ISOTIOCIANATI

Nel 2013, alcuni ricercatori hanno osservato con attenzione che gli isotiocianati naturali, come il sulforafano (Figura 11.) e altri analoghi, ampiamente presenti nelle piante della famiglia delle Brassicaceae (come broccoli, rucola, senape e rafano), mostrano benefici per la salute molto simili a quelli attribuiti agli H2S-donors (Kashfi K. & Olson K.R. 2013).

Infatti, è stato dimostrato che gli alimenti arricchiti con sulforafano migliorano le condizioni di ipertensione e aterosclerosi in ratti spontaneamente ipertesi, con un pattern di effetti molto simile all'H2S. Inoltre, quando testato su colture cellulari di cancro prostatico, il sulforafano

ha mostrato effetti antiproliferativi largamente attribuibili ad un rilascio lento di H2S (Wu L.

et al. 2004; Pei Y. et al. 2011). Sulforafano è stato anche descritto come agente cardioprotettivo contro il danno da ischemia/riperfusione, forse attraverso l'attivazione dei canali KATP mitocondriali e le sue proprietà antiossidanti. Infatti, in esperimenti su cuori isolati e perfusi alla Langendorff sottoposti a un ciclo di 20 minuti di ischemia e 50 minuti di riperfusione, il sulforafano somministrato per via intraperitoneale per tre giorni (500 μg/kg/die) è stato in grado di migliorare la funzionalità del ventricolo sinistro post-ischemico apportando effetti positivi su pressione e flusso coronarico diminuendo la dimensione dell'infarto e il rilascio di LDH. Alcuni anni prima, un derivato isotiocianato (4-idrossibenzil

isotiocianato, Figura 11.) è stato riportato, in un brevetto, come esempio di potenziale

porzione di rilascio di H2S per il progetto di farmaci ibridi anti-infiammatori; tuttavia, le

effettive proprietà di rilascio di H2S di questo isotiocianato sono state ipotizzate, ma non

caratterizzate in quel momento. Più recentemente, ipotizzando che il gruppo isotiocianato potesse realmente agire come un affidabile gruppo chimico rilasciante H2S, sono stati

studiati alcuni aril-isotiocianati sintetici. Il rilascio di H2S dagli isotiocianati è stato

caratterizzato per la prima volta da misurazioni amperometriche e spettrometriche e quindi confermato inequivocabilmente mediante gascromatografia e spettrofotometria di massa. Come già osservato per GYY4137 e per i derivati tioammidici, anche gli aril-isotiocianati sono deboli donatori di H2S in soluzione acquosa (pH 7,4), ma il rilascio di H2S risulta

migliorato dalla presenza di tioli organici. Come precedentemente osservato per le tioammidi, il rilascio di H2S da parte degli aril-isotiocianati è influenzato da modifiche

strutturali. In alcuni casi, come il 4-carbossi-fenil-isotiocianato (4-CPI, Figura 11.), i tassi di rilascio di H2S sono significativamente più alti di quelli di GYY4137 (Martelli A. et al.

2014). Di conseguenza, 4-CPI ha evocato effetti vasorilascianti nelle arterie isolate di ratto e ha aumentato il flusso coronarico in cuori isolati di ratto. Come l’NaHS, il 4-CPI ha causato

50 l'iperpolarizzazione delle cellule muscolari lisce dell'aorta umana mediante l'attivazione del canale del potassio Kv7. Questa molecola evocava effetti vasorilascianti su diversi modelli di muscolatura liscia vascolare (Martelli A. et al. 2014). Inoltre, questo donatore di H2S ha

promosso gli effetti cardioprotettivi contro il danno da I/R attraverso l'attivazione dei canali mito-KATP e l'attenuazione dello stress ossidativo. Infatti, nei cuori di ratto isolati e perfusi alla Langendorff sottoposti a I/R, il 4-CPI ha promosso in modo significativo il recupero post-ischemico dei parametri funzionali e limitato le lesioni tissutali. Questi effetti sono stati antagonizzati dall'acido 5-idrossidecanoico (un bloccante dei canali mitoK-ATP). D'altra parte, il 4-CPI ha impedito la formazione di specie reattive dell'ossigeno e nel tessuto miocardico post-ischemico ha limitato la down-regulation dell'espressione di CSE, ridotto il rilascio di noradrenalina e l'incidenza di aritmie ventricolari. Inoltre, nei mitocondri cardiaci del ratto isolati, la depolarizzazione del potenziale di membrana indotta da 4-CPI risulta antagonizzata dall'ATP (l'inibitore fisiologico dei canali K+ sensibili all'ATP) e la captazione di Ca2+ _{nella matrice mitocondriale risulta abolita. Infine, anche nel cuore di ratti sottoposti}

a infarto del miocardico acuto in vivo, il 4-CPI ha limitato significativamente il danno tissutale indotto da I/R (Testai L. et al. 2016). I risultati attuali mostrano inoltre l'efficacia antidolorifica di nuovi donatori di H2S a base di isotiocianato, insieme ai ben noti composti

di riferimento NaHS e GYY4137, in modelli animali di dolore neuropatico indotto da farmaci antitumorali. Fenil-isotiocianato(P-ITC, Figura11.), 4-CPI e allil-isotiocianato (A-

ITC, Figura 11.) riducono l'ipersensibilità a uno stimolo al freddo non nocivo dopo

somministrazione sistemica acuta di dosi molto basse sia negli animali trattati con paclitaxel che oxaliplatino (l'efficacia è stata dimostrata anche utilizzando uno stimolo meccanico non nocivo, entrambe le risposte sono strettamente correlate alla condizione neuropatica) (Di Cesare Mannelli L. et al., 2013). A causa del profilo farmacologico simile mostrato nei due modelli, sono stati effettuati ulteriori esperimenti su modelli neuropatici evocati dal derivato del platino. Rispetto alla duloxetina e al pregabalin, due molecole attualmente in uso clinico per ridurre i sintomi della neuropatia chemioterapia-indotta (Hershman D.L. et al., 2014), gli isotiocianati mostrano un'efficacia simile a dosi 10 volte inferiori. La molecola Hb legante H2S (Pietri R. et al., 2011) ha completamente prevenuto l'efficacia anti-neuropatica

di P-ITC, 4-CPI, A-ITC e NaHS, nonché di GYY4137 (Li L. et al., 2008). Inoltre, l’aril- isocianato (A-IC), il corrispondente isocianato di A-ITC, incapace di rilasciare H2S, si è

dimostrato completamente inefficace contro la neuropatia indotta da oxaliplatino. Indipendentemente dalla via di somministrazione, questi composti sono efficaci a dosi molto basse. Tipicamente, mentre alcuni composti come P-ITC e 4-CPIsembrano raggiungere un

51 effetto massimo oltre il quale l'aumento della dose non è significativo, gli effetti anti- neuropatici delle dosi più elevate di NaHS e A-ITC sono stati meno evidenti se comparati a dosi più basse. Sebbene questa dose-dipendenza a forma di campana possa eventualmente coinvolgere il complesso profilo farmacocinetico di specifici donatori di H2S, va evidenziato

che un fenomeno simile è stato anche riportato per gli effetti mitocondriali di questo gas- trasmettitore. Successivamente, è stato dimostrato che anche altri isotiocianati naturali isolati da Brassicaceae sono in realtà composti rilascianti H2S (con un meccanismo facilitato

dai gruppi tiolici). In particolare, il 4-idrossi-benzilisotiocianato e il 4-CPI mostrano le più forti proprietà di rilascio di H2S (paragonabili a quelle del DADS e del GYY4137), mentre

composti di origine naturale come erucina (Figura 11.) e A-ITC mostrano livelli di rilascio inferiori ma significativi. Pertanto, H2S può essere, almeno in parte, il vero responsabile dei

molti effetti benefici degli isotiocianati delle Brassicaceae (Citi V. et al. 2014).

Figura 11. Strutture relative a Sulforafano, 4-idrossibenzil isotiocianato, 4-carbossi-fenil- isotiocianato, Erucina e Allil-isotiocianato.

Recentemente, il gruppo isotiocianato è stato oggetto di interessanti ricerche riguardanti farmaci ibridi capaci di unire sinergicamente gli effetti benefici di H2S a farmaci già utilizzati

per il trattamento di particolari disturbi patologici. I bifosfonati (BP) sono il trattamento di prima linea nella degenerazione ossea derivante da varie condizioni patologiche. A causa della loro elevata affinità con il tessuto osseo, sono stati usati per sviluppare coniugati con farmaci pro-anabolici o anti-catabolici. È stato dimostrato che H2S promuove l'osteogenesi

e inibisce la differenziazione degli osteoclasti. Recentemente è stata quindi sviluppata una

H₃C S NCS O Sulforafano HO CNS 4-idrossi-benzil- isotiocianato NCS HO O 4-carbossi-fenil- isotiocianato S NCS Erucina H₂C NCS Allil-isotiocianato

52 molecola innovativa, denominata DM-22, ottenuta dalla combinazione dell'alendronato (AL) e dell'aril-isotiocianato, capace di rilasciare H2S. DM-22 e AL sono stati dosati in vitro

nell'intervallo di concentrazione di 1-33 μM valutando gli effetti sulla vitalità e la funzione degli osteoclasti umani (h-OC) e delle cellule stromali mesenchimali (h-MSC) sottoposte a differenziazione osteogenica. Le misure amperometriche hanno rivelato che il DM-22 rilascia H2S con una cinetica lenta e un meccanismo tiolo-dipendente. DM-22 ha inibito

significativamente la differenziazione e la funzione delle h-OCs, mantenendo una vitalità residua di h-OCs anche alla dose elevata di 33 μM. Contrariamente a AL, nelle h-MSC il DM-22 non induce citotossicità, come rivelato dal dosaggio enzimatico della lattato deidrogenasi (LDH). La mineralizzazione appare significativamente stimolata e si osserva un aumento dell'espressione di mRNA di Collagene I rispetto alle colture di controllo. Dunque, DM-22 è un nuovo BP che inibisce la funzione delle h-OCs e stimola la differenziazione osteogenica delle h-MSCs, senza citotossicità. Pertanto, è un candidato ideale per una nuova famiglia di farmaci osteoanabolici (Rapposelli S. et al. 2017).

Questi risultati portano ad ipotizzare che, come la tioammide, anche l'isotiocianato può essere visto come una moiety semplice e molto versatile, che può essere utilmente impiegata per produrre una serie illimitata ed eterogenea di donatori alternativi di H2S.

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