Il ruolo della flora microbica intestinale nell`obesità umana: recenti

Il ruolo della flora microbica intestinale nell`obesità umana: recenti

Il ruolo della flora microbica intestinale nell'obesità umana: recenti acquisizioni e prospettive
future
A. Tagliabue
a,*
, M. Elli
b
Abstract
Introduzione
Flora microbica intestinale e salute
Potenziali influenze della flora microbica intestinale sull’accumulo di tessuto adiposo
Gut microbiota nell'obesità umana
Discussione
Conclusioni e prospettive future
Bibliografia
Autori
Abstract
Obiettivi: negli ultimi anni, la flora microbica intestinale ha acquisito un crescente interesse come un fattore
ambientale che può influenzare la predisposizione verso l’accumulo di tessuto adiposo. In questa
recensione, si descrivono e discutono la ricerca che si è concentrata sul coinvolgimento della flora
intestinale umana nell’obesità. Abbiamo anche riassunto le attuali conoscenze riguardanti gli effetti sulla
salute della composizione della flora intestinale intestinale, acquisibili con gli approcci metodologici più
recenti, e le potenziali influenze della flora intestinale sull’accumulo di tessuto adiposo, come rivelato da
studi sugli animali.
Sintesi dei dati: sono stati selezionati attraverso una ricerca computerizzata in letteratura solo studi
originali che sono stati pubblicati in inglese o in francese fino al dicembre 2011. Gli studi condotti finora
dimostrano che non ci sono differenze nella flora intestinale tra animali da esperimento obesi o
normopeso. Vi sono anche prove che una dieta ricca di grassi può indurre cambiamenti nella flora
intestinale in modelli animali indipendentemente dalla presenza di obesità. Nell’uomo, l’obesità è stata
associata ad una ridotta diversità batterica e una rappresentazione alterata delle specie batteriche, ma le
differenze non sono omogenee tra gli studi presi in considerazione.
Conclusioni: il dibattito rimane aperto circa il ruolo svolto dai cambiamenti della flora microbica intestinale
come causa ambientale di sovrappeso o obesità o se questi cambiamenti sono una conseguenza
dell'obesità, specificamente della dieta squilibrata che spesso accompagna il progressivo incremento
ponderale. In futuro, studi più grandi sul ruolo potenziale della flora microbica intestinale nell'obesità
umana deve essere condotti a livello di specie mediante tecniche di analisi standardizzate e prendendo in
considerazioni tutte le possibili variabili di confondimento.
Introduzione
I tassi di prevalenza dell’obesità sono in rapido aumento nella maggior parte del mondo e i problemi ad
essa associati stanno assumendo una sempre maggiore importanza nella sanità pubblica [1]. Negli ultimi
anni, la flora microbica intestinale (microbiota) ha ottenuto un crescente interesse come fattore ambientale
in grado di influenzare la predisposizione verso l’accumulo di tessuto adiposo e l’obesità. Questa ipotesi
proviene da studi di Gordon all’Università di Washington (St. Louis, MO, USA) che per primo ha descritto gli
effetti del trapianto di flora intestinale da topi obesi in topi “sterili” germ-free [2] e la differenza
significativa nelle composizioni della flora intestinale di topi geneticamente obesi (ob/ob) e topi magri [3]. I
meccanismi proposti per questi fenomeni si basano sull’ipotesi della "raccolta (harvest) di energia" (un
maggiore utilizzo di carboidrati indigeribili da parte degli enzimi microbici) o sull’impatto di metaboliti
microbici o segnali cellulari sui meccanismi dell’ospite che regolano l'assunzione di energia e/o di deposito
del grasso [4]. Parallelamente alle conclusioni di cui sopra nei roditori, è stato osservato un cambiamento
nella flora intestinale distale verso un maggiore rapporto Firmicutes-Bacteroidetes nei soggetti obesi, con
una diminuzione della quota-parte di Firmicutes nei soggetti obesi che hanno perso peso attraverso una
dieta ipocalorica [5].
Negli ultimi anni, esperimenti animali e studi umani hanno aggiunto risultati contrastanti a questo dibattito
interessante. In questa revisione, si descrive e discute la ricerca condotta fino al dicembre 2011 circa il
ruolo delle flora intestinale nell'obesità umana. Abbiamo anche riassunto le attuali conoscenze riguardanti
gli effetti sulla salute della composizione di flora intestinale, acquisite con approcci metodologici più
recenti, e il potenziale ruolo della flora intestinale sull’obesità e accumulo di tessuto adiposo, come
dimostrato da studi animali
Flora microbica intestinale e salute
L'estrazione di DNA direttamente da campioni di feci o campioni bioptici ha permesso significativi
miglioramenti nella comprensione della flora intestinale in quanto le moderne tecniche di microbiologia
possono fornire un profilo della popolazione microbica dell'intestino attraverso approcci qualitativi e/o
quantitativi. La denaturazione per gradiente su gel di elettroforesi (denaturing gradient gel electrophoresis DGGE) e lo studio del polimorfismo da lunghezza dei frammenti di restrizione (restriction fragment-length
polymorphisms - RFLP) possono essere utilizzato per identificare i gruppi più abbondanti della flora
batterica intestinale, fornendo un quadro generale della flora intestinale, mentre l’ibridazione in situ
fluorescente (FISH) e la real-time PCR (RT-PCR) vengono utilizzate per caratterizzare specifici phyla, generi
o specie batteriche. Qualche anno fa, sono state introdotte tecniche di sequenziamento all'avanguardia che
sono primariamente basate su pirosequenziamento. Il termine "metagenoma" è stato coniato per
descrivere i genomi misti di intere comunità batteriche in un dato ambiente, e "metagenomica" si riferisce
alla combinazione di metodi di microbiologia molecolare cultura-indipendente e approcci di
sequenziamento innovativi per lo studio dei metagenomi.
La flora microbica intestinale ospita non solo i procarioti (principalmente batteri e di archeobatteri) come la
comunità dominante, ma anche eucarioti [6]. Attualmente, un massimo di 10 phyla batteriche sono state
rilevate nella flora microbica intestinale umana (Fig. 1). Frank et al [7] e Peterson et al. [8] hanno osservato
un aumento della complessità della comunità batterica nelle feci umane, lungo la scala tassonomica
scendendo dai phyla fino ai generi. Questi ricercatori hanno stimato che almeno 1800 generi e da 15000 a
36000 specie di batteri risiedono nelle feci umane.
I membri dei Bacteroidetes e divisioni Firmicutes dominano il microbiota umano, che rappresenta il 92,6%
di tutte le sequenze di rRNA 16S recuperate dai campioni fecali di soggetti sani [5]. Esattamente la stessa
incidenza è stata riportata da Eckburg et al. [9] e Tap et al. [10], che hanno discriminato tra Bacteroidetes
(16,5% e 16,9%, rispettivamente) e Firmicutes (76,2% e 79,4%, rispettivamente).
In questi studi, altri phyla batterici rendono conto di piccole percentuali delle sequenze di rRNA 16S di feci
umane, come 0,1-0,0% (Gammaproteobacteria) o circa lo 0,1% (le restanti divisioni). Tra gli Archaea, solo
Methanobrevibacter smithii è risultato essere presente nel tratto gastrointestinale.
Va notato, tuttavia, che certi taxa batterici ad alto contenuto di GC (ad esempio, Fusobacteria,
Proteobacteria, e Actinobacteria) possono essere sottovalutato da diversi gradi di grandezza a causa della
bassa affinità dei primer universali eubatterici [11-14]. Per questo motivo, studi di metagenomica
potrebbero aver sottovalutato la presenza di bifidobatteri, specialmente quando primer universali contro
V2 sono stati utilizzati. Per ovviare a questo problema, nuove strategie metodologiche sono state
recentemente sviluppate, compresa la progettazione di primer 16S rRNA per specifici taxa, l'introduzione di
primer degenerati, o l'identificazione di geni bersaglio per la speciazione batterica [12].
Nonostante le notevoli differenze della diversità delle specie trovate singolarmente (vedi sotto), Tap et al.
[10] hanno ipotizzato che la presenza di un nucleo di microbiota composto da membri dei generi di
Faecalibacterium, Ruminococcus, Eubacterium e Dorea (Firmicutes phylum); Bacteroides e Alistipes
Bacteroidetes (phylum);e Bifidobacterium (phylum Actinobacteria).
La diversità delle specie batteriche nell'intestino deriva in gran parte dal tempo di transito intestinale e
dalla disponibilità di diversi substrati di carbonio e di fonti di energia. La grande maggioranza dei batteri
hanno un metabolismo prevalentemente saccarolitico; pertanto, la disponibilità di carboidrati è il fattore
nutrizionale più importante nella regolazione della composizione e dell’attività metabolica del microbiota
[15].
La maggior parte (95%) delle sequenze dei Firmicutes esaminate nello studio di Eckburg et al. [9] erano
membri della classe dei Clostridi, che contiene un numero sostanziale di batteri che producono butirrato
che compongono il cluster clostridiale IV, XIVa e XVI. Roseburia e Eubacterium rectale sono coinvolti in
modo determinante nella sintesi di butirrato, che è essenziale per il mantenimento e la protezione del
normale epitelio del colon, mentre un altro produttore di butirrato, Faecalibacterium prausnitzii, è solo
debolmente correlato con le concentrazioni fecali di butirrato [16]. È stato segnalato che i Bifidobacterium
sono in grado di produrre lattato e acetato [17], mentre R. bromii produce acetato, etanolo e idrogeno.
FIG 1
Rappresentazione schematica gerarchica delle categorie
sistematiche della flora microbica intestinale
Potenziali influenze della flora
microbica intestinale sull’accumulo
di tessuto adiposo
Diverse ipotesi sono state introdotte
circa le potenziali influenze della
flora intestinale sulle interazioni tra
dieta,
adiposità
e
malattie
metaboliche. Sfortunatamente, la
maggior parte dei meccanismi
postulati sono basati su modelli
animali, con poche dimostrazioni
sull’uomo. La prima teoria è l’ipotesi
della "raccolta di energia", che ha
origine dalla capacità del corpo di
estrarre
energia
dai
residui
indigeribili, come l'amido resistente
e le fibre alimentari, che non sono
completamente idrolizzati dagli
enzimi nel piccolo intestino [18]. I
principali prodotti di fermentazione
del catabolismo delle fibre sono gli
acidi grassi a catena corta (shortchain fatty acids - SCFA) acetato,
propionato, e butirrato, che sono
assorbiti attraverso la mucosa del
colon [15] e possono essere utilizzati
per la sintesi de novo dei lipidi o del
glucosio. Le SCFA batteriche sono in
grado di fornire così un’ulteriore
fonte di energia che è stimata essere pari al 10% del consumo calorico giornaliero [19]. Schwiertz et al. [20]
hanno analizzato le concentrazioni fecali SCFA di soggetti magri e obesi ed ha riportato un livello del 20%
più elevato di SCFA in quelli obesi, con aumento più consistente da parte del propionato (+41%), seguita dal
butirrato (+29%). Inoltre, Zhang et al. [21] hanno ipotizzato che la coesistenza di batteri idrogenoproduttori con un numero relativamente elevato di Archaea metanogenica che utilizza idrogeno nel tratto
gastrointestinale di individui obesi potrebbe portare ad un trasferimento di idrogeno interspecie tra specie
batterica e archaeale, aumentando l'assorbimento di energia da parte dell'intestino crasso nelle persone
obese. Va notato, tuttavia, che l’ipotesi della "raccolta di energia" è in contrasto con i dati epidemiologici
che suggeriscono un effetto protettivo dell’alta assunzione di fibre alimentari (la principale fonte di SCFA)
verso lo sviluppo dell'obesità. Tale evidenza supporta le raccomandazioni dell'Organizzazione mondiale
della sanità [22] e del World Cancer Research Foundation [23] per la perdita di peso e il mantenimento di
un corpo sano attraverso un aumento del consumo di fibre alimentari. In particolare, un piccolo aumento
dell’estrazione di energia può essere controbilanciato da una minore densità energetica, che può essere
causa sia di un’aumentata assunzione di verdure nella dieta abituale che di altri effetti degli SCFA (ad
esempio, le proprietà di aumentare il senso di sazietà). Pertanto, le prove in merito a tale ipotesi sono
lontane dall'essere conclusive nell'uomo, e altri meccanismi di raccolta di energia sono stati studiati.
Backhed et al. [4] ha suggerito che la flora intestinale e i loro prodotti (ad esempio, lipopolisaccaridi [LPS] e
SCFA) disciplinano regolano l’espressione genica dell’ospite. Gli autori hanno postulato che il fenotipo
costantemente magro di topi sterili “germ-free” (GF) supplementati con una dieta ricca di grassi è associato
ad aumento dei livelli di fosforilazione della proteina chinasi adenosina monofosfato (AMP)-attivata (AMPK)
nel muscolo scheletrico e nel fegato.
Inoltre, topi GF knockout per il fattore adiposo digiuno indotto (fasting-induced adipose factor - Fiaf), la cui
espressione è normalmente selettivamente soppressa a livello dell'epitelio intestinale dal microbiota, non
sono protetti da all'obesità indotta dalla dieta. Gli animali GF Fiaf -/- hanno riduzione dell’espressione dei
geni che codificano per la PGC-1 (peroxisomal proliferator-activated receptor coactivator-1) e per enzimi
coinvolti nell’ossidazione degli acidi grassi. Considerando entrambi i meccanismi, (i) elevati livelli di Fiaf, che
induce PGC-1, e (ii) un’aumentata attività di AMPK, gli autori introducono il concetto che la flora microbica
intestinale può influenzare entrambi i lati dell’equazione del bilancio energetico.
SCFA sono ligandi per almeno due recettori accoppiati alla proteina G (una famiglia di recettori
transmembrana), GPR41 e GPR43, che sono ampiamente espressi in diversi tessuti, compreso piccolo
intestino, colon, tessuto adiposo e cellule del sistema immunitario. SCFA, che sono ligandi per GPR41, sono
in grado di stimolare, in vitro, l'espressione della leptina negli adipociti di topo; l’acetato e il propionato
stimolano, invece, l’adipogenesi tramite GPR43 nel tessuto adiposo nel topo [15]. Oltre alla raccolta e allo
stoccaggio di energia, le proprietà pro-infiammatoria e anti-infiammatoria attribuite a ceppi specifici di
flora intestinale possono anche essere associate con lo sviluppo dell'obesità [24]. I batteri potrebbero
attivare l'infiammazione attraverso l'attività di LPS, una componente essenziale delle pareti cellulari di
batteri Gram-negativi (come i Bacteroidetes), che a sua volta attiva i recettori toll-like espressi da alcune
cellule del sistema immunitario intestinale [25]. La relazione tra una dieta ricca di grassi e l’aumento dei
livelli circolanti di LPS è stata dimostrata nei topi [25] e negli esseri umani [26]. Uno studio sui ratti ha
riportato che gli animali con una propensione all'obesità mostrano un’alterazione della flora intestinale e
un’incrementata attivazione di TLR4 [27]. Inoltre, un recente studio su topi carenti in TLR5, suggerisce che il
malfunzionamento del sistema immunitario può promuovere lo sviluppo della sindrome metabolica
coinvolgendo direttamente il microbiota intestinale. Vijay-Kumar et al. [28] hanno riportato che topi TLR5 /- sviluppano obesità insieme con le caratteristiche della sindrome metabolica, come intolleranza al
glucosio, steatosi epatica, insulino-resistenza e iperplasia delle isole. Infine, Muccioli et al. [29] hanno
ipotizzato un legame tra microbiota e il tono del sistema endocannabinoide, che controlla la permeabilità
intestinale e l’adipogenesi.
Gut microbiota nell'obesità umana
Strategia di ricerca e selezione di studi
Abbiamo selezionato lavori scientifici originali che sono stati pubblicati in inglese o in francese fino al
dicembre
2011
attraverso
una
ricerca
bibliografica
computerizzata
(PubMed,
www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/; Scopus, www.scopus.com). La ricerca computerizzata è stata condotta
impiegando diverse combinazioni delle parole-chiave in materia di flora intestinale microbica (microbiota o
microbioma o flora o microflora) e l'obesità o la sindrome metabolica. Gli studi sono stati inclusi solo in
caso di rispondenza ai seguenti criteri: i soggetti in sovrappeso o obesi che erano adulti o adolescenti e
metodiche di ricerca molecolare o in vitro per studiare i profili del microbiota fecale in una popolazione di
obesi e dopo il trattamento di calo ponderale. In questo modo, sono stati selezionati 17 studi. Di questi, 7
sono stati studi trasversali confrontando il microbiota fecale dii soggetti obesi e normopeso, e 8 studi
prospettici circa le modificazioni nel microbiota fecale dopo la perdita di peso ottenuta con diete
ipocaloriche o chirurgia bariatrica (3 includevano un confronto basale del microbiota fecale nei soggetti
obesi e nei controlli magri). Gli ultimi 2 studi hanno monitorato i cambiamenti nella flora microbica
intestinale durante la gravidanza e dopo diete ad alto contenuto calorico e sono stati inclusi in quanto
riportavano un confronto di tra soggetti normopeso ed obesi.
Gli studi sui profili del microbiota in soggetti obesi
La dinamica di phyla batterici, generi e specie nel microbiota fecale di individui obesi e in sovrappeso
confrontati con quelli dei soggetti normopeso, come riportato negli studi trasversali e nelle valutazioni
basali studi prospettici, sono illustrati nella Tabella 1. La maggior parte dei dati ha evidenziato modifiche
livello di phylum, ma numerosi studi hanno anche identificato il potenziale impatto di uno o più specifici
generi e/o specie che possono svolgere un ruolo importante nel metabolismo dell’ospite.
La flora intestinale alterato simile a quanto riportato in topi obesi (una percentuale maggiore di Firmicutes
e relativamente meno Bacteroidetes) è stata inizialmente riportata da Ley et al. [5] in 12 soggetti obesi
rispetto ai 2 controlli magri.
Armougom et al. [30] ha confermato una riduzione dei Bacteroidetes insieme ad un aumento selettivo dei
Lactobacillus appartenenti al phylum Firmicutes. Turnbaugh et al. [31] e Furet et al. [32] hanno descritto
una diverso modello, che consisteva in una rappresentazione ridotta dei Bacteroidetes
(Bacteroides/Prevotella) nei soggetti obesi senza differenze di Firmicutes. Collado et al. [33] hanno
riportato aumenti di specie appartenenti sia a Firmicutes (Staphylococcus aureus) che a Bacteroidetes
(Bacteroides/Prevotella) nelle donne in sovrappeso. Quattro studi hanno riportato riduzioni dei Firmicutes
(Clostridium spp., Lactobacillus spp. o la famiglia dei Lachnospiraceae), in concomitanza con un aumento
[21], una diminuzione [34] o con nessun cambiamento dei Bacteroidetes a livello di phylum o famiglia
[20,35]. Million di et al. [35] hanno descritto una composizione modificata di Firmicutes costituiti da un
aumento di Lactobacillus reuteri e una concomitante riduzione di L. paracasei e L. plantarum. Infine,
nessuna differenza tra Firmicutes e Bacteroidetes a livello di phylum sono stati riportati in altre tre relazioni
indipendenti [36-38]. Altri studi hanno evidenziato riduzioni o incrementi delle Actinobacteria
(principalmente Bifidobacterium spp.) o Archaea (M. smithii) nei soggetti obesi [20,21,30,31,35].
TAB 1
Autore
Dinamica dei phila, generi e specie batteriche della microflora batterica intestinale di soggetti obesi
confrontati con soggetti normopeso
Soggetti (obesi/
normopeso)
Metodo
Fimicutes
Bacteroidetes
Proteobacteria
Actinobacteria
Archaea
Ley [5]
12/2
Sequenza 16 S
↑
↓
ND
ND
ND
Collado [33]
18/36
PCR; FCM/FISH
↑
St. Aureus
↑
Bact/Prevotella
= Bifidobacterium
spp
ND
ND
Duncan [36]
33/14
FISH
=
=Bacteroides spp
= Bifidobacterium
spp
ND
ND
Armougom [30]
20/20
PCR
↑
Lactobacillus spp
↓
ND
ND
↑
M. Smithii
Mai [37]
14/14
FISH; PCR
= Clostridial cluster
XIVa
=
ND
ND
ND
Turnbaugh [31]
54 coppie
gemelli
Sequenza 16 S
=
↓
↑
=
ND
Zhang [21]
3/3
Pyro 16 S PCR
↓ Lachnospiraceae
↑
Erysipelotrichaceae
= Clostridum leptum
↑
Prevotellaceae
↑
Coriobacteriaceae
↑
Alcaligenac
eae
↑
M. Smithii
↓
Bact/Prevotella
Furet [32]
30/13
PCR
= Clostridium
Leptum
=
ND
ND
ND
Schwiertz [20]
33/30 + 15
sovrappeso
PCR
↓ Cl.leptum
=
↓ Bifidobacterium
ND
↓M.
Smithii
Million [35]
68/47
PCR, conta cellulare
↑ L. reuteri
↓ L.paracasei; L.
plantarum
=
↓ Bifidobacterium
ND
↓ M.
Smithii
Jumpertz [38]
9/12
Pyro 16 S
=
=
=
ND
ND
Zuo [34]
52/52
Conta cellulare
ND
ND
ND
↓ Clostridium
perfringens
Le frecce ↓ e ↑ indicano, rispettivamente, maggiore o minore presenza di un certo gruppo batterico nei soggetti obesi confrontati con quelli magri. = indica assenza di
differenza significativa. ND, non disponibili. Soggetti obesi per BMI ≥ 30 kg/m2; normopeso con BMI compreso tra 18,5 e 29,9 kg/m2. FCM, citometria a flusso; FISH, ibridazione
fluorescente in situ; PCR, reazione a catena della polimerasi. Pyro, pirosequenziamento
TAB 2
Autore
Dinamica dei phila, generi e specie batteriche della microflora batterica intestinale di soggetti obesi e in
sovrappeso dopo calo ponderale ottenuto con restrizione calorica
Soggetti (obesi/
normopeso) + tipologia
e durata della dieta
Metodo
Ley [5]
12/2
Dieta
ipocalorica/ipoglucidic
a/ipolipidica
1 anno
Sequenza 16 S
Duncan [16]
19 obesi
Ipocalorico/ipoglucidi
co
4 settimane
Duncan [36]
Fimicutes
Bacteroidetes
Proteobacteria
Actinobacteria
Archaea
↓
↑
ND
ND
ND
FISH
= Clostridial cluster XIVa
↓ Roseburia/Eubacterium
= CytophagaFlavobacterium
Bacteroides
↓ Bifidobacterium
spp
ND
ND
33/14
Ipocalorico/ipoglucidi
co
8 settimane
FISH
= Clostridium coccoides
cluster
↓ Roseburia/Eubacterium
= Bacteroides
spp
↓ Bifidobacterium
spp
ND
ND
Nadal [40]
39 sovrap/ob
Adolescenti
Ipocalorica
10 settimane
FISH
↓ Clostridium hystoliticum
/rectale/C. Coccoides
↑
Bacteroides/Pre
votella
ND
ND
ND
Santacruz [42]
39 sovrap/ob
Adolescenti
Ipocalorica
10 settimane
PCR
↓ Clostridium coccoides
↑ Lactobacillus spp
↑ Bacteroides
fragilis
↓ B. longum/B.
adolescentis
ND
ND
Russel [41]
17 obesi
Ipocalorica/ipoglucidic
a/iperproteica
4 settimane
FISH
↓ Roseburia/E. rectale
↓ Bacteroides
ND
ND
ND
Walker [39]
14 sovrappeso
Ipocalorica/ipoglucidic
a
10 settimane
16s Rrna
PCR
↓ E. rectale
=
↓ C. aerofaciens
=
ND
Le frecce ↓ e ↑ indicano, rispettivamente, maggiore o minore presenza di un certo gruppo batterico nei soggetti obesi confrontati con quelli magri. = indica assenza di
differenza significativa. ND, non disponibili. Soggetti obesi per BMI ≥ 30 kg/m2; normopeso con BMI compreso tra 18,5 e 29,9 kg/m2. FCM, citometria a flusso; FISH, ibridazione
fluorescente in situ; PCR, reazione a catena della polimerasi. Pyro, pirosequenziamento
Gli studi sull'impatto delle modifiche ponderali sulla flora microbica intestinale nell'obesità
È stato ipotizzato che la riduzione del peso negli esseri umani possa avere un impatto sul microbiota
intestinale indipendentemente dalla causa della perdita di peso. L'impatto di una dieta ipocalorica sulla
flora microbica intestinale di soggetti obesi e in sovrappeso dimostrato negli studi prospettici inclusi nella
revisione è sintetizzato nella Tabella 2. Tutti gli studi hanno dimostrato una riduzione dei Firmicutes nei
soggetti obesi dopo un periodo variabile, da 4 settimane a 1 anno, di dieta ipocalorica. Le specie più
comunemente ridotte erano E. rectale e Roseburia intestinalis, che appartengono alla classe dei Clostridia
[16,36,39 E41]. Due studi hanno documentato aumenti dei generi Lactobacillus [42] o Oscillobacter [39] con
concomitante riduzinoe dei clostridi. Tre studi su sette non hanno trovato differenze di Bacteroidetes dopo
la perdita di peso [16,35,39], tre hanno evidenziato incrementi a livello di phylum o specie [5,40,42], e uno
ha trovato una riduzione a livello di phylum. Quattro su sette studi hanno incluso l’Actinobacteria nelle loro
analisi: tre hanno riscontrato una riduzione [16,39,42], e uno [40] non ha riscontrato differenze a seguito di
una dieta ipocalorica. Proteobacteria e Archaea sono stati studiati in una minoranza di studi (tre e uno su
sette, rispettivamente), e nessuno ha trovato le differenze prima e dopo intervento dietetico.
La Chirurgia bariatrica è un approccio efficace per il trattamento dell’obesità patologica e può determinare
marcate modifiche metaboliche, compreso un miglior compenso nei pazienti diabetici di tipo 2 [43].
Due studi hanno indagato l'influenza del bypass gastrico sul modello Roux-en-Y sulla flora microbica
intestinale. In uno studio trasversale, Zhang et al. [21] hanno dimostrato un grande aumento dei membri
dei Gammaproteobacteria (96.2% erano della famiglia degli Enterobacteriaceae), una riduzione
proporzionale dei Firmicutes e una riduzione dei batteri metanogeni in tre soggetti sottoposti a RYGS,
rispetto ai controlli. L’aumento dei Proteobacteria è stata successivamente confermata [32].
Discussione
La possibilità di prevenire o trattare l'obesità modificando la comunità microbica intestinale ha stimolato un
numero crescente di lavori scientifici pubblicati negli ultimi cinque anni. Tuttavia, i risultati degli studi
condotti non hanno tuttora prodotto uno specifico profilo di flora intestinale in soggetti obesi. Alcuni studi
hanno riportato una possibile relazione tra alcune specie di microbi intestinali e obesità [30,35]; questi
risultati, però, richiedono ulteriore conferma e devono essere interpretati con cautela. La natura non
definitiva dei dati dipende dall’incertezza e dalla scarsa affidabilità circa gli studi attualmente disponibili
(Tabella 3), compreso l'uso di diverse metodologie analitiche e/o la presenza di variabili confondenti
diverse dal peso e dall’indice di massa corporea, come la dieta e l’età. Inoltre, il confronto di diversi studi
richiede una certa standardizzazione degli approcci, come recentemente suggerito da Ley [44].
Wu et al. [45] hanno studiato l'associazione tra variabili alimentari e flora microbica intestinale in 98
individui dimostrando una forte correlazione tra dieta a lungo termine e enterotipi microbici. I Bacteroides
era altamente associati al consumo di proteine animali e grassi saturi, suggerendo che il consumo di carne,
come la dieta occidentale, caratterizza questo enterotipo. In contrasto, Prevotella è stato associato con
valori elevati di carboidrati e zuccheri semplici, indicando un'associazione con una dieta a base di
carboidrati, che è più tipica delle società agricole. Questi dati sono sovrapponibili ad uno studio recente che
ha confrontato i bambini europei che mangiano una tipica dieta occidentale ricca di proteine animali e
grassi con i bambini in Burkina Faso che hanno un’alimentazione ad alto contenuto di carboidrati e scarse
proteine animali [46]. Il microbioma europeo è dominato da taxa tipici degli enterotipi Bacteroides, mentre
quello africano è caratterizzato dall’enterotipo Prevotella.
Tuttavia, una dieta ricca di grassi ha determinato una riduzione dei Bacteroidetes e un aumentato dei
Firmicutes e Proteobacteria, indipendentemente dall’obesità genetica nei topi wild-type, dimostrando che
l'alta percentuale di grassi dieta per se e non l’obesità è primariamente responsabile dei cambiamenti
osservati nelle popolazioni microbiche intestinali [47]. Data l'influenza della dieta, in particolare del suo
contenuto di carboidrati, le alterazioni significative della composizione della flora intestinale indotte dalle
diete ipocaloriche volte al calo ponderale nei soggetti obesi non sono sorprendenti.
Duncan et al. [16] hanno dimostrato una riduzione significativa nel cluster clostridiale XIVa, tra cui R.
intestinalis, E. rectale (due specie appartenenti al phylum Firmicutes) e Actinobacteria, negli individui obesi
sotto regime alimentare a basso contenuto calorico e carboidratico. Numerosi altri studi hanno confermato
ed esteso questa osservazione [36,39-41]. La rilevanza di questi risultati è dovuta a queste specie batteriche
essendo i principali produttori di butirrato, che ha un ruolo positivo nell’omeostasi intestinale ed è stato
associato con la prevenzione del cancro. La riduzione marcata delle concentrazioni di butirrato nei campioni
fecali di soggetti in dieta ipocarboidratica in concomitanza con una riduzione di batteri Roseburia/E. rectale
è stato dimostrato da Russell et al. [41].
TAB 3
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Limiti degli studi attualmente disponibili e future prospettive
LIMITI
Dipendenti dallo popolazione studiata
Campione esiguo
Popolazioni etnicamente omogenee (per esempio, Cinese [39]; Afro-americana [42])
Popolazioni altamente selezionate (per esempio, donne gravide [38], adolescenti [44,46], pazienti nel post-operatorio
[26,37])
Relativi alla durata dell’intervento
Durata compresa tra 4 [21,45] a 10 settimane [15,44,46]
Solo uno studio di durata pari a 1 anno [39] aveva un campione esiguo (10 pazienti obesi e 2 controlli)
Relativi alla metodologia
Uso di differenti metodi (PCR, FISH, 16S rRNA) per la caratterizzazione della flora microbica intestinale non consente il
giusto confronto dei risultati
La maggior parte degli studi usano un singolo metodo analitico che può non essere affidabile per ogni specifica classe
batterica studiata (per esempio, bifidobatteri potrebbero essere sottostimati dalla tecnica del sequenziamento parziale
o totale) [5,36,43]
Classificazione sommaria e approfondimento tassonomico scarso [5,15,36,41,43]
Altri aspetti
Natura preliminare degli studi [35,40]
Mancanza di informazioni sulla composizione dei macronutrienti della dieta (con riferimento specifico ai carboidrati
digeribili)
Mancanza di informazioni sull’aderenza al protocollo [44,46] che può essere un fattore confondente
Future prospettive
Campione più ampio
Trial di intervento più duraturo
Uso di approcci analitici standardizzati e/o combinazioni di diverse tecniche
Controllo rigoroso della composizione dei macronutrienti della dieta
Aggiustamento per fattori potenzialmente confondenti (per esempio, età, sesso, attività fisica, background genetico,
funzione immunitaria)
Identificazione e caratterizzazione di prodotti metabolici (per esempio, SCFAs) e/o marcatori biologici (per esempio,
peptidi intestinali o endotossine batteriche) che potrebbero mediare l’associazione tra microflora intestinale e peso
corporeo
Conclusioni e prospettive future
Fattori quali l'età, la genetica, lo stile di vita e la dieta sono in grado di influenzare le composizioni della
flora microbica intestinale si soggetti sani e non. Tra questi fattori, i cambiamenti dietetici rappresentano
sia i più semplici mezzi di prevenzione e/o intervento terapeutico [45] che la strategia terapeutica per
affrontare l'obesità, uno dei più pressanti problemi di salute pubblica, con un forte impatto sociale. Le
indagini circa l'impatto della dieta sull’incremento e sul calo ponderale, hanno portato a considerare la flora
microbica intestinale come un possibile target degli interventi dietetici. Gli studi finora condotti dimostrano
che si sono differenze nella flora intestinale tra animali da esperimento obesi e di peso normale. Ci sono
evidenze che una dieta ricca di grassi può indurre cambiamenti nel microbiota intestinale. Almeno in
modelli animali, queste modificazioni (dismicrobismo) possono produrre effetti deleteri sull’infiammazione
intestinale e sulla funzione di barriera intestinale, con la conseguente diffusione ematica di tossine
batteriche con funzioni metaboliche, in tal modo determinando effetti diretti ed indiretti sul funzionamento
dei neuroni, compresi i neuroni afferenti vagali [48].
Negli esseri umani, l'obesità è stata associata ad una ridotta diversità batterica e una rappresentazione
alterata delle specie batteriche [31], ma le differenze identificate non sono omogenee tra gli studi.
Pertanto, la questione circa i potenziali cambiamenti della flora microbica intestinale come una delle cause
ambientali del sovrappeso e dell’obesità o se queste sono una conseguenza dell’obesità, in particolare della
dieta squilibrata che spesso accompagna l’incremento ponderale, resta tuttora aperta. Nel futuro, studi più
ampi sul ruolo potenziale del microbiota intestinale sull'obesità umana dovrebbero essere condotti a livello
di specie utilizzando tecniche analitiche standardizzate e prendendo in considerazione tutte le possibili
variabili confondenti (ad esempio età, sesso, etnia, dieta e fattori genetici) (Tabella 3). Se un enterotipo
viene infine dimostrato essere causalmente legato allo sviluppo di qualche malattia, allora gli interventi
alimentari a lungo termine possono consentire la modulazione degli enterotipi individuali per migliorare la
loro salute.
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Autori
A. Tagliabue a,*, M. Elli b
a
Centro di ricerca di nutrizione umana e disturbi dell’alimentazione, Dipartimento di Sanità Pubblica,
Medicina sperimentale di neuroscienze e legale, Università di Pavia, Via A. Bassi 21, I-27100, Pavia, Italia
b
AAT-Advanced Analytical Technologies Srl, Via Martiri della Resistenza-Galleria S. Giuseppe, 1, 29122,
Piacenza, Italia
*
Autore di riferimento: Tel.: +39 0382 987868; fax: +39 0382 987869
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