L’articolo di Calabrese e collaboratori sulla ormesi é di estremo interesse, in quanto presenta basi solide per possibili sperimentazioni terapeutiche. Lo si può’ leggere in rete e/o se ne può’ leggere il resoconto divulgativo fatto per noi dal professor Giorgio Lenaz Daniela MC http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jnr.23893/full ORMESI, RISPOSTA CELLULARE ALLO STRESS E OMEOSTASI OSSIDO-RIDUTTIVA NEI DISORDINI DELLO SPETTRO AUTISTICO* Vittorio Calabrese et al Università di Catania, Georgetown University (Washington DC) e University of Massachussets Journal of Neuroscience Research 94:1488-1498 (2016) * Spiegazione dei termini usati nel titolo. Ormesi: Risposta adattativa a basse dosi di uno stimolo che è dannoso a dosi più alte. In questo articolo l’ormesi si riferisce soprattutto alla risposta ad uno stress ossidativo da radicali o specie reattive dell’ossigeno che evoca (se non eccessivo) una risposta benefica tramite la biosintesi di molecole protettive come proteine da stress ed enzimi antiossidanti. Omeostasi ossido-riduttiva (o redox): nelle cellule molte molecole, come coenzimi e altre sostanze attive, si possono trovare in forma ridotta (cioè ricca di elettroni) oppure ossidata (povera di elettroni).Uno stress ossidativo agisce strappando elettroni dalle molecole biologiche. L’omeostasi redox è il mantenimento dell’equilibrio dinamico fisiologico delle specie ossidate e ridotte, assicurato da un corretto funzionamento delle vie metaboliche e delle segnalazioni da parte degli ormoni. COMMENTO. Questo articolo-rassegna per la maggior parte non riferisce risultati di ricerche direttamente collegate ai disordini dello spettro autistico ma offre spunti interessanti e nuove ipotesi di lavoro provenienti da un campo di ricerca molecolare abbastanza recente ed innovativo, l’ormesi, cioè la risposta dell’organismo a varie fonti di stress; su queste basi e tenendo conto dei fattori esogeni di stress potenzialmente implicati nell’autismo, gli Autori suggeriscono di indirizzare la ricerca specifica sull’autismo anche a questo nuovo aspetto che appare già assai promettente nel campo dell’invecchiamento e delle malattie neurodegenerative. In particolare molte patologie, inclusi ASD, vengono considerate rientrare nella cerchia di alterazioni dell’ormesi, ovvero nell’incapacità dell’organismo di reagire positivamente agli stimoli. L’esistenza di molecole naturali come sulforafano e idrossitirosolo, capaci di evocare stimoli ormetici positivi, offre nuove prospettive terapeutiche, finora non esplorate o esplorate solo parzialmente. ANALISI DELLA RASSEGNA Putativi meccanismi patofisiologici dei disordini dello spettro autistico Numerosi fattori sembrano contribuire alla genesi dei disturbi dello spettro autistico (ASD); tra questi sono stati proposti una alterata regolazione dei processi ossidoriduttivi e uno stress ossidativo durante lo sviluppo del cervello, una disfunzione mitocondriale, una mancata regolazione immunitaria, un processo infiammatorio neurale o periferico, alterazioni del microbioma, nonché tutta una serie di fattori ambientali che possono interagire in modo variabile con i suddetti processi . [Questa rassegna mette in luce soprattutto i fattori esogeni responsabili di ASD e gli aspetti di modificazioni dell’espressione genica piuttosto che le mutazioni e i polimorfismi genetici: i due aspetti non sono incompatibili ma anzi possono essere in qualche modo complementari.] Fattori metabolici potenzialmente implicati in ASD Neurotrasmettitori. Sempre più si riconoscono come fattori patogenetici potenziali la neurotrasmissione glutammatergica e dopaminergica e le vie metaboliche associate a uno stress ossidativo; questi processi sono anche indicati come possibili bersagli per lo sviluppo di nuovi farmaci. Anche disfunzioni della serotonina (5-idrossitriptamina), che è un neurotrasmettitore ad azione modulatrice, sono state implicate nella patogenesi di malattie neuropsichiatriche tra cui ASD. In particolare la via della chinurenina nel metabolismo del triptofano compete con la via che dal triptofano porta alla serotonina; una eccessiva deviazione verso la chinurenina porterebbe così da un lato a neuro-infiammazione da parte della chinurenina stessa e dall’altro a deplezione della serotonina con conseguenti turbe del comportamento affettivo, come appunto si osserva in ASD. Chinurenina Triptofano Serotonina In aggiunta in ASD sono state anche osservate alterazioni nel sistema della dopamina, seppure non è noto se le alterazioni del metabolismo della serotonina e della dopamina siano in qualche modo correlate tra di loro o no nel loro contributo alla patogenesi di ASD. Stress ossidativo . Altri studi su cellule coltivate in vitro hanno mostrato che agenti che inducono il morbo di Parkinson, come il rotenone, o capaci comunque di indurre uno stress ossidativo come vari fungicidi, sono in grado di riprodurre nella trascrizione di geni cambiamenti simili a quelli che si osservano in ASD. Funzione mitocondriale. Una disfunzione mitocondriale accompagnata da alterato metabolismo energetico è stata osservata nei cervelli di modelli animali e di soggetti affetti da ASD. Va ricordato che un’alterazione mitocondriale genetica o acquisita porta a gravi alterazioni dello sviluppo e della funzione cerebrale dovute alla carenza di energia. Risposte cellulari allo stress. Episodi aneddotici hanno rilevato che uno stato febbrile può migliorare i sintomi di ASD, suggerendo che una risposta ad uno stress cellulare implichi modificazioni nell’assetto proteico come la induzione ed attivazione delle heat shock proteins (hsp, proteine da shock termico). [Le hsp sono proteine implicate nella risposta a stress esogeni ed endogeni, non solo termici, ma meccanici, da radiazioni, da agenti ossidanti etc., in quanto favoriscono la riparazione o la eliminazione di proteine danneggiate]. In questa visuale la modulazione farmacologica degli stress cellulari può rappresentare un approccio percorribile per il trattamento di disordini neuropsichiatrici come ASD. A tale riguardo meritano considerazione piccole molecole ad attività redox di origine vegetale come il sulforaphane e l’idrossitirosolo, e comunque molecole capaci di (i) modulare le risposte agli stress; (ii) ripristinare lo sbilancio redox e combattere lo stress ossidativo; (iii) migliorare la funzione mitocondriale; (iv) modulare la neuro-infiammazione; (v) controllare la febbre e la risposta allo shock termico; (vi) migliorare la trasmissione sinaptica alterata. Ormesi E’ stata definita ormesi una risposta concentrazione-dipendente ad un agente stressante esterno, in cui si ha un effetto di stimolazione a basse dosi ed un effetto inibitorio ad alte dosi dell’agente medesimo. Il concetto di ormesi implica un processo adattativo in cui a basse dosi un agente chimico o fisico che è dannoso a dosi più alte esercita un effetto benefico e protettivo nell’organismo. In tal modo i processi ormetici devono essere considerati fondamentalmente come risposte di adattamento. Le risposte ormetiche hanno un carattere universale e interessano tutti gli organismi e tutti i livelli di organizzazione di un singolo organismo; in particolare i processi ormetici sono importanti nei sistemi neurobiologici perché rappresentano meccanismi adattativi con cui i neuroni rispondono ad un moderato livello di stress incrementando la loro capacità di resistere a stress più severi che sarebbero altrimenti letali o condurrebbero a malattia. La risposta ormetica è stata anche studiata in funzione del precondizionamento, che può essere considerato a tutti gli effetti un adattamento ormetico. [ Si definisce precondizionamento la risposta protettiva contro un agente dannoso che consegue a uno stimolo lieve o di breve durata da parte dello stesso agente. Il più noto è il precondizionamento ischemico del miocardio, per cui un’occlusione di breve durata di una coronaria protegge dal danno da ischemia / riperfusione conseguente a un’occlusione prolungata.]. La risposta ormetica ha luogo quando gli insulti meccanici, chimici o biologici superano le capacità di omeostasi dell’organismo. Tale distruzione dell’omeostasi causa una cascata di eventi molecolari nelle ossidazioni biologiche, che a loro volta determinano modificazioni strutturali. [ In biochimica si definisce cascata una serie di eventi molecolari collegati tra di loro con un rapporto causa/effetto: il primo evento ne causa un secondo che a sua volta ne causa un terzo e così via, con un’amplificazione del segnale durante ogni passaggio]. In particolare la risposta ormetica dell’organismo agli insulti esogeni implica uno stato anti-infiammatorio come risultato di una serie di eventi ossido-riduttivi che paradossalmente vengono bloccati da un eccesso di antiossidanti. Risposta allo stress cellulare e sistema dei vitageni. Un accumulo nel reticolo endoplasmatico (ER) della cellula di proteine ripiegate in modo errato sembra aver luogo in una varietà di malattie neurodegenerative. In tali condizioni la perturbazione dell’omeostasi del ER comporta una risposta adattativa che implica la attivazione di segnali cellulari atti a ripristinare la normale funzione del ER tramite la modulazione di opportuni geni. Tale risposta allo stress cellulare implica come primo fattore la aumentata sintesi di speciali proteine dette da shock termico (heat shock proteins, hsp), che hanno la funzione di assistere il ripiegamento corretto delle proteine e quindi la riparazione delle proteine danneggiate, che altrimenti susciterebbero una risposta che conduce alla morte cellulare (apoptosi). In condizioni fisiologiche l’omeostasi del proteoma [l’insieme delle proteine cellulari] è assicurata da una rete di hsp che assistono la sintesi delle proteine cellulari, il loro ripiegamento, la loro destinazione, il loro assemblaggio e la loro eliminazione. La risposta a uno stress implica un aumento di tali fattori. In vista della fondamentale importanza di tale omeostasi per la vita cellulare, sta ora aumentando l’interesse a scoprire piccole molecole capaci di modulare la risposta agli stress cellulari a scopo terapeutico. L’hsp 70, indotta da stress ossidativo, è fondamentale per il corretto ripiegamento delle proteine cellulari, ma soprattutto per indirizzare le proteine ossidate alle vie di degradazione attraverso il proteasoma o l’autofagia [il proteasoma è un sistema di digestione delle proteine cellulari a vita breve o danneggiate, che opera attraverso il riconoscimento della proteina da eliminare e sua digestione proteolitica; l’autofagia è un processo cellulare che indirizza proteine aggregate o interi organuli cellulari alla distruzione nei lisosomi]. Sono state fatte molte osservazioni su una aumentata disfunzione di questi processi nell’invecchiamento e in malattie neurodegenerative, e anche in alcune sindromi collegate all’autismo. Il sistema di difesa più consistente, denominato Keap1/Nrf2/ARE è rappresentato dalla interazione di numerosi fattori: il sistema normalmente non opera alla sua massima capacità, ma alcune sostanze antiossidanti, tra cui in particolare il sulforaphane (sulforafàno) e l’idrossitirosolo, inducono l’attivazione del sistema abolendo il controllo negativo che Keap1 ha sulla stabilità del fattore Nrf1, che così stabilizzato può entrare nel nucleo e attivare ARE (antioxidant response element, elemento di risposta agli antiossidanti), una zona del DNA adibita al controllo della sintesi di geni che codificano per proteine aventi funzione antiossidante e protettiva in senso lato e denominati vitageni. Il sulforafano è un composto solforato presente in grande quantità nei broccoli e nelle altre brassicacee, che attiva la risposta allo stress attraverso la sintesi di hsp. Il sulforafano ha dimostrato un effetto positivo sulla trasmissione sinaptica, dimostrandosi potenzialmente utile in malattie in cui la trasmissione sinaptica è compromessa. In particolare uno studio è stato compiuto proprio su pazienti pediatrici ASD trattati con sulforafano per 18 settimane (Singh et al 2014, Sulforaphane treatment of autism spectrum disorder. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 111:15550-15555). Questa ricerca ha dimostrato nei pazienti un significativo progresso dell’interazione sociale e della comunicazione verbale, che però si estingueva sospendendo il trattamento. L’idrossitirosolo (HT) è un derivato fenolico che si ritrova in notevole quantità durante la preparazione e conservazione dell’olio di oliva. La molecola ha proprietà antiossidanti dirette e in più attiva la via Nrf2/ARE, con effetti protettivi dagli stress cellulari, per cui ha ricevuto attenzione nei confronti di malattie neurodegenerative. Gli autori propongono pertanto un possibile studio degli effetti terapeutici di HT nei confronti di disturbi legati all’autismo.