MHC I: Plasticidade Sináptica e Regeneração no SNC

RESUMO

Foi demonstrado recentemente que o Complexo de Histocompatibilidade Principal de Classe I (MHC I), expresso no Sistema Nervoso Central (SNC), não funciona somente como molécula com papel imunológico, mas também como parte de um mecanismo envolvido na plasticidade sináptica. A expressão de MHC I interfere na intensidade e seletividade da retração de sinapses em contato com neurônios que sofreram lesão e também influencia a reatividade das células gliais próximas a esses neurônios. A intensidade do rearranjo sináptico e a resposta glial após lesão, ligadas à expressão de MHC I no SNC, repercutem em diferenças na capacidade regenerativa e recuperação funcional em linhagens de camundongos isogênicos. Dessa forma, os novos aspectos sobre a função do MHC I no SNC direcionam futuras pesquisas no sentido de buscar o envolvimento do MHC I em doenças neurológicas e também o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas.

Descritores:

• Complexo Principal de Histocompatibilidade
• Medula Espinal
• Axotomia
• Plasticidade Neuronal
• Sinapses
• Axônios

INTRODUÇÃO

Por intermédio de moléculas de MHC I (Complexo de Histocompatibilidade Principal de Classe I), peptídeos derivados de antígenos endógenos são apresentados aos linfócitos T que, por meio de seus receptores TCR (T-cell receptor), reconhecem o complexo peptídeo-MHC^1,2. A maior parte dos peptídeos origina-se de proteínas do citosol ou do núcleo pela degradação no proteassoma, sendo transferida para o lúmen do retículo endoplasmático por meio de moléculas transmembrana transportadoras de peptídeos TAP 1 e TAP 2 (transporter associated with antigen processing). No interior do retículo endoplasmático, um complexo polipeptídico estável é formado, constituído de uma cadeia α pesada polimórfica (α-1, α-2 e α-3 com PM total de 43.000), de uma molécula não-polimórfica de microglobulina β₂ (β₂m, PM 12.000) e de um peptídeo variável, constituindo o complexo peptídeo-MHC³.

Em condições normais, a barreira hematoencefálica previne a entrada de células imunocompetentes, citocinas e anticorpos no Sistema Nervoso Central (SNC). Dessa forma, a função imune do SNC é um fator condicional, sendo mínima em um organismo sadio. Apenas uma reduzida proporção de linfócitos T atravessa essa barreira, migrando para o parênquima do SNC⁴. Assim, no SNC intacto, a expressão de MHC I é variável, sendo normalmente bastante baixa^5-7. Todavia, genes de MHC I são induzíveis em células gliais e neurônios durante infecções virais, inflamação, tumores⁸ e exposição a citocinas, como o interferão β⁹ e γ^10,11. Esses achados foram inesperados, uma vez que se acreditava que neurônios fossem incapazes de expressar significativas quantidades de MHC I, sendo considerados, assim, "imunoprivilegiados", pois, em princípio, estariam protegidos contra reações citotóxicas das células T.

MHC I e Plasticidade Sináptica

Entende-se por plasticidade sináptica a capacidade de adaptação estrutural dos terminais sinápticos frente a um estímulo físico, elétrico ou químico. Esse fenômeno é constituinte dos processos funcionais, do desenvolvimento e de eventuais respostas à lesão do sistema nervoso. No entanto, os mecanismos que orquestram essa plasticidade são virtualmente desconhecidos. Pesquisas recentes apontam para o papel de mecanismos do sistema imunológico, de forma que o sistema de sinalização do MHC I possa ser utilizado por neurônios e células gliais como meio de interação na normalidade e em processos patológicos e regenerativos. Nesse contexto, em 2004, Oliveira et al.¹² sugeriram a influência de moléculas de MHC I no processo de estabilização de sinapses inibitórias após a transecção do nervo isquiático. Nesse caso, a expressão de MHC I no tecido nervoso da medula espinal interferiu diretamente no processo de eliminação e retração das sinapses que normalmente ocorrem em resposta a uma lesão periférica nervosa. Ainda nessa linha, Zanon e Oliveira⁹, após induzirem o aumento da expressão de MHC I no microambiente medular por meio de um tratamento exógeno, juntamente com a axotomia periférica, reforçaram a influência dessa molécula sobre o processo de eliminação sináptica. Dessa forma, quando presente a expressão de MHC I, mantém-se a seletividade para a retração ou eliminação de terminais sinápticos glutamatérgicos excitatórios em relação aos corpos neuronais cujos axônios foram comprometidos pela lesão.

Também foi observada uma correlação da modulação do MHC I no sistema nervoso e a plasticidade sináptica em um modelo animal da distrofia muscular de Duchenne (DMD), doença caracterizada pela ausência da proteína distrofina e por ciclos repetitivos de degeneração e regeneração muscular (em camundongos MDX). Observou-se, na medula espinal de camundongos MDX, uma menor cobertura sináptica em relação aos neurônios motores da coluna anterior. Nesse trabalho, os autores sugeriram que essa redução de sinapses fosse decorrente de alterações retrógradas, resultantes da desconexão parcial entre o órgão-alvo e o corpo neuronal durante o período de degeneração da fibra muscular, que ocorre a partir das primeiras semanas de vida nos camundongos MDX¹³. Tal fato foi correlacionado à menor expressão de MHC I na medula espinal.

Gliose e MHC I

O processo de plasticidade neuronal está estreitamente relacionado às alterações morfofuncionais que ocorrem nas células gliais, denominado em conjunto como gliose. Os astrócitos constituem a maior parte da glia e, por meio de suas amplas funções e da motilidade relativa de suas projeções citoplasmáticas, representam elementos fundamentais na plasticidade sináptica após uma lesão nervosa. Essas projeções respondem com rápidas alterações estruturais¹⁵, interpondo-se entre a membrana do neurônio motor comprometido por uma lesão e seus terminais sinápticos retraídos.

A microglia, parte do sistema mononuclear fagocitário, reage com hiperplasia e hipertrofia após uma axotomia, e expressa grandes quantidades de MHC I¹⁷. Nesse caso, os astrócitos também podem contribuir com a inflamação local e com a expressão de MHC I.

A modulação da expressão de MHC I interfere no nível de reatividade dos astrócitos, alterando o processo de plasticidade sináptica¹⁴. Dessa forma, é estabelecida uma correlação entre MHC I, gliose e plasticidade. Nesse contexto, o MHC I pode ser visto como um mecanismo de comunicação entre neurônios e células gliais e, de alguma forma, contribui para a coordenação das alterações morfológicas e metabólicas que ocorrem frente a um comprometimento do tecido nervoso.

A resposta aguda a uma lesão tecidual envolve o aumento de citocinas inflamatórias como, por exemplo, o interferão γ, que é um potente indutor de MHC I. As citocinas são elementos que fazem parte da resposta imune inata e adaptativa, e induzem a expressão da enzima (iNOS) que sintetiza o óxido nítrico (NO). Esse é um gás que tem sido relacionado ao processo de apoptose neuronal em diferentes circunstâncias, tanto neuroprotetora¹⁹ quanto pró-apoptótica²⁰.

Após axotomia periférica, a síntese de NO influencia a expressão de MHC I no microambiente medular, afetando a reatividade dos astrócitos e, consequentemente, a plasticidade das sinapses²¹. Estudos recentes em nosso laboratório mostraram a colocalização de MHC I e Iba-1, uma proteína marcadora de microglia. Da mesma forma, em trabalhos anteriores, foi demonstrado que a maior expressão de MHC I está correlacionada a uma intensa reatividade astrocitária^22,23. Com base nesses achados, sugere-se que as células microgliais, uma vez estimuladas a migrarem ao microambiente de neurônios axotomizados, passam a desencadear uma série de reações que culminam na hipertrofia dos astrócitos. Nesse contexto, pelo menos uma das vias de comunicação celular envolvida seria a ligação entre MHC I e seu receptor, tendo o NO como um dos componentes que possam levar ao aumento da expressão de MHC I pela microglia no SNC.

MHC I e Regeneração Axonal

A axotomia de um nervo periférico causa uma resposta tecidual complexa no SNC, afetando tanto o corpo celular quanto o microambiente circunjacente dos neurônios axotomizados. Estruturalmente, observa-se edema do corpo celular, retração de terminações sinápticas, deslocamento do núcleo para a periferia da célula e a dissolução da substância de Nissl. Adicionalmente, alterações metabólicas envolvem o aumento da expressão de proteínas estruturais, como o GAP-43 (growth associated protein 43), ao passo que a expressão de proteínas relacionadas à transmissão sináptica diminui grandemente²⁴. As características de todas essas mudanças permitem a interpretação de um contexto em que os neurônios comprometidos pela lesão passam de um estado funcional de transmissão do impulso nervoso para um modo regenerativo, em que a célula direciona seu metabolismo para a recuperação e regeneração.

A redução do número de contatos sinápticos está intimamente relacionada à expressão de MHC I no tecido nervoso, que interfere na intensidade do processo de retração e eliminação, bem como na forma como o processo acontece. Assim, os terminais excitatórios são mais afetados, mantendo-se preferencialmente as sinapses inibitórias. Entende-se tal fato como uma estratégia para concentrar o empenho do neurônio em favor do processo regenerativo subsequente.

Sabha et al.²³ mostraram a relação entre a capacidade regenerativa e a expressão de MHC I em diferentes linhagens de camundongos. Dessa forma, animais da linhagem C57BL6/J, que expressam comparativamente pouca quantidade de MHC I, apresentam baixo potencial regenerativo axonal ao lado de uma menor porcentagem de destacamento sináptico após lesão nervosa. Em contrapartida, animais A/J, que expressam maior quantidade de MHC I, mostram uma capacidade regenerativa maior juntamente com uma maior taxa de retração das sinapses.

Contribuindo com essa ideia, experimentos realizados em nosso laboratório mostraram que animais C57BL6/J, quando tratados com interferão β, citocina que eleva a expressão de MHC I após axotomia periférica, apresentam uma aceleração do processo regenerativo axonal e também uma recuperação motora mais rápida em relação aos animais não tratados da mesma linhagem²⁹.

MHC I e Esclerose Múltipla

De etiopatologia ainda desconhecida, a Esclerose Múltipla (EM) é considerada, atualmente, uma doença multifatorial, na qual existe a predisposição genética associada a fatores ambientais externos que, uma vez presentes em um mesmo indivíduo, levam à disfunção do sistema imunológico, desenvolvendo ação autolesiva. Esta é dirigida contra a bainha de mielina, presente fundamentalmente na substância branca do SNC, levando ao processo inflamatório e desmielinizante. A reação autoimune é caracterizada principalmente por intenso infiltrado de linfócitos e células mononucleares autorreativas, desmielinização, lesão axonal e perda de oligodendrócitos, resultando numa condução dos impulsos nervosos deficiente, com o aparecimento dos sintomas e sinais clínicos da doença³⁰.

Em estudos clínicos in vivo de pacientes com EM, estão presentes populações de células T ativadas no sangue periférico e no líquido cefalorraquidiano, que reconhecem componentes da mielina como MBP, MOG e PLP³¹. Esses linfócitos T são células produtoras de citocinas que modulam a resposta imune. Interessantemente, a produção de citocinas pró-inflamatórias, como o INF-γ, INF-α, INF-β e TNF-α, resulta no aumento da expressão de MHC I em neurônios³².

Marques et al.³³ mostraram que, durante a fase aguda da encefalomielite autoimune experimental (EAE), um modelo da EM induzida em animais, há significativo impacto sobre as sinapses dos neurônios medulares motores. A EAE pode ser induzida pela imunização com mielina e seus componentes. Dependendo do animal imunizado, a doença se manifesta de forma aguda monofásica ou crônica, com surtos e remissões. Ratos Lewis imunizados desenvolvem a fase aguda monofásica da EAE e, nesse momento, apresentam perda de 50% dos contatos sinápticos na coluna anterior da medula espinal com posterior retorno na fase de remissão da doença³³.

Embasados nesses resultados, Freria et al.³⁴ mostraram que a redução da cobertura sináptica no microambiente medular em animais com EAE é acompanhada pela expressão de MHC I juntamente com a reatividade exacerbada das células gliais. Em camundongos imunizados, modelo em que a EAE se desenvolve de forma crônica, observa-se uma correlação da expressão de MHC I com a retração sináptica e melhora dos sintomas clínicos. Dessa forma, na primeira remissão da doença, fase em que as células nervosas medulares ainda exibem a expressão elevada de MHC I, o animal mostra recuperação das coberturas sináptica e clínica compatível com padrões normais. Todavia, na segunda remissão, em que se identifica pequena expressão de MHC I, nota-se que a recuperação dos sinais e sintomas clínicos, bem como o retorno das sinapses, já não alcança níveis de normalidade.

Conclusões e Perspectivas

A expressão da molécula de MHC I contribui efetivamente para o processo de recuperação após uma lesão do sistema nervoso, interferindo na organização de eventos celulares que têm por objetivo a regeneração tecidual e funcional. Hoje em dia, as pesquisas avançam no sentido de desvendar possíveis receptores para o MHC I, bem como sua via de ativação e ação. Até a atualidade, baseados no que se sabe a respeito do sistema imune, a expressão de receptores como TCR e PirB também foi detectada no SNC^35,36, porém, animais knockout para esses receptores não exibem os mesmos comprometimentos da plasticidade sináptica durante o desenvolvimento do sistema nervoso, sugerindo que outros receptores estão possivelmente envolvidos. Como um mecanismo de comunicação entre as células nervosas, o MHC I mostra-se uma molécula passível de modulação, permitindo a interferência nas respostas celulares a lesões ou doenças que acometem o sistema nervoso.