Il microbioma intestinale come modulatore di longevità, salute e malattia

Il microbioma intestinale è un complesso ecosistema che si trova prevalentemente nel tratto gastrointestinale (GI). Modifiche compositive o funzionali del microbiota intestinale hanno dimostrato di contribuire alla salute e alla malattia, compresi gli attributi immunitari, metabolici e neurocomportamentali. La composizione del microbiota intestinale può essere molto variabile e diversificata tra gli individui, sebbene alcune specie batteriche chiave siano tipicamente presenti nella maggior parte di essi.

Il tratto gastrointestinale umano contiene fino al 1013-1014 cellule batteriche, composte da un massimo di 1000 specie diverse. Si tratta di un numero dieci volte superiore a quello delle cellule del corpo umano. Si stima che oltre 70% di tutti i microbi nel corpo umano sono contenuti nell'intestino (intestino tenue e crasso).

Il microbiota intestinale sembra esercitare una vasta gamma di proprietà funzionali che hanno un impatto sulla fisiologia e sulla patologia umana; la modulazione dell'assorbimento e della raccolta di energia attraverso la produzione di vitamine e la fermentazione di componenti alimentari non digeribili, l'influenza sull'omeostasi intestinale, lo sviluppo, la funzione e la maturazione del sistema immunitario e il metabolismo dei farmaci.

Fattori non alimentari che influenzano il microbiota intestinale

Il microbiota intestinale è modellato da una combinazione di fattori estrinseci (ad esempio, stile di vita e uso di farmaci) e intrinseci (ad esempio, genetica). Tuttavia, genetica sono responsabili di un livello medio di 8,8% per la composizione del microbiota intestinale. Quest'ultimo è altamente individualizzato per l'ospite e si forma nel corso della vita, con una composizione unica di batteri che inizia alla nascita.

Fin dalle prime fasi della vita, diversi fattori "non alimentari" sembrano influenzare la composizione microbica intestinale. Le principali influenze sul microbiota neonatale sono le modalità di parto, l'alimentazione del neonato, l'uso di antibiotici, l'età gestazionale e l'ospedalizzazione del neonato. Il parto a termine, il parto vaginale, la breve ospedalizzazione, la minore esposizione agli antibiotici e l'allattamento al seno sono associati a un microbiota intestinale più ''benefico''. Pertanto, il microbiota intestinale subisce cambiamenti drastici subito dopo la nascita con l'allattamento, seguiti da un cambiamento secondario con l'introduzione di cibi solidi, e si stabilizza intorno ai tre anni di età. Entro i tre anni, si è stabilito un ambiente microbico più stabile e simile a quello di un adulto, con una maggiore resistenza alle perturbazioni. Dopo questo periodo, fattori ambientali come la dieta e i farmaci, ma anche l'alterazione del sistema immunitario, possono ancora influenzare la composizione del microbioma intestinale. Si sospetta infatti che il microbiota intestinale continui a svilupparsi anche dopo la prima infanzia.

L'effetto della dieta sul microbiota intestinale

Nonostante la tendenza alla stabilità microbica in età adulta, la qualità e la quantità dei nutrienti possono ancora avere un impatto sul microbiota intestinale. In particolare, si ritiene che la dieta spieghi oltre 20% delle variazioni strutturali microbiche nell'uomo, segnalando il potenziale delle strategie dietetiche nella gestione delle malattie attraverso la modulazione del microbiota intestinale. Una dieta diversificata, e in particolare il numero di diversi tipi di alimenti vegetali consumati, è stata associata a una maggiore diversità microbica. Alterazioni della dieta può indurre nuove specie e farne proliferare altre, aumentando la diversità e la ricchezza di batteri benefici. Tuttavia, la durata dell'intervento dietetico necessaria per indurre un cambiamento permanente del profilo microbico di base deve ancora essere scoperta. Nell'uomo si verificano cambiamenti rapidi ma transitori nel microbiota intestinale in risposta a interventi dietetici. Ad esempio, le variazioni nell'assunzione di fibre sono correlate positivamente con un cambiamento nell'abbondanza di 15% della comunità microbica il giorno successivo. Il contenuto, la quantità e il tipo di fibra sembrano essere determinanti per il microbiota, soprattutto per quanto riguarda la fibra di frutta e cereali. Tuttavia, senza un consumo continuato, i cambiamenti microbici si perdono entro ventotto giorni. 

Allo stesso modo, le diete a base esclusivamente vegetale o esclusivamente animale hanno modificato la composizione del microbiota intestinale, con la dieta a base animale che ha mostrato livelli significativamente ridotti di batteri buoni entro 24 ore. Tuttavia, il microbiota dei soggetti è tornato ai valori di base entro tre giorni dall'intervento.

Inoltre, la perdita di peso indotta dalla dieta è associata a cambiamenti specifici nella composizione microbica intestinale in termini di aumento dei batteri benefici antinfiammatori e di riduzione dei patogeni.

In definitiva, mentre è stato dimostrato che la dieta facilita i cambiamenti nella composizione microbica in soli tre giorni, le modifiche a lungo termine e sostenibili della dieta abituale sono i fattori principali per mantenere gli effetti della dieta sul microbiota intestinale. 

La fibra alimentare è il nutriente più comunemente accettato per esercitare un impatto benefico sulla composizione del microbiota. Anche altri componenti alimentari, come i polifenoli, un gruppo di antiossidanti, sono considerati benefici. Dall'altra parte dello spettro, un modello alimentare occidentale, con un maggiore consumo di carboidrati raffinati, prodotti animali ad alto contenuto di grassi e alimenti altamente trasformati, è collegato a cambiamenti sfavorevoli nella composizione microbica intestinale. 

Tuttavia, le conoscenze attuali sull'impatto a lungo termine di specifiche abitudini alimentari sul microbiota intestinale sono limitate; di conseguenza, non è possibile trarre conclusioni solide.

L'effetto dell'esercizio fisico sul microbiota intestinale

L'esercizio fisico può rafforzare i cambiamenti nella diversità e nella composizione del microbiota intestinale. Questi cambiamenti possono tradursi in una riduzione dei batteri intestinali infiammatori e dei loro metaboliti e in un aumento dei prodotti microbici benefici, come il butirrato, associati a una migliore salute metabolica e sensibilità all'insulina. In particolare, almeno nella misura raccomandata dall'OMS (150 minuti di attività fisica aerobica di intensità moderata durante la settimana o 75 minuti di attività fisica aerobica di intensità vigorosa durante la settimana), esercizio fisico ha modificato la composizione del microbiota intestinale, promuovendo una maggiore abbondanza di batteri benefici. 

Tuttavia, anche sessioni di esercizio fisico intenso (>70%VO2max) o eventi di ultraresistenza (ad esempio, il triathlon), sebbene comportino un aumento della risposta infiammatoria sistemica e intestinale subito dopo, questi cambiamenti sono solo temporanei e i benefici di un'intensità di esercizio così elevata superano le insidie temporanee.

Infine, oltre all'effetto dell'esercizio fisico in sé, anche lo stato di forma generale ha un impatto sul microbioma. È stato dimostrato che il microbioma degli individui in forma mostra una maggiore produzione di metaboliti batterici benefici, come il butirrato.

Microbiota intestinale e salute metabolica

Prove recenti suggerisce il ruolo potenziale del microbiota intestinale come fattore patogeno che influenza l'equilibrio metabolico dell'ospite e i disturbi, come la sindrome metabolica. La sindrome metabolica è definita da fattori fisiologici, biochimici, clinici e metabolici interconnessi, legati a un aumento del rischio di malattie cardiovascolari e di diabete mellito di tipo II. In particolare, le caratteristiche principali della sindrome metabolica sono l'aumento della pressione arteriosa, la dislipidemia, l'aumento del glucosio a digiuno e l'obesità centrale. 

Il meccanismo attraverso il quale i batteri intestinali portano all'obesità passa attraverso complesse funzioni metaboliche, tra cui l'appetito dell'ospite, l'assorbimento e la raccolta di energia. In particolare, i microbi intestinali idrolizzano e fermentano i polisaccaridi alimentari che non vengono digeriti e assorbiti dall'intestino tenue e producono acidi grassi a catena corta (SCFA). A loro volta, gli SCFA, come il propionato, il butirrato e l'acetato, vengono assorbiti nel colon e utilizzati come fonte di energia dall'ospite, aumentando l'apporto calorico giornaliero. 

Alla fine, l'interazione tra i prodotti microbici, come gli SCFA, e il sistema immunitario dell'ospite porta all'endotossemia metabolica, responsabile dello sviluppo dell'obesità e dell'insulino-resistenza, da cui la sindrome metabolica. Il progressivo sviluppo dell'intolleranza al glucosio e del diabete procede con una corrispondente diminuzione dei batteri antinfiammatori e un aumento dei patogeni.

Il sovrappeso e l'obesità, d'altra parte, causano cambiamenti funzionali nel microbiota intestinale stesso, portando a un aumento della produzione di SCFA, con un conseguente aumento della capacità di raccolta di energia, quindi con effetti più dannosi sul peso e sulla salute metabolica. 

Tuttavia, non è chiaro come e perché, nei soggetti obesi, il microbiota intestinale sembra estrarre più energia dal cibo ingerito.

Tuttavia, è riconosciuto che una bassa ricchezza genetica del microbiota intestinale, che riflette una ridotta diversità microbica, è correlata con l'adiposità complessiva, l'insulino-resistenza, l'aumento del numero di microbi intestinali infiammatori e la diminuzione del numero di microbi intestinali benefici rispetto agli individui con un'elevata ricchezza genica batterica. 

Inoltre, un sottogruppo di soggetti con bassa ricchezza di geni microbici ha dimostrato una minore reattività alle strategie terapeutiche contro la sindrome metabolica, come la dieta e l'esercizio fisico. 

Microbiota intestinale e salute mentale

Una funzione intestinale sana è stata collegata alla normale funzione del sistema nervoso centrale (SNC). Ormoni, neurotrasmettitori e fattori immunologici rilasciati dall'intestino inviano segnali al cervello direttamente o attraverso i neuroni autonomi. Recentemente sono emersi studi che si concentrano sulle variazioni del microbioma e sull'effetto su diversi disturbi del SNC, tra cui ansia, depressione e autismo. Come già accennato, l'endotossinemia metabolica si sviluppa quando il microbioma umano è messo a dura prova da fattori alimentari, farmaci come gli antibiotici, ecc. I batteri patogeni e i loro metaboliti si diffondono attraverso l'intestino nella circolazione sistemica, danneggiando la salute dell'ospite, compresi i disturbi psichiatrici come la depressione e l'autismo. 

Microbiota intestinale e salute dell'intestino

Il rapporto tra intestino e cervello è reciproco. In altre parole, così come un microbiota intestinale non sano può portare a problemi di salute mentale, anche il cervello può avere un impatto sul tratto gastrointestinale. Quest'ultimo è sensibile alle emozioni e sentimenti come rabbia, ansia e tristezza possono scatenare sintomi nell'intestino. Questo è particolarmente vero per disturbi funzionali del tratto gastrointestinale senza un'apparente causa fisica. Molti pazienti con disturbi funzionali dell'apparato gastrointestinale, come la sindrome dell'intestino irritabile (IBS), percepiscono il dolore in modo più acuto rispetto alle persone sane e lo stress può peggiorare i sintomi gastrointestinali esistenti. 

Microbiota intestinale e salute dei polmoni

Un numero crescente di prove ha indicato che il microbiota intestinale è strettamente correlato alla salute e alle malattie respiratorie, svolgendo un ruolo cruciale nello sviluppo di asma, broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO), fibrosi cistica (FC), cancro ai polmoni e infezioni respiratorie.

L'uso precoce di farmaci antiacidi e antibiotici, il consumo di fast food, il parto cesareo e l'allattamento artificiale, tutti fattori noti per l'impatto negativo sul microbiota intestinale, sono correlati a un aumento del rischio di asma. Al contrario, un elevato apporto di fibre, il parto vaginale e l'allattamento al seno, tutti fattori noti per avere un impatto positivo sul microbiota intestinale, sono correlati negativamente all'asma. 

Uno studio recente ha mostrato un collegamento tra una bassa diversità microbica intestinale nei primi anni di vita e l'asma nell'infanzia. Inoltre, i bambini allattati con latte artificiale presentavano una minore diversità microbica intestinale e un rischio maggiore di asma e malattie allergiche rispetto ai bambini allattati al seno.

D'altra parte, nei pazienti affetti da FC, il microbiota intestinale presenta un'abbondanza, una ricchezza e una diversità batterica ridotte e composizioni microbiche diverse rispetto ai controlli sani. 

Il fumo di sigaretta può anche influenzare il microbiota intestinale promuovendo la proliferazione selettiva dei batteri infiammatori e dei loro metaboliti, che possono entrare nella circolazione sistemica attraverso il sangue e il sistema linfatico e regolare le risposte infiammatorie nei polmoni, portando così alla malattia polmonare.

Probiotici e prebiotici

I probiotici sono microrganismi vivi che, se somministrati in quantità adeguate, possono colonizzare e proliferare nell'intestino, influenzando così il microbiota intestinale e conferendo eventualmente un effetto benefico sulla salute dell'ospite. Diversi studi hanno dimostrato che i ceppi probiotici, in particolare quelli delle specie Lactobacillus e Bifidobacterium, esercitano molteplici effetti benefici, tra cui il trattamento delle infezioni e della diarrea associata agli antibiotici, il miglioramento della tolleranza al glucosio e della resistenza all'insulina nel diabete di tipo II, nonché la remissione e il mantenimento delle malattie infiammatorie intestinali (IBD). Tuttavia, le prove disponibili che suggeriscono l'uso di probiotici per la gestione di queste malattie sono ancora deboli.

I prebiotici, invece, sono definiti come polisaccaridi non digeribili che promuovono la stimolazione selettiva della crescita di un numero limitato di specie di microbiota intestinale che conferiscono benefici alla salute dell'ospite. I prebiotici più studiati sono l'inulina e vari tipi di frutto-oligosaccaridi, ovvero zuccheri vegetali presenti naturalmente in frutta e verdura. Un recente studio clinico esplorando gli effetti benefici dei prebiotici sui soggetti con sindrome metabolica, hanno riportato una riduzione statisticamente significativa dei livelli di glucosio e insulina postprandiali. Tuttavia, i dati relativi al loro impatto sul peso corporeo, sulla perdita di grasso e sulla sazietà sono ancora controversi.

Di conseguenza, sebbene diversi studi abbiano riportato risultati incoraggianti per la loro somministrazione, non sono ancora emerse prove cliniche solide che ne raccomandino l'uso terapeutico per le malattie metaboliche e mancano ancora conoscenze sull'efficacia a lungo termine e sull'impatto clinico sulla composizione del microbiota intestinale.

Punti di forza

Le cellule umane sono dieci volte meno di quelle batteriche, di cui 70% si trovano nell'intestino.

Il microbiota intestinale è modellato da una combinazione di fattori estrinseci (ad esempio, lo stile di vita e l'uso di farmaci) e intrinseci (ad esempio, la genetica), dove la genetica è responsabile solo per una〜9% della sua composizione.

La dieta e l'esercizio fisico sono due dei pochissimi fattori ambientali che possono modificare in modo permanente la composizione di un microbioma adulto già consolidato.

Il microbiota intestinale è implicato in molte gravi malattie croniche, tra cui il diabete di tipo II, l'asma, l'autismo e la depressione.