Topic #21. Secretory IgA and the Enteromammary Pathway
November 22, 2024
Hey everyone. Topic #20 - Test Your Knowledge for Topics #15-19 - contained a wrong answer. Question #3. A deficiency of vitamin A can lead to blindness. Thanks for pointing this out. Sorry ‘bout that!
This post is a continuation of our study of human milk composition, specifically proteins, but this time with a focus on immunoglobulins.
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!
MALT = GALT + BALT + NALT
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 coats 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?
Enteromammary Pathway
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 woman who is breastfeeding her 4 month old 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 functioning immune system. The baby never gets sick.
Was this just a coincidence or did her breast milk contain special protection against that specific virus? No, this was not just a coincidence! Read on…
How GALT works
Here is how GALT (Gut-Associated Lymphoid Tissue) works.
Contained within the mother’s GALT system are special epithelial cells, called M Cells, which are located among 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.
Secretory IgA
In the breast tissue, the plasma cell produces an antibody, our friend, immunoglobulin A (IgA). Keep in mind that this IgA carries the 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.
Why secretory IgA in vitally important in early life
Neonates are born with an immature immune system making them highly susceptible to infection and immune dysregulation as they enter and interact in a new microbe-rich world.
The infant’s ability to make his or her own IgA is deficient at birth. It is currently thought that the cells needed for IgA antibody production are not produced by the infant until at least 4 weeks of age; adult levels of IgA are not reached until after the first year of life.
Neonates rely on the transfer of maternal antibodies from their mothers via the placenta and breast milk. Thus, milk ingested by the infant is the primary source of sIgA during the vulnerable early-life period.
In addition, the first 3 months of life in particular represents a critical window for immune development. Host-microbe interactions that occur during this time contribute to immune imprinting, affecting life-long health. Certain events during this critical period have been linked to later development of allergic and autoimmune disease, and the ways in which early-life host-microbe interactions influence immune development are still being uncovered.
Therefore, the sIgA in human milk plays multiple roles in the infant gut:
Protection against pathogens
Microbiota modulation
Dampening the infant immune response to a myriad of foreign invaders
How does infant formula compare?
Infant formula contains no immunoglobulins, including no secretory IgA.
References
Newman J. Breastfeeding: Empowering Parents. Amazon, Book Department. 2019.
Wambach K and Spencer B. Breastfeeding and Human Lactation, 6th edition. Jones & Bartlett Learning. 2021
Jackson KM and Nazar AM. Breastfeeding, the immune response, and long-term health. J Am Osteopath Asoc.2006;106:203-207.
Image credit: image from the British Society of Immunology, Immunoglobulin A (IgA), British Society for Immunology, Bite-sized Immunology, Rhonda Curran, Queen’s University Belfast, UK
Tema #22. 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
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!
MALT = GALT + BALT + NALT
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?
La Ruta Enteromamaria
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?
Cómo funciona GALT
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.
Por qué la IgA secretora es de vital importancia en los primeros años de vida
Los recién nacidos nacen con un sistema inmunológico inmaduro, lo que los hace altamente susceptibles a infecciones y desregulaciones inmunológicas a medida que ingresan e interactúan en un nuevo mundo rico en microbios.
La capacidad del bebé para producir su propia IgA es deficiente al nacer. Actualmente se cree que las células necesarias para la producción de anticuerpos IgA no las produce el bebé hasta al menos las 4 semanas de edad; Los niveles adultos de IgA no se alcanzan hasta después del primer año de vida.
Los recién nacidos dependen de la transferencia de anticuerpos maternos de sus madres a través de la placenta y la leche materna. Por tanto, la leche que ingiere el lactante es la principal fuente de sIgA durante el vulnerable período temprano de la vida.
Además, los primeros 3 meses de vida en particular representan una ventana crítica para el desarrollo inmunológico. Las interacciones huésped-microbio que ocurren durante este tiempo contribuyen a la impronta inmune, lo que afecta la salud de por vida. Ciertos eventos durante este período crítico se han relacionado con el desarrollo posterior de enfermedades alérgicas y autoinmunes, y aún se están descubriendo las formas en que las interacciones entre el huésped y el microbio en las primeras etapas de la vida influyen en el desarrollo inmunológico.
Por lo tanto, sIgA de la leche desempeña muchas funciones en el intestino del bebé, entre ellas
Protección contra patógenos
Modulación de la microbiota
Amortiguar la respuesta inmune infantil a una miríada de invasores extraños
¿Cómo se comparan las fórmulas para lactantes?
Las fórmulas para lactantes no contienen inmunoglobulinas, ni tampoco IgA secretora.
Referencias
Newman J. Breastfeeding: Empowering Parents [La lactancia materna: Empoderando a los padres]. Amazon, Book Department. 2019.
Wambach K, Spencer B. Breastfeeding and Human Lactation [Amamantamiento y lactancia humana], 6ta edición. Jones & Bartlett Learning. 2021
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.
Crédito de la imagen: imagen de la Sociedad Británica de Inmunología, Inmunoglobulina A (IgA), Sociedad Británica de Inmunología, Inmunología del tamaño de un bocado, Rhonda Curran, Queen's University Belfast, Reino Unido