Urolitiasi calcica idiopatica e microbiota intestinale: quale relazione? Risultati di uno studio osservazionale condotto con tecniche metagenomiche di ultima generazione

Abstract

Background – Negli ultimi anni specifiche alterazioni della composizione del microbiota intestinale umano sono state messe in relazione a numerose patologie, non solo del tratto gastroenterico. Tra queste si annovera anche la calcolosi renale calcica idiopatica. Alcuni studi, condotti con tecniche microbiologiche specie-specifiche, hanno suggerito che i soggetti con calcolosi calcica abbiano una minor rappresentazione intestinale di Oxalobacter formigenes, un batterio con spiccata capacità di degradazione dell’ossalato. Tuttavia, nessuno studio ha analizzato in modo approfondito, utilizzando tecniche non-colturali di ultima generazione, la composizione globale del microbiota fecale di soggetti calcolotici, anche alla luce del fatto che altri batteri, oltre ad Oxalobacter, potrebbero essere coinvolti nella degradazione dell’ossalato. Obiettivo della tesi – L’obiettivo primario di questa tesi è quello di confrontare la composizione del microbiota fecale di un gruppo di soggetti con calcolosi calcica idiopatica e un gruppo di controlli non calcolotici, utilizzando tecniche metagenomiche di ultima generazione (16S rRNA microbial profiling e shotgun metagenomics). Materiali e metodi – Sono stati arruolati 52 soggetti affetti da calcolosi calcica idiopatica recidivante (31 M, 21 F, età 48 ± 11) e 48 controlli non calcolotici (28 M, 20 F, età 47 ± 13). Ogni soggetto è stato sottoposto a valutazione clinico-anamnestica, profilo di rischio litogeno urinario su urine delle 24 ore (18 parametri urinari, tra cui calciuria e ossaluria) e valutazione delle abitudini alimentari mediante questionario food-frequency EPIC. Inoltre, ogni partecipante ha fornito un campione di feci che è stato successivamente analizzato mediante 16S rRNA microbial profiling per la determinazione di biodiversità e variabilità inter-individuale, identificazione tassonomica dei batteri presenti a livello di genere e, quando possibile, di specie, e determinazione della loro abbondanza relativa. Su 10 campioni fecali selezionati casualmente (5 calcolotici e 5 controlli) è stata poi effettuata un’analisi di deep shotgun metagenomics sequencing, per verificare l’espressione nel microbiota fecale delle principali classi di geni batterici, con un particolare focus sui geni codificanti per enzimi degradanti l’ossalato. I parametri clinici, laboratoristici urinari, nutrizionali e microbiologici (alfa-diversità, abbondanza relativa di singoli taxa, espressione di geni o gruppi di geni batterici) sono stati confrontati tra calcolotici e controlli con i test di Mann-Whitney, covariance ed analisi della varianza. Le variabili cliniche, laboratoristiche urinarie e nutrizionali significativamente diverse tra calcolotici e controlli sono state considerate come fattori di confondimento nei modelli multivariati di analisi della varianza applicati ai parametri microbiologici. Infine, la correlazione tra parametri microbiologici e escrezione urinaria di ossalato è stata testata mediante il test di Pearson. Risultati – Dal punto di vista clinico-laboratoristico e nutrizionale, i 52 calcolotici hanno mostrato avere una maggiore escrezione urinaria di calcio (262 ± 111 vs 169 ± 85 mg/24 h, p<0.001) e ossalato (29 ± 11 vs 25 ± 8 mg/24 h, p=0.049), un maggior volume urinario, una minore escrezione urinaria di fosfato e un minor intake dietetico di calcio rispetto ai 48 controlli. A livello del microbiota intestinale, i calcolotici hanno mostrato avere una minore biodiversità (numero di Operational Taxonomic Units 1460 ± 363 vs 1658 ± 297, p=0.046 corretta per età, sesso e parametri urinari e nutrizionali diversi tra i due gruppi), mentre la variabilità inter-individuale è risultata simile tra i due gruppi, senza evidenti cluster nella composizione del microbiota. I calcolotici hanno mostrato, rispetto ai controlli, una maggiore deplezione di numerosi taxa, tra cui Klebsiella, Enterococcus e Bifidobacterium. Tuttavia, ad un’analisi multivariata, tale deplezione è risultata indipendente dalle covariate solo per 6 taxa (Actinomyces, Dorea, Enterobacter, Faecalibacterium, Howardella, Succinivibrio). Viceversa, il microbiota dei calcolotici è risultato significativamente più ricco di Bacteroides e Acidaminococcus. L’abbondanza relativa di 13 taxa è risultata significativamente correlata all’escrezione urinaria di ossalato. Infine, l’analisi di deep shotgun metagenomics sequencing ha evidenziato come nei soggetti calcolotici, rispetto ai controlli, esista un’espressione significativamente inferiore, a livello del microbiota intestinale, di geni coinvolti nella degradazione dell’ossalato. L’espressione di questi geni, e l’abbondanza relativa dei batteri che li esprimono, è risultata correlata in modo significativo con l’escrezione urinaria di ossalato. Conclusioni – Rispetto ai controlli non calcolotici, i soggetti affetti da calcolosi calcica idiopatica sembrano presentare una maggiore disbiosi a livello del microbiota fecale, con minore espressione di batteri che esprimono geni coinvolti nella degradazione dell’ossalato, in modo indipendente da parametri metabolici urinari e nutrizionali. Il microbiota intestinale potrebbe quindi essere implicato nella fisiopatologia della calcolosi renale in modo più complesso rispetto alla semplice azione ossalato-degradante del solo Oxalobacter formigenes.