Secretory IgA and the Enteromammary Pathway

July 5, 2021

Secretory IgA and the Enteromammary Pathway

This post is a continuation of our study of human milk composition, specifically proteins, but this time with a focus on immunoglobulins.

Immunoglobulins are antibodies. Antibodies protect the body by looking out for foreign invaders, called antigens, and binding to them so they can’t get into the body or do significant damage if they are already in the body. Antigens come in many different forms: bacteria, viruses, and parasites are examples. The body makes 5 different types (or classes) of antibodies: IgG, IgM, IgA, IgD and IgE. Each works in a different way. (Ig is an abbreviation for immunoglobulin.)

This class will focus on immunoglobulin A or IgA because it is, by far, the major immunoglobulin in human milk.

Here we go. Buckle your seat belt!

The body protects itself from foreign invaders in several ways. One way is a systemic defense system involving the spleen and the lymphatic system in conjunction with the blood circulatory system. Another way the body protects itself is via a mucosal defense system. Mucous (mucous membranes) coat lining cells (epithelial cells) in the gut, respiratory tract, and urogenital area. IgA is localized in these mucosal linings, ready to do battle with almost any pathogen or toxin that comes in contact with.

The mucosal immune system is called MALT (Mucosal-Associated Lymphoid Tissue).

MALT is made up of several smaller groups. In the gut, the system is called GALT (Gut-Associated Lymphoid Tissue). In the respiratory tract, the system is called BALT (Bronchus-Associated Lymphoid Tissue). In the nasal passages, it is called NALT (Nasopharyngeal-Associated Lymphoid Tissue). All are part of the larger MALT system.

MALT = GALT + BALT + NALT – got it?

Now let’s zoom in on the gut, and learn how GALT works (in a very simplified form) for the lactating woman in what is known as the Enteromammary Pathway.

Consider this scenario. A lactating woman suddenly feels sick with stomach pains. She has a fever and diarrhea. It is determined that she has a “GI bug” and, even though she is worried that her baby will also get sick, on the advice of her smart doctor, she keeps breastfeeding. The mother recovers in several days thanks to her own functioning GALT system. The baby never gets sick.

Is this just a coincidence or does her breast milk contain special protection against that specific virus?

Here is how GALT works.

Contained within the mother’s GALT system are special epithelial cells, called M Cells, which are located amongst the cells that line the GI tract. The M cells notice the virus (what are you doing here?), grab onto it, and obtain a sample of the virus (the antigen). Other types of cells arrive to work with the M Cells, helping to get the viral information to a cluster of cells, called Peyer’s Patches, that are located just beneath the gut lining. Within the Peyer’s Patches, the information about the virus is passed on to another special cell, called a plasma cell. A plasma cell is a type of lymphocyte, which is a type of white blood cell. The plasma cell – now with the information about the virus - is then on a mission. It leaves the Peyer’s Patch, enters the lymphatic system, is dumped into the blood stream, and then arrives at the breast tissue.

In the breast tissue, the plasma cell produces an antibody, our friend, immunoglobulin A (IgA). Keep in mind that this IgA has specific protection against the virus that was causing the mother’s diarrhea. One more change occurs in the breast tissue, this time converting the IgA into secretory IgA (sIgA). Secretory IgA is composed of two IgA molecules, a joining protein called the J chain, and a secretory component. The secretory component protects the IgA antibody from being destroyed by acid in the baby’s stomach and by enzymes in the intestinal tract.

So, the baby drinks from the breast. The milk contains a large amount of this very specific sIgA. The milk containing the sIgA makes its way to the baby’s intestines and settles into mucous lining the walls. There it can look for and grab onto any of the diarrhea-causing virus, preventing it from attaching to and entering the infant’s intestinal cells. (And, for extra points, it also limits the damaging effects of tissue inflammation that can be seen with other antibody types.) This means the delicate cells lining the gut are not damaged. Also, the specially activated sIgA only goes after the bad virus, it leaves the good bacteria alone.

Most of the sIgA in the milk is not absorbed into the baby’s body because it is bound to the human milk fat globular membrane. It hangs out in the gut, searching for the bad diarrhea virus. Eventually, it travels through the entire GI tract and is found unaltered (altho probably holding onto the bad virus) in the infant’s stool.

This amazing pathway, gut to breast to milk to baby, has a name, the Enteromammary Pathway.

Important points to remember:

The main immunoglobulin in human milk, accounting for 80-90% of all of the antibodies, is immunoglobulin A (IgA), in the form of secretory IgA (sIgA).

Secretory IgA is a special form of IgA that is not digested by the acid in the stomach or any of the enzymes in the baby’s gut.

sIgA is especially high in colostrum in the first 72 hours after birth in colostrum, then declines a bit, but substantial levels are maintained throughout the first four months.

The infant’s ability to make his or her own IgA is deficient at birth. The infant only starts to slowly produce sIgA during the first few months after birth.

Therefore, IgA in human milk provides important immune protection to the baby.

How does infant formula compare? Infant formula contains no immunoglobulins, including no secretory IgA.

Below is a depiction of sIgA showing the two IgA molecules, a connecting J chain, and a secretory component. Image from the British Society of Immunology, Immunoglobulin A (IgA), Author Rhonda Curran.

References

1. Newman J. Breastfeeding: Empowering Parents. Amazon, Book Department. 2019.

2. Wambach K and Spencer B. Breastfeeding and Human Lactation, 6th edition. Jones & Bartlett Learning. 2021

3. Jackson KM and Nazar AM. Breastfeeding, the immune response, and long-term health. J Am Osteopath Asoc. 2006;106:203-207.

La IgA secretora y la Ruta enteromamaria

Este post es una continuación de nuestro estudio de la composición de la leche humana, concretamente de las proteínas, pero esta vez centrándonos en las inmunoglobulinas.

Las inmunoglobulinas son anticuerpos. Los anticuerpos protegen el cuerpo buscando invasores extraños, llamados antígenos, y uniéndose a ellos para que no puedan entrar en el cuerpo o causar un daño significativo si ya están en el cuerpo. Los antígenos tienen muchas formas diferentes: bacterias, virus y parásitos son ejemplos. El cuerpo produce 5 tipos (o clases) diferentes de anticuerpos: IgG, IgM, IgA, IgD e IgE. Cada uno de ellos actúa de forma diferente. (Ig es la abreviatura de inmunoglobulina).

Esta clase se centrará en la inmunoglobulina A o IgA porque es, con diferencia, la principal inmunoglobulina de la leche humana.

Aquí vamos. ¡Abróchate el cinturón!

El cuerpo se protege a sí mismo de los invasores extraños de varias maneras. Una de ellas es un sistema de defensa sistémico en el que participan el bazo y el sistema linfático junto con el sistema circulatorio de la sangre. Otra forma en la que el cuerpo se protege es a través de un sistema de defensa de las mucosas. Las mucosas recubren las células de revestimiento (células epiteliales) en el intestino, el tracto respiratorio y el área urogenital. La IgA se encuentra localizada en esta mucosa de revestimiento, preparada para dar la batalla a casi cualquier patógeno o toxina que entre en contacto con ellos.

El sistema inmunitario de las mucosas se denomina MALT (siglas en inglés de tejido linfoide asociado a las mucosas).

El MALT se compone de varios grupos más pequeños. En el intestino, el sistema se denomina GALT (tejido linfoide asociado al intestino). En el tracto respiratorio, el sistema se llama BALT (tejido linfoide asociado a los bronquios). En las fosas nasales, se denomina NALT (tejido linfoide asociado a la nasofaringe). Todos forman parte del amplio sistema MALT.

MALT = GALT + BALT + NALT – ¿comprendido?

Ahora vamos a centrarnos en el intestino, y aprender cómo funciona el GALT (de forma muy simplificada) para la mujer lactante en lo que se conoce como la Ruta enteromamaria.

Consideremos este escenario. Una mujer lactante se siente repentinamente enferma con dolores de estómago. Tiene fiebre y diarrea. Se determina que tiene un virus gastrointestinal y, aunque le preocupa que su bebé también enferme, por consejo de su inteligente médico, sigue dando el pecho. La madre se recupera en varios días gracias al funcionamiento de su propio sistema GALT. El bebé nunca enferma.

¿Es sólo una coincidencia o su leche materna contiene una protección especial contra ese virus específico? 

Así es como funciona el GALT.

Dentro del sistema GALT de la madre hay unas células epiteliales especiales, llamadas células M, que se encuentran entre las células que recubren el tracto gastrointestinal. Las células M notan la presencia del virus (¿qué está haciendo aquí?), lo agarran y obtienen una muestra del virus (el antígeno). Otros tipos de células llegan para trabajar con las células M, ayudando a llevar la información viral a un grupo de células, llamadas placas de Peyer, que se encuentran justo debajo del revestimiento del intestino. Dentro de las placas de Peyer, la información sobre el virus se transmite a otra célula especial, llamada célula plasmática. Una célula plasmática es un tipo de linfocito, que es un tipo de glóbulo blanco. La célula plasmática, ahora con la información sobre el virus, tiene entonces una misión. Sale de la placa de Peyer, entra en el sistema linfático, pasa al torrente sanguíneo y llega al tejido mamario.

En el tejido mamario, la célula plasmática produce un anticuerpo, nuestro amigo, la inmunoglobulina A (IgA). Hay que tener en cuenta que esta IgA tiene una protección específica contra el virus que estaba causando la diarrea de la madre. Se produce un cambio más en el tejido mamario, esta vez convirtiendo la IgA en IgA secretora (sIgA). La IgA secretora está compuesta por dos moléculas de IgA, una proteína de unión llamada cadena J y un componente secretor. El componente secretor protege al anticuerpo IgA de ser destruido por el ácido del estómago del bebé y por las enzimas del tracto intestinal.

Entonces, el bebé bebe del pecho. La leche contiene una gran cantidad de este sIgA tan específico. La leche que contiene el sIgA llega a los intestinos del bebé y se deposita en la mucosa que recubre las paredes. Allí puede buscar y agarrarse a cualquier virus causante de la diarrea, impidiendo que se adhiera y entre en las células intestinales del bebé. (Y, para obtener puntos extra, también limita los efectos dañinos de la inflamación de los tejidos que pueden verse con otros tipos de anticuerpos). Esto significa que las delicadas células que recubren el intestino no resultan dañadas. Además, el sIgA especialmente activado sólo persigue al virus malo, dejando tranquilas a las bacterias buenas.

La mayor parte del sIgA de la leche no se absorbe en el cuerpo del bebé porque está unido a la membrana del glóbulo graso de la leche humana. Permanece en el intestino, buscando el malvado virus de la diarrea. Finalmente, viaja por todo el tracto gastrointestinal y se encuentra inalterado (aunque probablemente retenga el virus malo) en las heces del bebé.

Esta asombrosa ruta, del intestino al pecho, a la leche y al bebé, tiene un nombre, la Ruta enteromamaria.

Puntos importantes que hay que recordar:

La principal inmunoglobulina de la leche humana, que representa el 80-90% de todos los anticuerpos, es la inmunoglobulina A (IgA), en forma de IgA secretora (sIgA).

La IgA secretora es una forma especial de IgA que no es digerida por el ácido del estómago ni por ninguna de las enzimas del intestino del bebé.

La sIgA se encuentra en cantidades especialmente altas en el calostro durante las primeras 72 horas después del nacimiento, y luego disminuye un poco, pero se mantienen niveles sustanciales durante los primeros cuatro meses.

La capacidad del lactante para fabricar su propia IgA es deficiente al nacer. El lactante sólo empieza a producir sIgA lentamente durante los primeros meses después del nacimiento.

Por lo tanto, la IgA de la leche humana proporciona una importante protección inmunitaria al bebé.

¿Cómo se comparan las fórmulas para lactantes? Las fórmulas para lactantes no contienen inmunoglobulinas, ni tampoco IgA secretora.

A continuación se muestra una representación de la sIgA en la que aparecen las dos moléculas de IgA, una cadena J de unión y un componente secretor. Imagen de la Sociedad Británica de Inmunología, Inmunoglobulina A (IgA), autora Rhonda Curran.

Referencias

1. Newman J. Breastfeeding: Empowering Parents [La lactancia materna: Empoderando a los padres]. Amazon, Book Department. 2019.

2. Wambach K, Spencer B. Breastfeeding and Human Lactation [Amamantamiento y lactancia humana], 6ta edición. Jones & Bartlett Learning. 2021

3. Jackson KM and Nazar AM. Breastfeeding, the immune response, and long-term health [La lactancia materna, la respuesta inmunitaria y la salud a largo plazo]. J Am Osteopath Asoc. 2006;106:203-207.