Microbiota e diabete mellito tipo1: i primi risultati dal TEDDY study

Un recente articolo pubblicato su Nature da Vatanen e i suoi collaboratori ha riportato i risultati ottenuti da una parte dell’equipe impegnata nello studio TEDDY, avente l’obiettivo di chiarire il ruolo patogenetico dei batteri intestinali nell’insorgenza del diabete mellito tipo 1, aprendo ad una nuova ed eccitante batteria di sperimentazioni.

Il contesto dello studio

TEDDY (The Environmental Determinants of Diabetes in the Young) è uno studio prospettico e multicentrico con lo scopo di indagare gli effetti dell’ambiente sull’insorgenza di diabete mellito tipo 1 nell’infante, con focus in particolare sul microbiota intestinale.

É noto da tempo che il diabete mellito tipo 1 (anche detto giovanile) riconosce nell’autoimmunità il meccanismo patogenetico di base, ma le cause dell’alterata reattività dei linfociti T verso gli antigeni delle cellule β pancreatiche non è ancora ben chiarita.

Le teorie più accreditate prevedono, a guisa di agenti predisponenti:

• fattori genetici personali, in particolare alcuni aplotipi HLA
• fattori ambientali, come infezioni virali, stili di vita, nonché le disbiosi intestinali, attualmente studiati approfonditamente nella cavia murina ma poco nell’uomo;

La ricerca pubblicata, che fa parte dello studio TEDDY, mira proprio a quest’ultimo fattore: comprendere la composizione microbiologica ed i meccanismi d’innesco che sono alla base dell’autoimmunità verso le isole pancreatiche e l’innesco del DM1.

Elementi preliminari

I ricercatori si sono basati su alcune considerazioni prima di disegnare lo studio vero e proprio, ovvero;

• altri studi avevano dimostrato che gli acidi grassi a corta catena (SCFAs), prodotti come metaboliti dai batteri intestinali, avevano un ruolo protettivo;
• gli adulti con minore quota di SCFAs erano maggiormente predisposti al DM2
• soggetti con reazioni di autoimmunità contro le isole pancreatiche (uno stadio pre-diabetico apprezzabile solo con la biopsia, in cui inizia la reazione infiammatoria con morte cellulare, che si sviluppa senza dare sintomi di malattia) dimostravano maggiore permeabilità intestinale e minore variabilità nel pool microbiotico
• modelli di topi con predisposizione al diabete (detti NOD) a cui veniva somministrata una dieta che favorisse la produzione di SCFAs avevano una bassissima incidenza di DM1
• il microbiota del bambino lattante è molto diverso da quello dello svezzato e dell’adulto: nel primo il metabolismo è spostato in senso aerobio ed il profilo tassonomico batterico è più ampio e diversificato.

Setting sperimentale dello studio TEDDY

Raccolta dei dati e test iniziali

Alla ricerca hanno partecipato 6 centri statunitensi e 3 europei, capaci di reclutare diverse migliaia di neonati con predisposizione a DM1 e/o almeno un familiare prossimo con malattia. Da questi sono stati ottenuti dei campioni mensili di feci (a partire dai 3 mesi di vita fino all’insorgenza di DM1) e numerosi altri dati personali, quali dieta, malattie, farmaci assunti ed altre esperienze di vita.

Nell’articolo in esame, che descrive solo una parte dello studio TEDDY, i ricercatori hanno ottenuto 10903 meta-genomi da 783 soggetti bianchi non ispanici, analizzandoli per gradi e sottoponendoli a diverse batterie di test sequenziali per individuare:

• composizione tassonomica a livello di specie nell’intestino del neonato: serve a valutare come, quanto e perché vari la composizione batterica tra soggetto e soggetto, ovvero perché alcuni neonati hanno certi ceppi piuttosto che altri. Si è visto che i principali fattori di diversità sono: differenze inter-soggetto, età di inizio della raccolta dei campioni di feci, età, localizzazione geografica ed allattamento al seno.
• effetto degli antibiotici in età precoce: somministrare chemioterapici riduce la popolazione di Bifidobacterium, particolamente presenti nell’intestino, con particolare riferimento alle specie bifidum, pseudocatenulatum, adolescentis, dentium e catenulatum; altre specie non sono declinate in maniera così netta. Essendo un genere dominante nelle prime fasi della vita, è chiaro che gli antibiotici vanno ridotti il più possibile durante l’allattamento.
• persistenza e cambiamento di alcune funzioni batteriche con età ed alimentazione: mentre ci sono alcune funzioni di base, sostanzialmente mantenute in tutti i soggetti e in tutte le età, altre variano sensibilmente: l’enzima L- lattico deidrogenasi, prodotto particolarmente dai Bifidobacterium, declina velocemente con l’introduzione di cibo solido (dal 78% nei bambini di 3 mesi allattati al 23% in quelli di un anno), mentre l’enzima transchetolasi, implicato nella digestione delle fibre, sale vertiginosamente (dal 53% al 100% nelle età di riferimento), implicando uno switch metabolico in senso fermentativo.

Studio caso-controllo

Successivamente, utilizzando i dati ricavati, son stati sviluppate due analisi caso-controllo atte a capire quali siano, tra i fattori studiati, quelli che ricorrano nei malati piuttosto che nei sani.

I due studi caso-controllo son stati così formulati: soggetti con autoimmunità contro le isole pancreatiche vs soggetti sani e soggetti con DM1- soggetti sani

Son stati quindi indagati i cambiamenti nella composizione batterica, variazioni dei pathway metabolici, il ruolo dell’allattamento.

Cambiamenti nella composizione batterica

• Nel primo caso si è visto che cambiano alcuni batteri presenti nel microbiota, ad esempio sono presenti alcue specie di Streptococco nei malati che soppiantano i Lattobacilli ed alcuni Bifidobatteri dei sani
• Anche nel secondo caso, sono presenti tra i malati batteri del genere Roseburia e Alistipes, assenti o poco presenti nei sani, che hanno un più alto numero di Lattobacilli e Termophilus

Variazioni dei pathway metabolici

Sono risultati alterati anche alcuni pathway metabolici, in particolare i sani di entrambi i gruppi hanno una più alta attività delle vie che producono SCFAs (propionato, butirrato ed acetato), ad esempio le vie di degradazione della L-arginina, del’acetilene e dell’L-1,2-propanediolo, che, come noto, hanno attività protettiva.

Allattamento

Infine è stato valutato il ruolo dell’allattamento: il Bifidobacterium longum subspecie infantis è particolarmente efficace nel degradare gli oligosaccaridi, ma si è visto che altri bifdobatteri hanno questa capacità, come pure alcuni entobatteri. E’ stato osservato che oltre 41 geni sono più presenti ed attivi durante l’allattamento rispetto allo svezzamento.

Limiti e conclusioni

Alcune correlazioni non si sono rilevate statisticamente significative; secondo gli autori ciò è da attribuire a:

• variazioni negli endotipi del DM1
• non considerazione di altri microbi della flora
• eterogeneneità geografica
• mancanza di campioni dei primi due mesi, nonché assenza nella coorte di soggetti ispanici e di altre etnie
• lo studio in esame è incompleto e dovrà essere confrontato con il resto della ricerca.

Questi risultati parziali dello studio TEDDY sono certamente interessanti, ma dovremo attendere il resto delle sperimentazioni per definire in maniera compiuta l’impatto che tale ricerca avrà.

FONTI| Articolo originale su Nature