O epitélio das vias aéreas é uma barreira ao meio ambiente, um regulador do conteúdo líquido da superfície das vias aéreas e uma fonte de citocinas e outros produtos que regulam a sua fisiologia. O epitélio protege as vias aéreas e o pulmão distal de lesões, patógenos e alérgenos.(Figura 1)

A origem do epitélio das vias aéreas superiores não é a mesma quando relacionada ao desenvolvimento do epitélio das vias aéreas inferiores e alveolar. A característica do epitélio muda em regiões específicas, sendo um epitélio colunar pseudoestratificado no nariz, traqueia e brônquios, passando para células cuboidais nos bronquíolos e formando um epitélio

alveolar denso de uma única célula, altamente vascularizado responsável pelas trocas gasosas. A análise mais aceita da anatomia normal das vias aéreas continua sendo a de Weibel² que numerou gerações sucessivas de vias aéreas da traqueia (geração 0) até os sacos alveolares (geração 23) (Figura 2). Esta fórmula indica uma traqueia, dois brônquios principais, quatro brônquios lobares, 16 brônquios segmentares e assim por diante. A região de transição entre os bronquíolos terminais e os alvéolos é conhecida como junção do ducto bronquíolo-alveolar. Nos alvéolos os pneumócitos do Tipo I são células epiteliais de forma plana que facilitam a transferência de oxigênio para a corrente sanguínea,³ enquanto que os pneumócitos do Tipo II são células em forma cuboidal que servem como células progenitoras para os pneumócitos Tipo I e contribuem para o tecido alveolar regenerando-o após lesão e participam da produção de surfactante para reduzir a tensão superficial.⁴

O epitélio brônquico é formado por quatro tipos principais de células (célula basal, colunar ciliada, célula Clara e célula caliciforme) e, que juntas, formam uma camada pseudoestratificada.⁵ A camada epitelial repousa sobre um substrato de tecido conjuntivo, consistindo de membrana basal, lâmina própria e submucosa, contendo fibras musculares, glândulas e cartilagem (Figura 1).

As células basais são encontradas no epitélio das vias aéreas desde a traqueia decrescendo em número até os bronquíolos respiratórios.⁶ Ficam abaixo das células colunares, dando origem à aparência pseudoestratificada e estão ausentes nos bronquíolos. São as células-tronco responsáveis por produzir novas células epiteliais e caliciformes. Elas são células-tronco candidatas nas vias aéreas, responsáveis pela "reposição" celular normal e remodelamento epitelial após lesão pulmonar.⁷

As células ciliadas, o tipo celular predominante no epitélio das vias aéreas, são caracterizadas pelo citoplasma transparente aos elétrons e são responsáveis pela propulsão da secreção traqueobrônquica em direção à faringe. Estas células também influenciam a composição do líquido periciliar e, posteriormente, a batida dos cílios.

As células caliciformes e as células serosas, ao contrário das células epiteliais ciliadas, têm grânulos com elétrons densos contendo, respectivamente, mucina ácida e neutra, que proporcionam a cobertura mucosa com propriedades viscoelásticas específicas requeridas para batimento ciliar eficaz e depuração mucociliar.

A presença de células basais contribui para a aparência pseudoestratificada do epitélio nos grandes brônquios e traqueia e desempenham um papel na ligação das células superficiais à membrana basal das vias respiratórias. Embora as células mucosas e serosas tenham se mostrado capazes de divisão, as células basais são consideradas as células-tronco (progenitoras) das outras células epiteliais.⁸ Na presença de IL-13, as células ciliadas também sofrem transdiferenciação em células caliciformes.⁹

O epitélio brônquico na visão tradicional constituía-se somente em uma barreira física passiva aos agentes nocivos e ao ambiente externo, preservando o isolamento dos tecidos internos de possíveis ameaças externas. Hoje sabe-se que as células epiteliais são essenciais na manutenção da homeostase das vias aéreas porém, ao mesmo tempo, podem iniciar e perpetuar a inflamação que pode resultar em sério dano às vias aéreas. Somente nas últimas décadas a influência do epitélio brônquico na inflamação começou a ser conhecida. Mesmo em pacientes com asma leve, extensas áreas de epitélio danificado podem ser evidenciadas. O epitélio desenvolve um papel metabólico ativo, tendo participação importante na modulação da inflamação.

Na asma, as glândulas mucosas são encontradas em toda a árvore brônquica, presentes inclusive nos bronquíolos periféricos, onde normalmente estão ausentes. As glândulas mucosas nos brônquios segmentares de pacientes com asma estão consideravelmente aumentadas, com volume duas vezes maior do que em normais. O aumento das células caliciformes pode ser obscurecido pela descamação epitelial. As secreções glandulares excessivas, provavelmente são desencadeadas pela degranulação dos mastócitos e parecem ter importante contribuição para a mortalidade do estado asmático.¹⁰

O epitélio exerce influência na resposta inflamatória como células alvo e como células efetoras. As células epiteliais são alvo de estímulos tanto endógenos como exógenos que as influenciam respostas que variam de mudanças na dinâmica ciliar, regulação do transporte de íons e fluidos, produção, secreção e mobilização de muco, na produção de mediadores, incluindo substâncias antibacterianas (lactoferrina e lisozima), antiproteases, sistemas antioxidantes (superóxido dismutase, catalase, ciclo redox da glutationa) e inclusive a apresentação de antígenos e substâncias estranhas às células imunológicas das vias aéreas. O epitélio das vias aéreas é dinâmico e continuamente reabastecido por células progenitoras basais.^11,12

As células epiteliais das vias aéreas expressam receptores de reconhecimento de padrões poliovirus receptor-related protein (PRRs), retinoic acid-inducible gene (RIG)-I-like receptors (RLRs), assim como protease-activated receptors (PAR), que reconhecem agentes bacterianos e alérgenos respectivamente. Outros receptores de padrõrs que 'equipam' as células epiteliais são os receptores toll-like (TLRs) que detectam e iniciam rapidamente uma resposta imunológica a ameaças microbianas e os receptores de citocinas, incluindo o TNFR1, que lhes permitem responder a sinais produzidos por células imunológicas, como os macrófagos das vias aéreas.¹³ Outras classes de receptores são os de reconhecimento de padrões citoplasmáticos – nucleotide binding oligomerization domain (NOD)-like receptors (NLRs), C-type letin receptors (CLRs) e receptores purinérgicos também identificados.^14,15,16

A ativação desses receptores provoca a liberação de uma série de moléculas efetoras de defesa, que compreendem fatores antimicrobianos (lisozima, defensinas, colectinas e pentraxinas), citocinas antivirais (interferons), eicosanoides, peptidases, óxido nítrico e citocinas pró-inflamatórias (IL-1, IL-6), TNF-a) bem como o fator estimulante de colônias de granulócitos e macrófagos (GM-CSF).^17,18

O epitélio brônquico forma uma camada contínua, compacta, e deste modo protege o tecido subjacente contra agentes nocivos, mantendo a arquitetura tecidual. A integridade é mantida por vários mecanismos de adesão.¹⁹ Uma das principais características do remodelamento epitelial na asma é a perda de proteínas de contato célula-célula, que mecanicamente conectam células epiteliais adjacentes, promovendo assim a manutenção de uma barreira intacta. A impermeabilidade da barreira epitelial é assegurada pela junção de duas células ciliadas adjacentes em sua região apical através de firme e estreita coligação [tight junctions] (TJ) (Figura 3).¹⁴ Os (hemi) desmossomos (macula adhaerente) e a junção intermediária [adherens junctions] (AJs), que estão localizados basolateralmente, participam na manutenção da forte adesão célula-a-célula. As células epiteliais são todas fixadas à membrana basal por hemidesmossomos. As TJs controlam o transporte paracelular das partículas inaladas e o fluxo de moléculas que ocupa o espaço intercelular no epitélio. São estruturas complexas compostas por proteínas transmembranares e receptores como as ocludinas, claudinas, zonula occludens protein 1-3 (ZO-1-3), a E-caderina e as junctional adhesion molecules (JAM) são as principais reguladoras da permeabilidade epitelial.²⁰ A adesividade intercelular deve-se a uma estrutura conhecida por adherence junction, composta pelas JAM e pela E-caderina, cuja extremidade (externa) se liga às E–caderinas das células vizinhas e a outra (interna) se fixa ao citoesqueleto através de moléculas proteicas chamadas cateninas.^14,15 Expressão interrompida de E-caderina, ß-catenina, ZO-1 e occludina foi observada no epitélio das vias aéreas de pacientes asmáticos,^15,21,22 prejudicando a função de barreira do epitélio.^23,24

O Der p1 é um alérgeno proteolítico sensibilizante do ácaro da poeira doméstica que pode clivar e romper TJs.²⁵ Essa ruptura das TJs na camada epitelial não apenas desregula a diferenciação das células epiteliais, mas também favorece a penetração de outros alérgenos e patógenos, que desencadeiam ou exacerbam a asma.^26-28 Este processo se caracteriza pela expressão diminuída de proteínas estruturais que compõem as TJs como ocludinas, ZOs, e claudinas nas células epiteliais.^28,29

Tanto em biópsias de pacientes com asma leve como naqueles com asma severa, constatam-se alterações do epitélio brônquico, caracterizadas pelo desnudamento epitelial com a perda de sua integridade. O dano epitelial é decorrente da ação da proteína básica maior (MBP) e de outros mediadores inflamatórios liberados por eosinófilos ativados; por infecções virais; pela exposição ao ozônio, a sensibilizantes químicos e a alérgenos; pela ação de radicais livres; pela atuação de proteases liberadas por células inflamatórias; todos com ações altamente tóxicas sobre o epitélio respiratório. Os ácaros do pó doméstico, baratas, fungos e extratos de mofo, todos são potencialmente capazes de romper as junções epiteliais via ativação do receptor PAR-2.³⁰

A função prejudicada de barreira epitelial é acompanhada por respostas ao interferon comprometidas na asma, resultando em aumento da replicação viral após infecção por rinovírus em comparação com culturas epiteliais não derivadas de asma.³¹ Vários estudos in vitro mostraram que os alérgenos podem romper a barreira epitelial das vias aéreas.³² Além das infecções virais, o tabagismo,³³ a colonização bacteriana e fatores ambientais relacionados à poluição,^24-36 podem conduzir à disfunção da barreira epitelial com o rompimento das TJs.

Vários estudos confirmaram uma associação entre a lesão epitelial da asma e o grau de hiper-responsividade brônquica.^37-40 Esta associação pode ser explicada por vários mecanismos.

■ O dano epitelial resultaria em perda da função de barreira, permitindo que agentes nocivos ou alérgenos penetrem diretamente na parede brônquica e alcancem a submucosa. Na submucosa, estas substâncias podem ativar as células inflamatórias capazes de liberar mediadores inflamatórios e que modulam o tônus do músculo liso peribrônquico.

■ O dano epitelial pode expor terminações nervosas aferentes desmielinizadas. Em consequência, estes nervos podem ser facilmente estimulados por mediadores inflamatórios ou partículas inaladas, conduzindo a um reflexo axonal e subsequente liberação de neuropeptídeos que determinam uma inflamação neurogênica.⁴¹

■ O epitélio secreta substâncias que podem contribuir para suprimir a broncoconstrição (fatores relaxantes), tais como as prostaglandinas (PGE₂), a prostaciclina, o óxido nítrico e o EpDRF (epithelial-derived relaxing factor).⁴² A perda destes fatores pode contribuir para a hiper-responsividade brônquica.

■ As células epiteliais brônquicas contêm a enzima NEP (neutral endopeptidase), que participa do metabolismo de uma variedade de peptídeos, com efeitos contráteis sobre a musculatura lisa. O dano epitelial com a perda da atividade da NEP pode diminuir a degradação química destes peptídeos e desta forma aumentar a broncoconstrição.^43,44

■ O dano epitelial é capaz de desencadear a produção e liberação de mediadores, como a PGE_2a o HODE (13-hydroxy-linoleic acid) e a endotelina-1 (ET-1), que podem também afetar a hiper-responsividade.⁴⁵

O epitélio medeia processos inflamatórios complexos em resposta à exposição a alérgenos ou gatilhos não alérgicos, incluindo a liberação de um trio de citocinas epiteliais, conhecidas como "alarminas".⁴⁶ As alarminas IL-25, IL-33 e Linfopoetina Estromal Tímica (TSLP) estimulam respostas inflamatórias por meio de inúmeras vias downstream, incluindo endotipo Tipo 2 (IL-4, IL-13 e IL-5) e outros, como vias conduzidas por TH1 – ou TH17 – (IL-17), resultando em vários desdobramentos fisiopatológicos que podem levar a sintomas de asma e exacerbações.^46,47

A IL-25 é expressa no epitélio das vias aéreas como uma citocina pré-formada e armazenada no citoplasma, permitindo assim uma rápida liberação após estimulação celular por gatilhos ambientais, inclusive alérgenos.

A IL-25 provoca um tipo de inflamação TH2-skewed marcada por superexpressão das citocinas IL-4, IL-5 e IL-13, observando-se que em pacientes com asma isso leva a um aumento nos níveis séricos de IgE, eosinofilia sanguínea e alterações patológicas nos pulmões caracterizadas por aumento de produção de muco e hiperplasia de células epiteliais.^38,49 A liberação de IL-25 pelas células epiteliais das vias aéreas contribui para muitas outras características patogênicas da asma, incluindo o recrutamento de eosinófilos e remodelação das vias aéreas. A ativação de eosinófilos por IL-25 aumenta a expressão gênica e a liberação de várias quimiocinas, incluindo monocyte chemotactic protein-1 (MCP-1), proteína inflamatória do macrófago-1a (MIP-1a) e citocinas IL-8 e IL-6.⁵⁰ Além disso, IL-25 demonstrou aumentar significativamente a expressão de superfície da molécula de adesão intercelular-1 (ICAM-1) enquanto suprime ICAM-3 e L-selectina em eosinófilos, facilitando assim transmigração endotelial.⁵¹

A IL-33 é uma molécula que após dano do epitélio pode orquestrar o recrutamento e ativação de células responsáveis pela inflamação. A expressão de IL-33 é regulada positivamente na mucosa brônquica de pacientes asmáticos, relacionada à gravidade da doença.^52,53 Nos brônquios, a liberação de IL-33 foi proposta como responsável pelo desencadeamento e exacerbação da hipersensibilidade das vias aéreas e asma.^54,55

A IL-33 é altamente expressa no epitélio brônquico de pacientes com asma⁴⁹ com expressão aumentada após exposição a alérgenos ambientais,^49,56,57 sendo uma das primeiras citocinas liberadas em resposta a alérgenos e sua concentração elevada se correlaciona com a gravidade da doença.⁵⁸ A IL-33 induz diretamente à produção de citocinas, incluindo IL-4, IL-5, IL-13 e IL-9 em células T CD4+.⁵⁹

Os níveis de TSLP no lavado broncoalveolar e nas biópsias brônquicas estão elevados em pacientes com asma em comparação com indivíduos saudáveis e se correlacionam com a gravidade da doença, apresentando uma correlação negativa com a função pulmonar definida pelo volume expiratório forçado em 1 segundo (VEF₁).^60-63

Em resposta a estímulos patogênicos ou lesão mecânica, a TSLP exacerba a inflamação alérgica ativando muitas células efetoras que participam da cascata imune, incluindo células linfoides inatas (ILC2s) e células dendríticas (DCs) mieloides.^49,64-67

Os receptores TSLP foram descritos em mastócitos⁶⁸ bem como em basófilos.⁶⁹ Os mastócitos também demonstraram regular a expressão de TSLP,⁷⁰ sugerindo que a TSLP derivada do epitélio pode afetar diretamente a função dos mastócitos e os mastócitos, por sua vez, podem regular a expressão de TSLP epitelial. Os mastócitos que são estimulados pela TSLP agem sinergicamente com IL-1β e TNF-a para liberar IL-5, IL-13, IL-6, IL-8, IL-10, GM-CSF e quimiocinas CXCL8 e CCL1, enquanto suprime a liberação de TGF-β.⁶⁸

Existe uma hipótese de que o epitélio é capaz de regular o calibre das vias aéreas pela secreção de substâncias que alteram a responsividade e o relaxamento da musculatura lisa.⁷¹ A principal prostaglandina com características relaxantes sintetizada pelo epitélio é a PGE₂. Embora pequenas quantidades de PGF_2a sejam também produzidas pelo epitélio, podendo causar contração e hiper-responsividade muscular, a sua liberação é insignificante quando comparada às grandes quantidades de PGE₂. Outra substância relaxante não prostanoide secretada pelo epitélio é o fator relaxante derivado do epitélio (EpDRF). Danos ao epitélio com remoção do mesmo por descamação podem estar associados à redução na produção do EpDRF e consequente broncoconstrição. Lesões epiteliais decorrentes de agentes infecciosos,⁷² principalmente os vírus, ou de poluentes atmosféricos alteraram a responsividade das vias aéreas em normais, sendo mais intensa em asmáticos, constituindo-se os vírus em um dos principais fatores de risco para o desenvolvimento e exacerbação da asma.

Como células efetoras as células epiteliais respondem a estes estímulos produzindo mediadores inflamatórios como as prostaglandinas (PGE₂ e PGF_2a), o ácido 15-(s) hidroxieicosatetraênico (15-HETE), o fator ativador de plaquetas (PAF), o óxido nítrico (NO), peptídeos, citocinas (IL-6, IL-8, IL-11, GM-CSF, G-CSF) e quimiocinas. Além das quimiocinas tradicionais da família CC (MCP-1, MIP-1a, MIP-1ß, MIP-3a, RANTES, eotaxina-1, MCP-4, TARC, MDC, GRO-a, ENA-78, IL-8, IP-10) e das quimiocinas da família CXC (GRO-a, ENA-78, IL-8, IP-10), as células epiteliais das vias aéreas também expressam outras quimiocinas.^73-80 Ao expressar e secretar quimiocinas, as células epiteliais das vias aéreas desempenham um papel importante na patogênese da inflamação das vias aéreas na asma, em resposta a estímulos alérgicos, microbianos e virais.^81,82

Em asmáticos ocorre um aumento da síntese de IL-8^76,83,84 pelas células epiteliais, desempenhando função de quimioatração para neutrófilos e linfócitos T,^85,86 com potencial ação quimiotáxica para eosinófilos previamente expostos ao GM-CSF e IL-3.⁸⁷ A IL-6 está ligada à ativação e proliferação de células T. O GM-CSF é uma das citocinas mais estudadas na asma, por contribuir para inflamação pelo aumento da sobrevida e ativação de eosinófilos, ativação de neutrófilos e de macrófagos, que passam a desenvolver atividade citotóxica aumentada, com a geração de mediadores e fagocitose.^88,89 Os mecanismos pelos quais ocorre aumento na expressão GM-CSF pelo epitélio brônquico em asmáticos são desconhecidos, porém a estimulação pela IL-1 pode ter participação, pois os níveis da IL-1 estão elevados nas vias aéreas destes pacientes.⁹⁰ Quando do uso de nedocromil sódico, um anti-inflamatório utilizado por inalação no tratamento da asma, ocorre redução do GM-CSF induzido pela IL-1 em mais de 40%, porém sem efeitos na produção da IL-1.⁹¹ A produção de RANTES pelas células epiteliais estimuladas em asmáticos contribui para o recrutamento de eosinófilos, pois o RANTES é quimiotáxico para eosinófilos, linfócitos T de memória e monócitos.^92,93

No epitélio brônquico as ILC2s são ativadas em resposta às citocinas epiteliais IL-25 e IL-33 e TSLP. Em resposta às citocinas epiteliais as ILC2s são ativadas, expressam então fatores de transcrição ROR-a e GATA3 e receptores para citocinas epiteliais.⁹⁴ As ILC2s apresentam muitas ações análogas às células TH2, entretanto são as únicas a secretar a IL-9 capaz de promover metaplasia de células caliciformes e estimular não só o crescimento como a sobrevivência dos mastócitos.⁹⁵ Produzem grandes quantidades de PGD₂ que causa a ativação das ILC2s de forma autócrina por agir no receptor CRTH2. A anfirregulina derivada de ILC2 desempenha um papel importante na regeneração epitelial e reparo do dano tecidual.^94,96,97

A periostina, uma proteína matricelular, é produzida a partir de células epiteliais das vias aéreas e fibroblastos pulmonares pela IL-13 e IL-4, envolvida na inflamação alérgica do paciente com asma e na fibrose. Atua promovendo remodelamento das vias aéreas, aumentando a secreção de muco e colabora ativamente no recrutamento de eosinófilos. Seus níveis séricos servem com biomarcador de inflamação.⁹⁸

Mediadores antimicrobianos e mucinas das vias aéreas, incluindo MUC5AC e MUC5B, são elaborados por células epiteliais secretoras que revestem as vias aéreas e as glândulas submucosas e caliciformes e atuam na primeira zona de defesa na superfície epitelial das vias aéreas na formação e manutenção da camada de muco que reveste a superfície.⁹⁹ Essa camada de muco serve a distintas funções como proteção, hidratação (manter as vias aéreas úmidas), transporte mucociliar, limpeza (captura de partículas), defesa imunológica e regulação ambiente.

Anormalidades no número de células caliciformes são acompanhadas por alterações na mucina armazenada e secretada. MUC5AC e MUC5B são os principais componentes do muco das vias aéreas. Na asma a expressão da mucina se apresenta alterada, pois a produção da MUC5AC é regulada positivamente enquanto a produção da MUC5B é reduzida. Isto resulta em um gel de muco heterogêneo das vias aéreas compreendendo 'domínios' MUC5AC e MUC5B distintos. É um muco intrinsicamente anormal em seu perfil biofísico, apresentando-se com viscosidade alterada. Se acumula, formam-se tampões mucosos que obstruem as vias aéreas.¹⁰⁰ O Clearance mucociliar está prejudicado na asma.¹⁰¹ A frequência do batimento ciliar está reduzida na asma moderada e grave em comparação com controles¹⁰² e a direção do batimento ciliar é anárquico.¹⁰³

O aumento da proteína MUC5AC e MUC5B foi relatado no escarro de indivíduos com asma.¹⁰⁴ Em uma coorte de asma, uma proporção mais alta de MUC5AC para MUC5B correlacionou-se com inflamação Tipo 2.¹⁰⁵

O epitélio brônquico pode expressar moléculas de adesão que se ligam a células inflamatórias como eosinófilos e neutrófilos. As consequências são de natureza estrutural e funcional: estrutural, pois tal expressão permite a ligação de células inflamatórias e funcional porque a expressão pode modificar a natureza do processo inflamatório.

As células do epitélio brônquico podem expressar a molécula  MHC-classe II e, por conseguinte, como outras células epiteliais tais como os queratinócitos ou células M, serem capazes de desempenhar a função de células apresentadoras de antígenos. Esta capacidade, entretanto, é muito limitada, não tendo a mesma dimensão das células dendríticas.

Ainda não é evidente se as células epiteliais podem ou não ser ativadas diretamente por alérgenos inalados. Vários alérgenos são proteases que podem ativar os (PAR)–2  (protease-activated receptor), os quais apresentam expressão aumentada nas células epiteliais das vias aéreas de pacientes com asma.¹⁰⁶ O grupo de Montpellier – França descreveu através de uma  comunicação,¹⁰⁷ que as células epiteliais de pacientes com asma, porém não as de indivíduos sãos, apresentam receptores FceRI e FceRII capazes de serem diretamente ativados por anticorpos anti-IgE, sendo possível que estas células possam ser ativadas diretamente por alérgenos.

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