Nutrizione - Pediatria
Alberto Tommasini, Laboratorio Immunologia Pediatrica, IRCCS Burlo Garofolo
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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
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 510% DELLE CELLULE CD4+ NEGLI ORGANO LINFOIDI
PERIFERICI
• VENGONO PRODOTTE PER LA MAGGIOR PARTE DAL TIMO,
DOVE RAPPRESENTANO IL 2-5% DEI TIMOCITI CD4 SINGLEPOSITIVE
• 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
Infiammazione?
DC matura
immunogena
CTA
Attivazione DC?
Linfocito
AG
DC immatura
Linfonodo
-
Adiuvanti mucosali
- tossine coleriche
- glutine nel celiaco?
DC linfonodale
tolleritogena
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
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
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.
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
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?
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?
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?
Lattoaderina
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.