Microbiota e Covid-19: ruolo nell’immunità e il punto della ricerca sull’asse intestino-polmoni

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Microbiota e Covid-19: ruolo nell’immunità e il punto della ricerca sull’asse intestino-polmoni

 

Redazione Doctorium

La ricerca sul microbiota intestinale ha potenziato le nostre conoscenze nel campo delle malattie croniche e infettive. La diversità del microbiota intestinale e la presenza di microrganismi benefici nell’intestino possono svolgere un ruolo importante nel determinare il decorso del COVID-19.

Le persone anziane, immunocompromesse e i pazienti con altre comorbilità come il diabete di tipo 2, i disturbi cardiovascolari non se la cavano benissimo nella lotta contro il Covid-19. Questi pazienti nella maggior parte dei casi presentano purtroppo uno squilibrio generale del microbiota intestinale chiamato “disbiosi”.

Nel nostro articolo vedremo le relazioni che sussistono tra sistema immunitario e il microbiota intestinale, vedremo inoltre che esiste una stretta correlazione tra l’immunità intestinale e quella polmonare, e osserveremo infine il ruolo che gioca l’alimentazione nel prevenire l’infezione da SARS-CoV2 agendo proprio sulla composizione del microbiota.

 

Microbiota intestinale e asse intestino-polmone

Il microbiota intestinale gioca un ruolo chiave nella salute dell’uomo grazie alle sue azioni protettive, trofiche e metaboliche. I microbi che colonizzano il nostro intestino ottengono nutrimento da noi e a loro volta ci aiutano regolando varie funzioni fisiologiche, inclusa la digestione e impartendo un’immunità protettiva contro i patogeni.

È stato dimostrato che le alterazioni del microbiota intestinale a volte chiamate collettivamente “disbiosi intestinale” sono associate a varie malattie e disturbi come le malattie infiammatorie croniche intestinali, il diabete di tipo 2, la depressione e malattie cardiovascolari.

Il microbiota è costituito da 1014 microrganismi che includono batteri, virus e funghi. Il colon ospita un’altissima densità di batteri nelle famiglie Bacteroidaceae, Prevotellaceae, Rikenellaceae, Lachnospiraceae e Ruminococcaceae.

Oggi ci sono prove che suggeriscono la presenza di microrganismi anche nel polmone ove predominano Bacteroidetes, Firmicutes e Proteobacteria.

Si è visto che il microbiota intestinale influenza la salute polmonare attraverso un dialogo incrociato tra il microbiota intestinale e i polmoni che viene indicato come “asse intestino-polmone”. Tale asse è bidirezionale. Quindi le endotossine e i metaboliti microbici prodotti nell’intestino possono raggiungere i polmoni attraverso il sangue.

Allo stesso modo se si verifica un’infiammazione nel polmone, questa può influenzare anche il microbiota intestinale. Diversi studi hanno dimostrato infatti che le infezioni respiratorie sono associate a un cambiamento nella composizione del microbiota intestinale.

Tutto ciò fa supporre con molta probabilità che SARS-Cov2 possa avere un impatto anche sul microbiota dell’intestino.

Una delle manifestazioni cliniche gravi del Covid-19 è la polmonite e la progressione verso la sindrome da distress respiratorio acuto (ARDS) specialmente nei pazienti anziani e immunocompromessi. Numerose osservazioni sperimentali e cliniche hanno suggerito che il microbiota intestinale gioca un ruolo importante nella patogenesi della sepsi e dell’ARDS.

Diversi studi hanno dimostrato inoltre che le persone anziane tendono ad avere un microbiota intestinale meno diversificato e a perdere microrganismi benefici come il bifidobacterium. Poiché molti pazienti anziani e immunocompromessi sviluppano gravi esiti clinici avversi, si è quindi tentati di ipotizzare che nel Covid-19 vi sia un possibile dialogo incrociato tra il polmone e il microbiota intestinale che potrebbe influenzare l’esito delle manifestazioni cliniche.

 

Microbiota intestinale: ruolo nell’immunità

Le interazioni dell’ospite con il microbiota sono complesse, numerose e bidirezionali. Il microbiota intestinale regola lo sviluppo e la funzione del sistema immunitario innato e adattivo.

I commensali intestinali secernono peptidi antimicrobici, competono per i nutrienti e aiutano così lo stato di omeostasi. Si è visto che il microbiota intestinale e l’omeostasi immunitaria hanno una relazione reciproca. Inoltre, i segnali che derivano ​​dal microbiota intestinale sintonizzano le cellule immunitarie per risposte pro e antinfiammatorie, influenzando così la suscettibilità a varie malattie.

L’omeostasi immunitaria intestinale dipende dall’equilibrio che si crea tra risposte pro-infiammatorie e processi anti-infiammatori dati per esempio dalle cellule T regolatorie infiammatorie (Tregs). In tutto ciò giocano un ruolo fondamentale i microrganismi commensali.

Per contrastare le infezioni come il coronavirus, avere un microbioma intestinale sano è fondamentale al fine di prevenire una serie di reazioni immunitarie eccessive che potrebbero diventare dannose per i polmoni e per gli altri organi vitali.

I microrganismi a livello intestinale producono una serie di fattori chiamati “Modelli molecolari associati ai microrganismi” (MAMP) e un’altra serie di fattori chiamati “Modelli molecolari associati a patogeni” (PAMP).

Tali molecole vengono esposte sulle cellule del sistema immunitario dell’ospite e vengono riconosciute grazie a specifici recettori chiamati “Recettori di riconoscimento dei pattern”(PRR), quest’ultimi includono i recettori toll-like (TLR) e i recettori leganti i nucleotidi (NOD). I TLR riconoscono i MAMPS e i PAMP tra le altre molecole ed evocano diverse reazioni immunologiche a seconda del tipo di cellula, ligando o recettore. L’addestramento dei “Recettori di riconoscimento dei pattern”(PRR) nel riconoscere i ligandi microbici/non microbici intestinali è un meccanismo protettivo necessario durante infezioni secondarie/esposizioni patogene.

È importante sottolineare che il microbiota intestinale secerne metaboliti e segnali immunomodulatori che comprendono gli acidi grassi a catena corta (SCFA) come butirrato, acetato e propinato. Inoltre gli acidi biliari secondari secreti da microrganismi commensali come batterioidi, lattobacilli e bifidobatteri si legano ai loro recettori nelle cellule innate e macrofagi modulando il loro metabolismo e le loro funzioni. Infatti, alcuni studi hanno dimostrato che l’introduzione di ceppi probiotici come Bifidobacterium lactis in volontari anziani sani determina un aumento significativo della proporzione di leucociti mononucleati e dell’attività tumoricida delle cellule NK.

La composizione del microbiota intestinale bilanciato ha una grande influenza sull’efficacia dell’immunità polmonare. È stato dimostrato che i topi privi del loro microbiota intestinale hanno una ridotta capacità di eliminazione dei patogeni nel polmone. Allo stesso modo diversi studi hanno dimostrato che la distruzione del microbiota intestinale con l’uso diffuso di antibiotici come penicilline, cefalosporine, macrolidi e chinoloni si correla ad un aumentato rischio di cancro ai polmoni negli esseri umani.

È interessante notare che l’infezione virale dell’influenza nel tratto respiratorio nei topi aumenta le Enterobacteriaceae e riduce anche i lattobacilli e i lattococchi nel microbiota intestinale. Alla luce di tutto ciò si può presumere che il microbiota giochi un ruolo importante nella risposta del sistema immunitario contro l’infezione causata da SARS-Cov2.

 

Nutrizione e microbiota intestinale: rafforzamento del serbatoio

Lo stress sistemico, le lesioni dei tessuti e l’infiammazione prolungata possono produrre cambiamenti acuti nel microbiota intestinale, dimostrando così che i fattori ambientali insieme alla dieta possono modularne la composizione.

La dieta gioca un ruolo importante nel plasmare la composizione del microbiota intestinale, influenzando così lo stato di salute dell’ospite.

A tal proposito è stata segnalata una diversa composizione del microbiota con diete a base di grassi e proteine ​​animali rispetto a diete a base di vegetali. Inoltre è stato dimostrato che vari componenti del cibo hanno effetti differenziali sul microbiota intestinale. Ad esempio, il consumo di estratti proteici di siero di latte e piselli aumenta i batteri intestinali-commensali bifidobacterium e lactobacillus, il siero di latte diminuisce i batteri patogeni Bacteroides fragilis e Clostridium perfringens.

Allo stesso modo, è stato notato che il consumo di una dieta a basso contenuto di grassi porta ad una maggiore abbondanza fecale di bifidobatterio. D’altra parte, una dieta ricca di grassi saturi aumenta la proporzione relativa di Faecalibacterium prausnitzii. A differenza dei carboidrati digeribili, i carboidrati non digeribili come le fibre e l’amido resistente subiscono la fermentazione da parte dei microrganismi residenti nell’intestino. Le fibre alimentari sono una buona fonte di carboidrati accessibili dal microbiota che forniscono energia all’ospite e migliorano la salute intestinale.

 

Il ruolo dei prebiotici

I prebiotici sono delle sostanze presenti nel cibo che non vengono assorbite dall’organismo ma sono utilizzate dalla flora intestinale. I prebiotici sono stati studiati nel contesto della modificazione del microbiota intestinale umano. È stato dimostrato che composti prebiotici come inulina, polidestrosio, fibra di mais migliorano l’immunità, la diversità intestinale, la digestione ecc.

Negli esseri umani e specialmente negli anziani, oltre agli effetti sulla composizione del microbiota, i prebiotici producono anche notevoli cambiamenti nei marcatori immunitari e metabolici. Ad esempio, è stato osservato che il consumo di carboidrati non digeribili presenti nei cereali integrali portata alla riduzione della citochina proinfiammatoria IL-6 e alla resistenza all’insulina. Allo stesso modo, è stato osservato un aumento dei livelli plasmatici di citochina antinfiammatoria IL10 con l’assunzione di amido di mais butirilato ad alto contenuto di amilosio.

È da notare che si ritiene che gli effetti benefici dei prebiotici siano mediati principalmente da una maggiore produzione di acidi grassi a catena corta e dal rafforzamento del tessuto linfoide associato gastro-intestinale (GALT). Risultati stimolanti hanno dimostrato che una dieta ricca di fibre non solo cambia il microbiota intestinale, ma può anche influenzare il microbiota polmonare. Infatti alcuni studi hanno dimostrato che l’azione microbica sulle fibre alimentari, aumentando gli acidi grassi a catena corta nel sangue, come abbiamo già visto, proteggono dall’infiammazione allergica nei polmoni. Inoltre i prebiotici come la crusca di frumento e i frutto-oligosacaridi (Fos), i galattosacaridi (Gos) aumentano i livelli di butirrato riducendo così l’infiammazione e migliorando le condizioni asmatiche e i sintomi della fibrosi cistica.

 

Il ruolo dei probiotici

Il ruolo dei probiotici generalmente definiti come “microrganismi vivi che, somministrati in quantità adeguate, conferiscono un beneficio per la salute all’ospite” hanno dimostrato di avere un effetto importante sulla salute. Nell’intestino i probiotici si riferiscono principalmente ai generi Lactobacillus e Bifidobacterium e comprendono molti ceppi diversi come L. johnsonii, L. fermentum, L. reuteri, L. paracasei, L. rhamnosus, L. acidophilus, L. plantarum, B. longum, B. breve, B. bifidum e B. animalis subsp. Lactis. Gli alimenti fermentati come i latticini ​​e lo yogurt sono arricchiti di probiotici. È stato scoperto che lo yogurt contenente probiotici riduce significativamente la conta degli enteropatogeni E. coli e Helicobacter pylori. Inoltre i lattobacilli e i bifidobatteri vengono utilizzati con successo per la prevenzione della diarrea del viaggiatore.

Studi su modelli murini hanno dimostrato che l’introduzione di batteri probiotici come Lactobacillus rhamnosus, Bifidobacterium lactis e Bifidobacterium breve può regolare inoltre la risposta alle allergie. Allo stesso modo, la somministrazione di Lactobacillus casei Shirota o Lactobacillus rhamnosus GG in pazienti con fibrosi cistica porta a un miglioramento delle loro condizioni.

Diversi studi hanno evidenziato che i probiotici riducono l’infiammatorie perché riescono a regolare l’immunità innata. Nel complesso si è quindi evidenziato che la dieta riesce a modulare la composizione del microbiota intestinale e in una certa misura anche il microbiota polmonare influenzando così il sistema immunitario. Pertanto, la dieta personalizzata può migliorare la profilassi e può essere somministrata in modo ponderato ai pazienti affetti da Covid-19 per accelerarne il recupero e migliorarne i risultati clinici.

 

Conclusioni e prospettive future

Poiché il microbiota intestinale è malleabile ed è modulato dalla dieta, è imperativo sviluppare ed impiegare strategie dietetiche personalizzate come supplemento alle attuali terapie di routine. Tutto ciò si può fare profilando il microbiota intestinale dei singoli pazienti e raccomandando una dieta efficace che includa pre/probiotici specializzati e vari ceppi di lattobacilli per migliorare la disbiosi intestinale e la risposta immunitaria complessiva. Ciò può accelerare il recupero in pazienti, in particolare anziani e immunocompromessi, infettati dal virus SARS-Cov2.

Un’altra linea di azione potrebbe essere quella di fornire profilatticamente integratori specializzati, inclusi prebiotici/probiotici a coloro che si prendono cura dei pazienti infetti e che sono quindi in prima linea nell’affrontare questa malattia.

Per il futuro si può pensare di incrementare la ricerca nell’ambito relazionale Covid-19/microbita indagando anche altri microrganismi intestinali come funghi e fagi che formano un ecosistema di nicchia nell’intestino. Si potrebbe inoltre studiare il ruolo del microbiota polmonare. Tali studi potrebbero migliorare la comprensione delle malattie infettive e potrebbero aiutare a intraprendere azioni decisive in futuro.

 

Fonti:

  • Virus Res. 2020 Aug; 285: 198018. doi: 10.1016/j.virusres.2020.198018. Gut microbiota and Covid-19- possible link and implications. Debojyoti Dhara, and Abhishek Mohantyb.
  • Gill S.R. Metagenomic analysis of the human distal gut microbiome. Science. 2006;312(5778):1355–1359. doi: 10.1126/science.1124234.
  • Hall A.B., Tolonen A.C., Xavier R.J. Human genetic variation and the gut microbiome in disease. Nat. Rev. Genet. 2017;18(11):690–699. doi: 10.1038/nrg.2017.63.
  • Khan I. Alteration of gut microbiota in inflammatory bowel disease (IBD): cause or consequence? IBD treatment targeting the gut microbiome. Pathogens. 2019;8(3):1–28. doi: 10.3390/pathogens8030126.
  • Gurung M. Role of gut microbiota in type 2 diabetes pathophysiology. EBioMedicine. 2020;51:102590. doi: 10.1016/j.ebiom.2019.11.051.
  • Zalar B., Haslberger A., Peterlin B. The role of microbiota in depression – A Brief review. Psychiatr. Danub. 2018;30(2):136–141. doi: 10.24869/spsih.2018.136.
  • Tang W.H.W., Kitai T., Hazen S.L. Gut microbiota in cardiovascular health and disease. Circ. Res. 2017;120(7):1183–1196. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.117.309715.
  • Bingula R. Desired turbulence? Gut-lung Axis, immunity, and lung Cancer. J. Oncol. 2017:2017. doi: 10.1155/2017/5035371.
  • Keely S., Talley N.J., Hansbro P.M. Pulmonary-intestinal cross-talk in mucosal inflammatory disease. Mucosal Immunol. 2012;5(1):7–18. doi: 10.1038/mi.2011.55.
  • Dumas A. The role of the lung microbiota and the gut–lung axis in respiratory infectious diseases. Cell. Microbiol. 2018 doi: 10.1111/cmi.12966.
  • Groves H.T. Respiratory viral infection alters the gut microbiota by inducing inappetence. mBio. 2020;11(1):1–17. doi: 10.1128/mBio.03236-19.
  • Lake M.A. What we know so far: COVID-19 current clinical knowledge and research. Clin. Med. Lond. (Lond) 2020:124–127. doi: 10.7861/clinmed.2019-coron.
  • Dickson R.P., Arbor A. The microbiome and critical illness. Lancet Respir. Med. 2017;4(1):59–72. doi: 10.1016/S2213-2600(15)00427-0.The.
  • Nagpal R. Gut microbiome and aging: physiological and mechanistic insights. Nutr. Healthy Aging. 2018;4(4):267–285. doi: 10.3233/NHA-170030.
  • Negi S., Das D.K. Potential role of gut microbiota in induction and regulation of innate immune memory. Immunol. 2019;10(October):1–12. doi: 10.3389/fimmu.2019.02441.
  • Moens E., Veldhoen M. Epithelial barrier biology: good fences make good neighbours. 2012:1–8. doi: 10.1111/j.1365-2567.2011.03506.x.
  • Negi S., Pahari S. Gut microbiota regulates mincle mediated activation of lung dendritic cells to protect against mycobacterium tuberculosis. Front. Immunol. 2019;10(MAY):1142. doi: 10.3389/fimmu.2019.01142.
  • Round J.L., Mazmanian S.K. Inducible Foxp3+ regulatory T-cell development by a commensal bacterium of the intestinal microbiota. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010;107(27):12204–12209. doi: 10.1073/pnas.0909122107.
  • Ivanov I.I., Honda K. Intestinal commensal microbes as immune modulators. Cell Host Microbe. 2012:496–508. doi: 10.1016/j.chom.2012.09.009.
  • Rooks M.G., Garrett W.S. Gut microbiota, metabolites and host immunity. Rev. Immunol. 2016:341–352. doi: 10.1038/nri.2016.42.
  • Jia Wei, Xie G., Jia Weiping. Bile acid–microbiota crosstalk in gastrointestinal inflammation and carcinogenesis. Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 2018:111–128. doi: 10.1038/nrgastro.2017.119.
  • Bingula R. Desired turbulence? Gut-lung Axis, immunity, and lung Cancer. J. Oncol. 2017:2017. doi: 10.1155/2017/5035371.
  • Gill H.S. Enhancement of immunity in the elderly by dietary supplementation with the probiotic Bifidobacterium lactis HN019. J. Clin. Nutr. 2001;74(6):833–839. doi: 10.1093/ajcn/74.6.833.
  • Fagundes C.T. Transient TLR activation restores inflammatory response and ability to control pulmonary bacterial infection in Germfree Mice. J. Immunol. 2012;188(3):1411–1420. doi: 10.4049/jimmunol.1101682.
  • Looft T., Allen H.K. Collateral effects of antibiotics on mammalian gut microbiomes. Gut Microbes. 2012;3(5):463. doi: 10.4161/gmic.21288.
  • Boursi B. Recurrent antibiotic exposure may promote cancer formation-Another step in understanding the role of the human microbiota? J. Cancer. 2015;51(17):2655–2664. doi: 10.1016/j.ejca.2015.08.015.
  • Feleszko W. Probiotic-induced suppression of allergic sensitization and airway inflammation is associated with an increase of T regulatory-dependent mechanisms in a murine model of asthma. Clin. Exp. Allergy. 2007;37(4):498–505. doi: 10.1111/j.1365-2222.2006.02629.x.
  • McFarland L.V. Meta-analysis of probiotics for the prevention of traveler’s diarrhea. Travel Med. Infect. Dis. 2007;5(2 SPEC. ISS.):97–105. doi: 10.1016/j.tmaid.2005.10.003.
  • Anand S., Mande S.S. Diet, microbiota and gut-lung connection. Front. Microbiol. 2018;9(September) doi: 10.3389/fmicb.2018.02147.
  • De Filippis F. High-level adherence to a Mediterranean diet beneficially impacts the gut microbiota and associated metabolome. Gut. 2016;65(11):1–10. doi: 10.1136/gutjnl-2015-309957.
  • Dominika Ś. The study on the impact of glycated pea proteins on human intestinal bacteria. Int. J. Food Microbiol. 2011;145(1):267–272. doi: 10.1016/j.ijfoodmicro.2011.01.002.
  • Earley Z.M. Burn injury alters the intestinal microbiome and increases gut permeability and bacterial translocation. PLoS One. 2015;10(7):e0129996. doi: 10.1371/journal.pone.0129996.
  • Singh R.K. Influence of diet on the gut microbiome and implications for human health. J. Transl. Med. 2017;15(1):1–17. doi: 10.1186/s12967-017-1175-y.
  • Kleessen B. Effects of inulin and lactose on fecal microflora, microbial activity, and bowel habit in elderly constipated persons. Am. J. Clin. Nutr. 1997;65(5):1397–1402. doi: 10.1093/ajcn/65.5.1397.
  • Keim N.L., Martin R.J. Dietary whole grain–microbiota interactions: insights into mechanisms for human health. Adv. Nutr. 2014;5(5):556–557. doi: 10.3945/an.114.006536.
  • Trompette A. Gut microbiota metabolism of dietary fiber influences allergic airway disease and hematopoiesis. Nat. Med. 2014;20(2):159–166. doi: 10.1038/nm.3444.
  • Schley P.D., Field C.J.* The immune-enhancing effects of dietary fibres and prebiotics. Br. J. Nutr. 2002;87(6):221–230. doi: 10.1079/bjnbjn/2002541.
  • West N.P. Butyrylated starch increases colonic butyrate concentration but has limited effects on immunity in healthy physically active individuals. Exerc. Immunol. Rev. 2013;19:102–119.
  • West C.E. Bugging allergy; role of pre-, pro- and synbiotics in allergy prevention. Allergol. Int. 2017:529–538. doi: 10.1016/j.alit.2017.08.001
  • Bouhnik Y. Four-week short chain fructo-oligosaccharides ingestion leads to increasing fecal bifidobacteria and cholesterol excretion in healthy elderly volunteers. Nutrition Journal. BioMed Central. 2007;6:42. doi: 10.1186/1475-2891-6-42.

 

 

 

 

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