Ruolo di irisina nell’infarto del miocardio

Gli studi che collegano irisina e infarto miocardico (IM) sono vari. Un'indagine meccanicistica ha scoperto che irisina promuove la rigenerazione cardiaca e la neovascolarizzazione e riduce la fibrosi cardiaca, amplificando la capacità delle cellule progenitrici cardiache (CPC) Nkx 2.5+ di riparare i cardiomiociti e promuovere la proliferazione dopo un evento ischemico. Zhao et al hanno esaminato l'effetto di irisina sulla riparazione cardiaca indotta da CPC in seguito ad infarto miocardico; il trapianto con cellule CPC Nkx 2.5+ da cellule staminali di topo ha migliorato la funzione ventricolare. Questi risultati sono concomitanti con la soppressione dell'ipertrofia cardiaca e l'attenuazione della fibrosi interstiziale miocardica. Il trapianto di CPC Nkx 2.5+ ha promosso la rigenerazione cardiaca e la neovascolarizzazione, che sono aumentate in seguito al pretrattamento con CPC Nkx 2.5+ e irisina e, in particolare, il trattamento con irisina ha attenuato l'effetto anti- rimodellante del trapianto di CPC nel cuore post-MI ed ha attenuato la fibrosi interstiziale nel cuore infartuato dopo il trapianto di CPC. Inoltre, è stato osservato che il trattamento con irisina ha promosso la proliferazione dei miociti, come indicato dai marcatori proliferativi Ki67 e dall'istone fosforilato 3, e ha ridotto l'apoptosi. Infine, irisina ha determinato una marcata riduzione di HDAC4 e un aumento dell'acetilazione di p38 nei CPC coltivati. Questi risultati indicano che irisina ha promosso la rigenerazione cardiaca indotta da CPC Nkx 2.5+ e il miglioramento funzionale (Zhao et al, 2019). Anche Hulsmans et al hanno dimostrato che questo effetto protettivo è mediato dalla sovraregolazione dei marcatori proliferativi Ki67 e dell'istone fosforilato 3, nonché dalla marcata riduzione dell'istone deacetilasi 4 e dall'aumento dell'acetilazione di p38 nei CPC trattati (Hulsmans et al, 2017).

Un altro meccanismo attraverso il quale irisina può amplificare la guarigione è il miglioramento della funzione dei macrofagi, tramite l'ossidazione delle lipoproteine a bassa densità e la via dello stress del reticolo endoplasmatico. Questo, a sua volta, mantiene il sistema di conduzione cardiaca poiché i macrofagi sono noti per facilitare la conduzione elettrica nel cuore (Hulsmans et al, 2017. Lourenco et al, 2019).

Nello specifico, Lu et al hanno osservato che irisina attenua l'ischemia miocardica e la disfunzione cardiaca indotte dalla riperfusione, regolando l'interazione tra reticolo endoplasmatico (ER) e mitocondri attraverso un meccanismo dipendente dall’ubiquitina ligasi (MITOL), enzima localizzato nel sito di contatto tra mitocondrio e ER e che può essere attivato in risposta a una varietà di processi fisiopatologici, incluso danno mitocondriale, apoptosi, stress ER, ipossia e generazione di specie reattive dell'ossigeno (ROS). Questo studio è stato progettato per esaminare il ruolo di irisina e MITOL nel danno miocardico prodotto da ischemia/riperfusione (I/R). Sono stati utilizzati topi maschi C57BL/6J a cui è stato somministrato adenovirus MITOL shRNA attraverso iniezione intracardiaca, seguita da un intervento chirurgico di I/R. I risultati hanno mostrato che irisina ha migliorato la funzione miocardica di fronte a lesioni I/R, come evidenziato dalla riduzione delle dimensioni dell'infarto del miocardio, dal tasso di apoptosi, dalla lattato deidrogenasi sierica (LDH), dalla generazione di ROS e dai livelli di malondialdeide (MDA), nonché dalla riduzione del danno da stress ER. Questi risultati hanno inoltre indicato che il ruolo protettivo di irisina era mediato dalla sovraregolazione di MITOL. Irisina ha protetto le cellule H9c2 contro I/R limitando lo stress ER, l'apoptosi, i livelli di ROS e MDA, oltre a facilitare SOD mediante un'elevata espressione di MITOL; inoltre ha sovraregolato le attività di GSH-Px e SOD e diminuito il livello di MDA e delle proteine apoptotiche del miocardio. In conclusione, questo studio sostiene che il pretrattamento con irisina protegge da lesioni miocardiche I/R, stress ER, produzione di ROS e omeostasi mitocondriale, attraverso la sovraregolazione di MITOL (Lu et al, 2020).

Studi su modelli animali condotti da Wang et al hanno mostrato l'effetto di irisina sulla lesione miocardica indotta da I/R nel cuore perfuso alla Langendorff e nei miociti in coltura. Il trattamento con irisina (100 mg/kg) ha prodotto notevoli miglioramenti nel recupero funzionale ventricolare ed inoltre, rispetto al trattamento con il veicolo, irisina ha determinato una marcata riduzione delle dimensioni dell'infarto miocardico. Il trattamento con la miochina ha aumentato, in particolare, la fosforilazione di SOD-1 e p38, ma ha ridotto i livelli di caspasi attiva 3, PARP e annessina V. Nei cardiomioblasti esposti a ipossia/riossigenazione, il trattamento con irisina ha attenuato significativamente il danno, come indicato dalla riduzione dei livelli di LDH e dei cardiomiociti apoptotici; il trattamento ha inoltre soppresso l'apertura di mPTP e lo swelling dei mitocondri proteggendo la funzione mitocondriale, portando a concludere che irisina può rappresentare un nuovo approccio per stimolare la cardioprotezione associata al miglioramento della funzione mitocondriale (Wang et al, 2017).

Gli stessi autori successivamente hanno confermato che la somministrazione endovenosa di irisina esogena genera una protezione dose-dipendente contro le lesioni al cuore indotte da I/R, come riflesso dal miglioramento della frazione di eiezione ventricolare sinistra e dalla riduzione del livello

sierico della troponina cardiaca I (cTnI). L'apoptosi dei cardiomiociti indotta da I/R è ridotta dopo il trattamento con irisina e tale effetto è mediato, almeno in parte, dal miglioramento della funzione mitocondriale. In particolare, l’episodio di I/R induce un lieve aumento di irisina endogena nel tessuto cardiaco nell'area infartuata o nell'area perinfartuata e il trattamento con irisina esogena ulteriormente aumenta i livelli di irisina nel cuore danneggiato dall’episodio ischemico. Inoltre è stata osservata la distribuzione subcellulare di irisina nei cardiomiociti danneggiati ed è stato notato un pattern sovrapposto di irisina endogena e Cox IV, un biomarcatore specifico per i mitocondri. D’altra parte irisina denaturata (bollita per 10 minuti a 100°C, come controllo) non ha mostrato di entrare nei cardiomiociti dopo I/R, indicando il coinvolgimento dei mitocondri nella cardioprotezione. Inoltre irisina riduce lo stress ossidativo indotto da I/R, come determinato dalla valutazione del potenziale della membrana mitocondriale e dalla registrazione dell'evento FLASH del superossido. L'interazione tra irisina e superossido dismutasi 2 (SOD2, importante antiossidante endogeno) gioca un ruolo chiave nel processo protettivo, perché il trattamento con la miochina aumenta l'attività di SOD e ripristina la localizzazione mitocondriale di SOD2 nei cardiomiociti. Coerentemente con gli studi di altri ricercatori, Wang et al hanno scoperto che I/R riduce l’attività enzimatica della SOD e la somministrazione di irisina contribuisce a ripristinare l'attività di SOD nei cuori di ratto compromessi. L'effetto di irisina sulla protezione della funzione mitocondriale sembra pertanto essere collegato alla modulazione della funzione SOD (Wang et al, 2018).

Anche Liao et al hanno condotto uno studio in cui hanno dimostrato che irisina esercita un effetto terapeutico sul danno da infarto miocardico nei topi, riducendo l'apoptosi e la fibrosi dei cardiomiociti e promuovendo l'angiogenesi nel cuore. Irisina, infatti, ha migliorato la funzione cardiaca nei cuori post-IM e l'effetto pro-angiogenico è stato associato alla via di segnalazione ERK; inoltre ha ridotto la dilatazione ventricolare e le dimensioni dell'infarto. Sempre Liao et al hanno osservato che irisina ha ridotto l'apoptosi e la fibrosi dei cardiomiociti nei cuori post-IM. L'apoptosi cellulare è stata rilevata 2 giorni dopo l'IM con la colorazione TUNEL e i dati hanno mostrato che il trattamento con irisina ha ridotto significativamente le cellule TUNEL-positive. Questo ha suggerito che irisina può contribuire a preservare il miocardio almeno parzialmente attraverso la repressione dell'apoptosi dei cardiomiociti ed a ridurre significativamente la fibrosi nella zona di confine del peri-infarto rispetto al controllo. D’altra parte irisina, nei cuori post-IM, promuove l'angiogenesi: i tessuti cardiaci 14 giorni dopo l'IM sono stati immunocolorati e i risultati hanno mostrato che l'espressione di CD31 e α-SMA (marcatori utilizzati per quantificare l’angiogenesi) nella zona di confine è aumentata nei cuori trattati con la miochina. In esperimenti in vitro, gli autori del lavoro hanno anche constatato che irisina promuove la formazione di tubi capillari nella vena ombelicale umana. È stato inoltre osservato che irisina stimola l'angiogenesi attraverso la regolazione della via

del segnale ERK. Essendo la migrazione delle cellule endoteliali essenziale per l'angiogenesi, nei test di migrazione transwell, il trattamento con irisina ha aumentato significativamente tale migrazione rispetto al controllo, che è stata invece repressa da U0126 (inibitore di ERK). Questi dati hanno indicato che l'angiogenesi indotta da irisina potrebbe dipendere dall'attivazione della via del segnale ERK (Liao et al, 2019).

Lo studio di Abd El-Mottaleb et al voleva valutare il livello di irisina sierica nell'infarto miocardico, con o senza insufficienza cardiaca (HF), e la possibile relazione tra irisina e marker cardiaci, fattore di necrosi tumorale-α (TNF-α) e profilo lipidico. In questo studio sono stati inclusi 86 soggetti (33 pazienti con IM, 33 pazienti con MI + HF e 20 controlli): i pazienti con IM e HF hanno mostrato ridotti livelli di irisina sierica, frazione di eiezione ventricolare sinistra e HDL-C, mentre BMI, circonferenza vita, valori pressori e livelli di troponina-I, creatina chinasi-MB, TNF-α e profilo lipidico erano significativamente più elevati rispetto al controllo. In particolare sono state osservate correlazioni negative tra irisina e BMI, circonferenza vita, pressione sanguigna, troponina-I, creatin chinasi-MB, TNF-α e profilo lipidico. È stata tuttavia notata un'associazione positiva tra irisina e frazione di eiezione ventricolare sinistra e HDL-C (Abd El-Mottaleb et al, 2019).