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L’intestino è il secondo cervello: ma i suoi neuroni sono i batteri

L’obesità e il diabete sono seri problemi di salute pubblica in tutto il mondo. Dal 1975, la prevalenza loro mondiale è quasi triplicata. I dati globali per il 2016 stimano che circa 650 milioni di persone, ovvero il 13% della popolazione mondiale, sono obese. Gran parte di questa epidemia di obesità è alimentata da diete ad alto contenuto di grassi e cibi densi di energia, oltre a riduzioni dell’attività fisica. Anche i tassi globali di diabete sono aumentati significativamente negli ultimi 30 anni. Nel 1980-2014, sono passati da 108 a 422 milioni. La stragrande maggioranza dei casi è il diabete di tipo 2, che è guidato in gran parte dall’eccesso di peso e dalla mancanza di attività fisica. Il nostro intestino contiene vaste e complesse popolazioni di microbi (microbiota) che esercitano un’influenza significativa sulla nostra salute, specialmente attraverso i loro effetti sul metabolismo e sulla funzione immunitaria. La dieta è riconosciuta come il principale fattore di composizione del microbiota intestinale, poiché è presente sia nell’obesità che nel diabete di tipo 2. Questo effetto si verifica durante le nostre vite, durante le quali una media di 66 tonnellate di cibo passerà attraverso le nostre viscere.

L’obesità provocata da una dieta ricca di grassi potrebbe essere accompagnata da cambiamenti nei batteri intestinali che alterano la chimica del cervello in modo tale da favorire ansia e depressione. Questa è stata la conclusione che i ricercatori del Joslin Diabetes Center della Harvard Medical School di Boston e colleghi sono venuti dopo aver studiato il legame tra i microbi intestinali e la funzione cerebrale nei topi con l’obesità indotta dalla dieta. Riferiscono le loro scoperte in un articolo che è ora pubblicato sulla rivista Molecular Psychiatry. Nel documento, notano come dare agli animali antibiotici – che hanno cambiato la composizione dei loro batteri intestinali – ha ridotto l’infiammazione, migliorato la segnalazione di insulina nel cervello e ridotto i segni di ansia e depressione. “Ciò che questo studio dice”, dice l’autore senior dello studio Ronald Kahn, professore di Medicina presso l’Università di Harvard e co-responsabile della Sezione di Fisiologia Integrativa e Metabolismo presso Joslin Diabetes Center, “è che molte cose nella vostra dieta potrebbero influenzare il modo in cui funziona il vostro cervello, ma una di queste cose è il modo in cui la dieta cambia i batteri intestinali“.

Nel loro studio, i ricercatori osservano che il diabete e l’obesità sono associati a un aumento dei tassi di ansia e depressione. Inoltre, i sintomi di questi disturbi dell’umore possono essere replicati nei topi nutrendoli con una dieta che li rende obesi. Il team ha valutato se il microbiota intestinale potrebbe essere un fattore in questa relazione perché altri studi hanno rivelato che il cambiamento della composizione dei batteri intestinali nei topi può migliorare il comportamento neurale. Nel lavoro precedente, avevano scoperto che i cambiamenti nei batteri intestinali erano in parte responsabili dei topi alimentati con diete ad alto contenuto di grassi diventando obesi e sviluppando il diabete e le relative malattie metaboliche. Hanno anche scoperto che dare gli antibiotici agli animali, che hanno cambiato i loro batteri intestinali, ha invertito queste condizioni. In questo nuovo studio, i ricercatori hanno aggiunto una nuova funzionalità alla precedente serie di esperimenti. Dopo aver sviluppato obesità e diabete da una dieta ricca di grassi, i topi sono stati sottoposti a test comportamentali per l’ansia e la depressione.

Questi test erano uguali a quelli usati nei farmaci di screening per i disturbi dell’umore. I test aggiuntivi hanno dimostrato che i topi nutriti con una dieta ricca di grassi avevano comportamenti che riflettevano un aumento dell’ansia e della depressione, rispetto ai topi alimentati con una dieta normale. Ma, quando i topi ricevettero antibiotici nella loro acqua da bere, i livelli di ansia sollevata e depressione scomparvero e il comportamento degli animali tornò alla normalità. Le modifiche alla composizione del microbo intestinale provocate dagli antibiotici possono essere responsabili della riduzione dei comportamenti di ansia e depressione? Per testare questa idea, gli scienziati hanno trasferito campioni fecali carichi di batteri, dai topi obesi e diabetici indotti dalla dieta nelle budella di topi privi di germi. I topi precedentemente privi di germi hanno iniziato a mostrare livelli elevati di ansia e comportamento depressivo. Tuttavia, questo non era il caso quando hanno ricevuto antibiotici in aggiunta ai batteri intestinali.

Infine, l’esame del tessuto cerebrale ha mostrato che la dieta ad alto contenuto di grassi aveva indotto la resistenza all’insulina nel cervello. La resistenza all’insulina è una condizione in cui le cellule perdono la capacità di utilizzare l’insulina per convertire il glucosio in energia ed è un segno distintivo del diabete di tipo 2. Lui e la sua squadra hanno anche scoperto che questa risposta all’alta percentuale di tessuto adiposo è in parte, e in alcuni casi quasi completamente, invertita trattando gli animali con antibiotici. Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che l’insulino-resistenza nel cervello si trasferiva sui topi privi di germi dopo aver “trapiantato” microbi intestinali dai topi sovrappeso. Il Prof. Kahn spiega: “Abbiamo dimostrato che, proprio come gli altri tessuti del corpo, queste aree del cervello diventano resistenti all’insulina nei topi con diete ipocaloriche, il che dimostra che l’insulino-resistenza nel cervello è mediata almeno in parte dall’influenza dai microbi intestinali”.

Gli scienziati sono anche riusciti a individuare alcuni dei messaggeri chimici nel cervello coinvolti nel processo. Si tratta di derivati di acidi grassi, alcune molecole che non avevano mai identificato e prodotti di trasformazione degli amminoacidi aromatici (fenilalanina, tirosina, triptofano, istidina). Questi non farebbero da neurotrasmettitori, bensì interferirebbero con le loro funzioni a livello delle cellule cerebrali. Non si tratterebbe, però, di effetti acuti o modifiche comportamentali eclatanti: piuttosto, la loro azione è lenta, riflettendo così l’ipotesi del lento cambiamento che la dieta può esercitare sulle nostre funzioni cognitive o comportamentali. Il team del professor Kahn studia questi fenomeni da un po’ di tempo (vedere pubblicazioni scientifiche) e non vi è intenzione di cambiare argomento, visto l’enorme interesse che suscita. Ora vogliono identificare quali microbi sono responsabili di questi cambiamenti e, in particolare, quale delle molecole che producono esercitano la maggiore influenza. L’idea è che questo potrebbe portare a integratori o farmaci che promuovono profili metabolici che migliorano la salute del cervello.

  • a cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.

Pubblicazioni scientifiche

Fujisaka S et al., Kahn CR. Cell Rep. 2018; 22(11):3072-86. 

Ussar S et al., Kahn CR. Diabetes. 2017 Apr; 66(4):886-896.

Fujisaka S et al. J Clin Invest. 2016 Dec 1;126(12):4430-4443.

Ussar S, Fujisaka S, Kahn CR. Mol Metab. 2016; 5(9):795-803. 

Deng L et al.,  Kahn CR. Cell Metab. 2015 Sep 1;22(3):516-530.

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Dott. Gianfrancesco Cormaci
Dott. Gianfrancesco Cormaci
Laurea in Medicina e Chirurgia nel 1998, specialista in Biochimica Clinica dal 2002, ha conseguito dottorato in Neurobiologia nel 2006. Ex-ricercatore, ha trascorso 5 anni negli USA alle dipendenze dell' NIH/NIDA e poi della Johns Hopkins University. Guardia medica presso la casa di Cura Sant'Agata a Catania. In libera professione, si occupa di Medicina Preventiva personalizzata e intolleranze alimentari. Detentore di un brevetto per la fabbricazione di sfarinati gluten-free a partire da regolare farina di grano. Responsabile della sezione R&D della CoFood s.r.l. per la ricerca e sviluppo di nuovi prodotti alimentari, inclusi quelli a fini medici speciali.

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