viernes, 10 de marzo de 2017

Microbiota de la vía aérea y las implicaciones de la disbiosis en el asma

Introducción
La aplicación de métodos independientes de cultivos, basados en la secuenciación con biomarcadores estableció la presencia de comunidades de diversos microbios o microbiota entre todos los sitios del cuerpo humano. En sujetos sanos, existen comunidades microbianas de distintas composiciones en el tracto gastrointestinal, la piel, la cavidad oral, el tracto genitourinario, así como en sitios anatómicos antes considerados estériles, como el pulmón. De manera colectiva, estas comunidades microbianas y sus genomas asociados se refieren como el microbioma humano. Aunque el microbioma comprende hongos, virus y bacterias, a la fecha, las bacterias son el reino microbiano mejor caracterizado por lo que será el principal enfoque de esta revisión. Entre sujetos sanos, la composición de la comunidad bacteriana de sitios corporales específicos se encuentra relativamente conservada, lo que indica que las condiciones locales del microambiente en estos sitios promueven nichos de especialización microbiana y composiciones de la microbiota relativamente predecibles.
Estas comunidades microbianas que existen en distintos sitios del cuerpo humano sano confieren una gran riqueza de capacidad funcional genética. Estudios recientes produjeron un catálogo integrado del metagenoma microbiano del intestino humanos (basado en ~1200 sujetos sanos estadounidenses, chinos y europeos) que comprende una cantidad asombrosa de 9.9 millones de genes microbianos, lo que empequeñece lo codificado por el genoma humano. Entre aquellas funciones microbianas conocidas que se expresan en los humanos están las vías catalíticas para el metabolismo de los carbohidratos complejos, lo que resulta en, entre otros productos, ácidos grasos de cadena corta antiinflamatorios (SCFAs). Otras vías microbianas asociadas a los humanos sintetizan vitaminas, promueven la colonización competitiva de la piel y las superficies mucosas, y estimulan el desarrollo y la modulación posterior de las funciones locales y sistémicas de la respuesta inmune innata y adaptativa. La importancia de la microbiota en la formación de la inmunidad del huésped se demuestra de manera rotunda en ratones gnotobióticos (libres de gérmenes), nacidos y criados en ambientes estériles, libres de microbios. Estos animales muestran sistemas inmunes innatos y adaptativos subdesarrollados, con disminución de expresión de péptidos antimicrobianos, IgA, menos linfocitos T y mayor susceptibilidad a infecciones microbianas. Aunque existe evidencia emergente de exposición microbiana en el útero, la exposición microbiana peri y posnatal desempeña un papel importante en la colonización temprana en la vida. La complejidad y diversidad de la comunidad bacteriana crece de forma significativa durante los primeros 3 años de vida, como se demostró de manera individual en modelos animales y niños sanos, y continúa en evolución a lo largo de la vida de un individuo en respuesta a presiones ambientales selectivas como la dieta y la exposición a antimicrobianos.
La disbiosis microbiana asociada a enfermedad (perturbación de la función y la composición de una comunidad microbiana comparada con la de un sujeto sano) se vinculó a un gran número de enfermedades inflamatorias crónicas, incluidas las respiratorias como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica, la fibrosis quística, la rinosinusitis crónica y el asma. En comparación con estudios del microbioma intestinal, que demostraron que los fenotipos de enfermedad se pueden transferir o mitigar vía el trasplante microbiano de heces, hasta la fecha, la relación entre la microbiota respiratoria y la enfermedad crónica de la vía respiratoria es en gran parte asociativa. El propósito de esta revisión es proporcionar una visión general de los métodos moleculares usados para examinar comunidades microbianas y resumir el conocimiento actual acerca de la microbiota de la vía aérea, con un énfasis específico en el asma, una enfermedad que aumentó de manera notable en prevalencia en los últimos 60 años y ahora se estima que afecta a 300 millones de personas a nivel mundial.
Técnicas independientes del cultivo usadas para estudiar el microbioma de vía aérea
La aplicación de técnicas de base molecular para el estudio de la composición microbiana de la vía aérea sana puso a prueba el paradigma de su esterilidad. Estas técnicas moleculares proveen una manera más sensible y libre de cultivos para analizar microbios en muestras de la vía aérea. Estudios del microbioma de la vía aérea utilizaron varias técnicas moleculares para caracterizar las comunidades bacterianas, la más común de ellas es la secuenciación genética con biomarcadores. Los genes biomarcadores blanco, como el 16S ARN ribosómico bacteriano (16SrRNA), o la región espaciadora transcrita internamente del ARNr fúngico, contienen regiones altamente conservadas de regiones que flanquean secuencias que son variables entre los diferentes taxones microbianos. El ADN extraído de cada muestra se somete a amplificación del gen biomarcador por un grupo de cebadores PCR, uno de los cuales es sólo código de barras. Las concentraciones estandarizadas de los amplicones purificados resultantes de múltiples muestras se juntan y secuencian. Después de la secuenciación, las muestras se desmultiplexan con su cebador código de barras único y la secuencia de biomarcador, y lo leído se agrupa en unidades taxonómicas operacionales (OTU –grupos definidos por el usuario basados en 97-99% de identidad secuencial). Estas OTU luego se clasifican (por identidad taxonómica asignada) de acuerdo a su similitud de secuencia con microbios conocidos catalogados en bases de datos. Este enfoque genera un perfil de taxones presentes y su distribución relativa dentro de una comunidad. Estos perfiles se pueden resumir como índices de diversidad alfa (comunidad dentro de la muestra; como riqueza –número de taxones detectados, o igualdad –su distribución, o diversidad) o su diversidad beta (similitud composicional entre las muestras) y se examinaron con enfoques estadísticos tradicionales y ecológicos (multidimensionales). Por último, los datos obtenidos de este enfoque permiten la comparación de la abundancia relativa de taxones, aunque se debe notar que, por el volumen de las observaciones, la distribución típicamente no normal y la naturaleza del cero excesivo de los datos, los análisis estadísticos que consideran estos atributos y la corrección para descubrimientos falsos son esenciales para asegurar la validez de los hallazgos.
Mientras que la secuenciación con biomarcadores representa un enfoque relativamente barato para evaluar la composición de una comunidad, no provee información sobre la capacidad funcional de estas comunidades. Sin embargo, de manera reciente se desarrolló un algoritmo, Reconstrucción Filogenética de Estados Desapercibidos (PICRUSt), para predecir los atributos funcionales bacterianos conservada basado en la secuencia del biomarcador 16S rRNA. Aunque el verdadero potencial metabólico de la microbiota parece estar subestimado por este enfoque, ya que las funciones codificadas por los elementos genéticos móviles se omiten de las predicciones metagenómicas, el potencial metabólico predicho es concordante con los niveles cuantificados de metabolitos derivados de microbios. Por lo tanto, PICRUSt representa una herramienta muy útil en ausencia de enfoques más caros y laboriosos para examinar la función de comunidades microbianas. Estos enfoques incluyen secuenciación amplia del DNA (metagenómica) o del RNA (metatranscriptómica), que proveen información sobre el contenido o la expresión genética funcional de la comunidad, de manera respectiva. Estos enfoques requieren capacidad de secuencia de alto rendimiento para asegurar suficiente cobertura de la comunidad y poder computacional sustancial para permitir el ensamblado y los análisis de los datos obtenidos. En paralelo con las plataformas de secuenciación de próxima generación, las capacidades de espectrometría en masa se expandieron de forma dramática en los últimos años. Esto permite la capacidad de examinar la expresión de proteínas a nivel de comunidades (metaproteómica) o la producción de metabolitos (metabolómica). A medida que el campo evoluciona de manera continua, comienzan a aparecer en la literatura estudios que involucran la aplicación de enfoques multiómicos y análisis estadísticos integrados para examinar la composición de una comunidad microbiana y su laboriosos, dichos enfoques analíticos integrados proveen revelaciones en funciones microbianas críticas y su contribución al estado de salud y representan el futuro de la investigación del microbioma de la vía aérea.
El microbioma de la vía aérea en sujetos sanos
La microbiota bacteriana de la vía aérea inferior de personas sanas, aunque es distinta en su composición, se asemeja más a la de la orofaringe en relación a las comunidades de bacterias encontradas en las narinas o en el estómago. Esta similitud en los miembros de las comunidades no parece deberse al efecto de arrastre de las bacterias de la cavidad oral durante la toma de muestra, ya que esta relación se observa sin importar si la broncoscopía es por vía nasal u oral. De hecho, la dispersión de bacterias desde la cavidad oral mostró ser la fuente dominante de organismos que forman parte de la microbiota de la vía aérea sana. Lo anterior no es sorprendente, al considerar la proximidad anatómica de las vías aéreas a la orofaringe y la gran carga bacteriana asociada con la última, que de manera inevitable se propaga a la vía aérea inferior por medio de microaspiraciones, un evento frecuente incluso en personas sanas. Sin embargo, la composición del microbioma de la vía aérea inferior no deriva por completo de la dispersión de los comensales de la cavidad oral. La vía aérea se expone de manera constante a microbios por medio de la inhalación de aerosoles de composición diversa ricos en microbios (10 4 -10 6 bacterias por m3). Aunque la mayoría de los microbios inhalados se remueven de la vía aérea inferior por el aclaramiento mucociliar y las acciones antimicrobianas del sistema inmune innato y adaptativo, una proporción de estos microbios parece colonizar los bronquios de pulmones sanos, como los géneros Prevotella, Veillonella y Streptococcus. Datos muy recientes indican que esta microbiota comensal de la vía aérea y sus productos metabólicamente activos inducen la activación subclínica de la respuesta inmune Th17 de mucosas, y de manera potencial ceban la inmunidad en las mucosas contra la colonización con patógenos respiratorios.
Múltiples fenotipos de asma
El asma es una enfermedad dinámica y muy heterogénea, con etiología compleja, lo que la hace difícil de diagnosticar y tratar. Se definen múltiples fenotipos basados en tiempo de inicio de los síntomas, el nivel de gravedad, el tipo de inflamación subyacente y la respuesta al tratamiento para estratificar a los pacientes.
Aunque el asma en la infancia es principalmente una enfermedad de desarrollo alérgico, el asma del adulto o de inicio tardío también tiene un rango amplio de gravedad. Los asmáticos con inicio temprano (antes de los 12 años) son más propensos a ser atópicos con evidencia de hipersensibilidad a alérgenos ambientales, mientras que aquellos con inicio tardío de forma típica no son atópicos y de manera más común son femeninos y fumadores. El asma atópica es más a menudo un proceso inflamatorio dominante Th2, caracterizado por la expresión incrementada de las citocinas proinflamatorias IL-4, IL-5 e IL-13 así como eosinofilia en la vía aérea y sistémica. Se describió el endotipo “Th2 elevado” de asma atópica, que se caracteriza por la expresión de tres genes del epitelio bronquial inducidos por la IL-13 (CLCA1, SERPINB2, y POSTN). Los sujetos asmáticos que caen en esta categoría muestran aumento de la mucina (medido por incremento en la expresión de MUC5AC y MUC2), hiperreactividad más grave de la vía aérea, y niveles incrementados de infiltración eosinofílica de la vía aérea. De manera importante, los asmáticos con perfil Th2 elevado responden de manera positiva al tratamiento con corticoesteroides inhalados, mientras que los sujetos con asma neutrofílica o no-Th2 responden de manera pobre al tratamiento esteroideo. La inflamación neutrofílica de la vía aérea puede desencadenarse por linfocitos Th1 o Th 17, y se caracteriza por la expresión incrementada de las citocinas proinflamatorias IL-8 o IL-17 e IL-22, de manera respectiva.
Exposiciones ambientales y el riesgo de desarrollar asma
La prevalencia de enfermedades alérgicas como el asma aumentó de manera rápida en las últimas décadas, principalmente en países occidentalizados y aunque se reconoce que los factores genéticos son importantes en la etiología, por sí solos no explican el aumento en su prevalencia. Este aumento se atribuye a cambios en el estilo de vida, como en la vivienda y la dieta, la exposición a contaminantes, el uso de antibióticos, el aumento de cesáreas y la disminución en la exposición a microbios ambientales.
La disminución en la exposición a microbios ambientales se hace especialmente atractiva como una explicación para el aumento en la prevalencia de los trastornos atribuidos al desequilibrio en la función inmune, ya que las exposiciones ambientales parecen de hecho influir en el sistema inmunológico humano. Este concepto se respalda por hallazgos en un análisis de nivel de sistemas de 210 gemelos sanos monocigóticos y dicigóticos que muestra que la huella inmunológica de los pares de gemelos diverge con el tiempo. Dada la evidencia persuasiva y creciente sobre el papel del microbioma intestinal en el desarrollo organizacional de la función inmune, una fuente de esta divergencia parece estar en la diferencia en la composición y la función de los microbiomas intestinales de los pares de gemelos. Aunque la similitud relativamente mayor en los miembros de la comunidad de los microbiomas intestinales observados en gemelos monocigóticos comparados con gemelos dicigóticos indica presión genética selectiva sobre estos conjuntos microbianos, la falta de tal relación en la estructura general de la comunidad (la evaluación de la membresía y la abundancia de taxones específicos) sugiere que otros factores también influyen en la microbiota. Es probable que estos factores adicionales incluyan exposiciones ambientales únicas específicas para cada gemelo individual, como la dieta y el uso de antibióticos, que pueden reducir la diversidad bacteriana y se sabe que desempeñan un papel importante en la formación del microbioma intestinal durante la infancia. La relevancia específica de estas observaciones para la enfermedad alérgica se destaca por una observación independiente de que la baja diversidad bacteriana intestinal durante el primer mes de vida precede al desarrollo del asma en los niños.
De hecho, los factores ambientales se asocian ya sea con riesgo o protección para el desarrollo de sensibilización alérgica y asma. Por ejemplo, los estudios de la infancia temprana indican que la concurrencia de la sensibilización temprana a aeroalérgenos y las infecciones del tracto respiratorio inferior (LRT) con patógenos virales son factores de riesgo importantes para el desarrollo del asma persistente. Por el contrario, la exposición a perros, gatos y animales de granja en el primer año de vida se asocia con un riesgo menor de desarrollo de asma en niños. Se piensa que esta protección está mediada por la exposición a un número mayor de microbios, ya que las comunidades bacterianas en los hogares con mascotas peludas son significativamente más ricas y diversas que en las familias sin mascotas. Además, la carga microbiana y la diversidad en el polvo de colchón de hogares de niños en áreas rurales mostraron asociación inversa con la atopia. De manera específica, los niveles intramuros más altos de bacterias fecales, Bifidobacteriaceae y Clostridia se asociaron con una prevalencia menor de atopia en estos niños. También se demostró que la exposición a una mayor diversidad de bacterias en las primeras etapas de vida protege contra la sensibilización alérgica en ambientes urbanos (no agrícolas). La composición de las comunidades bacterianas en muestras de polvo doméstico recolectadas en hogares urbanos de escasos recursos de niños que no desarrollaron atopia o sibilancias recurrentes a los 3 años fue más rica y diversa y distinta de manera significativa de las casas de niños que desarrollaron sensibilización atópica con o sin sibilancias recurrentes. La exposición reducida a Firmicutes y Bacteroidetes se asoció con atopia y sibilancias atópicas, y la exposición reducida a Bifidobacteriaceae se asoció con riesgo de atopia.
La protección contra el desarrollo de atopia y asma por la exposición a más bacterias diversas se podría atribuir en parte a los niveles altos de endotoxinas (lipopolisacáridos [LPS], un componente de la pared celular de bacterias Gram negativas). Los niveles de LPS en el polvo se relacionan de manera inversa a la sensibilización y al asma atópica en los niños. Más aún, la exposición crónica a LPS o polvo de granja protege a los ratones del desarrollo de asma inducida por ácaros del polvo de casa, al reducir las citocinas del epitelio de la vía aérea que activan las células dendríticas, y así suprimir la activación inmune Th2 en respuesta al alérgeno del ácaro del polvo casero. Sin embargo, es probable que múltiples vías, más allá de las señales mediadas por el receptor tipo toll por ligandos microbianos, desempeñen un papel complementario en este efecto protector, en particular si dichas exposiciones microbianas en el polvo actúan como una fuente de organismos viables con propensión a la colonización humana.
De manera colectiva, estas observaciones independientes sugieren que la exposición a bacterias ambientales en la vida temprana influye en la predisposición al desarrollo del asma, al conformar la composición de la microbiota de la mucosa y la modulación de la inmunidad del huésped (Fig. 1). Aunque no fue el enfoque de estos estudios, las exposiciones ambientales parecen influir en la composición de la microbiota que coloniza la mucosa de las vías respiratorias, y puede ser esta microbiota la que afecta de manera más directa la susceptibilidad para el desarrollo del asma.
Microbioma bacteriano de la vía aérea pediátrica y su asociación con el riesgo de desarrollar asma
Los estudios epidemiológicos enfocados en la etiología de las enfermedades alérgicas identificaron la vida temprana como el período crítico durante el cual las exposiciones ambientales, así como el tratamiento con antibióticos, predisponen al desarrollo del asma. Se demostró que la exposición de ratones neonatos a un antibiótico de amplio espectro aumenta la susceptibilidad a la inflamación de las vías respiratorias inducida por alérgenos. Los ratones libres de gérmenes también muestran inflamación incrementada de las vías respiratorias tras la exposición a alérgenos, mientras que la colonización de estos animales con microbiota de ratones convencionales disminuyó la acumulación de células T asesinas naturales (NKT) en sus vías respiratorias y mitigó su respuesta a la exposición a alérgenos.  La misma intervención en ratones adultos no proporcionó esa protección, lo que resalta la importancia de la vida temprana como un período crítico para la intervención. Un estudio más reciente resaltó de manera cuidadosa la influencia de la microbiota de las vías respiratorias en ratones neonatos en el desarrollo de inflamación alérgica de las vías respiratorias después de la exposición al ácaro del polvo. Cuando se expusieron al alérgeno del ácaro de forma inmediata después del nacimiento, los ratones neonatos desarrollaron inflamación Th2 aumentada e hiperreactividad de las vías respiratorias. Sin embargo, a medida que el microbioma de vías aéreas maduró, con un aumento en la carga bacteriana y un cambio de la comunidad de predominio de Proteobacteria y Firmicutes a Bacteroidetes, la respuesta al ácaro disminuyó y aumentaron los subtipos de células Treg CD4+ Foxp3+ CD25+ Helios-. La ausencia de colonización de las vías respiratorias durante este periodo crítico de ventana posparto resultó en susceptibilidad sostenida para la inflamación alérgica hasta la edad adulta. De manera colectiva, estas observaciones proporcionan evidencia fuerte para el establecimiento de las comunidades de bacterias comensales de las vías respiratorias temprano en la vida como un factor crítico para el desarrollo inmunológico sano, lo que asegura el control a largo plazo de la inflamación de las vías respiratorias alérgicas.
Para apoyar estas observaciones múridas hay estudios recientes en poblaciones pediátricas. La colonización de las vías respiratorias superiores en niños en el primer año de vida con patógenos respiratorios oportunistas específicos se relaciona con un mayor riesgo de desarrollo de asma. En un estudio longitudinal de muestras nasofaríngeas de 234 niños con riesgo alto de atopia, se identificaron seis perfiles distintos de microbiota bacteriana. Cada uno de ellos se caracterizó por la presencia de un género dominante en particular, Haemophilus, Streptococcus, Moraxella, Staphylococcus, Alloicoccus o Corynebacterium. Los tres primeros se asociaron de forma previa a enfermedad de las vías respiratorias y al desarrollo y aumento del riesgo de exacerbaciones de asma. Además, este estudio demostró que en la composición del microbioma nasofaríngeo influyeron las exposiciones tempranas de la vida, como asistir a la guardería, tener hermanos y tomar antibióticos. La colonización temprana con Moraxella, Haemophilus o Streptococcus se asoció de manera fuerte con infecciones virales agudas de las vías respiratorias inferiores, consideradas fuertes predictores para el desarrollo de asma más adelante en la vida. Un estudio similar de 308 niños (la mitad con asma) mostró que el riesgo de enfermedad grave del tracto respiratorio o exacerbación del asma aumentó de manera significativa cuando se detectó rinovirus (RV) de forma simultánea con Moraxella catarrhalis, Streptococcus pneumoniae o Haemophilus influenzae. La gravedad de la enfermedad de las vías respiratorias fue mayor cuando se detectó RV junto con M. catarrhalis o S. pneumoniae, lo que sugiere que la colonización bacteriana amplifica la respuesta inmune del huésped a los patógenos respiratorios virales. De manera interesante, la detección de patógenos de las vías respiratorias no predice la presencia de RV, pero la detección de RV aumentó la posibilidad de detectar una carga significativamente mayor de estos patógenos bacterianos. Una relación sinérgica entre la colonización por S. pneumoniae y la coinfección con virus respiratorios, como con influenza, se reportó de forma previa en niños y adultos; también se describieron coasociaciones similares para los otros dos patógenos bacterianos oportunistas. De manera específica, se demostró que el virus de la influenza promueve la proliferación de S. pneumoniae durante la colonización en un modelo múrido de coinfección, al aumentar los sustratos sialilados del huésped (mucinas), que actúan como una fuente de nutrientes para bacterias mucolíticas específicas. La colonización del tracto respiratorio de manera concurrente con patógenos virales y bacterianos tiene la capacidad de modificar el reclutamiento celular y la inflamación en las vías respiratorias, y potencia la respuesta inflamatoria a los alérgenos en el asma atópica. De hecho, los macrófagos de BAL coestimulados con RV y productos bacterianos aumentaron la expresión del quimioatrayente de monocitos CCL2, una citocina importante para la regulación de la inflamación de las vías respiratorias en el asma alérgica.
Por último, estudios recientes que investigan la capacidad funcional de las comunidades bacterianas, en especial las dominadas por M. catarrhalis, presente en el tracto respiratorio superior de niños mayores asmáticos, demostraron un metabolismo aumentado de glicanos, así como otras vías conocidas de virulencia bacteriana que activan procesos inflamatorios en las vías aéreas. Los mecanismos de estos procesos recién comienzan a aclararse, pero un estudio in vitro de células epiteliales pulmonares expuestas a M. catarrhalis demostró una fuerte inducción de la citocina proinflamatoria IL-8. Además, se demostró que la estimulación de células mononucleares de sangre periférica (PBMC) con M. catarrhalis, S. pneumoniae o H. influenzae provocó una producción fuerte de citocinas IL-13 e IL-17; en el mismo ensayo, las PBMC obtenidas de lactantes que desarrollaron asma en la edad escolar aumentaron de forma significativa la producción de IL-5 e IL-13 en respuesta a estas bacterias patógenas, y así proporcionar evidencia de que las bacterias respiratorias tienen el potencial de contribuir al asma incluso en ausencia de virus respiratorios.
En conjunto, estos estudios pediátricos demuestran que los patrones de colonización bacteriana de la vía respiratoria en la infancia temprana desempeñan un papel crítico en la susceptibilidad para desarrollar asma. Sin embargo, aún no queda claro si estas asociaciones persisten en la adultez. También, y quizás más importante, no está claro si estas firmas microbianas en la vía respiratoria superior reflejan la comunidad bacteriana de la vía aérea inferior.
Disbiosis microbiana en la vía aérea de adultos asmáticos y su relación con los fenotipos de asma
La importancia de los microbios, al menos en algunos pacientes con asma del adulto, se apoyó por su respuesta positiva al tratamiento con un antibiótico macrólido. Además, la IgE sérica específica para la enterotoxina del Staphylococcus aureus se asocia a asma de inicio en el adulto con positividad del anticuerpo en 60% de los adultos con asma grave no atópica.
Varios estudios reportaron asociaciones entre la métrica bruta de la composición de la comunidad bacteriana bronquial y el asma. Tanto la carga como la diversidad de las comunidades bacterianas que colonizan las vías respiratorias son mayores en asmáticos que en sujetos sanos. También, se encontró que la composición de la comunidad bacteriana bronquial se asocia tanto con el grado de obstrucción del flujo aéreo como con la hiperreactividad en sujetos asmáticos. La naturaleza de las asociaciones cambia, sin embargo, a medida que aumenta la gravedad del asma. En los asmáticos con padecimiento leve, la diversidad bacteriana se asocia de manera inversa con el grado de hiperreactividad bronquial, mientras que en el asma grave se asocia la menor diversidad bacteriana con una obstrucción más grave del flujo aéreo, lo que sugiere procesos patogénicos distintos entre un espectro de gravedad de la enfermedad. De manera adicional, la microbiota en las muestras de esputo de los asmáticos neutrofílicos mal controlados fue menos diversa en comparación con el asma no neutrofílica. Por lo tanto, parece que las comunidades microbianas en las vías respiratorias de los asmáticos y sus subsiguientes interacciones con el huésped son diferentes en sujetos con distintos fenotipos de asma. Además, el asma más grave se asocia con la expansión desproporcionada de las bacterias dominantes, lo que disminuye la diversidad, mientras que conduce la infiltración neutrofílica de la vía respiratoria, una sugerencia reforzada por el hallazgo de una asociación entre el aumento de la carga bacteriana bronquial y mayor número total de leucocitos en el esputo, con menos eosinófilos de manera proporcional.
En cuanto a la composición de las comunidades de bacterias bronquiales asociadas con el asma, la expansión del phylum Proteobacteria es una firma emergente de las vías respiratorias asmáticas en un gran espectro de gravedad del asma. Las Proteobacterias son más prevalentes en las vías respiratorias inferiores de los pacientes con asma moderadamente grave, principalmente por el enriquecimiento del género Haemophilus. En enfermedad más grave, se encontró el enriquecimiento de Klebsiella. También, se reportó que la abundancia relativa de una serie de miembros de Proteobacterias filogenéticamente distintos, como Neisseriaceae, Comamonadaceae, Pseudomonodaceae y Sphingomonodaceae, correlaciona de manera fuerte con el grado de hiperreactividad bronquial. Mientras que casi todos los sujetos de estos estudios tomaban un corticoesteroide inhalado (ICS), un estudio de esputo inducido en el que algunos pacientes no se trataron con ICS también reportó la expansión de Proteobacteria (Haemophilus, Neisseria y Moraxella), lo que sugiere que el asma, y no sólo los efectos inmunomoduladores del tratamiento con ICS, se asocia con el enriquecimiento de miembros de este phylum. De hecho, un estudio reciente mostró que la composición de la comunidad bronquial estaba influenciada por la combinación de tratamiento oral y de ICS, pero no por el tratamiento con ICS por sí solo.
Un reporte de expansión de H. parainfluenzae en el líquido de lavado broncoalveolar (BAL) de pacientes asmáticos que no mostraron mejoría en la función pulmonar después de una semana de tratamiento con prednisona oral sugirió que la composición del microbioma bacteriano bronquial podría influir en la respuesta al tratamiento. Los macrófagos del BAL cultivados con este organismo se activaron para inducir la producción de la citocina proinflamatoria IL-8 y mostraron una respuesta reducida a los corticoesteroides. La falta de respuesta a los esteroides inducida por H. influenzae también se demostró en un modelo múrido de inflamación alérgica de las vías respiratorias, en el cual la infección crónica con este organismo indujo resistencia a los esteroides y suprimió la inflamación eosinofílica mientras que expresaba características de asma neutrofílica mediada por Th17. En un estudio de asmáticos graves tratados con esteroides se reportó que la inflamación mediada por Th17 correlacionó con la abundancia bronquial relativa de H. influenzae, y el enriquecimiento de esta especie también se observó en muestras de esputo inducido de sujetos con mal control de asma neutrofílica grave y asma grave resistente al tratamiento. De manera interesante, también se demostróo que el tratamiento con corticoesteroides tiene un efecto directo sobre la función de H. influenzae, al promover su persistencia en las vías respiratorias múridas por la formación de biofilm y resistencia a la azitromicina, un macrólido que se refiere mejora la hiperreactividad y la inflamación de las vías respiratorias en el asma.
Los patógenos fúngicos también contribuyen a la fisiopatología del asma alérgica. La sensibilización a Aspergillus fumigatus, por ejemplo, se asocia con reducción de la función pulmonar en el asma, y los pacientes con asma grave con sensibilización por hongos (SAFS) responden de manera favorable a la terapia antifúngica. La colonización pulmonar con A. fumigatus induce una respuesta Th2 de manera directa. Los pulmones múridos colonizados con hifas de A. fumigatus tuvieron aumento de inflamación, demostrado por incrementos de las células T CD4+ productoras de IL4, y respuestas bronquiales, lo que implica que este organismo contribuye a la inflamación alérgica. Un estudio reciente describió una asociación entre Aspergillus y el asma asociada a patógenos oportunistas como Haemophilus y Pseudomonas en pacientes con SAFS, lo que proporciona pruebas de la coocurrencia de bacterias y hongos patógenos en las vías respiratorias asmáticas.
Estas observaciones proporcionan evidencia de la contribución de la microbiota bronquial a la fisiopatología del asma, y demuestran que miembros bacterianos y fúngicos específicos tienen la capacidad de influir de manera directa en el tipo de inflamación de las vías respiratorias y la eficacia del tratamiento en el asma. Sin embargo, aún quedan muchas preguntas por resolver. Por ejemplo, no está claro cuántos de los cambios reportados en el microbioma de sujetos con diferente gravedad se deben sólo al aumento de la dosis del tratamiento con corticoesteroides y la inmunosupresión asociada, o cómo las comunidades de la vía aérea cambian durante la exacerbación. Se requieren estudios longitudinales para cerrar la brecha entre la disbiosis de las vías aéreas y la progresión del asma. En resumen, se necesitan más estudios del microbioma de las vías respiratorias en fenotipos específicos bien definidos de asma, ya que estos proveerían la información necesaria para estudios a futuro para comprender la relación de la microbiota y sus metabolitos asociados que pueden contribuir a estos subtipos de asma.
Eje intestino-vía aérea como un blanco para intervención terapéutica en la prevención del asma
La mayoría de los factores de riesgo para el desarrollo de asma atópica en la infancia se puede inferir que afectan la composición de la microbiota intestinal neonatal y, por tanto, influir en la tasa y el patrón de desarrollo de la función inmunológica sistémica. Estas observaciones, junto con la evidencia presentada en esta revisión para el papel de la microbiota de las vías respiratorias en el asma, apoyan la noción de que la disbiosis microbiana tanto de manera local en el pulmón como distal en el intestino desempeñan un papel en el desarrollo de esta enfermedad.
Existe una comunicación entre los tejidos mucosos del intestino y el pulmón, como ejemplifica la función protectora de la microbiota intestinal en los modelos múridos de neumonía. En estudios de prueba de principio, la disminución de la microbiota comensal en ratones se asoció con neumonía bacteriana más grave, pero la restauración de la estimulación microbiana en el intestino mediante estimulación con LPS o transferencia fecal mejoró la gravedad de la enfermedad. Esta diafonía no es unidireccional, ya que la estimulación aguda de las vías respiratorias múridas con LPS se acompañó de cambios agudos en la microbiota intestinal. Aunque los mecanismos subyacentes a la diafonía entre la mucosa en sitios distales del cuerpo persisten mal definidos, la existencia del eje intestino-pulmón y sus implicaciones para la enfermedad de las vías respiratorias proporcionan un portal para la intervención terapéutica potencial en la prevención o el tratamiento del asma.
La suplementación oral con la cepa probiótica de Bifidobacterium y oligosacáridos prebióticos no digeribles reduce los niveles de IL-6 e IL-4 en la vía respiratoria y protege contra la inflamación de la vía respiratoria inducida por el ácaro del polvo. La suplementación oral de ratones de polvo doméstico asociado a perro los protegió contra el reto de vía respiratoria con alérgenos al reducir la inflamación inducida por Th2, lo mismo se observó con la suplementación con especies de Lactobacillus, lo que sugiere que algunas bacterias intestinales tienen la capacidad para suprimir la inflamación en un sitio distal de la mucosa. La protección contra la inflamación alérgica de las vías respiratorias en modelos animales de asma también se reportó para metabolitos derivados de microbios, de manera específica SCFAs. Los SCFA son productos microbianos de fermentación de carbohidratos complejos. Un estudio reciente demostró que alimentar a los ratones con una dieta rica en fibra, o suplementación directa con SCFA, protegió contra la inflamación alérgica inducida por el reto con ácaro en animales sensibilizados. Los estudios de intervención probiótica de animales proporcionan evidencia alentadora para la manipulación intencional de la microbiota intestinal como una estrategia para la prevención y el tratamiento del asma. Sin embargo, un metaanálisis de un gran número de ensayos aleatorizados de suplementos probióticos, sobre sensibilización atópica y asma en niños, muestra que el éxito de estas intervenciones en ratones no se traduce de manera fácil en la prevención de enfermedades en humanos. Como mínimo, esto pone de manifiesto que los diferentes probióticos pueden tener distintas interacciones con el microbioma del huésped y que algunas cepas podrían ser más específicas para modular la inflamación atópica, pero muchas otras consideraciones, como la dieta, la edad de intervención, las exposiciones ambientales coincidentes, la duración del período de suplementación y otros factores aún desconocidos, son importantes. Por lo tanto, es necesario identificar los mecanismos específicos de las acciones pro y antiinflamatorias de la microbiota en la vía respiratoria y el intestino en el asma y en la salud antes de se implementen los suplementos probióticos diseñados de manera racional para fenotipos específicos de asma en la atención al paciente.
Resumen y conclusiones
El asma es una enfermedad compleja y heterogénea, con un fuerte componente ambiental que contribuye a su etiología. Existe evidencia convincente que apoya a la exposición microbiana diversa en la vida temprana como un componente cardinal en la prevención del desarrollo del asma más tarde en la vida. Se cree que esta exposición influye en la colonización microbiana de las mucosas, tanto en el tracto respiratorio como en el tracto gastrointestinal, que modulan la inmunidad del huésped y gobiernan la susceptibilidad de la enfermedad. Los estudios descriptivos de microbiota indican que las disbiosis de la microbiota en el intestino y en la vía respiratoria contribuyen a la fisiopatología de esta compleja enfermedad respiratoria. La comprensión de las combinaciones de mecanismos derivados de microbios que contribuyen a la heterogeneidad y la patología del asma y su dinámica en paralelo con el estado de salud respiratoria es crucial para el desarrollo de nuevas estrategias para prevenir o tratar la enfermedad. Aunque la comprensión de la contribución microbiana a esta enfermedad mejora de forma rápida, este campo está todavía en pañales y aún hay muchas preguntas sin respuesta.

Durack, J., Boushey, H.A. & Lynch, S.V. 
Airway Microbiota and the Implications of Dysbiosis in Asthma

Centro Regional de Alergia e Inmunología Clínica CRAIC, Hospital Universitario “Dr. José Eleuterio González” UANL, Monterrey, México

Dra. med. Sandra Nora González Díaz         Jefe y Profesor
Dra. med. Carmen Zárate Hernández            Profesor
Dr. Daniel Cantú Moreno                              Residente 1er Año

Dra. Alejandra Macías Weinmann                Profesor

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Arranca en Madrid “La Verdad Increíble”, una campaña itinerante de la AAUC en colaboración con Novartis que pretende informar y concienciar a la sociedad sobre la afectación de la urticaria crónica (UC)

El objetivo de la campaña es informar a la población general sobre la UC: qué es, cómo se manifiesta, cuáles son sus tipos y sensibilizar so...