Stimolazione del nervo vagale per la disfunzione della barriera intestinale in volontari sani

Lo stress - uno stato che evoca una "combatti o fuggi" o una risposta simpatica da parte dell'organismo umano - è stato implicato nella propagazione dell'infiammazione nei pazienti con malattia infiammatoria intestinale (IBD). Infatti, il rischio di recidiva sia nella malattia di Crohn (MC) che nella colite ulcerosa (UC) aumenta in presenza di stress sia acuto che cronico. Il meccanismo proposto per questo fenomeno include la capacità dello stress di indurre una rottura della funzione di barriera intestinale attraverso percorsi dipendenti dai mastociti e dall'ormone di rilascio della corticotropina (CRH). Questa perturbazione della barriera intestinale è stata dimostrata sperimentalmente negli esseri umani utilizzando paradigmi di stress che potrebbero essere equiparati agli eventi stressanti relativamente lievi vissuti nella vita di tutti i giorni.

Il sistema nervoso autonomo (ANS) sembra svolgere un ruolo cruciale nei cambiamenti indotti dallo stress nella permeabilità intestinale. Numerosi studi su modelli murini in vitro e in vivo hanno confermato che sia lo stress acuto che quello cronico (indotto in un topo da vari paradigmi di stress come il contenimento e l'emersione idrica) possono promuovere una maggiore permeabilità intestinale. Il meccanismo sottostante sembra essere attraverso l'interruzione delle proteine ​​​​della giunzione stretta lungo lo spazio paracellulare dell'epitelio intestinale. L'interruzione delle giunzioni strette in questi modelli paradigmatici di stress dipende dall'acetilcolina e dal CRH. Questo effetto sulla permeabilità intestinale sembra riprendersi entro 4 giorni nei modelli murini.

Cambiamenti simili sono stati descritti nei modelli umani di stress acuto. Barclay e Turnberg hanno dimostrato per primi che l'assorbimento intestinale di sale e acqua era ridotto nei partecipanti sani in risposta allo stress acuto indotto da un paradigma di stress a breve termine. In questo studio, hanno utilizzato l'ascolto dicotomico come fattore di stress fisiologico, per cui al partecipante viene chiesto di ascoltare due tipi di diversi generi musicali in ciascun orecchio mentre completava un compito mentalmente impegnativo. Si è scoperto che questi cambiamenti fisiologici di assorbimento della funzione di barriera dell'intestino sono mediati da un meccanismo colinergico-dipendente. Gli stessi autori hanno successivamente mostrato effetti simili con il paradigma dello stress fisico del dolore indotto dal freddo in volontari sani. Sebbene i cambiamenti effettivi della permeabilità intestinale non siano stati misurati al momento, un probabile meccanismo di cambiamenti di permeabilità correlati a queste alterazioni nel flusso elettrolitico è attraverso il canale paracellulare claudin-2, che da allora è stato descritto. La configurazione di questo canale è correlata al flusso ionico attraverso l'epitelio intestinale e, pertanto, renderebbe l'epitelio più permeabile nei periodi di flusso elettrolitico. In studi più recenti che utilizzano lo stesso paradigma del dolore da freddo, i cambiamenti nella permeabilità intestinale sono stati messi in parallelo dal rilascio di prodotti di degranulazione dei mastociti, triptasi e istamina. Tali cambiamenti nella permeabilità intestinale indotti dallo stress acuto sono stati imitati dalla somministrazione periferica di CRH e potrebbero essere invertiti dalla somministrazione di stabilizzatori dei mastociti.

Un ruolo chiave per il sistema nervoso parasimpatico nella perturbazione della permeabilità intestinale da grave stress fisiologico è stato derivato dagli effetti della stimolazione del nervo vagale nei modelli animali. La stimolazione del nervo vagale cervicale per 10 minuti prima di dare ai topi una grave ustione li ha protetti dalla perturbazione della barriera intestinale e dall'aumento dell'espressione della proteina acida fibrillare gliale intestinale (FGAP), un marker dell'attivazione gliale del sistema nervoso enterico, in vitro e in vivo. l'effetto era probabilmente, almeno in parte, dovuto a un meccanismo dipendente dal recettore α7 dell'acetilcolina che è stato dimostrato sia nelle cellule epiteliali intestinali in coltura che nelle cellule gliali enteriche. Da allora ulteriori studi hanno supportato questo effetto protettivo della stimolazione del nervo vagale, suggerendo un ruolo per la conservazione del numero di cellule dendritiche nella linfa mesenterica come un altro potenziale meccanismo. meccanismo indotto sull'intestino piuttosto che dipendere da un processo mediato dalla milza poiché l'effetto protettivo si è verificato nei topi splenectomizzati. La stimolazione del sistema nervoso parasimpatico attraverso il nervo vagale sembra quindi svolgere un ruolo protettivo nella modulazione della funzione di barriera intestinale con prove sperimentali che suggeriscono la sua capacità di invertire i cambiamenti indotti dallo stress nella permeabilità intestinale.

Questi risultati sono di notevole interesse dato che l'ultimo decennio ha visto una serie di studi sostenere la teoria della perturbazione della barriera intestinale nella patogenesi dell'IBD. Inoltre, la rilevazione di anticorpi diretti contro antigeni microbici (come 'ASCA' - epitopi di Saccharomyces cerevisiae e Flagellina CBir1) si trovano nel siero dei pazienti prima dello sviluppo di IBD, indicando un'interruzione della funzione di barriera intestinale prima dell'insorgenza della malattia. Inoltre, una predisposizione genetica alla perturbazione della barriera intestinale è considerata un fattore predisponente nello sviluppo di IBD. Dato che sembra che il SNA abbia un ruolo significativo da svolgere nel mantenimento della funzione di barriera intestinale, sarebbe ragionevole concludere che le alterazioni all'interno del SNA in un individuo suscettibile possono, almeno in parte, essere implicate nello sviluppo e nelle riacutizzazioni di IBD.

Diversi marcatori sierologici e urinari sono stati convalidati come strumenti utili per misurare i cambiamenti di permeabilità intestinale in vivo. Questi includono la proteina legante i lipopolisaccaridi (LBP), il CD-14 e la proteina legante gli acidi grassi di tipo intestinale (I-FABP) nel siero, nonché una soluzione a doppio zucchero somministrata per via orale e i suoi sottoprodotti nel siero e nelle urine . CD-14 e LBP solubili fanno parte della via di segnalazione infiammatoria LPS, quindi i loro livelli nel siero hanno dimostrato di essere marcatori oggettivi per l'attivazione immunitaria sistemica e il danno all'epitelio intestinale. I-FABP è una proteina intracellulare espressa nelle cellule epiteliali dello strato mucoso del tessuto dell'intestino tenue e crasso ed è soggetta a perdite nel flusso sanguigno dagli enterociti quando si verifica un danno della mucosa intestinale. Il test del doppio zucchero orale utilizza lattulosio e ramnosio che vengono assorbiti in modo differenziato nell'intestino ed escreti nelle urine. Il rapporto tra lattulosio e ramnosio nelle urine e nel siero può essere utilizzato come misura della permeabilità dell'intestino tenue quando l'urina viene raccolta per due ore dopo l'ingestione della soluzione in esame.

L'effetto terapeutico della stimolazione del nervo vagale nella disfunzione della barriera intestinale è un'importante area di studio in quanto potrebbe portare a un metodo nuovo e poco costoso di trattamento delle condizioni associate alla perturbazione della barriera intestinale. Nell'uomo, il ramo auricolare del nervo vago si trova direttamente sotto la pelle, rendendolo un bersaglio adatto per la stimolazione transcutanea. Un dispositivo di stimolazione del nervo elettrico transcutaneo (TENS) è quindi uno strumento non invasivo adatto per lo studio della stimolazione del nervo vagale transcutaneo (tVNS) per la riduzione della permeabilità intestinale negli esseri umani ed è stato utilizzato in numerosi studi che utilizzano la tecnica del tVNS in nostro laboratorio.

L'ormone di rilascio della corticotropina (CRH) è naturalmente secreto dall'ipotalamo umano sano durante i periodi di stress. Il CRH somministrato per via endovenosa possiede il vantaggio di avere una breve emivita ed è abitualmente utilizzato clinicamente nella diagnosi della sindrome di Cushing. Prove recenti hanno dimostrato che l'iniezione di CRH per via endovenosa aumenta in modo affidabile e significativo la permeabilità intestinale in volontari sani senza effetti avversi significativi. la stimolazione può ridurre il grado di permeabilità intestinale indotta dal CRH.