LABORATORIO DE URGENCIAS

Estrés e Intestino

El indol-3-acetato, un metabolito microbiano inducido por el estrés psicológico, altera la diferenciación de las células intestinales.

                                                 Wei Wei; Yali Liu; Yuanlong Hoa; Guangji Wang; Xiao Zheng, Haiping Hao et al
                                                            State Key Laboratory of Natural Medicines, China Pharmaceutical University, China
                                                                      Laboratory of Metabolic Regulation and Drug Target Discovery, School of Pharmacy, China
                                                                      Pharmaceutical University, China
                                                                      State Key Laboratory of Digestive Diseases, The Chinese University of Hong Kong, China
                                                                      Department of Pharmacy, Shenzhen Luohu People’s Hospital,,China
                                                                      Depart.of Psychosomatics and Psychiatry, Zhongda Hospital, School of Medicine, Southeast University, China

                                                                                 Cell Metabolism (March,2024);vol36;Issue3 - p466-483.e7

Existe una red reguladora precisa y compleja entre el cerebro y el intestino que permite adaptaciones integrales a los desafíos ambientales. Se sabe que el intestino transmite señales metabólicas, inmunitarias y microbianas locales para informar sobre cambios cerebrales y conductuales. Recíprocamente, las señales neuronales y endocrinas centrales modulan la motilidad intestinal, la inmunidad de la mucosa y la ecología microbiana. Se sabe desde hace tiempo que esta conexión bidireccional intestino-cerebro participa en las respuestas de estrés del organismo,7 y su mala adaptación al estrés se manifiesta típicamente en trastornos como el síndrome del intestino irritable (SII) y la enfermedad inflamatoria intestinal (EII), que no se controlan adecuadamente con las terapias tradicionales. Más recientemente, se informó que el estrés psicológico desencadena una inflamación intestinal mediada por monocitos que exacerba la EII, revelando un mecanismo del impacto del estrés mental en la inflamación intestinal.
Persisten interrogantes clave, como la forma en que se perciben los factores estresantes cerebrales distales en la interfaz intestinal y qué moléculas de señalización transmiten el control a la alteración del epitelio intestinal.
La proliferación y diferenciación altamente coordinadas de las células madre intestinales (CMI) son esenciales para la renovación y la homeostasis del epitelio intestinal en respuesta a diversos desafíos. Se sabe que las CMI generan respuestas dinámicas a diversas señales del nicho, provenientes de las células de Paneth, las células estromales e inmunitarias adyacentes, así como a diversos estímulos externos, como los componentes de la dieta y el microbioma. Sin embargo, se sabe poco sobre cómo se modifican estas señales para determinar el destino de las CMI en el contexto del estrés psicológico.
El microbioma intestinal, que actúa como un regulador crítico de la comunicación intestino-cerebro, se ve influenciado dinámicamente por factores psicológicos. Estudios previos han demostrado cambios en los niveles de múltiples especies bacterianas de géneros como Lactobacillus, Bacteroides y Streptococcus bajo estrés, aunque aún existe un consenso y un conocimiento limitados sobre los actores clave que subyacen a la señalización intestino-cerebro.
Los microbios filogenéticamente diversos podrían depender de metabolitos similares para la interacción con el huésped. Cabe destacar que nuestro estudio previo y otros demuestran que algunos metabolitos microbianos son reguladores esenciales de la proliferación de las CMI. Por lo tanto, la identificación del eje microbio-metabolito puede ayudar a revelar cómo se pierde la homeostasis intestinal bajo estrés psicológico.
En este estudio, desvelamos una vía cerebro-intestino que transmite el estrés psicológico a la disfunción del epitelio intestinal. Mediante técnicas de metagenómica, metabolómica, rastreo de linaje, bioingeniería metabólica y organoides intestinales, identificamos el indol-3-acetato (IAA) derivado de Lactobacillus murinus como una señal de relevo sensible al estrés que desencadena un defecto intrínseco de las células madre intestinales (ISC) en la determinación del linaje secretor.
Verificamos esta conexión en diferentes cohortes de pacientes con angustia psicológica y proporcionamos evidencia de prueba de concepto en ratones que demuestra que la suplementación con α-cetoglutarato (α-KG) es eficaz para aliviar la lesión del epitelio intestinal inducida por el estrés. En conjunto, estos hallazgos revelan una vía reguladora mediada por microbios en la determinación del destino de las ISC que subyace a la comorbilidad cerebro-intestino inducida por el estrés.

RESULTADOS

El estrés crónico induce un defecto intrínseco en la diferenciación de las células madre intestinales (CMI).
El estrés crónico por restricción (ECR) en roedores se utiliza ampliamente como modelo del impacto negativo del estrés psicológico. Previamente demostramos que el ECR causa alteraciones conductuales y disfunción intestinal en ratones. También observamos un cambio significativo en el peso corporal y el índice esplénico en ratones con ECR, lo que confirma un profundo impacto del estrés. De forma consistente, el ECR durante 14 días redujo notablemente la longitud de las vellosidades y la altura de las criptas en el íleon distal de los ratones. Este cambio morfológico se acompañó de una drástica disminución en el número de células caliciformes positivas para azul de Alcian (AB) por unidad cripta-vellosidad, así como de la pérdida de células de Paneth positivas para lisozima 1 (Lyz1) y células enteroendocrinas (CEE) positivas para cromogranina A (ChgA). Se observó una notable disminución de las células proliferativas a lo largo de las vellosidades intestinales tras el estrés, con una aparición insignificante de células apoptóticas en los ratones con ECR. Examinamos además las vellosidades y las células secretoras del íleon a los 7 y 14 días posteriores al estrés crónico por restricción (ECR), respectivamente. La longitud de las vellosidades y la altura de las criptas se mantuvieron menores en estos momentos, acompañadas de una menor densidad de células caliciformes y células epiteliales entéricas (CEE), pero no de células de Paneth. Estos datos indican que el estrés psicológico crónico, en ratones, desencadena una alteración del epitelio intestinal que no es fácilmente reparable.
Ubicadas en la base de cada cripta, las células madre intestinales (CMI) experimentan un programa altamente coordinado de proliferación y diferenciación, que da origen a enterocitos absorbentes o células del linaje secretor en el intestino de los mamíferos. Observamos un cambio modesto, pero no significativo, de las CMI Olfactomedina 4 (Olfm4)+ en la cripta ileal de ratones con síndrome de respuesta inflamatoria crónica (SRC), lo cual también se observó a los 7 y 14 días posteriores al estrés. Esto se confirmó mediante la incorporación comparable de 5-bromodeoxiuridina (BrdU) en las CMI, pero no en los progenitores de amplificación transitoria (AT) de los ratones con SRC, lo que indica que el estrés tuvo un impacto menor en la proliferación de las CMI. Sin embargo, al cultivarse en medio ENR estándar para la diferenciación, las criptas primarias de ratones estresados ​​mostraron un crecimiento retardado en organoides y un defecto notable en la formación de criptas de novo (gemación).
En otro modelo de estrés inducido por descarga eléctrica en las patas (DEP), observamos una disminución similar en la capacidad clonogénica de las criptas intestinales estresadas.
Para obtener información más específica sobre la diferenciación secretora de las ISC, cruzamos ratones Lgr5-IRES-CreERT2 con ratones reporteros Rosa26LSL-tdTomato para obtener ratones trazadores de linaje Lgr5, lo que permitió el marcaje permanente con tdTomato de las ISC Lgr5+ y su progenie tras la administración de tamoxifeno. Comparamos la longitud de migración de la progenie tdTomato generada a partir de las ISC Lgr5+ de la base de la cripta de ratones control (CON) y CRS 3 días después, lo que confirmó que el estrés dificultó notablemente la capacidad de las ISC para generar progenie marcada con tdTomato. La diferenciación de las ISC y el reclutamiento de linaje dependen del nicho donde las células de Paneth proporcionan señales esenciales para instruir las decisiones de destino de las ISC. Por lo tanto, nos preguntamos además si las ISC responden al estrés de forma autónoma o no autónoma a través de las células de Paneth mediante un ensayo de reconstitución de organoides. Para ello, utilizamos ratones transgénicos Lgr5-EGFP-IRES-CreERT2 (denominados Lgr5-EGFP) para el aislamiento por citometría de flujo de las células madre intestinales (CMI) Lgr5-GFPhi. El estrés crónico por restricción (ECR) alteró de forma similar la capacidad de formación de organoides de las criptas intestinales de los ratones Lgr5-EGFP. Las células de Paneth aisladas de ratones con ECR mostraron una capacidad normal para promover la formación de organoides a partir de las CMI, mientras que la capacidad de formación de organoides de las CMI estresadas se vio profundamente comprometida al ser cultivadas conjuntamente con células de Paneth normales, lo que indica que el estrés psicológico induce principalmente un defecto intrínseco de las CMI en la diferenciación hacia el linaje secretor.

El estrés crónico compromete la integridad mitocondrial de las CMI.
Para comprender cómo el estrés altera la diferenciación secretora de las CMI, comenzamos con la secuenciación masiva de ARN (RNA-seq) de las criptas intestinales aisladas de ratones control (CON) y con ECR. Se encontraron un total de 317 genes expresados ​​diferencialmente (DEGs), que abarcan muchos reguladores de la decisión del destino de las células madre (SC) y la homeostasis mitocondrial. El metabolismo y la dinámica mitocondrial son esenciales para orquestar la diferenciación de las ISC. De manera consistente, el análisis de enriquecimiento KEGG reveló un cambio extenso en las vías del metabolismo energético, típicamente representadas por la fosforilación oxidativa (OXPHOS), el metabolismo de los ácidos grasos y el ciclo del ácido tricarboxílico (TCA). El análisis de PCR confirmó que varios genes característicos involucrados en la biosíntesis mitocondrial, la cadena de transporte de electrones, el estrés mitocondrial y la dinámica se vieron afectados universalmente por el estrés. En consonancia con estos cambios moleculares, el análisis bioenergético en el ensayo de estrés mitocondrial mostró que el nivel basal de la tasa de consumo de oxígeno (OCR, un indicador de la fosforilación oxidativa) en las criptas estresadas era notablemente inferior al de los ratones control. Para obtener información molecular específica de las células sobre cómo el estrés compromete la diferenciación del linaje secretor, empleamos además la secuenciación de ARN de célula única (scRNA-seq) del íleon de ratones CON y CRS. Analizamos un total de 42.763 células obtenidas de 3 réplicas biológicas de ratones CON y CRS y detectamos un promedio de 2.422 genes por célula. La agrupación celular visualizada mediante t-stochastic neighbor embedding (tSNE) y la anotación basada en genes marcadores canónicos identificaron grupos representativos para las células madre intestinales (ISC) y los linajes secretores. Las proporciones de ISC fueron similares entre los dos grupos, mientras que los progenitores TA mostraron una clara tendencia a la disminución en los ratones CRS. El análisis de pseudotiempo indicó que las ISC de los ratones estresados ​​presentaban un potencial reducido para la diferenciación del linaje celular. La comparación de los perfiles de transcripción de ISC de ratones CRS y CON identificó 62 DEGs, que incluyen mediadores involucrados en la determinación del linaje celular (Cd74, H2-Ab1, Mt1 y Mt2), la bioenergética mitocondrial (mt-Cytb) y la defensa antimicrobiana (Reg3g, Reg3b, Lypd8 y Lypd8l). De manera consistente, el análisis de enriquecimiento de vías KEGG indicó que las ISC de ratones estresados ​​presentaban una función reducida en el procesamiento y la presentación de antígenos, lo que previamente se había demostrado que determina la determinación del linaje de las ISC. Mediante imágenes de microscopía electrónica de transmisión (TEM), confirmamos alteraciones morfológicas de las mitocondrias en las ISC estresadas. En conjunto, estos datos muestran que las señales de estrés del cerebro perturban profundamente la bioenergética mitocondrial y la homeostasis de las ISC.
El estrés desencadena defectos en las células madre intestinales (CMI) a través del microbioma intestinal. A continuación, buscamos identificar los mecanismos sensoriales intestinales que transmiten señales de estrés a la diferenciación secretora de las CMI. Observamos que la ingesta diaria de alimentos era comparable entre los ratones control y los estresados, lo que descarta el posible papel de la ingesta calórica diferencial. Tampoco detectamos alteraciones significativas en la transcripción de las citocinas de las células T colaboradoras (Th) (p. ej., Il10, Il17a e Il22) en el íleon, algunas de las cuales se habían descrito previamente como moduladoras de la renovación y diferenciación de las CMI. Se sabe que la percepción del estrés psicológico también modula la periferia a través de hormonas del estrés canónicas como la norepinefrina (NE) y la corticosterona. Observamos un aumento significativo de la NE ileal en los ratones con estrés crónico por restricción (ECR), que se incrementó a partir del tercer día, mientras que la corticosterona sérica no se vio afectada. El tratamiento combinado con fentolamina (bloqueador de los receptores α-adrenérgicos [BRA]) y propranolol (BRA) durante el síndrome de respuesta inflamatoria crónica (SRI) atenuó la disminución del tamaño de las criptas y la pérdida de células caliciformes en ratones con SRI, lo que sugiere la implicación de la activación simpática. Sin embargo, la exposición a la norepinefrina no afectó el crecimiento de organoides intestinales ni la formación de criptas de novo.
Se sabe que los neurotransmisores asociados a la activación simpática y la dismotilidad intestinal remodelan la microbiota intestinal residente, lo cual se confirmó mediante nuestro análisis de la configuración microbiana intestinal tras 14 días de estrés. La microbiota intestinal se considera un actor clave en la comunicación intestino-cerebro, aunque se sabe menos sobre si las señales microbianas transmiten, y cómo lo hacen, las respuestas al estrés desde la fisiopatología cerebro-intestino. Para determinar el posible papel de la remodelación microbiana, realizamos una serie de experimentos de pérdida y ganancia de función. En primer lugar, la depleción de la microbiota intestinal mediante antibióticos de amplio espectro (ABX, un cóctel de ampicilina, vancomicina, neomicina y metronidazol) alivió significativamente la pérdida de longitud de las vellosidades del íleon, altura de las criptas y células secretoras como las células caliciformes en ratones estresados. Los ABX también recuperaron la densidad de células proliferativas en las criptas, pero aparentemente no afectaron la abundancia de células madre intestinales (CMI). Cabe destacar que el defecto en la formación de organoides también se corrigió en las criptas intestinales aisladas de ratones tratados con ABX, y la capacidad de respiración mitocondrial mejoró de forma constante, lo que sugiere una mejora celular autónoma de la función de las criptas y del estado mitocondrial. En segundo lugar, realizamos un estudio de ganancia de función mediante trasplante de microbioma fecal (TMF) de ratones CON y CRS a receptores pretratados con ABX (etiquetados como "receptor CON" o "receptor CRS"; la secuenciación del gen 16S rRNA bacteriano del contenido fecal respaldó las alteraciones preservadas de taxones clave entre los ratones donantes y receptores. En comparación con sus contrapartes CON-receptores, los ratones CRS-receptores mostraron una disminución en la longitud de las vellosidades ileales y la altura de las criptas después del estrés, acompañada de una marcada reducción en el recuento de tipos de células secretoras (es decir, células caliciformes y células de Paneth) y progenitores. En consonancia, las criptas intestinales aisladas de ratones CRS-receptores mostraron un deterioro pronunciado en la formación de enteroides, fenocopiando en gran medida el impacto en los ratones donantes. Con base en estos hallazgos, examinamos más a fondo el efecto del agotamiento del microbioma intestinal sobre el bloqueo farmacológico de los adrenorreceptores en ratones. El tratamiento previo con ABX abrogó el efecto preservador de los ARB sobre las células de las criptas y las células caliciformes, lo que indica que el microbioma intestinal actúa La activación simpática afecta la diferenciación de las células madre intestinales (CMI). En conjunto, estos hallazgos respaldan el paradigma de que la disbiosis microbiana intestinal es necesaria y suficiente para la determinación del destino de las CMI, sesgada por el estrés.
Ciertas especies de Lactobacillus contribuyen a la disfunción de las CMI inducida por el estrés.
Para identificar los microbios candidatos que median los efectos del síndrome de respuesta inflamatoria crónica (SRI), tratamos ratones con antibióticos individuales (ampicilina, vancomicina, neomicina y metronidazol) antes del estrés, lo que remodeló la microbiota intestinal en diferentes grados. Observamos que la ampicilina, la vancomicina y la neomicina, pero no el metronidazol (que reduce preferentemente las bacterias anaerobias), atenuaron el efecto del SRI sobre la longitud de las vellosidades. Sin embargo, solo la ampicilina alivió eficazmente la pérdida de criptas en los ratones con SRI. Cabe destacar que el tratamiento con ampicilina y vancomicina también mejoró la densidad de células de Paneth y células caliciformes en los ratones estresados. Estos impactos diferenciales en las células secretoras se confirmaron mediante observaciones en cultivos de enteroides. El tratamiento previo con ampicilina o vancomicina produjo una notable mejoría en la función de las criptas. En conjunto, estos datos sugieren que las bacterias Gram positivas desempeñan un papel causal en el defecto de las criptas intestinales inducido por el estrés.
Lactobacillus spp. es representativo de los miembros Gram positivos que mostraron un notable enriquecimiento tras el estrés crónico. Se observó una expansión similar de especies de Lactobacillus al utilizar los datos de metagenómica de secuenciación masiva previamente publicados por nuestro grupo. Además, mediante un perfil longitudinal de la composición microbiana, observamos una expansión sostenida de Lactobacillus spp. durante 14 días de estrés por restricción
Confirmamos una disminución sustancial del género Lactobacillus tras el tratamiento con ampicilina o vancomicina. Para comprender mejor la contribución de cepas específicas de Lactobacillus, realizamos estudios de monocolonización inoculando ratones libres de gérmenes (GF) con cepas seleccionadas de Lactobacillus. Nos interesaba L. murinus por su notable enriquecimiento en las heces y el contenido ileal de ratones estresados ​​desde el tercer día, su significativo aumento en comparación con otras especies de Lactobacillus en ratones con síndrome de respuesta inflamatoria crónica (SRC), así como su transmisibilidad a ratones receptores mediante trasplante de microbiota fecal (TMF). Para la comparación funcional, también elegimos Lactobacillus reuteri como control, considerando estudios previos que demuestran su marcado efecto en la promoción del crecimiento de enteroides y la integridad epitelial.37,38 La monocolonización se verificó mediante PCR cuantitativa (qPCR). Tras el estrés, los ratones colonizados con L. murinus mostraron una disminución en la longitud de las vellosidades y las criptas, así como en la densidad de células caliciformes, en comparación con los ratones libres de gérmenes (GF), mientras que la colonización con L. reuteri confirió algunos efectos protectores, como era de esperar. En consonancia con esto, la colonización con L. murinus retrasó la capacidad de formación de enteroides de las criptas intestinales in vitro, lo cual no se observó con L. reuteri. Otro hallazgo notable fue que los ratones libres de gérmenes (GF) parecían insensibles a la disfunción intestinal inducida por estrés, como lo demuestran los parámetros histológicos y de formación de organoides comparables entre los ratones estresados ​​y no estresados ​​(Figuras 3G-3I), lo que refuerza la idea previa de que el microbioma intestinal es indispensable para conectar las señales de estrés con la disfunción de las células madre intestinales (ISC).
En general, estos resultados en ratones gnotobióticos y GF revelan que miembros específicos del género Lactobacillus son suficientes para provocar la disfunción de las criptas intestinales inducida por estrés.

DISCUSIÓN

El estrés psicológico ejerce un impacto significativo, aunque poco comprendido, en el eje intestino-cerebro. En la práctica clínica, un estilo de vida estresante está implicado de forma crítica en la exacerbación de comorbilidades cerebro-intestino como la enfermedad inflamatoria intestinal (EII) y el síndrome del intestino irritable (SII). Aquí revelamos una vía por la cual el microbioma intestinal transmite señales de estrés desde el cerebro para modular la susceptibilidad al daño epitelial intestinal en ratones. Específicamente, este circuito cerebro-intestino implica al metabolito microbiano IAA como una señal de nicho que dificulta la respiración mitocondrial, alterando así la decisión del destino de las células madre intestinales y la renovación epitelial. Es importante destacar que el IAA se encuentra consistentemente elevado en el intestino de pacientes con estrés mental, y la modulación de las señales de IAA resulta eficaz para proteger a los ratones de los efectos perjudiciales del estrés. En conjunto, estos hallazgos revelan un eje metabólico cerebro-intestino impulsado por microorganismos que podría ser un objetivo terapéutico para las comorbilidades cerebro-intestino derivadas del estrés crónico.
La comunicación cerebro-intestino es evolutivamente importante para la detección y el procesamiento integrador de diversos estímulos externos e internos. Si bien se sabe que el intestino percibe las señales neuropsicológicas moduladas por el cerebro, los mecanismos de esta señalización cerebro-intestino siguen siendo desconocidos, y quedan importantes interrogantes por resolver. Una importante laguna en el conocimiento reside en el mecanismo sensorial intestinal ante las señales neuronales en situaciones de estrés. Aunque estudios pioneros han evidenciado la participación de numerosos factores humorales e inmunitarios desencadenados por el estrés, aún no se comprende bien si las señales metabólicas están involucradas y cómo lo están. Nuestros resultados revelan que el IAA microbiano cumple una función esencial al transmitir señales de estrés a la diferenciación celular intestinal, lo que amplía la lista de moléculas de señalización a lo largo del eje intestino-cerebro y actualiza el conocimiento tradicional del IAA como metabolito antiinflamatorio. Observamos que, en la cripta intestinal, los niveles de IAA pueden aumentar casi al doble tras un estrés crónico en ratones, lo cual es suficiente para desencadenar un defecto en la función de la cripta. Cabe destacar que también encontramos que otros metabolitos derivados del indol del triptófano, como el indol-3-lactato (ILA) y el indol-3-propionato (IPA), se alteraron tanto en ratones estresados ​​como en pacientes con trastorno depresivo mayor (TDM), aunque su concentración fue mucho menor que la del IAA. Por lo tanto, es plausible que la proporción relativa de estos análogos del indol en el intestino estresado pueda determinar la vulnerabilidad a la disfunción epitelial.
Otra incógnita fascinante sobre la comunicación cerebro-intestino reside en los procesos celulares intestinales que orquestan la adaptación tisular a estímulos estresantes. Cada vez se reconoce más que las señales intrínsecas y externas convergen para inducir una reprogramación metabólica que orquesta la bioenergética celular, la decisión de linaje y el cambio funcional de las células madre intestinales (CMI).28,50 Esta aptitud metabólica permite un ajuste dinámico de la función de las CMI a señales ambientales fluctuantes, como la disponibilidad dietética, la composición nutricional y las agresiones inflamatorias. Aquí mostramos que el IAA, parcialmente de forma dependiente del receptor AhR, actúa como un inhibidor microbiano de la respiración mitocondrial, restringiendo la glutaminólisis y la bioenergética esenciales para la diferenciación de las CMI. Es importante destacar que encontramos que el defecto en la respiración mitocondrial y la diferenciación secretora puede ser rescatado mediante la reposición de α-KG. Por lo tanto, nuestros datos respaldan un papel crucial del metabolismo de la glutamina en la coordinación de las respuestas de las CMI a la exposición al estrés crónico y la disbiosis intestinal. Más recientemente, se ha informado que el IAA interactúa con varias otras proteínas, como GPR107 y GPR108, en líneas celulares tumorales, por lo que la participación de otras proteínas diana justifica un estudio exhaustivo en el futuro. La naturaleza única del IAA en el defecto de las células madre intestinales (CMI) podría atribuirse principalmente a las dianas especializadas con las que interactúa el IAA para la determinación del destino de las CMI, así como a una marcada acumulación de este metabolito en condiciones de estrés. Se espera que una comprensión completa de las dianas con las que interactúa el IAA y sus análogos estructurales en la cripta explique la importancia funcional del IAA en el defecto de las CMI en comparación con otros metabolitos análogos. En conjunto, estos hallazgos describen un circuito metabólico impulsado por microorganismos que subyace al trastorno intestinal desencadenado por el estrés.
Se ha descubierto que especies bacterianas específicas regulan las neuronas sensibles al estrés en el cerebro y afectan la producción de corticosterona del eje hipotalámico-hipofisario-suprarrenal (HPA), lo que afecta el comportamiento social y la ansiedad en ratones. Además, se ha demostrado cada vez más que eventos estresantes como la derrota social o la restricción física afectan la ecología microbiana intestinal. Aquí mostramos que la disbiosis intestinal funciona como un relevo esencial entre el estrés mental y la disfunción del epitelio intestinal. En particular, el estudio del agotamiento por vancomicina y la monocolonización bacteriana en ratones libres de gérmenes reveló que las especies de Lactobacillus, representadas por L. murinus, estaban implicadas principalmente en el deterioro del epitelio intestinal inducido por el estrés. Estos hallazgos amplían la visión convencional sobre el papel que desempeñan las especies de Lactobacillus en la comunicación cerebro-intestino. Cabe destacar que observamos una expansión tardía de Lactobacillus en el íleon el día 7 del estrés crónico por restricción (ECR). La NE, conocida por regular la detección de quórum de la comunidad bacteriana, mostró un aumento temprano (día 3) y significativo en el íleon de los ratones estresados, lo que sugiere un mecanismo plausible en el que la NE podría ser un factor del huésped involucrado en la expansión de las especies de Lactobacillus y la producción de AIA. Varias cepas de Lactobacillus, como L. reuteri y Lactobacillus helveticus, han demostrado beneficios potenciales en la integridad del epitelio intestinal y en la mediación de la señalización beneficiosa intestino-cerebro. Por lo tanto, se necesitan funciones a nivel de cepa para comprender el papel de Lactobacillus.
Una explicación plausible para esta discrepancia es la creciente constatación de que los rasgos metabólicos varían entre cepas bacterianas filogenéticamente relacionadas, lo cual está determinado por la composición genética y la disponibilidad de nutrientes.⁵⁶ Por consiguiente, es razonable proponer que los resultados metabólicos in vivo deberían ser más fiables para revelar cómo los microbios intestinales están implicados funcionalmente en el fenotipo del huésped, como se muestra en Lactobacillus-IAA en nuestro estudio. Además, dada la capacidad de colonización variable de las cepas bacterianas, como se observó para L. murinus y L. reuteri en nuestro estudio, y la existencia de dependencia metabólica o alimentación cruzada en una comunidad microbiana compleja, una mayor investigación funcional en huéspedes con microbioma definido proporcionaría información específica sobre los microbios reguladores.
La disbiosis intestinal es un rasgo distintivo de muchos trastornos mentales con estrés, y una reciente revisión sistemática y metaanálisis revela perturbaciones microbianas compartidas y distintivas en varios trastornos neuropsiquiátricos comunes. Sin embargo, el consenso sobre marcadores microbianos funcionales aún es limitado en diferentes enfermedades psiquiátricas. De hecho, aunque la asociación entre la depresión mayor y el aumento de Lactobacillus a nivel de género es en gran medida consistente en los informes actuales, esto no es en absoluto consistente, y no puede decirse lo mismo para el trastorno bipolar. Curiosamente, observamos un enriquecimiento en gran medida consistente de la capacidad de producción microbiana de AIA en tres tipos principales de enfermedades neuropsiquiátricas, lo que sugiere un rasgo metabólico potencialmente compartido en pacientes bajo estrés mental crónico. Bacterias de filogenia diversa (p. ej., Clostridium, Bacteroides spp.) pueden contribuir colectivamente al aumento de AIA en estos pacientes. Por lo tanto, los biomarcadores metabólicos podrían usarse en combinación con cambios microbianos para obtener una fenotipificación más precisa y específica de la enfermedad. Además, para establecer la relación entre los metabolitos microbianos, como el IAA, y los síntomas intestinales en pacientes con trastorno depresivo mayor (TDM), se podrían examinar otros parámetros clínicos, como la comorbilidad con el síndrome inflamatorio intestinal, la diarrea y las observaciones de la colonoscopia.
Además de activar múltiples áreas centrales, como el hipotálamo paraventricular (HPV) y el hipotálamo dorsomedial (HDM), las señales de estrés se transmiten a los órganos periféricos a través del sistema nervioso simpático (SNS) y el eje hipotalámico-pituitario-adrenal (HPA).Estas respuestas sistémicas son fundamentales para coordinar los procesos fisiológicos en condiciones de estrés, pero también pueden alterar la homeostasis de múltiples tejidos, incluido el intestino, como lo confirman nuestros hallazgos en ratones estresados. Estudios previos se centran principalmente en las vías neuroendocrinas ascendentes para comprender los mecanismos subyacentes. Un estudio reciente también revela que los niveles crónicamente elevados de glucocorticoides impulsan la generación de un subconjunto inflamatorio de glía entérica que promueve el reclutamiento de monocitos para agravar la inflamación intestinal. Un hallazgo complementario de nuestro estudio es que el microbioma intestinal es indispensable para los efectos perjudiciales del estrés en la diferenciación de las células madre intestinales (CMI), así como para los efectos protectores de los ARA II. Esto subraya la importancia de diseñar terapias combinatorias basadas en la microbiota intestinal para abordar la comorbilidad cerebro-intestino inducida por el estrés.
El intestino es un órgano con una tasa de recambio celular excepcionalmente alta. Un desequilibrio en la diferenciación celular o la autorrenovación de las CMI puede provocar efectos perjudiciales. Comprender cómo las diferentes señales ambientales y los factores de estrés afectan las decisiones sobre el destino de las CMI proporcionará un marco esencial para manipular la compleja comunicación cerebro-intestino y tratar trastornos intestinales en contextos más amplios, como el síndrome del intestino irritable (SII), la colitis y los tumores. Dado que la alta capacidad de producción de AIA es un rasgo metabólico común en pacientes con diferentes formas de estrés psicológico, nuestro descubrimiento del eje estrés-microbiota-CMI ofrece posibles dianas para la traslación clínica. Se justifican estudios futuros para explorar si la modulación del metabolismo o la señalización del AIA microbiano puede permitir mejores intervenciones terapéuticas para las comorbilidades intestino-cerebro.

LIMITACIONES

Este estudio presenta algunas limitaciones.
* Primer lugar, el mecanismo exacto por el cual el AIA desencadena el defecto de las células madre intestinales (CMI) aún requiere una investigación exhaustiva. Si bien observamos que el AIA afecta la bioenergética mitocondrial de forma dependiente del receptor AhR, no se han dilucidado otros objetivos implicados en esta acción, ni el impacto potencial en las señales inmunitarias en el nicho de las CMI. Otra incógnita reside en cómo el AIA podría interactuar con otros metabolitos microbianos, incluidos los análogos derivados del indol, para determinar el resultado del epitelio intestinal bajo estrés.
* Segundo lugar, con respecto a la vía de señalización cerebro-intestino, el modo neural central responsable de la percepción y transmisión del estrés no se ha esclarecido en este estudio. Además, dado el bajo número de participantes clínicos y la alta variabilidad del microbioma intestinal humano, los resultados presentados pueden considerarse exploratorios.
Se necesita un estudio multicéntrico que explore subgrupos de trastorno depresivo mayor (TDM) con y sin colitis comórbida para validar la relación entre los síntomas gastrointestinales, el AIA y las funciones metagenómicas relacionadas con el metabolismo del triptófano.