Il ruolo delle citochine nell’infiammazione legata a DMT2 e

Dagli studi condotti è, ormai, evidente che la presenza di un blando livello di infiammazione cronica è un aspetto comune a patologie come il DMT2 e l’obesità.(34)_{In particolare, le cellule immunitarie presentano interconnessioni}

con il sistema metabolico, a tal punto che riescono ad adattare le loro funzioni in base ai nutrienti presenti.

L’infiammazione in quanto tale non è da ritenersi un evento pericoloso per la salute, anzi essa svolge un ruolo protettivo dell’organismo allontanando l’agente patogeno o riparando i tessuti danneggiati. Ma, se prolungata nel tempo, porta alla distruzione delle cellule tissutali come nel caso delle cellule β nel DMT2.

34 In tutto l’organismo

Un aumento cronico dei livelli di glicemia in pazienti obesi o comunque insulino-resistenti, unito all’aumento della concentrazione plasmatica dei nutrienti e in particolare degli FFA, comporta un’infiammazione localizzata a livello degli organi coinvolti nell’omeostasi del glucosio (tessuto adiposo, fegato, vasi sanguigni, muscolo e isole pancreatiche). Gli FFA interagendo con i recettori di tipo Toll (TLR) possono indurre uno stato pro-infiammatorio. In particolare, il loro legame con TLR indipendenti scatena uno stato infiammatorio con produzione di ROS (specie reattive dell’ossigeno), che da una parte inducono stress chinasico, dall’altra portano alla formazione di “NPLR3 Inflammasomes” che a sua volta attiva il sistema delle IL-1.

Da studi in vitro su cellule pancreatiche umane e di topo è emerso che lo stato pro-infiammatorio è causato dall’attivazione dei recettori delle IL-1, indotto dai ROS. Somministrando, difatti, un antagonista di questi recettori, si inibisce la produzione sia di citochine che di chemochine in presenza degli FFA.

Anche l’iperglicemia gioca un ruolo fondamentale nella risposta immunitaria. Per spiegare questo fenomeno sono stati ipotizzati due meccanismi. Il primo prevede la formazione dei prodotti finali della glicosilazione avanzata (advanced glycation end-products; AGEs), i quali stimolando il recettore RAGE attivano la trascrizione del fattore NF-KB (nuclear factor kappa-light-chain-

enhancer of activated B cells) e comporta lo stress delle chinasi ERK1 e ERK2 e

induce la formazione di ROS. I recettori RAGE sono espressi in vari tipi di cellule come quelle dei macrofagi, della muscolatura liscia, le cellule T, i podociti, i cardiomiociti e i neuroni. Dal secondo meccanismo scaturiscono i ROS, sintetizzati quando l’eccesso di glucosio viene metabolizzato ad ATP, i quali agiscono sulla via dell’IL-1β.

Nelle isole pancreatiche

Il primo segno evidente di infiammazione nelle cellule pancreatiche è rappresentato dall’apoptosi delle cellule β grazie all’effetto dell’iperglicemia.

35 La stimolazione del recettore Fas comporta l’attivazione del sistema delle IL- 1β [Figura 3], prodotte dalle stesse isole pancreatiche e che a loro volta reclutano altre componenti del sistema immunitario. Il danno è visibile da una sezione tissutale caratterizzata da fibrosi per accumulo di depositi amiloidi, risultato dell’infiammazione cronica.

Figura 3- Risposta del sistema immunitario allo stress metabolico nelle isole pancreatiche. Diversamente dalle altre, le cellule β presentano un’elevata attività mitocondriale dovuta sia alla sensibilità al glucosio sia alla secrezione dell’ insulina mediante l’ossidazione del glucosio. Modificazioni post-traduzionali delle proteine mitocondriali culminano in un deficit della sirtuina 3 (SIRT-3) con conseguente produzione dei ROS, che insieme alla proteina che interagisce con la tioredossina (TXNIP) stimolano la sintesi di IL-1β.

Nel tessuto adiposo

Negli ultimi anni è stato appurato che il tessuto adiposo rappresenta un sito infiammatorio nel caso di pazienti obesi [Figura 4]. Al suo interno sono riscontrabili vari mediatori e fattori dell’infiammazione, tuttavia le cause scatenanti la flogosi sono ancora sconosciute e potrebbero coinvolgere meccanismi diversi, ma che cooperano in modo sinergico. In risposta ai cambiamenti delle dimensioni cellulari, si è visto che gli adipociti sono in grado di secernere citochine e chemochine. L’ipertrofia sembrerebbe portare

36 alla morte dell’adipocita e al conseguente rilascio del contenuto del citosol nello spazio extracellulare, causando una risposta immunitaria. I macrofagi osservati tendono a circondare le cellule apoptotiche formando strutture simili a corone. Inoltre, si ritiene che la flogosi indotta da FFA e dalle ceramidi dipenda da meccanismi che coinvolgono i recettori TLR o NLRP3 inflamasome. Un’ipotesi ancora non confermata è quella che l’ipossia, derivante dalla pressione esercitata dalla massa adiposa sui vasi sanguigni, sia in grado di stimolare la trascrizione genica a livello degli adipociti delle cellule immunitarie. In alternativa, lo stesso stress cellulare, in particolare quello relativo al reticolo endoplasmatico e correlato alla sua autofagocitosi potrebbe essere un meccanismo possibile così come le incretine.

Figura 4- Risposta del sistema nel tessuto adiposo in presenza di obesità.

A livello intra-vasale

L’aterosclerosi è una patologia fortemente collegata all’obesità e alla dislipidemia grazie alla stretta correlazione clinica che sussiste tra i livelli di LDL e la formazione di placche ateromatose. Tra i vari meccanismi che prendono parte alla flogosi, il sistema IL-1β è presente anche in questo caso, in particolare nelle malattie coronariche dovute ad ischemia [Figura 5]. Oltretutto, le placche ateromatose contribuiscono ad una sovraespressione

37 della caspasi-1, che svolge un importante ruolo nell’attivazione di IL-1β. Infatti, la formazione delle placche sembrerebbe coincidere con l’inizio della riposta del sistema immunitario: i macrofagi fagociterebbero i cristalli di colesterolo con successiva rottura dei lisosomi e rilascio nel citosol del contenuto proteolitico con conseguente attivazione di NLPR3 inflamasome. Persino IL-1α sembrerebbe secreta attraverso un meccanismo indipendente dalla caspasi 1 e da NLPR3.

L’effetto deleterio di entrambe le citochine e dell’aterosclerosi è contrastato da Nrf2 (NF-E2-related factor 2), il quale svolge un meccanismo di difesa dell’organismo aumentando gli enzimi antiossidanti.(35)

Figura 5- Attivazione del sistema immunitario provocata dall’ateroma.

Il DMT2 principalmente prevede l’espressione di tre tipi di citochine che esercitano la loro attività nelle isole pancreatiche: IL-1β, IL-6 e TNF-α.

IL-1β, interleuchina-1β, è considerata la maggior responsabile dell’induzione

del danno e dell’apoptosi delle cellule β pancreatiche. Infatti, i suoi effetti sono tempo-dipendenti: se espressa per un periodo limitato, fa sì che si attuino tutti i meccanismi che risolvono gli eventuali danni provocati dallo stress metabolico, se invece si mantiene inalterata nel tempo porta all’apoptosi. Le

38 cellule beta, dunque, diminuiscono e perdono massa e ciò influisce negativamente sui livelli di insulina secreta. La sua sintesi è stimolata da livelli crescenti di glucosio e degli FFA.

Studi effettuati sul ratto GK con un difetto delle cellule β che in età avanzata si traduce in insulino-resistenza dei tessuti, mostrano come la somministrazione di un antagonista del recettore IL-1 (IL-1Ra) riduca l’iperglicemia e stimoli la funzione delle cellule pancreatiche “deficitarie”. Alti livelli di IL-1β si traducono in una sovraespressione di citochine pro- infiammatorie (IL-6, TNFα), chemochine (KC, MCP-1, MIP-1α), MyD88, NFkBp65, TLR-2 e -4 nelle isole pancreatiche. IL-1Ra è capace di inibire la

sintesi di IL-6, KC, MCP-1 e MIP-1α fra il 35 e il 50% ed è in grado di contrastare gli effetti del palmitato e dell’eventuale associazione palmitato- glucosio, inibendo ulteriormente il rilascio di IL-6.

IL-6, interleuchina IL-6, è sovraepressa in caso di obesità ed è considerata un

parametro predittivo di possibile sviluppo di DMT2. E’ in grado di aumentare il numero di cellule α, innalzando i livelli di glucagone. Ciò non sembrerebbe svolgere un effetto negativo, bensì si ipotizza che possa rappresentare un sistema compensatorio dell’organismo, mirato ad aumentare la proliferazione delle cellule β in modo da mantenere l’omeostasi.(20) (36)

TNF α, fattore di necrosi tumorale α, secreto principalmente dai macrofagi che

si insediano nel tessuto adiposo. I suoi livelli aumentano nell’obesità viscerale, contribuisce ad aumentare l’insulino-resistenza da parte del tessuto adiposo e la produzione della reactive-protein C (CRP), segno di un’infiammazione in corso. Esperimenti in vitro riportano che a livello della muscolatura liscia e dell’endotelio promuove l’adesione delle molecole e delle citochine per attivazione dell’NF-kB,(37)

Ma le citochine e le chemochine sono solo una componente di un sistema molto più complesso e strutturato, ovvero quello delle adipochine. Queste comprendono una vastissima serie di composti, differenti per struttura e funzione, fra cui ormoni, regolatori del metabolismo glucidico e lipidico,

39 regolatori dell’omeostasi del glucosio; proteine del sistema del complemento e proteine coinvolte nell’angiogenesi,

Sono responsabili delle interazioni tra il tessuto adiposo, il tessuto muscolare, i surreni e il sistema nervoso centrale e simpatico; contribuiscono inoltre al controllo del bilancio energetico dell’organismo e della sensibilità all’insulina, alla regolazione della pressione arteriosa, alla risposta immunitaria e all’angiogenesi.

Costituiscono, quindi, una rete di regolazione dell’infiammazione, dell’attività insulinica e del metabolismo glucidico a livello locale e sistemico.(38)

Sono sintetizzate dal tessuto adiposo bianco, che nell’adulto prevale rispetto a quello bruno e presentano proprietà sia pro-infiammatorie sia anti- infiammatorie. Scoperte recenti hanno evidenziato come un’alterazione della produzione di adipochine da parte del tessuto bianco causata dalla disfunzione dell’aumento del tessuto adiposo a livello viscerale possa portare all’insorgenza delle complicanze dell’obesità come il DMT2.

Tra le varie adipochine troviamo:

-la leptina, agendo sull’ipotalamo controlla il peso corporeo, il senso di sazietà e i depositi di grasso. I suoi livelli sono proporzionali ai livelli di insulina e la sua sintesi è indotta da citochine come IL-1 e il TNF. Un deficit di questo ormone o comunque un difetto a livello dei suoi recettori aumenta il fabbisogno energetico, sfociando in una maggiore probabilità di contrarre precocemente obesità, iperglicemia, ipogonadismo e iperfagia. Al contrario, alte concentrazioni di leptina in pazienti obesi non sono funzionali ad aumentare il senso di sazietà, poiché si istaura una certa resistenza nei confronti di questo ormone, che si verifica probabilmente a livello della barriera emato-encefalica (BEE) e a livello neuronale grazie a un difetto dei suoi recettori.

-la resistina, è espressa prevalentemente nelle cellule mononucleate, ma anche nel muscolo, nelle cellule pancreatiche e negli adipociti. Stimola il sistema immunitario a produrre fattori come IL-1, IL-6. IL-12 e TNF attraverso un meccanismo NF-kB dipendente. Il suo mRNA è espresso in vari siti

40 endoteliali (ICAM-1), di adesione vascolare (VCAM-1) e ligandi delle citochine (CCL-2). Mentre nel topo ha azione diabetogena, il suo ruolo nell’uomo non è ancora stato chiarito. Si riscontra in malattie croniche a carico del rene e del rivestimento sinoviale nell’artrite reumatoide.

-l’adiponectina, il gene per l’adiponectina è situato sull’allele 3q27 che rappresenta un locus critico sia per le malattie cardiovascolari sia per il diabete. Agisce su due recettori: AdipoR1 (espresso prevalentemente nel muscolo scheletrico) e AdipoR2 (nel tessuto adiposo), il primo coinvolto nel metabolismo glucidico e il secondo in quello lipidico. Ma, esperimenti recenti suggeriscono l’esistenza di un altro recettore, ovvero la T-caderina, presente nel sangue sia umano che murino e i cui livelli diminuiscono in caso di obesità. Esplica la sua azione tramite l’attivazione dell’AMPK, enzima coinvolto nella β-ossidazione degli acidi grassi, con conseguente stimolo all’ossidazione dei FFA, riduzione dei livelli di FFA circolanti e riduzione del deposito di trigliceridi nei tessuti periferici. Nell’obesità e nel DM, oltre alla riduzione dei livelli di tali ormoni, si verifica una down-regolazione recettoriale di R1 e R2 con ridotto effetto di stimolo dell’AMPK. L’ormone ha, inoltre, proprietà antiossidanti e influisce positivamente sulla sintesi di ossido nitrico (NO), proteggendo così i vasi tramite vasodilatazione e riduzione dell’aggregazione piastrinica. Potrebbe perfino essere considerato un ormone contro l’aterosclerosi, poiché agisce come un fattore anti-trombotico e inibisce l’attivazione dei macrofagi e il loro accumulo, che sono considerati due componenti critiche per la formazione dell’ateroma.(39) (40)

-Visfatina, rappresenta una scoperta recente nel panorama scientifico. Ed è

direttamente correlata al DMT2. Si lega al recettore dell’insulina, ma in un sito diverso da quello su cui agisce quest’ultima e causa ipoglicemia riducendo il rilascio di glucosio epatico e stimolando il suo utilizzo negli adipociti e nei miociti. Ipossia, iperglicemia e infiammazione portano ad una maggiore trascrizione di questo ormone, mentre insulina, somatostatina e statine la inibiscono. E’ presente nel citoplasma e nel nucleo cellulare di molti tessuti ed organi, in particolare nel tessuto adiposo viscerale. Ha un’azione ormonale di

41 tipo autocrina/paracrina e stimola la proliferazione cellulare ed ha un effetto ipoglicemico. Malgrado queste funzioni, il suo ruolo nella patogenesi del DMT2 non è ancora chiaro.(41)