Un crescente numero di ricerche sottolinea la connessione tra il microbiota nel tratto respiratorio e la suscettibilità e gravità delle infezioni del tratto respiratorio (RTI). Questo collegamento può essere chiarito attraverso interazioni dirette microbo-microbo, esclusione del patogeno o un complesso dialogo ospite-microbo. Considerando tale relazione, la disbiosi del microbiota delle vie aeree è stata collegata all’accelerazione del declino della funzionalità polmonare nelle malattie polmonari ostruttive croniche. Per comprendere l’impatto della disbiosi del microbiota nasale sull’immunità antivirale e sul microbiota polmonare è stato condotto uno studio, i cui risultati sono stati pubblicati sulla rivista Microbiome, utilizzando come modello animale un beagle.

Ruolo del microbiota delle vie aeree nella resistenza ai patogeni

I patogeni batterici respiratori per poter instaurare un’infezione devono colonizzare il tratto respiratorio superiore, il quale è strettamente collegato, anatomicamente e fisiologicamente, con il tratto respiratorio inferiore, compreso il polmone. Il sito primario della colonizzazione patogena è rappresentato dalla cavità nasale, e l’ostacolo di questa fase iniziale della patogenesi nelle infezioni respiratorie è rappresentato dal microbiota residente che attua un processo noto come “resistenza alla colonizzazione”, impedendo che i patogeni possano replicarsi. Studi precedenti su popolazioni umane indicano che la composizione microbica della cavità nasale è associata alla suscettibilità all’influenza e sono state riportate anche correlazioni tra la composizione del microbioma e le manifestazioni della malattia nella cavità nasale e nei polmoni. La colonizzazione transitoria dei polmoni da parte del microbiota orale e delle vie aeree può modulare le risposte immunitarie polmonari e le soglie di infiammazione, riducendo la suscettibilità allo Streptococcus pneumoniae e accelerandone l’eliminazione.

Effetti della disbiosi sulla colonizzazione batterica

Uno studio sul microbioma intestinale in modelli animali ha riportato che gli squilibri microbici contribuiscono direttamente alla disfunzione della barriera mucosa intestinale. Ciò avviene anche a livello nasale, dove è stato dimostrato che il trattamento antibiotico nella cavità nasale esacerba la rottura della barriera epiteliale della mucosa nasale dopo l’infezione influenzale. Inoltre, dopo il trattamento antibiotico, quasi tutti i geni che codificano per la mucina, un importante componente strutturale e funzionale del muco, hanno mostrato una significativa sovraregolazione, in linea con il fatto che l’ipersecrezione di muco contribuisce alla fisiopatologia di una serie di gravi condizioni respiratorie nell’uomo. Si ipotizza inoltre che la disregolazione delle mucine in questo studio possa contribuire a un’infiammazione incontrollata e indurre anormalità nella funzione delle vie aeree.

Effetti della disbiosi sui meccanismi antivirali

Numerosi studi evidenziano il ruolo del microbiota nella regolazione della risposta all’interferone I (IFN-I), ed è stato dimostrato che la deplezione del microbiota intestinale indotta da antibiotici riduce l’attività antivirale mediata da IFN-β. In particolare, i soggetti trattati con antibiotico hanno mostrato bassi livelli di trascrizione dei geni stimolati da IFN antivirali, insieme a un aumento delle citochine infiammatorie nei compartimenti sia nasali sia polmonari e ad un aumento della carica virale. Pertanto, ipotizziamo che un disturbo del microbiota nasale possa attenuare la risposta immunitaria antivirale mediata da IFN dell’ospite. 

Composizione del microbiota delle vie aeree e modifiche durante le infezioni virali

Nel modello animale utilizzato sono stati identificati due generi di batteri commensali, Lactobacillus e Moraxella, che mostrano una correlazione opposta con le risposte antivirali dell’ospite, le soglie di infiammazione e il mantenimento della barriera sia nel compartimento nasale che in quello polmonare durante l’infezione influenzale. La relazione filogenetica basata sulle sequenze microbiche primarie ha inoltre mostrato un’omologia del 100% a livello di genere, inclusi Haemophilus, Moraxella, Streptococcus, Lactobacillus, Prevotella e Bifidobacterium, tra il polmone e la cavità nasale. Lo studio ha evidenziato che l’abbondanza relativa di Moraxella era notevolmente elevata sia nella cavità nasale che nei polmoni del gruppo trattato con antibiotici a seguito di infezione influenzale, e mostrava una correlazione negativa con l’abbondanza relativa di Lactobacillus, Prevotella, Megamonas e Lachnoclostridium. Si può quindi ipotizzare che che i cambiamenti nell’abbondanza relativa di questi generi batterici possano contribuire alla gravità dell’influenza, anche in relazione al fatto che la colonizzazione massiccia di Moraxella induce una risposta immunitaria proinfiammatoria mista e può attivare eccessivamente la via di segnalazione TLR, compromettendo la risposta immunitaria innata dei macrofagi alveolari.

Effetti di Lactobacillus sulle infezioni virali

Lactobacillus è in grado di sovraregolare la proteina della giunzione stretta ZO-1, migliorando così l’integrità della barriera epiteliale. Ciò ha portato i ricercatori a ipotizzare che tale meccanismo protettivo potrebbe essere compromesso dal trattamento con antibiotici a causa della minore abbondanza di Lactobacillus, esacerbando potenzialmente la patogenesi virale. Inoltre, l’abbondanza relativa di Lactobacillus sia nella cavità nasale che nei polmoni era correlata negativamente, in modo significativo, con i titoli virali in questi tessuti, mentre era correlata positivamente con i livelli di mRNA di IFN-I dei geni stimolati da IFN. Utilizzando un ceppo di Lactobacillus plantarum, denominato C123, si è visto che questo batterio può attivare il promotore dell’IFN, e la sua co-infezione con il virus dell’influenza si traduce in livelli significativamente ridotti di TBK1, un collegamento chiave tra la risposta all’IFN-I e l’autofagia. Ciò sostiene l’ipotesi che L. plantarum potrebbe attivare l’autofagia e mostrare effetti antivirali attivando l’IFN e modulando il flusso autofagico durante l’infezione influenzale.

Conclusioni

La disbiosi del microbiota nasale, causata ad esempio dall’utilizzo di antibiotici, ha un impatto significativo sull’infiammazione e sulle risposte antivirali dell’ospite, a causa probabilmente della compromissione dell’integrità della barriera mucosa durante l’infezione influenzale. Un aiuto può arrivare dai Lactobacilli, batteri commensali residenti nel microbiota nasale, che hanno mostrato di contribuire alle difese antivirali dell’ospite modulando le vie dell’IFN e dell’autofagia.