Abstract
Macrófagos desempenham um papel importante na defesa do hospedeiro, além da poderosa capacidade de fagocitose patogénica ou assuntos estranhos. Eles cumprem uma variedade de papéis na regulação imunológica, cura de feridas e preservação da homeostase do tecido. Macrófagos são caracterizados por alta heterogeneidade, que podem polarizar em pelo menos dois extremos principais, macrófagos do tipo M1 (ativação clássica) que são normalmente derivados de monócitos e macrófagos do tipo M2 (ativação alternativa) que são principalmente aqueles macrófagos residentes nos tecidos. Com base no processo de cicatrização da ferida na pele, os estudos anteriores documentaram como estes diferentes subtipos de macrófagos participam na reparação e remodelação dos tecidos, enquanto o mecanismo dos macrófagos na cicatrização anastomótica intestinal ainda não foi estabelecido. Esta revisão resume as evidências atualmente disponíveis sobre os diferentes papéis dos macrófagos polarizados no curso fisiológico da cicatrização anastomótica e seus papéis patológicos no vazamento anastomótico, a complicação mais perigosa após a cirurgia gastrointestinal.
1. Introdução
Macrófagos são células imunes mielóides que desempenham um papel central na inflamação e defesa do hospedeiro . Estas células são caracterizadas pela poderosa capacidade de fagocitose e são creditadas com a protecção do hospedeiro contra a infecção através de um processo chamado “imunidade inata” . Nos últimos anos, com o acúmulo de evidências, os macrófagos surgiram como uma das células mais versáteis. Os seus papéis mudaram das células imuno-efeitoras que conduzem a defesa do hospedeiro, tal como os “trashmen” para os “directores” e “executores” predominantes para regular a resposta inflamatória, manter a homeostase dos tecidos, participar na cicatrização da ferida e na remodelação dos tecidos .
Macrofagos estão activamente envolvidos no processo de cicatrização da ferida, enquanto o seu papel numa ferida cirúrgica especial, também conhecida como ferida anastomótica, ainda não foi totalmente estabelecido. A anastomose é construída após a remoção do tumor gastrointestinal ou ressecção do intestino pelos cirurgiões para reconstruir a continuação do trato gastrointestinal. A cicatrização anormal da anastomose pode evoluir para uma fuga anastomótica (CA), definida como vazamento de conteúdo luminal de uma conexão intestinal cirúrgica. É a complicação mais perigosa após cirurgia colorretal, pois é responsável por até 40% da mortalidade pós-operatória, hospitalização prolongada e aumento do custo dos cuidados de saúde devido ao tratamento da sepse e à necessidade de reoperação .
Do ponto de vista macroscópico, a causa da AL inclui principalmente a comunicação, infecção e distúrbios cicatrizantes . No entanto, um mecanismo detalhado a nível celular ainda não foi estabelecido devido às poucas evidências. Nesta revisão, com base em populações heterogêneas de macrófagos e suas tendências opostas de polarização, tendemos a discutir os papéis de diferentes tipos de macrófagos em uma cura anastomótica sem problemas e seus papéis patológicos em vazamentos anastomóticos.
1.1. Subtipos de Macrófagos
Macrófagos ou fagócitos mononucleares há muito tempo que se pensava serem originários de células estaminais hematopoiéticas (HSCs). O dogma predominante afirmou que todos os macrófagos derivados de e também foram reabastecidos por monócitos . Contudo, as células da família dos macrófagos (células do sistema de fagócitos mononucleares) manifestam uma notável heterogeneidade, tanto na sua morfologia como nas suas funções biológicas . Estes dados recentes têm desafiado a concepção de longa data sobre “HSC-monocyte-macrophage”. As evidências mostraram que macrófagos residentes em tecidos como as células Kupffer do fígado, células epidérmicas de Langerhans da pele, e microglia do cérebro derivadas de um saco vitelino e podem persistir em ratos adultos independentes de HSC . Esses macrófagos residentes nos tecidos podem se renovar in situ, embora também possam ser reabastecidos por monócitos de sangue em certas situações. Ao contrário dos macrófagos derivados de monócitos que participam num processo antibacteriano durante a resposta inflamatória aguda, os macrófagos residentes nos tecidos expressam diferentes propriedades funcionais e desempenham um papel central na manutenção da arquitectura, função e homeostase dos tecidos, e o seu papel na cicatrização anastomótica é discutido mais abaixo.
A diversidade e plasticidade foram reconhecidas como marcas distintivas dos macrófagos, que contribuem para a sua heterogeneidade significativa. Em geral, a polarização dos macrófagos pode ser dividida em dois grandes extremos, ou seja, a ativação clássica que resulta em macrófagos do tipo M1 (M1) e a ativação alternativa que resulta em macrófagos do tipo M2 (M2). Estes dois tipos de macrófagos realizam diversos fenótipos funcionais em resposta a sinais microambientais, como produtos microbianos, células danificadas e citocinas de linfócitos activados. Especificamente, ligandos de receptores tipo Toll-like TLR (TLRs) e interferon-γ (IFN-γ) podem induzir os macrófagos a polarizar em macrófagos do tipo M1; pelo contrário, interleucina-4 (IL-4) e interleucina-13 (IL-13) induzem os macrófagos a polarizar em macrófagos do tipo M2. Entretanto, tal explicação pode não ilustrar completamente todos os diferentes cenários de ativação. Murray et al. propuseram a existência de alguns outros subtipos entre M1 e M2 , incluindo o subgrupo M2a induzido pela IL-4 e IL-13, o subgrupo M2b ativado por complexos imunes (TLRs) e o subgrupo M2c desativado por glicocorticóides, transformando o fator de crescimento (TGF) ou a interleucina-10 (IL-10) . Além disso, também é relatado que pode haver um subtipo suplementar de M2 (M2d), que é desencadeado por agonistas de TLR e adenosina . Parece que a polarização dos macrófagos deve ser vista como um espectro contínuo, no qual, dois tipos de macrófagos (M1 e M2) ocupavam as pontas opostas. Outra classificação de polarização proposta por Mosser e Edwards sugeriu que os macrófagos são ativados para formar três populações responsáveis pela defesa do hospedeiro, cicatrização de feridas e regulação imunológica, respectivamente . Os autores classificaram os macrófagos com base em suas funções fundamentais e não nos estímulos. Combinando com a concepção previamente discutida do paradigma “M1-M2”, a maioria dos macrófagos derivados de monócitos são classicamente ativados e expressam o fenótipo M1, que exerce a defesa do hospedeiro; inversamente, macrófagos residentes nos tecidos são ativados principalmente na via alternativa que expressa a característica M2 e preserva a homeostase do tecido e a resolução da inflamação .
1,2. O Papel dos Macrófagos Polarizados na Cura Anastomótica Fisiológica
A parede do trato alimentar contém quatro camadas (ou seja, mucosa, submucosa, muscularis propria, e serosa). Para uma clássica anastomose intestinal invertida de ponta a ponta, a aposição da serosa desaparece o espaço entre as duas extremidades do trato gastrointestinal, fornecendo uma barreira que isola a cavidade abdominal estéril dos conteúdos luminosos e bactérias; além disso, esta camada é importante no fornecimento de uma matriz para fibroblastos. A submucosa consiste em vasos sanguíneos, linfáticos e fibras nervosas; esta camada é a fonte dos fibroblastos que se tornam ativos após a cirurgia gastrointestinal e começam a depositar colágeno. As fibras de colágeno grampeadas ou suturadas nesta camada fornecem a maior parte da resistência à tração da anastomose; portanto, a submucosa é de grande importância na cura anastomótica. A camada mucosa também desempenha um papel na manutenção da homeostase para permitir o processo de cicatrização. Um pool de macrófagos na mucosa gastrointestinal é o maior pool de macrófagos de tecido do corpo, e uma ausência ou disfunção prolongada dos macrófagos prejudica a cicatrização anastomótica .
Reparação e cicatrização dos tecidos após a lesão têm sido estudadas durante séculos, mas continuam a ser entendidas como um objeto limitado, ou seja, a pele. Diferente disso, a cicatrização do trato gastrointestinal é anatomicamente obscurecida pela inspeção, permitindo apenas ao cirurgião julgar o sucesso da operação apenas sobre os parâmetros de bem-estar geral do paciente. Existem algumas diferenças entre a cicatrização da pele e a anastomótica, incluindo a anatomia (por exemplo, nenhum componente anatômico equivalente da serosa nos tecidos cutâneos) e a atividade de colágeno e colagenase . No entanto, a resposta clássica à lesão ocorre em todos os órgãos e tecidos. O curso fisiológico da cicatrização anastomótica também pode ser dividido em três fases sobrepostas, mas distintas, que incluem inflamação, formação de novos tecidos e remodelação (Figura 1) .
1.2.1. Inflamação
Além da infecção de diversos fatores microbianos, lesões ou traumas como o ataque cirúrgico também podem levar a uma inflamação não associada a patógenos, que pode ser ainda mais dividida entre a resposta inflamatória precoce e a tardia . Na fase inicial da inflamação, os neutrófilos são recrutados a partir do sangue circulante para o tecido da ferida local (a área anastomótica) no início. As células polimorfonucleares recrutadas removem as partículas estranhas ou bactérias locais e em seguida sofrem apoptose ou necrose. Depois disso, os monócitos são recrutados e diferenciam-se em macrófagos, que são altamente fagocíticos. Eles fagocitam neutrófilos e outros detritos teciduais para proteger de mais danos aos tecidos. Durante esta fase, em resposta aos padrões modificadores associados a patógenos (PAMPs) numa circunstância contagiosa ou padrões modificadores associados a danos (DAMPs) numa circunstância estéril, os macrófagos são classicamente activados e expressam o fenótipo M1 . Os macrófagos M1 liberam altas concentrações de citocinas pró-inflamatórias como o fator de necrose tumoral-α (TNF-α), interleucina-1β (IL-1β), interleucina-6 (IL-6) e interleucina-12 (IL-12); protease; e espécies reativas de oxigênio (ROS), todas consideradas importantes para a matança microbiana e resposta pró-inflamatória. Os macrófagos M1 também podem produzir colagenase, uma enzima de alta atividade que causa a degradação do colágeno que resulta em baixa força anastomótica precoce após a formação de uma anastomose. Na fase de inflamação tardia, com fagocitose excessiva de neutrófilos apoptóticos, o envolvimento de β2 integrinas em macrófagos por neutrófilos apoptóticos ativa os macrófagos para expressar o fator de crescimento transformador antiinflamatório (TGF) . Em contraste, a produção de citocinas pró-inflamatórias como TNF-α e IL-1β foi inibida. Assim, o fenótipo dos macrófagos muda de proinflamatórios M1 para anti-inflamatórios M2. Esses macrófagos produzem citocinas como IL-10 e estabelecem a base para a formação de novos tecidos, secretando outros fatores de crescimento como o fator de crescimento endotelial vascular (VEGF) . Como os macrófagos estimulados com IL-10, TGF ou glicocorticóides in vitro polarizam para o subtipo M2c que compartilha semelhanças com os macrófagos antiinflamatórios, isso sugere que os macrófagos antiinflamatórios pertencem aos macrófagos do tipo M2c e são capazes de amplificar sua resposta antiinflamatória secretando IL-10 e TGF em um laço de alimentação para frente. Além disso, as capacidades antiinflamatórias e regenerativas dos macrófagos antiinflamatórios mostraram ser inteiramente dependentes da IL-10 em ambientes estéreis, por exemplo, em feridas cirúrgicas .
1.2.2. Formação de novos tecidos
Nesta fase, macrófagos residentes em tecidos ou recrutados a partir de sangue periférico, conhecidos como macrófagos profibróticos, geram vários fatores de crescimento, tais como TGF, fator de crescimento derivado de plaquetas (PDGF), fator de crescimento fibroblasto-2, ou fator de crescimento semelhante à insulina-1 . Entre eles, o TGF é uma citocina profibrótica que exerce sobre os fibroblastos e os activa para se diferenciarem em miofibroblastos no tecido da ferida. Os miofibroblastos produzem uma massa de componentes de matriz extracelular (ECM) incluindo colágeno e fibronectina para preencher o defeito do tecido. Para o trato gastrointestinal, o colágeno também pode ser produzido por células musculares lisas. Os subtipos de colágeno no trato gastrintestinal são colágenos I, III e V, em comparação com o colágeno I e III na pele. Através de forças contráteis eficientes dos miofibroblastos, o tecido fraturado da ferida pode ser unido e reconstruir a sua integridade . Entretanto, macrófagos profibróticos e fibroblastos ativados liberam fatores proangiogênicos, como o VEGF, que estimulam células progenitoras endoteliais rastejando em direção ao tecido da ferida, para promover a formação de novos vasos (angiogênese). A invasão do capilar aumenta o fornecimento de sangue aos tecidos locais e facilita a cicatrização anastomótica. Além disso, estudos da mucosa cólica cicatrizante de coelhos após excisão experimental mostraram que uma abundância de células mesenquimais nas camadas musculares cicatrizantes acompanha a invasão capilar; estas células podem se diferenciar em células musculares lisas e histiócitos, que se pensa serem responsáveis pelo restabelecimento do tecido muscular liso. Macrófagos profibróticos, miofibroblastos e neovasos, todos juntos, constituem tecido de granulação, o compartimento fundamental mais importante no curso normal da cicatrização da ferida. Estes macrófagos profibróticos são classificados funcionalmente como macrófagos do tipo M2a porque podem ser induzidos in vitro pela IL-4 e IL-13 . Entretanto, não está claro se os macrófagos anti-inflamatórios e profibróticos podem ser claramente distinguidos in vivo, e parece que a plasticidade dos macrófagos cria uma mistura ou variação contínua durante a cicatrização da ferida .
1.2.3. Remodelação
Remodelação da anastomose é um processo dinâmico de maturação dentro do tecido cicatrizado que se baseia num equilíbrio entre a deposição de ECM e a decomposição e remodelação do tecido. Uma parte dos macrófagos residentes nos tecidos denominada macrófagos fibrólitos é crítica para a manutenção deste equilíbrio dinâmico. Eles produzem metaloproteinases de matriz como metaloproteinase-2 (MMP2), metaloproteinase-9 (MMP9), metaloproteinase-12 (MMP12), e metaloproteinase-19 (MMP19), para degradar as macromoléculas de matriz, ou seja, colágeno, um dos componentes mais importantes do ECM. A submucosa é uma camada de força do trato gastrointestinal e feita predominantemente de colágeno, e a remodelação desta camada predomina a força da anastomose. Dependendo das MMPs secretadas por macrófagos fibrólitos, as fibras de colágeno inicialmente depositadas são reordenadas e reticuladas, remodeladas de colágeno tipo III para colágeno tipo I; este último é muito mais forte. Além disso, os macrófagos fibrólitos também regulam a degradação, sintetizando o inibidor tecidual das metaloproteinases (TIMPs), o que pode inibir as atividades das MMPs. Além disso, os macrófagos fibrólíticos são responsáveis pela indução da apoptose fibroblástica, posterior remoção de células apoptóticas e supressão de mais inflamação através da liberação de IL-10. Os macrófagos fibrólitos são propostos para serem classificados como macrófagos do tipo M2c, que podem ser eliciados in vitro por células apoptóticas e IL-10 .
Assim, os macrófagos participam de cursos fisiológicos completos de cura anastomótica. Entre as três principais fases da reparação tecidual, os macrófagos expressam diferentes fenótipos durante diferentes fases. Existem pelo menos quatro tipos de macrófagos em uma condição normal de reparação tecidual: (1) macrófagos pró-inflamatórios, (2) macrófagos anti-inflamatórios, (3) macrófagos profibróticos, e (4) macrófagos fibrólticos. Se classificarmos esses quatro tipos de macrófagos de acordo com o paradigma “M1-M2”, macrófagos pró-inflamatórios e profibróticos podem, respectivamente, corresponder a macrófagos do tipo M1 e do tipo M2a. Entretanto, ambos macrófagos anti-inflamatórios e fibrólitos provavelmente pertencem a macrófagos do tipo M2c .
1.3. Papéis dos macrófagos no vazamento anastomótico
Como discutimos anteriormente em nossa revisão, a ocorrência de AL contém principalmente três fatores: comunicação, infecção e distúrbios de cura. Comunicação significa defeito do trato alimentar na região anastomótica que liga a lumina gastrointestinal e a cavidade abdominal. A infecção indica infecção bacteriana do sítio anastomótico. Os distúrbios de cura incluem todas as substâncias que perturbam um processo de cura normal, como hipoxia ou inflamação. Estes três fatores interagem ativamente uns com os outros: um fator ocorre, e uma cadeia responsiva que consiste em todos os fatores será iniciada, eventualmente levando à AL. Por exemplo, a infecção provoca uma resposta inflamatória no local anastomótico, o que prejudica a deposição de colágeno, interfere no processo normal de cura e leva a uma comunicação entre as paredes gastrointestinais intra e extraluminal. Pelo contrário, a comunicação permite que o conteúdo intestinal (incluindo as bactérias) se desloque para a cavidade abdominal, causa infecção intra-abdominal e, posteriormente, retarda a cicatrização da anastomose. Clinicamente, a comunicação, em certa medida, é considerada como um resultado clínico macroscópico, enquanto a infecção e os distúrbios de cicatrização são processos biológicos duradouros. Para a AL, os macrófagos estão principalmente envolvidos nos dois últimos mecanismos, o que também é observado em outras feridas mal cicatrizadas .
A infecção anastomótica pode ser causada por deiscência anastomótica (fuga de conteúdo intestinal para a cavidade abdominal estéril) ou contaminação pré-/intra-operatória. Independentemente da causa da infecção, no ambiente infeccioso contaminante, os macrófagos polarizam-se para o tipo M1, como mencionado acima. Entretanto, ao invés de apoiar a resistência às bactérias intracelulares e controlar a fase aguda da infecção, um programa M1 excessivo ou prolongado é deletério para os pacientes, como demonstrado nas infecções agudas com Escherichia coli . E. coli como uma flora residente do intestino pode induzir um perfil M1 típico através do reconhecimento de lipopolissacarídeos (LPS) por TLR4 . Macrófagos do tipo M1 clássicos ativados upregulam a expressão da óxido nítrico sintase induzível (iNOS), responsável pela geração do óxido nítrico (NO). O NO foi inicialmente identificado para mediar a vasodilatação arterial e, em seguida, foi descoberto como tendo um papel na defesa do hospedeiro contra patógenos . Além disso, um papel proeminente foi descrito para o NO na deposição de colágeno, fibrose, e formação de cicatrizes . Níveis elevados de NO na ferida, como na infecção ou inflamação, prejudicam severamente a síntese de colágeno na ferida . A diminuição da deposição de colagénio enfraquece seriamente a força anastomótica, o que pode levar ao fracasso da cicatrização anastomótica. Portanto, a polarização inadequada de M1 dos macrófagos na infecção bacteriana da cavidade abdominal contribui para a ocorrência de AL.
O papel dos macrófagos nas fugas com distúrbios de cicatrização é mais complicado. Durante uma condição normal, a reparação tecidual inicia a partir da remoção de resíduos teciduais e células mortas, fagocitando eficientemente aqueles “resíduos teciduais” pelos macrófagos, e é crítica para a resolução atempada da inflamação e cicatrização bem sucedida. No entanto, para aqueles pacientes complicados com diabetes mellitus, avançando em anos, ou submetidos à quimioterapia, a capacidade dos macrófagos para a fagocitose é severamente influenciada, o que leva diretamente a um acúmulo de células apoptóticas ou necróticas no local da anastomose. Este acúmulo de células mortas prolonga a fase inflamatória, perturba o processo de cicatrização e compromete a resolução da inflamação. Outros distúrbios como isquemia ou hipoxia anastomótica comprometem seriamente a cicatrização da anastomose. A nível celular, a exposição de macrófagos a um ambiente anóxico leva à expressão de citocinas pró-inflamatórias como IL-1β e TNF-α e mediadores citotóxicos como NO , o que indica que a hipoxia pode promover a polarização dos macrófagos para o fenótipo M1. Macrófagos M1 excessivamente ativados sustentam uma resposta pró-inflamatória e obstruem as etapas subsequentes do processo de reparação que influenciam a cicatrização e remodelação adequadas da anastomose, e o mecanismo relevante é descrito acima.
Baseado nas evidências disponíveis, parece que os macrófagos ativados clássicos que expressam o fenótipo M1 são responsáveis pelo processo patológico de cicatrização anastomótica defeituosa, enquanto macrófagos ativados alternativos que expressam o fenótipo M2 desempenham um papel crítico na resolução da inflamação e reparação tecidual bem sucedida (Figura 2). Embora os macrófagos do tipo M1 participem na fase inicial da cicatrização normal da ferida, a transformação programada da sua orientação polarizada de M1 para M2 estabelece a base da resposta inflamatória transitória e da seguinte regeneração tecidual.
2. Conclusão
Macrofagos são as células imunes mais versáteis e possuem plasticidade e heterogeneidade significativas. Os macrófagos podem polarizar em dois extremos principais e expressar fenótipos correspondentes (M1 e M2). Como a polarização é a premissa para que os macrófagos exerçam suas diversas funções biológicas, diferentes macrófagos polarizados desempenham diferentes papéis no processo fisiológico de cura anastomótica e patogênese da AL. Reaquacionar a AL na perspectiva dos macrófagos contribui para a exploração de novas ferramentas de diagnóstico e alvos terapêuticos. Por exemplo, em diferentes fases de recuperação após a construção da anastomose, o espectro de citocinas e mediadores inflamatórios como IL-1β, IL-6, IL-10, IL-12, TNF-α, ROS e NO, que são secretados pelos macrófagos, pode aparecer uma alteração. Além disso, o nível dessas substâncias pode refletir indiretamente a situação de uma anastomose. Uma flutuação anormal dessas substâncias provavelmente indica desordem e deserção da cura da anastomose, que pode ser considerada como premonição de AL. Como os macrófagos do tipo M1 mostram um efeito estimulante nos macrófagos AL e M2 são essenciais para a cura da anastomose, a regulação da polarização M1/M2 pode encontrar seus papéis terapêuticos no tratamento da AL no futuro.
Conflitos de interesse
Os autores declaram que não há conflito de interesse em relação à publicação deste artigo.
Contribuições dos autores
Jinyao Shi e Zhouqiao Wu são os primeiros autores.
Confirmações
Este artigo é apoiado pela Comissão Municipal de Ciência e Tecnologia de Beijing (n.º D141100000414004 e Z151100004015070) e pela Comissão Municipal de Saúde e Planejamento Familiar de Beijing (n.º 2014-1-2151).