L’obesità si sviluppa nella cornice di un positivo bilancio energetico cronico. In questa situazione, il tessuto adiposo supera la sua capacità tampone di immagazzinare tutta l’energia in eccesso, come trigliceridi, con conseguente trabocco dei lipidi nella circolazione. L’aumento della fornitura di lipidi ai tessuti non adiposi, come fegato e muscolo scheletrico, insieme ad un’alterata capacità di regolare l’ossidazione lipidica all’apporto lipidico (“inflessibilità metabolica”) (Corpeleijn et al., 2009), si traduce in un accumulo di grasso ectopico (Shulman et al., 2014). Insieme alla ridotta capacità tampone lipidica del tessuto adiposo, si sviluppa un’infiammazione del tessuto adiposo con conseguente aumento della produzione e secrezione di adipochine pro-infiammatorie (Reilly et al., 2017). Complessivamente, questi disturbi, legati all’obesità nella funzione di tessuti e organi e nel cross-talk, contribuiscono allo sviluppo di insulino-resistenza epatica e periferica e allo sviluppo di DMT2 e NAFLD (Shulman et al., 2014, Stinkens et al., 2015).
1. Metaboliti microbici nella steatosi epatica non alcolica (NAFLD)
La NAFLD è molto diffusa nelle persone con obesità ed è fortemente associata all’insulino-resistenza e al DMT2 (Meex et al., 2017). NAFLD è diventata la malattia epatica più comune nei paesi occidentali e la sua incidenza è in aumento (Younossi et al., 2016).
L’intestino e il fegato sono intrinsecamente connessi e dipendono fortemente l’uno dall’altro, in termini di funzionamento metabolico. Non sorprendentemente, i disturbi nell’asse intestino-fegato, compresa l’aumento della permeabilità intestinale e la disbiosi, sono collegati a NAFLD. I prodotti microbici, derivati dalla fermentazione proteolitica e saccarolitica, potrebbero influire sull’asse intestino-fegato attraverso meccanismi multipli e, quindi, contribuire alla patogenesi NAFLD.
Studi su roditori suggeriscono che, gli SCFA svolgano un ruolo benefico nel metabolismo e nel funzionamento epatico. In particolare, il butirrato ha un ruolo importante nel mantenimento dell’integrità intestinale, sovraregolando l’espressione di proteine tight junctions e mucine, migliorandone la funzione di barriera intestinale e impedendone la migrazione di sostanze tossiche, tra cui etanolo e molecole pro-infiammatorie, al fegato (Kelly et al., 2015, Wang et al., 2012). Un componente pro-infiammatorio, derivante dai
76 microrganismi, è LPS e viene continuamente rilasciato nel colon dalla morte di batteri Gram- negativi. Rodent et al. (Cani et al., 2007, Henao-Mejia et al., 2012, Pussinen et al., 2011, Jayashree et al., 2014) hanno dimostrato che, LPS ha un ruolo chiave nella progressione di malattie metaboliche, quali NAFLD, insulino-resistenza e DMT2.
Prove dirette per la funzione benefica di SCFA nella prevenzione della NAFLD sono state fornite da una serie di studi in vivo, che hanno utilizzato modelli di roditori (den Besten et al., 2015, Mollica et al., 2017, Gao et al., 2009, Kondo et al., 2009, Yamashita et al., 2007, Sakakibara et al., 2006). La supplementazione di acetato, propionato o butirrato ha ridotto l’accumulo di grasso epatico, ha diminuito l’infiammazione epatica e ha soppresso la sintesi epatica di colesterolo. I meccanismi sottostanti sono correlati ad un aumento dell’ossidazione lipidica epatica, attraverso la via carbossilasi AMPK-acetil-CoA, una ridotta espressione del fattore di necrosi tumorale (TNF), un aumento dell’accumulo di glicogeno e una riduzione dell’attività della sintesi epatica degli acidi grassi (den Besten et al., 2015, Mollica et al., 2017, Gao et al., 2009, Kondo et al., 2009, Yamashita et al., 2007, Sakakibara et al., 2006).
2. Etanolo, derivato microbico in NAFLD
L’etanolo è un metabolita microbico, derivato dalla fermentazione saccarolitica e dall’alimentazione incrociata microbica. Pazienti con steatoepatite non alcolica (NASH) e obesità mostrano un incremento dell’abbondanza di batteri produttori di etanolo nelle feci, oltre all’incremento delle concentrazioni di etanolo nella circolazione sistemica e nel respiro (Zhu et al., 2013, Zhu et al., 2016). L’etanolo, derivante dai batteri intestinali (o dal metabolita ossidato acetaldeide), è probabilmente coinvolto nella progressione in NAFLD, tramite gli effetti tossici diretti sulle cellule epatiche (Xu et al., 2011, Baker et al., 2010), alterando la funzione della barriera intestinale con conseguente incremento dell’endotossiemia portale (Rao et al., 2004) e sovraregolando le vie di segnalazione NF-B nelle cellule periferiche (Shen et al., 2009, Blanco et al., 2008).
3. Metaboliti proteolitici nel NAFLD
Alcuni ceppi del microbota intestinale potrebbero essere coinvolti nella fermentazione di proteine, mediando risposte pro-infiammatorie e la progressione di NAFLD (Round et al., 2009). In particolare, l’acido solfidrico, l’ammoniaca e i composti fenolici sono stati associati
77 ad effetti deleteri sulla salute epiteliale intestinale e sulla permeabilità intestinale, come mostrato in modelli di roditori alimentati con diete iperproteiche (Yao et al., 2016, Andriamihaja et al., 2010). Pertanto, questi metaboliti proteici potrebbero contribuire indirettamente alla progressione della NAFLD, attraverso una maggiore traslocazione di composti tossici al fegato. Uno studio (Le Roy et al., 2013), utilizzando un modello di topo GF, ha indicato un potenziale collegamento diretto tra i prodotti di fermentazione proteica microbica e NAFLD. Topi nutriti con una dieta ricca di grassi hanno sviluppato steatosi epatica macrovescicolare, dopo colonizzazione con il microbiota di topi diabetici, mentre i topi di controllo, che sono stati trattati con il microbiota di topi normoglicemici, hanno sviluppato solo steatosi a basso livello. Confrontando i topi di controllo e i topi con steatosi macrovescicolare, questi ultimi avevano marcatamente aumentato le concentrazioni cecali dell’isovalerato e isobutirrato di BCFA (acidi grassi a catena ramificata), derivanti dalla fermentazione microbica di BCAA (aminoacidi ramificati). Inoltre, questi topi avevano sviluppato insulino-resistenza e leptinemia (Le Roy et al., 2013). Al contrario, l’indolo, metabolita microbico, specificamente derivato da AAA L-triptofano dall’enzima microbico triptofanasi, ha dimostrato di ridurre l’infiammazione intestinale e prevenire la disfunzione della barriera intestinale (Bansal et al., 2010, Cervantes-Barragan et al., 2017).
In una pubblicazione del 2018 (Hoyles et al., 2018), l’analisi del metagenoma fecale è stata combinata con l’analisi del trascriptoma epatico e del metaboloma plasmatico e delle urine in donne con obesità patologica, ma senza evidenza di DMT2. Qui, lo stato di steatosi è stato associato con la riduzione della ricchezza genetica del microbiota intestinale e della disregolazione metabolica dei microbi di AAA e BCAA. Inoltre, usando un modello di roditore ed epatociti umani, questo studio ha identificato l’acido fenilacetico, derivante dai microbi, prodotto dal catabolismo della fenilalanina, come collaboratore della progressione di steatosi. L’acido fenilacetico potrebbe incrementare l’accumulo di lipidi epatici, attraverso un aumento sinergico nell’utilizzazione di BCAA nel ciclo dell’acido tricarbossilico. Queste osservazioni hanno nuovamente identificato che, i prodotti della fermentazione proteolitica si possono considerare importanti collaboratori per lo sviluppo della steatosi epatica. Tuttavia, questo studio ha anche identificato altri fattori associati alla disbiosi, che includono LPS e ossido N-trimetilamina, come importanti contribuenti per la steatosi epatica. Questa scoperta sottolinea ulteriormente l’idea che, molti processi multifattoriali siano coinvolti nella progressione di malattie metaboliche relative al microbioma.
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4. Dati umani in NAFLD
A livello del phylum, alcuni studi hanno dimostrato una relazione tra un incremento di Bacteroidetes e Firmicutes e progressione di NAFLD, ma i dati non sono coerenti (Zhu et al., 2013, Wang et al., 2016, Mouzaki et al., 2013). A livello familiare, tuttavia, i dati sono maggiormente coerenti. Numerosi studi indicano una diminuzione di Ruminococcaceae, produttori di butirrato, in pazienti con NAFLD (Zhu et al., 2013,Wang et al., 2016, Silva et al., 2018). Tuttavia, non è ancora chiaro se NAFLD provochi disbiosi o viceversa. Inoltre, una prova diretta del ruolo del microbioma intestinale in NAFLD deriva da studi che utilizzano probiotici e prebiotici (Daubioul et al., 2005, Malaguarnera et al., 2012). La supplementazione di frutto-oligosaccaridi nella dieta di pazienti con NASH è stata associata con la riduzione dei livelli sierici di alanina transaminasi, aspartato transaminasi e insulina, dopo 8 settimane di trattamento (Daubioul et al., 2005). Inoltre, nei pazienti con NAFLD diagnosticata, l’assunzione orale di combinazioni dell’acetogenico Bifidobacterium longum e frutto- oligosaccaride è stata associata alla riduzione di steatosi, indice dell’attività NASH, e dei livelli sierici di TNF e di endotossina, dopo 24 settimane di trattamento (Malaguarnera et al., 2012).