Il microbiota intestinale nell`obesità e nella NAFLD Le malattie

Società Italiana di Medicina Veterinaria
Preventiva
Le malattie alimentari e la
corretta alimentazione
Perugia, 6 Dicembre 2013
Il microbiota intestinale
nell'obesità e nella NAFLD
Dr.ssa Anna L. Rinaldi
Biologa Nutrizionista
Specialista in Scienza dell’Alimentazione
Malattie legate all’alimentazione
• Inquinamento
• Cattiva conservazione
• Contaminazione microbiologica
• Errori quali-quantitativi
=> Malattie legate all’alimentazione
Malattie legate all’alimentazione
Come è facile immaginare, la malnutrizione
per difetto è diffusa soprattutto nei PVS
(Africa, Sud America, Asia)
Malattie legate all’alimentazione
E quelle da sovralimentazione, soprattutto,
ma non esclusivamente, nei paesi occidentali
Malattie legate all’alimentazione
Obesità =>
• Malattie cardiovascolari (ipertensione,
infarto, ictus, etc)
• Malattie metaboliche (diabete, gotta,
steatoepatiti, etc)
• Malattie pneumologiche (apnee notturne,
etc)
• Tumori (seno, prostata, colon retto, etc..)
Malattie legate all’alimentazione:
malnutrizione per difetto
Malattie legate all’alimentazione:
malnutrizione per eccesso
• Prevenzione : WHO, EFSA, SINU =>
Linee guida, LARN
• Patologie conclamate: Farmaci specifici
(antipertensivi, allopurinolo, metformina,
statine, etc..)
Malattie legate all’alimentazione:
interventi non farmacologici
Interventi precoci: Alimentazione corretta, uso di
probiotici
Microbiota intestinale
Definizione: insieme delle specie
microbiche (40000 + 1200 virioni =
1014 cellule) che abitano il
gastroenterico.
• Contribuiscono alla digestione dei
nutrienti
• Producono vitamine
• Modulano l’immunità
Microbiota intestinale:
distribuzione temporale
Microbiota intestinale:
distribuzione nei vari tratti del GI
Microbiota intestinale
Come già visto alla composizione e
distribuzione dei ceppi del microbiota
intestinale concorrono vari fattori tra cui:
 Età
 Stato di salute/malattia
 pH ambientale (nel lume intestinale)
 alimentazione
 probiotici
Probiotici: definizione
Si definiscono probiotici (FAO/WHO)
«microrganismi vivi e vitali che se
somministrati
in
adeguate
quantità
conferiscono effetti benefici alla salute
dell’ospite».
Azione ceppo specifica
Microbiota in Sovrappeso e Obesità
Esiste un nesso (concausale) tra:
• Microbiota e sovrappeso
• Microbiota e infiammazione subclinica
• Microbiota e insulino resistenza
Microbiota in Sovrappeso e Obesità
Alcune osservazioni (su topi e su umani):
(Baeckhed, 2004)
• Topi germ-free infettati con microbiota di
topi obesi ↑FM del 60% e in 2 settimane
sviluppavano IR e IGT, anche ↓ cibo
Microbiota in Sovrappeso e Obesità
• Microbiota ↓ espress. di Fiaf (Fasting
Induced Adipocyte Factor) che è un
soppressore di LPL => ↑ TG in WAT
• In topi germ-free ↑ attività AMPK (Kinasi
AMP dipendente) => ↑ oxidaz FFA
Microbiota in Sovrappeso e Obesità
«Il mondo si divide in due
categorie: quelli che dividono il
mondo in due categorie, e quelli
che non lo fanno»
Microbiota in Sovrappeso e Obesità
In GI distale 2 phyla più diffusi:
Bacteroidetes e Firmicutes. In OB,
prevalentemente
(NON
sempre),
>>
Firmicutes (Ley et al, 2005).
Firmicutes = Gram Positivi (monoderm)
Bacteroides = Gram Negativi (diderm)
Ma alcuni Firmicutes (Gupta, 2011) hanno
struttura diderm => LPS
Microbiota in Sovrappeso e Obesità:
Gram positivi e Gram negativi
Microbiota in Sovrappeso e Obesità:
LPS e TLR
• LPS evoca risposta TLR4
(Medzhidov, 2009)
• TLR = recettori che riconoscono
PAMPs (Pathogen Associated
Molecular Patterns)
• LPS ↑ citochine infiammatorie
Microbiota in OB: LPS
• In OB >> LPS
• LPS => downregola espr. genica prot di
Tight Junction (ZO-1, Occludina) => ↑
permeabilità intestinale (Brun, 2007)
• LPS passa per via transcellulare
• LPS trasportato da chilomicroni (Ghoshal,
2009) =>↓ chilomicroni ↓ LPS circolante
Microbiota in OB: LPS e FFA
• LPS reagisce con FFA, spec. SFA
• ↑ SFA correlato a ↑ infiammazione
(Milanski, 2009)
• SFA non attiva direttamente TLR
• Ma esiste Fet A, carrier di SFA, e ligando
di TLR4
Microbiota in OB: LPS e FetA
Fetuina A (FetA) = proteina prod da fegato in
stress ER (reticolo endoplasmatico)
• Overespressa in OB e in TG alti
• Protezione da ER (es. con fenilbutirrato) o
topi ko per FetA => ↓ FetA => miglioram.
Iperglicemia
Microbiota in OB: LPS e FetA
•
•
•
•
FetA > se BMI >
LPS si lega a SFFA trasportati da FetA
FetA ligando di TLR4 (Pal, 2012)
TLR4 ↑ NF-kB (Nuclear Factor kB)
• => ↑ LPS =>↑ lnfiammazione e IR,
sopratt. se > grassi (↑ chilomicroni)
sopratt. saturi (↑ SFA a cui si lega FetA)
Microbiota in OB: LPS e NF-kB
• Virus => PRR (Protein Recognition
Receptors) => ↑ dsRNA PKR (double
Strand RNA activated Protein Kinase) ↑
JNK (c-Jun N-Terminal Kinase)
• JNK fosforila IRS-1 => ↑ IR (Nakamura,
2010)
• LPS (via TLR4) ↑ iNOS => ↑ Nitrosilazione
proteine => IR e disregolazioni funzionali
Microbiota in OB: LPS e NF-kB
=>microbiota influenza:
• deposizione di grasso, via AMPK e Fiaf
( ↓ AMPK ↓oxid FFA; ↓ Fiaf ↑LPL ↑dep TG )
• stato infiammatorio (tipico in Obesità e
sovrappeso) via LPS-TLR4-NF-kB
• barriera epiteliale intestinale (modulando
l’espressione proteine giunzionali)
Microbiota in OB: caso ↑ LPS
Microbiota in OB: fibre e SCFA
Fibre (metab da microbiota) => SCFA
(Short Chain Fatty Acids): acetato,
propionato, butirrato.
• SCFA ↓ NF-kB, ↓TNF-alfa, ↓IL-6, ↓ IL-12
(Tedelind, 2007)
• SCFA ↑ IL-10
• SCFA (acetato e butirrato) ↑ prod. Muco
da cellule caliciformi
• Acetato ↓ IGT (=> ↑ Insulino Sensibilità)
Microbiota in OB: fibre e SCFA
fibre modulano composizione del
microbiota
Microbiota metabolizza fibre, formando
SCFA e altri composti in grado di
influenzare infiammazione e Barriera
Intestinale
 SCFA ↓ pH lume intestinale => ↓
probabilità crescita batteri Gram negativi
=> ↓ LPS
Microbiota in Sovrappeso e Obesità
Microbiota in OB: come modularlo
3 metodi:
1. uso di antibiotici (ma il rischio è
l’instaurarsi di antibiotico resistenza)
2. uso di Probiotici (ed esistono confortanti
studi a riguardo): lattobacilli, Bifidobatteri,
VSL3*
3. uso di Prebiotici: Inulina, FOS, GOS,
amido resistente
Microbiota in OB: come modularlo
*VSL3 = 450 MLD (L casei, L plantarum,
L acidophilus, L delbruechii, Bifidobacterium
longum, B breve, B infantis, S thermophilus)
Microbiota in OB: come modularlo
1. antibiotici => consistente ↓ LPS => ↓
attivazione TLR4 e ↑ acetato in vena
porta
2. Probiotici: ↓ grasso ectopico, ↓ steatosi,
↓IR in HFD, e inoltre ↑ GLP-1, ↑ PYY, ↓
Ghrel
3. Fruttani (FOS e inulina): no influenza su
microbiota ma ↑ GLP-1, ↑ PYY, ↓ Ghrel , ↑
GLP-2 e ↑ barriera intestinale
Microbiota e NAFLD
Malattia epatica da fegato grasso (NAFLD):
Prevalenza: 20-30% in Paesi Occidentali (in
Italia 12-23%) e 15% in PVS.
Cause:
• scarsa igiene alimentare (es. Aflatossine)
• correlata a OB e IR.
Microbiota e NAFLD
Ipotesi eziologica (Day, 1998 e 2002) del
«Double Hit»:
1.Steatosi (p.es. di origine alimentare) => ↑
vulnerabilità a LPS e altri fattori infiammatori
2.Stress Ossidativo (p.es da perossidazione
lipidica) => ↑ TNF-alfa e altre citochine
infiammatorie (+ secreti da organo adiposo)
Microbiota e NAFLD
Da NAFLD (Non Alcolic Fatty Liver Disease)
=> NASH (Non Alcolic SteatoHepatitis) =>
fibrosi => cirrosi => epatocarcinoma
Terapia indiretta (↓ OB e ↓ IR con diete
ipocaloriche e ↑ Attività Fisica)
prevenzione primaria e secondaria?
E microbiota intestinale?
Microbiota e NAFLD/NASH
Microbiota: fermentazione di
residui di cibo => formazione
sostanze
(etanolo,
acetaldeide, ammoniaca, ...)
=> danno epatico
Microbiota e NAFLD/NASH
Fegato = primo organo barriera contro
metaboliti, tossine e frazioni batteriche =>
microbiota => LPS, rilasciati dopo morte
batterica (gram negativi)
trasportato nei capillari intestinali da
processi mediati da TLR4 (Szabo, 2010).
Microbiota e NAFLD/NASH
TLR4 presente su cellule stellate =>
produzione citochine infiammatorie =>
fibrosi.
Coinvolto
anche
MD-2
(Myeloid
differentiation Factor 2), co-recettore di
TLR4, infatti in topi KO per MD-2,
infiammazione epatica inferiore (Lafyatis,
2012).
Probiotici e NAFLD: studi di intervento
Studi di intervento su modello animale:
1.NAFLD da diete HF (40-70% lipidi)
2.NAFLD da MCD (diete deficienti di
Metionina e di colina) o con 2-5%
Colesterolo
3.NAFLD in topi ko (ob/ob, fa/fa, db/db)
(disregolazione segnale leptinico => ↑
NAFLD)
Probiotici e NAFLD: studi di intervento
1. Topi ob/ob (Li et al, 2003): VSL3 => ↓
ALT, ↓ TNF-alfa
2. Topi HFD ( Ma et al, 2008): VSL3 => ↑
NKT = Unconventional T Cells = cellule
che esprimono sia recettori T cell, che
Killer cell
Probiotici e NAFLD: NKT
NKT => regolano l’infiammazione epatica
bilanciando la produzione di citochine
pro- e anti- infiammatorie
Alteraz di NKT => overespressione di TNFalfa (Gratz, 2010)
Probiotici e NAFLD
3. Topi HFD (Esposito, 2009): VSL3 => ↓
steatosi, ↓ ALT, ↓ indici di perossidazione, ↓
NF-kB
• ↓ NF-kB => ↓ iNOS (=> ↓ nitrosilazione)
• ↓ NF-kB => ↓ COX2
• ↓ NF-kB => ↓ PPARalfa =>
rinormalizzazione Macrofagi e Linfociti
4. Topi HFD (Lee, 2006): L. Rhamnosus =>
↓ steatosi
Probiotici e NAFLD: MCD
1. MCD (Velayundham, 2009): VSL3 =>
miglioramento Fibrosi e ↓ atrofia tessuto
adiposo (=> MCD correlazione con
lipodistrofia)
2. MCD (Karahan, 2011): Pro1 (L.
Fermentum + L. Plantarum + E. Faecium)
=> ↓ incidenza 50% NAFLD
3. MCD (Karahan, 2011): Pro2 (L. Plantarum
+ E. Faecium) in MCD => ↓ incidenza
50% NAFLD
Probiotici e NAFLD: Colesterolo
Kleemann et al., Genome Biology, 2007:
• 3 gruppi di topi: Con (Controlli) (0%), LC
(0,25%), HC (1%)
• HC  ↑ lesioni aortiche ateromatose, ↓
geni secrez. e incorporazione colesterolo
• ↑ PDGF (Platelet Derived Grow-Factor)
• ↑ IFNg (Interferone Gamma)
• ↑ IL-1 (Interleukina 1)
• ↑ TNF-a (Tumor Necrosis Factor alfa)
Probiotici e NAFLD
• topi con dieta ad alto tasso di colesterolo
(Wang, 2009): L. Plantarum MA2 => ↓
colesterolo e trigliceridi epatici.
• topi con dieta ad alto tasso di Fruttosio =>
diabete, iperinsulinemia, IR (Yadav, 2007):
L. casei + L. Acidophilus => ↓ IR, e MDA
Probiotici e NAFLD
Studi sull’uomo:
1.(Loguercio, 2005) VSL3 x 3 mesi: =>
↓MDA in NAFLD e AFLD, ↓ TNF-alfa, ↓ IL-6
in AFLD
2.(Loguercio, 2002) Mix (Lactob + Bifidi +
VitB + FOS) => ↓ MDA, ↓ TNF-alfa, ↓ ALT
3.(Aller, 2011) L. Bulgaricus + S.
Thermophilus ↓ ALT, ↓ AST, ↓ gamma GT
Microbiota e Acne
Anche l’acne è correlata al microbiota.
Stokes e Pillsbury (anni ‘30 secolo scorso):
relazione tra acne e la funzionalità
gastrointestinale: la maggior parte degli
acneici soffriva anche di stipsi.
Microbiota e Acne
Recentemente (Logan, Bowe, 2011, 2013)
l’ipotesi è stata validata alla luce delle
moderne conoscenze scientifiche.
pz acneici: microbiota intestinale con
eccesso relativo di Bacteroides, gram
negativi, => aumento di LPS sia nel lume
intestinale che circolante.
Acne e probiotici
Studi di intervento:
• L. Acidophilus e di B. Bifidum x os,
(probiotici come latti fermentati) =>
miglioramento funzionalità intestinale e di
lesioni cutanee, in particolare se con
aggiunta di Lattoferrina (Kim, Park, 2010).
Acne e probiotici
• uso topico di probiotici (S. Thermophilus):
efficace x ↓ infiammazione cutanea e per
ripristino livelli fisiologici di ceramidi,
soprattutto di PS (PhytoSphingosina), che
tende a ↓ nei mesi freddi, ed è
generalmente basso negli acneici.
Acne e probiotici
Uso topico:
S. Thermophilus (Pavicic, 2007):
• => ↑ PS cutaneo (maggior protezione)
• => ↓ Propionibacterium acnes (effetto
antimicrobico)
• => ↓ rossore cutaneo (effetto
antinfiammatorio)
Acne e probiotici
Streptococcus salivarius (Cosseau, 2008):
• ↓ Propionibacterium acnes (effetto
antimicrobico, mediato da batteriocine)
• Effetto antinfiammatorio (modulazione
immunologica)
B. Longum + L. paracasei (Gueniche, 2010):
• ↓ sostanza P => ↓ infiammazione + ↓ sebo
Acne e umore
in pazienti acneici (Stokes e Pillsbury):
• bassi livelli di Lattobacilli nelle feci
• ↑ Lattobacilli => miglioramenti umore.
Studi più recenti (Desbonnet, 2008):
• somministrazione Bifidi => ↑ Trp
circolante => ↑ 5-HT, ↑ umore e ↑
resilienza a eventi stressanti.
Umore e probiotici
Bifidi =>
• ↑ Trp, ↑ 5-HT (Desbonnet, 2008)
• ↑ BDNF (Brain Derived Neurotrophic
Factor) (Sudo, 2004)
• ↓ MAO (Shen, 2010)
Lattobacilli =>
• ↓ ansia
• ↓ sostanza P
Acne, umore, IR e probiotici
microbiota intestinale e probiotici =>
influenza su metabolismo glicidico (↓ LPS,
=> ↓ IR), => ↑ umore e ↑ benessere
cutaneo.
Infatti:
• oscillazioni glicemiche => sbalzi d’umore
• IGT => ↑ suscettibilità cutanea a lesioni e
infezioni.
Acne e probiotici
Conclusioni
Microbiota intestinale influenza:
• infiammazione subclinica
• insulino resistenza
• integrità della barriera intestinale
• danno
epatico
(sia
da
sostanze
fermentate, sia da LPS)
• benessere della pelle
• umore.
Conclusioni
Probiotici = valido aiuto per riequilibrare il
microbiota intestinale
Ma  anche l’alimentazione è corretta,
soprattutto con frutta e verdura, perché
adeguato apporto di fibre è fondamentale
per la giusta composizione del microbiota.
Ringraziamenti
Si ringraziano:
• Il prof. B. Cenci Goga
• La prof.ssa G. Traina
• Il dott. M. Santagati