Dott. Claudio CorbelliniN E U R O L O G O A G O P U N T O R E

Disbiosi Intestinale CronicaLipopolysaccharides (LPS) are endotoxins comprised of structural components of Gram-negative bacteria that may be discovered in plasma through an Intestinal Antigenic Permeability Screen. The presence of LPS in the blood is a ”smoking gun” for intestinal permeability caused by intestinal dysbiosis, and may indicate a chronic biofilm encapsulated infection

LPS, Zonulin and Systemic Inflammation: Intestinal Dysbiosis and Leaky Gut Syndrome

Intestinal Antigenic Permeability Screen Actomyosin IgA Occludin/Zonulin IgG Occludin/Zonulin IgA Occludin/Zonulin IgM Lipopolysaccharides (LPS) IgG Lipopolysaccharides (LPS) IgA Lipopolysaccharides (LPS) IgM www.cyrexlabs.com

Uno stato di Disbiosi Intestinale Cronica determina:

❖ esasperata risposta immunitaria locale

❖ esasperata risposta immunitaria sistemica

❖ infiammazione locale❖ infiammazione sistemica

2

Ç instability in IBS microbiota

y More IBS patients (9/21)

showed unstable flora than

controls (5/17)

Matto et al FEMS Immunol Med Microbiol. 2005, 43:213-222

Matto et al, FEMS Immunol Med Microbiol 2005

Aumentata instabilità del Microbiota Intestinale

Robin SpillerNIHR Biomedical Research Centre

Nottingham Digestive Diseases CentreNottingham, UK

GI microbiology : pathogens, exposure patterns & immune responses

A worldwide perspective in relation to FGIDs

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Nottingham Digestive Diseases CentreNottingham, UK

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GI microbiology : pathogens, exposure patterns & immune responses

A worldwide perspective in relation to FGIDsIBS

3

Majewski et al, ADV Med Sci 2007

Disbiosi Intestinale da Acloridria Iatrogena da cronica assunzione di PPI (40%)

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4

Camilleri et al, Clin Gastroenterol Hepatolol 2008 Chadwick et al Gastroenterology 2002

La Disbiosi Intestinale tipica dell’IBS è responsabile di:

❖ disturbi della motilità (circa 1/3 dei pz mostra un transito intestinale eccessivamente lento o veloce

❖ colonizzazione patogena responsabile di gastroenterite infettiva

❖ attivazione immune mucosaleRobin Spiller

NIHR Biomedical Research CentreNottingham Digestive Diseases Centre

Nottingham, UK

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5

Focu

s on

Probiotici, prebiotici e disturbi funzionali intestinali

Luca DugheraServizio di Motilità ed Endoscopia Digestiva, Azienda Ospedaliera Universitaria “San Giovanni Battista”, Torino

35Rivista della Società Italiana di Medicina Generalen.2>>> aprile 2012

Il microbiota intestinaleIl microbiota umano (la c.d. flora batterica) è una biomassa di non meno di 1014 cel-lule procariotiche, numero che è 10 volte superiore di quello delle cellule eucariotiche dell’organismo adulto. Il microbiota colo-nizza ogni superficie del corpo umano che sia esposta all’ambiente esterno: i micror-ganismi abbondano sulla pelle e nelle vie respiratorie, nelle vie urogenitali e nel tratto gastrointestinale; quest’ultimo è di gran lunga l’organo più colonizzato e da solo alberga più del 70% di tutti i microbi del corpo umano, con un’area stimata vasta come un campo da tennis, di circa 200 m2.Il microbiota intestinale è un ecosistema complesso e attivo sotto il profilo metabo-lico e gioca un ruolo cruciale nel manteni-mento dell’omeostasi e nel determinismo di svariate malattie. Negli ultimi 20 anni le conoscenze sul ruolo fisiopatologico del microbiota si sono considerevolmente este-se, favorite dalle tecnologie biomediche in campo genetico e microbiologico. A oggi si può ritenere che la gran parte del patrimo-nio genico del microbiota sia stato sequen-ziato grazie alle tecniche di metagenomica ed è noto che il tratto gastrointestinale può essere popolato da oltre mille specie batte-riche, la cui composizione varia in relazione alla razza, al sesso, all’età e all’ambiente di vita dell’ospite. Ogni individuo alberga almeno 160-200 specie batteriche, di cui 18 sono state riconosciute comuni a tutti gli esseri umani. A oggi sono stati descritti oltre 50 filum batterici, la maggior parte dei quali

sono anaerobi obbligati, che superano per numerosità gli anaerobi e gli aerobi facolta-tivi di 2-3 ordini di grandezza (Fig. 1). Nell’intestino umano sono riconosciuti due filum batterici prevalenti (enterotipi), i

Bacteroidetes (Gram-negativi) e i Firmicutes (Gram-positivi), che comprendono lattoba-cilli, bifidobatteri, clostridia e bacilli.Esiste un equilibrio delicato fra il microbiota, la barriera mucosa enterocitaria composta

Figura i.

Il microbiota nelle diverse localizzazioni del corpo umano. Gli alberi filogenetici in ogni sede indicano la provenienza da ceppi batterici ancestrali comuni, ma benché vi siano similitudini fra le diverse popolazioni, ogni localizzazione ha un’impronta unica, caratterizzata da filum batterici prevalenti e caratteristici. Le aree in rosa indicano le porzioni del microbiota che sono state a oggi caratterizzate geneticamente.

(form Yun Kyung Lee, Sarkis K. Mazmanian. Has the Microbiota Played a Critical Role in the Evolution of the Adaptive Immune System? Science 2010;330:1768-73, with permission)

IBS

Ad oggi sono stati pubblicati 34 Trial Randomizzati Controllati e 4 Meta-analisi sistematiche sull’efficacia dei Probiotici nell’IBS e che dimostrano:❖ miglioramento del dolore addominale❖ miglioramento della tensione addominale❖ miglioramento del meteorismo❖ miglioramento del tempo di transito intestinale❖ miglioramento della frequenza di defecazione

Focu

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Probiotici, prebiotici e disturbi funzionali intestinali

Luca DugheraServizio di Motilità ed Endoscopia Digestiva, Azienda Ospedaliera Universitaria “San Giovanni Battista”, Torino

35Rivista della Società Italiana di Medicina Generalen.2>>> aprile 2012

Il microbiota intestinaleIl microbiota umano (la c.d. flora batterica) è una biomassa di non meno di 1014 cel-lule procariotiche, numero che è 10 volte superiore di quello delle cellule eucariotiche dell’organismo adulto. Il microbiota colo-nizza ogni superficie del corpo umano che sia esposta all’ambiente esterno: i micror-ganismi abbondano sulla pelle e nelle vie respiratorie, nelle vie urogenitali e nel tratto gastrointestinale; quest’ultimo è di gran lunga l’organo più colonizzato e da solo alberga più del 70% di tutti i microbi del corpo umano, con un’area stimata vasta come un campo da tennis, di circa 200 m2.Il microbiota intestinale è un ecosistema complesso e attivo sotto il profilo metabo-lico e gioca un ruolo cruciale nel manteni-mento dell’omeostasi e nel determinismo di svariate malattie. Negli ultimi 20 anni le conoscenze sul ruolo fisiopatologico del microbiota si sono considerevolmente este-se, favorite dalle tecnologie biomediche in campo genetico e microbiologico. A oggi si può ritenere che la gran parte del patrimo-nio genico del microbiota sia stato sequen-ziato grazie alle tecniche di metagenomica ed è noto che il tratto gastrointestinale può essere popolato da oltre mille specie batte-riche, la cui composizione varia in relazione alla razza, al sesso, all’età e all’ambiente di vita dell’ospite. Ogni individuo alberga almeno 160-200 specie batteriche, di cui 18 sono state riconosciute comuni a tutti gli esseri umani. A oggi sono stati descritti oltre 50 filum batterici, la maggior parte dei quali

sono anaerobi obbligati, che superano per numerosità gli anaerobi e gli aerobi facolta-tivi di 2-3 ordini di grandezza (Fig. 1). Nell’intestino umano sono riconosciuti due filum batterici prevalenti (enterotipi), i

Bacteroidetes (Gram-negativi) e i Firmicutes (Gram-positivi), che comprendono lattoba-cilli, bifidobatteri, clostridia e bacilli.Esiste un equilibrio delicato fra il microbiota, la barriera mucosa enterocitaria composta

Figura i.

Il microbiota nelle diverse localizzazioni del corpo umano. Gli alberi filogenetici in ogni sede indicano la provenienza da ceppi batterici ancestrali comuni, ma benché vi siano similitudini fra le diverse popolazioni, ogni localizzazione ha un’impronta unica, caratterizzata da filum batterici prevalenti e caratteristici. Le aree in rosa indicano le porzioni del microbiota che sono state a oggi caratterizzate geneticamente.

(form Yun Kyung Lee, Sarkis K. Mazmanian. Has the Microbiota Played a Critical Role in the Evolution of the Adaptive Immune System? Science 2010;330:1768-73, with permission)

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Il microbiota intestinaleIl microbiota umano (la c.d. flora batterica) è una biomassa di non meno di 1014 cel-lule procariotiche, numero che è 10 volte superiore di quello delle cellule eucariotiche dell’organismo adulto. Il microbiota colo-nizza ogni superficie del corpo umano che sia esposta all’ambiente esterno: i micror-ganismi abbondano sulla pelle e nelle vie respiratorie, nelle vie urogenitali e nel tratto gastrointestinale; quest’ultimo è di gran lunga l’organo più colonizzato e da solo alberga più del 70% di tutti i microbi del corpo umano, con un’area stimata vasta come un campo da tennis, di circa 200 m2.Il microbiota intestinale è un ecosistema complesso e attivo sotto il profilo metabo-lico e gioca un ruolo cruciale nel manteni-mento dell’omeostasi e nel determinismo di svariate malattie. Negli ultimi 20 anni le conoscenze sul ruolo fisiopatologico del microbiota si sono considerevolmente este-se, favorite dalle tecnologie biomediche in campo genetico e microbiologico. A oggi si può ritenere che la gran parte del patrimo-nio genico del microbiota sia stato sequen-ziato grazie alle tecniche di metagenomica ed è noto che il tratto gastrointestinale può essere popolato da oltre mille specie batte-riche, la cui composizione varia in relazione alla razza, al sesso, all’età e all’ambiente di vita dell’ospite. Ogni individuo alberga almeno 160-200 specie batteriche, di cui 18 sono state riconosciute comuni a tutti gli esseri umani. A oggi sono stati descritti oltre 50 filum batterici, la maggior parte dei quali

sono anaerobi obbligati, che superano per numerosità gli anaerobi e gli aerobi facolta-tivi di 2-3 ordini di grandezza (Fig. 1). Nell’intestino umano sono riconosciuti due filum batterici prevalenti (enterotipi), i

Bacteroidetes (Gram-negativi) e i Firmicutes (Gram-positivi), che comprendono lattoba-cilli, bifidobatteri, clostridia e bacilli.Esiste un equilibrio delicato fra il microbiota, la barriera mucosa enterocitaria composta

Figura i.

Il microbiota nelle diverse localizzazioni del corpo umano. Gli alberi filogenetici in ogni sede indicano la provenienza da ceppi batterici ancestrali comuni, ma benché vi siano similitudini fra le diverse popolazioni, ogni localizzazione ha un’impronta unica, caratterizzata da filum batterici prevalenti e caratteristici. Le aree in rosa indicano le porzioni del microbiota che sono state a oggi caratterizzate geneticamente.

(form Yun Kyung Lee, Sarkis K. Mazmanian. Has the Microbiota Played a Critical Role in the Evolution of the Adaptive Immune System? Science 2010;330:1768-73, with permission)

IBS

I risultati dei RCT indicano chiaramente che:

❖ i Probiotici sono efficaci nel trattamento dell’IBS❖ i benefici sono strettamente ceppo e specie-specifici

Focu

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Probiotici, prebiotici e disturbi funzionali intestinali

Luca DugheraServizio di Motilità ed Endoscopia Digestiva, Azienda Ospedaliera Universitaria “San Giovanni Battista”, Torino

35Rivista della Società Italiana di Medicina Generalen.2>>> aprile 2012

Il microbiota intestinaleIl microbiota umano (la c.d. flora batterica) è una biomassa di non meno di 1014 cel-lule procariotiche, numero che è 10 volte superiore di quello delle cellule eucariotiche dell’organismo adulto. Il microbiota colo-nizza ogni superficie del corpo umano che sia esposta all’ambiente esterno: i micror-ganismi abbondano sulla pelle e nelle vie respiratorie, nelle vie urogenitali e nel tratto gastrointestinale; quest’ultimo è di gran lunga l’organo più colonizzato e da solo alberga più del 70% di tutti i microbi del corpo umano, con un’area stimata vasta come un campo da tennis, di circa 200 m2.Il microbiota intestinale è un ecosistema complesso e attivo sotto il profilo metabo-lico e gioca un ruolo cruciale nel manteni-mento dell’omeostasi e nel determinismo di svariate malattie. Negli ultimi 20 anni le conoscenze sul ruolo fisiopatologico del microbiota si sono considerevolmente este-se, favorite dalle tecnologie biomediche in campo genetico e microbiologico. A oggi si può ritenere che la gran parte del patrimo-nio genico del microbiota sia stato sequen-ziato grazie alle tecniche di metagenomica ed è noto che il tratto gastrointestinale può essere popolato da oltre mille specie batte-riche, la cui composizione varia in relazione alla razza, al sesso, all’età e all’ambiente di vita dell’ospite. Ogni individuo alberga almeno 160-200 specie batteriche, di cui 18 sono state riconosciute comuni a tutti gli esseri umani. A oggi sono stati descritti oltre 50 filum batterici, la maggior parte dei quali

sono anaerobi obbligati, che superano per numerosità gli anaerobi e gli aerobi facolta-tivi di 2-3 ordini di grandezza (Fig. 1). Nell’intestino umano sono riconosciuti due filum batterici prevalenti (enterotipi), i

Bacteroidetes (Gram-negativi) e i Firmicutes (Gram-positivi), che comprendono lattoba-cilli, bifidobatteri, clostridia e bacilli.Esiste un equilibrio delicato fra il microbiota, la barriera mucosa enterocitaria composta

Figura i.

Il microbiota nelle diverse localizzazioni del corpo umano. Gli alberi filogenetici in ogni sede indicano la provenienza da ceppi batterici ancestrali comuni, ma benché vi siano similitudini fra le diverse popolazioni, ogni localizzazione ha un’impronta unica, caratterizzata da filum batterici prevalenti e caratteristici. Le aree in rosa indicano le porzioni del microbiota che sono state a oggi caratterizzate geneticamente.

(form Yun Kyung Lee, Sarkis K. Mazmanian. Has the Microbiota Played a Critical Role in the Evolution of the Adaptive Immune System? Science 2010;330:1768-73, with permission)

Le Malattie Infiammatorie Croniche dell’Intestino

Le Inflammatory Bowel Diseases (IBD) comprendono due entità

patologiche ad etiopatogenesi multifattoriale non del tutto

chiarita caratterizzata da un complesso processo immunologico

ed infiammatorio a carattere cronico: il Morbo di Crohn e la

Rettocolite Ulcerosa (RCU).

Nell’ambito della IBD è stata, altresì, inserita una forma

differente di colite ad etiologia indefinita indicata come Colite

Microscopica Indeterminata.

7

Le Malattie Infiammatorie Croniche dell’Intestino

La TSLP consente al S.I. di d iscr iminare t ra bat ter i residenti e batteri patogeni. E’ stato osservato che nel 70% dei pz affetti da IBD, la TSLP non è espressa. La conseguenza di ciò è che v e n g o n o a g g r e d i t i n o n solamente i batteri patogeni ma anche quelli residenti. Ciò comporta l’instaurarsi di una continua ed aggressiva risposta antigenica da parte del S.I.

8

Le Malattie Infiammatorie Croniche dell’Intestino

Le Difensine sono un gruppo di

peptidi ad azione antimicrobica che

contribuiscono alla difesa innata

della mucosa intestinale.

Nei pz affetti da IBD si osserva una

ridotta espressione di questi peptidi

venendo meno, quindi, l’azione

antimicrobica da essi esplicata nei

confronti dei batteri patogeni.

9

Hildebrand et al, Genome Biology, 2013 10

Le Malattie Infiammatorie Croniche dell’Intestino

Le Malattie Infiammatorie Croniche dell’Intestino

The chaperoning system

Macario AJL & Conway de Macario E, N Engl J Med 2005

Chaperones, many of which are Heat shock proteins (Hsps), are a class of molecules highly conserved during evolution with essential roles in cell survival. The whole complement of Hsps-chaperones of an organism constitutes a physiological system that was recently called “the chaperoning system.”

Main functions of the chaperoning system

1. Protein folding, trafficking, and degradation (intracellular)

2. Protein protection from denaturation after stress (intracellular)

3. Cell-to-cell signaling (extracellular)

4. Danger signaling to immune system (extracellular)

11

Le Malattie Infiammatorie Croniche dell’Intestino

Many molecular chaperones belong to five sequence-related groups:

Classification of molecular chaperones

Haak J and Kregel KC: 1962-2007: a cell stress odyssey. Novartis Foundation Symposium, 291:3-22, 2008.

Major groups!

Cellular location! Proposed function!

Hsp60! Mitochondria, cell surface, cytosol!

Protein folding!

Hsp70! Cytoplasm, cell surface, nucleus!

Protein folding and degradation!

Hsp90! Cytoplasm, cell membrane, ER!

Protein folding and assembly!

Hsp110! Cytoplasm, nucleolus!

Protein folding and transport!

Small HSPs! Cytoplasm, nucleus, cell membrane!

Protein stabilization and catabolism!

They were initially classified according to their sequences and molecular masses. They may differ in time of expression (developmental, stress, etc.) and substrate specificity (nascent proteins, stress-damaged proteins etc).

12

Le Malattie Infiammatorie Croniche dell’Intestino

13

Le Malattie Infiammatorie Croniche dell’Intestino

HSP 60 e Probiotici

a. Prima del trattamento b. Dopo il trattamento

Cappello F et al, Front Biosc (Schol Ed) 201114

15

Stipsi

Il Microbiota Intestinale riveste un ruolo sicuramente non trascurabile nella storia naturale della stipsi.

La motilità intestinale è, infatti, influenzata dal microbiota attraverso un meccanismo che si basa sui processi di fermentazione intestinale di carboidrati e proteine con produzione di SCFA.

Nobaek S et al, Am J Gastroenterol 2000; 95: 1231-8

16

Stipsi

Gli Studi dimostrano che la normale funzionalità propulsiva del colon avviene grazie al coinvolgimento, non soltanto, di network neuronali e chemiorecettoriali ma, anche, all’adeguata produzione di SCFA da parte di specifici ceppi batterici intestinali.

Lewis SJ et al; GUT 1997; 14: 245-51

17

❖ ispessimento anomalo dello strato muscolare intestinale per alterata deposizione di fibre collagene

❖ l’esistenza di aree a minore resistenza

❖ la scarsa assunzione di fibre

❖ la presenza di un dismicrobismo intestinale

Malattia Diverticolare del Colon

Frey J, Gil K, Wałega P, Herman RM. Current concepts of diverticular disease pathophysiology.

Folia Med Cracov. 2005;46(3-4):125-35.

Etiopatogenesi

18

La ridotta introduzione di fibre con la normale dieta

alimentare appare responsabile di un significativo

rallentamento del transito intestinale in grado di

determinare stasi fecale e conseguente carico tossinico

intestinale con il risultato finale di un incrementata

pressione endoluminale in grado di favorire l’erniazione

diverticolare.

Mimura T, Emanuel A, Kamm MA. Pathophysiology of diverticular disease.

Best Pract Res Clin Gastroenterol. 2002 Aug;16(4):563-76.

Malattia Diverticolare del Colon

Fibre

19

Lo stato di disbiosi intestinale sembrerebbe svolgere un ruolo determinante nell’insorgenza di un processo flogistico mucosale responsabile del passaggio da una condizione di diverticolosi silente ad una condizione di diverticolite.

In modo particolare, numerosi studi hanno evidenziato che la presenza di una disbiosi intestinale può determinare un’iperstimolazione dell’immunità innata con induzione di uno stato infiammatorio mucosale persistente.

. Cianci R, Iacopini F, Petruzziello L, Cammarota G, Pandolfi F, Costamagna G. Involvement of central immunity in uncomplicated diverticular disease.

Scand J Gastroenterol 2009;44(1):108-115.

Malattia Diverticolare del Colon

Disbiosi Intestinale

20

Identificando nell’alterazione del microbiota intestinale il primum

movens nel determinismo dei sintomi cronici associati alla malattia

diverticolare, nonché allo stato di infiammazione cronica mucosale, il

target terapeutico più adeguato sembrerebbe quello di una

modulazione adeguata della flora batterica intestinale allo scopo di

correggere le modificazioni qualitative e quantitative responsabili del

dismicrobismo intestinale riscontrabile nei pazienti affetti da

diverticolosi del colon.

Lamiki P, Tsuchiya J, Pathak S, Okura R, Solimene U, Jain S, Kawakita S, Marotta F. Probiotics in diverticular disease of the colon: an open label study.

J Gastrointestin Liver Dis.2010 Mar;19(1):31-6.

Malattia Diverticolare del Colon