Condizioni mediche che determinano una perdita di massa e forza muscolare, quali ad esempio la sarcopenia, sono una problematica comune nell’invecchiamento e nelle malattie croniche.
Studi recenti suggeriscono che il microbiota intestinale svolga un ruolo chiave nel processo di invecchiamento, con effetti di vasta portata sul metabolismo dell’ospite, sull’infiammazione e sulla fisiologia sistemica.
Alla luce di tali considerazioni i ricercatori hanno condotto uno studio, i cui risultati sono stati pubblicati sulla rivista Gut microbiota, per identificare specie batteriche funzionalmente collegate alla salute muscolare negli esseri umani.
Asse intestino-muscolo: ecco come funziona
Per comprendere come i microbi intestinali, i loro metaboliti e la segnalazione immunitaria possono influenzare la massa e la funzione muscolare è emerso il concetto di asse intestino-muscolo, che descrive un percorso di comunicazione bidirezionale tra il microbiota intestinale e il sistema muscolo scheletrico.
È stata identificata in particolare una specie batterica, Roseburia inulinivorans, funzionalmente collegata alla salute muscolare negli esseri umani. La somministrazione orale di R. inulinivorans, in modelli animali ha aumentato significativamente la forza muscolare e le dimensioni delle fibre. Questi benefici fisiologici sono stati accompagnati da modificazioni nel metabolismo degli amminoacidi e dall’attivazione della via dei pentoso fosfati (PPP) nel muscolo scheletrico.
Negli anziani — la fascia di popolazione più coinvolta nei processi di deterioramento muscolare — si è osservata una correlazione tra composizione del microbiota e insorgenza di patologie legate all’età. In dettaglio, soggetti anziani che presentano una composizione del microbiota intestinale simile a quella di individui più giovani mostrano un rischio inferiore di malattie legate all’età, evidenziando il potenziale del microbioma di influenzare l’invecchiamento sano e la longevità. Si è anche osservato come l’abbondanza relativa di R. inulinivorans è inferiore negli adulti anziani rispetto ai giovani adulti. La riduzione di tale abbondanza con l’avanzare dell’età, un periodo durante il quale aumenta la prevalenza della sarcopenia, suggerisce un potenziale ruolo per R. inulinivorans come candidato probiotico per preservare la forza muscolare.
Vie metaboliche legate al potenziamento muscolare
Il potenziamento muscolare mediato da R. inulinivorans potrebbe essere legato a modifiche mirate nella gestione degli amminoacidi e nell’attivazione delle vie metaboliche delle purine e dei pentoso fosfati (PPP) muscolari. R. inulinivorans non è in grado di produrre triptofano e diverse vitamine (B2, B5, B6 e B7), il suo metabolismo si basa su una via di biosintesi della lisina dipendente dalla succinilazione e non è in grado di metabolizzare l’urea come fonte di azoto, il che lo rende più dipendente dagli aminoacidi disponibili nell’ambiente intestinale.
La dipendenza di R. inulinivorans dagli aminoacidi del lume intestinale determina una riduzione della disponibilità di aminoacidi luminali per l’ospite il quale, come meccanismo adattativo, può dare priorità all’allocazione degli aminoacidi disponibili ai tessuti metabolici chiave, come il muscolo scheletrico.
A supporto di questa ipotesi, il trattamento dei topi con R. inulinivorans ha potenziato l’attivazione delle vie metaboliche delle purine e dei pentoso fosfati nel muscolo scheletrico, una via metabolica essenziale per la biosintesi dei nucleotidi e l’equilibrio redox. Questo probabilmente funge da meccanismo compensatorio per supportare la sintesi proteica muscolare, la riparazione e la crescita in condizioni di limitata disponibilità di aminoacidi.
Aumentano le dimensioni delle fibre muscolari
L’attività delle purine e della via dei pentoso fosfati (PPP) genera nicotinamide adenina dinucleotide fosfato (NADPH), che supporta la sintesi lipidica e può contribuire all’espansione sarcoplasmatica e all’aumento delle dimensioni delle fibre muscolari, spiegando l’aumento osservato delle dimensioni delle fibre muscolari nei topi trattati con R. inulinivorans.
Inoltre, è stata osservata una sovraregolazione del metabolismo delle purine nel muscolo, un processo che può essere stimolato dall’attivazione di mTORC1, un regolatore chiave della segnalazione anabolica e della crescita muscolare. In particolare, la biosintesi delle purine è strettamente accoppiata alla via dei pentoso fosfati attraverso la generazione di ribosio-5-fosfato, collegando il turnover dei nucleotidi con il metabolismo dei carboidrati e dell’energia.
Un rapporto bidirezionale
L’attivazione del muscolo scheletrico può rilasciare fattori secreti in grado di alterare la composizione del microbiota intestinale, creando un circuito di feedback tra questi sistemi.
L’esercizio fisico è un potente stimolo fisiologico che altera la concentrazione di oltre 9.000 metaboliti plasmatici, molti dei quali possono essere rilasciati da organi oltre al muscolo scheletrico dopo una singola sessione.
È stato rilevato inoltre che un allenamento di forza aumenta selettivamente l’abbondanza relativa del genere Roseburia di circa il 2% supportando l’idea di un legame bidirezionale tra forza muscolare e abbondanza di Roseburia.
Questi cambiamenti nell’abbondanza di Roseburia indotti dall’esercizio sollevano importanti interrogativi sulla rilevanza clinica di questo genere nelle patologie muscolari.
Conclusioni
L’abbondanza di R. inulinivorans, positivamente associata alla forza muscolare in tutte le fasce d’età, è ridotta negli adulti più anziani rispetto ai giovani adulti e la sua integrazione nei topi migliora la forza di presa e aumenta le dimensioni delle fibre muscolari.
Questi effetti sono accompagnati da un passaggio dalle fibre muscolari di tipo I a quelle di tipo II, indipendentemente dall’esercizio fisico, e da cambiamenti nel metabolismo degli aminoacidi. R. inulinivorans rappresenta quindi un potenziale come nuovo intervento microbiome based per preservare la funzione muscolare e mitigare la sarcopenia.
