INTERAZIONE FRA DANNO POLMONARE CRONICO E INVECCHIAMENTO, MICROBIOMA POLMONARE ED ESPOSIZIONE AGLI INQUINANTI INALATORI

Il progetto di ricerca nel suo insieme si proponeva di analizzare l’interazione tra danno polmonare cronico, invecchiamento, microbioma polmonare ed esposizione agli inquinanti inalatori. Il proggetto era articola in quattro parti: 1) revisione sistematica della letteratura sul ruolo dei biomarcatori non invasivi nello studio degli effetti respiratori acuti dell’inquinamento associato a traffico; 2) studio retrospettivo/prospettico dei determinanti dell’accumulo delle particelle carboniose nei macrofagi delle vie aree; 3) valutazione prospettica dell’effetto del fumo e/o della malattia (BPCO) sulla colonizzazione microbica a livello polmonare; 4) studio prospettico dell’effetto dell’inquinamento urbano e del fumo di sigaretta sull’invecchiamento polmonare. La prima parte era un’analisi sistematica della letteratura sull’uso di campioni ottenuti in modo non invasivo per studiare degli effetti a breve termine sul sistema respiratorio dell'inquinamento atmosferico dovuto a traffico urbano. Da questa emerge che, sebbene i soggetti con broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) siano stati generalmente considerati a più alto rischio per gli effetti negativi degli inquinanti atmosferici, questi pazienti sono stati reclutati solo in pochi studi [1-4]. Secondo Manney et al. [1], l'aumento di nitrati e nitriti nel condensato dell’aria esalata (EBC) è stato associato con una grossa esposizione di particelle nei soggetti con BPCO e asmatici, senza differenze significative tra le due malattie. Le misure di ossido nitrico esalato (FeNO) in altri due studi hanno dato risultati opposti: uno ha trovato un rapporto con PM2.5 in soggetti con BPCO, ma non con asmatici [2], mentre nell’altro [3], il FeNO è stato associato con livelli di inquinamento da PM nei partecipanti con asma ma non in quelli con BPCO. Secondo Gong et al. [4] la cellularità dell’espettorato indotto in soggetti con BPCO non è influenzata dall’esposizione a particolato. Sono quindi necessarie nuove ricerche volte a chiarire l’effetto dell’inquinamento atmosferico acuto legato al traffico in soggetti che soffrono di malattie polmonari diverse dall’asma. Tuttavia, gli effetti acuti sulla salute sono difficili da attribuire ad un particolare inquinante nella maggior parte delle indagini con esposizione ambientale [5]. Ulteriori ricerche dovrebbero essere dirette a promuovere una migliore standardizzazione dei metodi per monitorare gli inquinanti da traffico. Va ricordato che, in condizioni di vita reale, i soggetti veramente 'non esposti' non esistono e la differenza tra i livelli minimi e massimi di inquinamento atmosferico è spesso meno di tre volte [6]. Dovrebbe essere stabilita, in particolare quando si pianificano studi osservazionali, una base di riferimento per i livelli di marcatori infiammatori in soggetti esposti a bassi livelli di sostanze inquinanti per essere in grado rilevare un effetto con esposizioni più elevate. Nella seconda parte l’obbiettivo era di indagare i determinanti dell’accumulo di particelle carboniose nel citoplasma dei macrofagi delle vie aeree ottenuti dall’espettorato indotto. A tale scopo si sono arruolati tre gruppi di soggetti: affetti da BPCO, fumatori sani e controlli non fumatori sani. Tramite questionario è stata valutata la loro esposizione a fumo passivo di sigaretta, a inquinamento indoor, a inquinamento dell’aria negli spostamenti quotidiani e all’esposizione professionale. Questa analisi ha permesso di controllare i potenziali fattori confondenti per poter eseguire una corretta analisi dell’esposizione personale a inquinamento dell’aria. Si è osservato come i maggiori determinanti del contenuto di black carbon (BC) nei macrofagi delle vie aeree siano la presenza di BPCO e l'esposizione al traffico urbano, mentre non è stato dimostrato un ruolo dell'abitudine al fumo di sigaretta. L’esposizione a traffico (misurato come numero di veicoli equivalenti) era correlata con il carico di particelle carboniose. Inoltre, per quanto concerne la BPCO, l'accumulo di particelle carboniose non risulta correlato con il grado di ostruzione né con il grado di infiammazione neutrofila delle vie aeree. La quantificazione di BC nei macrofagi risulta adatta a valutare l’esposizione a traffico, anche se sono necessari ulteriori studi sulla funzionalità dei macrofagi nei soggetti con e senza malattia e una valutazione degli effetti biologici sul singolo individuo dovuti all’accumulo di BC. Nella terza parte si è proposto di valutare, in modo non invasivo, il ruolo differenziale del fumo di sigaretta e della limitazione cronica del flusso aereo associata a fumo sulla colonizzazione batterica delle vie aeree. È stata quindi effettuata l’identificazione molecolare del microbiota polmonare residente nei 3 gruppi di soggetti. Sono stati identificati i phyla e i generi presenti in ciascun soggetto e in ogni gruppo. Sono stati poi calcolati gli indici di diversità α e β per valutare rispettivamente le differenze di composizione batterica intra campione e tra campioni dello stesso gruppo. La composizione in phyla nei pazienti BPCO stabili è risultata essere simile a quella trovata nelle precedenti ricerche basate sull'utilizzo di brushing bronchiale e broncolavaggio, con il vantaggio che il nostro numero di letture di sequenza è molto più alto di quelli precedentemente analizzati. Inoltre si è osservato che i soggetti con BPCO che ricevevano corticosteroidi mostravano una scarsa abbondanza di batteri di genere Prevotella e un’abbondanza maggiore di batteri di genere Veillonella rispetto ai soggetti non trattati. I fumatori rispetto ai non fumatori hanno un numero relativo aumentato dei generi Neisseria e Bergeyella, mentre è diminuito per i generi Streptococcus e Rothia. I risultati suggeriscono che il fumo di sigaretta possa indurre una diminuzione dell’abbondanza relativa di specie, indipendentemente dallo sviluppo della limitazione cronica al flusso aereo, influenzando così la composizione del microbioma polmonare. L’analisi molecolare si è rivelata indispensabile per confrontare nicchie diverse e identificare organismi più abbondanti presenti in un gruppo rispetto ad un altro, cosa che l’identificazione fenotipica dei batteri, ottenuta tramite i tradizionali esami colturali e saggi biochimici non consentiva. L'analisi del microbiota residente nei pazienti con BPCO stabile rispetto ai fumatori e soggetti non fumatori suggerisce che la ricchezza del microbiota è importante per la salute polmonare. Per svolgere l’ultima parte della ricerca è stato fatto uno studio di fattibilità dell’estrazione del DNA da cellule dell’espettorato e relativa quantificazione. La valutazione dell’invecchiamento polmonare dovuto ad inquinamento urbano e a fumo di sigaretta sarà effettuata sia su campioni di sangue che di espettorato misurando la lunghezza dei telomeri. Ci si aspetta che il tasso di declino della funzione polmonare sia associato al tasso di invecchiamento biologico. Tra risultati attesi ipotizziamo anche che l'invecchiamento nei leucociti del sangue rispecchi quello delle cellule dell'espettorato indotto. A parità di infiammazione e di esposizione all'inquinamento ambientale, ci si aspetta che il fumo di sigaretta acceleri l'invecchiamento delle cellule dell'espettorato indotto. In conclusione, la presenza di BPCO influenza sia il carico di particelle carboniose nel polmone legate al traffico urbano (a parità di esposizione esterna dei soggetti), sia la biodiversità della colonizzazione microbica polmonare. Viceversa, il fumo di sigaretta non ha effetti sul contenuto di particelle carboniose, ma agisce sulla composizione del microbiota.