Il disagio psicologico prenatale cronico della madre e l’elevata concentrazione di cortisolo nei capelli sono associati alla composizione del microbiota intestinale del bambino, secondo una nuova pubblicazione del progetto di ricerca FinnBrain dell’Università di Turku, in Finlandia.
I risultati aiutano a comprendere meglio come lo stress prenatale può essere collegato alla crescita e allo sviluppo del bambino. Lo studio è stato pubblicato sulla stimata rivista di psiconeuroendocrinologia.
Lo stress prenatale può essere associato alla crescita e allo sviluppo del bambino. Tuttavia, i meccanismi alla base di questa associazione non sono ancora stati completamente compresi.
“Siamo stati in grado di dimostrare che il disagio psicologico cronico materno e le elevate concentrazioni di cortisolo durante la gravidanza sono associati alla composizione del microbiota intestinale ma non alla diversità”, afferma la dottoressa Anna Aatsinki.
Lo studio ha utilizzato l’analisi del cortisolo per capelli che ha consentito di misurare le medie di concentrazione del cortisolo dell’ormone dello stress per diversi mesi.
Inoltre, i sintomi della madre sono stati valutati tre volte durante la gravidanza.
Il microbiota intestinale infantile è stato analizzato all’inizio all’età di 2,5 mesi con sequenziamento di nuova generazione.
Precedentemente, studi simili si sono concentrati sugli animali e due sono stati studi sull’uomo più piccoli che hanno reso questi dati composti da 399 madri e dai loro bambini il più grande al mondo finora. I risultati ricevuti forniscono nuove e significative informazioni sul fenomeno. Inoltre, questo studio è stato in grado di confermare osservazioni fatte in precedenza.
Studiare il ruolo dei microbi come mediatori dello stress
Sia i proteobatteri che il lattobacillo sono comuni microbi intestinali infantili.
“Abbiamo scoperto, ad esempio, che il disagio psicologico prenatale cronico della madre era collegato all’aumento dell’abbondanza di generi di proteobatteri del microbiota infantile .
Inoltre, i sintomi psicologici cronici sono stati collegati alla diminuzione delle abbondanze di generi di Akkermansia, che è considerata per promuovere la salute almeno negli adulti “, riassume Aatsinki.
Secondo Aatsinki, è stato anche interessante il fatto che basse concentrazioni di cortisolo fossero associate ad un aumento delle abbondanze di Lactobacillus del microbiota intestinale infantile.
I batteri lattobacilli sono considerati per promuovere la salute.
Tuttavia, i proteobatteri contengono anche specie in grado di causare infiammazioni nel corpo. I proteobatteri possono anche essere associati al rischio di malattia del bambino più avanti nella vita. Pertanto, i ricercatori ritengono importante studiare come i cambiamenti osservati sono collegati al successivo sviluppo del bambino.
“Il nostro studio non spiega la relazione causa-effetto o se lo stress psicologico prenatale è collegato alle differenze nei prodotti metabolici microbici o, ad esempio, nella funzione del sistema immunitario. In altre parole, è ancora necessario rispondere a domande importanti “, osserva Aatsinki.
Lo studio fa parte del progetto di ricerca FinnBrain e del suo sottoprogetto sull’asse intestino-cervello. Il sottoprogetto guidato da Linnea Karlsson, psichiatra docente, infantile e dell’adolescente, studia come lo stress prenatale influenzi lo sviluppo del microbiota infantile e come i microbi intestinali infantili influenzino il successivo sviluppo del cervello.
Il progetto di ricerca FinnBrain dell’Università di Turku studia l’influenza combinata di fattori ambientali e genetici sullo sviluppo dei bambini. Oltre 4.000 famiglie partecipano al progetto di ricerca e sono seguite dall’infanzia fino all’età adulta.
Sebbene i meccanismi sottostanti restino poco chiari, un numero crescente di studi collega lo stress prenatale materno allo sviluppo fisico e alla salute del bambino, al funzionamento e al comportamento psicologico.
Lo stress durante la gravidanza predispone alla nascita prematura e al basso peso alla nascita (Mulder et al., 2002; Beydoun e Saftlas, 2008), eczema (Sausenthaler et al., 2009), asma (Cookson et al., 2009) e respiratorio, generale e malattie della pelle (Beijers et al., 2010).
Per quanto riguarda il funzionamento e il comportamento psicologico, i bambini di madri prenatalmente stressate spesso mostrano più impulsività, problemi di ansia, sintomi di ADHD e peggior sviluppo cognitivo e psicomotorio (Beydoun e Saftlas, 2008).
Recentemente, lo sviluppo del microbiota intestinale infantile è stato presentato come un possibile fattore alla base dei legami tra stress prenatale materno e sviluppo infantile (Beijers et al., 2014).
I neonati di scimmia Rhesus le cui madri avevano sperimentato stress durante la tarda gravidanza, sotto forma di esposizione ripetuta a un sussulto acustico, presentavano livelli più bassi di biofobatteri e lattobacilli e più sintomi diarroici rispetto ai bambini di madri non stressate (Bailey et al., 2004) .
Inoltre, nei topi adulti un fattore di stress sociale (cioè, disturbo sociale) ha provocato una diminuzione dell’abbondanza relativa del genere Bacteroides insieme ad un aumento dell’abbondanza relativa del genere Clostridium (Bailey et al., 2011).
L’obiettivo del presente studio è di studiare la relazione tra lo stress prenatale materno (ovvero lo stress riportato e le concentrazioni di cortisolo) e lo sviluppo del microbiota intestinale infantile e la salute nei primi 110 giorni di vita nell’uomo.
È noto che il microbiota intestinale svolge un ruolo importante nella maturazione del tratto gastrointestinale, immunità, metabolismo di un bambino, nonché nel sistema ipotalamo-ipofisi-surrene (Sudo et al., 2004; Dimmitt et al., 2010; Bäckhed, 2011).
Un’acquisizione aberrante di batteri intestinali o una ridotta complessità del microbiota possono ritardare la maturazione immunitaria o alterare lo sviluppo del sistema immunitario e le risposte allo stress (Sudo et al., 2004; Adlerberth e Wold, 2009; Sekirov et al., 2010). S
i pensa che la colonizzazione batterica dell’intestino infantile inizi nell’utero (Gosalbes et al., 2013) e che acceleri drammaticamente durante e dopo il parto e durante i primi mesi di vita (Palmer et al., 2007; Fallani et al., 2010).
Si ritiene che i microbi della madre e, in misura minore, dell’ambiente siano i primi colonizzatori dell’intestino del bambino (Tannock et al., 1990; Gosalbes et al., 2013). Dopo l’istituzione iniziale del microbiota intestinale durante il primo anno di vita, il microbiota inizia a stabilizzarsi in una composizione individuale unica, continuando a svilupparsi gradualmente durante l’infanzia e l’adolescenza.
Fino a che punto la colonizzazione precoce preveda lo sviluppo successivo e infine la composizione stabile per adulti, è attualmente sconosciuto. A causa dell’intima interazione tra lo sviluppo intestinale microbiota e sistema immunitario, lo sviluppo precoce del microbiota intestinale può avere conseguenze a lungo termine (Bäckhed, 2011).
Le distorsioni nel microbiota intestinale sono associate a una vasta gamma di malattie, tra cui il rischio di malattie diarroiche, allergie alimentari, malattie infiammatorie (malattie atopiche e infiammatorie intestinali), sindrome dell’intestino irritabile, obesità e diabete (Sekirov et al., 2010 ).
Inoltre, come nel caso della sindrome dell’intestino irritabile, le malattie legate all’intestino possono svilupparsi o peggiorare durante i periodi di stress (O’Mahony et al., 2009; De Palma et al., 2014).
Ciò può essere dovuto alla comunicazione bidirezionale tra il sistema nervoso centrale (SNC) e l’intestino (asse cervello-intestino; Dinan e Cryan, 2012), in cui sia l’asse del sistema nervoso autonomo (ANS) sia l’asse surrenalico ipotalamico (HPA) svolgono ruoli importanti (Rhee et al., 2009).
Quando l’asse HPA viene attivato in risposta allo stress, il cortisolo viene prodotto come prodotto finale. Nei ratti, l’aumento sperimentale dei livelli di cortisone nelle femmine in gravidanza ha comportato livelli più bassi di batteri totali e gram-negativi nell’intestino dei cuccioli (Schiffrin et al., 1993).
Ciò suggerisce che il cortisone può influenzare il microbiota materno e quindi la trasmissione dei batteri alla prole. Nell’uomo non è ancora noto se lo stress psicologico prenatale materno e le concentrazioni corrette siano correlati al microbiota intestinale del bambino.
L’obiettivo del presente studio sull’uomo è indagare prospetticamente la relazione tra lo stress prenatale materno e lo sviluppo del microbiota intestinale infantile e la salute nei primi 110 giorni di vita. Una limitazione dello studio sulla scimmia Rhesus di Bailey et al. (2004) è che le analisi del microbiota intestinale sono state condotte con approcci di coltura tradizionali e non sono state in grado di mostrare le firme del microbiota più complesse.
Il presente studio evita questa limitazione usando un microarray filogenetico ad alto rendimento
(Rajilic-Stojanovic et al., 2009).
Risultati
Correlazioni tra stress prenatale e variabili d’ansia
Nessuna delle variabili di stress e ansia riportate era significativamente correlata alle variabili di cortisolo, indicando che il cortisolo e lo stress riportato rappresentano misure indipendenti di stress.
Le variabili di stress basate sul questionario erano da debolmente a moderatamente correlate (r compreso tra 0,22 e 0,74), e le concentrazioni di cortisolo misurate in diversi momenti della giornata erano debolmente o fortemente correlate tra loro (r compreso tra 0,15 e 0,87).
Confronto tra i diversi indicatori di stress
Sulla base del numero di batteri significativamente associati, la somma dei punteggi del questionario sullo stress e la concentrazione di cortisolo misurata a mezzogiorno erano associate in modo molto forte al microbiota infantile (Fig. 1).
Dei punteggi individuali del questionario, la paura di un bambino handicappato (PRAQ2) aveva la più forte associazione con il microbiota infantile, ma non così forte come la somma dei punteggi del questionario.
Abbiamo quindi selezionato la somma dei punteggi del questionario e la concentrazione di cortisolo alle 12:00 come misura dello stress segnalato e della concentrazione di cortisolo per ulteriori analisi. C’era una debole correlazione positiva tra lo stress riportato e la concentrazione di cortisolo (r = 0,25, p <0,001).
Entrambi gli indicatori sono stati significativamente associati alle abbondanze relative di oltre il 60% dei gruppi a livello di genere batterico in uno o più punti temporali durante i primi quattro mesi di vita dei bambini. Una parte importante (78%) dei gruppi microbici era associata a stress segnalato o concentrazione di cortisolo.
L’entità delle associazioni tra il microbiota infantile totale e lo stress prenatale (somma dei questionari) e la concentrazione di cortisolo a mezzogiorno erano simili (Fig. 2).
Gli effetti di entrambi gli indicatori dello stress prenatale sembravano paragonabili o superiori a quelli dell’allattamento al seno e di solito erano più alti degli effetti dello stress materno postnatale. Gli effetti dello stress prenatale sul microbiota infantile sono stati modesti durante il primo mese, hanno raggiunto il picco a 80 giorni ed erano ancora chiaramente evidenti a 110 giorni.
Poiché entrambi gli indicatori di stress avevano associazioni simili con il microbiota, abbiamo combinato lo stress riportato e la misura del cortisolo, formando un “indice di stress cumulativo prenatale”: basso stress segnalato + bassa concentrazione di cortisolo = basso stress cumulativo; basso stress segnalato + alta concentrazione di cortisolo o alto stress segnalato + bassa concentrazione di cortisolo = moderato stress cumulativo; alto stress segnalato + alta concentrazione di cortisolo = alto stress cumulativo.
Vedere la tabella 1 per le statistiche descrittive di questi tre gruppi.
In base alla dinamica temporale e alle associazioni con i due indicatori di stress scelti (ovvero, somma dei punteggi del questionario e cortisolo di mezzogiorno), abbiamo raggruppato i generi batterici associati allo stress in gruppi all’interno dei quali i batteri si sono comportati in modo uniforme (Tabella 2).
Lo stress cumulativo prenatale è un importante fattore di variazione interindividuale nel microbiota infantile
La principale fonte di variazione interindividuale nel microbiota infantile era il rapporto tra un gruppo di proobatteri (Escherichia, Enterobacter, Serratia; indicato come gruppo batterico PRO1) e un gruppo di batteri lattici (Lactobacillus, Lactococcus, Aerococcus ; gruppo LAB) e Actinobacteria (Bi fi dobacterium, Collinsella, Eggerthella; gruppo ACT1) (Fig. 3).
C’era una correlazione negativa tra le abbondanze relative di PRO1 e LAB (r = 0,23, p <0,001), che corrispondeva alla prima coordinata principale (PC 1), e tra PRO1 e ACT1 (r = 0,40, p <0,0001), che corrispondeva al secondo PC (PC2) (Fig. 3).
I bambini nel gruppo a basso stress cumulativo erano caratterizzati da un’elevata abbondanza relativa di LAB (69%, 377%, 305% e 39% in più nel basso stress cumulativo, rispetto al gruppo ad alto stress cumulativo a 7, 14 anni, 28 e 110 giorni, rispettivamente) e ACT1 (23%, 29%, 66%, 53% in più nel gruppo a basso stress cumulativo all’età di 7, 14, 80 e 110 giorni).
I neonati nel gruppo ad alto stress cumulativo tendevano a localizzarsi nell’Escherichia — Enterobacter- fine del gradiente del microbiota (Fig. 3), con abbondanze 853%, 256%, 1244% e 699% più elevate nel gruppo ad alto stress cumulativo a 14, 28, 80 e 110 giorni, rispettivamente.
La somma delle prime due coordinate principali (che indica un’abbondanza relativa elevata di PRO1 e un’abbondanza relativa bassa di LAB e ACT1) è stata fortemente associata allo stress cumulativo prenatale (Fig. 3).
I bambini nel gruppo ad alto stress cumulativo, con l’effetto combinato di uno stress prenatale materno elevato riferito e concentrazione di cortisolo, avevano i punteggi PC sommati più alti e quelli nel gruppo a basso stress cumulativo avevano i punteggi più bassi. I neonati con un solo fattore di stress cumulativo prenatale, ad alta concentrazione di cortisolo o ad alto stress segnalato, avevano un microbiota intermedio, suggerendo un’associazione relativamente lineare tra stress prenatale cumulativo e microbiota infantile.
Dinamica temporale del microbiota infantile
Abbiamo selezionato i gruppi di stress cumulativo basso e alto e i gruppi batterici più fortemente associati allo stress prenatale per illustrare le differenze nella dinamica temporale (Fig. 4).
Nel gruppo di stress cumulativo prenatale basso, la diversità complessiva del microbiota dei neonati è diminuita durante i primi quattro mesi di vita ed è stata associata alla graduale formazione di batteri dominanti (principalmente Bi-dobatterio) (Fig. 4, linee blu; Fig. 5 ). Tuttavia, le diversità all’interno di Actinobacteria, Proteobacteria e Clostridia, i gruppi più abbondanti nel microbiota infantile, sono aumentate con il tempo (Fig. 4, linee blu).
Durante il primo mese, il microbiota intestinale dei neonati con basso stress cumulativo prenatale è stato caratterizzato da un’alta abbondanza di streptococchi e PRO1, che sono stati gradualmente sostituiti da ACT1, LAB, Clostridium spp. (CLO) e Proteobacteria Group 2 (PRO2) (inclusi Proteobacteria a bassa abbondanza, come Sutterella; vedere la Tabella 2). Schemi simili erano evidenti a livello di phylum (Fig. 5A).
Nel gruppo ad alto stress cumulativo, lo sviluppo temporale era diverso (Fig. 4, linee rosse). La diversità complessiva era costantemente più elevata, a causa delle abbondanze relative più uniformi dei diversi gruppi batterici (Fig. 5), ma le diversità all’interno di Actinobacteria e Proteobacteria erano inferiori rispetto al gruppo a basso stress.
Inoltre, l’abbondanza relativa di PRO1 (e l’abbondanza totale di Proteobatteri, Fig. 5) era più elevata e, di conseguenza, le abbondanze di ACT1, ACT2, LAB, CLO e PRO2 erano inferiori.
Anche l’abbondanza di Akkermansia differiva in modo significativo tra i gruppi, poiché diminuiva drasticamente nel gruppo ad alto stress cumulativo dopo il primo mese e rimaneva bassa in seguito (Fig. 4, linee rosse). L’abbondanza totale di Bacilli è rimasta relativamente alta per tutto il periodo di studio, mentre è diminuita considerevolmente nel gruppo con basso stress cumulativo (Fig. 5).
Sebbene non avessimo il potere sufficiente per studiare adeguatamente l’influenza potenziale dell’allattamento al seno interagendo con lo stress prenatale, abbiamo controllato i risultati anche separatamente per i bambini allattati al seno e non allattati al seno (dati non mostrati). Rispetto all’associazione osservata di stress prenatale e microbiota infantile, l’allattamento ha avuto un’influenza minore sul microbiota.
Inoltre, l’associazione del microbiota allo stress era paragonabile tra neonati allattati al seno e non allattati al seno. Pertanto, concludiamo che in questa coorte l’allattamento al seno non ha confuso l’interpretazione dei risultati.
Lo stress cumulativo prenatale predispone ai sintomi gastrointestinali e allergici
I sintomi gastrointestinali (p. Es., Diarrea, gastroenterite, presunta infezione e costipazione) sono stati più frequenti nei primi tre mesi di vita nel gruppo ad alto stress cumulativo (38%), rispetto al gruppo di stress cumulativo basso (22%).
All’età di tre mesi, il 43% dei bambini nel gruppo con stress cumulativo elevato e nessuno nel gruppo con stress cumulativo basso aveva mostrato reazioni allergiche. Si noti che a causa delle piccole dimensioni del campione, queste differenze nella frequenza dei sintomi erano non significative in base al test x 2 ( p > 0,05).
Le differenze di salute tra i gruppi sembravano attribuibili alle differenze nel microbiota intestinale. I bambini con sintomi gastrointestinali avevano abbondanze relative (anche se non significativamente) inferiori di LAB (in media 0,5% del microbiota totale) e Akkermansia (0,1%) rispetto ai bambini senza sintomi gastrointestinali (2% e 0,5%, rispettivamente).
I bambini con reazioni allergiche all’età di tre mesi avevano abunanze costantemente inferiori di LAB (0,5% vs. 2%, differenza non significativa) e ACT1 (15% vs. 60%, p <0,001), minore abbondanza di Akker- mansia (solo durante il primo mese di vita: 0,7% vs. 2%, p <0,05) e abbondanza più elevata di PRO1 (30-50% vs. <10%, p <0,001) rispetto ai bambini senza reazioni allergiche.
Fig. 2 Percentuale di variazione interindividuale nella composizione del microbiota totale attribuibile a differenze nell’allattamento al seno, stress postnatale materno e stress e cortisolo materni segnalati prenatali (basato sull’analisi multivariata permutazionale della varianza). Gli asterischi indicano un contributo significativo alla variazione interindividuale:. p <0,1;
* p <0,05; ** p <0,01.
Fonte:
Università di Turku
