Evaluation of the role of adaptative immunity in obesity: study in animals

O desenvolvimento gradual e recente de uma epidemia mundial de obesidade alavancou sobremaneira o estudo dessa condição e de suas comorbidades metabólicas. No âmbito fisiopatológico, múltiplos estudos demonstraram a expressão aumentada de mediadores inflamatórios no tecido adiposo de animais e humanos obesos, o acúmulo local de macrófagos, e um papel central da inflamação no desequilíbrio da homeostase metabólica local e sistêmica na obesidade. A definição de um papel ativo dos macrófagos, e portanto da imunidade inata, na rede inflamatória do tecido adiposo, evocou a hipótese de que, similarmente a outras condições inflamatórias crônicas como a aterosclerose, a obesidade também contaria com a importante participação de elementos da imunidade adaptativa, como as células T e suas citocinas, em sua fisiopatologia. Com base nessas considerações, os objetivos principais desse estudo foram: 1) avaliar a presença das células T e o papel do interferon-gama (IFNy), clássica citocina T-helper 1 (ou Th1), na inflamação do tecido adiposo; e 2) estudar mecanismos de acúmulo das células T no tecido adiposo na obesidade, particularmente a participação do receptor CXCR3 nesse processo. Experimentos de citometria de fluxo mostraram que o tecido adiposo visceral de camundongos C57BL/6 obesos após consumo de dieta rica em gorduras apresentou maior número de macrófagos e também de células T, CD4+ e CD8+, em comparação a controles que receberam dieta pobre em gorduras. A expressão de I-Ab, marcador do complexo de histocompatibilidade principal classe II (MHC II) murino, também foi maior no tecido adiposo dos animais obesos, sugerindo a presença local da atividade de apresentação de antígeno com consequente ativação das células T. Quando estimuladas in vitro, células T derivadas do tecido adiposo de camundongos obesos produziram mais IFNy do que aquelas isoladas de controles, novamente sugerindo a ativação dessas células em um contexto de obesidade. Na análise das possíveis funções do IFNy no tecido adiposo, a estimulação da linhagem de células 3T3-L1 diferenciadas em adipócitos com IFNy recombinante resultou na produção aumentada de quimiocinas de macrófagos, como a proteína quimiotática de monócito (MCP-1), e de quimiocinas de células T, como a proteína 10 induzida por IFNy (IP-10) e monocina induzida por IFNy (MIG). A estimulação de adipócitos com o sobrenadante de células Th1 cultivadas in vitro, com abundante concentração de IFNy, também levou à produção aumentada de IP-10. Em análise mais ampla, através de microarray, dos possíveis efeitos do IFNy na expressão gênica de adipócitos, o tratamento dessas células com 100 U/ml de IFNy resultou na expressão aumentada de diversas quimiocinas e seus receptores em comparação ao grupo tratado com placebo. Similarmente à estimulação de células isoladas com IFNy, a incubação de tecido adiposo ex vivo de camundongos com essa citocina também resultou em secreção aumentada de IP-10, MIG e fator de necrose tumoral alfa (TNFy). A investigação do papel do IFNy na inflamação do tecido adiposo in vivo envolveu camundongos com deficiência de IFNy e controles, ambos os grupos submetidos a dieta rica em gorduras (obesos) ou pobre em gorduras (não obesos). Camundongos obesos deficientes em IFNy apresentaram expressão reduzida de mRNA de genes inflamatórios como TNFalfa e MCP-1 no tecido adiposo; acúmulo local reduzido de macrófagos; e melhor tolerância à glicose em comparação aos controles sob mesma dieta. Animais com deficiência de apolipoproteína E (ApoE) e também do receptor de IFNy também apresentaram em seu tecido adiposo a expressão reduzida de mRNA de genes inflamatórios, particularmente relacionados às células T, como IP-10, MIG, e o receptor CXCR3, em comparação aos controles com deficiência única de ApoE. Resultados in vitro e in vivo sugerem conjuntamente um importante papel do IFNy, e portanto, das células T e da imunidade adaptativa, na rede inflamatória do tecido adiposo na obesidade, com consequente impacto metabólico sistêmico. A presença de células T ativadas no tecido adiposo e seu acúmulo diferencial na obesidade motivaram também a pesquisa de potenciais mecanismos quimiotáticos reguladores desse processo. CXCR3, receptor das quimiocinas de células T, IP-10, MIG e quimiocina alfa de células T IFNy-induzida (I-TAC), é expresso preferencialmente em células T ativadas, e detém papel central na migração dessas células em outras condições inflamatórias crônicas, como a aterosclerose. Em camundongos com deficiência de CXCR3 e que receberam dieta rica em gorduras por 8 ou 16 semanas, o tecido adiposo apresentou significativamente menos células T, incluindo as células CD4+ e CD8+, em comparação a controles submetidos a mesma dieta. Os números similares de células T e outras populações de leucócitos no baço e sangue periférico dos animais deficientes em CXCR3 e controles fortalecem o conceito de um efeito do CXCR3 sobre o acúmulo de células T no tecido adiposo, independentemente do número de células circulantes e periféricas. Os camundongos deficientes em CXCR3 apresentaram também maior tolerância à glicose e expressão reduzida de mRNA de mediadores inflamatórios em seu tecido adiposo em comparação aos controles após 8 semanas de dieta rica em gorduras. No entanto, a diferença na tolerância à glicose entre os dois grupos tornou-se não significativa após 16 semanas de dieta gordurosa, coincidindo com redução substancial na expressão de mRNA de mediadores anti-inflamatórios (como interleucina-10 [IL-10] e Arginase 1), e número reduzido de células T regulatórias no tecido adiposo de camundongo s deficientes em CXCR3 em relação a controles. Esses resultados sugerem que o CXCR3 é capaz de regular o acúmulo de células T de diferentes subtipos, com perfil proinflamatório ou anti-inflamatório. Em conclusão, nossos resultados revelam um importante papel da citocina Th1 IFNy na rede inflamatória do tecido adiposo na obesidade em camundongos, sugerindo a participação fundamental das células T e portanto, da imunidade adaptativa nesse cenário. Além disso, o receptor CXCR3 contribui significativamente para o acúmulo das células T, incluindo as células T regulatórias, no tecido adiposo desses animaisThe gradual and recent development of a worldwide epidemic of obesity greatly leveraged the study of this condition and its metabolic comorbidities. In the pathophysiologic context, multiple studies have demonstrated increased expression of inflammatory mediators in adipose tissue of obese animals and humans, the local macrophage accumulation, and a central role of inflammation in the imbalance of local or systemic metabolic homeostasis in obesity. The concept of an active role of macrophages and thus of innate immunity in the inflammatory network of adipose tissue, suggested the hypothesis that, similar to other chronic inflammatory conditions such as atherosclerosis, obesity also count on the participation of important elements of adaptive immunity such as T cells and their cytokines in its pathophysiology. Based on these considerations, the main objectives of this study were: 1) to evaluate the presence of T cells and the role of interferon-gamma (IFNy), classic T-helper 1 (Th1) cytokine, in adipose tissue inflammation, and 2) to study mechanisms of T cell accumulation in adipose tissue in the context of obesity, particularly the involvement of CXCR3 receptor in this process. Flow cytometry experiments showed that the visceral fat tissue of C57BL/6 obese mice fed a high fat diet showed a greater number of macrophages and also T cells, including CD4+ and CD8+ cells, compared to controls fed a low-fat diet. The expression of I-Ab, murine marker of class II major histocompatibility complex (MHC II), was also higher in adipose tissue of obese animals, suggesting the presence of local antigen presentation and consequent T cell activation. When stimulated in vitro, T cells derived from adipose tissue of obese mice produced more IFNy than those isolated from controls, again suggesting the activation of these cells in the context of obesity. In the analysis of possible functions of IFNy in adipose tissue, stimulation of 3T3 -L1 cells differentiated into adipocytes with recombinant IFNy resulted in enhanced production of macrophage chemokines, such as monocyte chemotactic protein-1 (MCP-1) and T-cell chemokines, such as interferon gamma-induced protein 10 (IP-10) and monokine induced by gamma interferon (MIG). The stimulation of adipocytes with the supernatant of in vitro cultured Th1 cells, with abundant levels of IFNy, has also led to increased IP-10 production. In a broader analysis, by microarray, of the possible effects of IFNy on adipocyte gene expression, treatment of these cells with 100 U/ml of IFNy resulted in increased expression of chemokines and their receptors in comparison to the placebo group. Similarly to the stimulation of isolated cells with IFNy, incubation of ex vivo adipose tissue with this cytokine also resulted in increased IP-10, MIG and tumor necrosis factor alpha (TNFalpha) secretio