La flora microbiana del pulmón regula la reactividad inmunitaria del cerebro

En su función vital de proporcionar oxígeno al cuerpo, el pulmón está conectado con el ambiente exterior por una gran superficie de intercambio. Este límite entre el tejido pulmonar y el aire exterior está habitado por una flora microbiana específica, el llamado microbioma pulmonar. La función exacta de este microbioma apenas ha sido investigada. Un equipo científico dirigido por los Profs. Alexander Flügel y Francesca Odoardi, del Instituto de Neuroinmunología e Investigación de Esclerosis Múltiple del Centro Médico Universitario de Göttingen, han demostrado una estrecha relación entre el microbioma pulmonar y el cerebro. Los investigadores descubrieron que el microbioma pulmonar regula la actividad de la microglía, las «células inmunitarias del cerebro». Este eje pulmón-cerebro recién determinado es importante para los procesos de la enfermedad: la composición exacta del microbioma pulmonar determina la susceptibilidad de desarrollar una inflamación autoinmune en el cerebro, como ocurre en la esclerosis múltiple. Los resultados experimentales de este trabajo se publicaron hoy, 23 de febrero de 2022, en la edición online de la revista Naturaleza.

Esta investigación de los científicos de Göttingen apunta a una conexión funcional nueva e inesperada entre el pulmón y el cerebro. Esta conexión está regulada por el microbioma pulmonar local, que aparentemente envía señales constantemente a la microglía, las «células inmunitarias» del cerebro.

«La microglía adapta su capacidad de respuesta inmunológica de acuerdo con estas señales microbianas y, por lo tanto, puede reaccionar rápidamente ante amenazas inminentes», afirmó el Dr. Leon Hosang, postdoctorado y miembro de Klaus Faber en el Instituto de Investigación de Neuroinmunología e Esclerosis Múltiple y el primer autor de la publicación. «Por lo tanto, el microbioma pulmonar puede verse como un sistema de alerta temprana para el tejido cerebral sensible», explicó Francesca Odoardi, profesora de Heisenberg y coautora principal de la publicación. Esto puede tener consecuencias para nuestra salud: las infecciones pulmonares, las manipulaciones terapéuticas (tratamiento con antibióticos), la contaminación y los cambios climáticos pueden influir en el microbioma pulmonar y, por lo tanto, influir en la reactividad inmunitaria del cerebro.

«Este nuevo conocimiento sobre el eje pulmón-cerebro tiene potencial para la implementación terapéutica», afirmó el profesor Alexander Flügel, coautor principal de la publicación. Continuó: «Por ejemplo, se podría usar una dosis de probióticos o antibióticos específicos para influir en la reacción inmunitaria del cerebro de manera específica para tratar no solo la esclerosis múltiple sino también enfermedades del sistema nervioso central en general donde la actividad inmunitaria de la microglía juega un papel».

Antecedentes: pulmón y cerebro

El pulmón puede jugar un papel importante en los procesos de enfermedad en el cerebro. Por ejemplo, las infecciones pulmonares y el tabaquismo aumentan el riesgo de desarrollar esclerosis múltiple. Esta enfermedad pertenece al grupo de trastornos autoinmunes, donde el sistema inmunológico, en este caso específico las llamadas células T, atacan el tejido cerebral del propio cuerpo y causan allí daños duraderos que pueden conducir a graves déficits neurológicos. Por qué y cómo es el pulmón el que debe participar en la regulación de los procesos autoinmunes del cerebro ha sido un misterio hasta ahora.

Al fin y al cabo, la función principal del pulmón es proporcionar oxígeno, por lo que su tejido forma una zona de intercambio para el aire que respiramos que tiene una superficie superior a los 100 m². Es cierto que esta enorme área de contacto con el entorno exterior requiere una protección inmunitaria especializada contra invasores peligrosos, por ejemplo, virus o bacterias, sin embargo, se acepta que las principales reacciones inmunitarias del cuerpo tienen lugar sobre todo en órganos inmunitarios especializados, como los ganglios linfáticos. o bazo. En esos órganos, todas las células y factores inmunes solubles están presentes para iniciar y regular una respuesta inmune no solo a los invasores sino también al propio tejido del cuerpo.

Los cambios en el microbioma pulmonar influyen en la susceptibilidad del cerebro a una inflamación autoinmune

Los investigadores ahora han encontrado respuestas sorprendentes a la pregunta de cómo el pulmón influye en las reacciones autoinmunes en el cerebro. Descubrieron que la colonia bacteriana del pulmón en las áreas de contacto entre el tejido pulmonar y el aire respiratorio, el llamado microbioma pulmonar, juega un papel especial aquí. El cuerpo humano está poblado de bacterias en todas las superficies de contacto con el mundo exterior. Si bien la composición de los microbiomas intestinales y de la piel se comprende bien, el microbioma pulmonar se ha investigado relativamente poco. De hecho, durante mucho tiempo se creyó que el pulmón es estéril, en otras palabras, no tiene ninguna población bacteriana. En realidad, el pulmón tiene una cantidad de microbios, pero en comparación con el intestino, esta cantidad es baja (más pequeña por un factor de 108). Fue aún más sorprendente para los científicos de Göttingen cuando descubrieron que solo una pequeña manipulación de la flora microbiana a través de la aplicación local de una dosis baja de antibióticos fue suficiente para cambiar fuertemente la susceptibilidad del cerebro a desarrollar una enfermedad autoinmune.

Los componentes de la pared celular de las bacterias pulmonares regulan la microglía, la vigilancia inmunológica del cerebro

¿Cómo ejerce el microbioma pulmonar esta influencia sobre la enfermedad autoinmune en un órgano tan lejano como el cerebro? Los investigadores buscaron la respuesta a esta pregunta como detectives, investigando paso a paso en qué lugares tiene efecto la influencia, qué lugares se ven afectados y qué señales bacterianas ejercen influencia en la regulación celular. Descubrieron que el punto de ataque no estaba en el pulmón ni en los otros órganos inmunes del cuerpo, sino directamente en el propio tejido cerebral. Allí, tras una manipulación mediada por antibióticos del microbioma pulmonar, encontraron cambios medibles en la microglía del cerebro, cambios que incluso podían observarse bajo el microscopio. En comparación con otras células cerebrales, la microglía son pequeñas células finamente ramificadas, que constantemente escanean su entorno con sus delicados procesos celulares en busca de daño o peligro por parte de agentes infecciosos y, al encontrarlo, al igual que las células inmunitarias en otras regiones del cuerpo, haga sonar la alarma y pida ayuda inmunológica.

Después de la dosis de antibiótico en el pulmón, las ramas de la microglía eran más cortas y gruesas, y la microglía reaccionaba más débilmente a las señales inflamatorias, lo que resultó en un reclutamiento reducido de células inmunitarias en el tejido cerebral inflamado. Esto proporciona una buena explicación del cambio en la susceptibilidad a la inflamación autoinmune. En un paso final, los investigadores buscaron señales bacterianas que pudieran desencadenar tal «parálisis microglial». Los análisis de las bacterias pulmonares, realizados con la ayuda de científicos del Instituto de Microbiología de la Facultad de Biología del Centro Médico Universitario de Göttingen, proporcionaron pistas vitales. Estos análisis indicaron que aquellas bacterias que producen un componente específico de la pared celular, llamado lipopolisacárido, se acumularon más fuertemente en el tejido pulmonar después de la dosis de antibiótico. De hecho, la mayor cantidad de lipopolisacárido desencadenó la parálisis microglial observada y la resistencia autoinmune. Sin embargo, una reducción de lipopolisacárido en el pulmón provocó lo contrario: la enfermedad autoinmune se intensificó.

Proporcionado por Universitätsmedizin Göttingen