Alterando la funzionalità di un gruppo di cellule presenti nell’intestino tenue, chiamate cellule di Paneth, è possibile modulare la permeabilità intestinale e i processi infiammatori. A determinare la funzionalità di queste cellule, attraverso un meccanismo di autofagia, sembra essere il microbiota intestinale, il quale si conferma quindi fondamentale nel regolare l’integrità della barriera intestinale.

È quanto afferma uno studio condotto da un gruppo di ricercatori americani dell’University of Rochester Medical Center e pubblicato su Cell Host & Microbiome.

L’autofagia è un processo cellulare altamente specializzato che permette, attraverso la collaborazione e l’equilibrio di molteplici proteine, il riciclo delle componenti intracellulari vecchie o danneggiate oltre che la resistenza a patogeni intestinali tra i quali Toxoplasma gondii.

Particolarmente importanti per l’omeostasi di questo processo sono le cellule di Paneth situate alla base delle cripte, o ghiandole, della mucosa dell’intestino tenue.

Nel dettaglio, tra tutte le proteine espresse da questo particolare e alquanto esiguo gruppo di cellule, le Atg5 sono quelle maggiormente responsabili dell’innesco dell’autofagia.

Essendo cellule secretorie, le cellule di Paneth, producono inoltre peptidi antimicrobici, inclusi lisozimi digestivi e criptidine, in grado di regolare non solo la composizione del microbiota ma anche l’integrità della barriera intestinale.

A determinare l’equilibrio intestinale e il grado di un’eventuale infiammazione, oltre a questi peptidi antimicrobici, troviamo anche citochine quali IL-17, IL-22 e IFN-y prodotte a livello batterico.

Nonostante il collegamento tra microbiota, cellule di Paneth e citochine pro-infiammatorie sia stato dimostrato da precedenti esperimenti in vitro e in vivo, ad oggi, il meccanismo che ne sta alla base resta ancora da approfondire.

In questi studi infatti un’over-espressione di IFN-y causata da infezione microbica ha comportato una notevole perdita di cellule di Paneth con una conseguente compromissione dell’autofagia e della protezione contro le infezioni in fase acuta.

A questo proposito, il gruppo coordinato da Elise Burger ha voluto verificare gli esiti di una deplezione di Atg5 in particolari modelli murini in seguito all’esposizione del patogeno T. gondii, tenendo presente anche il ruolo del microbiota nella produzione in particolare di IFN- y.

I risultati ottenuti sono stati molti come anche le tecniche di indagine applicate.

Autofagia delle cellule di Paneth, microbiota e IFN-y

Attraverso l’immunofluorescenza i ricercatori hanno potuto valutare la presenza e la funzionalità del complesso proteico LC3-GFP, marcatore di autofagia, rispettivamente in topi naive e pre-trattati con antibiotici.

Interessante è notare come l’attività di LC3-GFP sia risultata molto più espressa nelle cellule di Paneth rispetto a tutte le altre cellule epiteliali intestinali.

La compromissione della componente batterica nel secondo gruppo si è riflessa in un consistente decremento di segnale da parte del complesso rispetto al gruppo di controllo confermando l’implicazione del microbiota nel regolare l’autofagia.

L’alterazione del microbiota causata da antibiotici ha inoltre comportato una riduzione dei livelli basali di IFN-y, citochina ritenuta fondamentale nell’autofagia.

Per verificare l’effettiva implicazione anche di IFN-y nel processo in questione, sono stati somministrati ad alcuni modelli anticorpi anti-IFN-y registrando nuovamente ridotta attività delle cellule di Paneth. Microbiota e IFN-y risultano quindi attivamente coinvolti nell’autofagia dell’epitelio intestinale.

Atg5, proteina chiave nella resistenza alle infezioni da Toxoplasma gondii

Precedenti studi hanno dimostrato come eccessivi livelli di IFN-y comportino una pesante perdita di cellule di Paneth oltre che una severa infiammazione intestinale.

Su queste basi, i ricercatori hanno valutato il ruolo di IFN-y, in condizioni di iper-espressione, nel contribuire all’infiammazione durante infezione da T. gondii, rispettivamente in mancanza e in presenza della proteina Atg5.

Le cellule epiteliali deficitarie di Atg5 hanno mostrato una maggiore suscettibilità in fase acuta al patogeno con alti tassi di mortalità rispetto ai controlli oltre che una minore produzione di peptidi antimicrobici.

Infiammazione intestinale: in assenza di Atg5 è regolata dal microbiota

Per determinarlo è stato esaminato se la compromissione del microbiota causata da antibiotici prevenga la diminuzione delle cellule di Paneth in modelli privi di Atg5 e infettati con il patogeno.

Quello che si è osservato è come l’alterazione batterica comporti in generale una diminuita risposta infiammatoria mediata da Th1 oltre che una salvaguardia delle cellule di Paneth.

Citochine infiammatorie, mediatori critici nell’infezione da T. gondii

È stato testato nel dettaglio il contributo di TNF e IFN- y in modelli infetti e privi di Atg5 vs controlli.

Tutti i controlli esprimenti Atg5 hanno registrato una completa risoluzione dell’infiammazione con la somministrazione di anticorpi anti IFN- y e parziale con quelli anti-TNF. Inoltre, entrambe le tipologie di anticorpi hanno bloccato la perdita delle cellule di Paneth sia nei controlli sia nei modelli carenti della proteina.

La privazione di Atg5 in queste cellule rende quindi il danno intestinale da T. gondii dipendente dalle citochine TNF e IFN- y prodotte dal microbiota stesso.

In conclusione possiamo dunque affermare che:

• l’autofagia fisiologica delle cellule di Paneth è regolata dal microbiota attraverso IFN- y;
• l’autofagia delle cellule di Paneth ha un ruolo protettivo contro le infezioni acute;
• la compromissione del processo autofagico delle cellule di Paneth si riflette in un danneggiamento della permeabilità intestinale;
• la perdita delle cellule di Paneth affida alle citochine proinfiammatorie TNF e IFN- y la conduzione dell’infiammazione intestinale.

Sulla base di queste evidenze, ulteriori studi saranno necessari al fine di approfondire il ruolo chiave dell’autofagia nelle patologie infiammatorie intestinali permettendo la messa a punto di strategie terapeutiche innovative.