June 14, 2020
Question: How do obesity and poor metabolic health impair immune system function?
Takeaway: Poor metabolic health leads to a chronic inflammatory state and impaired immune organ function, which then lead to deficiencies in both the innate and adaptive immune response. These findings reinforce previous research indicating obesity and the metabolic syndrome increase infectious disease vulnerability.
Research has repeatedly indicated obesity and the metabolic syndrome increase risk of infection, lead to poorer disease outcomes in response to infection, and reduce vaccine effectiveness (1). This 2016 paper reviews multiple mechanisms by which metabolic defects could contribute to immune system impairment.
The immune system consists of two systems that work in concert to coordinate disease response. The innate immune system, which includes monocytes and macrophages, provides a rapid, nonspecific response to potential threats via an inflammatory response (2). The adaptive immune system, which consists of B and T cells, supports immunological memory and allows the body to respond more effectively to repeated infections (3). Immune system defects can lead to an insufficient or excessive immune response, either of which can be harmful (4, 5).
Increased adipose tissue volume, as is seen with obesity, leads to increased inflammation, both directly and indirectly. Adipose tissue expands in adult humans primarily through hypertrophy (i.e., increasing the size of fat cells) rather than hyperplasia (i.e., generation of new fat cells). As adipose cells expand, various cellular responses lead to increased levels of inflammation within fat tissue (6). Inflammation is followed by leukocyte infiltration, with the share of white blood cells present in adipose tissue rising from 5% in healthy tissue to 50% in obese individuals (7). This inflamed, leukocyte-rich adipose tissue secretes other inflammatory compounds such as TNF-a and IL-6 (8). These same compounds may make insulin resistance — which led the adipose tissue to expand in the first place — worse as increased TNF-a inhibits glucose uptake within skeletal muscle cells (9). In other words, the inflammatory response to adipose tissue expansion (fattening) leads to further worsening of insulin resistance.
As the fat tissue expands and becomes insulin-resistant, additional fat is released into circulation, some of which is taken up by organs (10). Immune system organs — including the bone marrow, thymus, and spleen — can take on fat through this process, which is much like the gradual immune system organ fat accumulation associated with aging (11). Fat accumulation impairs organ function and thereby impairs the production, functionality, and integrity of developing immune cells (12).
Figure 1: Summary of the mechanisms by which obesity, metabolic syndrome, impaired immune function, and chronic disease interact
One specific effect of these impairments is a reduction in the variety of circulating T-cells. This then leads to a reduction in the variety of pathogens to which the body can provide an effective immune response (13). Obese individuals, for example, show a reduced T-cell response to influenza virus infection and fail to maintain memory T-cells after infection. For similar reasons, vaccine failure rates are higher among obese individuals for the hepatitis B, tetanus, and flu vaccines (14). Across these and other conditions, obese individuals are more likely to have complications related to infectious disease and to require hospitalization (15).
The association between fat accumulation within immune organs and impaired immune function may explain the decline in immunity associated with aging. It may also explain the immune system benefits associated with fasting, caloric restriction, and similar dietary interventions (16).
Additionally, metabolic syndrome may impair immune function via secondary effects on HDL cholesterol. A growing body of research indicates HDL cholesterol plays a role in immune function and may help manage the inflammatory (innate) response to infection (17). Obesity and insulin resistance are associated with lower levels of HDL cholesterol and so may impair this element of the immune response. These and other mechanisms may also explain the increased rates of allergies (18) and cancer (19) in obese and metabolically unhealthy individuals, given the role immune system function plays in these conditions.
Comments on Impact of Obesity and Metabolic Syndrome on Immunity
1 Comments
Great article. Good to have insight in the immune system.
____
Traduction/résumé en français. Excusez les fautes d'orthographe :)
L’impact de l’obésité et du syndrome métabolique sur l’immunité
Question :
Comment l’obésité et une mauvaise santé métabolique impacté négativement la fonction du système immunitaire
Conclusion :
Une mauvaise santé métabolique mène à un état inflammatoire chronique et une fonction immunitaire des organes réduites ce qui provoquent à des déficiences aussi bien sur la réponse immunitaire innée qu’adaptative. Ces conclusions renforcent des études préalables indiquant que l’obésité et le syndrome métabolique augmentent la vulnérabilité aux maladies infectieuses.
____
Le système immunitaire consiste de deux systèmes qui fonctionnent en concert pour coordonner la réponse à la maladie.
Le système immunitaire innée amène une réponse rapide et non spécifique aux menaces potentielles via une réponse inflammatoire.
Le système immunitaire adaptif supporte la mémoire immunologique et permet au corps de répondre de manière plus effective à des infections répétées.
Un défaut de système immunitaire peut provoquer une réponse immunitaire insuffisante ou excessive et les deux peuvent être nocives.
Un volume de tissus adipeux augmenté, comme avec l’obésité, amène à une augmentation de l’inflammation aussi bien directement que indirectement.
Les tissus adipeux s’étendent chez l’humain adulte à travers l’hypertrophie (augmentation de la taille des cellules graisseuses) plutôt que par l’hyperplasia (génération de nouvelles cellules de gras).
Lorsque le tissu adipeux s’étend, plusieurs réactions cellulaires amènent à un niveau augmenté d’inflammation dans le tissu adipeux.
Inflammation est suivit d’une infiltration de leucocyte avec la portion de globules blancs présentent dans le tissu adipeux augmentant de 5% à 50% chez l’individuel obèse.
Ces tissus adipeux enflammés sécrètent des composés inflammatoires comme le TNF et l’IL-6.
Ces composés pourraient faire empirer la résistance à l’insuline (cette résistance étant déjà responsable de l’augmentation du tissu adipeux à la base) car plus de TNF inhibe l’absorption du glucose dans les cellules squelettiques.
En d’autres mots, la réponse inflammatoire à l’expansion du tissu adipeux amène à une dégradation de la résistance à l’insuline.
Avec l’agrandissement du tissu adipeux et la résistance à l’insuline, plus de gras passe dans la circulation avec une portion absorbée par des organes.
Les organes du système immunitaire (comme la moelle épinière, le thymus et la rate) peuvent absorber du gras dans ce process qui est très similaire à l’accumulation graduelle de gras associée au vieillissement.
Cette accumulation diminue la fonction des organes et donc empêche la production, fonctionnalité et intégrité du développement des cellules immunitaires.
L’un des effets est la réduction des cellules lymphocytes T. Cela amène à une réduction dans la variété des pathogènes auxquels le corps peut donner une réponse immunitaire effective.
Les individus obèses par exemple, montrent une réponse réduite en cellule T au virus influenceza et ne parvienne pas à maintenir la mémoire de ces cellules après infection.
Pour cette même raison, l’échec de la vaccination est plus récurrente chez les individus obèse pour l’hépatite B, le tétanos et le vaccin de la grippe.
Avec ces conditions, les individus obèses sont plus à même de développer des complications.
L’association entre accumulation de gras dans les organes immunitaires et une fonction immunitaire diminuée peut expliquer le déclin de l’immunité avec le vieillissement. Cela peut aussi explique les bénéfices sur le système immunitaire comme le jeune, la restriction calorique et les interventions diététiques.
De plus, le syndrome métabolique peut diminuer la fonction immunitaire à travers des effets secondaires sur le cholestérol HDL.
De plus en plus de recherches montrent que le cholestérol HDL joue un rôle dans la fonction immunitaire et peut aider à gérer la réponse inflammatoire à une infection.
L’obésité et la résistance à l’insuline sont associées à un niveau amoindri du cholestérol HDL et pourraient donc éliminer la réponse immunitaire.
Ceci ainsi que d’autres mécanismes peuvent aussi expliquer l’augmentation des allergies et du cancer chez les obèses et chez les personnes en mauvaise santé métabolique vu le rôle que joue la fonction du système immunitaire dans ces conditions.