Azioni biologiche degli acidi grassi a catena corta (SCFAs)

acidi grassi a catena corta (SCFA) e Colon

Costituiscono la principale risorsa energetica della mucosa del colon, in particolare il butirrato (insieme all’amminoacido semi-essenziale glutammina). A livello gastrointestinale inoltre garantiscono il mantenimento dell’integrità della barriera intestinale (combattono la leaky gut syndrome), la produzione di muco e la protezione contro l’infiammazione, riducendo il rischio di cancro colon-rettale.

Grassi idrosolubili

A differenza degli acidi grassi a catena più lunga gli SCFA non sono in grado di formare monogliceridi, digliceridi o trigliceridi e sono solubili in acqua. Per via della loro idrosolubilità molti studiosi non li considerano acidi grassi ma solo acidi carbossilici. Grazie alla loro solubilità gli SCFA non vengono inglobati nei chilomicroni e vengono assorbiti per oltre il 90%. Giungono direttamente al fegato tramite la vena porta dove il propionato è utilizzato come precursore gluconeogenetico. Circolano nel torrente ematico generale giungendo a tutti gli organi. L’acetato è ossidato dalle cellule muscolari a scopo energetico.

SCFA e Sistema nervoso centrale

A livello neurologico stimolano il corretto sviluppo e l’omeostasi del sistema nervoso centrale. Hanno un ruolo attivo nel mantenimento di una sana funzione cerebrale. Hanno un ruolo nella gut-brain comunication (comunicazione intestino-cervello), arrivando perfino a delineare i tratti comportamentali e la funzione cognitiva, ma questi sono concetti avanzati, che la scienza sta ancora cercando di comprendere a fondo.

Leggiamo e riportiamo dalla pagina del dr Roberto Gava

Gli acidi grassi a catena corta (SCFA) sono prodotti dalla fermentazione delle fibre alimentari da parte del microbiota intestinale e, normalmente, la loro concentrazione quantitativa è la seguente:

• acido acetico: 60%
• acido propionico: 25%
• acido butirrico: 10%
• acido valerico: 3%

Questi acidi grassi sono il principale nutrimento delle cellule della parete dell’ultima parte del nostro intestino (intestino crasso), dove svolgono una funzione protettiva e sono fondamentali pure per mantenere normofunzionante il microbiota e per attivare le sue funzioni metaboliche.[1]

Importanza degli acidi grassi a catena corta

A livello generale, gli acidi grassi a catena corta svolgono le seguenti importanti azioni:

• nutrono le cellule della mucosa intestinale (enterociti);
• ostacolano la crescita cellulare e quindi la proliferazione neoplastica (azione svolta in particolare dall’acido butirrico);[2]
• inibiscono la sintesi del glucosio da composti non glucidici (gluconeogenesi);
• modulano la sintesi di insulina e ormoni neuro-endocrini;
• stimolano il sistema nervoso enterico e simpatico;[3]
• aumentano il transito intestinale;[4]
• migliorano l’integrità e la funzione della barriera epiteliale;
• aumentano la produzione di fattori antimicrobici;[5]
• hanno effetti anti-infiammatori, sia direttamente (regolando il rilascio di prostaglandine E2, citochine e chemochine dalle cellule immunitarie), sia
• indirettamente per la loro capacità di sostenere la crescita di specie batteriche protettive, come i Bifidobacterium e i Lactobacillus;[6]
• hanno azioni immunomodulanti a livello degli enterociti (aiutano la maturazione dei monociti in cellule dendritiche e macrofagi);[7]
• promuovono la produzione delle immunoglobuline IgA di difesa delle mucose;[8]
• attivano i linfociti B e accelerano il loro metabolismo per generare più energia necessaria per la sintesi delle IgA;[9]
• controllano l’espressione genica per la sintesi di molecole necessarie per la differenziazione dei linfociti B plasmatici;[10]
• aumentano il flusso sanguigno del colon e l’assorbimento intestinale di acqua ed elettroliti (effetto antidiarroico);[11]
• aiutano a tenere nei valori normali glicemia, resistenza all’insulina e peso corporeo.

Effetti dell’acido acetico

I batteri acetatici sono quelli che producono l’acetato (sale dell’acido acetico), che riduce i livelli di colesterolo, specie nei soggetti obesi, e contribuisce a ridurre la glicemia nei diabetici.[12]

Effetti dell’acido butirrico

I batteri butirrici sono quelli che producono il butirrato (sale dell’acido butirrico), che è uno dei più importanti acidi grassi a catena corta, perché è coinvolto in molte essenziali funzioni biologiche:[13]

• regolazione del consumo di energia;
• regolazione della funzione immunitaria;
• regolazione della crescita cellulare;
• ostacolo delle capacità proliferative dei germi patogeni;
• proprietà antinfiammatorie;
• modulazione delle funzioni delle cellule endocrine;
• modulazione delle funzioni delle cellule neuronali enteriche;
• modulazione dell’apoptosi delle cellule della mucosa intestinale.

Effetti dell’acido propionico

I batteri propionici sono invece i batteri che producono il propionato (sale dell’acido propionico), un altro importante acido grasso a catena corta che è elettivo specialmente dei Bifidobacterium.

Il propionato esercita un ruolo benefico nella regolazione dei batteri intestinali e nel transito digestivo stimolando selettivamente la crescita della flora batterica bifida (particolarmente frequente nei neonati) e quindi favorendo specificatamente la crescita dei batteri commensali dominanti a scapito di quelli patogeni.

Tra gli effetti dei batteri propionici ricordiamo essenzialmente i seguenti:

• produzione di batteriocine (cioè di proteine bioattive di origine batterica dotate di attività antimicrobica);[14]
• secrezione di composti antimicotici;[15]
• secrezione di composti antivirali;[16]
• sintesi di vitamine: vitamina B8 (biotina), vitamina B9 (acido folico) e vitamina B12 (cobalamina);[17]
• produzione di acido linoleico coniugato (grasso polinsaturo omega-6);[18]
• stimolazione della crescita degli altri batteri commensali;[19]
• riduzione dell’adesione dei batteri patogeni al muco che ricopre la mucosa intestinale;[20]
• capacità di aggregarsi ai batteri patogeni bloccandoli;[21]
• azione antinfiammatoria (inibizione della IL-12 e stimolazione della IL-10);[22]
• riduzione dell’obesità;[23]
• aumento della sensibilità all’insulina;[24]
• azione preventiva e protettiva contro le patologie oncologiche grazie alle sue proprietà pro-apoptotiche.[25]

Effetti dell’acido valerico

Dell’acido valerico (detto anche acido valerianico o acido pentanoico) sappiamo poco. È un acido grasso a catena corta con una struttura simile all’acido gamma-idrossibutirrico e all’acido gamma-amminobutirrico (il GABA, un famoso neurotrasmettitore). È contenuto nelle radici dell’eliotropo da giardino e nella pianta della valeriana (Valeriana officinalis), da cui ne deriva il nome.

Recenti studi scientifici hanno dimostrato che i polisaccaridi (β-glucani) dei funghi medicinali vengono degradati dalla flora batterica con conseguente aumentata produzione intestinale di acidi grassi a catena corta e specialmente di acido butirrico,[26] potendo quindi contribuire concretamente ad ottenere tutti i benefici che abbiamo appena elencato.

Per un approfondimento di questo argomento, rinvio al mio articolo: “Malattie infiammatorie intestinali: cause, evoluzione clinica e l’aiuto micoterapico”.

Bibliografia

1. Pryde, S. E., Duncan, S. H., Hold, G. L., Stewart, C. S. & Flint, H. J. The microbiology of butyrate formation in the human colon. FEMS Microbiol. Lett. 217, 133–9 (2002).
2. Avivi-Green, C., Polak-Charcon, S., Madar, Z. & Schwartz, B. Apoptosis cascade proteins are regulated in vivo by high intracolonic butyrate concentration: correlation with colon cancer inhibition. Oncol. Res. 12, 83–95 (2000).
3. Di Mauro, A. et al. Gastrointestinal function development and microbiota. Ital. J. Pediatr. 39, 15 (2013).
4. Yano, J. M. et al. Indigenous bacteria from the gut microbiota regulate host serotonin biosynthesis. Cell 161, 264–76 (2015).
5. He J, Zhang P, Shen L, Niu L, Tan Y, Chen L, et al. Short-chain fatty acids and their association with signalling pathways in inflammation, glucose and lipid metabolism. Int J Mol Sci. (2020) 21:6356.
6. Delcenserie, V. et al. Immunomodulatory effects of probiotics in the intestinal tract. Curr. Issues Mol. Biol. 10, 37–54 (2008).
7. Maslowski, K. M. et al. Regulation of inflammatory responses by gut microbiota and chemoattractant receptor GPR43. Nature 461, 1282–6 (2009).
8. Nishimoto Y, Kawai J, Mori K, Hartanto T, Komatsu K, Kudo T, Fukuda S. Dietary supplement of mushrooms promotes SCFA production and moderately associates with IgA production: A pilot clinical study. Front Nutr. 2023 Jan 9;9:1078060.
9. Kim M, Qie Y, Park J, Kim C. Gut microbial metabolites fuel host antibody responses. Cell Host Microbe. (2016) 20:202–14.
10. Kim M, Qie Y, Park J, Kim C. Gut microbial metabolites fuel host antibody responses. Cell Host Microbe. (2016) 20:202–14.
11. Topping, D. L. & Clifton, P. M. Short-chain fatty acids and human colonic function: roles of resistant starch and nonstarch polysaccharides. Physiol. Rev. 81, 1031–64 (2001).
12. Sakakibara, S., Yamauchi, T., Oshima, Y., Tsukamoto, Y. & Kadowaki, T. Acetic acid activates hepatic AMPK and reduces hyperglycemia in diabetic KK-A(y) mice. Biochem. Biophys. Res. Commun. 344, 597–604 (2006).
13. Nie, P. et al. Gut microbiome interventions in human health and diseases. Med. Res. Rev. 39, 2286–2313 (2019).
14. Morata de Ambrosini, V., Gonzalez, S., de Ruiz Holgado, A. P. & Oliver, G. Study of the morphology of the cell walls of some strains of lactic acid bacteria and related species. J. Food Prot. 61, 557–62 (1998).
15. Kirjavainen, P. V, ElNezami, H. S., Salminen, S. J., Ahokas, J. T. & Wright, P. F. Effects of orally administered viable Lactobacillus rhamnosus GG and Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii JS on mouse lymphocyte proliferation. Clin. Diagn. Lab. Immunol. 6, 799–802 (1999).
16. Adams, M. C., Lean, M. L., Hitchick, N. C. & Beagley, K. W. The efficacy of Propionibacterium jensenii 702 to stimulate a cell-mediated response to orally administered soluble Mycobacterium tuberculosis antigens using a mouse model. Lait 85, 75–84 (2005).
17. Kukkonen, K. et al. Long-term safety and impact on infection rates of postnatal probiotic and prebiotic (synbiotic) treatment: randomized, double-blind, placebo-controlled trial. Pediatrics 122, 8–12 (2008).
18. Myllyluoma, E., Ahonen, A.-M., Korpela, R., Vapaatalo, H. & Kankuri, E. Effects of multispecies probiotic combination on helicobacter pylori infection in vitro. Clin. Vaccine Immunol. 15, 1472–82 (2008).
19. Mazidi, M., Rezaie, P., Ferns, G. A. & Vatanparast, H. Impact of probiotic administration on serum C-reactive protein concentrations: Systematic review and meta-analysis of randomized control trials. Nutrients vol. 9 (2017).
20. Uchida, M., Mogami, O. & Matsueda, K. Characteristic of milk whey culture with Propionibacterium freudenreichii ET-3 and its application to the inflammatory bowel disease therapy. Inflammopharmacology 15, 105–8 (2007).
21. Lyra, A. et al. Effect of a multispecies probiotic supplement on quantity of irritable bowel syndrome-related intestinal microbial phylotypes. BMC Gastroenterol. 10, 110 (2010).
22. Weber, T. E. & Kerr, B. J. Butyrate differentially regulates cytokines and proliferation in porcine peripheral blood mononuclear cells. Vet. Immunol. Immunopathol. 113, 139–47 (2006).
23. Lin, H. V et al. Butyrate and propionate protect against diet-induced obesity and regulate gut hormones via free fatty acid receptor 3-independent mechanisms. PLoS One 7, e35240 (2012).
24. Gao, Z. et al. Butyrate improves insulin sensitivity and increases energy expen¬diture in mice. Diabetes 58, 1509–17 (2009).
25. Ichikawa, M., Sujino, T. & Kanai, T. [The Relationship between Gut Microbiome, Immune System, and Cancer]. Gan To Kagaku Ryoho. 46, 1807–1813 (2019).
26. Nishimoto Y, Kawai J, Mori K, Hartanto T, Komatsu K, Kudo T, Fukuda S. Dietary supplement of mushrooms promotes SCFA production and moderately associates with IgA production: A pilot clinical study. Front Nutr. 2023 Jan 9;9:1078060.

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Leggi anche

Asse intestino cervello, una review sul ruolo degli acidi grassi a catena corta

Fermetazioni vantaggiose: il ruolo degli SCFAs

Gli acidi grassi a catena corta (SCFAs) sono molecole sature composte da una catena di tipo alifatico, lineare o ramificata, formata da un numero di atomi di carbonio inferiore a 6. La particolare struttura chimica che li caratterizza ne determina alcune particolarità, fra cui la parziale solubilità in acqua, consentita dalla brevità dei residui alifatici. 

Gli SCFAs sono metaboliti provenienti dalla fermentazione delle fibre alimentari da parte dei batteri del microbiota intestinale che esercitano un’azione multidirezionale sui sistemi immunitario, endocrino e nervoso. In particolare, svolgono un ruolo di importanza centrale nella comunicazione bidirezionale fra intestino e cervello (1. 2. 3). 

Pur non essendo ancora chiare le modalità, è noto che l’azione degli SCFAs influenza la risposta allo stress, le emozioni e il pensiero e che la loro supplementazione genera effetti sulla funzione psichica e sui disturbi neuropsichiatrici. Al netto della necessità di ulteriori e più approfonditi studi, questo aspetto potrebbe essere sfruttato per supportare la terapia di alcuni disturbi psicologici (1. 4). 

Gli acidi grassi a catena corta vengono assorbiti come tali attraverso la parete intestinale, prevalentemente mediante carrier apicali come il trasportatore monocarbossilato-1 (MCT1) e il trasportatore monocarbossilato-1 accoppiato al sodio (SMCT1) presenti nelle cellule del rivestimento mucosale. Dalla circolazione sanguigna vengono convogliati a diversi organi, fra cui il cervello.

Acetato, propionato e butirrato rappresentano il 90-95% degli SCFAs presenti nel colon (5). 

Le fonti alimentari da cui provengono questi composti sono limitate quasi esclusivamente alla fibra alimentare solubile, a partire dalla quale vengono prodotti attraverso reazioni di fermentazione da parte della popolazione microbica presente nel colon. Molto più limitatamente derivano dalla digestione delle proteine. Complessivamente, le quantità di SCFAs sintetizzate possono raggiungere le 600 mmol/giorno circa (2. 6). 

I principali substrati fermentabili sono rappresentati dall’amido resistente, dai polisaccaridi non amidacei, dai frutto-oligosaccaridi e dagli zuccheri (7. 8). 

La fermentazione dei prebiotici, in particolare dei FOS, promuove significativamente la replicazione microbica, soprattutto per quanto riguarda i Bifidobacterium spp., responsabili della limitazione delle reazioni di putrefazione e del contenimento nella presenza di patogeni (9).  

La fermentazione dei carboidrati viene realizzata nell’intestino secondo diversi percorsi: la via Embden-Meyerhof-Parnas è la più impiegata da Lactobacillus spp. e Bacteroides spp.

Tale reazione porta all’ottenimento di SCFAs, ammoniaca, amine e fenoli, liberando idrogeno e anidride carbonica gassosi ed energia. A differenza dell’idrogeno che deriva da altre reazioni di fermentazione, quello che si viene a formare nel corso della sintesi degli SCFAs non si accumula nel colon, ma viene escreto rapidamente con l’aria espirata e con i flati (9. 10). 

Tutte queste osservazioni potrebbero essere complessivamente utili ai fini della progettazione di una supplementazione mirata.  

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Psyllium Husk – una fibra con importanti proprietà

La chiave per sconfiggere l’Obesità è il Microbiota?

Prebiotici

Alcuni tipi di fibre sono più efficaci di altri nell’aumentare la produzione di acidi grassi a catena corta nel colon ^{3, 4}.

Alcune di queste fibre sono disponibili in forma isolata attraverso gli integratori:

• Inulina: ne contengono quantità importanti carciofi, aglio, topinambur, porri, cipolle, frumento, segale e asparagi.
• Fruttooligosaccaridi (FOS): i FOS si trovano in vari frutti e verdure, tra cui banane, cipolle, aglio e asparagi.
• Amido resistente: è contenuto in alimenti come cereali, orzo, riso, fagioli, banane verdi, legumi e patate; aumenta notevolmente quando questi alimenti vengono cotti e poi raffreddati.
• Pectina: buone fonti di pectina includono mele, albicocche, carote e arance.
• Arabinoxilani: si trovano nei chicchi dei cereali; ad esempio, è la fibra più comune nella crusca di frumento.
• Gomma di guar: la gomma di guar può essere estratta dai fagioli di guar (Cyamopsis tetragonoloba), che sono legumi.

La fermentazione delle fibre prebiotiche nel colon produce acidi grassi saturi a corta catena (SCFA), in particolare acido butirrico, acido acetico e acido propionico.

Questi acidi grassi rappresentano il principale substrato energetico per le cellule che costituiscono la mucosa del colon, di cui contribuiscono a mantenere l’integrità funzionale.

I principali benefici per la salute dell’acido butirrico e degli altri SCFA dipendono proprio dalla capacità di fornire energia alle cellule del colon.

Perché la Salute della Mucosa Intestinale è Importante

La mucosa intestine presenta numerosissime estroflessioni a forma di dita, note come villi intestinali, importantissime per aumentare la superficie assorbente dell’organo.

Le cellule che compongono i villi intestinali sono a loro volta dotate di estroflessioni digitiformi chiamate microvilli; inoltre, è importante segnalare la stretta coesione tra queste cellule.

Nella mucosa intestinale, le cellule dell’epitelio (strato più esterno) risultano strettamente unite le une alle altre da tight junctions e desmosomi.

Queste “giunzioni serrate” hanno lo scopo di sigillare lo spazio intercellulare, in modo da impedire la penetrazione di sostanze indesiderate e la fuoriuscita di quelle utili che sono appena state assorbite.

In una mucosa intestinale sofferente, possono crearsi delle brecce (aumento della permeabilità) e attraverso queste aperture possono penetrare nell’organismo proteine dal forte potenziale antigenico, tossine e patogeni.

Una mucosa intestinale efficace e sana rappresenta quindi un presupposto fondamentale per la buona salute non solo dell’intestino, ma dell’intero organismo.

In effetti, numerose ricerche scientifiche hanno chiamato in causa le alterazioni della mucosa intestinale e della flora batterica locale per spiegare l’origine di svariate patologie intestinali ed extraintestinali.

Tra queste malattie rientrano sindrome del colon irritabile, malattie infiammatorie intestinali, allergie alimentari, intolleranze specifiche, asma, malattie autoimmuni, obesità, sindrome metabolica, atopia e allergie di varia natura.

Benefici, Studi, Proprietà dell’acido butirrico

Il butirrato esercita effetti potenziali su una varietà di funzioni della mucosa del colon, come l’inibizione dell’infiammazione e della carcinogenesi, rinforzando la barriera intestinale e riducendo lo stress ossidativo.

Inoltre, il butirrato può promuovere la sazietà.

Malattie Infiammatorie intestinali

A causa delle sue proprietà anti-infiammatorie, il butirrato è potenzialmente utile per trattare la colite ulcerosa e la malattia di Crohn, che sono i due principali tipi di malattia infiammatoria intestinale.

Studi sui topi hanno dimostrato che gli integratori di butirrato riducono l’infiammazione intestinale e che gli integratori di acetato hanno benefici simili.

Inoltre, livelli più bassi di acidi grassi a catena corta sono stati collegati a un peggioramento della colite ulcerosa ^{6, 7}.

Anche gli studi sull’uomo suggeriscono che gli acidi grassi a catena corta, specialmente il butirrato, possono migliorare i sintomi della colite ulcerosa e del morbo di Crohn ^{8, 9, 10, 11}.

• Uno studio condotto su 22 pazienti ha rilevato che il consumo di 60 grammi di crusca d’avena (corrispondente a 20 g di fibre alimentari), ogni giorno per 3 mesi ha aumentato la concentrazione di butirrato fecale del 36% e ha migliorato i sintomi della colite ulcerosa ⁸.
• In un altro piccolo studio, i ricercatori hanno dato a 13 pazienti con malattia di Chron 4 grammi di acido butirrico al giorno per 8 settimane. Alla fine del, 9 dei 13 partecipanti avevano migliorato i sintomi della malattia ⁹.
• Nei pazienti con colite ulcerosa, un clistere di acidi grassi a catena corta, due volte al giorno per 6 settimane, ha contribuito a ridurre i sintomi del 13% ¹².
• In uno studio su 13 persone con morbo di Crohn, i pazienti che hanno assunto integratori di butirrato e mesalazina sono migliorati nel 69% dei casi, mentre il 54% (sette partecipanti) ha ottenuto una remissione completa ¹¹. Nel gruppo “sola mesalazina” le percentuali di miglioramento e remissione completa sono state entrambe del 50%.

In generale, è stato scoperto che le diete butirrogeniche – compresi gli alimenti a base di orzo germinato e crusca d’avena – aumentano le concentrazioni di butirrato fecale e riducono l’indice di attività della malattia sia nei modelli animali che nei pazienti con malattie infiammatorie intestinali. Tuttavia, il clistere di butirrato ha mostrato effetti contrastanti ^12a.

Elenco Fibre prebiotiche