L’asse intestino-cervello: il ruolo dei batteri nella nostra salute mentale

Come essere umani siamo organismi simbiotici. Nulla di stravagante e fantascientifico come il personaggio dei fumetti Marvel Venom, ma per millenni ci siamo co-evoluti insieme a una comunità dinamica di microorganismi che popolano il nostro organismo sin dalla nascita, instaurando con essi una simbiosi mutualistica, vantaggiosa sia per noi che per loro.

Il microbiota intestinale

Di particolare importanza sono tutti quei microorganismi – principalmente batteri, ma anche archea, funghi e virus – che popolano il nostro tratto gastrointestinale, chiamati collettivamente come “microbiota intestinale”. Si stima che il numero di batteri presenti nell’intestino umano sia quasi equivalente al numero totale di cellule nel nostro corpo e che il microbioma, ovvero il repertorio genico di questi batteri, consista di 3.3 milioni di geni, superando di cento volte il numero dei geni umani.

Gli ospiti che popolano il nostro tratto gastrointestinale non rimangono con le mani in mano e, per ringraziarci dell’ospitalità offerta, si danno da fare svolgendo funzioni che noi da soli non saremmo in grado di eseguire: la disgregazione di sostanze come le cartilagini e le molecole di cellulosa, la sintesi di sostanze indispensabili, ad esempio la vitamina K, e la competizione con i batteri non simbiotici che si potrebbero replicare nell’organismo.  

Tu che stai leggendo possiedi un unico e personale microbiota intestinale, diverso da quello di chiunque altro, sebbene vi siano alcuni ceppi batterici in comune alla maggioranza dell’umanità; a livello di phyla sono quattro i principali: Firmicutes, Bacteroides, Proteobacteria e Actinobacteria.

Disbiosi

Il microbiota intestinale è dinamico e cambia composizione e attività in base a diversi fattori, come dieta alimentare, età, stress e stile di vita. Il termine disbiosi indica proprio un cambiamento nell’equilibrio del microbiota, con maggiore presenza di batteri “cattivi” come Prevotellaceae ed Enterobacteriaceae, a discapito di quelli benefici come Bacteroides e Firmicutes. Questi ultimi rappresentano circa il 90% del microbiota e il loro rapporto viene utilizzato come indicatore della salute del microbiota intestinale.

Non è sorprendente quindi pensare come i batteri presenti nel tratto gastrointestinale possano influenzare il nostro stato di salute e giocare un ruolo importante nel decorso di diverse patologie, tra cui quelle neurologiche – come Alzheimer e Parkinson – ma in che modo ci riescono?

L’asse intestino-cervello

I batteri del microbiota producono diverse molecole che vengono spedite in vari distretti corporei, compreso il cervello. Ricordiamo gli acidi grassi a catena corta – come il butirrato e il propionato – metaboliti che aumentano l’integrità della barriera intestinale e riducono l’infiammazione.

Gli stessi neurotrasmettitori, i messaggeri chimici attraverso i quali i neuroni comunicano tra di loro, possono essere sintetizzati da specifici ceppi batterici. Ad esempio, Escherichia è noto per produrre noradrenalina, mentre Bacillus può sintetizzare anche la dopamina, questi sono entrambi neurotrasmettitori coinvolti nella regolazione delle emozioni, cognizione e motilità gastrica.

È stato inoltre dimostrato come i metaboliti batterici, come gli acidi grassi a catena corta, il triptofano e l’LPS (uno dei costituenti della parete batterica), siano in grado di stimolare le cellule endocrine presenti nell’epitelio intestinale a rilasciare diversi neuropeptidi, molecole che possono raggiungere il sistema nervoso centrale e modularlo².  

Le vie attraverso cui queste molecole raggiungono il cervello sono differenti:

• Vengono captate dal nervo vago che comunica con il cervello. Questo è un nervo appartenente al sistema nervoso parasimpatico, chiamato così dal termine latino vagus (errante, vagabondo) in quanto innerva molti organi del corpo umano; trasmette informazioni cruciali dagli organi viscerali come il tratto gastrointestinale, cardiovascolare e il sistema respiratorio, al cervello e viceversa.

• Attraverso il sistema nervoso enterico. Chiamato anche “secondo cervello” è composto da 200 a 600 milioni di neuroni situati nel tratto gastrointestinale e ne controlla diverse funzioni, dall’assorbimento alla secrezione e motilità. Il microbiota intestinale influenza lo sviluppo e la funzionalità del sistema nervoso enterico, che a sua volta comunica con il cervello. Si tratta di una comunicazione bidirezionale, in quanto anche alterazioni del sistema nervoso enterico hanno un impatto sulla composizione del microbiota.

• L’asse ipotalamo-ipofisi-surrene (HPA) è considerata un pathway importante nella comunicazione intestino-cervello in condizioni di stress; L’ipotalamo, una struttura del sistema nervoso centrale, inizia la sintesi dell’ormone di rilascio della corticotropina (CHR), il quale raggiunge l’ipofisi anteriore, una ghiandola endocrina, inducendone il rilascio nella circolazione sistemica dell’ormone adrenocorticotropo (ACTH). L’ACTH stimola infine la ghiandola surrenale a sintetizzare e rilasciare i glucocorticoidi – cortisolo per l’uomo – ormoni che agiscono a livello di più organi. Vi è una correlazione tra la funzionalità dell’asse HPA e alterazioni nella composizione o produzione di metaboliti del microbiota, che può influenzare la concentrazione di cortisolo nell’organismo. Considerato che un’eccessiva o insufficiente attivazione di quest’asse è causa di diversi disturbi patologici, tra cui quelli neurodegenerativi, si capisce come il microbiota abbia un impatto sulla salute mentale anche attraverso questo pathway.

Approcci terapeutici

A causa della stretta comunicazione tra cervello e intestino, tra i trattamenti proposti per alcune patologie neurologiche vi sono anche diverse strategie atte a ristabilire l’equilibrio del microbiota. Queste includono:

• La dieta, che enfatizza il consumo di frutta, vegetali, legumi e cereali.
• I prebiotici, sono composti che, utilizzati in maniera selettiva dai batteri benefici, ne promuovono la crescita e la produzione dei metaboliti neuroprotettivi.
• I probiotici, microorganismi vivi e non patogeni che, quando assunti nelle giuste quantità, esplicano funzioni benefiche. Alcuni dei più usati includono Bifidobacterium, Lactobacillus, Bacillus, Streptococcus ed Enterococcus.
• I simbiotici, si tratta di formulazioni che combinano prebiotici e probiotici, nelle quali i prebiotici promuovono la crescita e l’attività metabolica dei probiotici.
• Il trapianto di microbiota fecale (FMT), consiste nel trasferimento del microbiota fecale di un donatore nel tratto gastrointestinale del paziente e mira a restaurare la funzionalità e diversità dei microorganismi intestinali. Sebbene sia un approccio promettente, è ancora ai suoi primi passi ed è quindi necessario aspettare ulteriori studi.

Conclusioni

Anche se ci sentiamo soli, in realtà non lo siamo mai. Questa comunità di microorganismi che popolano il tratto gastrointestinale ci accompagna dalla nascita alla vecchiaia ed è parte integrante della nostra salute fisica e mentale. Ѐ per questo che la ricerca sul microbiota intestinale sta avanzando moltissimo negli ultimi anni e in futuro sarà possibile chiarire meglio il rapporto che intercorre tra questa comunità di microorganismi e il nostro organismo.

Bibliografia

1. Zheng Y., Bonfili L., Wei T., Eleuteri A.M. Understanding the Gut–Brain Axis and Its Therapeutic Implications for Neurodegenerative Disorders. Nutrients 2023, 15, 4631. https://doi.org/10.3390/nu15214631
2. Cani P.D., Knauf C. How gut microbes talk to organs: The role of endocrine and nervous routes. Mol. Metab. 2016, 5, 743–752. 10.1016/j.molmet.2016.05.011
3. D’Alessandro G., Lauro C., Quaglio D., Ghirga F., Botta B., Trettel F., Limatola C. Neuro-Signals from Gut Microbiota: Perspectives for Brain Glioma. Cancers 2021, 13, 2810. https://doi.org/10.3390/cancers13112810