4-Proprietà antidiabetiche dei Flavonoidi
I flavonoidi sono composti vegetali polifenolici, presenti negli alimenti di origine vegetale: frutta e verdura. Sono caratterizzati da un’attività ipoglicemizzante per questo sono utilizzati nel trattamento del diabete mellito, sono noti soprattutto per la loro attività antiinfiammatoria e antiossidante attraverso l’azione “scavenger1” di anioni superossido e radicali idrossilici.
Studi epidemiologici hanno evidenziato che, all’aumentare del consumo di flavonoidi si osserva una riduzione del rischio di alcune patologie come il diabete e suggeriscono che l’effetto benefico sia da attribuirsi soprattutto alla capacità dei flavonoidi di combattere lo stress ossidativo che le caratterizza.
4.1-Caratteristiche chimiche-fisiche dei flavonoidi
I flavonoidi possiedono una colorazione gialla, da cui il nome complessivo di flavonoidi (dal latino flavus, giallo). Ne sono molto ricchi gli agrumi, soprattutto il Citrus medica (limone), il Citrus aurantium (arancio), alcuni frutti selvatici, come quelli di Rosa canina e varie specie appartenenti alla famiglia delle Composite. (Maugini, 2011)
I flavonoidi sono il gruppo di fenoli di origine naturale maggiormente diffuso nei tessuti vegetali.
La struttura base della molecola fa parte dei γ-benzopironi; derivati dall’unione di una unità polipeptidica ed una fenilpropanoidica, presentano un sistema a tre cicli aromatici, basato su un anello benzilico (A), un secondo anello di tipo piranico (C), un terzo anello di tipo benzilico (B) spesso sostituito nelle posizioni 3’ e 4’ e legato a quello centrale nella posizione 2. (vedi figura n 1) (Maugini, 2011)
Figura 1 Struttura chimica dei flavonoidi (Maugini, 2011)
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I Flavonoidi
A seconda del grado di metabolizzazione raggiunto, sono distribuiti nel regno vegetale sia sotto forma di agliconi che di glicosidi (chiamati anche eterosidi); gli eterosidi sono più comuni nei fiori, nei frutti e nelle foglie, mentre gli agliconi sono più abbondanti nei tessuti legnosi (fusto, rami e radici). Alcuni flavonoidi non hanno gruppi ossidrilici oppure sono completamente alchilati (nobiletina, tangeritina) non potendosi, quindi, legare ad unità zuccherine sono presenti in natura soltanto come agliconi. Alcuni sono solubili sia in acqua che in etere (eterosidi altamente metilati), altri in etere e in alcool ed altri ancora sono solubili in acqua e insolubili in etere (eterosidi con tre o più unità zuccherine).
4.1.1-Classificazione dei flavonoidi
La posizione dell’anello aromatico e la presenza di sostituenti ossidrilici sugli anelli in diverse posizioni consentono di individuare numerosi classi di composti appartenenti alla famiglia dei flavonoidi. In base a queste varianti strutturali si suddividono in:
• Flavoni si trovano principalmente nel sedano, prezzemolo e molte erbe. I principali flavoni sono i glicosidi di apigenina e la luteolina. (Babu et al 2013) L’apigenina è un flavonoide estratto dall’Hypericum perforatum L. e dalla Matricaria camomilla L. (Tognolini-Chievarini 2007) Anche nella buccia degli agrumi si trovano grandi quantità di flavoni come la tangeretina. (Vinayagam et al., 2015) • Flavonoli sono i flavonoidi più comuni e si trovano in tutto il regno vegetale ad
esclusione delle alghe e funghi e si presentano in forma glicosilata e a concentrazioni relativamente basse, circa 15-30 mg/kg. (Babu et al 2013) Sono presenti in molti tipi di frutta, tè e cacao. Tra i flavonoli troviamo la quercetina che è largamente distribuita in differenti tipi di frutta.(Vinayagam et al., 2015) Invece il kaempferolo si trova nel Ginkgo biloba L., è ricco nelle verdure pompelmo e tè. Inoltre è isolato anche da Bauhinia forficata. (Tognolini-Chievarini 2007) La fisetina è un altro flavonoide che fa parte di questa sottoclasse. (Babu et al 2013) I flavonoli si trovano nella parte esterna dei vegetali, a contatto con l’aria come la buccia e le foglie, in quanto la loro biosintesi è stimolata dalla luce solare.
• Flavononi, tra le più importanti troviamo la naringina, l’ esperedina e l’eriodictiolo. Quest’ultima è isolata da Citrus aurantium L. e altre specie del genere Citrus (famiglia Rutaceae) si trova negli agrumi e contribuisce al gusto amaro. (Tognolini-Chievarini 2007) I flavononi sono glicosilati in posizione 7 da
un disaccaride che è quello che conferisce il gusto amaro del frutto. (Vinayagam et al., 2015)
• Flavanoli esistono sotto forma di monomeri (epicatechina e catechina) e sia in forma di polimeri (proantocianidine) molto diffusi nella frutta, tè, cacao e cioccolato (Babu et al., 2013). Il tè e il cacao risultano le fonti più ricche.
• Antocianidine sono pigmenti disciolti nella linfa dei vacuoli in tessuti epidermici dei fiori e frutta. Sono responsabili del conferimento del colore dei fiori e dei frutti. Sono ampiamente distribuite nella dieta umana come bacche, frutta, verdura e vino rosso. Tra le più comuni troviamo la cianidina e la delfinidina. (Babu et al., 2013) La cianidina è la più comune antocianidina nei cibi, in cui contenuti sono generalmente proporzionali all’intensità del colore e possono raggiungere valori fino a 2-4 g/kg di peso nella frutta.
• Isoflavoni presentano una struttura simile agli estrogeni per questo presentano un’elevata affinità verso i recettori per gli estrogeni con attività similestrogenica.(Manach et al., 2004) Si trovano principalmente nelle leguminose, ne fa parte la Genisteina, molto abbondante nella soia, Glycine max L., ma è stata isolata a partire dal trifoglio rosso (Trifolium pratense L.) e dal trifoglio sotterraneo (Trifolium subterraneum L.). È presente anche in legumi come Genista tinctoria L e Sophora subprostrala Chun. (Tognolini-Chievarini 2007) Anche la Daidzeina fa parte di questa classe, si trova nella frutta, nelle noci, nei fagioli e nei prodotti a base di soia (Vinayagam et al., 2015).
Tabella 1
4.2-Attività biologica dei flavonoidi
Oltre a contribuire alla colorazione dei frutti e fiori,attirano quindi i pronubi facilitando anche la dispersione dei semi.
I flavonoidi svolgono anche un ruolo di protezione delle piante nei confronti di funghi, parassiti, erbivori e patogeni. Proteggono la pianta nei confronti delle radiazioni ultraviolette nel range critico 230
Attività biologica dei flavonoidi
Oltre a contribuire alla colorazione dei frutti e fiori, i flavonoidi hanno funzione vessillare : attirano quindi i pronubi facilitando anche la dispersione dei semi. (Maugini,
che un ruolo di protezione delle piante nei confronti di funghi, parassiti, erbivori e patogeni. Proteggono la pianta nei confronti delle radiazioni ultraviolette nel range critico 230-380 nm, consentono la prevenzione di fenomeni di I Flavonoidi
hanno funzione vessillare : Maugini, 2011)
che un ruolo di protezione delle piante nei confronti di funghi, parassiti, erbivori e patogeni. Proteggono la pianta nei confronti delle radiazioni 380 nm, consentono la prevenzione di fenomeni di
mutagenesi e costituiscono uno schermo in grado di evitare la fotodistruzione dei coenzimi NAD e NADP. In aggiunta, hanno una proprietà antiossidanti e sono capaci di chelare i metalli, determinando una riduzione della probabilità di foto-ossidazione di alcuni composti in condizioni di elevate intensità luminose. (Maugini et al, 2011)
Oltre ad avere una funzione protettiva nei confronti della pianta, i flavonoidi hanno molteplici ruoli nell’attività terapeutica.
Numerosi studi epidemiologici suggeriscono inoltre che il consumo di sostanze ricche di flavonoidi riduce lo sviluppo di molte malattie come il cancro, patologie cardiovascolari e neurogenerative, osteoporosi e diabete. (Babu et al, 2013)
Hanno un’azione ipoglicemizzante, quindi partecipano alla regolazione del metabolismo glucidico, la loro capacità antiossidanti gli permette di agire anche sulle complicanze diabetiche. (Pontieri et al., 2008)
4.3-Attività farmacologiche dei flavonoidi
È incoraggiante sapere che queste sostanze vegetali posseggono varie funzioni farmacologiche, a volte paragonabili a quelle di farmaci antidiabetici. Sono in corso ricerche cliniche che hanno come obiettivo quello di studiare più a fondo gli effetti antidiabetici dei flavonoidi. Essi agiscono su vari bersagli molecolari e regolano diverse vie di segnalazione cellulare.
In generale i flavonoidi, poiché riescono ad abbassare il glucosio ematico, migliorano la secrezione insulinica e riducono processi di apoptosi cellulare delle cellule pancreatiche; e dato che producono un effetto antiinfiammatorio e antiossidante riescono a ridurre la resistenza insulinica. In questa sezione vedremo nel dettaglio gli studi su diversi flavonoidi e i loro meccanismi cellulari. (Babu et al, 2013)
Sono stati effettuati tre studi prospettici che hanno coinvolto quasi 200.000 uomini e donne degli USA; gli studiosi hanno osservato la minore incidenza del rischio del diabete grazie al consumo quotidiano di cibi ricchi di antocianidine quali mirtilli, mele e pere. (Babu et al. 2013)
I Flavonoidi
4.3.1-Flavonoidi regolatori del metabolismo glucidico e lipidico
Sono in studio vari flavonoidi che agiscono sul metabolismo glucidico e lipidico, favorendo la riduzione dell’iperglicemia.
Molti ricercatori hanno dimostrato che una somministrazione di baicaleina (0,25/0.5 g/kg) porta un effetto ipoglicemico, diminuisce la resistenza al glucosio e aumenta i livelli dell’insulina. Inoltre sono fornite delle prove che indicano che il trattamento a base di flavonoidi non solo ha un potenziale terapeutico contro il diabete ma previene tutte le complicanze ad esso associate. (Vinayagam et al., 2015)
In vari studi è documentato che isoflavonoidi come la genisteina e la daidzeina regolano il metabolismo del glucosio e dei lipidi: hanno dimostrato che tramite una dieta a base di isoflavonoidi, si ha una migliore sensibilità all’insulina e viene aumentato l’assorbimento di glucosio nelle cellule muscolari in modo da ridurre così il glucosio ematico.( Vinayagam et al., 2015)
Uno studio preclinico condotto sulla diosmina afferma che il trattamento orale per 45 giorni della stessa ha portato ad un’attività ipoglicemica, riducendo il glucosio ematico, aumentando l’espressione genica di enzimi epatici quali l’esochinasi e la glucosio-6-fosfato deidrogenasi (G6PD)2 e diminuendo l’espressione genica della glucosio 6 fosfatasi (G6Pase) e del fruttosio-1,6-bifosfato (FDPase)3. (Vinayagam et al., 2015)
La fisetina è un flavonoide che inibisce un processo chiave del metabolismo glucidico: la gluconeogenesi. Secondo alcuni studi sembra che la fisetina come la morina, interrompa il trasporto del piruvato al mitocondrio, da cui ha inizio la gluconeogenesi, riducendo non solo il rapporto NADH/NAD+ ma anche l’iperglicemia. (Vinayagam et al., 2015)
Oltre a bloccare la via della gluconeogenesi, cioè la formazione di glucosio a partire da precursori non glucidici tra cui il lattato, il piruvato e l’ossalato (Nelsen et al., 2015), sembra che la fisetina inibisca la glicogenolisi impendendo la formazione di altro glucosio. (Vinayagam et al., 2015)
Altri studi preclinici testimoniano ancora l’attività ipoglicemizzante del composto vegetale: un trattamento per 30 giorni del flavonoide in animali diabetici permette di mostrare una diminuzione del glucosio a livello ematico più un decremento della HbA1c. (Vinayagam et al., 2015)
2 Enzima coinvolto nella via dei pentoso fosfati e nella patologia discussa risulta diminuita. 3
A tal proposito ci sono altri studi preclinici che confermano il trattamento di Tangeritina (100 mg/kg) in modelli animali diabetici, produce una significativa riduzione di glucosio plasmatico e una diminuzione di HbA1c. Il flavonoide induce l’attività di enzimi che partecipano nel processo glicolitico e portano di conseguenza una stimolazione della secrezione di insulina da parte cellule β pancreatiche, oltre al conferimento di un potere antiossidante. (Vinayagam et al., 2015)
Studi in modelli animali condotti sulla Morina hanno permesso di valutare, dopo un trattamento di 30 giorni, come diminuiva sia l’iperglicemia e sia l’insulino-resistenza. Inoltre il composto vegetale agisce sul metabolismo lipidico, regolarizzando i livelli di LDL nel sangue. (Vinayagam et al., 2015 )
L’eriodictiolo e la narigenina stimolano l’espressione di mRNA dei PPAR-γ promuovendo l’adipogenesi. Inoltre l’eriodictiolo agisce sull’attivazione della via di PI3K/Akt in modo da diminuire il livello di glucosio ematico. (Vinayagam et al., 2015) In uno studio è stato notato che il trattamento di esperidina (10 g/kg) ha diminuito il glucosio ematico grazie all’azione sui livelli regolatori enzimatici del glucosio. (Vinayagam et al., 2015) L’esperidina agisce sui trasportatori del glucosio; riduce il livello di glucosio ematico in quanto aumenta l’espressione dei GLUT4 nel tessuto adiposo, azione esercitata anche dall’apigenina. (Vinayagam et al., 2015) Oltre a ciò il flavonone diminuisce l’espressione genica dei GLUT2 negli epatociti, dato che negli anni l’attenzione di molti ricercatori si è spostata su GLUT2, si è osservato nei modelli animali diabetici un aumento di questo trasportatore. (Hajiaghaalipour et al.,2015)
Come già osservato, un soggetto diabetico può essere accompagnato da una condizione di ipertensione arteriosa. Anche in questo caso, l’esperidina può essere impiegata per prevenire questa complicazione, in quanto il flavonoide riduce la pressione diastolica e migliora la capacità inotropa4. (Vinayagam et al., 2015)
Sono stati messi in pratica numerosi studi sulla naringenina dovuti all’ effetto insulinico-mimetico. In uno studio, dopo trattamento orale di naringenina (25 mg/kg) in modelli animali si è evidenziata una significativa inibizione dell’α-glucosidasi, così si riduce il glucosio post-prandiale. (Vinayagam et al., 2015) Ricerche scientifiche hanno riportato che il flavonoide stimola l’assorbimento del glucosio nel muscolo scheletrico in modo dose-dipendente, grazie all’induzione di AMPK. (Hajiaghaalipour et al.,2015)
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I Flavonoidi
Anche la cianidina esercita un’azione inibente sull’attività dell’enzima α-glicosidasi intestinale e anche sull’attività dell’α-amilasi.
4.3.2-Stress ossidativo e flavonoidi
I flavonoidi presentano le seguenti attività farmacologiche: antiinfiammatoria, antiallergica, gastroprotettiva, antitumorale, e la più importante, è l’attività antiossidante. L’azione antiossidante dei flavonoidi è determinata dalla loro struttura chimica. Essi risultano particolarmente capaci di accettare gli elettroni in eccesso presenti sui radicali liberi5 senza, a loro volta, divenire eccessivamente reattivi. Ciò avviene grazie all’elevata elettrofilia della molecola, che risulta in grado di delocalizzare l’elettrone in più sul sistema coniugato come i cicli aromatici e i gruppi fenolici. (Tognolini-Chievarini 2007)
La maggiore efficacia dei flavonoidi si esplica nei confronti dei ROS6 che possono risultare molto dannosi, in quanto sono in grado di ossidare le macromolecole biologiche, come i lipidi, le proteine e il DNA, possono inattivare enzimi e recettori, modificando le proteine fino a provocare danni al genoma. (Valko et al., 2006) Quando la concentrazione cellulare dei ROS eccede si crea uno squilibrio redox intracellulare: in questo modo si instaura una condizione di stress ossidativo.
L’effetto antiossidante dei flavonoidi può esplicarsi in maniera diretta, come scavenger di specie radicaliche e in maniera indiretta, mediante l’induzione delle difese antiossidanti endogene in quanto minimizzano gli effetti lesivi dei radicali ossidanti.
Studi preclinici sulla morina evidenziano come lo stesso flavonoide diminuisce i livelli di perossidazione lipidica e la capacità antiossidante, testata su modelli animali (Vinayagam et al., 2015)
In particolare, i flavonoidi sono in grado di catturare il radicale superossido con il risultato di risparmiare l’ossido d’azoto, che altrimenti sarebbe trasformato in perossinitrito (ONOO¯ ), altamente nocivo per i tessuti. (Tognolini-Chievarini 2007)
La baicaleina assieme alla cianidina sono in grado di esercitare “scavenger” cioè di spazzino di radicali liberi attenuando lo stress ossidativo. (Vinayagam et al., 2015)
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Molecole con uno o più elettroni spaiati in un orbitale molecolare o atomico, prodotti normalmente e costantemente all’interno delle cellule dell’organismo. Sono molecole altamente instabili e per questo estremamente reattive, che esplicano la loro attività tossica solo quando sono prodotte con una velocità o in una quantità tale da non poter essere inattivate dai sistemi di difesa della cellula.
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Nello studio preclinico sono stati somministrati per un mese da 50 a 100 mg/kg di diosmina e alla fine del periodo di sperimentazione, sono stati osservati diminuiti livelli di glucosio e diminuito anche lo stress ossidativo. (Vinayagam et al., 2015)
In condizioni normali le ROS si formano all’interno della cellula, durante la catena respiratoria mitocondriale oppure anche per azione di enzimi come la xantina ossidasi, le lipossigenasi e le ciclossigenasi. (Szocs et al., 2004) Possono anche essere formate dalla biotrasformazione di composti estranei come tossine e farmaci, per opera della citocromo P-450 monoossigenasi, durante la reazione metabolica di fase I. (Ichihashi et al., 2003) Un'altra fonte di ROS sono i macrofagi e i granulociti neutrofili, cellule specializzate nell’eliminazione di microorganismi estranei, le quali contengono enzimi, come il sistema enzimatico della NADPH-ossidasi, capaci di generare il radicale superossido e il perossido d’idrogeno.
Le ROS si formano nella cellula non solo attraverso reazioni di ossidoriduzione, ma anche a seguito di un evento infiammatorio. (Valko et al., 2006) I principali ROS sono rappresentati da:
• anione superossido •O2
-• radicale idroperossido •O2H
• radicale idrossilico • OH • monossido d’azoto NO• • anione perossinitrito ONOO
-Esistono altre molecole, quali H2O2 (perossido d’idrogeno) e HOCl (acido ipocloroso) che pur non essendo radicali di per sé, producono facilmente il radicale idrossilico, altamente reattivo.
NO viene sintetizzato a partire da L-arginina, ossigeno molecolare e NADPH, per azione dell’enzima NOS (ossido nitrico sintasi). Esistono varie isoforme di NOS, in base alla distribuzione tessutale:
• eNOS è normalmente presente nell’endotelio e provoca vasodilatazione.
• nNOS è presente nel sistema nervoso centrale che regola diverse funzioni sinaptiche; è di tipo costitutivo in quanto la sua attività è legata alle alte concentrazioni cellulari di ioni calcio.
• iNOS è inducibile; presente in molti tipi cellulari quali epatociti, cellule cardiache ed epitelio respiratorio. iNOS è anche rappresentato nell’endotelio nelle cellule muscolari lisce e nei macrofagi, quando la cellula viene attaccata da diversi
I Flavonoidi
mediatori chimici dell’infiammazione (IL-6, TNF-α) essa viene indotta a produrre molta NO-sintasi. NO interagisce con radicali liberi come l’anione superossido, rilasciati da neutrofili e macrofagi trasformandosi in perossinitrito causando danno e morte cellulare. (Droge, 2002)
La naringenina svolge un’azione di protezione verso il sistema vascolare in quanto previene la formazione di ossido nitrico. (Vinayagam et al., 2015)
Se da una parte abbiamo la produzione di ROS, per contro siamo davanti a un meccanismo di sostanze antiossidanti endogeni che possono agire come “scavengers” in modo da prevenire qualsiasi tipo di danno cellulare. Tra gli antiossidanti endogene troviamo:
• la superossido dismutasi (SOD) catalizza la reazione di dismutazione dell’anione superossido: 2•O2-+ 2H+ H2O2+O2
é un principale antiossidante cellulare che mantiene bassa la concentrazione di •O2- L’enzima funziona in collaborazione con la catalasi e la glutatione perossidasi. (Valko et al., 2006)
• glutatione perossidasi (GPx) è un enzima che riduce H 2O2 attraverso l’ossidazione del glutatione ridotto (GSH) H 2O2 + 2GSH 2 H 2O + GSSH. (Valko et al., 2006)
è una proteina presente nel citosol e rappresenta il principale detossificatore di H2O2 della cellula.
• catalasi (CAT) catalizza la seguente reazione:2H2O2 O2 +2H2O
è una eme-proteina e si trova nei perossisomi e nei macrofagi, opera all’interno delle cellule per rimuovere la maggior parte di radicali liberi, prima che questi vanno a reagire con ioni metallici dando vita a radicali liberi più reattivi.
Insieme alla SOD permette la rapida detossificazione del O2 (Willcox, 2004-Valko et al., 2006)
La presenza di eccessivi livelli di glucosio ematico comporta una diminuzione degli enzimi antiossidanti sopracitati; ma i flavonoidi in studio, oltre a una azione di spazzino contro i ROS, possono stimolare l’attività delle sostanze antiossidanti endogene. (Pontieri et al., 2008)
Alcuni studi provano l’attività antiossidante della diosmina in quanto, tramite l’induzione di enzimi antiossidanti come la GPx, la superossido dismutasi (SOD) e la catalasi (CAT),
ripristina i livelli redox intracellulare e di conseguenza diminuisce i livelli plasmatici del glucosio e incrementa i livelli di insulina. (Vinayagam et al., 2015)
In studi preclinici, si osserva l’attività dell’apigenina e della pelargonidina: oltre a ridurre la perossidazione lipidica, hanno un’azione antiossidante che si esplica aumentando l’attività di antiossidanti endogeni. (Vinayagam et al., 2015)
Un soggetto diabetico, in condizione di iperglicemia, l’eccesso di glucosio può andare incontro a un processo di autossidazione con riduzione chimica dell’ossigeno, e quindi a una generazione di intermedi ossidanti come •O2- •O2H •OH e a una produzione di α-chetoaldeidi in grado di reagire con le proteine provocando una glicazione labile. Il glucosio può legarsi direttamente alle proteine e formare una base di Shiff formando un prodotto che a sua volta può decomporsi, dando luogo a intermedi instabili in grado di reagire con altre proteine e formare prodotti terminali della glicazione avanzata (AGEs). (Pontieri et al., 2008)
I prodotti della glicazione (AGEs) rappresentano une delle fonti della formazione di radicali liberi e, nello stesso tempo, possono ridurre gli enzimi endogeni antiossidanti. (Willcox et al., 2004)
Infatti lo studio preclinico ha osservato in animali diabetici due parametri fondamentali: l’aumento della emoglobina glicata (HbA1c) e la diminuzione della glutatione perossidasi (GPx). Dopo aver somministrato in questi animali la diosmina, si sono registrati un abbassamento dell’emoglobina glicata per il fatto che il glucosio si trova in minor quantità nel sangue e di conseguenza viene meno la glicazione con l’emoglobina, e un aumento dell’agente antiossidante endogeno GPx che agisce da spazzino nei confronti dei ROS. (Vinayagam et al., 2015)
Un consumo di delfinidina (100 mg/kg) in animali diabetici ha portato gli stessi effetti del flavonoidi appena discusso. (Vinayagam et al., 2015)
Dagli ultimi studi risulta che la baicaleina non solo previene il processo di glicazione ma elimina i prodotti della glicazione stessa (AGEs 7). (Vinayagam et al., 2015)
Le specie reattive dell’ossigeno e i prodotti terminali della glicazione avanzata possono generare le varie complicanze diabetiche, in particolare possiamo osservare la presenza di LDL ossidate e una disfunzione endoteliale a seguito dell’azione dei radicali liberi che innesca uno stato infiammatorio con rilascio di citochine infiammatorie. (Tripathi et al.,2009)
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Studi sull’esperidina affermano un effetto
l’inibizione del rilascio di citochine infiammatorie. Antocianidine come la delfinidina
rilascio di ROS e inoltre risulta utile nella prevenzione una possibile complicanza diabetica
Per di più i flavonoidi proteggono le LDL dai danni ossidativi aterosclerotici. Alcuni flavonoidi, come la
metallici come il Ferro, spesso coinvolto nella formazione di radicali liberi. Complessivamente, l’azione multipla esercitata da queste sostanze si traduce in una riduzione dello stress ossidativo.
Recentemente è stata analizzata una delle complicanze presenti nel diabete: la nefropatia diabetica. Essa è soggetta ad alterazioni di fattori metabolici e fattori ossidativi producendo lesioni renali. Quindi diversi fattori come lo stress ossidativo e i processi infiammatori dimostrano di svolgere un ruolo importante nello sviluppo del diabete; questi fattori non sono indipendenti ma interagiscono tra di loro, infatti diversi studi riportano che l’infiltrazione di macrofagi produce specie reattive dell’ossigeno, citochine inf
e fattori di crescita. In questo modo l’infiammazione contribuisce non diabetica, ma ha come conseguen
stato di stress ossidativo. (Arellano
Figura 2 Stress ossidativo nel diabete
L’aumento di livelli di glucosio nel sangue porta a una maggiore glicazione, di conseguenza una ridotta capacità antiossidante da parte degli agenti difensivi dello st
la formazione di radicali liberi. Nel diabete mellito, il danno a carico di tessuti porta a uno stress ossidativo che causa un autossidazione del glucosio, ossidazione degli acidi grassi e danno a livello del DNA, come risultato si ottengon
affermano un effetto inibitorio della generazione dei radicali liberi e scio di citochine infiammatorie. (Vinayagam et al., 2015
delfinidina protegge l’endotelio vasale da infiltrazioni neutrofile lascio di ROS e inoltre risulta utile nella prevenzione di patologie circolatorie,
possibile complicanza diabetica. (Vinayagam et al., 2015)
i flavonoidi proteggono le LDL dai danni ossidativi diminuendo gli effetti Alcuni flavonoidi, come la quercetina possono fungere da chelanti di ioni metallici come il Ferro, spesso coinvolto nella formazione di radicali liberi. Complessivamente, l’azione multipla esercitata da queste sostanze si traduce in una
ossidativo. (Tognolini-Chievarini 2007)
analizzata una delle complicanze presenti nel diabete: la nefropatia diabetica. Essa è soggetta ad alterazioni di fattori metabolici e fattori ossidativi producendo lesioni renali. Quindi diversi fattori come lo stress ossidativo e i processi infiammatori dimostrano di svolgere un ruolo importante nello sviluppo del diabete; questi fattori non sono indipendenti ma interagiscono tra di loro, infatti diversi studi riportano che l’infiltrazione di macrofagi produce specie reattive dell’ossigeno, citochine inf
n questo modo l’infiammazione contribuisce non
ma ha come conseguenza un rilascio di mediatori pro-infiammatori creando uno Arellano-Buendìa et al.,2016)
Stress ossidativo nel diabete
L’aumento di livelli di glucosio nel sangue porta a una maggiore glicazione, di conseguenza una ridotta capacità antiossidante da parte degli agenti difensivi dello stress ossidativo, provocando la formazione di radicali liberi. Nel diabete mellito, il danno a carico di tessuti porta a uno stress ossidativo che causa un autossidazione del glucosio, ossidazione degli acidi grassi e danno a livello del DNA, come risultato si ottengono le complicanze diabetiche. (Willcox et al.,
I Flavonoidi
della generazione dei radicali liberi e 2015)
sale da infiltrazioni neutrofile e atologie circolatorie, che sono
diminuendo gli effetti possono fungere da chelanti di ioni metallici come il Ferro, spesso coinvolto nella formazione di radicali liberi. Complessivamente, l’azione multipla esercitata da queste sostanze si traduce in una
analizzata una delle complicanze presenti nel diabete: la nefropatia diabetica. Essa è soggetta ad alterazioni di fattori metabolici e fattori ossidativi producendo lesioni renali. Quindi diversi fattori come lo stress ossidativo e i processi infiammatori dimostrano di svolgere un ruolo importante nello sviluppo del diabete; questi fattori non sono indipendenti ma interagiscono tra di loro, infatti diversi studi riportano che l’infiltrazione di macrofagi produce specie reattive dell’ossigeno, citochine infiammatorie solo alla nefropatia infiammatori creando uno
L’aumento di livelli di glucosio nel sangue porta a una maggiore glicazione, di conseguenza una ess ossidativo, provocando così la formazione di radicali liberi. Nel diabete mellito, il danno a carico di tessuti porta a uno stress ossidativo che causa un autossidazione del glucosio, ossidazione degli acidi grassi e danno a livello
4.3.3-Infiammazione e flavonoidi
Il processo infiammatorio è costituito dalla successione temporale di eventi coordinati dalla presenza di distinti mediatori pro- e anti-infiammatori. I granulociti neutrofili rappresentano il tipo leucocitario principale presente nel sito infiammatorio durante le fasi iniziali e partecipano attivamente sia alla fase di attivazione che alla risoluzione del processo infiammatorio grazie alla capacità di sintetizzare e rilasciare sia citochine che chemochine proinfiammatorie (TNFα, IL-1β8, CXCL89) e anti-infiammatorie. Il mancato controllo temporale e/o dell’entità della risposta infiammatoria può svolgere un ruolo importante nello sviluppo di patologie infiammatorie croniche.
Nel diabete di tipo 2 la resistenza insulinica è provocata da una disfunzione a livello dei GLUT4, e dall’inibizione della fosforilazione del recettore insulinico (IRS), ciò sembra sia dovuto a un’esposizione di citochine infiammatorie come il fattore di necrosi tumorale α (TNFα), quindi il processo infiammatorio contribuisce allo sviluppo del diabete. Di conseguenza il rilascio di TNFα, IL-1, e anche di ROS, produce una perdita di funzione insulinica: vengono attivate due chinasi JNK10 e IKK che portano alla produzione di ulteriori mediatori infiammatori come AP-111 e NF-κB (Nuclear Factor Kappa B). (Hajiaghaalipour et al.,2015)
L’NF-κB è un fattore di trascrizione inducibile in grado di legare nel nucleo cellulare specifiche sequenze di DNA presenti in geni da esso regolati. Si tratta di una proteina coinvolta nella sopravvivenza cellulare, differenziazione cellulare e infiammazione. Normalmente la proteina NF-κB si trova nel citoplasma di svariati tipi di cellule, legata ad un’ulteriore proteina, IκBα (un inibitore) che la rende inattiva, cioè incapace di formare interazione con il DNA. Sotto stimoli esterni di varia natura, come agenti batterici e virali, NF-κB si libera e riesce a migrare nel nucleo, dove può assolvere alla funzione regolatrice di trascrizione dei geni target, che comprendono geni codificanti per chemochine, citochine, molecole di adesione, fattori di crescita, il fattore di necrosi tumorale α, l’ossido nitrico sintasi inducibile (iNOS), l’interleuchina-1, l’interleuchina-6 e la ciclossigenasi-2. (Valko et al., 2006)
8 IL-1 è una citochina infiammatoria costituita da due molecole distinte IL-1α e IL-1β. Viene prodotta dai
monociti macrofagi. Degli stimoli pro-infiammatori inducono la produzione di IL-1 innescando così un meccanismo di amplificazione della risposta infiammatoria.
9 Chiamata anche IL-8
10 C-Jun N terminale chinasi (JNK) e IκB chinasi (IKK) 11
I Flavonoidi
Le condizioni iperglicemiche sono dovute anche a una disfunzione delle cellule β pancreatiche che possono subire il processo di apoptosi. Questo meccanismo porta il mitocondrio a produrre radicali liberi, accompagnato da aumento di acidi grassi liberi in circolo e da una soppressione della cascata di segnalazione di MAPK (mitogen activated protein kinases), portando a un accumulo di triglieridi e ad un’attivazione di SREBP, i quali a loro volta contribuiscono al malfunzionamento delle cellule β pancreatiche. (Hajiaghaalipour et al.,2015)
Il kaempferolo limita il processo di apoptosi e inibisce il rilascio della caspasi 3 (sostanza pro-apoptitica) da parte delle cellule β pancreatiche danneggiate. Questo processo avviene grazie all’induzione di AMPc e dall’aumento dell’espressione proteica di Bcl-212. (Vinayagam et al., 2015)
Ulteriori pubblicazioni dimostrano che il kaempferolo induce un’attività antiossidante, in quanto inibisce la perossidazione lipidica e la formazione di nitriti, associata a un’attività antiinfiammatoria.(Vinayagam et al., 2015)
Diversi studi dimostrano che i flavonoidi sono in grado di diminuire l’espressione del pathway infiammatorio: esercitano un’azione inibente su enzimi come la ciclossigenasi, la lipossigenasi responsabili nella sintesi di molecole come le prostaglandine ed i leucotrieni coinvolti nei processi infiammatori.
In letteratura si descrive l’attività della fitesina che migliora lo stress ossidativo, agendo sull’abbassamento di NF-κB, p65, IL-1β (interleuchina-β) e NO. (Vinayagam et al., 2015) I flavonoidi trovano applicazione anche nel trattamento della retinopatia diabetica, i particolare l’ erictiodiolo riesce a diminuire il livello di citochine infiammatorie: esse stimolano la produzione di molecole di adesione (VCAM-1, ICAM-1) che favoriscono il reclutamento di monociti e la loro adesione all’endotelio. (Vinayagam et al., 2015)
Anche un altro flavonoide come la baicaleina agisce contro l’infiammazione che può esplicarsi a livello renale causando la nefropatia diabetica. (Vinayagam et al., 2015). La baicaliena attivando la via di biosegnalazione di AMPK, sopprime l’infiammazione tramite la via di segnalazione di MAPKs, oltre alla diminuzione della resistenza insulinica. Si pensa che l’attivazione di AMPK, in quanto regolatore metabolico, sia coinvolto anche nell’infiammazione e nello stress ossidativo. (Vinayagam et al., 2015)
La crisina, studiata per il trattamento del diabete mellito, sopprime alcune sostanze come TGF-β, fibronectina e la proteina collagene-IV che viene espressa nei tessuti renali in
12 Le proteine della famiglia di Bcl-2 controllano la permeabilità mitocondriale. Possono influenzare la
presenza di un danno tissutale. Riduce il livello di citochine pro infiammatorie nel siero come IL-1β,IL-6, inoltre la crisina grazie a questo effetto antiinfiammatorio previene lo sviluppo di neuropatie diabetiche provato in modelli animali. Evidenti studi dimostrano che il trattamento dello stesso flavonoide porta una riduzione di glucosio ematico, un aumento di livelli insulinici ed esercita anche un’azione antiipertensiva; condizione patologica che sopravviene in seguito alle complicazione diabetiche. (Vinayagam et al., 2015)
Sembra che la luteolina e la tangeretina devono il loro ruolo antiinfiammatorio al fatto che diminuiscono i livelli di circolazione di MCP-1 (monocyte chemoattractant protein-1). (Vinayagam et al., 2015)
MCP-1 sembra essere responsabile della migrazione dei monociti a livello dei siti di formazione delle lesioni. Una famiglia proteica chemotattica può richiamare i linfociti e produrre una risposta infiammatoria.
Inoltre la luteolina aumenta l’attività di HO-113 ottenendo una risposta protettiva nei confronti dei tessuti renali.(Vinayagam et al., 2015)
Infine la luteolina agisce anche sulla diminuzione della famiglia di coattivatori p300-CREB (conosciuto anche come coattivatore NF-κB). (Vinayagam et al., 2015)
Uno studio su animali diabetici ha evidenziato, oltre all’aumento del glucosio plasmatico, un danno a livello vascolare dovuto all’aumento della permeabilità con conseguente adesione di monocita, formazione di radicali liberi e stati infiammatori. Questi modelli animali sono stati trattati con wogonina ottenendo un effetto antinfiammatorio e di conseguenza antidiabetico. (Vinayagam et al., 2015)
Studi sulla quercetina dimostrano inoltre di avere un effetto antiossidante grazie all’aumento dell’attività di eme ossigenasi-1 (HO-1) e di Nrf-2.(Vinayagam et al., 2015)
13
Figura 3
Ruolo dei flavonoidi nel trattamento nella regolazione del glucosio ematico nel diabete mellito.
(Vinayagam et al., 2015)
4.3.4-Flavonoidi e Nrf
L’Nrf-2 potrebbe giocare un ruolo importante nella diminuzione dello stress ossidativo che coinvolge numerose malattie come il diabete mellito. Negli ultimi anni, numerosi studi si sono concentrati sul ruolo dell’Nrf
nell’attività di Nrf-2. Purtroppo non sono presenti studi clinici numerosi, ma grazie a modelli animali e linee cellulari possiamo studiare a fondo la funzione di Nrf
È testato che nei tessuti di animali diabetici c’è una condizione di down
dell’espressione della molecola. I flavonoidi presentano questa capacità antiossidante grazie alla capacità di incre
Ruolo dei flavonoidi nel trattamento nella regolazione del glucosio ematico nel diabete mellito.
Flavonoidi e Nrf2
potrebbe giocare un ruolo importante nella diminuzione dello stress ossidativo che coinvolge numerose malattie come il diabete mellito. Negli ultimi anni, numerosi studi si sono concentrati sul ruolo dell’Nrf-2 nel diabete e sul ruolo di sostanze come i fl
2. Purtroppo non sono presenti studi clinici numerosi, ma grazie a modelli animali e linee cellulari possiamo studiare a fondo la funzione di Nrf
È testato che nei tessuti di animali diabetici c’è una condizione di down
dell’espressione della molecola. I flavonoidi presentano questa capacità antiossidante grazie alla capacità di incrementare l’attività di Nrf-2. (Jimenez-Osorio et al.,
I Flavonoidi
Ruolo dei flavonoidi nel trattamento nella regolazione del glucosio ematico nel diabete mellito.
potrebbe giocare un ruolo importante nella diminuzione dello stress ossidativo che coinvolge numerose malattie come il diabete mellito. Negli ultimi anni, numerosi studi si e sul ruolo di sostanze come i flavonoidi 2. Purtroppo non sono presenti studi clinici numerosi, ma grazie a modelli animali e linee cellulari possiamo studiare a fondo la funzione di Nrf-2.
È testato che nei tessuti di animali diabetici c’è una condizione di down-regulation dell’espressione della molecola. I flavonoidi presentano questa capacità antiossidante
4.3.4.1- Meccanismo molecolare del sistema Nrf2-Keap1
L’Nrf2 è una proteina formata da 605 residui di amminoacidi e possiede dei domini funzionali, (Neh1, Neh2, Neh3, Neh4, Neh5, Neh6) contenuti nella regione di riconoscimento del DNA. È un fattore di trascrizione nucleare eritroide-2 (Nrf2, codificato nell’uomo dal gene NFE2L2), questo fattore regola l’espressione genica di una grande varietà di enzimi citoprotettivi antiossidanti e della fase II di disintossicazione attraverso una sequenza promotrice nota come elemento di risposta antiossidante (ARE). ARE è un elemento promotore che si trova in molti geni citoprotettivi e quindi Nrf2 svolge un ruolo fondamentale nel sistema di difesa cellulare contro gli stress ambientali ARE-dipendenti. Nrf2 appartiene ad una famiglia di proteine che comprende quattro membri: p45 NFE2, Nrf1, Nrf2 e Nrf3 che possiedono un motivo di legame al DNA tipo cerniera di leucina, con un dominio basico adiacente (Bzip), denominato anche Cap’n’collar (CNC). (Jimenez-Osorio et al., 2015)
In condizioni basali Nrf2 è sequestrato nel citoplasma da Keap114(Kelch-like ECH-associated protein 1), una proteina citoscheletrica, che avverte la variazione di stress ossidativo e si lega alla proteina Nrf2 in modo da bloccarla. (Urano et al., 2015) In queste condizioni Nrf2 viene degradato attraverso un sistema di ubiquitinazione che trasferisce la proteina verso il proteosoma. (Uruno et al., 2015) Keap1 che fa parte di questo sistema di ubiquitinazione, è legata a un complesso proteico Cul3-Rbx1.(Uruno et al., 2015) In condizioni di stress ossidativo Nrf2 si stacca dal suo complesso e si dirige verso il nucleo dove in combinazione eterodimerica con un gruppo di proteine chiamate Maf, c-Jun o altri partners induce l’attivazione di ARE e la conseguente trascrizione di geni correlati alla risposta allo stress ossidativo. (Arellano-Buendìa et al.,2016- Jimenez-Osorio et al., 2015) Nei nuclei, l’Nrf2 subisce l’acetilazione causando l’unione del dominio bZip con la sequenza ARE incrementando in tal modo la trascrizione genica. Al contrario, la deacetilazione causa il rilascio di Nrf2 dalla sequenza ARE causando la terminazione trascrizionale e la sua esportazione al citoplasma, dove verrà legata nuovamente alla proteina Keap1. Perciò l’Nrf2 è attivata da variazioni nello stato ossidativo, tramite l’up-regulation di antiossidanti, metabolizzanti xenobiotici in modo da ripristinare l’omeostasi. (Jimenez-Osorio et al., 2015)
14 La proteina keap1 oltre ad agire come sensore di stress ossidativo, essa agisce come adattatore al substrato
Quando si crea uno squilibri
efficienza degli antiossidanti endogeni, i residui di cisteina della proteina Keap1 subiscono una modifica tale da perdere l’abilità di ubiquitinazione dell’Nrf2 e provocare di conseguenza la rottura del sistema Kea
Figura 4: sistema Nrf2-Keap1
L’Nrf2 potrebbe giocare un ruolo importante in varie malattie che sono coinvolte nello stress ossidativo; dal 2007 risultano numerosi studi che si sono focalizzati sul ruolo dell’Nrf2 che si esplica sul trattamento del diabete
(Jimenez-Osorio et al., 2015 L’Nrf2 non solo stimola l’eliminazione di xenobiotici, ma
glutatione perossidasi (GPx) la tireodossina, e anche di al., 2015)
Evidenti studi in vitro di modelli sia umani che animali
si ha quando la concentrazione di glucosio è bassa, infatti, al contrario,
di glucosio alto per periodi più lunghi porta una disattivazione dell’Nrf2. Quindi è palese che l’attivazione del fattore di trascrizione dipenda
di glucosio a livello ematico. (
Il sistema Keap1-Nrf2 gioca un ruolo critico nel mantenim contribuisce maggiormente alla
crea uno squilibrio ossidativo, dovuto all’eccedenza dei ROS o
efficienza degli antiossidanti endogeni, i residui di cisteina della proteina Keap1 subiscono una modifica tale da perdere l’abilità di ubiquitinazione dell’Nrf2 e provocare di
a del sistema Keap1-Nrf2. (Uruno et al., 2015)
Keap1
L’Nrf2 potrebbe giocare un ruolo importante in varie malattie che sono coinvolte nello stress ossidativo; dal 2007 risultano numerosi studi che si sono focalizzati sul ruolo
esplica sul trattamento del diabete mellito e nelle sue complican 2015)
la trascrizione di geni che inducono la detossifi biotici, ma favorisce la formazione di agenti antio ossidasi (GPx) la tireodossina, e anche di
eme-ossigenasi-i modelleme-ossigenasi-i seme-ossigenasi-ia umaneme-ossigenasi-i che aneme-ossigenasi-imaleme-ossigenasi-i eme-ossigenasi-indeme-ossigenasi-icano che l’atteme-ossigenasi-ivazeme-ossigenasi-ione deme-ossigenasi-i Nrf2 si ha quando la concentrazione di glucosio è bassa, infatti, al contrario,
o per periodi più lunghi porta una disattivazione dell’Nrf2. Quindi è palese fattore di trascrizione dipenda strettamente anche dalla concentrazione glucosio a livello ematico. (Jimenez-Osorio et al., 2015)
Nrf2 gioca un ruolo critico nel mantenimento dell’omeostasi energetica e contribuisce maggiormente alla regolazione del metabolismo energetico, i
I Flavonoidi
dovuto all’eccedenza dei ROS o alla mancata efficienza degli antiossidanti endogeni, i residui di cisteina della proteina Keap1 subiscono una modifica tale da perdere l’abilità di ubiquitinazione dell’Nrf2 e provocare di
L’Nrf2 potrebbe giocare un ruolo importante in varie malattie che sono coinvolte nello stress ossidativo; dal 2007 risultano numerosi studi che si sono focalizzati sul ruolo mellito e nelle sue complicanze.
la trascrizione di geni che inducono la detossificazione e la formazione di agenti antiossidanti come la -1(HO.1). (Uruno et
indicano che l’attivazione di Nrf2 si ha quando la concentrazione di glucosio è bassa, infatti, al contrario, la concentrazione o per periodi più lunghi porta una disattivazione dell’Nrf2. Quindi è palese strettamente anche dalla concentrazione
ento dell’omeostasi energetica e ne del metabolismo energetico, in particolare il
sistema Keap-Nrf2 protegge l’organ
non solo regola il metabolismo glucidico ma anche quello lipidico, esso agisce favorendo il processo glicolitico e la via dei pentoso fosfati
Negli ultimi anni, molti ricercatori hanno fornito prove concrete s di crescita Nrf2 con l’infiammazione
al.,2016)
Come ben sappiamo, la disfunzione di cellule
nello sviluppo e nella progressione del diabete di tipo 2, perciò in questo caso lo stress ossidativo è aumentato e quindi molte ricerche suggeriscono di favorire l’aumento di enzimi antiossidanti con l’intervento di sostanze che inducono l’attività di Nrf2,
da per proteggere le cellule di L
Inoltre l’attivazione di Nrf2 non solo induce l’attività di enzimi antiossidanti endogeni ma inibisce anche l’infiammazione dovuta
proteina chinasi C oltre a indurre l’assorbimento del glucosio nelle sensibili. (Jimenez-Osorio et al.,
Figura 5
Prevenzione del diabete mellito mediante la diminuzione della resistenza insulinica e la delle cellule pancreatiche mediata dal sistema Nrf2
Nrf2 protegge l’organismo dalla patologia diabetica. A tale proposito l’Nrf2 non solo regola il metabolismo glucidico ma anche quello lipidico, esso agisce favorendo il
ocesso glicolitico e la via dei pentoso fosfati. (Uruno et al., 2015)
Negli ultimi anni, molti ricercatori hanno fornito prove concrete sulla relazione del fattore di crescita Nrf2 con l’infiammazione e i vari disturbi associati. (Arellano
, la disfunzione di cellule β pancreatiche è un fattore molto importante progressione del diabete di tipo 2, perciò in questo caso lo stress ossidativo è aumentato e quindi molte ricerche suggeriscono di favorire l’aumento di enzimi antiossidanti con l’intervento di sostanze che inducono l’attività di Nrf2,
ggere le cellule di Langerhans e prevenire il diabete. (Uruno et al.,
Inoltre l’attivazione di Nrf2 non solo induce l’attività di enzimi antiossidanti endogeni ma e anche l’infiammazione dovuta alla generazione di ROS, e previene il
oltre a indurre l’assorbimento del glucosio nelle Osorio et al., 2015)
Prevenzione del diabete mellito mediante la diminuzione della resistenza insulinica e la delle cellule pancreatiche mediata dal sistema Nrf2. (Uruno et al., 2015)
A tale proposito l’Nrf2 non solo regola il metabolismo glucidico ma anche quello lipidico, esso agisce favorendo il
ulla relazione del fattore Arellano-Buendìa et
pancreatiche è un fattore molto importante progressione del diabete di tipo 2, perciò in questo caso lo stress ossidativo è aumentato e quindi molte ricerche suggeriscono di favorire l’aumento di enzimi antiossidanti con l’intervento di sostanze che inducono l’attività di Nrf2, in modo
no et al., 2015) Inoltre l’attivazione di Nrf2 non solo induce l’attività di enzimi antiossidanti endogeni ma
alla generazione di ROS, e previene il rilascio di oltre a indurre l’assorbimento del glucosio nelle cellule
I Flavonoidi
4.3.4.2-Meccanismi molecolari che stimolano la migrazione nucleare di
Nrf2.
L’esatta interazione dei meccanismi antiossidanti di Nrf2 con altre vie di biosegnalazione non risultano ancora chiare, ma esistono vari metodi che inducono la traslocazione di Nrf2 nel nucleo o altri ancora che invece possono inibire l’attività della proteina Keap1. Uno tra questi è l’attività dell’Nrf2 che agisce su una chinasi a monte della cascata di segnalazione come fosfatidilinositolo-3-chinasi (PI3K), p38, proteina chinasi C (PKC), proteina chinasi extracellulare segnale-regolata (ERK) e c- jun N-chinasi terminale (JNK) L’attivazione di queste proteine induce il rilascio della proteina Nrf2 e la diminuzione della proteina inibitoria Keap1, attivando così la trascrizione genica di fattori cellulari protettivi. (Bhakkiyalakshmi et al., 2015)
PI3K rappresenta una componente essenziale nella segnalazione insulinica in quanto regola l’assorbimento del glucosio attraverso una serie di eventi di fosforilazione. Non conosciamo il meccanismo diretto tra Nfr2 e la pathway di PI3K /Akt, ma numerosi studi confermano che questa via di segnalazione regola l’espressione genica di Nrf2, quindi ulteriori studi sono necessari per comprendere al meglio il ruolo di PI3K sul controllo dell’attività di Nrf2 e sull’interazione di Keap1.
Le poche analisi effettuate confermano che PI3K favorisce l’accumulo di Nrf2 nel nucleo favorendo così la protezione cellulare. (Bhakkiyalakshmi et al., 2015)
È evidente che i flavonoidi intervengono sul metabolismo glucidico, portando un’induzione delle via di PI3K e Akt, contribuendo quindi a un azione antiossidante. Oltre all’attività delle proteine chinasi che favoriscono l’accumulo di Nrf2 nel nucleo, esistono altri meccanismi che agiscono sull’alterazione della proteina Keap1: modifiche sui residui di cisteina di keap1 portano ad un cambiamento conformazionale dell’eterodimero Keap1 che si dissocia dalla sua proteina Nrf2 favorendo la sua migrazione nucleare.
Diversi studi dimostrano che il fattore di trascrizione di Nrf2 sia sotto il controllo di PKC e MAPK e di conseguenza la traslocazione nucleare di Nrf2 è associata alla fosforilazione della tirosina, numerosi ricercatori hanno ipotizzato che i residui di serina e treonina di Nrf2 siano i principali obiettivi della fosforilazione di MAPK. Quindi la fosforilazione mediata da MAPK ha solo il ruolo di modulare l’attività di Nrf2. (Bhakkiyalakshmi et al., 2015)
Inibitori di proteosoma aumentano il livello di Nrf2 nucleare e favoriscono quindi la sua degradazione in modo da ottenere un’attività antiossidante, importante nel diabete. (Bhakkiyalakshmi et al., 2015)
Ciò promuove il reclutamento di coattivatori che favoriscono l’attività trascrizionale di Nrf2.
4.3.4.3-Attività antidiabetica dei flavonoidi mediante il sistema Nrf2
Il potenziale terapeutico dei flavonoidi sull’attivazione dell’Nrf2 nel diabete implica non solo il controllo dello stress ossidativo ma anche l’inibizione di citochine infiammatorie. (Arellano-Buendìa et al.,2016)
Negli ultimi anni, vari studi sono stati condotti per valutare l’attività antiossidante di composti naturali, come i flavonoidi nell’attivazione di Nrf2 e incrementare quindi l’attività antiossidante contro il danno iperglicemico e contro la disfunzione delle cellule β pancreatiche. (Jimenez-Osorio et al., 2015)
Studi condotti su epicatechine e proantocianidine, estratte dal frutto di Actinidia callosa L., il Kiwi, hanno dimostrato di avere attività antiossidanti e anti iperglicemiche, in quanto attivano l’Nrf2 e prevengono il processo di apoptosi. (Jimenez-Osorio et al., 2015)
La Gynostemma pentaphyllum L. in Cina chiamata anche Jiaogulan, è un erba che possiede proprietà antidiabetiche, grazie al suo contenuto di flavonoidi e anche di saponine sembra che stimolare la traslocazione dell’Nrf2 nucleare e incrementa l’attività del SOD e GPx. (Jimenez-Osorio et al., 2015)
Un estratto di semi di proantocianidine (GSPE) è stato studiato per i suoi effetti antidiabetici. Lo studio si focalizza sull’azione di questi flavonoidi per il trattamento di una complicanza: la nefropatia diabetica. GSPE, oltre ad aumentare l’attività degli antiossidanti endogeni come SOD e GSH, inibisce l’apoptosi delle cellule interagendo con il fattore di trascrizione Nrf2 e in contemporanea si evidenzia un’elevata attività concomitante dell’emeossigenasi-1 (HO-1). (Chen et al., 2015)
Nel seguente studio si analizzano gli effetti di GSPE sull’espressione di Nrf2. Lo studio dimostra che l’espressione qualitativa di Nrf2 aumenta notevolmente nei soggetti diabetici trattati con il flavonoide.
In questo studio, i modelli animali diabetici s “controllo15”, il gruppo “animali
GSPE. Si vuole misurare il livello di espressi
forniti dalla Western Blotting, l’espressione di Nrf2 aumenta nel gruppo DM/GSPE rispetto al gruppo DM, mentre l’attività di Nrf2 è diminuita nel gruppo DM rispetto al gruppo controllo. (vedi figura 6
Figura 6 ( Chen et al., 2015)
Inoltre sono stati effettuati
(quando si ottiene l’attività antiossidante), DM/GSPE rispetto al gruppo DM,
rispetto al gruppo controllo.
Figura 7 ( Chen et al., 2015)
Inoltre è stato osservato che un migliore risultato antiossidante.
15
Indica il gruppo che viene trattato con placebo
In questo studio, i modelli animali diabetici sono stati divisi in 3 gruppi: animali diabetici” e il gruppo “diabetici”
Si vuole misurare il livello di espressione di Nrf2 nei diversi gruppi:
forniti dalla Western Blotting, l’espressione di Nrf2 aumenta nel gruppo DM/GSPE rispetto al gruppo DM, mentre l’attività di Nrf2 è diminuita nel gruppo DM rispetto al
(vedi figura 6)(Chen et al., 2015)
Inoltre sono stati effettuati ulteriori studi per valutare il livello di Nrf2 a livello nucleare tiene l’attività antiossidante), ovviamente risulta marcato nel grupp DM/GSPE rispetto al gruppo DM, l’espressione di Nrf2 risulta diminu
rispetto al gruppo controllo. (vedi figura 7) (Chen et al., 2015)
Inoltre è stato osservato che l’attività di HO-1 aumenta a pari passo con l’Nrf2, ottenendo un migliore risultato antiossidante. (vedi figura 8) (Chen et al., 2015)
Indica il gruppo che viene trattato con placebo
I Flavonoidi
ono stati divisi in 3 gruppi: il gruppo che somministrano one di Nrf2 nei diversi gruppi: dai risultati forniti dalla Western Blotting, l’espressione di Nrf2 aumenta nel gruppo DM/GSPE rispetto al gruppo DM, mentre l’attività di Nrf2 è diminuita nel gruppo DM rispetto al
ulteriori studi per valutare il livello di Nrf2 a livello nucleare ovviamente risulta marcato nel gruppo l’espressione di Nrf2 risulta diminuito nel gruppo DM
Figura 8 ( Chen et al., 2015)
In conclusione, questo composto vegetale risulta notevole per
diabetica, ma sono consigliati ulteriori studi per valutare nello specifico gli effetti collaterali e tossici del flavonoide. (
Figura 9 (Chen et al., 2015)
Ulteriore studio è stato effettutato sulla studio è stato osservato su linee cellulari,
antiossidante in quanto aumenta il meccanismo MAPK/ERK1/2 segnalazione della PKC. L’azione più importante:
di Nrf2, in quanto favorisce la traslocazione del fattore di trasc avviene la trascrizione dei geni antiossidanti. (
16
Extracellular signal-related protein kinases 1 and 2.
In conclusione, questo composto vegetale risulta notevole per affrontare
diabetica, ma sono consigliati ulteriori studi per valutare nello specifico gli effetti li e tossici del flavonoide. (Chen et al., 2015)
Ulteriore studio è stato effettutato sulla Genisteina, potente flavonoide antiossidante. L studio è stato osservato su linee cellulari, si è scoperto che la genisteina
antiossidante in quanto aumenta il meccanismo MAPK/ERK1/216
L’azione più importante: della genisteina che è un buon induttore di Nrf2, in quanto favorisce la traslocazione del fattore di trascrizione nel nucleo, dove
ione dei geni antiossidanti. (Zhai et al., 2013)
related protein kinases 1 and 2.
affrontare la nefropatia diabetica, ma sono consigliati ulteriori studi per valutare nello specifico gli effetti
potente flavonoide antiossidante. Lo genisteina agisce come
16
e la cascata di è un buon induttore rizione nel nucleo, dove
Figura 10 Meccanismo d’azione della Genisteina.
Altri flavonoidi che trovano applicazione
Liquiritigenina (LQG), Isoliquiritigenina (ILG) e isoliquiritigenina (ILG condotti su queste sostanze vegetali
repressione di alcune proteine c
all’induzione dell’attività dell’emeossigenasi
inibiscono la proteina inibitoria Keap1, in modo da aumentare la possibilità di far accumulare l’Nrf2 nel nucleo.
Secondo i risultati dello studio in discussione, ILQ e ILG porterebbero un up dell’espressione genica di enzimi come
inibizione della proteina Keap1 pe
ILG è il flavonoide che ha maggiore efficacia nella traslocazione nucleare di Nrf1, ma in più ILQ e ILG tramite questa migrazione nucleare del
un effetto antiinfiammatorio. (
Meccanismo d’azione della Genisteina.
Altri flavonoidi che trovano applicazione in questo campo sono derivati da Liquiritigenina (LQG), Isoliquiritigenina (ILG) e isoliquiritigenina (ILG
te sostanze vegetali confermano l’attività antiinfiammatoria grazie alla repressione di alcune proteine come iNOS e COX2: devono il loro effetto antidiabetico all’induzione dell’attività dell’emeossigenasi-1. ILQ e ILG promuovono l’attività di Nrf2 e scono la proteina inibitoria Keap1, in modo da aumentare la possibilità di far accumulare l’Nrf2 nel nucleo. (Wang et al., 2015)
Secondo i risultati dello studio in discussione, ILQ e ILG porterebbero un up dell’espressione genica di enzimi come NQO1 (ossido reduttasi 1)
inibizione della proteina Keap1 per indurre l’attivazione di ARE.
ILG è il flavonoide che ha maggiore efficacia nella traslocazione nucleare di Nrf1, ma in più ILQ e ILG tramite questa migrazione nucleare del fattore di crescita, esercitano anche
n effetto antiinfiammatorio. (Wang et al., 2015)
I Flavonoidi
in questo campo sono derivati dalla liquirizia: Liquiritigenina (LQG), Isoliquiritigenina (ILG) e isoliquiritigenina (ILG). Studi confermano l’attività antiinfiammatoria grazie alla devono il loro effetto antidiabetico . ILQ e ILG promuovono l’attività di Nrf2 e scono la proteina inibitoria Keap1, in modo da aumentare la possibilità di far
Secondo i risultati dello studio in discussione, ILQ e ILG porterebbero un up-regulation (ossido reduttasi 1) e HO-1, e una
ILG è il flavonoide che ha maggiore efficacia nella traslocazione nucleare di Nrf1, ma in fattore di crescita, esercitano anche
4.3.4.4-Polifenoli
I polifenoli rappresentano una classe chimica ubiquitaria nel regno vegetale di cui ne fanno parte, oltre i flavonoidi, altri polifenoli con struttura chimica diversa come per esempio i lignani.
Molti polifenoli presentano la caratteristica di stimolare la migrazione dell’Nrf2: ad esempio la curcumina, composto trovato nella curcuma, è un estratto della Curcuma longa L. É una spezia utilizzata nella cucina asiatica, è nota per le sue proprietà antiossidanti e antinfiammatorie che a loro volta sono attribuite alla capacità di neutralizzare i ROS (azione scavenger). Inoltre la curcumina causa una modificazione covalente a livello dei residui della cisteina del sistema Keap1, questa alterazione strutturale inibisce l’interazione proteina-proteina del sistema Nrf2-Keap1. (Jimenez-Osorio et al., 2015)
Inoltre studi in vitro e in vivo dimostrano che il trattamento con la curcumina produce un effetto antidiabetico: negli animali ritarda lo sviluppo del diabete poiché previene la disfunzione delle cellule β pancreatiche e migliora la sensibilità insulinica. (Jimenez-Osorio et al., 2015)
La curcumina trova applicazione nella nefropatia diabetica, aumenta i livelli dell’eme-ossigenasi (HO-1), inoltre aumenta l’attività delle difese antiossidanti endogene. L’attività tra curcumina e Nrf2 nella nefropatia diabetica resta ancora da chiarire nel dettaglio. Anche nella retinopatia diabetica la curcumina ha un azione antiossidante e antiinfiammatoria senza agire con l’Nrf2, essa agisce nella prevenzione del danno ossidativo a livello del DNA e inibisce la pathway del fattore di trascrizione NF-κB. (Jimenez-Osorio et al., 2015)
Dagli studi clinici effettuati sulla spezia asiatica è emerso che nelle patologie come l’obesità e il diabete, l’assunzione del polifenolo abbassa significativamente il livello di trigliceridi, le citochine infiammatorie come l’interleuchina IL-1β e i fattori di crescita endoteliali vascolari, oltre la riduzione della resistenza insulinica. Altri studi confermano che la curcumina abbassa il livello di glucosio nel sangue e di conseguenza diminuisce i prodotti della glicazione (AGEs) e abbassa il livello di lipidi nel sangue, invece in soggetti con evidenti segni di nefropatia diabetica si è osservato una riduzione della proteinuria. (Jimenez-Osorio et al., 2015)
Inoltre la curcumina potenzia gli enzimi epatici che sono coinvolti nella glicolisi. (Bhakkiyalakshmi et al., 2015) A livello alimentare la curcumina è scarsamente assorbita,
I Flavonoidi
quindi in commercio esistono nuove formulazioni che ne aumentano l’assorbimento e quindi la biodisponibilità
Figura 11
Il Sulforafano è un composto isotiocianato isolato da vegetali come i broccoli e il cavolo. Il sulforafano protegge diverse patologie da danni ossidativi incrementando l’espressione dell’Nrf2 e attiva i suoi geni a valle. Anch’esso modifica la cisteina legata alla proteina Keap1 in modo da permettere la traslocazione nucleare dell’Nrf2, legare nella zona promotrice ARE e avviare la trascrizione genica. (Bhakkiyalakshmi et al., 2015) Quindi in cellule insuline-resistenti il sulforafano non solo impedisce la morte delle cellule β pancreatiche ma aumenta l’attività del fattore di trascrizione. Il sulforafano interviene anche a livello cardiaco in quanto protegge il tessuto endoteliale in modo da prevenire patologie cardiache indotte dal diabete stesso. (Jimenez-Osorio et al., 2015)
Sopprime fortemente iNOS e contribuisce anche alla protezione delle cellule β pancreatiche da citochine infiammatorie, mantiene basso il processo di autofagia, regola l’espressione di subunità catalitiche del proteosoma e contribuisce nella risposta ossidativa delle cellule pancreatiche. (Uruno et al., 2015)
Resveratrolo è una fitoalessina che si trova nel vino rosso, regola il metabolismo glucidico riducendo l’insulina-resistenza e con la sua attività antiossidante previene disturbi cardiaci, l’ossidazione della lipoproteina, l’apoptosi e l’inibizione dell’aggregazione piastrinica. A livello epatico, il resveratrolo diminuisce il livello degli agenti antiossidanti come la CAT e GPx. Nella neuropatia diabetica inibisce il fattore di trascrizione NF-κB, con attività antiinfiammatoria. (Jimenez-Osorio et al., 2015)
Test clinici ne evidenziano una diminuzione dell’HbA1c e quindi portano una riduzione dell’insulina resistenza. (Jimenez-Osorio et al., 2015)
Sperimentazioni in vitro e in vivo e recenti studi clinici hanno consolidato l’evidenza che l’utilizzo di flavonoidi sull’attivazione di Nrf2, previene le malattie e ne rallenta la progressione.
Induttori di Nrf2 migliorano il sistema insulino-resistenza in modelli animali diabetici, aumentano la fosforilazione di AMPK e aumentano l’assorbimento del glucosio nei tessuti insulinici, sopprimono la produzione di glucosio a livello epatico. (Uruno et al., 2015) Questi approcci terapeutici sono ricercati per valutare al meglio gli effetti di induzione che ha il fattore di trascrizione Nrf2 sul metabolismo glucidico. (Uruno et al., 2015)
4.4-Farmacocinetica dei Flavonoidi
Data l’ampiezza della classe chimica dei flavonoidi, la farmacocinetica e la biodisponibilità di ciascuna variano in relazione alla composizione qualitativa dell’alimento e dell’estratto. (Havsteen et al.,2002)
I flavonoidi nell’organismo hanno una minore attività terapeutica perché sono scarsamente assorbiti nell’intestino, altamente metabolizzati e rapidamente eliminati. (Manach et al., 2004)
Inoltre i metaboliti che arrivano nell’organo bersaglio possono differire dal composto iniziale in quanto possono subire varie trasformazioni una volta somministrati e a volte anche essere disattivati. (Manach et al., 2004)
I flavonoidi glicosilati che vengono assunti con la dieta non possono essere assorbiti per via orale, prima di tutto nell’intestino devono essere idrolizzate dagli enzimi intestinali o dalla microflora del colon in modo tale da rilasciare l’aglicone ed essere assorbito, invece, livello gastrico l’assorbimento del flavonoide invece ha qualche impedimento, in quanto a
I Flavonoidi
questo livello non avviene l’idrolisi dell’aglicone e quindi non può essere assorbito. (Manach et al., 2004)
Successivamente a livello epatico, i flavonoidi vanno incontro a reazioni di fase 2 che includono la metilazione, la solfatazione e la glucuronidazione. Una volta coniugati, i flavonoidi possono seguire due vie: una parte dei composti metabolizzati viene riversata nel circolo sanguigno dove arriva nel rene e viene eliminata tramite l’urina, oppure dal fegato; i flavonoidi e i suoi metaboliti possono tornare nel duodeno (tramite la via biliare) per poi essere nuovamente riassorbiti. Si realizza pertanto il circolo entero-epatico che prolunga la permanenza del flavonoide nell’organismo e quindi la sua durata d’azione, (Manach et al., 2004) infine vengono escreti per via renale o per via biliare.
Quindi la maggior parte dei flavonoidi non vengono assunta in forma intatta ma subisce delle modifiche da parte di microrganismi della microflora intestinale con generazione di differenti acidi fenolici, che possono essere assimilati in circolo direttamente o subire un’ulteriore trasformazione nel fegato. (Tognolini-Chievarini 2007)
Dunque l’azione farmacologica dei flavonoidi può essere dovuta sia alla frazione “intatta” che a quella fortemente modificata durante l’assimilazione. (Tognolini-Chievarini 2007)
4.5-Tossicità dei Flavonoidi
I flavonoidi presentano una bassa solubilità in acqua, quindi nell’intestino hanno un tempo di permanenza molto breve e inoltre presentano un coefficiente di assorbimento molto basso, per questo motivo gli studi clinici non hanno riportato effetti tossici acuti, ad eccezione della presenza di una rara allergia.
Quindi il margine di sicurezza nell’uso terapeutico di flavonoidi nell’uomo è molto alto, tuttavia è sempre consigliabile una nota di cautela per l’uso di estratti di flavonoidi per uso parenterale, visto che potrebbero causare uno shock anafilattico o altre crisi immunologiche acute. (Havsteen et al., 2002)
Nel 2004 è stato scritto un articolo che riguarda la tossicità dei flavonoidi: si ipotizza che estratti a base di flavonoidi possano avere un’azione tossica, soprattutto sul feto, aumentando il rischio di leucemia infantile. In realtà non è mai stato dimostrato che un flavonoide passasse la barriera placentare, il caso della leucemia infantile era riferito a un trattamento con un flavonoide sintetico, che era stato sviluppato per essere utilizzato come
