120 - Mediadores inflamatórios e o pulmão

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MEDIADORES INFLAMATÓRIOS E O PULMÃO
13/07/2009
Prof. Dr. Helio Romaldini
CITOCINAS E INFLAMAÇÃO PULMONAR
Citocinas são proteínas produzidas por células, cuja função fisiológica primordial é regular o funcionamento celular.
A citocina “clássica” é uma proteína glicosilada que é sintetizada transitoriamente por uma célula efetora
apropriadamente estimulada. Seus efeitos são mediados através da ligação com receptores celulares em órgãos
alvo. Esta regulação pode ser autócrina (os receptores estão na superfície da célula que produz a citocina) ou
parácrina (os receptores estão na proximidade de células alvo do sistema imunológico ou não). Exceções a esta
regra são bem freqüentes.
É fundamental entender o conceito de que os eventos inflamatórios pulmonares são regulados por uma
elaboradíssima e complexa rede de citocinas que interagem entre si. Acredita-se que as citocinas, vistas
individualmente, funcionem como um alfabeto para decodificar um complicado sistema de sinalização celular. A
resposta final da celular será determinada pelo número de diferentes mensagens recebidas concomitantemente na
superfície celular. A complexidade do sistema aumenta quando levamos em conta a existência em paralelo das
citocinas anti-inflamatórias e dos inibidores específicos de citocinas.
Em circunstâncias fisiológicas, estas citocinas inibidoras servem como elementos imunomoduladores que limitam
as reações inflamatórias sustentadas ou excessivas. Sob condições não fisiológicas, estes mediadores
anti-inflamatórios podem ser insuficientes em controlar as atividades pró-inflamatórias nas doenças auto-imunes
ou super-compensar e inibir a resposta imune adequada, favorecendo a quadros de infecção sistêmica.
Esta regulação entre citocinas e seus inibidores torna-se ainda mais complicada pelo fato do sistema imune ter
múltiplas vias redundantes com efeitos fisiológicos similares. Com exceção do antagonista do receptor da
interleucina-1 (Interleukin (IL) –1 receptor antagonist) (IL-1ra), todas as citocinas anti-inflamatórias têm, pelo
menos em pequeno efeito, algum grau de atividade pró-inflamatória. O vetor final deste balanço irá depender do
timing em que esta citocina é liberada, onde é liberada, qual a densidade de seu receptor e qual a responsividade
do órgão aos seus efeitos.
Torna-se claro que as citocinas e suas interações participam ativamente na regulação de todos os eventos
biológicos imunes e não-imunes, incluindo metabolismo, crescimento e diferenciação celular, morfogênese,
fibrogênese e hemostasia. É sabido, também, que os efeitos regulatórios das citocinas são parte de um aparato
regulador multifuncional que envolve o sistema nervoso e o sistema endócrino, integrados de forma hierárquica.
Crescimento normal, reparação e desenvolvimento são funções apropriadas e coordenadas por estes processos
reguladores. Uma desregulação em qualquer nível, particularmente na produção anormal ou defeituosa de
citocinas, é parte importante na patogênese de várias doenças humanas. No pulmão merecem particular atenção
as interleucinas inflamatórias 1-10, o TNF e o TGF-b.
Os linfócitos T helper CD4+ (Th) podem se diferenciar funcionalmente em subtipos, a depender do microambiente
em que está exposto. Este linfócito produtor de citocinas é classificado em células Th1 e Th2 com base em qual
citocina produz. Classificação semelhante existe para os linfócitos citotóxicos CD8+ (células CD8+ T1 e CD8+T2).
As células Th1 secretam grandes quantidades de IL-2, TNF-a e IFN-g. Estas citocinas ativam macrófagos e
promovem a resposta imune mediada por células contra patógenos intra-celulares. As células Th2 produzem
diversas citocinas anti-inflamatórias, incluindo IL-4, IL-5, IL-6, IL-10 e IL-13. Tanto as células Th1 quanto as Th2
sintetizam pequenas quantidades de GM-CSF e IL-3. As citocinas do tipo Th2 promovem resposta humoral imune
contra patógenos extra-celulares. Inibição cruzada mútua entre Th1 e Th2 polarizam as funções das células Th em
respostas mediadas por células ou humorais.
PRINCIPAIS CITOCINAS INFLAMATÓRIAS
Estão listadas na Tabela 1.
Interleucina-1 (IL-1)
Existem duas formas bioquímica e geneticamente distintas de IL-1, a IL-1a e IL-1b. Possuem homologia de 26%
enquanto composição de amino-ácidos e são produtos de genes distintos localizados no cromossomo-2. Em sua
maior parte, a IL-1 associada a células/ligada a membrana é a IL-1a. Fagócitos mononucleares, linfócitos B, células
dendríticas, células endoteliais e fibroblastos apropriadamente estimulados expressam quantidades significativas de
IL-1a. Esta forma de IL-1, através de mecanismos autócrinos e /ou parácrinos, consegue regular eventos
inflamatórios locais sem induzir a reações sistêmicas.
A IL-1b é a forma predominantemente existente nos fluidos extra-celulares. É sintetizada principalmente por
monócitos estimulados por uma série de agentes – endotoxina, sílica, fagocitose, leucotrienos e aderência a
superfícies estranhas.
Efeitos Imunológicos
IL-1 ativa diretamente linfócitos e induz a síntese de IFN, fatores estimuladores de colônias e IL-6. Na presença de
IL-1, a proliferação de linfócitos T e B sob efeito de fatores de crescimento é aumentada, a produção de
anticorpos por linfócitos B é ampliada e a ligação entre células natural killer (NK) e células alvo torna-se mais
evidente. A quimiotaxia linfocítica também fica maior.
Efeitos Inflamatórios
Atrai leucócitos ao sítio inflamado, induzindo a degranulação de basófilos e eosinófilos
Estimula a síntese de tromboxanos por macrófagos e neutrófilos
Potencia a atividade neutrofílica
Aumenta a síntese de colágeno tipo I, III e V e de glicosaminoglicanos por fibroblastos
Aumenta a síntese de PGE2, PGI2 e PAF pelo endotélio
Altera a superfície dos receptores celulares do endotélio, facilitando a adesão e migração dos leucócitos
para o espaço extra-vascular celular
Estimula a expressão endotelial de pró-coagulantes, de fibroblastos e de células musculares lisas.
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2.2 TNF (Fator de Necrose Tumoral)
Existem duas formas bioquímica e geneticamente distintas de TNF, o TNF-a e TNF-b. Possuem homologia de 28%
enquanto composição de amino-ácidos e possuem espectro de atividade biológica muito semelhante. As duas
formas de TNF são sintetizadas por genes distintos localizados no braço curto do cromossomo 6, próximos ao
complexo maior de histocompatibilidade (MHC).
São produzidos por macrófagos (principal fonte biológica), células NK, astrócitos e células de Kupffer.
Seus efeitos biológicos são multifuncionais, destacando-se:
Inibição do crescimento de células tumorais
Estimula o crescimento de fibroblastos
Estimula a síntese de IL-6, IL-8, PGE2, IL-1a, CSF e de colagenase
Estimula a expressão de moléculas de adesão neutrofílica
Favorece o metabolismo oxidativo de neutrófilos (degranulação e fagocitose)
Aumenta a síntese de prostaciclina pelo endotélio e favorece a atividade pró-coagulante
Aumenta a produção de proteínas de fase aguda pelo fígado
Favorece a quimiotaxia macrofágica
2.2 TGF-b (Fator de Crescimento Transformador-b)
A família de proteínas TGF-b são proteínas essenciais na regulação de uma série de funções celulares. Seus efeitos
podem ser inibitórios ou excitatórios a depender da célula alvo envolvida, da quantidade de TGF-b presente, da
existência de outras citocinas envolvidas e do microambiente reinante.
Seus efeitos biológicos são multifuncionais, destacando-se:
Estimulação de osteoblastos e proliferação de células de Schwann
Regulação da morfogênese
Síntese de colágeno e fibronectina
Inibição da proliferação linfocítica e endotelial.
PRINCIPAIS CITOCINAS ANTI-INFLAMATÓRIAS
As tabelas 2 e 3 listam as principais citocinas anti-inflamatórias e os inibidores de citocinas. Define-se como
citocina anti-inflamatória, aquela citocina capaz de inibir a síntese da interleucina-1 (IL-1), do fator de necrose
tumoral (TNF) e de outras citocinas pró-inflamatórias.
IL-1ra
A IL-1ra é uma seqüência de 152 amino-ácidos que funciona como inibidor específico de dois membros da família
de IL-1; a IL-1a e a IL-1b. O gene humano da IL-1ra localiza-se no braço longo do cromossomo 2, muito próximo
aos genes da IL-1a e a IL-1b.
A IL-1ra bloqueia a ação das IL-1a e IL-1b por inibição competitiva ao nível de receptor de membrana. É produzida
por monócitos e macrófagos e liberada na circulação em quantidades 100 vezes maior que IL-1a e IL-1b, após
estimulação por lipopolissacáride (LPS). A síntese de IL-1ra e IL-1b é regulada diferenciadamente em promoters
próprios. As citocinas anti-inflamatórias IL-4, IL-6, IL-10 e IL-13 inibem a síntese de IL-1b, apesar de estimularem
a síntese de IL-1ra. O polimorfismo existente na regulação genética da síntese de IL-1ra explica por que um
excesso de síntese de IL-1ra em relação a IL-1a ou IL-1b aumenta a susceptibilidade a diversas doenças humanas,
entre elas a tuberculose; por outro lado, a produção inadequada de IL-1ra no pulmão predispões ao surgimento
de lesão pulmonar grave e resulta em maior mortalidade por síndrome do desconforto respiratório agudo (SDRA).
Já que a IL-1 participa ativamente de uma série de processos pró-inflamatórios, a IL-1ra tem sido exaustivamente
estudada em ensaios clínicos como um inibidor específico da IL-1. Apesar de dados convincentes da participação
da IL-1 na sepse bacteriana, os resultados de um estudo fase III em sepse grave empregando IL-1ra foram
desapontadores.
IL-4
A IL-4 é uma citocina que influencia em demasia a diferenciação das células Th. Secreção precoce de IL-4 leva a
diferenciação das céls. Th em Th2. Estas, por sua vez, secretam sua própria IL-4 formando-se um ciclo autócrino.
A secreção de IL-4 e IL-10 por céls. Th2 leva a supressão da resposta Th1 (down regulation) da produção de
macrófagos e inibição da diferencoação em população Th1. Além de céls Th2 maduras, a IL-4 pode ser produzida
por mastócitos e basófilos, mediando o recrutamento e ativação da linhagem basofílica, estimulando a produção
de IgE (via a diferenciação de céls. B em secretoras de IgE).
Sua atividade inibitória sobre citocinas pró-inflamatórias é marcante. Bloqueia as citocinas derivadas de monócitos
(IL-1, TNF-a, IL-6, IL-8 e proteína inflamatória de macrófagos (MIP)-1a)). Suprime toda atividade macrofágica,
além de estimular a síntese de IL-1ra.
Na presença de infecção bacteriana tem papel não totalmente compreendido. Em modelos experimentais de
pneumonia por Gram-negativos, a IL-4 aumenta o cleararnce de P. aeruginosa de tecidos pulmonares; em
modelos por Gram positivos funciona como fator de crescimento para S. aureus, aumentando a letalidade do
processo. Pode, ainda, potenciar a proliferação de endotélio vascular e fibroblastos.
IL-6
Possui tanto papel pró-inflamatório (é marcador de ativação sistêmica de citocinas pró-inflamatórias) quanto
anti-inflamatório. Faz parte de uma família de receptores ligandes que incluem a IL-11, o fator de inibição da
leucemia, fatores neurotróficos ciliares e a cardiotropina-1. Seu papel anti-inflamatório reside no fato de causar
down regulation da IL-1 e TNF, aumentar a síntese de glicocorticóides e promover a síntese de IL-1ra e receptor
solúvel de TNF. Além disso inibe a produção de citocinas pró-inflamatórias como o GM-CSF, IFN-g e MIP-2.
IL-10
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É a citocina anti-inflamatória mais importante da resposta imune humana. É potente inibidor de citocinas Th1 (IL-2
e IFN-g). Também é potente desativador da atividade pró-inflamatória de monócitos e macrófagos. Sintetizada
por células Th2 CD4+, monócitos e células B. Uma vez ligado a seu receptor celular, inibe TNFa, IL-1, IL-6, IL-8,
IL-12, fator estimulador de colônias de granulócitos, todas citocinas derivadas de monócitos e macrófagos.
IL-10 inibe a expressão na superfície celular de moléculas MHC classe II e da molécula de reconhecimento e
sinalização CD14. Também inibe a produção de células NK pelos neutrófilos, o fator nuclear Kappa-beta, além de
promover a degradação do RNA mensageiro por citocinas pró-inflamatórias.
Já é possível mensurar os níveis séricos de IL-10 circulante em doenças sistêmicas. Sabe-se que pacientes que
expressam preferencialmente altos níveis de IL-10 e níveis reduzidos de TNF-a, são mais propensos a morrer de
meningococcemia e outras infecções comunitárias. Baixas concentrações de IL-10 em pacientes com lesão
pulmonar aguda podem sugerir o desenvolvimento de SDRA. Em voluntários humanos sadios, a administração de
IL-10 após estímulo com endotoxina atenua os efeitos sistêmicos da endotoxina, a resposta neutrofílica e a
produção de citocinas.
De uma forma geral a IL-10 protege o hospedeiro de inflamações sistêmicas após lesão induzida por toxina, mas
há uma série de evidências mostrando que aumenta a letalidade em indivíduos susceptíveis.
IL-11
IL-11 possui diversas semelhanças com IL-6, incluindo o mesmo ligande (receptor gp 130). Inicialmente descrito
como fator de crescimento hematopoiético com intensa atividade na plaquetogênese, a IL-11 foi liberada para uso
clínico como agente restaurador de plaquetas após supressão por quimioterapia. Paralelamente a isto é capaz de
atenuar a síntese macrofágica de IL-1 e TNF através de up regulation do fator nuclear inibitório kappa-B. Inibe,
ainda, a síntese de IFN-d e IL-2 por células CD4+.
IL-13
IL-13 é sintetizada por linfócitos T ativados. Divide uma série de semelhanças imunológicas com IL-4. Através de
down regulation diminui a produção de TNF, IL-1 e IL-8 por monócitos.Através de up regulation controla a
expressão celular de integrinas beta-2 e antígenos MHC classe II.
TGF-b
Sintetizado como um precursor inativo, o TGF-b precisa ser ativado para desempenhar sua função. É importante
regulador da proliferação celular, diferenciação e formulação da matriz extra-celular.
Induz a diferenciação de células escamosas do epitélio brônquico; inibe a proliferação do pneumócito tipo II e
diminui a expressão da proteína A do surfactante humano. TGF-b parece contribuir para a instalação da fase
fibroproliferativa da SDRA.
Como outras citocinas, tem efeitos pró e anti-inflamatórios, funcionando como um modulador de outras citocinas
ou de fatores de crescimento. TGF-b suprime a proliferação e diferenciação de células T e B e limita a síntese de
IL-2, IFN-g e TNF. Semelhante a IL-10, age como um desativador de monócitos e macrófagos, tendo pouca ação
sobre a produção de IL-1.
RECEPTORES SOLÚVEIS DE CITOCINAS COMO MOLÉCULAS ANTI-INFLAMATÓRIAS
Tanto o receptor para TNF-a tipo 1 (p55) e tipo 2 (p75) podem existir na superfície celular como uma unidade
transdutora de sinal ou em forma solúvel no fluido extra-celular. Esta forma solúvel existente na circulação retém a
mesma capacidade e afinidade de se ligar ao TNF. Os receptores solúveis competem com os receptores de
membrana pela ligação com TNF; altas quantidades de receptores solúveis de TNF funcionam como inibidores
específicos da atividade de TNF em órgãos alvos.
Sob certas situações os receptores de TNF funcionam mais como agonistas de TNF do que antagonistas. Isto
ocorre especificamente para o receptor solúvel tipo 2 (p75). Este receptor pode se ligar ao TNF-a na circulação e
prolongar sua meia vida; porém, o TNF-a pode se dissociar prontamente do receptor tipo 2, prolongando a
atividade do TNF na circulação sistêmica com os efeitos deletérios disto.
INTERAÇÃO ENTRE CITOCINAS E CÉLULAS INFLAMATÓRIAS
O pulmão é constantemente exposto a antígenos inalatórios e partículas estranhas. A maior parte destas
substâncias é normalmente eliminada pelas defesas pulmonares sem o desenvolvimento de uma resposta
inflamatória, porém, em determinadas situações (pneumonias infecciosas, pneumonites tóxicas, pneumopatias
idiopáticas) um complexo emaranhado de citocinas interfere nesta regulação pulmonar, levando a alterações
particulares.
MACRÓFAGO ALVEOLAR
O macrófago alveolar é capaz de sintetizar uma série de citocinas que participam ativamente dos mecanismos de
defesa pulmonar, remodelamento tecidual e fibrose. Um dos estímulos mais potentes para o macrófago alveolar
produzir citocinas é a endotoxina. Macrófagos alveolares estimulados por endotoxina sintetizam IL-6 e TNF em
grande quantidade, e, em menor quantidade, IL-1b.
A capacidade do macrófago alveolar em produzir estas citocinas inflamatórias é significativamente menor que o de
seu precursor, o monócito circulante. Acredita-se que esta menor capacidade em produzir IL-1b pelo macrófago
alveolar seja um mecanismo que previna cargas rotineiras de partículas inalatórias que induzem a eventuais
pneumonias.
Além dessas interleucinas, o macrófago alveolar produz IL-8, TGF-b, TGF-a, PDGF, IGF-1 e IFN-g. Paralelamente a
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isto, tanto a IL-1b e o TNF funcionam como indutores de produção de IL-8, que por sua vez é fundamental no
recrutamento de neutrófilos para o pulmão.
Interessante notar que o macrófago alveolar é mais ativado em resposta a estímulos externos, tais como microorganismos, diferentemente de fibroblastos, p. ex., que produzem grandes quantidades de citocinas (IL-6, CSFs,
IL-8 e IL-1a) em resposta a IL-1 e TNF sintetizados pelo macrófago.
Tabela 1. Citocinas Inflamatórias
Citocina
IL-1
Origem
Efeito Biológico Principal
IL-1b: monócitos
IL-1a: macrófagos, fibroblastos
estimula proliferação células T
estimula liberação IL-2
estimula expressão de receptor de IL-2
estimula crescimento de células B
ativa endotélio e proliferação de colágeno
IL-2
linfócitos Th1
estimula linfócitos T
estimula linfócitos B
estimula células NK
IL-3
linfócitos T
estimula mastócitos e síntese de histamina
estimula megacariócitos, neutrófilos e macrófagos
IL-4
linfócitos Th2
co-estimulador da proliferação de linfócitos B
estimula produção de IgE e IgG1
IL-5
linfócitos Th2
estimula proliferação de eosinófilos
estimula produção Ig
IL-6
células Th2, macrófagos
proliferação linfócitos T
IL-7
timo
proliferação células T citolíticas
IL-8
monócitos, macrófagos
fator quimiotático seletivo de neutrófilos
IL-9
linfócitos T
proliferação de progenitores eritropoiéticos
IL-10
linfócitos Th2
inibe produção células Th1
Inibe produção de Il-2, IL-3, IFN-g, GM-CSF
TNF
macrófagos
multifuncionalidade
TGF-b
macrófagos, plaquetas
multifuncionalidade
____________________________________________________________________________________
Tabela 2: Citocinas com Atividade Anti-Inflamatória
Citocina
Origem
Atividade
Biológica
IL-1ra
Macrófago/cel. dendrítica
Inibidor específico IL-1a e IL-1b
IL-4
Céls.T (Th2), mastócitos, céls. Promove desenvolvimento linfócito Th2,
B
inibe
síntese
de
citocinas
pró-inflamatórias induzidas por LPS
IL-6
Céls. T, céls. B, PMN
IL-10
Céls.
T
(Th2), Inibe monócitos e macrófagos, inibe
monócito/macrófago, céls. B produção de citocinas por neutrófilos e
inibe resposta linfocítica do tipo Th1
IL-11
Céls. estroma, fibroblastos
Inibe
resposta
de
citocinas
pró-inflamatórias por monócitos e
macrófagos e promove a resposta
linfocítica do tipo Th2
IL-13
Céls.T (Th2)
Homóloga a IL-4
TGF-b
Constitutivamente
em várias células
Inibe síntese
macrófagos
de
TNF
e
IL-1
por
expresso Inibe monócitos e macrófagos, inibe
síntese de citocinas pró-inflamatórias
Tabela 3: Receptores Solúveis de Citocinas com Atividade Anti-Inflamatória
Receptor Solúvel
Fonte Celular
Ação Biológica
Receptor solúvel TNF p55
inúmeras
Liga-se aos trimers de TNF na circulação,
previnindo interação entre os ligantes e
receptores de membrana de TNF
Receptor solúvel TNF p75
inúmeras
Liga-se aos trimers de TNF na circulação,
previnindo interação entre os ligantes e
receptores de membrana de TNF
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Receptor solúvel IL-1 tipo 2
Céls. B, neutrófilos
Une-se aos ligantes circulantes de IL-1,
previnindo a interação entre Il-1b e receptor
tipo 1 de IL
Proteína ligadora de IL-18
Inúmeras
Domínio extra-celular solúvel de IL-18
Receptor ligado a membrana IL-1 Céls. B, neutrófilos
tipo 2
Literatura Recomendada
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