Nutrizione - Pediatria

Alberto Tommasini, Laboratorio Immunologia Pediatrica, IRCCS Burlo Garofolotommasini@burlo.trieste.it

Il docente e … la ricerca traslazionale

From bench to bedsideForm bedside to bench

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.

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)

Analogia sistema immune – sistema nervosoAnalogia sistema immune – sistema nervoso

Pediatria e nutrizione: sviluppo e adattamentoPediatria e nutrizione: sviluppo e adattamento

ADATTAMENTO- Il sistema impara dall’ambiente- accetta l’ambiente- identifica ed evita fattori nocivi o ci si difende- seleziona risposte utili

SVILUPPO- l’intestino neonato si comporta diversamente da quello esperto- apprendimento attivo della risposta (risposta adattativa)- apprendimento attivo della tolleranza

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

CD4CD4++CD25CD25++ = TREG = TREG

CD4+ IL10+ TGFb+ = Tr1CD4+ IL10+ TGFb+ = Tr1

Il programma della tolleranzaCellule 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

• 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 autoimmunitàI T reg

Tolleranza e autoimmunitàUn 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 tolleranzaTolleranza 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

Linfonodo

DC immatura

DC maturaimmunogena

Linfocito

Adiuvanti mucosali- tossine coleriche- glutine nel celiaco?

DC linfonodaletolleritogena

-

CTA

AG

Infiammazione?

Attivazione DC?

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 allergicheallergia al latte

Nuove “epidemie”l’intolleranza al glutine

Quali cambiamenti ambientali?

IL LATTE DI FORMULAIL LATTE DI FORMULA

LATTE DI FORMULA E RISCHIO DI DIABETELATTE DI FORMULA E RISCHIO DI DIABETE

LATTE DI FORMULA E DIABETELATTE 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

Sicurezza microbiologica

Immunoprotezione

Compatibilità immunologica

Effetto antinfiammatorio ?

Immunomodulazione ??

Latte materno: ruolo immunologicoLatte materno: ruolo immunologico

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.

Latte materno: non solo immunoprotezione Latte materno: non solo immunoprotezione ma anche immunomodulazione: evidenze indirettema anche immunomodulazione: evidenze indirette

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 Latte materno: non solo immunoprotezione ma anche immunomodulazione: evidenze indirettema anche immunomodulazione: evidenze indirette

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 immunomodulantiLatte materno: molecole immunomodulantiQuali differenze con il latte formulato?Quali differenze con il latte formulato?

1)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?

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

Fattori di importanza immunologica:Fattori di importanza immunologica:1) diversità tra il LM rispetto e il LF1) diversità tra il LM rispetto e il LF

Antigenicità:Antigenicità:Anche un discorso di evoluzioneAnche 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

glicoproteina lega il rotavirus e inibisce la sua replicazione

Lattoaderina:memoria evoluzionista?

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 lipidiproducono lisozimaproducono TNF

produzione spontanea di GM-CSF (non terminali !)

ma anche linfociti (10/mcL)risposta a E. coli

protezione della ghiandola

attività nell’intestino del lattante ?

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 sierici dal latte?Dagli anticorpi ai linfociti fino agli idiotipi

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.

Anticorpi del latte? Protezione o Immunomodulazione:Materni è diverso