Estudian la interacción entre la microbiota intestinal y los ritmos circadianos en el desarrollo de patologías metabólicas

La mayoría de los organismos han desarrollado el sistema de reloj circadiano para adaptarse a los ciclos ambientales diarios, impulsando oscilaciones periódicas de comportamiento y fisiológicas. Los ritmos circadianos (exhiben una periodicidad de 24 h) son vitales para casi todas las formas de vida debido a la coordinación de procesos fisiológicos cruciales en la mayoría de los organismos. 

El reloj circadiano endógeno se sincroniza con señales externas a través del horario de los alimentos, el tipo de comida o bebida, el ejercicio y la temperatura. Por lo tanto, varios factores, incluido el desfase horario, el trabajo por turnos, la luz nocturna, comer tarde en la noche, los alimentos ricos en calorías y los polimorfismos o el comportamiento de los genes, alteran los ritmos circadianos. Además, la alteración del sistema circadiano de la microbiota intestinal del huésped, causada por factores genéticos, dietéticos o ambientales, está relacionada con una mayor incidencia de enfermedades y condiciones patológicas agravadas. 

Cabe destacar que la microbiota intestinal exhibe patrones de reloj circadiano distintivos, lo que genera oscilaciones en mediadores metabólicos críticos que se integran con el ritmo circadiano del huésped, contribuyendo así a la homeostasis metabólica. Las alteraciones en los ritmos circadianos de la microbiota intestinal perjudican el metabolismo y el equilibrio energético del huésped, lo que provoca el síndrome metabólico. Estudios recientes han destacado la compleja relación entre los ritmos circadianos y la microbiota. 

En este contexto, una nueva revisión sistemática tuvo como objetivo explorar las interacciones entre la microbiota intestinal, los ritmos circadianos del huésped y el metabolismo lipídico.

Relojes circadianos

En los mamíferos, el sistema circadiano es una red de relojes circadianos dirigida por el reloj maestro en el núcleo supraquiasmático (NSQ) del hipotálamo. Este reloj maestro es responsable de sincronizar o sincronizar los relojes periféricos ubicados en diversos tejidos, como el corazón, el hígado, el tracto gastrointestinal, el tejido adiposo y el páncreas, orquestando así los ritmos conductuales y humorales en todo el organismo. 

El NSQ, al recibir señales ambientales, controla centralmente el ritmo circadiano del huésped e influye en los tejidos periféricos mediante señales nerviosas y hormonas. La mayoría de los tejidos y órganos periféricos en el cuerpo de los mamíferos también expresan los genes y proteínas del reloj equivalentes a los presentes en el NSQ. 

Los factores exógenos afectan la oscilación circadiana de la microbiota del huésped

Los factores exógenos, que abarcan señales ambientales y estímulos externos, ejercen una profunda influencia en la oscilación circadiana de los microbios intestinales. Estos factores externos no solo modulan el tiempo, sino que también determinan la intensidad de la actividad microbiana, moldeando así profundamente la dinámica de la comunidad microbiana dentro del huésped. 

Entre los factores exógenos fundamentales que afectan la oscilación circadiana, la luz sirve como una señal vital para numerosos organismos, incluidos los microbios, en la sincronización de los relojes internos. La mera presencia o ausencia de luz inicia cascadas moleculares específicas dentro de los microbios, lo que resulta en alteraciones en sus procesos metabólicos y patrones de expresión génica. 

Además, las fluctuaciones diurnas anormales en la microbiota y la disbiosis también son impulsadas por patrones relacionados con la dieta. Se ha demostrado que la dieta habitual, la alimentación restringida en el tiempo, las comidas a altas horas de la noche, los cambios rápidos en la composición de grasas y fibras de la dieta y el consumo de fibra y otros componentes alimentarios no digeribles afectan la composición, la función y la oscilación de la ritmicidad de la microbiota intestinal. 

Ayuno intermitente

El momento de la ingesta de alimentos afecta los ritmos circadianos, que regulan los procesos fisiológicos clave esenciales para la salud humana. Actualmente, se estudian ampliamente tres tipos de ayuno intermitente: ayuno de día completo, ayuno en días alternos y alimentación con restricción de tiempo. Los autores comentan que la alimentación restringida en el tiempo restaura parcialmente las fluctuaciones cíclicas de los microbios intestinales, proporcionando así protección contra la obesidad y los trastornos metabólicos. 

“Por ejemplo, una dieta alta en grasas restringida en el tiempo exhibió ritmos circadianos distintos en las abundancias de Bacteroidetes y Firmicutes. Además, los ratones sometidos a una dieta alta en grasas restringida en el tiempo exhibieron una ganancia de peso significativamente reducida, una disminución de la esteatosis hepática y concentraciones más bajas de triglicéridos hepáticos”, explican. 

El mecanismo, según los investigadores, “puede deberse a que la alimentación restringida en el tiempo altera los microbios intestinales y los ritmos circadianos moleculares asociados con el metabolismo lipídico hepático”. Del mismo modo, “la alimentación restringida en el tiempo puede reducir la obesidad y los riesgos metabólicos al influir en los genes del reloj circadiano y el microbioma intestinal”. 

Por su parte, las dietas ricas en grasas tienen el potencial de afectar el ritmo circadiano de la microbiota intestinal al alterar los patrones de expresión rítmica de los genes del reloj hepático y del tejido adiposo, además de influir en los genes metabólicos posteriores. “En respuesta a las dietas ricas en grasas, la microbiota intestinal afectó el metabolismo lipídico hepático, principalmente al activar la señalización de PPARγ dentro del ritmo circadiano del huésped”, exponen. “Esto sugiere que una dieta por sí sola es insuficiente para producir cambios en los ritmos circadianos del huésped a menos que esté acompañada de una microbiota intestinal funcional”. 

En particular, las alteraciones del ritmo circadiano también pueden contribuir al desarrollo de la obesidad. Específicamente, la ingesta calórica excesiva no solo contribuye a la obesidad, sino que también “realinea los ritmos circadianos de los órganos periféricos, como el hígado y el tejido adiposo, lo que exacerba aún más la obesidad”. 

“Esto implica además que la microbiota intestinal exhibe oscilaciones diurnas tanto en composición como en función, fluctuaciones que están reguladas por la composición de nutrientes de la dieta del huésped”, resalta el nuevo estudio. 

Probióticos

Los probióticos pueden desempeñar un papel importante en la mejora de la composición de la microbiota intestinal para regular las funciones fisiológicas del huésped. Por ejemplo, informan que la cepa CCFM1025 de Bifidobacterium breve mejora el peso corporal y la ingesta de alimentos de los ratones con privación del sueño. De hecho, mencionan que los metabolitos derivados de Bifidobacterium breve pueden influir en el sistema de melatonina, regulando la expresión de los genes del reloj circadiano y mejorando así las interrupciones del ritmo circadiano causadas por los trastornos del sueño. 

Alteración de los ritmos circadianos microbianos y del huésped: implicaciones para la salud

En los mamíferos, incluidos los humanos, la homeostasis lipídica es fundamental para el mantenimiento de la salud metabólica. Los hallazgos de las investigaciones incluidas en la revisión indican que los osciladores circadianos funcionales son esenciales para mantener la homeostasis lipídica y, en consecuencia, la salud metabólica. Sin embargo, aclaran que las interrupciones o disfunciones en los ritmos circadianos afectan significativamente el metabolismo lipídico del huésped y aceleran la aparición de trastornos metabólicos, como la obesidad, la diabetes y las enfermedades cardiovasculares. 

El papel de la señalización lipídica en las interacciones entre el huésped y el microbioma ha sido relativamente poco explorado; sin embargo, los hallazgos indican que las interacciones entre la microbiota y el metabolismo lipídico del huésped pueden influir significativamente en la regulación del reloj circadiano. Por lo tanto, dada la influencia tanto del metabolismo lipídico del huésped como de la microbiota y los ritmos circadianos en los procesos fisiológicos del huésped, los autores consideraron crucial estudiar la interacción entre estos dos sistemas en la salud y las enfermedades metabólicas.

Obesidad

Las investigaciones recientes subrayan cada vez más la interacción significativa entre la obesidad, la microbiota y los ritmos circadianos, haciendo especial hincapié en la influencia de los patrones dietéticos y la composición en el metabolismo y la microbiota intestinal. 

Por ejemplo, se ha observado que una dieta rica en grasas induce la acumulación de lípidos y altera la homeostasis de la microbiota intestinal en modelos murinos. Por el contrario, desarrollan que “la administración de melatonina oral mitiga la acumulación de lípidos y mejora la composición de la microbiota intestinal”. 

“Curiosamente, pueden existir interacciones complejas entre la ingesta de calorías, la obesidad, el microbioma y los ritmos circadianos. Por ejemplo, en comparación con los individuos que consumieron una cena alta en calorías, los que comieron un desayuno alto en calorías exhibieron una ingesta menor en la cena, una ganancia de peso reducida, menos tejido adiposo y concentraciones más bajas de azúcar en sangre en ayunas, triglicéridos e insulina”, enfatizan los expertos. 

Diabetes y enfermedad cardiovascular 

Los hallazgos demostraron una asociación significativa entre la microbiota intestinal y la salud metabólica, particularmente en relación con las alteraciones en el perfil de la microbiota observadas en individuos con diabetes. 

Por ejemplo, la investigación ha demostrado que los pacientes con diabetes tipo 1 o tipo 2 están asociados con alteraciones en la composición de la microbiota intestinal en comparación con individuos sanos, como lo demuestran estudios realizados tanto en humanos como en modelos animales. Además, la metabolómica reveló cambios en los patrones diurnos de las vías metabólicas influenciadas por las bacterias intestinales. “Se sugiere que la diabetes altera el ritmo de las oscilaciones de la microbiota intestinal, lo que puede afectar la regulación temporal de las vías metabólicas del huésped”, comentan. 

Por otra parte, destacan interacciones sorprendentes entre los ritmos de la microbiota intestinal y el huésped, alterando el riesgo de enfermedad cardiovascular, una condición relacionada desde hace mucho tiempo con la dieta. “En un estudio con modelos murinos de enfermedad cardiovascular se muestra una recuperación más rápida cuando se mantienen en ciclos de luz-oscuridad de 24 horas, a diferencia de las condiciones con ritmos circadianos interrumpidos, que se ha demostrado que exacerban la patología cardíaca”. 

Las intervenciones dietéticas que implican una ingesta alta de fibra y suplementos de acetato modulan la composición de la microbiota intestinal y confieren efectos protectores contra la hipertensión y la insuficiencia cardíaca en modelos murinos. “El impacto beneficioso de la fibra y el acetato puede conducir a una mayor abundancia de Bacteroides acidifaciens, promover la regulación del ritmo circadiano a través de la regulación positiva de los genes circadianos y regular negativamente EGRL, un regulador cardiovascular clave implicado en la fibrosis cardiorrenal y la inflamación”, justifican. 

En resumen, la composición y función de la microbiota intestinal varían con el ciclo diurno, alineándose con el ritmo circadiano del huésped. A su vez, una microbiota compleja y sus metabolitos son cruciales para la regulación óptima del ritmo circadiano del huésped. Sin embargo, la interrupción de las interacciones cíclicas entre la microbiota y el huésped conduce a trastornos del metabolismo del huésped y, en consecuencia, a enfermedades metabólicas 

Sin embargo, advierten que “la contribución de la ritmicidad microbiana intestinal al bienestar del huésped es incierta, y el impacto regulador de estos factores en la dinámica de taxones microbianos específicos requiere mayor investigación”. “Por lo tanto, se requiere más investigación para explorar cómo la microbiota y los ritmos circadianos influyen en el metabolismo del huésped e interactúan en los trastornos metabólicos”, rematan.