Microbiota intestinale e occhio

 Alberto Lanfernini1  Vittorio Picardo2

1. Oculista - Faenza 2. Oculista - Roma

Negli ultimi anni si sta affermando sempre più nel mondo scientifico la convinzione che il microbiota, l’insieme di esseri viventi in un sito o ospitati da un altro organismo, abbia un ruolo importante nell’omeostasi dell’organismo stesso. Il microbiota umano è presente in varie sedi come naso, occhi, bocca, pelle ed è prevalente nell’intestino; risulta essere un sistema molto complesso e ricchissimo di geni: l’insieme di tutto questo patrimonio genetico è detto microbioma.1 Numerosi lavori scientifici sottolineano come il microbiota e l’intestino debbano essere in equilibrio per l’omeostasi generale dell’organismo. Alterazioni del cross-talking fra ospite e microbiota intestinale infatti, possono portare a un low-grade inflammation, base per malattie sistemiche2 e essere concausa di numerose condizioni patologiche tra cui obesità, malattie infiammatorie intestinali, depressione e malattie cardiovascolari.3 La conoscenza dei meccanismi che regolano i rapporti tra microbiota e infiammazioni sistemiche potrebbe aprire in futuro possibilità e approcci nuovi alle malattie, anche oftalmologiche. Vanno quindi conosciuti i meccanismi di interazione microbiota-uomo, anche in relazione a patologie di interesse oftalmologico.

>> MICROBIOMA INTESTINALE

La maggior parte dei microrganismi si localizza nell’intestino, e in particolar modo nel colon ascendente. Nell’intestino, dunque, possiamo trovare batteri, funghi, virus ed elminti in costante relazione simbiotica con il nostro sistema immunitario e con numerose funzioni, quali attività metaboliche, protettive, di educazione immunitaria, di sintesi vitaminiche e altre che non riportiamo per esigenze di spazio.4 I principali phyla del microbiota intestinale sono i Bacteroidetes, i Firmicutes, gli Actinobacteria e i Proteobacteria5 ma troviamo anche altre specie commensali o patogene. È bene sottolineare che quando il quantitativo di saprofiti (batteri dunque residenti, non considerati patogeni) cresce di numero e va oltre limiti, anche essi possono diventare patogeni; ma essendo spesso tale crescita lenta, non determina reazioni del sistema immunitario, ma diventa un silenzioso innesco infettivo per malattie infiammatorie croniche e immunitarie. I microrganismi residenti si ereditano alla nascita, sono modificati in parte dalla alimentazione e da comportamenti esterni dell’ospite, e esercitano funzioni utili alla digestione, alla produzione di alcune vitamine. Inoltre hanno funzioni di modulazione del sistema immunitario tramite crosstalking, protezione nei confronti di patogeni (ad

Microbiota intestinale - schema

Microbioma - disegno schematico

esempio tramite sintesi di batteriocine), costituendo dunque, di conseguenza, fondamento per il mantenimento dell’equilibrio del microbiota intestinale, oltre che dell’ospite. I microrganismi transienti, invece, acquisiti con il cibo, l’aria e il contatto con il mondo esterno, sono di passaggio e possono competere con i residenti in talune condizioni, diventando trigger infiammatori. La mucosa intestinale deve essere indenne e integra per evitare l’attraversamento di sostanze tossiche ed immunostimolanti dal lume intestinale al circolo ematico e scongiurare, quindi, l’insorgenza di malattie immuno-mediate da parte del microbiota intestinale e orale6 . Nell’intestino, in estrema sintesi, esiste una flora di protezione costituita da bifidobatteri e lattobacilli. I bifidobatteri, sono definiti anche batteri metabolici: producono acidi grassi a catena corta, come il butirrato, e alcune vitamine, come la B.7 I lattobacilli, prevalenti nel tenue, sono invece immunomodulanti, interferiscono con il sistema immunitario e paiono implicati nell’insorgenza e progressione di numerose patologie, tanto che la somministrazione di loro famiglie mancanti le influenza direttamente8,9 . Altri batteri, infine, sono presenti e possono produrre anche metaboliti tossici10, come amine11 , scatoli, che possono anche avere effetti diretti sulle vie biochimiche cellulari.12 Il microbioma dunque, un profondo regolatore immunitario della mucosa intestinale e la sua attività metabolica, può modulare le risposte infiammatorie generali.13 La differenza quindi nella composizione del microbiota tra soggetti e la modifica dei rapporti tra famiglie nel tempo , in uno stesso ospite, può influenzare lo stato di salute. Numerosi studi suggeriscono anche che l’attività e la composizione del microbiota sono influenzati dalla dieta, attività fisica e dal background genetico dell’ospite.14

>> DISBIOSI

La disbiosi è l’alterazione del microbiota ed è correlata/associata a numerose patologie. Stress ossidativo, induzione dei batteriofagi e secrezione di tossine batteriche possono innescare rapidi cambiamenti tra i gruppi microbici intestinali.15 In estrema sintesi, la disbiosi può avere un effetto tossico diretto per il passaggio di sostanze e prodotti batterici attraverso le tight junction e può influenzare la produzione di citochine, che andando in circolo, determinano risposte immunitarie diffuse. Un nuovo meccanismo per spiegare l’interazione tra il microbioma intestinale e l’insorgenza di patologie è la sua influenza sulla regolazione epigenetica. In sostanza fattori ambientali possono modulare l’espressione di alcuni geni, modificando quindi il fenotipo dell’ospite. Prove consistenti segnalano come la disbiosi porti a una riprogrammazione epigenomica delle cellule dell’organismo ospite.16 Una certa influenza sulle malattie locali dell’occhio potrebbe averla anche il microbiota oculare.17

>> DISBIOSI INTESTINALE E OCCHI BILANCIA IMMUNITARIA

Tra gli organi influenzati a distanza dal microbiota intestinale troviamo anche gli occhi e le sue mucose. Il razionale dell’azione del microbiota intestinale su organi distanti da esso come gli occhi è nella produzione di citochine immunomodulatorie dalla parte delle cellule immuocompetenti intestinali (es. placche del Peyer). In estrema sintesi, ricordiamo che in presenza di trigger infettivo, il macrofago processa l’antigene e lo presenta alle cellule T per innescare la reazione di risposta adeguata. Le linee cellulari che derivano dalla cellula Naive Th0 si indirizzano in sottotipi della “bilancia” Th1/Th2 e Th17/Threg. L’immunità cellulo mediata è mediata dalla linea Th1, così come la risposta a patogeni intracellulari, mentre la linea Th2 produce la risposta anticorpale e regola i fenomeni allergici e di risposta ai parassiti. La linea Th17 è coinvolta nella immunità cellulo-mediata nei confronti del batteri extracellulari, ed è attiva nella auto- immunità cronica, come ad esempio nella malattia di Sjogren18. Infine i Treg regolano l’immuno-tolleranza e un loro squilibrio in senso positivo può portare a neoplasie e immuno-depressione. Queste due bilance Th1/Th2 Th17/Threg sono regolate da citochine prodotte dalle stesse cellule immunitarie in maniera positiva o negativa. Ad esempio IL- 12 inibisce i Th2, mentre i Th17 sono inibiti dalla IL1019. Un breve richiamo al fatto che IL-1 IL-6 IL 17 TNF alfa sono infiammatorie, IL- 4, IL-5 IL-13 sono implicate nei fenomeni allergici, IL-10 TGF beta rientrano invece tra i mediatori della risoluzione insieme agli SPM (mediatori specializzati pro-risolventi), derivanti da acidi grassi omega-3

Blefarite. Depositi sulle palpebre superiore e inferiore

tra i quali ricordiamo le resolvine. Non c’è spazio in questa sede per approfondire ulteriormente questi raffinati meccanismi di induzione e risoluzione dei processi infiammatori.

>> MALT - TESSUTO LINFOIDE ASSOCIATO ALLE MUCOSE

L’occhio può essere anche visto nell’ambito del sistema delle mucose MALT che comprende BALT (bronchiale), EALT (oculare), NALT (nasale) e il GALT (intestinale) che predomina, essendo il più esteso. Le cellule M nelle placche del Peyer (tessuto linfoide nel tenue e prima parte del colon) sono immunocompetenti e la loro barriera è necessaria per processare gli antigeni. L’alterazione di questa barriera intestinale compromette la tolleranza immunitaria e permette il passaggio di sostanze dal lume intestinale alla sottomucosa, producendo attivazione di cellule dendritiche e conseguente risposta immunitaria. I danni strutturali delle mucose (non solo intestinale) possono portare a una alterazione della sintesi e secrezione di IgA con disregolazione delle cellule T effettrici e regolatorie, i cui effetti si ripercuoteranno sulla omeostasi infiammatoria generale. A questo proposito è bene ribadire che in presenza di microbiota intestinale corretto si ha una produzione di acidi grassi a catena corta che stimola la liberazione di IL-10 dalle cellule Treg, mentre in presenza di disbiosi troviamo una alterazione della permeabilità intestinale, mancando gli acidi grassi a catena corta. Una conseguenza di ciò è l’attivazione Th17 associata a secrezione IL-17 (pro- infiammatoria) che, a cascata, si riflette su tutte le mucose del sistema MALT.

>> DISBIOSI E SUPERFICIE OCULARE

C’è molto in Letteraura in tema di disbiosi e superficie oculare. Ricorderemo, pertanto, soltanto alcuni aspetti principali.

Evidenziazione ghiandole di Meibomio occhio destro e sinistro

Nell’occhio secco Sjogren e non Sjogren numerosi esperimenti dimostrano correlazione della malattia con il microbiota intestinale. I fattori alla base della fisiopatologia comprendono le cascate infiammatorie a la alterazione Th1/Th17/threg e paiono modulati anche dal microbiota intestinale. Uno studio20 dimostra che la beta diversità del microbiota, cioè la diversità tra individuo e individuo, è sempre alterata tra sani e malati, con calo del rapporto tra Firmicutes/bacteroides nei malati rispetto ai sani. Inoltre i soggetti con grave disbiosi avrebbero maggiore attività della malattia rispetto ai sani. Infine i soggetti con occhio secco ambientale risultano portatori di un microbiota che si collocava tra quello dei controlli sani e quello dei malati. I meccanismi proposti per spiegare l’asse intestino occhio-secco sono vari: si parla dunque di attivazione delle cellule dendritiche e migrazione verso il linfonodo, attivazione cellule Th1/Th17 nell’intestino e cellule B autoreattive con migrazione nella superficie oculare/ghiandola lacrimale, mimetismo antigenico di prodotti batterici con conseguente autoimmunità, calo acidi grassi a catena corta e disturbi delle catene di sintesi mediatori infiammatori, alterata modulazione della lacrimazione a causa di neuropeptidi e lipopeptidi vasoattivi. E’ noto del resto che gli omega 3 possono migliorare il quadro di occhio secco, e questi per inciso possono essere considerati anche prebiotici, così come alcuni probiotici determinano cambiamenti nel protemoa della ghiandola lacrimale21 indicando un effetto modulatorio del microbiota intestinale sulle infiammazioni di organi distanti dall’intestino. Anche i calazi, spesso associati a blefariti, pare che rispondano ai probiotici.22 Nelle lacrime di pazienti con Sjogren primaria sono stati trovati livelli elevati di citochine correlati con le manifestazioni cliniche: in particolare IL-1, IL 8 e Metalloproteinasi sono elevate23,24 . Che la disbiosi grave sia prevalente nei pazienti Sjogren è dimostrato da tempo.25 Molti pazienti sono comunque affetti da S. sicca Ana e Ena negativi, quindi collegata ad altre patologie, come la tiroidite autoimmune. Stern26 nel 2012 ha evidenziato la malattia da occhio secco come parte di una malattia autoimmune delle mucose. Uno stimolo infiammatorio (trigger) che giunge nella superficie oculare porterebbe a una reazione immunitaria con conseguente produzione di citochine pro-infiammatorie che giungono, tramite il circolo ematico/ linfatico, alla milza e agli altri sistemi linfonodali tra cui l’intestino, il principale sistema immunocompetente contenendo il 70% delle cellule immunitarie. Da qui le citochine ritornano di nuovo verso la superficie oculare dove IL-1, Il-6 TNF alfa mantengono l’infiammazione cronica (abbiamo sopra detto che la risoluzione delle infiammazioni passa anche attraverso gli SPM, non solo dunque allontanando lo stimolo trigger). Questo circolo vizioso quindi potrebbe essere interrotto non trattando solo la superficie oculare ma anche le altre stazioni linfonodali, in primis intestino. Oltre a questo meccanismo lo stesso Stern ipotizza squilibri delle cellule B.

>> DISBIOSI E UVEITE

Nell’artrite reumatoide, come è noto, ci sono frequentemente uveiti correlate. Queste condizioni hanno come mediatore la IL-17 prodotta dalla linea Th17 che stimola macrofagi e cellule dendritiche le quali, a loro volta, producono IL-1, TNF alfa e IL-6 proinfiammatorie, oltre che le metalloproteasi. Che le cellule Th17 e le citochine correlate siano importanti mediatori della infiammazione è oramai accettato.27 Alcuni studi in aggiunta dimostrano anche che specifici HLA sono associati con diversi microbiomi. Uno studio pubblicato su Nature28 evidenzia come l’HLA- B27 influisca sulla composizione del microbiota intestinale e che questo, tramite meccanismi non chiariti, influenzi la patologia dell’uveite autoimmune associato a spondilite anchilosante. Ci sarebbe anche relazione con il principale gene di rischio Spa HLA-b27 e la perdita del privilegio immunitario oculare associato a uveite autoimmune. I microbi commensali, infine, è noto influenzino la progressione delle uveiti indotte negli animali da esperimento, evidenziando come le alterazioni delle comunità commensali contribuiscano alla malattia tramite effetti sulla immunità adattativa e innata.29

>> DEGENERAZIONE MACULARE E MICROBIOTA

Per quanto riguarda la degenerazione maculare si sta diffondendo l’idea che l’infiammazione di basso grado, sostenuta da disbiosi e aumento della permeabilità intestinale, contribuisca allo sviluppo di AMD.30 È stato visto che alcuni

DMS colloide occhio destro e sinistro

patogeni nel nasofaringe sono legati alla formazione di drusen, inducendo a pensare che essi possano essere dei trigger microbici per AMD31 . Inoltre il microbiota intestinale può essere vittima di modifiche con presenza di alcuni batteri che pare possano aumentare la permeabilità della barriera emato/retinica a cellule immunitarie32 . È stato anche osservato che specie microbiche intestinali variano tra soggetti sani e malati, indicando, di conseguenza, una loro azione modulatoria sulla patologia. La dieta ricca di grassi potenzia il reclutamento di microglia e macrofagi durante la CNV e aumenta l’abbondanza di Firmicutes, determinando una low-grade infiammation con elevata produzione di IL-1, IL-6, TNF-alfa, VEGF-A associate allo sviluppo di AMD neovascolare.33 Del resto la terapia con Neomicina orale pare induca una stabilizzazione della maculopatia e una riduzione della progressione di CNV.34. È dimostrato che la riprogrammazione del microbioma che si ottiene con il passaggio da una dieta ad alto contenuto di zuccheri e una a basso contenuto di zuccheri influenzi la degenerazione maculare.35 Altri Autori hanno rilevato che il microbiota intestinale e i cometaboliti microbici circolanti, come serotonina, triptofano, trimetiammina e altri, si modificano in risposta ai carboidrati alimentari, indicando un asse intestino-retina.36

>> DISBIOSI E GLAUCOMA

Infine un cenno al fatto che anche il glaucoma e il fenomeno neurodegenerativo associato potrebbero essere correlati a disbiosi intestinale. Le meta-analisi hanno suggerito associazione statisticamente significativa tra H. Pylori e glaucoma a angolo aperto tramite il rilascio di diversi mediatori della infiammazione (es. citochine e chemochine indotte da HP) e promuovendo il danno cellulare delle cellule neuronali.37 È stato anche dimostrato che le risposte delle cellule T indotte dalla flora commensale mediano la neurodegenerazione progressiva del glaucoma.38 Inoltre anche le parodontiti sono associate a un rischio maggiore di sviluppare glaucoma primario a angolo aperto.39 Questi dati potrebbero, se confermati, aprire nuove prospettive di supporto terapeutico.

>> CONCLUSIONI

Molte evidenze oramai vanno nella direzione che numerose malattie, anche di competenza oftalmologica, possono essere influenzate e modulate dal microbioma intestinale. La regolazione della immunità tramite le interleukine, l’appartenenza al sistema MALT e la riprogrammazione epigenomica paiono essere i principali meccanismi attraverso i quali esso esplica le sue azioni a distanza. Essendo l’intestino l’organo contenente il 70% delle cellule del sistema immunitario40, è conseguenza potere pensare che uno squilibrio immuno-regolatorio in questo distretto possa manifestare effetti importanti su tutto l’organismo. Ci vogliono però altri numerosi studi per capire le effettive connessioni tra microbiota e patologie oftalmologiche, quali microbiomi sono associati alle singole patologie, e quali microrganismi andare a trattare. Le prospettive però sono molto interessanti e permetterebbero di ampliare inaspettatamente le risorse terapeutiche a disposizione degli oftalmologi.

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