• Lo studio in vitro sui metaboliti di L. paracasei ed E. coli
• Modificare l’espressione dei batteri positivi
• Conclusioni

Stato dell’arte
Nonostante la nota capacità del microbiota intestinale di influenzare il metabolismo lipidico, i meccanismi di questo processo rimangono poco chiari.

Cosa aggiunge questo studio
Lo studio dimostra il ruolo di L. paracasei e di E. coli nel metabolismo lipidico degli enterociti mediante la rispettiva produzione di L-lattato e acetato. Sebbene in entrambi i casi venga inibita la secrezione di chilomicroni, L-lattato sembrerebbe promuovere l’accumulo citosolico di lipidi, mentre l’acetato il loro “consumo” mediante ossidazione.

Conclusioni
Intervenire sull’espressione intestinale di L. paracasei ed E. coli, oltre che su quella dei metaboliti L-lattato e acetato, potrebbe rappresentare una valida strategia nella prevenzione e/o nel trattamento di patologie metaboliche regolando, secondo necessità, il metabolismo dei lipidi.

L-lattato e acetato, prodotti rispettivamente da L. paracasei ed E. coli, sembrerebbero influenzare il metabolismo lipidico negli enterociti. L-lattato sembrerebbe infatti favorirne l’accumulo citosolico utile, per esempio, in casi di malnutrizione; l’acetato, invece, ne favorirebbe l’ossidazione e quindi il consumo.

Regolare l’espressione di tali ceppi e dei relativi metaboliti potrebbe quindi rappresentare una valida strategia nella prevenzione e/o nel trattamento di patologie metaboliche e correlate al profilo lipidico dell’individuo (come aterosclerosi, malnutrizione ecc.).

È quanto afferma lo studio di Joao R. Araujo e colleghi dell’Istituto Pasteur di Parigi, di recente pubblicazione su Cell Host & Microbe.

Lo studio in vitro sui metaboliti di L. paracasei ed E. coli

I lipidi rappresentano, in media, il 30-40% dell’introito calorico quotidiano di una dieta occidentale. Conoscere il loro “destino” all’interno del corpo è perciò fondamentale. Come per gli altri nutrienti, il microbiota intestinale sembrerebbe avere un ruolo importante nel loro metabolismo, nonostante le precise dinamiche siano ancora poco chiare.

A questo scopo, alcuni ricercatori hanno valutato prima in vitro (utilizzando una linea di enterociti primaria, m-ICcl2) poi in vivo (in modelli murini SPF – specific pathogen free) gli effetti di L. paracasei ATCC334 ed E. coli RB01 e MG1655, e dei relativi metaboliti, sulla quota e le caratteristiche di uno standard lipidico fluorescente in micelle (BODIPY C12). Di seguito i principali risultati.

Partendo dai dati ottenuti in vitro con ceppi non mutati e altri mutati per non esprimere determinati pathways metabolici è stato osservato che:

  • metaboliti di ridotte dimensioni di entrambi i ceppi (> 3 KDa per L. paracasei e > 10 KDa per E. coli) hanno ridotto la secrezione di BODIPY del 20-40% rispetto ai controlli a 4 e 6 ore dopo l’aggiunta delle micelle
  • valutando gli effetti dei ceppi mutati di L. paracasei, la produzione, il metabolismo e soprattutto la fermentazione dei carboidrati sono risultati meccanismi essenziali per mediare gli effetti sulla secrezione lipidica, in questo caso di BODIPY . I prodotti di fermentazione a basso peso molecolare (lattato per esempio) sembrerebbero quindi i migliori candidati
  • per quanto riguarda E. coli, invece, non essendo disponibile una libreria di ceppi mutati da testare, uno dei meccanismi di influenza lipidica più plausibile è la produzione di acidi grassi a corta catena
  • dalla quantificazione dei metaboliti, L-lattato è risultato il più abbondante prodotto di fermentazione di L. paracasei, in particolare del ceppo non mutato (o wild-type, WT), con valori di 3-8 volte superiori ai rispettivi mutanti. Di contro, la secrezione di E. coli si è dimostrata più variegata includendo acetato, formiato, L-lattato e piruvato
  • l’esposizione a L-lattato, ma non a D-lattato, ha ridotto del 20-30% le secrezioni di BODIPY marcato dalle micelle a 4 e 6 ore, sostenendone un ruolo attivo nel metabolismo lipidico. A ciò si associa un aumento delle dimensioni delle particelle lipidiche citosoliche da ricondurre a un accumulo di lipidi
  • tra tutti i prodotti metabolici di E. coli, l’acetato ha mostrato la maggior capacità di influenzare il metabolismo lipidico riducendo la secrezione dello standard marcato seppur in misura ridotta rispetto a L-lattato. La riduzione si è infatti dimostrata di circa il 10% a 2, 4 e 6 ore per entrambi i ceppi di E. coli, del 5% per i rispettivi ceppi mutati in modo da non sintetizzare acetato. Blando effetto anche sulle dimensioni delle particelle lipidiche (colesterolo e trigliceridi in particolare). L’attività di E. coli mediata da acetato sembrerebbe quindi da ricondurre a un aumentato turn-over lipidico intestinale più che a un loro accumulo e secrezione.

Modificare l’espressione dei batteri positivi

Sulla base di promettenti dati in vitro, i ricercatori hanno quindi approfondito il ruolo di L. paracasei ed E. coli su modelli murini pretrattati con antibiotici mirati per facilitare la colonizzazione di questi due ceppi e dei relativi mutanti. Dall’analisi dei campioni fecali e linfatici collezionati dopo la somministrazione di miscele lipidiche contenenti BODIPY marcato si è visto che:

  • la conta fecale di L. paracasei ed E. coli WT ha mostrato una buona colonizzazione, minore quella dei mutati, in particolare di L. paracasei mutato per produrre meno L-lattato (inibizione della L-lattato deidrogenasi) suggerendo un ruolo fondamentale di questo metabolita anche in questo processo
  • la significativa riduzione di ApoB-48 circolanti (apolipoproteine coinvolte nel trasporto lipidico) in seguito a esposizione a L. paracasei WT, E. coli (entrambi i ceppi), L-lattato e acetato conferma l’effettiva riduzione di secrezione lipidica intestinale osservata in vitro
  • le dimensioni delle strutture intracellulari BODIPY-marcate sono risultate incrementate di 1,5-2 volte in seguito a incubazione con i ceppi L. paracasei WT e L-lattato, diminuite invece con E. coli. In entrambi i casi, nessuna alterazione significativa nel numero di strutture marcate
  • a livello plasmatico le concentrazioni di trigliceridi e BODIPY-marcato sono risultate ridotte con L. paracasei WT e L-lattato, solo quella dei trigliceridi con E. coli.

Mentre L. paracasei (L-lattato) sembrerebbe favorire l’accumulo di lipidi intestinali, E. coli (acetato) sembrerebbe stimolarne il consumo. In che modo? Analizzando nel dettaglio i meccanismi d’azione a livello biochimico, i ricercatori hanno osservato che:

  • l’acetato prodotto da E. coli induce la beta-ossidazione lipidica aumentando l’attività della via di segnalazione AMPK/PGC-1α/PPARα che coinvolge quindi fattori di trascrizione ed enzimi coinvolti nell’ossidazione lipidica
  • l’accumulo lipidico indotto da L-lattato è mediato dall’assorbimento e conversione di malonyl-CoA con conseguente inibizione dell’ossidazione lipidica.

Conclusioni

In conclusione, dunque, acetato e L-lattato prodotti da batteri commensali agiscono come intermediari e regolano il metabolismo lipidico intestinale. In particolare, l’acetato secreto da E. coli sembrerebbe promuoverne l’ossidazione negli enterociti e quindi il loro consumo; L-lattato prodotto da L. paracasei invece ne favorirebbe l’accumulo con finalità di riserva energetica.

La somministrazione di uno specifico ceppo e/o dei relativi metaboliti potrebbe quindi rappresentare una valida strategia nella prevenzione o trattamento di patologie a elevato interesse lipidico, quali aterosclerosi, diabete, malnutrizione ecc.