Functional and Molecular Studies of the Crosstalk between Intestinal Microbioma and Enteric Nervous System and Potential Effects on the Gut-Brain Axis

L'interazione fra costituenti della parete intestinale e microflora commensale costituisce il principale artefice del mantenimento della barriera mucosale, della promozione dello sviluppo del tratto gastrointestinale (GI) e della modulazione delle funzioni GI. In questo contesto, giocano un ruolo chiave i recettori Toll-like (TLRs), un sistema di proteine che attivano la risposta immunitaria innata e assicurano l'integrità funzionale e strutturale del SNE. In questo studio sono state caratterizzate le alterazioni strutturali e funzionali del SNE murino indotte da: i) cambiamenti nel segnale dell’immunità innata, mediato dal recettore TLR4, ii) una miscela di fosfolipidi ossidati (OxPAPC), implicati nel blocco del segnale generato dai recettori TLR2 e TLR4 e iii) anomalie nella composizione del microbiota. Data l’importanza di un corretto segnale TLRs-dipendente nel mantenimento della rete nervosa e del codice neurochimico del SNE, segmenti di ileo provenienti da topi WT e TLR4-/- hanno evidenziato anomalie nell’attività contrattile neuromuscolare associate ad un’eccessiva modulazione inibitoria da NO ed ATP, a sostegno della presenza di un dialogo tra TLR4, SNE e microflora, fondamentale per la modulazione della funzione neuromuscolare. Studi strutturali su preparati di ileo di topi TLR4-/- evidenziano un’alterata architettura del SNE a livello gliale, indicando un coinvolgimento del recettore TLR4 nel mantenimento dell'integrità della rete gliale enterica mediato dalla produzione di ATP e della trasmissione purinergica evidenziano il ruolo di TLR4 nell’omeostasi strutturale e funzionale del SNE. Inoltre, è stato dimostrato che la mancanza del recettore TLR4 determina nell’ippocampo, come a livello del SNE, una compromessa neuroplasticità caratterizzata da alterazioni nella densità neuronale associata a variazioni della distribuzione della rete gliale, a confermare un ruolo fondamentale del segnale TLRs anche a livello centrale. In parallelo, è stato indagato il ruolo del segnale mediato dai TLRs nell’asse microbiota-TLRs-SNE, tramite la somministrazione in acuto con OxPAPC, inibitore del segnale mediato da entrambi i recettori TLR2 e TLR4, in topi adolescenti (3 ± 1 settimane). Il trattamento con OxPAPC ha causato un’alterazione significativa della risposta neuromuscolare associata a modifiche della rete neuro-gliale del SNE, confermando l’importanza del segnale mediato da tali recettori nell'assicurare l’integrità funzionale e strutturale del SNE durante l'adolescenza. Recenti studi riportano un ruolo primario nel dialogo tra i recettori TLRs e il sistema serotoninergico ed è stato evidenziato come OxPAPC comporti iperesponsività alla serotonina, alterazioni nella distribuzione recettoriale serotoninergica associata a variazioni nel metabolismo del triptofano, a sostegno della presenza di un dialogo tra immunità innata e sistema serotoninergico. Al fine di approfondire il ruolo dell'asse microbiota-intestino nell’omeostasi del SNE è stato messo a punto un modello animale di deplezione di microbiota intestinale attraverso la somministrazione di 4 antibiotici a topi adolescenti. Tale trattamento ha determinato un fenotipo simil germ-free ed alterazioni della motilità intestinale e dell'integrità della rete neuronale e gliale enterica. Data l’importanza di una corretta composizione del microbiota commensale nel mantenimento del codice neurochimico del SNE che nella produzione di neurotrasmettitori a livello enterico, sono state studiate le vie di neurotrasmissione coinvolte nella sensibilità viscerale. Un’alterata composizione del microbiota intestinale altera la sensibilità viscerale associata anomalie nella risposta neuromuscolare alla serotonina accompagnate da una compromessa rete recettoriale serotoninergica e del metabolismo del triptofano, sottolineando l’importanza di una corretta composizione del microbiota nel mantenimento delle funzioni mediate dal sistema serotoninergico.