Resposta imune induzida pelo alimento: conectando (mais uma vez) nutrição e imunidade

É tarefa do sistema imunológico identificar o que é próprio ou não do organismo animal para protege-lo através de ações deflagradas por uma complexa rede de órgãos, células e moléculas. Imunologia é uma área bastante complexa e seu estudo aprofundado pode requerer longos anos. O mesmo acontece com aqueles que se dedicam a estudar os mecanismos necessários para a correta nutrição dos animais. Por isso, compreender profundamente as duas áreas (imunologia e nutrição) é tarefa para poucos... mas, afinal, por que o nutricionista precisa entender sobre resposta imune? O que há por trás dos “soldadinhos que nos defendem das doenças”?

Reconhecendo o inimigo  

Vários mecanismos são utilizados pelo sistema imune para cumprir sua função primordial de defesa, com respostas iniciais da imunidade inata, seguidas pelas reações tardias da imunidade adquirida. Trabalhar com dois níveis diferentes de resposta imune é uma forma de contornar a diferença nas taxas de evolução entre os patógenos e seus hospedeiros (Klasing 2007). Aves e suínos se reproduzem apenas algumas vezes ao ano, especialmente no ambiente natural, onde grande parte da evolução destas espécies ocorreu. Por outro lado, a evolução dos patógenos é muito mais rápida, uma vez que parasitas, bactérias e vírus podem se multiplicar em questão de dias, horas ou minutos. 

A primeira linha de defesa é chamada de imunidade inata, natural ou nativa. Este componente do sistema imune é filogeneticamente muito antigo e está presente mesmo em plantas e insetos, inclusive nos indivíduos saudáveis. A imunidade inata é responsável por bloquear a entrada de microrganismos e eliminar rapidamente aqueles que conseguem chegar aos tecidos do hospedeiro. Seus mecanismos compreendem barreiras físicas, químicas e biológicas, além de componentes celulares e moléculas solúveis.  

A resposta imune adquirida possui especificidade e diversidade de reconhecimento, memória, especialização de resposta, autolimitação e tolerância a componentes do próprio organismo. Por outro lado, a ação do sistema imunológico inato independe de estímulo prévio e normalmente sua resposta será a mesma em encontros repetidos com um patógeno (sem memória). Isso acontece por que o sistema reconhece estruturas que são comuns a diversas classes de microrganismos e que não estão presentes nas células normais do hospedeiro. Este reconhecimento é realizado pelos ‘receptores de reconhecimento de padrões’ localizados nas membranas e no interior das células (Figura 1). As moléculas capazes de ativar a imunidade inata são chamadas de ‘padrões moleculares associados ao patógeno’ (PAMP, do inglês, pathogen-associated molecular patterns). Além delas, moléculas expressas por células danificadas do hospedeiro (DAMP) também podem ser reconhecidas pelo sistema inato. Neste último caso, conteúdo mitocondrial ou fragmentos de DNA e RNA podem ser reconhecidos como indicativos de que houve danos às células do indivíduo. 

A interação entre receptores e PAMP guarda semelhança com a complementaridade entre antígeno e anticorpo (imunidade adquirida). Porém, no caso das respostas inatas, não há diversidade nem capacidade adaptativa para novos receptores ou novos padrões moleculares além daqueles já programados no código genético (Cruvinel et al. 2010). No caso dos PAMP, os receptores de reconhecimento de padrões evoluíram para identificar estruturas que são geralmente essenciais para a sobrevivência e infectividade dos microrganismos, ou seja, que normalmente são conservadas evolutivamente. Dessa forma, os patógenos seguem sendo reconhecidos mesmo após mutações ou quando não expressam seus alvos de reconhecimento. 

Amigo ou Inimigo? 

A resposta imune inata é muito rápida, mas relativamente inespecífica. Na prática, uma ampla gama de substâncias (ácidos nucleicos, lipídios da parede celular, proteínas e carboidratos) pode atuar como PAMP. A regra geral é ser algo não encontrado no organismo do hospedeiro, mas que é componente comum em patógenos. Porém, isso não significa que os compostos que atuam como PAMP sejam encontrados exclusivamente em organismos patogênicos (Sato et al. 2009).  

Embora a função fisiológica do sistema imune seja a vigilância e a defesa contra microrganismos infecciosos, outras substâncias estranhas podem gerar respostas imunes, mesmo que não infecciosas. Assim, uma definição mais inclusiva da resposta imune deveria citar que esta é uma reação aos componentes de microrganismos e pequenos agentes químicos que são reconhecidos como estranhos, independente da sua consequência fisiológica ou patológica. 

Exemplos de fontes não patogênicas de PAMP são as paredes celulares de diversas plantas e leveduras (Hsiao et al. 2006), que frequentemente são utilizadas para alimentação de humanos e animais. Além de desnecessária, esta ativação da resposta imune inata demanda o consumo de energia que poderia ser utilizada para outras atividades metabólicas, como crescimento ou produção (Sato et al. 2009).  

Resposta imune induzida pelo alimento 

Os beta-mannanos (BM), também conhecidos como beta-galactomananos, são polissacarídeos não amiláceos solúveis em água. Os BM não são digeridos por animais não-ruminantes e estão entre os principais fatores anti-nutricionais para estas espécies, sendo frequentemente associados ao aumento na viscosidade da digesta e redução no aproveitamento dos nutrientes das rações (Shastak et al. 2015).  

Os BM podem ser encontrados na superfície de diversos micro-organismos patogênicos e, por isso, sua presença no lúmen intestinal é identificada pelo sistema imune inato animal (PAMP). Um exemplo está na Figura 2, onde a estrutura da parede celular da Candida albicans é apresentada.  

Porém, por compor a parede celular vegetal, especificamente a fração de hemicelulose (Figura 3), esta substância também está presente em vários ingredientes utilizados para fabricação de ração, em especial nos grãos de soja (Hsiao et al. 2006). Nestes grãos, os BM estão principalmente associadas com a casca e a fração fibrosa do farelo. Palmiste e goma de guar também são fontes ricas deste polissacarídeo, embora sem uso frequente no Brasil. A concentração de BM em outros ingredientes é apresentada na Tabela 1. Quando os alimentos são ingeridos eles passam pelo processo de digestão e, nesse ponto, os BM e outras substâncias que podem atuar como PAMP são liberadas (Hsiao et al. 2006). Esses elementos livres entram em contato com células do sistema imune presentes no trato digestório e provocam sua ativação. 

O acionamento dos macrófagos se dá tanto pela fagocitose dos PAMP quanto por contato com receptores de superfície (Duncan et al. 2002), causando exacerbada sintomatologia inflamatória nos animais. Uma das hipóteses de atuação dos PAMP é através da estimulação do fator NF-kappa B. O efeito de um extrato contendo altos níveis de BM e de uma solução de LPS foi testada (in vitro) sobre monócitos humanos (Duncan et al. 2002). Foi verificado que os BM ativam o fator NF-kappa B pela mesma via de ativação que os LPS. Esse fator é responsável pela expressão de vários genes em células de defesa do organismo, em especial nos monócitos e macrófagos ativados (May & Ghosh 1998). Dentre os principais genes regulados pelo fator NF-kappa B estão: citocinas pró-inflamatórias, quimiocinas, enzimas inflamatórias, moléculas de adesão, receptores e inibidores de apoptose (Wang et al. 2009).  

Tabela 1. Conteúdo de β-mananos nos principais ingredientes utilizados em dietas para aves e suínos 

Fonte: Elanco Saúde Animal. 

Para a completa sensibilização dos macrófagos são necessários no mínimo dois sinais, como por exemplo, a exposição a interferon-gama e a BM ou LPS (Zhang & Tizard 1996; Duncan et al. 2002). No entanto, uma previa exposição dos macrófagos ao BM pode torná-los mais reativos ao segundo sinal. Estudos apontam que o interferon-gama e BM possuem sinergismo bilateral levando a uma ativação de macrófagos mais forte em comparação com outros mecanismos (Hibbs et al. 1988; Zhang & Tizard 1996). 

Em última análise, a ativação do sistema imune induz repartição de recursos, onde parte da energia que seria utilizada para crescimento do animal é desviada para proliferação de células de defesa (Simoes Nunes et al. 1991). O processo interfere, portanto no potencial de desempenho dos animais. 

Os custos nutricionais da resposta imune 

Muitas evidências científicas estão validando a estreita relação entre a nutrição, a saúde intestinal e a imunidade dos animais. Além da função crítica na digestão e absorção dos nutrientes, o intestino também pode ser considerado o maior órgão imune do organismo. Por conta desta forte relação entre os sistemas, a nutrição dos animais pode influenciar a imunidade através de vários mecanismos (Klasing 2007). 

Uma das vias mais evidentes desta relação é o alto “custo” nutricional associado com o desenvolvimento e a ativação do sistema imune. As células do sistema imune, assim como qualquer célula do organismo, demandam nutrientes para sua manutenção e multiplicação. Além disso, os nutrientes também são necessários para a produção de outras proteínas acessórias na resposta imune. 

Os custos nutricionais da ativação e manutenção da resposta imune são difíceis de serem estimados uma vez que variam com inúmeros fatores, tanto do animal (ex: espécie e genética), como do patógeno (ex: virulência e período de exposição). Em geral, o sistema imune adaptativo é caro para ser desenvolvido, mas barato para ser utilizado. Por outro lado, o custo para o desenvolvimento da imunidade inata é bastante baixo, porém, os custos para sua ativação são altos e repetidos a cada encontro com o “patógeno em potencial” (Klasing 2007). 

Experimentos com alimentação pareada para simular o impacto da redução de consumo (frequentemente observada na fase aguda da resposta) indicaram que o sistema imune responde por 9% do uso de nutrientes em frangos de corte (Klasing 2007). De modo bastante particular, os custos energéticos são frequentemente relacionados com o desenvolvimento e ativação da resposta imune (Hasselquist & Nilsson 2012), sendo induzidos tanto na fase aguda quanto para proliferação de leucócitos e anticorpos. 

Além dos custos diretos da ativação da resposta imune, existem outras demandas que podem ser consideradas a longo prazo. Por exemplo, quando os processos pró-inflamatórios são mantidos, as consequências de comprometimento de tecidos e uso de nutrientes podem se prolongar por mais tempo. O estresse oxidativo é outra forma de indução de custos a longo prazo, embora os estudos nessa área ainda sejam bastante empíricos e a quantificação deste impacto seja complexa (Hasselquist & Nilsson 2012). 

A proteção do organismo por um sistema imune eficiente é certamente necessária e positiva. Porém, os investimentos na imuno-competência podem afetar negativamente outras funções biológicas, como o crescimento dos animais, por conta dos custos nutricionais envolvidos. Essa relação é especialmente válida quando a resposta imune é gerada por alimentos (FIIR), ou seja, por PAMP sem consequência fisiológica grave ou patogenia associada. Nestes casos, o custo da ativação virá sem benefícios. Nesses casos, as consequências nutricionais e econômicas de gerar uma resposta inflamatória são relacionadas inversamente com o desempenho dos animais (Lauridsen 2019). 

Os outros “custos” da FIIR e dos BM 

As consequências positivas da ativação do sistema imune são indiscutíveis e incluem a defesa do organismo e a promoção de respostas vacinais. Porém, também existem consequências negativas, especialmente nos casos em que a resposta imune é gerada sem a presença efetiva de um patógeno (como na FIIR). Muitas dessas consequências são compartilhadas com doenças entéricas ou outras reações inflamatórias exageradas, como a redução na absorção de nutrientes, perda de fluídos e disbiose. Algumas dessas consequências negativas são listadas na Figura 4 e detalhadas a seguir. 

A inflamação é uma resposta genérica e, por isso, é considerada um mecanismo da imunidade inata. Esses processos são parte de uma resposta biológica complexa do intestino a uma possível ameaça. Além dos sinais clássicos, perda de integridade intestinal e de função absortiva também são frequentemente observados após a inflamação (Lauridsen 2019).  

O prejuízo no aproveitamento dos nutrientes pode ser agravado ainda mais no caso específico da ativação de resposta imune por BM, pois estas substancias atuam diretamente sobre a absorção de nutrientes (Kipper et al. 2020). Os BM são considerados fatores antinutricionais importantes, frequentemente relacionados com piora na viscosidade e aproveitamento nos nutrientes.  

Os BM são fortemente hidrofílicos, o que representa uma função importante durante o processo germinativo das plantas, auxiliando na disponibilização de reservas de água para o embrião. A mesma propriedade que é útil para as plantas pode ser prejudicial para os animais. Alimentos ricos em BM aumentam a viscosidade da digesta, o que interfere no tempo de trânsito intestinal e o aproveitamento de nutrientes (Shastak et al. 2015). O consumo de dietas com alta viscosidade pode levar ao aumentar do trato digestório dos animais, provavelmente para compensar a alteração na taxa de passagem da digesta (Shastak et al. 2015). Como o trato digestório representa um custo metabólico relevante para o animal, essa alteração de tamanho pode impactar nas exigências nutricionais para mantença. 

Por outro lado, o prejuízo absortivo associado aos BM ocorre provavelmente devido sua interação com a glicocálix que leva ao espessamento da camada de muco e impede fisicamente a absorção. Alterações na liberação de hormônios e modificação no tempo de trânsito intestinal também foram observadas em decorrência da ação dos BM (Simoes Nunes et al. 1991). 

Animais alimentados com dietas contendo ingredientes com altos níveis de BM têm menor absorção de glicose e ácido pirúvico (Nunes & Malmlöf 1992). Além disso, esses mesmos animais apresentam menor liberação de insulina, glucagon e peptídeo insulinotrópico dependente de glicose. Os carboidratos no trato gastrointestinal superior estimulam a liberação de peptídeo insulinotrópico dependente de glicose, porém com a presença de BM sua liberação é reduzida proporcionando uma menor absorção de glicose. Com baixa glicemia, a insulina tende a ser secretada em menor quantidade podendo levar a menor absorção de amino ácidos estimulada pela insulina (Simoes Nunes et al. 1991). Aumento no consumo de água em frangos de corte também foi associado a dietas com alta concentração de BM, assim como existem relatos de aumento na umidade de cama (Shastak et al. 2015). 

Uma maior disponibilidade de nutrientes não absorvidos dentro do lúmen intestinal cria um ambiente favorável para a proliferação de micro-organismos patogênicos ou não. Dentre os não patogênicos, pode ocorrer a multiplicação de organismos que degradam sais biliares, levando a redução na taxa de absorção de gordura e aminoácidos (Smits et al. 1998). Em frangos de corte criados sobre camas, o acréscimo no percentual de água da excreta (devido a maior viscosidade) causa aumento na ocorrência de calos de patas. Todos estes fatores combinados levam a obtenção de lotes desuniformes, especialmente se os animais enfrentarem algum desafio sanitário concomitante. 

As partículas de alimento não digeridas no lúmen intestinal também servem de substrato para o crescimento bacteriano indesejável. Os processos inflamatórios colaboram para a disbiose, pois também alteram o ambiente oxidativo e metabolômico do intestino. Em casos assim, a microbiota comensal benéfica e diversa pode ser alterada para uma população com diversidade reduzida e desenvolvimento de populações ruins para a saúde intestinal (Thoo et al. 2019). 

A perturbação da integridade intestinal também é frequentemente acompanhada de aumento na permeabilidade, que pode colaborar para a perda de digestibilidade e absorção dos nutrientes, além de favorecer a passagem de toxinas e ou patógenos (Lauridsen 2019). Esta via de transporte pode permitir que fatores pró-inflamatórios locais adquiram efeito sistêmico, alcançando outros órgãos e ativando proteínas de fase aguda. Citocinas e proteínas de fase aguda podem induzir reações antagônicas aos processos produtivos com redirecionamento dos nutrientes (inicialmente destinados para crescimento) para funções de defesa do organismo (Johnson 2012). 

São reações negativas em cascata, cuja gravidade depende da extensão na ativação do sistema imune e também da coparticipação de outros desafios (sanitários, por exemplo). Entretanto, é importante que o nutricionista conheça e considere estes pontos na escolha dos ingredientes que irão compor as dietas dos animais, tanto aqueles que colaboram como fontes de BM, como no uso da beta-mananase como ferramenta para contornar este desafio. 

Concluindo... 

O sistema imune é uma das mais complexas áreas de estudo dentro da biologia, desafiando desde os profissionais da saúde/nutrição até os pesquisadores da biologia evolutiva. Porém, a necessidade de conhecer mais profundamente as interações entre nutrição e resposta imune é consenso pois permitirá o refinamento das estratégias que, em última análise, podem melhorar o bem-estar e o desempenho dos animais.