Microbiota e ritmi circadiani: impatto sulla sindrome metabolica

I ritmi circadiani influenzano le oscillazioni molecolari quotidiane nell’espressione genica/proteica e aspetti di biologia e fisiologia, inclusi comportamento, temperatura corporea e cicli sonno-veglia.

Questi ritmi circadiani sono stati associati a una serie di cambiamenti metabolici, immunitari e microbici correlati alla salute e alla suscettibilità alle malattie, comprese le infezioni.

Mentre la luce è il principale induttore dei ritmi circadiani, altri fattori, incluso il microbiota, possono avere effetti importanti sui ritmi periferici.

Oscillazioni circadiane e metabolismo

Le oscillazioni circadiane microbiche hanno un impatto diretto e indiretto sul metabolismo e sull’immunità dell’ospite. È interessante notare che le oscillazioni microbiche regolano anche i ritmi circadiani dell’ospite e i ritmi circadiani dell’ospite a loro volta modulano la composizione microbica.

Tra i fattori dello stile di vita associati alla sindrome metabolica, è sempre più comune l’interruzione del sistema circadiano, nota come aritmia circadiana.

L’interruzione del sistema circadiano può alterare le comunità del microbioma e può perturbare il metabolismo dell’ospite, l’omeostasi energetica e le vie infiammatorie, che portano alla sindrome metabolica. Pertanto, è di notevole interesse e importanza comprendere la diafonia tra i ritmi circadiani e il microbiota.

Il nucleo soprachiasmatico

La luce è il principale induttore dei ritmi circadiani attraverso l’attivazione del nucleo soprachiasmatico, il quale comprende circa 20.000 neuroni specializzati all’interno dell’ipotalamo, che controllano e coordinano i ritmi circadiani.

Tuttavia, sono necessari ritmi periferici aggiuntivi per mettere a punto l’orologio circadiano, migliorando le risposte ai segnali ambientali, ad esempio l’assunzione di cibo, la temperatura corporea e il microbiota.

Questi ritmi periferici differiscono dai ritmi circadiani centrali in quanto i singoli componenti dell’orologio circadiano modulano in modo differenziale entrambi i tipi di ritmi. Inoltre, i ritmi periferici sono soggetti a diverse influenze che azzerano i ritmi individuali e ne controllano le uscite.

Cosa regolano i ritmi circadiani?

I geni che controllano questi ritmi periferici in diversi tessuti controllano anche la fisiologia cellulare individuale. Nell’intestino, i ritmi circadiani regolano la digestione, compresa la produzione di acido gastrico, la motilità intestinale e l’assorbimento dei nutrienti.

I ritmi circadiani influenzano anche la rigenerazione delle cellule staminali intestinali e l’immunità della mucosa. Inoltre, la composizione e le funzioni del microbiota dipendono dal tempo del giorno, dando luogo a cambiamenti nella suscettibilità alla malattia. 

La dinamica circadiana microbica è fortemente associata all’assunzione di cibo e quindi alla disponibilità di nutrienti. In risposta ai glicani alimentari, i Firmicutes aumentano di numero. Tuttavia, una volta che questi glicani sono stati metabolizzati, i Firmicutes diminuiscono, consentendo a Bacteroidetes e Verrucomicrobia di espandersi in risposta ai glicani ospiti accessibili.

Questi ritmi microbici promuovono l’omeostasi metabolica e possono essere modulati dalla disponibilità di cibo, che influenza la suscettibilità alle malattie metaboliche. A tal proposito Il legame tra l’orologio circadiano molecolare e metabolismo è ben stabilito come mostrano studi sui roditori in cui si è visto che l’interruzione genetica dell’orologio circadiano molecolare dell’intero animale, che interrompe i ritmi circadiani sia a livello centrale che periferico, è associata a caratteristiche della sindrome metabolica, tra cui ipertrofia degli adipociti, fegato grasso, profilo lipidico anormale, ipoinsulinaemia, iperglicemia e obesità.

Allo stesso modo, le manipolazioni dei cicli luce-buio per indurre l’interruzione circadiana centrale predispongono i roditori all’intolleranza al glucosio, alla ridotta sensibilità all’insulina e alla disfunzione delle cellule β pancreatiche.

Questi risultati nei roditori sono stati ampiamente confermati da studi clinici negli esseri umani. Gli esseri umani con variazioni e polimorfismi in CRY2 e PER2 mostrano una disfunzione metabolica, ovvero un aumento dei livelli ematici di glucosio.

La maggior parte degli individui, tuttavia, non presenta anomalie nell’orologio circadiano molecolare. Invece, hanno fattori di stile di vita comuni che sono noti per causare perturbazioni circadiane a livello centrale (come lavoro a turni, jet lag e privazione del sonno) o periferico (compresi orari a tarda notte o irregolari di consumo di cibo).

Disfunzioni metaboliche e sindrome metabolica

Questi fattori dello stile di vita sono spesso associati a disfunzioni metaboliche e sindrome metabolica. Studi controllati dimostrano che il consumo di calorie vicino all’orario in cui si va a dormire (ovvero all’orario in cui si ha l’inizio della produzione di melatonina) è associato ad un aumento dell’adiposità corporea. Inoltre, il monitoraggio della produzione di melatonina dimostra che l’interruzione del sistema circadiano centrale (bassi livelli di melatonina) è associata a resistenza all’insulina, diabete di tipo 2 e obesità.

I modelli sperimentali hanno dimostrato che la sindrome metabolica indotta dalla perturbazione circadiana è (almeno in parte) mediata dal microbioma intestinale.

L’obesità e la sindrome metabolica sono associate ad alterazioni del microbiota, tra cui un aumento del rapporto tra Firmicutes e Bacteroidetes e un aumento dell’abbondanza relativa di Proteobacteria, nonché alterazioni in batteri specifici come Lactobacillus e Clostridium. Al contrario, le manipolazioni che migliorano le caratteristiche della sindrome metabolica sono associate a cambiamenti nelle comunità batteriche come una ridotta abbondanza di Proteobatteri, Streptococcus, Clostridium ed Enterococcaceae e un aumento di Akkermansia e Bifidobacteriaceae.

Qui sotto vedi il video del dott.L.Lozio che parla dei cicli circadiani