Bambino e Microbiota
Microbioma ed early life events
Prof.ssa Annamaria Staiano
Presidente della Società Italiana di Pediatria dal 2021 - Professore Ordinario di Pediatria presso l’Università degli Studi di Napoli “Federico II”.
Il microbioma intestinale è direttamente responsabile di numerosi benefici per salute dell’ospite, tra cui l’assorbimento di nutrienti, la sintesi di enzimi, vitamine ed aminoacidi e la produzione di acidi grassi a catena corta (SCFAs). Inoltre, la presenza nell’intestino di oltre l’80% delle cellule del sistema immunitario, rende il microbioma di vitale importanza per la regolazione di sviluppo e funzioni del sistema immunitario. [cfr. 1]
Il microbioma intestinale comincia a svilupparsi già dalla nascita e subisce una profonda maturazione fino all’età di circa 2 anni, transitando da un microbiota immaturo caratterizzato da una ridotta diversità microbica e una dominanza di Proteobacteria e Actinobacteria ad un microbiota stabile e maturo in cui predominano batteri della famiglia Bacteroidetes e Firmicutes. [cfr. 2]
Questo intervallo temporale, in cui vengono stabiliti struttura e funzione del microbioma intestinale e del sistema immunitario, rappresenta una finestra di massima vulnerabilità ma anche di grande opportunità per lo sviluppo del bambino. Durante questo periodo, la composizione del microbiota è altamente dinamica e altamente suscettibile all’azione di fattori ambientali come il microbiota materno, il tipo di parto, la dieta, il tipo di allattamento e l’utilizzo di farmaci (antibiotici ed inibitori dell’acidità gastrica), che possono influenzare positivamente o negativamente lo sviluppo, la struttura e la funzione del microbioma. [cfr. 3]
Numerosi studi hanno evidenziato come le alterazioni del microbioma intestinale durante i primi mesi di vita, esercitino un’influenza significativa e definitiva sullo sviluppo e maturazione del sistema immunitario e sulla suscettibilità allo sviluppo di malattie croniche non trasmissibili nelle epoche successive, come le patologie allergiche e autoimmunitarie, le malattie infiammatorie croniche intestinali, i disordini funzionali del tratto gastrointestinale, e l’obesità. [cfr. 4 – 5]
Microbioma e obesità pediatrica
Oltre 340 milioni i bambini e adolescenti nel mondo risultano affetti fa obesità. [cfr. 6] L’obesità è riconosciuta come un disordine multifattoriale derivante dall’interazione tra suscettibilità genetica dell’ospite e fattori ambientali. Il microbioma intestinale è ormai riconosciuto come un importante fattore di collegamento tra geni, ambiente e outcomes di salute, essendo esso coinvolto nel controllo del peso corporeo e dell’omeostasi energetica, svolgendo quindi un potenziale ruolo nella fisiopatologia dell’obesità. [cfr. 6]
I meccanismi attraverso cui il microbioma può contribuire all’eccesso ponderale sono ascrivibili ad un maggior assorbimento dell’energia contenuta negli alimenti (energy harvest) ed alla regolazione del metabolismo dei substrati energetici, dell’infiammazione e del rilascio di ormoni intestinali implicati nel circuito fame/sazietà. [cfr. 7]
Studi pionieristici condotti in modelli murini hanno rappresentato una delle evidenze chiave del ruolo causale del microbioma intestinale nell’obesità. Il trapianto fecale da topi affetti da obesità indotta da una dieta ad alto contenuto di grassi è in grado di trasferire il fenotipo obeso a topi germ-free, sottolineando il ruolo cruciale del microbioma nell’eziopatogenesi di questa condizione. [cfr. 8]
I dati del microbioma sull’uomo mostrano caratteristiche contrastanti, tuttavia, le controversie esistenti tra gli studi condotti nell’uomo, indicano che l’attività metabolica più che la composizione microbica intestinale potrebbe essere maggiormente rilevante nell’influenzare lo sviluppo di obesità. [cfr. 9]
È ormai ampiamente riconosciuto che il fenotipo obeso sia associato a diversi profili di SCFAs rispetto al fenotipo non obeso; queste molecole sono implicate nel metabolismo dei grassi e degli zuccheri e nella regolazione ormonale del food intake, modulando direttamente e indirettamente, ad esempio mediante meccanismi epigenetici, i processi legati all’obesità. [cfr. 10]
Microbioma e patologie allergiche dell'infanzia
Le malattie allergiche includono patologie infiammatorie eterogenee come le allergie respiratorie (RA), cutanee ed alimentari (AA), caratterizzate da una risposta di tipo Th2. Durante gli ultimi decenni si è osservato un rapido incremento in termini di prevalenza di queste patologie e attualmente fino al 52% della popolazione pediatrica manifesta una o più malattie allergiche. [cfr. 11] Recenti evidenze hanno mostrato come le alterazioni del microbioma giochino un ruolo centrale nella patogenesi di queste condizioni. [cfr. 12] In particolare è stato dimostrato come, in soggetti geneticamente predisposti, diversi fattori ambientali inclusi il parto cesareo, una dieta a ridotto contenuto di fibre e la precoce esposizione a farmaci antibiotici e antisettici, svolgano un ruolo cruciale nel modulare negativamente il microbioma e facilitare lo sviluppo di AA. [cfr. 12] In particolare è stato osservato come bambini affetti da AA presentino un microbiota alterato e una ridotta produzione di SCFAs, in particolare butirrato, che è stato dimostrato avere un ruolo centrale nel mantenimento e nell’acquisizione della tolleranza immunologica. [cfr. 13 – 14]
Le alterazioni del microbioma intestinale rivestono un ruolo primario non solo nella patogenesi delle AA, ma anche di quelle respiratorie. Infatti, uno studio recente ha riportato come bambini affetti da AA o RA presentino specifiche caratteristiche del microbioma intestinale con una maggiore abbondanza di Ruminococcus gnavus e Faecalibacterium prausnitzii e una riduzione di Bifidobacterium longum, Bacteroides dorei, B. vulgatus e specie batteriche in grado di metabolizzare fibre. [cfr. 15]
Analogamente all’intestino, il microbioma polmonare cambia rapidamente nei primi anni di vita, prima di iniziare a stabilizzarsi. La colonizzazione avviene gradualmente nei bambini sani, iniziando da Staphylococcus o Corynebacterium, seguiti da Moraxella o Alloiococcus. [cfr. 16] Un’alterazione della fisiologica colonizzazione, può portare a disregolazione dell’asse IgE-basofili, con conseguente incremento di concentrazioni sieriche di IgE e aumento delle popolazioni di basofili circolanti, come è stato descritto in modelli murini di malattia allergica delle vie aeree. Sono state evidenziate differenze nella composizione del microbioma polmonare tra soggetti sani e pazienti con asma e malattie allergiche, con un aumento dei Proteobatteri in questi ultimi. [cfr. 16]
La disbiosi è associata anche a disturbi infiammatori cronici della pelle, come la dermatite atopica (AD). È noto che un aumento di Staphylococcus e una riduzione di altre specie come Streptococcus o specie di Propionibacterium siano correlate a riacutizzazioni della AD. D’altra parte, è stato riportato che le specie Acinetobacter commensali della pelle, proteggono dalla sensibilizzazione allergica e dall’infiammazione, svolgendo un ruolo importante nel regolare l’equilibrio di Th1/Th2 e le risposte antinfiammatorie agli allergeni ambientali. [cfr. 16] È stata evidenziata una correlazione tra malattie allergiche cutanee e disbiosi del microbioma intestinale, in particolare una relazione inversamente proporzionale tra severità della dermatite atopica e batteri producenti butirrato. [cfr. 17]
Microbiota e MICI
Prof. Annamaria Staiano
Ruolo del Microbiota nello sviluppo dei disordini funzionali gastrointestinali
Prof. Annamaria staiano
Riferimenti Bibliografici
- Yao Y, Cai X, Ye Y, Wang F, Chen F, Zheng C. The Role of Microbiota in Infant Health: From Early Life to Adulthood. Front Immunol. 2021;12:708472
- Rinninella E, Raoul P, Cintoni M, et al. What is the Healthy Gut Microbiota Composition? A Changing Ecosystem across Age, Environment, Diet, and Diseases. Microorganisms. 2019;7(1):14
- Carucci L, Coppola S, Luzzetti A, Giglio V, Vanderhoof J, Berni Canani R. The role of probiotics and postbiotics in modulating the gut microbiome-immune system axis in the pediatric age. Minerva Pediatr. 2021;73(2):115-127.
- Noce A, Marrone G, Di Daniele F, Ottaviani E, Wilson Jones G, Bernini R, Romani A, Rovella V. Impact of Gut Microbiota Composition on Onset and Progression of Chronic Non-Communicable Diseases. Nutrients. 2019;11(5):1073.
- Berni Canani R, Costanzo MD, Leone L, Bedogni G, Brambilla P, Cianfarani S, Nobili V, Pietrobelli A, Agostoni C. Epigenetic mechanisms elicited by nutrition in early life. Nutr Res Rev. 2011;24(2):198-205
- Petraroli M, Castellone E, Patianna V, Esposito S. Gut Microbiota and Obesity in Adults and Children: The State of the Art. Front Pediatr. 2021;9:657020
- Sanchez M, Panahi S, Tremblay A. Childhood obesity: a role for gut microbiota? Int J Environ Res Public Health. 2015;12:162–75.
- Turnbaugh P, Ley R, Mahowald M, et al. An obesity-associated gut microbiome with increased capacity for energy harvest. Nature. 2006;444:1027-1031
- Esposito S, Biscarini A, Federici B, Cofini M, Argentiero A, Neglia C, et al. Role of Small Intestinal Bacterial Overgrowth (SIBO) and inflammation in obese children. Front Pediatr. 2020;8:369
- Murugesan S, Nirmalkar K, Hoyo-Vadillo C, García-Espitia M, Ramírez-Sánchez D, García-Mena J. Gut microbiome production of short-chain fatty acids and obesity in children. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 2018;37(4):621-625
- Logan K, Du Toit G, Giovannini M, Turcanu V, Lack G. Pediatric Allergic Diseases, Food Allergy, and Oral Tolerance. Annu Rev Cell Dev Biol. 2020;36:511-528.
- Berni Canani R, Paparo L, Nocerino R, Di Scala C, Della Gatta G, Maddalena Y, Buono A, Bruno C, Voto L, Ercolini D. Gut Microbiome as Target for Innovative Strategies Against Food Allergy. Front Immunol. 2019;10:191
- Berni Canani R, et al. Lactobacillus rhamnosus GG-supplemented formula expands butyrate-producing bacterial strains in food allergic infants. ISME J. 2016;10:742–750
- Berni Canani R, De Filippis F, Nocerino R, Paparo L, Di Scala C, Cosenza L, et. al. Gut microbiota composition and butyrate production in children affected by non-IgE-mediated cow’s milk allergy. Sci Rep. 2018;8(1):12500
- De Filippis, F., Paparo, L., Nocerino, R. et al. Specific gut microbiome signatures and the associated pro-inflamatory functions are linked to pediatric allergy and acquisition of immune tolerance. Nat Commun 2021;12:5958
- Pascal M, Perez-Gordo M, Caballero T, et al. Microbiome and Allergic Diseases. Front Immunol. 2018;9:1584
- Nylund L, Nermes M, Isolauri E, Salminen S, de Vos WM, Satokari R. Severity of atopic disease inversely correlates with intestinal microbiota diversity and butyrate-producing bacteria. Allergy. 2015;70(2):241–4