• Comportamento e microbioma a confronto
• Trapianto di microbiota e comportamento depressivo
• Trapianto ed espressione di circHIPK2

Stato dell’arte
Inflammasomi e microbiota intestinale sembrerebbero interagire tra loro, andando a interessare la sfera comportamentale e a favorire disordini depressivi. I meccanismi che stanno alla base rimangono però ancora da chiarire.

Cosa aggiunge questo studio
Scopo dello studio è analizzare la popolazione batterica di modelli murini nei quali è stata inibita l’attivazione di inflammasomi (topi NLPR3 KO), per testare come il microbiota influenzi il comportamento su modelli esposti o meno a stress cronico, nonché il suo ruolo nella funzionalità di astrociti coinvolti nella sfera depressiva.

Conclusioni
L’asse microbiota intestinale-circHIPK2-astrociti sembrerebbe coinvolto nella depressione. Il trapianto fecale da topi NLPR3 KO, fattore chiave nell’attivazione di inflammasomi, potrebbe rappresentare una nuova strategia terapeutica.

Microbiota intestinale, inflammasomi e depressione potrebbero essere tra loro correlati. Il trapianto di microbiota fecale da modelli modificati per non esprimere NLPR3, fattore chiave nell’attivazione degli inflammasomi e quindi nella risposta infiammatoria, sembrerebbe infatti migliorare i comportamenti simil-depressivi, riducendo la disfunzione astrocitaria attraverso la regolazione dei livelli dell’RNA circolare HIPK2 (circ-HIPK2), noto per essere in grado di inibire l’attivazione degli astrociti. È quanto dimostra lo studio coordinato da Yuan Zhang della Southeast University (Nanjing, China), di recente pubblicato su Microbiome.

I disordini depressivi maggiori sono i disturbi psichiatrici più diffusi. Tra le cause, ancora del tutto da definire, oltre alla predisposizione genetica sembrerebbe aggiungersi una modificazione del microbiota intestinale. Inoltre, anche l’attivazione di pathways neuroinfiammatori mediati da inflammasomi e la disfunzione astrocitaria hanno dimostrato un ruolo importante. Numerosi studi hanno infatti rilevato come i livelli di caspasi-1 e NLPR3, proteine fondamentali nell’attivazione dell’inflammasoma (un complesso oligomerico pro-infiammatorio), siano più elevate in pazienti depressi. Di contro, in modelli caspasi-1 KO o trattati con suoi inibitori è stato registrato un miglioramento di tale condizione. Elevate concentrazioni di circ-HIPK2 hanno poi dimostrato di inibire l’attivazione astrocitaria con ripercussioni comportamentali.

Considerando ciò, i ricercatori hanno quindi cercato di unire i vari tasselli, dapprima confrontando il microbiota intestinale di topi wild-type (WT) con altri modificati per non esprimere NLPR3 (NLPR3 KO), per poi approfondire come la popolazione batterica possa influenzare il comportamento in seguito a stress cronico (chronic unpredictable stress, CUS) e/o trapianto di microbiota fecale. Da ultimo è stato testato se il microbiota, regolando proprio l’espressione di circHIPK2, condizionasse la funzionalità degli astrociti. Di seguito i risultati ottenuti.

Comportamento e microbioma a confronto

Il livello di depressione è stato valutato attraverso i test comportamentali SPT (sucrose preference test), FST (forced swin test), TST (tail suppression test); lo stato ansioso e locomotorio invece con il test OFT (open field test).

I ricercatori hanno confrontato i risultati ottenuti dai topi WT e NLPR3 KO esposti o meno a CUS. Inoltre, alcuni esemplari di entrambi i gruppi sono stati allevati insieme per testare gli effetti sul comportamento di una contaminazione batterica durante la convivenza. In generale, i modelli NLPR3 KO hanno dimostrato minor tendenza alla depressione, infatti:

  • l’attività locomotoria dei NLPR3 KO è risultata significativamente maggiore rispetto ai WT
  • l’esposizione a CUS non ha comportato alterazioni significative nell’attività locomotoria, nonostante abbia fatto diminuire nei WT, ma non nei NLPR3 KO, i punteggi al test SPT e aumentato l’immobilità all’FST e TST
  • la convivenza ha ridotto le differenze comportamentali tra i due modelli nei test TST, FST e OFT, nessuna alterazione invece per i valori di SPT.

Analizzando poi nel dettaglio la componente batterica dei due gruppi si è registrata una marcata differenza compositiva a carico di 120 OTUs:

  • a livello di phylum, 74 OTUs hanno mostrato un arricchimento nel gruppo NLPR3 KO, 46 nel gruppo WT
  • degli OTUs sovraespressi nel gruppo NLPR3 KO, 27 appartenevano alle famiglie S24-7, Rikenellaceae, Paraprevotellaceae, Prevotellaceae o Odoribacteraceae (phylum Bacteroidetes), 20 OTUs a Ruminococcaceae o Lachnospiraceae (phylum Firmicutes), 9 OTUs a Desulfovibrionaceae, Helicobacteraceae o Alcaligenaceae (phylum Proteobacteria), 18 a Mycoplasmataceae o non classificati
  • dei 46 sovraespressi nei WT, invece, 33 OTUs appartenevano a S24-7 o Bacteroidaceae (phylum Bacteroidetes), 8 a Ruminococcaceae, Lachnospiraceae, Coriobacteriaceae o Clostridiaceae (phylum Firmicutes), 5 a Deferribacteraceae o non classificati
  • a livello di genere, l’inattivazione dell’inflammasoma (gruppo NLPR3 KO) ha comportato un decremento dell’abbondanza relativa di Desulfovibrio, [Ruminococcus], Mucispirillum, Oscillospira, [Prevotella] e Ruminococcus.

Trapianto di microbiota e comportamento depressivo

Al fine di verificare l’effettiva correlazione tra caratteristiche del microbiota intestinale e comportamento, i ricercatori hanno eseguito un trapianto di microbiota fecale da donatori di entrambi i gruppi in altri modelli pre-trattati con antibiotico. A una settimana di distanza, un sottogruppo dei riceventi è stato sottoposto a CUS per 4 settimane e sono stati ripetuti i test comportamentali. Complessivamente, i modelli riceventi da NLPR3 KO hanno dimostrato minor tendenza all’ansia e alla depressione. Infatti:

  • nei riceventi da WT sottoposti a CUS, ma non i topi riceventi da NLPR3 KO, è stata registrata una ridotta preferenza allo zucchero al test SPT ma, di contro, un’aumentata immobilità ai test FST e TST dopo l’esposizione a CUS. Effetti simili sono stati rilevati nei test per l’ansia, suggerendo una trasmissibilità comportamentale con il microbiota
  • entrambi i gruppi riceventi hanno mostrato analoga composizione batterica rispetto ai donatori, ma una marcata differenza fra loro. Anche l’esposizione a CUS ha determinato differenze batteriche sostanziali
  • 61 OTUs sono risultati discriminanti a livello di phylum per il microbiota dei riceventi WT con e senza trattamento CUS
  • nel sottogruppo WT CUS, 8 OTUs appartenenti alla famiglia Coriobacteriaceae o a quelle S24-7, Bacteroidaceae, Rikenellaceae e Porphyromonadaceae (phylum Bacteroidetes) hanno registrato un aumento; è stato rilevato  invece un decremento per 19 OTUs di S24-7, Bacteroidaceae, Rikenellaceae o Paraprevotellaceae (phylum Bacteroidetes), 18 appartenenti a Ruminococcaceae, Lachnospiraceae, Erysipelotrichaceae, Clostridiaceae o Mogibacteriaceae (phylum Firmicutes) e 16 di Desulfovibrionaceae, Deferribacteraceae o non classificati
  • a livello di genere, i riceventi da NLPR3 KO rispetto alla controparte hanno registrato una diminuzione nell’abbondanza relativa di Bacteroides, un aumento di quella di Desulfovibrio, [Ruminococcus], Mucispirillum, Oscillospira, [Prevotella] e Ruminococcus
  • i riceventi da NLPR3 KO hanno mostrato una riduzione di alterazione batterica indotta da CUS soprattutto a carico di Bacteroides, Desulfovibrio, [Ruminococcus], Mucispirillum, Oscillospira, [Prevotella] e Ruminococcus, suggerendo come l’inibizione di NLPR3 rimodelli la composizione batterica e, di conseguenza, riduca la tendenza depressiva.

In seguito al trapianto e all’esposizione a CUS è stata monitorata poi la funzionalità degli astrociti, registrando un miglioramento solo nei riceventi da NLPR3 KO, non da WT.

Trapianto ed espressione di circHIPK2

Considerando come circHIPK2 abbia in precedenza dimostrato di inibire l’attivazione astrocitaria, i ricercatori hanno voluto esaminare l’eventuale correlazione tra i valori plasmatici di circHIPK2 in modelli sottoposti a CUS e l’abbondanza relativa dei batteri:

  • a livello di phylum, è stata registrata correlazione negativa tra i livelli di circHIPK2 e Bacteroidetes, positiva con Firmicutes
  • a livello di famiglia, invece, l’abbondanza di S24-7 ha mostrato associazione negativa con i livelli di circHIPK2, positiva invece quella con Ruminococcaceae e Lachnospiraceae.

Confrontando poi modelli sottoposti o meno a CUS è emerso che:

  • nei sottogruppi CUS sono stati registrati i più alti livelli di circHIPK2 nel plasma e nell’ippocampo
  • i valori di circHIPK2 nei riceventi da WT sono risultati incrementati in seguito a CUS, effetto inibito nei riceventi da NLPR3 KO.

La composizione batterica sembrerebbe quindi influenzare anche la concentrazione di circHIPK2. È stato perciò verificato se microiniezioni ippocampali di circHIPK2 siRNA lentivirus possano alterare il comportamento degli animali: rispetto ai controlli trattati con circCon, l’inibizione di circHIPK2 ha significativamente migliorato non solo i sintomi simil-depressivi, ma anche la disfunzione astrocitaria indotta da CUS. Risultati simili sono stati ottenuti anche con la somministrazione di circHIPK2 shRNA AAV (adeno-associated virus).

Avendo perciò osservato una correlazione tra l’espressione di circHIPK2 e l’attività degli astrociti, i ricercatori hanno voluto approfondire i meccanismi che ne stanno alla base mediante un approccio di metabolomica. Il trapianto di microbiota da topi NLPR3 KO ha significativamente ridotto l’incremento di 24 metaboliti indotti da CUS, aumentando di contro quello di altri 27 rispetto ai modelli riceventi da WT. Alcuni metaboliti potrebbero quindi rientrare nella regolazione astrocitaria mediata da circHIPK2.

In conclusione, dunque, questo studio propone un nuovo meccanismo di regolazione del comportamento depressivo basato sull’interazione tra microbiota intestinale, inflammasoma e astrociti. Il trapianto di microbiota fecale da topi NLPR3 KO ha infatti fatto registrare risultati positivi nei test comportamentali. Tale effetto sembrerebbe mediato dalla regolazione dell’attività astrocitaria, a sua volta influenzata dai livelli plasmatici di circHIPK2. Trattandosi tuttavia di uno studio preliminare, ulteriori approfondimenti saranno necessari al fine di delineare meglio le eventuali possibilità terapeutiche nel trattamento e/o prevenzione di disturbi depressivi.