La disbiosi intestinale è associata a infiammazione, stress ossidativo e una varietà di malattie, tra cui disordini metabolici e malattie infiammatorie intestinali (IBD). 

I metaboliti (postbiotici) secreti o modificati dal microbiota o dall’ospite mediano le interazioni ospite-microbiota. Costituiscono una rete complicata e insieme mantengono le funzioni dell’ospite, del microbiota e la loro interdipendenza. 

Uno studio, i cui risultati sono stati pubblicati sulla rivista Microbiome, ha analizzato il ruolo dei metaboliti prodotti dal microbiota intestinale nella modulazione del rapporto ospite-microbiota.

Metaboliti del triptofano derivati dal microbiota

Il triptofano è un amminoacido essenziale per la sintesi proteica e un precursore di vari metaboliti cruciali per il metabolismo e la fisiologia dell’ospite. Il triptofano può essere metabolizzato dall’ospite attraverso le vie della chinurenina o della serotonina (5-HT), ma anche dal microbiota intestinale attraverso la via dell’indolo. 

È stato messo in evidenza che i derivati ​​dell’indolo metabolizzati dal microbiota, come l’indolo-3-lattato (ILA), l’acido indolo-3-propionico (IPA) e l’indolo-3-acetato (IAA), hanno un profondo impatto sull’immunità dell’ospite e sulla funzione intestinale. Questi metaboliti del triptofano derivati ​​dal microbiota rafforzano la barriera intestinale, proteggono dai patogeni e influenzano il metabolismo dell’ospite legandosi al recettore degli idrocarburi arilici (AhR) o al recettore del pregnane X (PXR). 

Indolo-3-lattato (ILA) e modulazione del microbiota

L’indolo-3-lattato (ILA) prodotto dal Lactobacillus è una molecola chiave nei confronti dell’attenuazione dell’infiammazione e nella modulazione del microbiota intestinale. 

L’ILA aumenta l’espressione degli enzimi rilevanti coinvolti nel metabolismo del triptofano tramite cross-feeding batterico e promuove la sintesi di metaboliti microbici del triptofano, tra cui IPA e IAA, in vivo e in vitro. La regolazione del microbiota intestinale da parte dell’ILA è microbiota-dipendente; in particolare, si è osservato un aumento nei livelli di indoli in condizioni di disbiosi indotta da Citrobacter rodentium. 

Gli effetti antinfiammatori dell’IPA e di rafforzamento della barriera intestinale erano regolati direttamente dall’attivazione del PXR, mentre quelli dell’IAA erano dipendenti dal microbiota. Collettivamente, questi risultati suggeriscono che la comunicazione intermicrobica mediata da ILA modula la diafonia microbioma-ospite e controlla l’omeostasi intestinale insieme ad altri indoli derivati ​​dal microbiota.

Effetti dei probiotici mediati da ILA 

Dal momento che il triptofano può essere metabolizzato dal microbiota intestinale mediante la via dell’indolo, e che ILA ha dei ruoli importanti nella modulazione del microbiota intestinale, si è osservato come alcuni probiotici possono regolare l’omeostasi intestinale attraverso l’attivazione dell’AhR indotta dal derivato dell’indolo. 

È stato mostrato come Lactobacillus reuteri promuove la differenziazione e l’espansione tollerogenica orale dei cloni dei linfociti T CD4⁺ e CD8⁺ intraepiteliali attraverso la produzione di ILA, che è in grado anche di inibire la polarizzazione delle cellule Th17 in vitro. L. reuteri, inoltre, nei topi con colite inverte il metabolismo microbico compromesso del triptofano, migliorando l’espressione degli enzimi metabolizzanti che portano ad un aumento delle sintesi di IPA e IAA. 

Cross-feeding batterico e ILA

Il cross-feeding batterico è l’utilizzo dei metaboliti di un batterio da parte di un altro, che è onnipresente nelle comunità naturali e aumenta la diversità del microbiota intestinale. È stato dimostrato per la prima volta che il Lactobacillus ha la capacità di modulare l’immunità intestinale e il microbiota intestinale attraverso la sintesi di ILA, che è stato rilevato nel surnatante di L. reuteri e di altre specie di Lactobacillus. 

L’ILA prodotta da L. reuteri ha indotto la sintesi di IPA e IAA, sia in coltura sia in vivo, e ha determinato un’abbondanza di batteri (tra cui Roseburia, Faecalibacterium e Clostridium) codificanti per gli enzimi acil-CoA deidrogenasi (ACD) e indolacetamide idrolasi (IAAH), coinvolti nella sintesi di IPA e IAA. L’aumento delle concentrazioni sia di IAA che di IPA è stata evidenziata anche dopo l’inoculazione con GUT-108, un insieme di 17 ceppi batterici vivi, e ciò indica che la produzione di IAA e IPA potrebbe essere realizzata in modo cooperativo dai batteri intestinali.

Conclusioni

La composizione e la funzione del microbiota possono essere regolate da approcci probiotici. Il trattamento con metaboliti che media a valle i metaboliti derivati ​​​​dal microbiota può essere maggiormente efficace nel controllare le interazioni ospite-microbiota. 

L’utilizzo dei fattori endogeni che correggono il microbiota dalla malattia allo stato di salute può aiutare a superare la forte variabilità interindividuale, che attualmente limita l’efficacia dei trattamenti farmacologici o degli interventi probiotici. 

I metaboliti derivati ​​​​dal microbiota o i postbiotici mirati possono fornire nuovi approcci di prevenzione o trattamento delle malattie guidate dalla disbiosi.