I ricercatori dell’Università di Toronto e dei suoi ospedali partner stanno scoprendo che i cambiamenti nel microbioma intestinale dopo la chirurgia bariatrica possono migliorare direttamente il metabolismo, indipendentemente dall’assunzione di cibo, dalla perdita di peso e da altri fattori metabolici.
ti
I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Cell Reports Medicine.
Microbioma intestinale: qualche dettaglio sulla nuova ricerca
Lo studio è stato incentrato sui pazienti sottoposti a intervento chirurgico, suggerisce che le terapie basate sul microbioma come i probiotici e i trapianti di materia fecale hanno il potenziale per migliorare la salute metabolica.
Un giorno potrebbero anche ridurre la necessità di un intervento chirurgico per la perdita di peso.
“Sappiamo che il microbioma contribuisce ai miglioramenti metabolici dopo la chirurgia bariatrica , ma sappiamo molto poco su come”, ha affermato Johane Allard, medico-scienziato presso University Health Network e professore presso la Facoltà di Medicina Temerty della U of T. “Recentemente abbiamo dimostrato che senza altri cambiamenti, il microbioma alterato influenza tale risultato e identifichiamo potenziali meccanismi”.
La chirurgia bariatrica è una pietra angolare del trattamento dell’obesità grave. Modifica le dimensioni e la struttura del sistema digestivo, limitando la quantità che i pazienti possono mangiare e l’assorbimento dei nutrienti. Ma comporta anche rischi per la salute a breve e lungo termine e in Canada spesso costa al sistema sanitario più di 20.000 dollari per procedura.
L’intervento rilascia anche ormoni intestinali che migliorano la sensibilità all’insulina e riducono l’appetito, e altera la composizione e la funzione del microbioma intestinale , cambiamenti che hanno sorpreso e perplesso i medici, dato che il numero annuale di procedure in tutto il mondo ha superato il mezzo milione.
I ricercatori hanno cercato di capire come e quanto questi ulteriori cambiamenti biochimici contribuiscono ai miglioramenti metabolici e alla perdita di peso, con un occhio ai nuovi trattamenti. Ma gli studi sui cambiamenti legati al microbioma che potrebbero essere sfruttati come terapie ampiamente efficaci sono stati ostacolati dalle grandi differenze nel microbiota intestinale tra gli individui.
Il recente studio preclinico risolve questo problema attraverso trapianti di materia fecale accoppiati. Il team di Toronto ha trasferito la materia fecale da quattro persone ai topi, sia prima che dopo che i partecipanti umani avevano subito un intervento di chirurgia bariatrica. Il team ha nutrito entrambi i gruppi di topi con la stessa dieta occidentale ricca di grassi in una struttura priva di germi, quindi ha osservato gli effetti per diverse settimane.
I topi sottoposti al trapianto post-operatorio hanno mostrato un controllo della glicemia e una sensibilità all’insulina molto migliori rispetto a quelli sottoposti al trapianto pre-operatorio, suggerendo un ruolo importante del microbioma nel miglioramento del metabolismo, nonostante nessun cambiamento nel peso corporeo. I partecipanti allo studio sugli esseri umani sono diventati anche più sensibili all’insulina e hanno perso peso, come previsto.
Meno atteso, tuttavia, era un aumento della massa e del dispendio energetico nel grasso bruno tra i topi che avevano ricevuto il trapianto post-operatorio.
“Siamo rimasti molto sorpresi dai dati relativi al tessuto adiposo bruno “, ha affermato Dana Philpott, co-investigatrice principale dello studio e professoressa di immunologia presso Temerty Medicine. “Abbiamo pensato che se avessimo osservato il normale tessuto adiposo [grasso bianco] , avremmo potuto vedere una diminuzione del grasso o una capacità di metabolizzare meglio, ma la scoperta era molto specifica per il grasso bruno.”
Il calore è stato un primo indizio del fatto che qualcosa di interessante stava accadendo nel grasso bruno, che svolge un ruolo nella regolazione della temperatura corporea.
“Quando abbiamo messo per la prima volta i topi trapiantati post-operatori nelle gabbie metaboliche, abbiamo notato che generavano più calore”, ha detto Jitender Yadav, ricercatore post-dottorato nel laboratorio Philpott e co-primo autore dello studio. “Abbiamo anche notato in alcuni articoli della letteratura che la chirurgia bariatrica nei topi aumenta il tessuto adiposo bruno e il dispendio energetico, e nel nostro studio siamo stati in grado di vedere un effetto simile semplicemente trasferendo il microbioma post-operatorio.”
Inoltre, il team ha trovato marcatori biochimici e trascrizionali di ridotta infiammazione nel grasso bianco dei topi post-operatori, un altro segno di miglioramento della salute metabolica. Per cercare cambiamenti legati al microbiota che potessero spiegare tutti questi miglioramenti metabolici, i ricercatori hanno studiato e confrontato i metaboliti nei campioni di feci dei topi pre e post intervento chirurgico.
Hanno riscontrato aumenti dei metaboliti del triptofano, degli acidi grassi a catena corta e delle acilcarnitine e diminuzioni degli amminoacidi, dell’acido organico e dell’acido lattico, tutti correlati con un miglioramento della salute metabolica. Tali cambiamenti nei metaboliti erano coerenti nei topi post-operatori, nonostante le variazioni nei costituenti del loro microbioma dei quattro pazienti.
“La composizione batterica del microbiota non era significativa”, ha detto Yadav. “Ora pensiamo che le terapie basate sul microbioma che inducono il giusto mix di metaboliti, come prebiotici e probiotici, cambiamenti nella dieta e trapianti di materia fecale, potrebbero essere una terapia efficace per migliorare il metabolismo e perdere peso”.
Il ricercatore co-principale Herbert Gaisano, medico-scienziato presso il Toronto General Hospital Research Institute e professore nel dipartimento di medicina di Temerty Medicine, mira a studiare come funzionano questi metaboliti. Gaisano e il suo team, inclusi i co-primi autori dell’attuale studio Tao Liang e Tairan Qin, analizzeranno i metaboliti nei campioni di tessuto umano di grasso e fegato, ottenuti durante la chirurgia bariatrica.
Il laboratorio Philpott continua anche a studiare i metaboliti nella prole dei topi studiati e sperano di replicare i loro risultati con un numero maggiore di pazienti prima o poi.
Più in generale, Yadav ha affermato che lo studio dovrebbe aiutare a spostare il campo della ricerca sul microbioma lontano dall’attenzione di lunga data sui batteri. “Una conclusione è che la quantità e il tipo di batteri non sempre contano”, ha detto. “Sono i metaboliti che producono e che vengono assorbiti a valle, che possono influenzare la salute.”
Il trapianto di microbioma fecale (FMT) da un donatore magro non riduce il peso corporeo né migliora i risultati della chirurgia bariatrica tra gli adulti con obesità grave.
Perttu Lahtinen, MD, dell’ospedale centrale Päijät-Häme di Lahti, in Finlandia, e colleghi hanno esaminato se l’FMT da un donatore magro riduce il peso corporeo e migliora ulteriormente i risultati della chirurgia bariatrica in uno studio clinico randomizzato condotto dal 2018 al 2021 coinvolgendo adulti con gravi patologie . l’obesità è stata seguita per 18 mesi. Sono stati reclutati quarantuno pazienti: 21 e 20 hanno ricevuto rispettivamente FMT da un donatore magro e placebo autologo.
I ricercatori hanno scoperto che sei mesi dopo l’FMT, 34 e quattro pazienti sono stati sottoposti rispettivamente a bypass gastrico Roux-en-Y laparoscopico e gastrectomia a manica laparoscopica. A sei mesi, la percentuale di perdita di peso totale (TWL) era del 4,8 e del 4,6% rispettivamente nei gruppi FMT e placebo, senza alcuna differenza significativa osservata tra i gruppi. La percentuale di TWL è stata del 25,3 e del 25,2% rispettivamente nei gruppi FMT e placebo, a 18 mesi dal basale (12 mesi dall’intervento), senza differenze significative tra i gruppi.
“Il trapianto di microbioma fecale mediante gastroscopia nel duodeno non ha influenzato il peso corporeo dei partecipanti con obesità”, scrivono gli autori. “La chirurgia bariatrica sei mesi dopo la somministrazione di microbioma o placebo ha ridotto il peso in egual misura in entrambi i gruppi durante il follow-up di un anno.”
Un ulteriore studio condotto da ricercatori dell’Università di Copenhagen in Danimarca ha approfondito il microbioma dei pazienti affetti dalla patologia dell’anoressia nervosa (AN) e identifica l’interazione meccanicistica tra abitudini alimentari limitate e il modo in cui la risposta naturale del microbiota intestinale accentua negativamente la patologia .
Inoltre, il trapianto di microbiota fecale da casi di AN a topi esenti da germi sottoposti ad alimentazione a basso consumo energetico rispecchiava i comportamenti alimentari di AN.
Sulla stessa rivista è stato pubblicato un articolo News & Views per delineare le scoperte dei ricercatori.
L’anoressia è stata fortemente collegata a vari fattori sociali e ambientali e un microbioma intestinale alterato è stato osservato in individui con AN utilizzando il sequenziamento degli ampliconi in coorti relativamente piccole.
Nel presente studio, “Il microbiota intestinale contribuisce alla patogenesi dell’anoressia nervosa negli esseri umani e nei topi”, la metagenomica è stata eseguita su campioni fecali e la metabolomica è stata condotta con campioni di sangue provenienti da una coorte di 77 donne con AN e 70 donne in uno studio controllo sano.
Le donne con AN erano molto più magre e avevano concentrazioni sieriche di glucosio e insulina a digiuno più basse, maggiore sensibilità all’insulina e più bassa proteina C-reattiva nel siero. Sono stati identificati composti metaboliti sierici alterati, il che potrebbe indicare che i composti operano attraverso la circolazione sanguigna , influenzando la regolazione cerebrale dell’appetito, delle emozioni e del comportamento. Oppure i metaboliti potrebbero innescare percorsi di segnalazione neuronale intestino-microbioma-cervello.
Confrontando i campioni di feci , non è stata riscontrata alcuna differenza significativa nella conta complessiva delle cellule batteriche tra AN e il controllo sano. Mentre la conta cellulare e la diversità erano simili, c’erano marcate differenze nei taxa batterici arricchiti o impoveriti. Tra le specie impoverite nell’AN c’erano Roseburia intestinalis e Roseburia inulinivorans, specie che hanno un’elevata capacità di digerire i polisaccaridi vegetali e sono considerate parte di un microbioma intestinale sano.
I moduli funzionali batterici che creano composti metaboliti associati alla degradazione dei neurotrasmettitori sono stati arricchiti nell’AN e varie varianti strutturali nei batteri sono state collegate alle caratteristiche metaboliche dell’AN.
Anche il viroma intestinale era alterato nel gruppo AN, poiché i ricercatori hanno notato una riduzione delle interazioni virale-batteriche. Laddove i virus intestinali sani in genere riducono le popolazioni di determinati batteri, la diminuzione delle interazioni ha consentito la proliferazione di alcune specie batteriche.
Ai topi che seguivano una dieta ipocalorica sono stati sottoposti a trapianti fecali. Quelli che hanno ricevuto trapianti di AN inizialmente hanno perso ancora più peso e poi hanno impiegato più tempo per riacquistare peso rispetto ai topi trapiantati con microbioma del gruppo di controllo sano.
I topi con feci AN avevano una maggiore espressione di geni soppressori dell’appetito nella regione dell’ipotalamo del cervello e una maggiore espressione di geni correlati alla termogenesi nel tessuto adiposo coinvolto nella regolazione dell’energia.
In uno scenario non patologico, i metaboliti batterici che mediano alcuni degli effetti della fame potrebbero essere una buona strategia biologica, consentendo di concentrare l’energia sulla ricerca del pasto successivo. Nel caso dell’anoressia, la strategia di sopravvivenza è accidentalmente allineata con una patologia che sfrutta lo spazio mediato per favorire il comportamento patologico.
