Microbiota

Microbiota alterato nell’autismo

Nuove evidenze sul microbiota intestinale alterato nei disturbi dello spettro autistico

Un nuovo studio, tutto italiano, pubblicato su Nutrients[1] a Marzo del 2019 fa seguito al precedente pubblicato su  Microbiome[2] nel 2017 e conferma quanto già precedentemente osservato da altri studiosi: la connessione tra disturbi neurologici e microbiota[3].

Il termine “disturbi dello spettro autistico” (ASD) si riferisce a un gruppo di disturbi dello sviluppo neurologico che si innesca nelle fasi iniziali della vita ed è caratterizzata da alterazioni nelle interazioni sociali e nella comunicazione e da comportamenti limitati e ripetitivi. La comunità scientifica è concorde nell’accettare come concause nell’eziologia dell’ASD sia fattori genetici predisponenti che ambientali. 

Tra i sintomi non neurologici associati agli autismi, diversi studi indicano sintomi gastrointestinali come comorbilità comuni. Altri studi hanno individuato le alterazioni nella composizione del microbiota intestinale come implicate in una vasta gamma di problematiche cliniche umane, tra cui l’autismo. Poiché il microbiota intestinale contribuisce al funzionamento dei metabolismi e al mantenimento dell’omeostasi auto-immune e può controllare le attività del sistema nervoso centrale attraverso vie neuronali, endocrine e immunitarie, si è andata sempre più delineando l’ipotesi di un ruolo attivo del microbiota intestinale nella fisiopatologia dell’autismo. C’è un sottile collegamento tra il microbiota intestinale e il SNC, attraverso l’“asse microbioma-intestino-cervello”. Infatti, è stata dimostrata un’interazione diretta tra il microbiota intestinale e i neuroni enterici, il suo ruolo nella regolazione dell’asse asse ipotalamo-ipofisi-surrene (principale effettore della risposta individuale allo stress, di concerto con il Sistema Nervoso Simpatico e Parasimpatico) e la produzione di molte sostanze chimiche importanti per il corretto funzionamento del cervello (ad es.: serotonina , dopamina, chinurenina, γ-aminobutirrico acido, SCFAs, p -cresol). Una comunità microbica disbiotica potrebbe portare a un’infiammazione sistemica dovuta all’iperattivazione delle risposte delle cellule T-helper 1 e T-helper 17 che influenzano anche la reattività delle cellule immunitarie periferiche al sistema nervoso centrale e l’integrità della barriera ematoencefalica.  Situazione che è presente nell’autismo. Diverse evidenze hanno suggerito un’attivazione immunitaria precoce con infiammazione cronica e disregolazione delle citochine nei disturbi dello spettro autistico ed è stato dimostrato come l’infiammazione sistemica indotta da Lipidi derivanti da membrane danneggiate provochi cambiamenti comportamentali e alteri la barriera emato-encefalica in modelli animali[4]. Inoltre, le infezioni fungine che possono originarsi dall’ alterazioni nella popolazione dei batteri commensali (presenti nell’organismo) potrebbero spostare l’attività dell’indoleamina 2,3-diossigenasi riducendo i livelli di chinurenina, un agente neuroprotettivo. Nonostante diversi rapporti abbiano rivelato un microbiota intestinale alterato negli autismi, il consenso tra gli studi non è ancora stato stabilito. Lo studio italiano ha caratterizzato il microbiota intestinale batterico e il mycobiota intestinale dei soggetti autistici.

I soggetti autistici ospitano un microbiota intestinale batterico alterato

Per la caratterizzazione del microbiota intestinale associato all’autismo, sono stati reclutati 40 soggetti autistici (36 su 40 soggetti autistici sono stati classificati come ASD severi, valore della scala di valutazione dell’autismo infantile (CARS)> 37) e 40 casi-controllo neurotipici (Tabella  1 , file aggiuntivo 1 : tabella S1). L’analisi della diversità alfa non ha rivelato differenze significative tra soggetti autistici e neurotipici. Tuttavia, l’analisi della diversità beta ha invece rivelato che il microbiota batterico dei soggetti autistici è diverso da quello dei soggetti neurotipici Fig. 1 , file aggiuntivo 2 : tabella S2). Lo studio ha inoltre incluso l’osservazione di soggetti con costipazione sia neurotipici che autistici, ed ha anche analizzato l’impatto della stitichezza sulla diversità beta dei due gruppi di studio. L’osservazione ha rilevato che la stitichezza ha un effetto significativo sulla struttura della comunità microbica nei soggetti neurotipici, ma non nei soggetti con autismo (file aggiuntivo 2 : Tabella S2). Inoltre, lo studio ha osservato che la gravità del fenotipo autistico, misurata dai punteggi CARS, non influenza la struttura della comunità batterica tra gli individui AD (File aggiuntivo 3 : tabella S3).

Dati espressi come mediani con intervalli interquartili quando applicabili. Soggetti autistici AD , soggetti neurotipici NT , NA non applicabile, Scala di valutazione dell’autismo infantile CARS , tasso di sedimentazione eritrocitaria ESR

Fig. 1

I soggetti autistici e neurotipici sono colorati rispettivamente in arancione e blu . Lo stato di stitichezza dei soggetti è indicato in base a forme diverse, cerchi per non costipati e triangoli per individui stitici

L’analisi del livello del phylum ha mostrato una chiara alterazione della comunità intestinale batterica nell’autismo, caratterizzata da un più alto rapporto Firmicutes / Bacteroidetes (Fig. 2a) negli autistici rispetto ai soggetti neurotipici, a causa di una significativa riduzione del abbondanza relativa di Bacteroidetes (Fig. 2b). 

L’analisi di genere ha mostrato che i dieci principali generi più abbondanti in entrambi i soggetti, neurotipici o autistici, erano: BifidobacteriumBacteroidesFaecalibacteriumLachnospiraceae sconosciuta, BlautiaRuminococcoClostridium XIStreptococcusGemmiger e Lachnospiraceae incertae sedis (File aggiuntivo 4 : Figura S1, file aggiuntivo 5 : Tabella S4). 

Il genere Prevotella è stato rappresentato a mala pena nell’autismo rispetto alla composizione batterica nei soggetti neurotipici, in accordo con un precedente studio sul microbiota intestinale nei bambini con ASD[5], sebbene questa differenza di abbondanza relativa non fosse stata supportata da un’analisi statistica. Lo studio ha anche rivelato un aumento significativo dell’abbondanza di diversi categorie batteriche nell’autismo, tra cui CollinsellaCorynebacteriumDorea e Lactobacillus e una significativa riduzione di Alistipes , BilophilaDialister , Parabacteroides e Veillonella sia nei soggetti autistici che in quelli neurotipici (Fig.  3 ).

Fig. 2

una media abbondanza relativa (%) di Firmicutes e Bacteroidetes in autistico (AD) e soggetti neurotipici (NT); * p  <0,005, test del punteggio di Wilcoxon sul rapporto Firmicutes / Bacteroidetes . b di Welch t statistiche di prova delle abbondanze relative di phyla batterica in soggetti autistici e neurotipici. Le barre arancioniindicano valori p corretti per FDR corretti per il confronto multiplo che controlla il tasso di errore di tipo I per famiglia

 Fig. 2

Fig. 3

La stitichezza presenta diverse categorie batteriche sia nei soggetti autistici che nei controlli sani neurotipici.

I soggetti autistici soffrono frequentemente di comorbidità gastro intestinali e la stitichezza è un sintomo spesso riportato in questi soggetti, condizione questa ben nota come alterazione della fisiologia del tratto gastrointestinale umano e del microbiota intestinale stesso. L’analisi di correlazione dell’abbondanza batterica tra soggetti stitici e non stitici, sia autistici che neurotipici, ha rivelato tra i generi di batteri più abbondanti: Gemmiger e Ruminococcus. Queste sono correlate con la condizione di costipazione (file 6 : Tabella S5) mentre il cluster di Escherichia / Shigella e Clostridium XVIII è correlato positivamente con il sintomo gastrointestinale (File aggiuntivo 6 : Tabella S5). 

In conclusione non sono state osservate differenze nei livelli di infiammazione tra soggetti autistici stitici e non stitici e proprio questo dato ha suggerito agli studiosi che non sia la stitichezza con le relative alterazioni del microbiota intestinale da associare ad un aumento dell’infiammazione intestinale, né nei soggetti autistici né negli individui neurotipici. 

Non è la stipsi che induce infiammazione ma l’infiammazione gastro-intestinale è presente nell’autismo.

 

Fig. 4

Rappresentazione del plot plot delle abbondanze relative di generi batterici correlati allo stato costipato dei soggetti arruolati in questo studio. Confronti tra una e b costipati (C) e non costipati (NC) soggetti autistici e ( c ) costipati (C) e non costipati (NC) soggetti neurotipici; Asterisco indica p  = 0,05 corretto per FDR , test di rango di Wilcoxon

I soggetti autistici ospitano anche un mycobiota intestinale alterato. Le specie fungine.

Quindi gli studiosi si sono rivolti a studiare la parte fungina dell’intestino, il mycobiota.  

L’analisi ha rivelato che il mycobiota  nell’autismo è diverso rispetto a quello dei soggetti neurotipici. Sono i funghi presenti che cambiano. Inoltre, la gravità del fenotipo autistico (correlato alla gravità degli aspetti comportamentali) non influenza la struttura della comunità intestinale fungina tra gli individui con autismo (file aggiuntivo 3 : tabella S3). Un’analisi approfondita del mycobiota intestinale ha portato all’identificazione di 50 taxa fungini classificati al livello di genere e altri 30 solo parzialmente classificati. L’analisi a livello di genere ha mostrato Aspergillus (24,2% AD, 28% NT), Candida (37,7% AD, 14,1% NT), Penicillium (13,2% AD, 23,5% NT) e Malassezia(3,05% AD, 3,3% NT) come i generi più abbondanti e ampiamente distribuiti in termini di abbondanza relativa (file aggiuntivo 8 : Figura S2, file aggiuntivo 9 : tabella S7). L’abbondanza relativa del genere Candida era però più del doppio rispetto a quella presente nell’intestino dei soggetti neurotipici, ma a causa di una grande dispersione di valori questa differenza era solo parzialmente significativa (file aggiuntivo 10 : figura S3). L’abbondanza del genere Candida risultava associata al gruppo di soggetti affetti da autismo (Figura  5 ) e questo ha suggerito che la Candida possa effettivamente avere un ruolo nell’alterazione della flora microbica associata ai soggetti autistici. 

Un’analisi di correlazione tra le comunità fungine e le comunità batteriche più abbondanti  non ha rivelato correlazioni significative tra soggetti autistici mentre è stata trovata una significativa correlazione positiva tra i generi Aspergillus e Bifidobacterium negli individui neurotipici (File aggiuntivo 11 : Tabella S8).

Fig. 5

PCoAs di funghi beta diversità basate su una distanza di UniFrac ponderata e b dissomiglianza Bray-Curtis. Il pannello destro dei grafici un e b mostra le stesse coordinate PCOA con il più abbondante OTU sovrapposto come quadrati colorati , con la dimensione proporzionale alla abbondanza relativa media del taxon tutti i campioni ( punti grigi ). I soggetti autistici e neurotipici sono colorati rispettivamente in arancione e blu . Lo stato di stitichezza dei soggetti è indicato in base a forme diverse, cerchi per non costipati e triangoli per individui stitici

 

Conclusioni.

Il microbiota intestinale è un fattore cruciale per il mantenimento delle funzioni del tratto gastrointestinale e dell’omeostasi immunitaria. È noto come la disbiosi del tratto gastrointestinale porti all’infiammazione e all’attivazione immunitaria in diverse patologie. La frequente insorgenza di sintomi gastrointestinali nei soggetti autistici implica il possibile coinvolgimento del microbiota intestinale nella patofisiologia gastrointestinale autistica, ulteriormente supportata dalle speculazioni sull’aumentata incidenza dei casi di ASD dovuta a abitudini “occidentali” (ad esempio, dieta, farmaci e una eccessiva igiene) che possono influenzare la composizione del microbiota intestinale. Le scoperte recenti di questo stesso gruppo di studiosi italiani hanno mostrato un microbiota intestinale alterato nella sindrome di Rett[6], un disturbo del neurosviluppo geneticamente determinato, precedentemente classificato nel gruppo degli autismi che condivideva alcune caratteristiche di queste condizioni. Sempre loro hanno caratterizzato il microbiota intestinale associato all’autismo, rivelando una comunità microbica alterata sia a livello batterico che fungino. Quindi hanno osservato un aumento significativo del rapporto Firmicutes / Bacteroidetes nei soggetti autistici e di una significativa riduzione di Bacteroidetes in questi individui. 

Diverse condizioni infiammatorie sono state correlate ad un aumento del rapporto Firmicutes / Bacteroidetes come le malattie infiammatorie intestinali (IBD) e l’obesità. È stato riportato un aumento del rapporto Firmicutes / Bacteroidetes anche nei soggetti con autismo. Inoltre, sempre loro hanno scoperto che le abbondanze relative dei generi CollinsellaCorynebacteriumDorea e lattobacilli erano significativamente aumentate nel microbiota intestinale dei soggetti autistici rispetto ai soggetti neurotipici, mentre l’abbondanza relativa dei generi AlistipesBilophilaDialisterParabacteroides e Veillonella erano ridotti significativamente. Uno studio del 2013 aveva già dimostrato che il trattamento con un ceppo di PSA Bacteroides fragilis era in grado di ripristinano le anomalie comportamentali e gastrointestinali correlate all’autismo. Gli studiosi ne hanno dedotto che a loro avviso bisogna rilevare l’importanza del ruolo dei Bacteroidetes nella fisiopatologia dell’autismo. Inoltre, i Lactobacillus risultavano essere più ricchi nel microbiota intestinale degli individui autistici mentre Dialister e Veillonella risultavano essere depauperati, coerentemente con i risultati ottenuti nei precedenti studi. Poiché la stitichezza è un problema gastrointestinale comune nei soggetti con autismo, gli studiosi hanno dedotto che i problemi gastrointestinali e le alterazioni correlate del microbiota intestinale possano contribuire ai sintomi gastrointestinali nell’autismo. A causa della loro capacità di produrre esotossine e propionato, che possono esacerbare i sintomi autistici.

Nonostante l’importanza attribuita alle implicazioni del microbiota intestinale nella salute e nella malattia, pochi studi hanno esplorato la rilevanza della componente fungina del microbiota intestinale nella fisiologia gastrointestinale. Inoltre, nessuno degli studi precedenti, pubblicati sul microbiota intestinale degli autistici ha valutato la struttura della comunità fungina dell’intestino associata all’autismo. Il set di dati osservati dal gruppo di studiosi italiani nei soggetti autistici ha mostrato una diversa struttura della comunità fungina rispetto alle comunità presenti nei soggetti neurotipici. In particolare, il genere Candida è uno dei taxa (categorie) più abbondanti nel mycobiota intestinale di questa coorte di studio, essendo due volte più abbondante nell’autismo che non nei soggetti neurotipici.  Il loro studio è il primo che ha focalizzato l’attenzione sulle comunità fungine intestinali associate agli autismi. Anche se la Candida è un commensale comune della micoflora umana intestinale, il suo coinvolgimento nei fenomeni di disbiosi fungina sono stati segnalati in varie condizioni di problemi gastrointestinali e di condizioni infiammatorie, come anche nella sindrome di Rett. È quindi possibile che sia proprio l’alterazione della popolazione fungina intestinale, condotta da una proliferazione della Candida nell’intestino degli individui autistici che abbia un impatto negativo proprio sui disturbi gastrointestinali attraverso la disregolazione delle citochine. Il microbiota intestinale, in particolare alcune specie di Lactobacillus, modula le risposte immunologiche alla Candida nel tratto gastrointestinale stimolando il sistema immunitario. Inoltre il compito di un equilibrato microbiota è anche quello di evitare l’eccessiva proliferazione della Candida e di altri commensali fungini nell’intestino. È quindi possibile che l’alterazione del microbiota intestinale nei soggetti autistici possa portare ad un’espansione della  Candida che impedisce il completo ripristino di una comunità batterica sana. Infatti, è stato osservato che alterazioni del microbiota intestinale batterico a causa dell’uso prolungato di antibiotici e della successiva colonizzazione con C. albicans, interferiscono con il riassemblaggio della struttura batterica delle comunità, con conseguente abbondanza alterata diBacteriodetesLactobacillaceaeRuminococcaceae e Lachnospiraceae.  Dal momento che le due diverse comunità microbiche (funghi e batteri) si influenzano a vicenda, gli studiosi ipotizzano che proprio la riduzione sin dai primi incontri dei batteri e dei funghi derivanti dall’ alimentazione e dall’ambiente nelle aree urbane del mondo globalizzato possa essere la causa della maggiore colonizzazione con alcuni importanti commensali, come la Candida e l’Escherichia . L’alterazione della composizione del microbiota intestinale potrebbe anche essere mediata dal meccanismo di memoria immunologica[7] o da una ridotta capacità del sistema immunitario di controllare la sua crescita eccessiva a causa della mancanza di “allenamento immunitario”, estendendo l’ipotesi igienica dai batteri ai lieviti.

Lo studio condotto da Strati F. e collaboratori ha quindi rilevato un’ alterata comunità microbica intestinale associata ad ASD, sia a livello batterico che fungino, condizione che, dimostrano, non dipende dalla stitichezza degli individui autistici ma piuttosto dalla stessa problematica autistica. Tuttavia, a causa dell’ampia variabilità fenotipica degli ASD, suggeriscono necessaria una più ampia caratterizzazione dello sfondo genetico e fenotipico in una più ampia coorte di soggetti autistici in modo da comprendere in modo completo il ruolo del microbiota intestinale nella patofisiologia dell’autismo e per convalidare ulteriormente questi risultati. I loro risultati quindi incoraggiano verso nuovi studi multicentrici sull’impatto delle componenti batteriche e fungine del microbiota intestinale nella fisiologia gastrointestinale e nei cambiamenti neuroplastici negli autismi, così come l’integrazione di quei dati con altri riguardanti la genetica oppure l’immunologia.

[1] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6471505/

[2] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5320696/

[3] https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/biores.2016.0010

[4] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3085330/

[5] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3700858/

[6] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4967335/

[7] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4825003/