Obesità: microbiota intestinale “spegne” l’infiammazione attivando il recettore NLRP12

Adipociti, obesità e microbiota intestinale

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Stato dell’arte
Infiammazione e microbiota sono implicati nello sviluppo dell’obesità. I recettori della famiglia NLR, inibitori della risposta immunitaria, riducono l’infiammazione, ma il loro ruolo è a oggi sconosciuto.

Cosa aggiunge questa ricerca
L’espressione mieloide dei recettori NLRP12 riduce l’obesità indotta da dieta ad alto contenuto di grassi oltre che lo stato diabetico di tipo 2, attenuando l’attività macrofagica infiammatoria nel tessuto adiposo.

Conclusioni
Il mantenimento di una componente batterica fisiologica e ricca di specie che producono acidi grassi a catena corta, come Lachnospiraceae, permette al recettore immunitario NLRP12 di esercitare la sua funzione protettiva nel ridurre i processi infiammatori e di conseguenza di contrastare l’insorgenza dell’obesità e delle patologie a essa correlate.

La presenza di recettori NLRP12 a livello mieloide sembra in grado di ridurre l’obesità, attenuare l’attività dei macrofagi e, con essa, lo stato infiammatorio. In questo meccanismo il microbiota intestinale sembra svolgere un ruolo di primo piano.

È quanto afferma lo studio coordinato da Agnieszka D. Truax, di recente pubblicazione sulla rivista Cell Host & Microbe.

Obesità e disbiosi intestinale

L’obesità è uno dei principali problemi di salute pubblica mondiale e interessa circa il 30% della popolazione. Oltre a un eccessivo introito calorico non bilanciato da adeguata attività fisica, tra i fattori eziologici più importanti risulta esservi anche l’infiammazione, determinata principalmente da un’elevata espressione di macrofagi a livello del tessuto adiposo (ATMs), appartenenti prevalentemente alla famiglia M1, ad attività pro-infiammatoria.

È stato inoltre dimostrato che l’obesità è correlata anche al microbiota intestinale, o meglio a una sua disbiosi, e che questo è a sua volta in relazione con il nostro sistema immunitario che esprime, tra gli altri, anche recettori anti-infiammatori. A questa classe appartiene la famiglia NLR, nella quale NLRP12, espresso principalmente nelle cellule dendritiche, granulociti e macrofagi, ha mostrato le proprietà migliori.

Concentrandosi perciò su questo recettore, i ricercatori del Lineberger Comprehensive Cancer Center, a Chapel Hill (USA), hanno indagato, attraverso esperimenti in vivo, le sue proprietà nel contrastare l’infiammazione e l’aumento di peso, l’insorgenza di patologie correlate all’obesità, nonché i suoi rapporti con la componente batterica intestinale.

Se manca il recettore i topi ingrassano di più

Da studi precedenti, il confronto tra i tessuti adiposi isolati da individui sani vs obesi ha mostrato un’espressione di NLRP12 significativamente più ridotta in questi ultimi e negativamente correlata all’indice di massa corporea (BMI), al peso corporeo, alla struttura del tessuto adiposo e alla ferritina sierica.

Per verificare che la presenza o meno di NLRP12 condizioni realmente lo stato di obesità, modelli murini wild-type (WT) e mutati per non esprimere il recettore in questione (Nlrp12-/-) sono stati alimentati rispettivamente con dieta ad alto contenuto di grassi (HFD) o dieta di controllo (LFD) per 20 settimane, e si è osservato che i modelli Nlrp12-/-:

  • Pur consumando lo stesso quantitativo di cibo e acqua dei WT nello stesso regime alimentare, hanno acquisito molto più peso corporeo rispetto alla controparte, associato a un aumento di massa grassa e a una diminuzione di quella magra
  • Presentano più tessuto adiposo sia a livello delle gonadi (GWAT) che inguinale (InWAT) ma non a livello splenico, cardiaco o renale, se comparati con WT in HFD o LFD
  • Hanno valori sierici di IL6 e TNF notevolmente maggiori rispetto ai WT, ma ridotta sensibilità insulinica e AKT fosforilata

Processo infiammatorio e obesità: ruolo di NLPR12

È stato dunque analizzato più nel dettaglio il rapporto tra NLRP12 e attività macrofagica e si è dimostrato che:

  • L’espressione di NLRP12 è inversamente correlata a quella dei geni che trascrivono per le citochine e questo supporta il suo ruolo come inibitore di risposta infiammatoria
  • La carenza di NLRP12 nei modelli mutati ha comportato l’arricchimento degli M1 infiammatori a livello del tessuto adiposo
  • Nel GWAT dei modelli Nlrp12-/- si è osservata una maggior presenza di TNF e IL-6 al baseline rispetto ai controlli WT, situazione incrementata in occasione di HFD. Livelli più marcati sono stati riscontrati anche in relazione a marcatori infiammatori quali p-p65, p-ERK e pro-IL1beta

Al fine di determinare se l’NLRP12 espresso a livello mieloide abbia un ruolo nell’obesità, i ricercatori hanno prodotto e studiato modelli murini knockout specifici, i Nlpr12 flox/floxLysM-Cre+ (n=17), alimentandoli con HFD e confrontandoli con i controlli (Nlpr12 flox/floxLysM-Cre, n=18).

I modelli mutati, rispetto ai controlli, hanno mostrato:

  • Maggior guadagno di peso
  • Ridotta sensibilità insulinica
  • Aumento della segnalazione immunitaria e dell’attivazione della risposta infiammatoria

Il microbiota intestinale influenza l’aumento di peso

Come anticipato, sempre più studi dimostrano il coinvolgimento del microbiota intestinale nella condizione di obesità e, in generale, nelle funzioni metaboliche dell’organismo. Per verificare ulteriormente il ruolo del microbiota commensale, è stato somministrato un cocktail antibiotico (Abx) prima e durante la HFD a modelli Nlrp12-/- e WT.

La terapia Abx non ha influito significativamente sul peso dei WT mentre ha ridotto considerevolmente l’aumento di peso e la percentuale di massa grassa dei modelli mutati rispetto ai mutati non trattati.

Indagando ancora più a fondo il contributo del microbiota, è stato inoltre dimostrato che:

  • Modelli Nlrp12-/- allevati in assenza di specifici patogeni e alimentati con dieta standard presentano un aumento di peso maggiore abbinato a un incremento di GWAT e InWAT rispetto ai WT con lo stesso regime di dieta
  • I modelli mutati ma trattati con Abx mostrano livelli di attivazione infiammatoria nel colon significativamente inferiori rispetto ai non trattati
  • HFD ha comportato una riduzione di diversità batterica maggiore della LFD sia nei WT che, soprattutto, nei Nlrp12-/-

Per escludere la possibilità che questi risultati siano stati condizionati da fattori ambientali in sede di esperimento, i medesimi test sono stati condotti anche in altre strutture ed è stato possibile confermare quanto osservato.

Poiché in precedenza si è dimostrato che una diminuzione di diversità batterica è associata a un aumento di infiammazione, sono stati quantificati più nel dettaglio i marcatori infiammatori.

Come previsto, i modelli Nlrp12-/- in HFD hanno mostrato maggiori livelli di NF-Kb p52, p-ERK, caspasi-1 p-20 e IL1beta maturi rispetto ai WT con lo stesso regime alimentare. I mutati hanno inoltre presentato anche una più elevata espressione di peptidi antimicrobici come Reg3gamma e CRAMP.

Si è quindi approfondito il nesso di causa-effetto andando a verificare se i cambiamenti di microbiota intestinale precedano lo sviluppo di obesità o ne siano una conseguenza.

Per fare ciò sono stati raccolti campioni di materiale fecale dei modelli murini in HFD all’inizio dello studio ovvero a 1, 5 e 15 settimane.

  • Tra i modelli WT non è stata riscontrata alcuna differenza significativa in termini di riduzione di diversità batterica tra la prima e la quinta settimana di HFD. Una riduzione molto più marcata è stata invece notata all’ultimo prelievo
  • I modelli Nlrp12-/- hanno mostrato una riduzione assoluta di diversità complessivamente più accentuata rispetto ai WT, ma con un andamento pressoché analogo
  • Clostridiales e Lachnospiraceae hanno mostrato una notevole riduzione di espressione nel gruppo Nlrp12-/- rispetto ai WT. Per Erysipelotrichaceae si è invece osservato un aumento correlabile all’incremento di stato infiammatorio

Questi dati suggeriscono quindi che le alterazioni batteriche nel gruppo Nlrp12-/- siano precedenti l’instaurarsi di obesità vera e propria.

Per verificare se le alterazioni batteriche dei Nlrp12-/- contribuiscano all’eccessivo aumento di peso, sono stati allevati insieme (cohoused, CoHo) per 20 settimane alcuni modelli WT e Nlrp12-/- al fine di consentire il trasferimento di microbiota dagli uni agli altri attraverso coprofagia. Analogamente, come controllo, altri modelli WT e mutati sono stati allevati separatamente (single housed, SiHo).

  • I SiHo Nlrp12-/- hanno mostrato un aumento di peso significativo rispetto ai SiHo WT
  • I CoHo Nlrp12-/- hanno registrato un peso simile ai SiHo WT e CoHo WT in HFD, significativamente inferiore rispetto a quello dei SiHo Nlrp12-/-
  • Valori simili di GWAT, InWAT e percentuale di massa grassa sono stati dimostrati tra CoHo WT e CoHo Nlrp12-/-
  • I campioni fecali di modelli SiHo Nlrp12-/- hanno mostrato una diversità batterica significativamente ridotta rispetto ai SiHo WT e a tutti i CoHo
  • La famiglia Erysipelotrichaceae ha mostrato maggiore espressione nei SiHo Nlrp12-/- rispetto ai SiHo WT contrariamente a Clostridiales e Lachnospiraceae dimostratisi poco presenti. CoHo WT e CoHo Nlrp12-/- hanno invece mostrato analoghi livelli di espressione per questi batteri.

La famiglia Lachnospiraceae limita l’infiammazione intestinale e riduce l’obesità

I ricercatori hanno poi condotto alcuni esperimenti di mono-associazione, allo scopo di determinare se i batteri appartenenti a Lachnospiraceae fossero realmente in grado di portare benefici contrastando l’aumento di peso. È stato quindi somministrato, sia a WT che a modelli mutati, un mix di 23 ceppi di Lachnospiraceae isolati da WT alimentati normalmente. Il trattamento è stato somministrato sia 3 settimane prima sia durante la HFD e le analisi sono state condotte sui campioni fecali.

  • I Nlrp12-/- in HFD trattati con Lachnospiraceae hanno mostrato un incremento di diversità batterica con particolare arricchimento di Clostridiales
  • La somministrazione di Lachnospiraceae ha ridotto l’espressione di Erysipelotrichaceae sia nei WT che nei mutati
  • Il trattamento con Lachnospiraceae ha ridotto la percentuale di aumento ponderale e di massa grassa nei modelli Nlrp12-/- in HFD incrementando inoltre il metabolismo del glucosio

Lachnospiraceae e Clostridiales sono in grado di produrre acidi grassi a catena corta (SCFAs) attraverso la fermentazione dei polisaccaridi provenienti dalla dieta. Al supplemento di Lachnospiraceae segue dunque un aumento di SCFAs nell’intestino dei riceventi. Per forzare questo aumento e ottenere risultati più delineati, i ricercatori hanno somministrato propionato e butirrato, due dei principali SCFAs, per via esogena.

Sia i WT sia i Nlrp12-/- trattati hanno mostrato una riduzione di aumento ponderale rispetto ai controlli supportando il ruolo protettivo di tali metaboliti nell’insorgenza dell’obesità.

È stato inoltre dimostrato che i SCFAs sono coinvolti anche nel ridurre le vie di segnalazione infiammatoria mediata da macrofagi inibendo, per esempio, la produzione di p-p65, p-STAT3 e pro-IL1beta.  

In conclusione dunque, sulla base di questo ampio e articolato studio possiamo affermare che:

  • L’espressione di NLRP12 contrasta non solo lo sviluppo di obesità indotta da un regime alimentare ricco di grassi, ma anche quello di patologie a essa associate tra le quali il diabete di tipo 2
  • Modelli privati di tale recettore, i Nlrp12-/-, mostrano un aumento di peso nonché di infiammazione del tessuto adiposo maggiore rispetto ai WT con lo stesso regime di dieta
  • Gli effetti positivi di NLRP12 in relazione a obesità e infiammazione sono mediati e dipendenti dal microbiota intestinale, Lachnospiraceae in particolare
  • I metaboliti batterici SCFAs rivestono un ruolo importante nel contrastare l’aumento di peso e l’infiammazione mediata da macrofagi