La trimetilamina-N-ossido (TMAO), metabolita batterico, sembra essere attivamente coinvolta nella patologia aterosclerotica sostenendo la risposta infiammatoria, immunitaria, la formazione di trombi e alterando il metabolismo del colesterolo. 

Pazienti con elevati livelli di TMAO hanno poi mostrato un aumento dell’incidenza di complicazioni. Nonostante la sua inibizione, anche agendo sul microbioma stesso, possa essere una strategia, ha mostrato ugualmente di indurre eventi avversi. Un suo bilanciamento è quindi necessario e punto di interesse per nuove terapie.

È quanto riassume la revisione di Shengjie Yang e colleghi della China Academy of Chinese Medical Sciences (Beijing, Cina), di recente pubblicazione su Frontiers in Pharmacology.

Patologie cardiovascolari e intestino

L’aterosclerosi e i relazionati disturbi cardiovascolari sono tra le problematiche di salute più diffuse. Molti sono gli studi mirati a identificarne un collegamento con il microbiota intestinale, con il suo metabolita trimetilamina-N-ossido (TMAO) in particolare prodotto da amminoacidi della dieta (colina, betaina e L-carnitina). 

Il suo ruolo nel settore cardiovascolare non è ancora del tutto chiaro nonostante sembrerebbe da collegare all’attivazione dell’infiammazione mediata da NF-k B, citochine pro-infiammatorie, stress ossidativo, iperattività piastrinica, con conseguente aumento nel rischio trombotico. 

Vista la sua importanza nel contesto clinico, i ricercatori hanno qui riassunto le evidenze relative al suo ruolo nel contesto aterosclerotico e alla potenzialità di poter esser un target terapeutico per questi pazienti. Di seguito i punti principali.

Dieta, TMAO e microbiota

Colina, L-carnitina, betaina e altri composti contenenti colina sono le principali fonti dei precursori di TMAO, inizialmente convertiti in TMA dal microbiota intestinale e vari enzimi. 

La dieta è il mezzo per l’introduzione di questi amminoacidi essendo abbondanti soprattutto in prodotti di origine animale, carne rossa in primis. 

Il suo consumo cronico, come del resto l’adozione di una dieta occidentale più in generale, ha infatti dimostrato di indurre un innalzamento dei livelli di TMAO da carnitina e un parallelo aumento di disturbi cardiovascolari e pro-aterogenici. Più contenuta la sua espressione invece in regimi vegetariani/vegani o di dieta mediterranea. 

Non solo quello che mangiamo influenza i livelli di TMAO. Molto dipende infatti dal microbiota intestinale, essenziale per la sua conversione in metabolita attivo. Alterazioni nel profilo batterico hanno infatti dimostrato un profondo impatto nelle sue concentrazioni. 

Un’ulteriore via di formazione di TMAO è l’ossidazione dell’intermedio TMA mediata da enzimi monossigenasi (FMO1 e FMO3) la cui attività ha dimostrato anche una correlazione con il genere. FMO3, infatti, sembrerebbe essere più attivo nel genere femminile.

L’aterosclerosi “nasce” nell’intestino?

Tra i meccanismi pro-aterosclerosi nei quali TMAO sembrerebbe essere coinvolto troviamo: la risposta infiammatoria, quella immunitaria, il metabolismo del colesterolo e la formazione di trombi. Vediamoli più nel dettaglio.

TMAO e immunità

L’aterosclerosi è una patologia cronica con base infiammatoria nella quale interviene anche la risposta immunitaria innata e adattativa. 

Tra i fattori scatenanti la risposta immunitaria c’è l’autoantigene “heat shock protein” (HSP) per il quale recenti evidenze hanno dimostrato un interessamento del metabolita TMAO di produzione batterica. In macrofagi murini è stato infatti possibile dimostrare come la risposta indotta da TMAO aumenti l’espressione di GRP94 e HSP70 con potenziale ruolo nell’alterata attivazione macrofagica. Aumentata è poi risultata l’espressione di HSP60 e GRP78, altri marcatori di stress reticolare coinvolti nel rischio di aterosclerosi. 

L’azione di TMAO sembrerebbe poi mediata anche da recettori immunitari coinvolti nel riconoscimento di patogeni detti PRRs (Pattern Recognition Receptors). Tra questi troviamo SR-A e CD36 espressi sulla superficie macrofagica. La loro attivazione comporta il richiamo di LDL ossidate e la formazione di “foam cells” ossia macrofagi o cellule muscolari lisce addizionate di lipidi derivati dalla fagocitosi delle LDL modificate. 

L’inibizione di TMAO con antibiotici mirati a ceppi producenti ha infatti mostrato una riduzione di foam cells con minor rischio di lesioni aterosclerotiche. 

Elevati livelli di TMAO hanno poi mostrato correlazione con il complesso proteico NLRP3 con conseguente aumento di produzione di IL-1beta, permeabilità cellulare e danno epiteliale e con la cascata ossidativa ROS mediata. Aumentati con TMAO anche i monociti pro-infiammatori CD14++CD6+. 

TMAO e infiammazione

Numerosi sono gli studi che dimostrano un incremento di citochine positivamente correlato ai livelli plasmatici di TMAO. Modelli murini di obesità hanno infatti mostrato alti valori di TMAO paralleli a un innalzamento di quelli di TNF-alfa o IL-1beta con, di contro, una diminuzione di fattori antinfiammatori (IL-10 ad esempio). 

Risultati analoghi in una coorte di 257 pazienti nei quali i livelli di TMAO sono risultati associati allo stato infiammatorio. Tra i marcatori infiammatori clinici con i quali TMAO ha poi trovato un’associazione abbiamo, ad esempio, TNF-α, sTNF-R p75, sTNF-R p55, proteina-C reattiva (CRP), pathway NF-κB, ciclossigenasi 2, E-selectin o IL-6. Di contro, l’inattivazione del segnale IL-23-IL-22 sembrerebbe ridurre i livelli di TMAO inibendo a sua volta l’attività batterica coinvolta nella sua produzione. Il ruolo di questo pathway rimane tuttavia da approfondire.

TMAO e metabolismo del colesterolo

TMAO interviene nel metabolismo lipidico diminuendo in particolare il trasporto inverso di colesterolo, un meccanismo attraverso il quale se ne previene il deposito in tessuti periferici trasportandone l’eccesso al fegato o all’intestino tenue. Le lesioni aterosclerotiche sono infatti provocate principalmente da uno sbilanciamento di questo trasporto e dal metabolismo del colesterolo per sé ad opera di acidi biliari. TMAO oltre ad agire sul trasporto sembrerebbe infatti anche inibire la sintesi di acidi biliari. 

A regolare il metabolismo dei lipidi anche il pathway TMA/FMO3/TMAO. L’enzima FMO3 ha infatti mostrato di ridurre il trasporto inverso di colesterolo, l’assorbimento intestinale e cambiare composizione e dimensioni degli acidi biliari. Un suo silenziamento ha invece portato benefici nel ribilanciamento del colesterolo diminuendo inoltre il rischio di aterosclerosi. 

TMAO e trombi aterosclerotici

L’associazione tra TMAO, trombosi e aterosclerosi in vivo è stata ampiamente dimostrata. TMAO sembrerebbe infatti contribuire all’iperattività delle piastrine oltre che, come già visto, alla formazione di foam cells e infiammazione vascolare, tutti attori coinvolti nello sviluppo trombotico. Tra i vari test di knock-out (ossia silenziamento genico), quello diretto contro FMO3 ha, ad esempio, mostrato una marcata riduzione dei livelli sistemici di TMAO e di rischio trombotico.

TMAO, biomarker clinico e target terapeutico

Considerata la sua molteplice associazione con fattori coinvolti nello sviluppo aterosclerotico e rischio cardiovascolare in generale, TMAO si presenta come un buon marcatore predittivo. In pazienti con patologie coronariche, infatti, le concentrazioni di TMAO, creatinina, colina e carnitina sono risultate considerevolmente più elevate che nei soggetti sani. Situazione analoga per soggetti con complicazioni da aterosclerosi (infarto in primis). 

Aumentato in maniera proporzionale anche il rischio di mortalità in questi pazienti o possibilità di ricadute. Nella prevenzione e/o trattamento di aterosclerosi e patologie correlate, quindi, TMAO potrebbe essere considerato tra i biomarcatori da seguire.

Volendo invece considerare TMAO come target terapeutico, diverse sono le strategie attualmente in uso per abbassarne i livelli. Si parla infatti di interventi dietetici, la regolazione del microbioma, l’inibizione della produzione del suo precursore TMA e/o del suo metabolismo in prodotto attivo. Concentriamoci sul microbioma. 

Studi sperimentali e clinici hanno confermato il ruolo del microbioma nel metabolismo di TMAO. Agendo sulla componente batterica è quindi ragionevole pensare una sua regolazione a valle.

L’uso di antibiotici ad ampio spettro lo ha infatti dimostrato. In soggetti sani l’innalzamento di TMAO indotto da supplemento di fosfatidilcoline (fonti di TMAO) si è poi bloccato con la somministrazione antibiotica per poi riaumentare una volta interrotta la terapia. 

La soppressione batterica in modelli animali trattati con colina ha poi mostrato un’assenza di regolazione dei livelli di TMAO (non si è registrato l’aumento altrimenti fisiologico). Nonostante gli antibiotici possano essere una soluzione nella regolazione di TMAO, i problemi di resistenza ne riducono fortemente l’applicabilità in clinica.

A tal proposito, l’uso di probiotici, prebiotici o simbiotici (unione dei due) nel modulare il microbioma sta prendendo sempre più piede. 

Anche in questo caso, Lactobacillus plantarum ZDY04 ed Enterobacter aerogenes ZDY01 hanno dimostrato, ad esempio, di ridurre notevolmente i livelli di TMA associati a colina e i livelli di TMAO sierici in vivo. Risultati positivi anche con la colonizzazione intestinale di determinati archea. 

Ai probiotici si aggiungono poi molecole naturali quali il resveratrolo che ha dimostrato di attenuare i livelli di TMAO aumentando di contro la produzione di acidi biliari e rimodellando il microbiota.

Conclusioni

La patologia aterosclerotica è complessa e multifattoriale rendendo quindi complicata l’individuazione dei suoi meccanismi e fattori di rischio. 

Alti livelli di TMAO hanno però dimostrato una chiara associazione con questa condizione e disturbi correlati mediata (sembrerebbe) da risposta infiammatoria, immunitaria, metabolismo dei lipidi e formazione di trombi. A causa di queste forti associazioni, dimostrate anche in studi clinici, TMAO potrebbe quindi essere considerato tra i marcatori predittivi e prognostici da seguire per questi pazienti. 

Tra gli interventi di prevenzione e cura sta diventando sempre più un’opzione anche la manipolazione del microbioma intestinale visto il suo coinvolgimento nel metabolismo di TMAO.