Prebiotici (Prugne Secche) e Funzione Immunitaria nelle Donne in Postmenopausa

Ogni anno negli Stati Uniti, circa 2 milioni di donne (~6.000 donne ogni giorno) raggiungono la fase critica dell'invecchiamento riproduttivo femminile nota come menopausa. La menopausa è caratterizzata dalla cessazione permanente delle mestruazioni e dalla perdita dell'attività follicolare ovarica causata dal declino del 17β-estradiolo (cioè, carenza di estrogeni). Tra le donne americane, l'età mediana della menopausa è di 51 anni [1]. Considerando un'aspettativa di vita attuale di 80,5 anni, le donne in questo paese possono aspettarsi di trascorrere fino a un terzo della loro vita in questa fase postmenopausale.

L'impatto della diminuzione del 17β-estradiolo sulla funzione delle cellule immunitarie, in particolare su alcune popolazioni di cellule T, è diventato il fulcro di molte ricerche sulla salute femminile. È ampiamente accettato che dopo la menopausa le donne mostrano un aumento significativo del rischio di malattie croniche, inclusi tumori ginecologici e mammari, malattie autoimmuni, malattie cardiovascolari e osteoporosi. In termini di salute ossea, che è il focus del lavoro del nostro laboratorio, le donne in postmenopausa hanno una probabilità 4 volte maggiore di fratture rispetto alle donne in premenopausa (età 20-50 anni). Inoltre, 1 donna su 3 oltre i 50 anni subirà una frattura osteoporotica. Il declino del 17β-estradiolo che si verifica con la menopausa è accompagnato da cambiamenti immunologici nelle cellule T effettrici di differenziazione (CD)4+, in particolare un aumento delle cellule T helper che esprimono la citochina pro-infiammatoria, interleuchina (IL)-17 (cioè, cellule Th17) rispetto alle cellule T regolatorie (Treg) immunosoppressive. Le cellule Th17 sono promotori altamente potenti dell'osteoclastogenesi e accelerano il riassorbimento osseo che si verifica nella carenza di estrogeni. Al contrario, il ruolo osteoprotettivo delle Treg, che si dice diminuiscano o rimangano invariate con la menopausa, è meno chiaro negli esseri umani oltre le loro proprietà antinfiammatorie. Di conseguenza, è l'aumento delle cellule Th17 il principale determinante dell'alterato rapporto Treg/Th17 che viene riportato in risposta al calo degli estrogeni e ha un ruolo centrale nella fisiopatologia dell'osteoporosi postmenopausale.

Recenti evidenze hanno rivelato che il microbiota intestinale è un regolatore critico di questa risposta osteoimmunologica (cioè, delle cellule T); stabilendo così l'asse intestino-osso come un bersaglio valido per prevenire la perdita ossea indotta da carenza di estrogeni. Studi clinici hanno dimostrato che l'utilizzo di probiotici e prebiotici per alterare il microbiota intestinale ha effetti benefici sul metabolismo osseo e minerale. In modelli animali di osteoporosi postmenopausale, probiotici e prebiotici aumentano i metaboliti di origine intestinale (ad esempio, acidi grassi a catena corta (SCFA)), programmano risposte immunitarie più tollerogeniche o antinfiammatorie, prevenendo al contempo la perdita ossea. L'ampio lavoro del nostro laboratorio sulle prugne secche e la loro capacità unica non solo di prevenire, ma anche di invertire la perdita ossea in modelli animali, ha rivelato che migliora la funzione delle cellule T ex vivo e che sia i suoi componenti polifenolici che quelli carboidrati contribuiscono alla sua attività prebiotica. Questi risultati combinati con forti evidenze provenienti da tre studi clinici separati supportano la capacità delle prugne secche di prevenire la perdita ossea postmenopausale [1-3] le rendono un eccellente candidato prebiotico per testare se questi cambiamenti immunitari mediati dall'intestino osservati nei modelli animali si traducono in soggetti umani.

Oltre ai cambiamenti legati all'età negli estrogeni, altri fattori che influenzano la biologia delle cellule T delle donne in postmenopausa (ad esempio, lo stato della vitamina D) potrebbero aggravare ulteriormente il loro rischio di osteoporosi. Tra le donne statunitensi di età compresa tra 51 e 70 anni, il 28% è insufficiente in vitamina D e il 10% è carente di vitamina D secondo le linee guida dell'Institute of Medicine. Sebbene la vitamina D sia nota per il suo ruolo nella salute scheletrica, continuano ad emergere evidenze delle sue importanti funzioni extrascheletriche. Il 1,25-(OH)2D3 inibisce simultaneamente la cellula Th17 pro-infiammatoria e aumenta il numero e la funzione della cellula Treg antinfiammatoria. Inoltre, l'influenza della vitamina D sulla funzione immunitaria è stata recentemente collegata, sebbene indirettamente, al microbiota intestinale. Pertanto, le donne in postmenopausa che hanno uno stato di vitamina D compromesso potrebbero affrontare un rischio ancora maggiore di patologie mediate da cellule T (ad esempio, malattie autoimmuni e osteoporosi), il che sottolinea ulteriormente l'importanza di mirare al microbiota intestinale.

L'obiettivo di questo studio è comprendere come l'integrazione alimentare con prugne secche, un alimento con attività prebiotica, influisca sulle cellule T effettrici (cioè, Th17 e Treg) e sulla loro funzione; ed esplorare se lo stato della vitamina D dell'ospite altera questa risposta. Le domande fondamentali da affrontare sono: 1) se l'integrazione della dieta con prugne secche influisce sulla funzione immunitaria (cioè, sulle cellule T effettrici); 2) se i risultati dei nostri studi preclinici che dimostrano che il microbiota intestinale è un bersaglio per contrastare i cambiamenti delle cellule T associati alla carenza di estrogeni si traducono in donne in postmenopausa; e 3) se lo stato della vitamina D dell'ospite influenza la risposta a questo prebiotico.

Per realizzare ciò, recluteremo donne sane in postmenopausa, di età compresa tra 60 e 75 anni, per partecipare a uno studio randomizzato incrociato di controllo con e senza prugne secche. Prevediamo di arruolare n=30 donne. I volontari idonei completeranno 5 visite di studio presso il Clinical Research Center dell'IU Health University Hospital. Alla Visita 1, i volontari saranno sottoposti a screening per assicurarsi che siano idonei a partecipare e dopo aver dato il consenso informato, saranno sottoposti a misurazioni antropometriche, una scansione della densità ossea basale e valutazioni della funzione fisica. Prima della Visita 2 e di tutte le visite successive, i partecipanti raccoglieranno campioni di feci e inseriranno il loro record dietetico di 3 giorni nel sistema Automated Self-administered 24-hour (ASA24).

Le visite di studio primarie (Visite 2-5) sono divise in due bracci (ciascuno della durata di 4 settimane con 1 settimana di run-in) e un periodo di washout (2-4 settimane). Alla Visita 2, i partecipanti saranno quindi assegnati casualmente al Braccio A (con intervento di prugne secche) o al Braccio B (senza intervento di prugne secche) utilizzando un elenco generato al computer di numeri casuali. Quando i partecipanti sono nel Braccio A, verranno fornite istruzioni sul protocollo di run-in e su come incorporare le prugne secche nella dieta (50 g/giorno o 5-6 prugne secche al giorno). I partecipanti registreranno la quantità e l'orario del giorno in cui vengono consumate le prugne secche e restituiranno qualsiasi prodotto rimanente. Il personale dello studio fornirà le prugne secche in confezioni snack gratuitamente. Si noti che le confezioni snack sono fornite dal California Prune Board. Alla Visita 3, i partecipanti completeranno la raccolta di dati e campioni come descritto per la Visita 2 e poi inizieranno il periodo di washout. La Visita 4 sarà programmata dopo il periodo di washout e le stesse procedure descritte nella Visita 3 saranno ripetute con crossover al secondo braccio. Alla Visita 5 (visita finale), i partecipanti completeranno la raccolta di dati e campioni.

Alle Visite 2-5, i partecipanti completeranno anche questionari sull'attività fisica e l'esposizione al sole. Forniranno un campione di sangue e aggiorneranno il personale dello studio su eventuali cambiamenti nel loro stato di salute. Durante entrambi i bracci dello studio, i partecipanti valuteranno le proprie abitudini intestinali su base giornaliera.