3.3 Acidi biliari e microbiota

Gli acidi biliari sono molecole steroidee che agiscono come surfattanti per aiutare la digestione dei grassi alimentari nel tratto gastrointestinale. Gli acidi biliari sono sintetizzati nel fegato e metabolizzati da più enzimi derivati dai batteri intestinali. Recentemente, è stato stabilito che gli acidi biliari sono critici per la regolazione della fisiologia dell’ospite e microbica, e che la disregolazione degli acidi biliari potrebbe portare a condizioni patologiche nell’intestino tra cui l’infiammazione aggravata e la segnalazione oncogena (rivisto in Jia et al., 2018; Ridlon et al., 2014).

Gli acidi biliari sono sintetizzati dagli epatociti dell’ospite o metabolizzati dai batteri intestinali per produrre acidi biliari primari o secondari, rispettivamente (Ridlon et al., 2016). Gli acidi biliari primari sono sintetizzati dall’ossidazione mediata dal citocromo P450 del colesterolo negli epatociti. Gli esseri umani generano principalmente due acidi biliari primari, l’acido colico (CA) e l’acido chenodeossicolico (CDCA). Questi acidi biliari sono facilmente coniugati agli aminoacidi taurina e/o glicina dall’acido biliare:CoA sintetasi e dall’acido biliare-CoA: aminoacido N-aciltransferasi per formare acido taurocolico (TCA), acido taurochenodeossicolico (TCDCA), acido glicocolico (GCA) e acido glicocenodeossicolico (GCDCA). Gli acidi biliari primari appena sintetizzati vengono secreti dal fegato al canalicolo biliare, rilasciando infine nel lume intestinale per la loro funzione: emulsificazione e assorbimento dei lipidi dall’intestino tenue. Gli acidi biliari secreti nell’intestino tenue possono essere riassorbiti nell’ileo distale dal trasportatore BA apicale sodio-dipendente (ASBT) e dove poi si legano alla proteina trasportatrice ileale degli acidi biliari (IBACP) per essere trasportati nella vena porta attraverso il trasportatore organico soluto α/β (OST-α/β) (rivisto in Dawson, 2011; Jia et al, 2018).

A differenza degli acidi biliari primari, la produzione di acidi biliari secondari coinvolge il microbiota intestinale. Gli anaerobi intestinali tra cui Bacteroides, Eubacterium e Clostridium sono noti per deconiugare gli acidi biliari coniugati con taurina e glicina, generando acidi biliari liberi non coniugati. Gli anaerobi tra cui Bacteroides, Clostridium, Eubacterium, Lactobacillus ed Escherichia possono poi esercitare la 7α/β-deidrossilazione per convertire gli acidi biliari primari non coniugati, CA e CDCA, in acidi biliari secondari, acido desossicolico (DCA) e acido lito-colico (LCA) (Jia et al., 2018).

Come gli acidi biliari hanno proprietà detergenti, alte concentrazioni di acidi biliari hanno il potenziale di causare danni alle membrane cellulari e stimolare i successivi meccanismi di riparazione, con conseguente ambiente potenzialmente favorevole alla tumorigenesi tramite iperproliferazione di cellule indifferenziate (Nguyen et al., 2018). Considerando che una dieta ad alto contenuto di grassi aumenta i livelli di acidi biliari sia nel lume intestinale che nei tessuti adiacenti (Dermadi et al., 2017; Fu et al., 2019), è possibile che un HFD possa anche contribuire allo sviluppo del CRC attraverso un aumento della sintesi e della secrezione di acidi biliari. Infatti, è stato dimostrato che un HFD tende ad aumentare la coniugazione della taurina degli acidi biliari per formare più TCA, cambiando il pool di acidi biliari e così come la popolazione del microbiota intestinale (Devkota et al., 2012; Ridlon et al., 2016). In particolare, HFD con alto contenuto di SFA limita notevolmente la ricchezza e la diversità del microbiota intestinale murino e induce la fioritura di B. wadsworthia, un membro di Proteobacteria, che utilizza attivamente TCA (Devkota et al., 2012). La fioritura indotta da HFD di B. wadsworthia promuove la generazione eccessiva del composto genotossico solfuro di idrogeno (H2S) e la suscettibilità all’infiammazione associata all’immunità TH1 (Devkota et al., 2012). Questi studi suggeriscono il possibile coinvolgimento dell’HFD e degli acidi biliari nello sviluppo del CAC attraverso la regolazione del microbiota.

Il consumo di una dieta occidentale che è arricchita con proteine e grassi animali ha dimostrato di aumentare significativamente il DCA fecale e i suoi metaboliti negli esseri umani. Questo fornisce ulteriori prove che il grasso alimentare altera criticamente i pool di acidi biliari e i prodotti derivati dai batteri (Reddy et al., 1980). È stato anche riportato che gli acidi biliari secondari sono critici nella tumorigenesi del CRC. Farhana et al. hanno chiarito che gli acidi biliari secondari, DCA e LCA, possono regolare le cellule staminali del cancro del colon (Farhana et al., 2016). Il trattamento con DCA o LCA in normali cellule epiteliali del colon umano (HCoEpiC) ha aumentato significativamente l’espressione dei marcatori delle cellule staminali tumorali (CD44, CD166 e ALDHA1), così come i geni della pluripotenza (KLF4, Nanog, OCT4 e SOX2). Inoltre, il trattamento con DCA/LCA ha aumentato la formazione di sferoidi da HCoEpiC in coltura 3D e ha attivato la segnalazione Wnt/β-catenina, suggerendo che gli acidi biliari secondari contribuiscono ad aumentare la staminalità delle cellule del cancro del colon. Un altro studio ha anche dimostrato che il DCA promuove l’attivazione del recettore del fattore di crescita epidermico (EGFR) e la carcinogenesi intestinale attraverso il coinvolgimento di ADAM-17, un membro della famiglia ADAM delle metalloproteasi, con conseguente maturazione proteolitica del ligando solubile di EGFR, l’anfiregulina (Dong et al., 2018). Complessivamente, questi studi suggeriscono che l’elevazione degli acidi biliari secondari mediata dall’HFD potrebbe contribuire alla progressione del cancro nei tessuti intestinali.

Gli acidi biliari possono anche essere importanti molecole di segnalazione che agiscono come ligandi endogeni di più recettori orfani del nucleo, tra cui il recettore X farsenoide (FXR), il recettore degli acidi biliari accoppiato alla proteina G (TGR5), il recettore X pregnano (PXR), il recettore della vitamina D3 (VDR), e il recettore androstano costitutivo (CAR) (Forman et al, 1995; Jia et al., 2018; Mora et al., 2008). In particolare, FXR è il regolatore principale del metabolismo degli acidi biliari e gli acidi biliari non coniugati, come CA, CDCA, DCA e LCA, sono agonisti ad alta affinità per FXR (Parks et al., 1999). FXR funziona per mantenere l’omeostasi degli acidi biliari nella circolazione enteroepatica. Per esempio, l’attivazione del FXR epatico da parte degli acidi biliari causa l’inibizione della biosintesi degli acidi biliari e aumenta invece il loro efflusso, limitando così l’accumulo di acidi biliari negli epatociti. Allo stesso tempo, l’attivazione intestinale FXR limita i livelli di acidi biliari negli enterociti facilitando l’efflusso degli acidi biliari verso la vena porta e inibendo il trasporto degli acidi biliari dal lume intestinale, facilitando infine l’escrezione degli acidi biliari (Jia et al., 2018).

Oltre alla regolazione dell’omeostasi degli acidi biliari, FXR è associato allo sviluppo del CRC nei modelli murini. I topi carenti di FXR hanno esibito una maggiore profondità delle cripte intestinali e la proliferazione delle cellule epiteliali intestinali (Maran et al., 2009). Inoltre, la delezione dell’FXR ha aumentato lo sviluppo dell’adenocarcinoma del colon sia nei topi APCMin/+ che in quelli trattati con AOM (Maran et al., 2009), suggerendo che la downregulation e/o l’inibizione dell’FXR può comportare un aumento dell’incidenza dello sviluppo del CRC. È interessante notare che l’HFD è riportato per inibire l’azione di FXR (Dermadi et al., 2017; Fu et al., 2019). L’alimentazione HFD ha diminuito l’espressione di diverse proteine di trasporto degli acidi biliari, come ASBT e OST-β, a valle di FXR, anche se l’espressione di FXR non è stata modificata (Dermadi et al., 2017). Tuttavia, questi topi alimentati con HFD hanno mostrato l’allungamento delle cripte intestinali e la proliferazione epiteliale, simile ai topi carenti di FXR (Dermadi et al., 2017). Questi dati suggeriscono che la HFD inibisce l’attivazione di FXR attraverso un abbassamento del trasporto degli acidi biliari e promuove la proliferazione epiteliale intestinale attraverso l’inattivazione di FXR. Allo stesso modo, l’acido tauro-β-muricholic indotto da HFD e il DCA hanno antagonizzato la funzione FXR intestinale con conseguente proliferazione e danni al DNA nelle ISC (Fu et al., 2019). Questi studi suggeriscono che l’inattivazione FXR può svolgere un ruolo critico nella CRC/CAC esacerbata da HFD.

Anche gli acidi grassi a catena corta derivati dai batteri (SCFA) possono essere fattori importanti nello sviluppo CRC/CAC mediato dai grassi alimentari. Gli SCFA butirrato (C4:0), propionato (C3:0) e acetato (C2:0) sono generati dalla fermentazione batterica delle fibre alimentari. Questi SCFA possono essere assorbiti nei colonociti tramite diffusione semplice e/o trasporto mediato dal trasportatore SLC5A8 accoppiato al Na (Ganapathy et al., 2013). Gli SCFA, in particolare il butirrato, sono noti per esercitare effetti preventivi nel cancro al colon, in parte grazie alla loro capacità di inibire l’istone deacetilasi (HDAC) (Chen et al., 2003). Il microbiota intestinale gioca un ruolo significativo nella sintesi degli SCFA, con specie specifiche di batteri implicati nella loro produzione. Pertanto, l’alterazione dietetica della composizione del microbiota può comportare una capacità differenziale di produrre SCFA dalla fibra alimentare. I ruoli specifici per HFD nell’alterazione del microbiota intestinale, generazione di SCFA e CRC/CAC devono ancora essere identificati.

L’alterazione mediata da HFD degli acidi biliari porta a importanti cambiamenti nell’ambiente intestinale e nella segnalazione molecolare. In particolare, le alterazioni dietetiche nel microambiente possono alterare le popolazioni del microbiota intestinale con conseguente ulteriore stress infiammatorio e genotossico. HFD promuove anche la staminalità nell’epitelio intestinale regolando la proliferazione e il coinvolgimento dei recettori nucleari. Insieme questi studi implicano la regolazione degli acidi biliari in molteplici percorsi che contribuiscono a CRC.