Efecto tóxico sinérgico de dos fusariotoxinas en la integridad intestinal y el sistema inmunológico en cerdos

Revisión bibliográfica Fuentes: (Pierron, 2016 y Ana-Paula 2012).

INTRODUCCIÓN

Los animales monogástricos como los cerdos, son muy sensibles a los efectos tóxicos de las micotoxinas debido al alto porcentaje de granos y cereales en su dieta, y porque carecen de un rumen con una microbiota capaz de degradar las micotoxinas antes de su absorción intestinal. Desde la perspectiva de la salud intestinal de los cerdos, las micotoxinas más conocidas son las fumonisinas, especialmente la fumonisina FB1 (FB1) y los tricoticenos, especialmente el deoxinivalenol (DON).

El DON es un 12,13-epoxi-3α, 7α, 15-trihi- droxitrichotec-9-en-8-on. A nivel molecular, DON se une al sitio A del centro de peptidil transferasa (PTC) del ribosoma, a través de sus grupos epoxi y C3, produciendo una inhibición de la elongación de la cadena en la síntesis de proteínas, lo que lleva a una inhibición de la síntesis de ARN, ADN y proteínas. Esta unión al ribosoma activa varias proteínas quinasas activadas por mitógeno (MAPK) asociadas con el ribosoma, incluidas p38, quinasa N-terminal c-Jun (JNK) y quinasa 1 y 2 regulada por señal extracelular (ERK1 / 2), un efecto denominado «ribotóxico».

Una alta concentración de DON causa efectos y síntomas similares a los observados durante una exposición a radiación ionizante, como dolor abdominal, salivación, malestar, diarrea, vómitos, leucocitosis y hemorragia gastrointestinal. Esta micotoxina también tiene efectos eméticos y anoréxicos elevados que producen una supresión del crecimiento. El nombre coloquial de DON es «vomitoxina» debido a sus fuertes efectos eméticos observados en cerdos. Los mecanismos subyacentes para la anorexia aún no se comprenden completamente. Existen dos mediadores principales de la anorexia inducida por DON: las citocinas proinflamatorias y las hormonas de la saciedad.

El sistema inmune es muy sensible al efecto tóxico del DON y puede ser estimulado o suprimido dependiendo de la dosis, la frecuencia de exposición, el tiempo. Los leucocitos, especialmente los fagocitos mononucleares, desempeñan un papel central en la toxicidad aguda y crónica provocada por el DON. Las bajas concentraciones de DON inducen la expresión de genes de respuesta temprana y proinflamatorios en los niveles de mRNA y proteínas, mientras que las altas concentraciones promueven el inicio rápido de la apoptosis de leucocitos. Esta desregulación inmune es una consecuencia del estrés ribotóxico. De hecho, la activación de p38 y ERK1 / 2 desencadena 2 vías de señalización que compiten entre sí, una corriente abajo de p38 favoreciendo la apoptosis y una corriente abajo de ERK1 / 2 favoreciendo la supervivencia y la expresión de citoquinas. El DON también altera las respuestas humorales y mediadas por células, altera los niveles séricos de IgA, la nefropatía asociada a IgA.

La fumonisina B1 (FB1) es el diéster del ácido propano-1,2,3-tricarboxílico y 2-amino- 12,16-dimetil-3,5,10,14,15-pentahidroxihicosano. La función de la amina primaria y las cadenas laterales del ácido tricarbalílico parecen necesarias para la actividad biológica de FB1, ya que la fumonisina N-sustituida y la fumonisina hidrolizada no producen efectos tanto in vitro como in vivo. FB1 tiene un grupo amino primario no sustituido en C2 e inhibe competitivamente la ceramida sintasa, lo que resulta en la interrupción de la Biosíntesis de novo de ceramida y alteración del metabolismo de los esfingolípidos. Una consecuencia inmediata de la inhibición de la ceramida sintasa es la acumulación de los sustratos de la enzima esfinganina (Sa) y, en menor grado, la esfingosina (So) en tejidos, suero y orina. De hecho, el aumento en la relación Sa: So en tejidos y biofluidos se explora como biomarcador para la exposición a la fumonisina en varias especies, aunque estas modificaciones de los perfiles de bases esfingoides son transitorias.

Se ha demostrado una correlación entre la acumulación de Sa inducida por fumonisina y la aparición de apoptosis y mitosis en el hígado y el riñón de varias especies, incluido el cerdo. Además, se sugirió el agotamiento de los esfingolípidos específicos asociados a las balsas lipídicas de la membrana que participan en el transporte de folato como el mecanismo por el cual FB1 altera la captación de 5-metiltetrahidrofolato en las células.

La principal consecuencia de la captación interrumpida de folato puede ser el efecto teratogénico reportado con el FB1 administrado por vía intraperitoneal a madres embarazadas que conducen a defectos del tubo neural en el embrión. La deficiencia de folato como factor de riesgo para los defectos del tubo neural está bien establecida. Además de los defectos del tubo neural en los recién nacidos, los síntomas inducidos por los FB son inusualmente amplios e incluyen lesiones cerebrales en caballos, edema pulmonar en cerdos y cáncer en animales experimentales. Las fumonisinas se absorben lentamente en el tracto gastrointestinal de los cerdos y la fracción absorbida permanece en los tejidos hepáticos y renales principalmente durante un largo período de tiempo, y la recirculación enterohepática contribuye a la larga vida media biológica de la micotoxina.

Los brotes de una enfermedad mortal en cerdos alimentados con maíz conteniendo cultivos de Fusarium verticillioides, en el medio oeste y sureste de Estados Unidos en 1989 llevaron a la identificación de FB1 como el agente causante del edema pulmonar porcino. Dentro de los 4 a 7 días de la alimentación inicial con alimento altamente contaminado, los cerdos mostraron dificultad respiratoria y cianosis, seguida rápidamente de muerte por edema pulmonar agudo e hidrotórax. También se ha informado de edema pulmonar no letal después de exposiciones a largo plazo con dosis más bajas. El edema pulmonar inducido por FB1 parece ser el resultado de una insuficiencia cardíaca aguda del lado izquierdo, como FB1 se ha demostrado que disminuye la contractilidad cardíaca, la presión arterial sistémica media, la frecuencia cardíaca y el gasto cardíaco, y aumenta la presión arterial pulmonar media y la presión de enclavamiento de la arteria pulmonar. Esta cardiotoxicidad también se documentó en caballos después de la administración intravenosa de FB1 purificado.

En estudios de exposición crónica en cerdos se observó: hipertrofia ventricular derecha debida a hipertensión pulmonar, lesión hepática caracterizada por ictericia con fibrosis hepática grave e hiperplasia nodular y efectos sobre la inmunidad específica y no específica. FB1 disminuyó la fagocitosis e inhibió la biosíntesis de esfingolípidos en macrófagos pulmonares de cerdo y disminuyó la eliminación de partículas y bacterias de la circulación pulmonar. La exposición dietética al FB1, incluso a dosis bajas, se asocia a una disminución de los títulos de anticuerpos después de la vacunación y una mayor susceptibilidad de los cerdos a patógenos oportunistas.

La toxicidad de DON y FB1 varía según varios parámetros, como la dosis, la duración de la exposición, la edad y el sexo del animal, así como los factores nutricionales. Sus efectos sobre el rendimiento son mayores en machos y cerdos jóvenes.

El tracto intestinal es el primer órgano blanco para las micotoxinas después de la ingestión de alimentos contaminados. El epitelio intestinal es una capa única de células que recubren la luz intestinal que actúa como un filtro selectivo, que permite la absorción de nutrientes de la dieta, electrolitos esenciales y agua de la luz intestinal a la circulación sanguínea. También constituye la barrera más grande y más importante para prevenir el paso de sustancias intraluminales dañinas del ambiente externo al organismo, incluidos los antígenos extraños, los microorganismos y sus toxinas. Tras la ingestión de alimentos contaminados con micotoxinas, las células epiteliales intestinales pueden estar expuestas a altas concentraciones de toxinas, lo que podría afectar las funciones intestinales.

Ana-Paula (2011), realizó un trabajo de investigación sobre los efectos de DON y FB, solos y en combinación, sobre algunos parámetros intestinales, que incluyen morfología, histología, expresión de citoquinas y proteínas de unión. Un total de veinticuatro lechones de 5 semanas de edad fueron asignados aleatoriamente a cuatro grupos diferentes, recibiendo dietas separadas durante 5 semanas: una dieta de control; una dieta contaminada con DON (3 mg / kg) o FB (6 mg / kg); o ambas toxinas.

La ingestión crónica de estas dietas contaminadas indujo cambios morfológicos e histológicos, como lo demuestra la atrofia y la fusión de las vellosidades, la disminución de la altura de las vellosidades y la proliferación celular en el yeyuno, y el reducido número de células caliciformes y linfocitos. Al final del experimento, los niveles de expresión de varias citoquinas se midieron mediante RT-PCR y algunos de ellos (TNF-a, IL-1b, IFN-g, IL-6 e IL-10) se regularizaron significativamente en el íleon o el yeyuno. Además, la ingestión de dietas contaminadas redujo la expresión de la proteína E-cadherina de la unión adherente y la ocludina de la proteína de la unión estrecha en el intestino.

Cuando los animales fueron alimentados con una dieta contaminada (DON FB), se observaron varios tipos de interacciones según los parámetros y segmentos evaluados: sinérgicos (células inmunes); aditivo (citoquinas y expresión de proteínas de unión); Menos que aditivo (lesiones histológicas y expresión de citoquinas); Antagónico (células inmunes y expresión de citoquinas). Tomados en conjunto, los datos actuales proporcionan una fuerte evidencia de que la ingestión crónica de dosis bajas de micotoxinas altera el intestino y, por lo tanto, puede predisponer a los animales a las infecciones por patógenos entéricos.

La toxicidad del DON y de la FB1 tienen un efecto sobre la ingesta de alimento y el posterior crecimiento animal.

El nombre coloquial de DON, vomitoxina, se refiere a su efecto emético observado tanto en informes de campo como en intoxicaciones experimentales donde se administraron dosis altas de la toxina por vía oral o intravenosa a los cerdos. Se observó un rechazo completo del alimento a niveles de 12 ppm y vómitos a 20 ppm en el alimento. Los ensayos de alimentación de cerdos con dietas contaminadas de forma natural o artificial han mostrado una disminución en el consumo de alimento y el aumento de peso en dosis de 0,6 a 3 mg de DON / kg de alimento. Un metaanálisis mostró que DON redujo la ingesta de alimento y el aumento de peso en un 26%; el mismo análisis también demostró una reducción del 16% en la ingesta de alimento en respuesta a la aflatoxina B1 (AFB1).

El consumo de alimento contaminado con FB1 o con FB1 purificado también induce una ligera reducción de la ingesta de alimento y del peso corporal en los lechones. Aunque el FB1 es poco absorbido y metabolizado en el intestino, induce alteraciones intestinales (dolor abdomi- nal o diarrea) y causa patologías extrauterinas en los órganos.

A nivel molecular, se ha demostrado que DON y FB1 alteran la funcionalidad de absorción del intestino. La actividad del sistema de transporte dependiente de sodio-glucosa (SGLT-1) es particularmente sensible al DON. SGLT-1 es el principal transportador apical para la captación activa de glucosa en el intestino delgado. La inhibición de SGLT-1 por DON tiene consecuencias nutricionales y podría explicar la diarrea asociada con la ingestión de DON, ya que este transportador es responsable de la absorción diaria de agua en el intestino [5]. El DON no solo perjudica la absorción intestinal de azúcares (glucosa y fructosa), sino que también altera la captación de palmitato y monocarboxilates en el yeyuno. A diferencia del DON, la absorción de glucosa dependiente del sodio se regula al alza en los cerdos después de una exposición aguda o prolongada al FB1. Los cerdos que consumían extractos de cultivos de maíz que contenían FB también mostraron una actividad marcadamente reducida de la aminopeptidasa N. Asimismo, se ha demostrado que la exposición a 1.5 mg/kg de peso corporal de FB1 induce el agotamiento de los esfingolípidos en el epitelio intestinal de los cerdos, lo que puede dar lugar a una deficiencia de la captación de folato.

El consumo de alimentos contaminados con micotoxinas induce daño histológico en el tejido intestinal. Se han observado lesiones epiteliales (atrofia multifocal, fusión de vellosidades, necrosis apical de vellosidades, vacuolación de enterocitos y edema de lámina propia) en el intestino de cerdos alimentados con una dieta naturalmente contaminada con DON. No se observó ningún efecto en la profundidad de la cripta. Las lesiones yeyunales, incluidas las vellosidades acortadas y unidas, la lisis de los enterocitos y el edema, también se observaron en un modelo ex vivo de tejidos intestinales después de la exposición al DON. La exposición a FB también induce cambios en la morfología de las vellosidades intestinales, como la reducción de la altura de las vellosidades y la fusión de las vellosidades y la atrofia. Como se describe en aves de corral, los cambios morfológicos pueden llevar a una disminución de la absorción de nutrientes por parte de los enterocitos, una reducción de la energía y la absorción de nutrientes y un deterioro del crecimiento.

Tanto el DON como el FB1 alteran las funciones de la barrera intestinal. Varios estudios han investigado el efecto de DON en la resistencia eléctrica transepitelial (TEER), un buen indicador de la integridad de la función de barrera. DON disminuye TEER en células epiteliales intestinales de cerdo de una manera dependiente del tiempo y la dosis. En los explantes yeyunales de lechones, el pasaje paracelular, evaluado en cámaras de Ussing, aumentó significativamente en presencia de 20 a 50 μM de DON. De manera similar a DON, FB1 afectó la integridad de la línea celular epitelial intestinal porcina derivada de la monocapa de yeyuno (IPEC-J2) a través de la viabilidad alterada y la reducción del TEER.

También se ha observado que una exposición prolongada a FB1 impide el establecimiento de TEER y altera la resistencia de una monocapa ya establecida de células epiteliales intestinales porcinas. A nivel molecular, estas toxinas afectan la permeabilidad del epitelio intestinal a través de la modulación de los complejos de unión estrecha. Se ha observado una expresión defectuosa de ocludina y E-cadherina en el íleon de lechones alimentados con dosis bajas de FB1. La alteración inducida por FB de la vía de biosíntesis de los esfingolípidos y las balsas lipídicas asociadas también podrían contribuir a perjudicar el establecimiento y el mantenimiento de uniones estrechas. Del mismo modo, la activación de MAPK por DON afecta la expresión y la localización celular de las proteínas que se forman o están asociadas a uniones estrechas como las claudinas y ZO-1, lo que resulta en un aumento de la permeabilidad paracelular intestinal.

La pérdida de la integridad de la unión estrecha y el aumento de la permeabilidad paracelular puede llevar a un aumento de la translocación bacteriana a través del intestino y una mayor susceptibilidad a las infecciones entéricas. Este aumento en el paso de bacterias a través de las células epiteliales intestinales tiene implicaciones importantes para la salud del cerdo en términos de sepsis, inflamación e infección entérica. Las células IPEC-J2 diferenciadas tratadas durante 24 h con DON 0.1-10 μM en una exposición conjunta con bacterias Salmonella typhimurium muestran un aumento significativo de la translocación de las bacterias a través de las células epiteliales intestinales. En células IPEC-1 diferenciadas tratadas durante 48 h con DON, se observó un aumento de la translocación de Escherichia coli en 17, 50 y 63% con 5, 10 y 20 μM de DON, respectivamente. Entonces, DON es capaz de aumentar el paso de macromoléculas y bacterias en las células epiteliales intestinales.

Dos estudios separados analizaron el efecto de dosis bajas a moderadas de FB1 sobre la colonización intestinal y la respuesta de la mucosa a cepas patógenas de E. coli. Ambos estudios demostraron una mayor susceptibilidad de la infección intestinal por E. coli de los lechones expuestos a la toxina. La translocación de bacterias a los ganglios linfáticos mesentéricos y la diseminación a los pulmones, y en menor medida al hígado y al bazo, se observaron en cerdos tratados con FB1 en comparación con animales no tratados.

DON y FB1 afectan la respuesta inmune sistémica y/o local (revisión. En lo que respecta a los cerdos, varios estudios han investigado el efecto de estas micotoxinas en el sistema inmunitario intestinal).

El efecto de la ingestión de FB1 se midió sobre la producción intestinal de 5 citoquinas inflamatorias (IL-1β, IL-6, IL-12, TNF-β e IL-8). Tanto los datos in vitro como in vivo indican que el FB1 disminuye específicamente la expresión del ARNm de IL-8. Dado que la IL-8 está involucrada en el reclutamiento de células inflamatorias en el intestino durante la infección esta disminución específica de la IL-8 intestinal puede contribuir a la mayor susceptibilidad observada de los lechones tratados con FB1 a la infección por E. coli. El aumento de la susceptibilidad a la infección intestinal también se correlaciona con una expresión intestinal reducida de IL-12p40, una función alterada de las células presentadoras de antígeno intestinal (APC), una disminución de la regulación al alza de la molécula de Clase II del Complejo Mayor de Histocompatibilidad (MHC-II) Capa- cidad estimuladora. DON modula la inmunidad intestinal tanto directamente (a través de la activación de vías de señalización) como indirectamente (a través del cruce de antígenos bacterianos luminales, que se observó junto con la translocación bacteriana después de la alteración de la capa mucosa y la abertura de la unión estrecha).

En un modelo de explante yeyunal de cerdo, se ha demostrado que el DON desencadena la inmunidad tanto innata como adaptativa. La exposición intestinal a DON indujo una respuesta proinflamatoria con un aumento significativo de la expresión de TNF-α, IL-1α, IL-1β e IL-8. Además, el DON aumentó la expresión de los genes implicados en la diferenciación de las células Th17 (STAT3, IL – 17A, IL-6, IL-1b) a expensas de la vía de las células T reguladoras (FoxP3, RALDH1). DON también indujo genes relacionados con el subgrupo de células Th17 patógenas como IL-23A, IL-22 e IL-21 y no genes relacionados con las células Th17 reguladoras como TGF-b e IL-10. Del mismo modo, el DON potenció la regulación al alza de IL-1β, IL-8, MCP1 e IL-6 inducida por S. typhimurium en asas intestinales de cerdo.

Como otros hongos, los metabolitos secundarios, especialmente los antibióticos, varias micotoxinas han demostrado propiedades antimicrobianas. Como consecuencia, las micotoxinas pueden modificar la microflora intestinal. Sorprendentemente, este impacto de las micotoxinas ha sido poco investigado. Dos estudios han investigado el impacto de DON y FB1 en la microflora intestinal. El primer estudio investigó el impacto de DON en la microflora intestinal mediante el Polimorfismo de Conformación de Cadena Simple de Electroforesis Capilar (CE-SSCP). El consumo de alimento contaminado naturalmente con DON (2.8 mg / kg de alimento) durante cuatro semanas tuvo un efecto moderado en las bacterias mesofílicas aerobias fecales totales y en la reducción de sulfito anaeróbico. Por contraposición, DON cambió el equilibrio de la microflora fecal; no afectó el índice de diversidad, pero moduló el índice de riqueza. En el segundo estudio, los cerdos recibieron alimentos contaminados con 12 mg de FB/kg de alimentos durante 63 días. Esta dieta afectó de manera transitoria el equilibrio de la microbiota digestiva durante las primeras cuatro semanas de exposición, según lo medido por los perfiles de microbiota de SSCP; una coinfección con S. typhimurium amplificó este fenómeno y cambió el perfil de la microbiota. Como ya se observó con el DON, el recuento de bacterias mesofílicas aeróbicas no se modificó con el tratamiento con FB1.

CONCLUSIÓN:

Existen regulaciones y recomendaciones para seis micotoxinas (AF, FB, Ocratoxina A (OTA), Zearalenona (ZEN), Toxinas T2 / HT2 (T2 / HT2) y DON) presentes en los alimentos para cerdos. Entre ellos, DON y FB han sido estudiados por su toxicidad en el intestino de cerdo. El intestino es un objetivo para las micotoxinas y, como se ilustra en este documento, el hecho de que el intestino sea un objetivo para DON y FB1 tiene algunas consecuencias en términos de la salud del cerdo. Estas micotoxinas no solo son tóxicas localmente para el intestino, sino que también desregulan muchas funciones intestinales y afectan la respuesta inmunitaria local. Esto resulta en una toxicidad sistémica que conduce a muchos síntomas, alteración de los parámetros zootécnicos. La contaminación del alimento con micotoxinas también aumenta la función de barrera del intestino, lo que lleva a la translocación de bacterias a través del intestino y, por lo tanto, a infecciones intestinales y sistémicas.

Las encuestas globales indican que los animales están generalmente expuestos a más de una micotoxina. De hecho, los hongos son capaces de producir varias micotoxinas simultáneamente; y es una práctica común utilizar granos múltiples en dietas de animales. Desafortunadamente, la toxicidad de las mezclas de micotoxinas no se puede predecir en función de su toxicidad individual. Las interacciones entre las micotoxinas que ocurren concomitantemente pueden ser antagónicas, aditivas o sinérgicas. Los datos sobre la toxicidad combinada de las micotoxinas son limitados y, por lo tanto, el riesgo para la salud de la exposición a una combinación de micotoxinas no se comprende completamente y merece una investigación más a fondo.

LITERATURA CONSULTADA:

1.- Pierron A., Alassane-Kpembi I., and Oswald I. (2016) Impact of two mycotoxins deoxynivalenol and fumonisin in pig intestinal health. Porcine Health Manag.; 2:21. doi: 10.1186/s40813- 016-0041-2

2.- Ana-Paula F. L. Bracarense1, Joelma Lucioli1†, Bertrand Grenier2,3†, Graziela Drociunas Pacheco1,2, Wulf-Dieter Moll3, Gerd Schatzmayr3 and Isabelle P. Oswald2*. Chronic ingestion of deoxynivalenol and fumonisin, alone or in interaction, induces morphological and immunological changes in the intestine of piglets: British Journal of Nutrition (2012), 107, 1776–178 doi:10.1017/S0007114511004946.