I microbi intestinali specifici hanno la capacità di influenzare la normale crescita e maturazione scheletrica

I microbi sono spesso visti come agenti patogeni che causano malattie, ma il quadro è in realtà più complesso di quella visione limitata. Il microbioma intestinale, che è la raccolta di microrganismi che colonizzano l'intestino sano, è considerato un organo di supporto in grado di regolare le funzioni biologiche dell'ospite, compresa la salute scheletrica. Ricercatori della Medical University of South Carolina (MUSC) che studiano osteoimmunologia, l'interfaccia del sistema scheletrico e immunitario, hanno esaminato l'impatto di un microrganismo specifico, batteri filamentosi segmentati (SFB), sullo sviluppo scheletrico post-puberale. I loro risultati, pubblicato online il 10 gennaio nel Journal of Bone and Mineral Research Plus , ha mostrato che SFB ha aumentato la risposta di cellule immunitarie specifiche nell'intestino e nel fegato. Questa risposta ha portato ad un aumento dell'attività degli osteoclasti e ad una diminuzione dell'attività degli osteoblasti, accumulazione di massa ossea compromettendo cumulativamente.

"Questo è il primo rapporto noto che dimostra che all'interno del complesso microbioma intestinale, microbi specifici hanno la capacità di influenzare la normale crescita e maturazione scheletrica, " ha detto Chad M. Novince, DDS, dottorato di ricerca, un assistente professore nelle facoltà di Medicina e Odontoiatria, che studia l'impatto del microbioma sull'osteoimmunologia e sullo sviluppo scheletrico.

Il laboratorio Novince si concentra sulla fase post-puberale dello sviluppo scheletrico, la finestra critica di plasticità che supporta l'accumulo di circa il 40% del picco di massa ossea di una persona. Un recente lavoro del laboratorio ha mostrato che il microbioma intestinale aumenta le risposte immunitarie nell'ambiente del fegato e delle ossa, che altera la massa ossea scheletrica. È stato dimostrato da altri gruppi che SFB attiva la risposta immunitaria delle cellule TH17 in modo dipendente dall'interleuchina-17A (IL-17A). La ricerca mirava a collegare questi aspetti dell'immunità mediata da SFB per determinare se specifici microbi intestinali hanno la capacità di influenzare la salute scheletrica.

Per studiare gli effetti della SFB e del microbioma intestinale sulla salute scheletrica, il laboratorio Novince ha utilizzato un modello murino con un microbiota definito. Questa ricerca è stata facilitata dallo Gnotobiotic Animal Core di MUSC, diretto da Caroline Westwater, dottorato di ricerca, co-autore e professore presso il College of Dental Medicine. Disponibile attraverso l'esclusivo nucleo animale, topi germ-free (no microbiota) e topi gnotobiotici (definiti microbiota) forniscono un modello eccellente per studiare i contributi del microbioma allo sviluppo scheletrico.

Ogni volta che pensiamo all'osso, è sempre l'equilibrio di osteoblasti e osteoclasti; gli osteoblasti formano l'osso, e gli osteoclasti riassorbono l'osso. La colonizzazione di SFB ha causato uno spostamento in entrambi i lati dell'asse:l'attività degli osteoclasti è aumentata, e l'attività degli osteoblasti è diminuita, che è dannoso per lo scheletro."

Chad M. Novince, professore assistente nelle facoltà di Medicina e Odontoiatria, MUSC

Per iniziare i suoi studi, il laboratorio Novince ha confrontato topi privi di germi con topi monoassociati a SFB. I topi con SFB hanno mostrato una riduzione del 20% del volume dell'osso trabecolare, il tipo di osso che subisce alti tassi di metabolismo osseo. Un ulteriore esame di questi topi ha mostrato che la colonizzazione di SFB ha portato ad un aumento dei livelli di IL-17A nell'intestino e nella circolazione, e potenziato potenziale osteoclastico.

Prossimo, il laboratorio Novince ha esaminato se la presenza di SFB all'interno di un microbiota intestinale complesso potesse influenzare il normale sviluppo scheletrico. Hanno confrontato i topi Taconic privi di agenti patogeni specifici che avevano SFB come parte del loro microbioma con i topi Taconic privi di agenti patogeni specifici privi di SFB.

La presenza di SFB all'interno di un microbiota complesso ha portato a una riduzione del volume dell'osso trabecolare, che è stato attribuito all'aumento dell'attività degli osteoclasti e alla diminuzione dell'attività degli osteoblasti. La colonizzazione di SFB ha portato a uno stato immunitario proinfiammatorio nell'intestino, con un aumento del numero di cellule soppressorie di derivazione mieloide (MDSC) e di macrofagi M1 nei linfonodi associati all'intestino. Inoltre, La colonizzazione di SFB ha aumentato i livelli di IL-17A nell'intestino e nella circolazione.

interessante, la presenza di SFB in un microbiota intestinale complesso ha anche stimolato profondamente l'immunità epatica. La colonizzazione di SFB ha sovraregolato i fattori immunitari proinfiammatori nel fegato e aumentato le cellule TH17 nei linfonodi drenanti del fegato. Per di più, la presenza di SFB ha portato a livelli più elevati di reagenti di fase acuta - fattori immunitari prodotti nel fegato e secreti nella circolazione. La lipocalina-2 (LCN2) è stata particolarmente interessante perché è un peptide antimicrobico che influenza il metabolismo osseo.

La colonizzazione di SFB ha determinato un aumento dei livelli circolanti di IL-17A e LCN2, che sono entrambi fattori che supportano l'attività degli osteoclasti e sopprimono l'attività degli osteoblasti. Presi insieme, questi dati mostrano che l'SFB svolge un ruolo fondamentale nella regolazione della risposta immunitaria sia nell'intestino che nel fegato, il che ha effetti significativi sullo scheletro e fornisce un forte supporto al fatto che le azioni del microbiota intestinale sullo scheletro sono in parte mediate attraverso un asse intestino-fegato-osso .

Inoltre, il contributo della SFB alla salute scheletrica può avere implicazioni cliniche significative.

"Se possiamo prevenire la colonizzazione o eliminare microbi specifici come SFB dal microbioma, esiste un potenziale clinico per ottimizzare l'accumulo di massa ossea durante lo sviluppo scheletrico post-puberale, " disse Novince.

È noto che la dieta, i probiotici e gli antibiotici hanno effetti significativi sulla composizione del microbioma, compresa la colonizzazione SFB. La maggior parte della massa ossea di una persona si accumula durante l'adolescenza, o postpubescente. Quando le persone invecchiano, iniziano lentamente a perdere massa ossea, che li mette a rischio di fratture e osteoporosi. Modulazione di SFB, attraverso interventi non invasivi come diete o probiotici, potrebbe consentire l'accumulo o l'ottimizzazione del picco di accumulo di massa ossea durante l'adolescenza. Ciò limiterebbe il rischio di riduzione della massa ossea associata all'invecchiamento e di fratture correlate.

In sintesi, Il gruppo di Novince ha dimostrato che all'interno del complesso microbioma, uno specifico microbo commensale, SFB, ha la capacità di modificare in modo critico il modo in cui il microbioma interagisce con il sistema immunitario dell'ospite e lo scheletro. Questa risposta immunitaria, mediato da un asse intestino-fegato-osso, induce un ambiente pro-osteoclasti e anti-osteoblasti nell'osso, che altera la normale crescita e maturazione scheletrica. Il forte contributo dell'immunità epatica giustifica ulteriori indagini su come i prodotti della fase acuta possono avere un effetto di feedback sul microbioma o effetti aggiuntivi sull'ospite.

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