Individuato, per la prima volta, il collegamento tra morbo di Parkinson e microbioma

Morbo di Parkinson
Immagine: i batteri intestinali possono avviare l’attivazione della microglia (mostrati in verde) che porta alla neuroinfiammazione che è caratteristica della malattia di Parkinson. Credit: S. Mazmanian Lab / Caltech

Gli scienziati del California Institute of Technology, Caltech, hanno scoperto per la prima volta un collegamento funzionale tra batteri intestinali e morbo di Parkinson.

I ricercatori hanno dimostrato che i cambiamenti nella composizione batterica intestinale contribuiscono attivamente allo sviluppo della malattia e possono anche causare il deterioramento delle capacità motorie che sono il segno distintivo di questa malattia.

La ricerca, che ha profonde implicazioni nel trattamento del morbo di Parkinson, è stata effettuata nel laboratorio di Sarkis Mazmanian Prof. di Microbiologia e da Luis B. e Nelly Soux dell’ Heritage Medical Research Institute Investigator e appare nel numero del 1 dicembre della rivista Cell.

Il morbo di Parkinson colpisce 1 milione di persone negli Stati Uniti e fino a 10 milioni in tutto il mondo, diventando così la seconda malattia neurodegenerativa più comune. Caratteristiche del morbo di Parkinson includono sintomi come tremori e difficoltà a camminare, causati dall’aggregazione di una proteina chiamata alfa-sinucleina (αSyn) all’interno delle cellule nel cervello e intestino e la presenza di molecole infiammatorie chiamate citochine all’interno del cervello. Inoltre, il 75 per cento delle persone con malattia di Parkinson hanno anomalie gastrointestinali (GI), in primo luogo la costipazione.

“L’intestino è una sede permanente di una comunità di batteri benefici e a volte dannosi, nota come microbioma, che è importante per lo sviluppo e la funzione del sistema immunitario e nervoso”, dice Mazmanian. “Sorprendentemente, il 70 per cento di tutti i neuroni del sistema nervoso periferico sono nell’intestino e il sistema nervoso dell’intestino è direttamente collegato al sistema nervoso centrale attraverso il nervo vago. Poiché i problemi gastrointestinali spesso precedono i sintomi motori di molti anni e nella maggior parte dei casi di Parkinson sono causati da fattori ambientali, abbiamo ipotizzato che i batteri nell’intestino possono contribuire allo sviluppo della  malattia di Parkinson”.

Per verificare ciò, i ricercatori hanno utilizzato topi che producevano quantità eccessiva di αSyn e presentavano sintomi del Parkinson. Un gruppo di topi avevano una comunità complessa di batteri intestinali, altri erano privi di germi perchè erano stati allevati in un ambiente completamente sterile al Caltech. I ricercatori avevano fatto eseguire ad entrambi i gruppi di topi, diverse attività per misurare le loro abilità motorie, come la corsa su tapis roulant, scendere da un palo.. . I topi senza germi hanno eseguito in modo significativamente migliore gli esercizi, rispetto ai topi con un microbioma completo.

“Questo è stato il momento di ‘eureka!!’ “, spiega Timothy Sampson, uno studioso di postdottorato di biologia e ingegneria biologica e primo autore dell’articolo. “I topi erano geneticamente identici; entrambi i gruppi producevano troppa αSyn. L’unica differenza era la presenza o l’assenza di flora intestinale. Una volta rimosso il microbioma, i topi hanno recuperato normali abilità motorie anche in presenza di sovrapproduzione di αSyn”.

“Tutti e tre i tratti caratteristici del Parkinson erano spariti nei modelli di topi privi di germi”, dice Sampson.”Ora siamo abbastanza sicuri che i batteri intestinali regolano, e sono anche necessari, per lo sviluppo dei sintomi del morbo di Parkinson. Così, abbiamo cercato di capire come tutto questo si verifica”.

Quando i batteri intestinali abbattono la fibra alimentare, producono molecole chiamate acidi grassi a catena corta (SCFA), come l’acetato e butirrato. Precedenti ricerche hanno dimostrato che queste molecole possono anche attivare la risposta immunitaria nel cervello. Così, il gruppo di Mazmanian ha ipotizzato che uno squilibrio nei livelli di SCFAs regola l’infiammazione nel cervello e altri sintomi di PD. Infatti, quando i topi privi di germi sono stati alimentati con SCFAs, cellule chiamate microglia, che sono le cellule immunitarie che risiedono nel cervello, sono diventate attive. Tali processi infiammatori possono causare il malfunzionamento dei neuroni o addirittura la morte dei neuroni. In realtà, i topi alimentati con SCFAs privi di germi hanno mostrato disabilità motorie e aggregazione αSyn nelle regioni del cervello collegate al morbo di Parkinson.

Gut microbes promote motor deficits in a mouse model of Parkinson's disease
Questa ricerca descrive i risultati di Sampson et al.,e mostra che i segnali provenienti dai microbi intestinali sono necessari per le risposte neuroinfiammatorie così come gastrointestinali e deficit motori a-sinucleina-dipendente in un modello di malattia di Parkinson. Credit: Sampson et al./ Cell 2016

In una serie finale di esperimenti, Mazmanian e il suo gruppo hanno collaborato con Ali Keshavarzian, un gastroenterologo presso la Rush University di Chicago, per ottenere campioni di feci da pazienti con malattia di Parkinson e da controlli sani. I campioni di microbioma umano sono stati trapiantati in topi privi di germi che hanno sviluppato in seguito, i sintomi della malattia. Questi topi hanno mostrato livelli più elevati di SCFAs nelle loro feci. Campioni di feci trapiantati da individui sani, al contrario, non hanno innescato nei topi,  i sintomi del morbo di Parkinson, a differenza dei topi che ospitavano batteri intestinali di pazienti affetti da Parkinson.

Dice Mazmanian: “I dati suggeriscono che le modifiche al microbioma intestinale sono probabilmente più di una semplice conseguenza del morbo di Parkinson. Si tratta di una scoperta provocatoria che deve essere ulteriormente studiata, ma il fatto che dopo che abbiamo trapiantato il microbioma dall’ uomo nei topi abbiamo osservato lo sviluppo dei sintomi della malttia, suggerisce che i batteri intestinali sono una delle principali cause della malattia “.

Secondo i ricercatori, i risultati di questo studio hanno importanti implicazioni nel trattamento del morbo di Parkinson.

“Per molte malattie neurologiche, l’approccio terapeutico convenzionale è quello di utilizzare un farmaco per il cervello. Tuttavia, se il morbo di Parkinson non è causato solo da cambiamenti nel cervello, ma piuttosto dai cambiamenti del microbioma, allora si può pensare ad un farmaco che tratti l’intestino per aiutare questi pazienti”, dice Mazmanian. Tali farmaci potrebbero essere progettati per modulare i livelli di SCFA, consegnare i probiotici benefici o rimuovere gli organismi nocivi. “Questo nuovo concetto può portare a terapie più sicure con minori effetti collaterali rispetto ai trattamenti in corso”.

Fonte: Caltech

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