Il ruolo cruciale del microbioma intestinale in molti processi fisiologici, come la digestione e l’assorbimento dei nutrienti, la sintesi vitaminica e lo sviluppo del sistema immunitario, è ormai noto. 

Oltre a queste funzioni, è stato dimostrato che il microbioma svolge un ruolo importante anche nella regolazione dei ritmi circadiani intestinali ed epatici, regolando il cosiddetto “orologio periferico” di questi organi.

Un recente studio, pubblicato su Cell Reports, ha indagato come il microbioma intestinale e le oscillazioni nei suoi ritmi quotidiani contribuiscano al fenotipo e alla fisiologia dell’ospite, in particolare nell’ileo, che è una delle principali regioni intestinali responsabili della regolazione della segnalazione metabolica e della fisiologia dell’organismo. 

Secondo questa ricerca l’alimentazione a tempo limitato (TRF, time-restricted feeding) è in grado di ripristinare le dinamiche diurne del microbioma ileale e del trascrittoma che si perdono, invece, con una dieta ricca di grassi.

Dieta e ritmi circadiani dell’intestino

In studi precedenti, è già stato osservato che la dieta e i cicli di alimentazione/digiuno che avvengono durante le 24 ore sembrano guidare le oscillazioni diurne delle comunità microbiche e dei metaboliti secondari nell’ambiente luminale intestinale. 

Queste oscillazioni sono necessarie per la regolazione degli orologi circadiani periferici e, con essi, dell’espressione diurna dei regolatori metabolici epatici e intestinali che controllano l’omeostasi di glucosio, colesterolo e acidi grassi e la salute metabolica generale dell’ospite. 

Ad esempio, nei topi che seguono una dieta ricca di grassi (HFD, high fat diet) è stata osservata una perdita dello schema di alimentazione diurna, con un consumo del doppio delle calorie nel periodo di luce rispetto alla dieta precedentemente seguita. 

Questo cambiamento del modello di alimentazione porta alla disregolazione dei ritmi circadiani epatici e dei regolatori metabolici associati a maggiore adiposità, steatosi ectopica e resistenza all’insulina. 

Al contrario, la cosiddetta alimentazione a tempo limitato (TRF), in cui il consumo di cibo avviene in una finestra di 8-10 ore durante il buio (il periodo attivo nei topi), ha numerosi benefici sulla salute metabolica dell’ospite. 

La TRF, nei modelli murini, determina una riduzione dell’adiposità, una diminuzione dell’infiammazione, una migliore tolleranza al glucosio e omeostasi del colesterolo e l’inversione della sindrome metabolica preesistente.

Appare, quindi, evidente che l’obesità indotta dalla dieta (DIO, diet-induced obesity) interrompa la normale fluttuazione ciclica del microbioma intestinale, ma ancora poco si sa dell’impatto sui ritmi circadiani intestinali. 

Il microbioma dell’ileo

I microbi ileali svolgono un ruolo vitale nei processi metabolici e nella modulazione immunitaria, sia all’interno del microambiente intestinale sia a livello sistemico. 

Ad esempio, gli acidi biliari sono importanti molecole di segnalazione nell’intestino e i recettori di segnalazione degli acidi biliari, come il recettore farnesoide X (FXR) e il recettore 1 degli acidi biliari accoppiato a proteine ​​G (TGR5), che regolano diverse vie metaboliche, sono altamente espressi nell’ileo. 

L’attivazione di FXR nell’ileo determina la sovraregolazione delle risposte immunitarie protettive e antibatteriche. Anche la regolazione del metabolismo del glucosio, tramite la segnalazione del GLP-1, si verifica principalmente nell’ileo e il microbioma è una componente importante per il controllo diurno del rilascio di incretina. 

Inoltre, la ritmicità diurna del microbioma dell’intestino tenue, modellata dall’alimentazione durante il giorno, è fondamentale per mantenere la funzione di barriera intestinale e l’omeostasi immunitaria.

Benefici della dieta sui ritmi biologici dell’ileo

Per determinare come il microbioma intestinale e le oscillazioni nei suoi ritmi quotidiani contribuiscano al fenotipo e alla fisiologia dell’ospite, questo nuovo studio ha indagato la dinamica diurna della composizione del microbioma e del trascrittoma nell’ileo, in condizioni di alimentazione normale o ricca di grassi (HFD). 

In particolare, l’obiettivo era quello di determinare in che modo il ritmo circadiano periferico venga regolato nell’ileo e caratterizzare il ruolo del microbioma e del trascrittoma in condizioni di alimentazione normale, HFD e TRF, data l’importanza del rilascio di incretina e della segnalazione del riassorbimento degli acidi biliari nell’ileo. 

I risultati hanno rivelato la presenza di ritmi alterati nei componenti del microbioma e nei percorsi del trascrittoma nei topi che seguono una dieta ricca di grassi e hanno identificato i potenziali meccanismi attraverso i quali alcuni dei benefici metabolici potrebbero essere mediati, invece, dalla TRF. 

La DIO altera il numero totale di varianti di sequenza di ampliconi (ASV) ciclici e le trascrizioni in misura maggiore rispetto alla TRF, suggerendo che che l’alimentazione a tempo limitato sia in grado di alleviare alcuni degli effetti della DIO, probabilmente modulando l’orologio biologico intestinale. 

Questa osservazione apre uno scenario in cui la regolazione dell’orologio periferico potrebbe essere modulata dall’ileo. Nel dettaglio, è stato osservato che la TRF ripristina parzialmente i ritmi diurni del microbioma ileale e del trascrittoma, aumenta il rilascio di GLP-1 e altera il pool di acidi biliari ileali e la segnalazione del recettore X del farnesoide (FXR), il che potrebbe spiegare come la TRF eserciti i suoi benefici metabolici.

Conclusioni

Lo studio conclude, quindi, che nell’ileo le dinamiche microbiche e trascrittomiche dell’ospite sono fortemente perturbate dall’obesità indotta dalla dieta. 

Al contrario, l’alimentazione a tempo limitato sembra avere un grande impatto sulla composizione del microbioma ileale, attraverso una forte dinamica diurna che è distinta sia dai topi con DIO che dai topi con una dieta normale (NCD). Inoltre, l’alimentazione a tempo limitato previene la disregolazione della dinamica del trascrittoma ileale diurno dell’ospite e mantiene la ritmicità dell’orologio intestinale. Questi effetti sulla dinamica ileale potrebbero essere alla base dei benefici metabolici di questa dieta e dei suoi benefici sull’orologio periferico.