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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