L’asse microbiota – intestino – cervello rappresenta uno dei campi più affascinanti e promettenti della ricerca biomedica contemporanea. È un sistema di comunicazione bidirezionale che collega microbiota intestinale, sistema nervoso enterico e sistema nervoso centrale. Questa rete complessa svolge un ruolo chiave nel mantenimento dell’equilibrio fisiologico e nella modulazione di molti processi, dall’immunità alla regolazione dell’umore.
Negli ultimi anni, l’attenzione si è concentrata soprattutto sulle alterazioni del microbiota associate a infiammazione, disturbi cognitivi e patologie neurologiche. Sebbene molti meccanismi non siano ancora completamente chiariti, è oggi evidente che i microrganismi intestinali comunicano con il cervello attraverso molteplici vie integrate, influenzando funzioni complesse come emozioni, sonno, memoria, percezione del dolore e metabolismo energetico.
In questo articolo faremo una panoramica dei principali sistemi attraverso i quali l’ecosistema intestinale dialoga con il cervello.
Le vie di comunicazione dell’asse microbiota – intestino – cervello
Il nervo vago
Il nervo vago è una delle principali vie di comunicazione tra intestino e cervello. Le fibre afferenti possono percepire stimoli metabolici e immunitari, come neurotrasmettitori microbici, acidi grassi e citochine. I metaboliti fisiologici o potenzialmente dannosi presenti nell’intestino possono attivare questi segnali o attraversare la barriera intestinale e quella emato-encefalica. Ciò influisce sulla percezione dello stress, del dolore, sul tono dell’umore e sulla risposta infiammatoria.
Il sistema immunitario
Il microbiota regola in profondità l’attività immunitaria. I suoi metaboliti e i frammenti microbici modulano la produzione di citochine. Quando questa comunicazione si altera, come accade in caso di disbiosi, può instaurarsi un’infiammazione cronica o una neuroinfiammazione in grado di contribuire a disturbi neurologici e psichiatrici.
L’asse ipotalamo – ipofisi – surrene (HPA)
L’asse HPA è il regolatore centrale della risposta allo stress. La sua disregolazione è implicata nei disturbi dell’umore e si associa spesso a livelli più elevati di cortisolo e mediatori infiammatori. Strutture neurali come l’amigdala svolgono un ruolo chiave nell’elaborazione delle emozioni. I batteri possono influenzare la sua anatomia e fisiologia. Questo fenomeno potrebbe spiegare molti fattori emotivi e legati allo stress associati al microbiota.
Alterazioni delle vie di comunicazione tra microbiota e cervello possono innescare la risposta infiammatoria. Alcuni microrganismi patogeni producono metaboliti che stimolano la produzione di citochine e favoriscono l’infiammazione nel sistema nervoso centrale. Questo contribuisce allo sviluppo di disordini neurologici. Processi cognitivi ed emotivi alterati possono infatti comparire insieme alla disbiosi intestinale.
Metaboliti microbici neuroattivi sull’asse microbiota – intestino – cervello
L’equilibrio del microbiota intestinale influisce sul benessere nervoso anche attraverso la produzione o la modulazione di numerosi neurotrasmettitori. Si tratta di uno dei meccanismi più studiati, poiché il sistema nervoso centrale risponde in modo diretto alle variazioni di questi metaboliti.
Serotonina
La serotonina è essenziale per il controllo di emozioni, sonno, appetito e percezione del dolore. Il suo precursore è il triptofano, la cui disponibilità dipende anche dallo stato del microbiota. Infatti, circa il 90% della serotonina totale si trova nel tratto gastrointestinale e solo il 10% nel cervello.
SCFAs (acidi grassi a corta catena)
Acetato, propionato e butirrato sono prodotti dalla fermentazione delle fibre. Possono attraversare la barriera intestinale e quella emato-encefalica, influenzando il rilascio di neurotrasmettitori e modulando la funzione immunitaria. Il butirrato, in particolare, è associato a
- riduzione dell’infiammazione,
- miglioramento della sensibilità insulinica,
- regolazione della fame tramite GLP-1 e PYY.
Dopamina
La dopamina è la catecolamina più abbondante nel cervello. È sintetizzata dalla tirosina assunta con la dieta e attraversa la barriera emato-encefalica. Oltre il 50% della dopamina corporea è prodotta nell’intestino. Alcuni batteri, come Staphylococcus spp., possono convertire L-DOPA in dopamina.
GABA
Il GABA è il principale neurotrasmettitore inibitorio. Regola l’eccitabilità neuronale e influenza numerosi processi legati all’umore.
Molti lattobacilli e bifidobatteri sintetizzano GABA a partire dal glutammato. Il GABA microbico può attraversare la barriera intestinale e interagire con i recettori delle cellule enteriche e del nervo vago, influenzando così sia il sistema nervoso centrale che quello gastrointestinale.
Microbiota, sonno ed equilibrio neuroendocrino
Il microbiota influenza la qualità del sonno. Questo avviene perché molti neurotrasmettitori coinvolti nel ritmo sonno–veglia dipendono dalla sua attività. Un esempio, è la produzione batterica di GABA citata nel paragrafo precedente. Ciò incide sulla regolazione del sonno e sui processi di memorizzazione. Clostridium sporogenes contribuisce invece alla produzione di 5-idrossitriptofano, precursore della serotonina. Altri microrganismi intervengono nella sintesi dell’istamina, che agisce sia come neurotrasmettitore eccitatorio sia come regolatore della reattività autoimmune.
Microbiota e neurodegenerazione
L’asse microbiota – intestino – cervello svolge un ruolo significativo nella patogenesi di diverse malattie neurodegenerative, come il morbo di Alzheimer e di Parkinson. In particolare studi preclinici mostrano che la disbiosi può contribuire alla neuro infiammazione cronica, alla produzione di radicali liberi e al peggioramento dell’accumulo di proteine tossiche. Nel Parkinson, poi, è stato dimostrato che i sintomi gastrointestinali possono precedere quelli neurologici di molti anni. Questo conferma che le alterazioni del microbiota sono predittive di peggioramenti cognitivi e motori.
Microbiota, ansia e depressione
L’infiammazione cronica è un fattore centrale nei disturbi psichiatrici. Il microbiota è parte di questo meccanismo, perché modula l’attività immunitaria e la produzione di metaboliti coinvolti nell’umore.
In soggetti predisposti, determinati stimoli ambientali possono causare un’attivazione eccessiva delle cellule immunitarie. Questo porta a infiammazione cronica e può contribuire allo sviluppo di disturbi neuropsichiatrici. Ad esempio, in caso di disbiosi, quasi sempre associata a un aumento dell’infiammazione, possono verificarsi variazioni nella produzione di serotonina, che sono state associate allo sviluppo di diversi disturbi, come ansia e depressione.
Microbiota e metabolismo energetico
Un microbiota alterato influisce anche sul metabolismo energetico. Molti processi relativi alla gestione del glucosio e alla percezione della fame sono infatti legati al metabolismo microbico.
Nella sindrome metabolica è comune osservare una riduzione dei produttori di butirrato, come Faecalibacterium e Roseburia. Questa condizione favorisce meccanismi tipici della malattia. Infatti, gli SCFA hanno un’affinità particolare per i recettori che regolano sazietà e motilità intestinale, stimolando la secrezione di GLP-1 e PYY. I livelli di butirrato correlano negativamente con la glicemia a digiuno, mentre il propionato è associato a una migliore sensibilità insulinica.
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Per approfondire
- Barrio C, Arias-Sánchez S, Martín-Monzón I. The gut microbiota-brain axis, psychobiotics and its influence on brain and behaviour: A systematic review. Psychoneuroendocrinology. 2022 Mar;137:105640. doi: 10.1016/j.psyneuen.2021.105640. Epub 2021 Dec 17. PMID: 34942539.
- dos Santos, A.; Galiè, S. The Microbiota–Gut–Brain Axis in Metabolic Syndrome and Sleep Disorders: A Systematic Review. Nutrients 2024, 16, 390. https://doi.org/10.3390/nu16030390
- Mihailovich, M.; Soković Bajić, S.; Dinić, M.; Đokić, J.; Živković, M.; Radojević, D.; Golić, N. Cutting-Edge iPSC-Based Approaches in Studying Host—Microbe Interactions in Neuropsychiatric Disorders. Int. J. Mol. Sci. 2024, 25, 10156. https://doi.org/10.3390/ijms251810156
