Trapianto di cuore: la reazione di rigetto potrebbe dipendere dal microbiota intestinale

8 novembre 2018 / di Silvia Radrezza

University of Maryland School of Medicine (studio originale)

Stato dell’arte
Tra le sue varie funzioni, il microbiota intestinale interagisce anche con il sistema immunitario. Le modalità con cui questo avviene e le conseguenti potenzialità terapeutiche rimangono ancora in parte da chiarire.
Cosa aggiunge questa ricerca
Nei modelli murini, determinate specie batteriche influenzano non solo la risposta immunitaria, ma anche il buon esito di un trapianto, stimolando le cellule mieloidi e portando cambiamenti nella struttura e nella funzionalità dei linfonodi.
Conclusioni
Continuare ad approfondire le interazioni tra microbiota e sistema immunitario potrebbe condurre alla scoperta di nuove strategie diagnostiche e di intervento anche nel campo dei trapianti.

Sono molti i fattori che influenzano il buon esito di un trapianto d’organo. L’entrata del microbiota intestinale in questa lista è recente e supportata dalla sua comprovata interazione con il sistema immunitario. Molto però rimane ancora da scoprire.

Un aiuto a capirne di più viene da Jonathan S. Bromberg e dai suoi colleghi dell’Università del Maryland i quali hanno scoperto che alcune specie batteriche influenzano non solo la risposta immunitaria di modelli murini, ma anche il buon esito di un trapianto stimolando le cellule mieloidi e portando cambiamenti nella struttura e funzionalità dei linfonodi.

Trasferimento di microbiota in modelli murini trapiantati

Basandosi su dati della letteratura, i ricercatori hanno ipotizzato che cambiamenti nel microbiota intestinale associati a terapie antibiotiche e immunosoppressive possano incidere pesantemente sul decorso dopo un trapianto, di cuore per esempio, agendo sulla risposta immunitaria e sugli organi a essa associati.

Per valutare se e come differenti caratteristiche della componente batterica possano influire sull’esito di un trapianto d’organo, è stato pianificato un trasferimento di microbiota fecale rispettivamente da modelli murini “normali” (n=5), in gravidanza (n=5) e con colite (n=5) in altri modelli murini successivamente trapiantati. Visto che la gravidanza supporta una maggior tolleranza immunologica per permettere lo sviluppo del feto, è stata prevista una risposta anti-infiammatoria e una sopravvivenza prolungate nei modelli trapiantati riceventi. Di contro, una situazione di colite promuove a monte un ambiente di infiammazione.  

Volendo prevedere gli esiti in termini compositivi del trasferimento di microbiota nei modelli trapianti, si sono dunque analizzate più nel dettaglio le caratteristiche del microbiota dei tre gruppi di donatori.

  • la diversità batterica è significativamente inferiore nel gruppo definito normale rispetto a quello con colite
  • pur non raggiungendo la significatività statistica, anche la diversità del microbiota del gruppo in gravidanza è risultata maggiore di quello normale
  • in termini di beta-diversity, la componente batterica del gruppo normale e in gravidanza ha mostrato buona espressione di Lactobacillus e Bifidobacterium mentre il gruppo restante di Lachnospiraceae, Bacteroides, Desulfovibrio e Mucispirillum

Il microbiota intestinale influenza il rigetto d’organo

Dopo aver trattato per 6 giorni i modelli murini C57BL/6 (H-2b) in studio con terapia antibiotica per eliminare la popolazione batterica endogena, si è proceduto con il trapianto cardiaco da BALB/c (H-2d) sulla base dell’istocompatibilità e, per alcuni di loro, anche con il trasferimento di microbiota dai tre gruppi donatori per via orale.  È stata dunque valutata la sopravvivenza e quindi un eventuale rigetto sia nel breve sia nel lungo termine.

  • nel gruppo sottoposto solo a terapia antibiotica i giorni di sopravvivenza media dopo il trapianto sono risultati pari a 7
  • nel gruppo sottoposto invece anche a trasferimento di microbiota la sopravvivenza media si è attestata pari a 9 giorni per i riceventi da donatori normali, 10 da quelli con colite e di 11 giorni per i riceventi da donatrici gravide

La sola terapia antibiotica o l’eventuale trasferimento batterico non influenza dunque significativamente la sopravvivenza.

I ricercatori hanno poi somministrato a un ulteriore gruppo di modelli sottoposto ad analoga procedura (antibiotico, trapianto d’organo e di microbiota) l’anticorpo monoclonale anti-CD40L per indurre uno stato di immunosoppressione transitoria.

  • il solo trattamento antibiotico ha comportato un rapido rigetto come preventivato
  • il solo anti-CD40L ha leggermente ritardato il rigetto
  • la combinazione antibiotico + anti-CD40L ha invece mostrato di prolungare notevolmente la sopravvivenza ma solo nei modelli riceventi da donatori normali o in gravidanza. I riceventi da modelli di colite hanno invece presentato una ridotta sopravvivenza anche in regime di combinazione terapeutica

L’anti-CD40L è stato poi sostituito con tacrolimus in modo da conferire un’immunosoppressione più prolungata e valutare gli effetti di antibiotici e trasferimento di microbiota fino a 40 giorni. Oltre alla sopravvivenza sono stati esaminati anche parametri istologici analizzando infiammazione e stato di fibrosi del tessuto cardiaco trapiantato.

  • i trapiantati riceventi il microbiota dal gruppo in gravidanza non hanno mostrato rigetto e quindi una sopravvivenza notevolmente maggiore
  • lo stesso gruppo ha inoltre presentato il minor indice di infiammazione rispetto i riceventi da modelli normali e con colite
  • in seguito al trasferimento di microbiota, la componente batterica dei riceventi rimane distinta e comparabile a quella dei rispettivi donatori fino al termine dell’osservazione
  • i batteri del genere Bifidobacterium, B. pseudolongum in particolare, e di altri due OTUs non classificati (classe Bacilli e ordine Clostridiales) sono risultati significativamente associati al buon esito del trapianto d’organo nel gruppo ricevente da donatrici gravide
  • i batteri appartenenti invece ai generi Mucispirillum e Desulfovibrio hanno mostrato correlazione con la ridotta sopravvivenza nel gruppo ricevente da donatori con colite

La struttura e la composizione del microbiota ricevuto influenzano dunque la sopravvivenza e l’istologia nei modelli trapiantati.

Il solo B. pseudolongum influenza la buona riuscita del trapianto

I dati finora raccolti suggeriscono che tacrolimus (2mg/kg/die) associato a B. pseudolongum siano candidati ideali nel promuovere gli effetti già positivi di un trasferimento di microbiota da modelli murini in gravidanza.

Ma è veramente necessaria solo una specie batterica per indurre questi benefici?

Per rispondere sono stati prolungati gli esperimenti fino a 60 giorni somministrando a un altro sottogruppo il solo B. pseudolongum ATCC2226 (dopo trattamento antibiotico) associato a una dose leggermente superiore di tacrolimus (3mg/kg/die) per meglio mimare le reali condizioni cliniche di immunosoppressione. Si è osservato quanto segue:

  • nessuna differenza significativa tra i gruppi in termini di sopravvivenza né nella concentrazione di alloanticorpi sierosi
  • sia i modelli riceventi il solo B. pseudolongum sia quelli con il trasferimento batterico completo da donatrici gravide hanno presentato il minor indice di infiammazione istologica

Microbiota e alterazione della struttura dei linfonodi

Si è poi voluto determinare se il microbiota oltre ad agire a livello dell’epitelio intestinale locale influenzi anche le strutture immunitarie periferiche, i linfonodi per esempio.

Da studi di letteratura si capisce come il rapporto tra la laminina α4 e α5 nella regione della cresta corticale del linfonodo sia fondamentale nell’influenzare il grado di immunogenicità. Un rapporto α4:α5 alto è infatti considerato pro-tolerogenico. Di contro, un suo basso valore è indice di infiammazione e immunogenicità.

Sono stati dunque considerati altri modelli murini, trattati con antibiotici per 6 giorni e ai quali è stato trasferito un corredo batterico completo oppure il singolo B. pseudolongum o il singolo D. desulfuricans ATCC2774. Dopo 2 settimane gli animali sono stati sacrificati per analizzare i parametri istologici linfonodali mesenterici ed epiteliali e si è osservato che:

  • il trattamento antibiotico seguito da trasferimento di microbiota completo ha indotto una riduzione del rapporto α4:α5 rispetto ai controlli non trattati, diminuzione ancora più accentuata dal solo D. desulfuricans ATCC2774
  • la colonizzazione con B. pseudolongum ha invece comportato un aumento di tale rapporto in entrambe le sedi linfonodali

Infine, si è valutata l’eventuale capacità di B. pseudolongum e di D. desulfuricans di stimolare le cellule mieloidi e se la loro risposta sia in qualche modo correlabile agli effetti osservati sui linfonodi e sul tessuto dell’organo trapiantato.

  • D. desulfuricans ha promosso la produzione di agenti pro-infiammatori come IL-6 e TNF-alpha sia nei macrofagi sia nelle cellule dendritiche
  • di contro, B. pseudolongum non ha stimolato il rilascio di TNF-alpha e ha indotto solo bassi livelli di IL-6 nei macrofagi
  • la produzione di IL-10 nei macrofagi è stata mantenuta da B. pseudolongum, mentre inibita da D. desulfuricans

In conclusione dunque, continuare ad approfondire le interazioni tra microbiota e sistema immunitario sulla base di questi promettenti risultati, seppur preliminari, potrebbe condurre alla scoperta di nuove strategie diagnostiche e di intervento anche nel campo dei trapianti.

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