL12

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

EOSINOFILO

Funzione di APCProduzione di proteine dei

granuli che mediano processi

infiammatori :• Proteina cationica ECP• Neurotossina• Perossidasi• Proteina basica maggiore

Citotossiche Attività antivirale

Degranulazione mastcellule

Rilascio di IL1IL3,IL4,IL5,

IL-13

•Un aumento degli eosinofili e delle proteine• in essi contenute è associato all’aumento• di permeabilità nelle IBD

Ruolo delle Mast cell

IEL γδ

• 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