Benedetta Lupetti
Lo scopo di questo lavoro è quello di valutare gli effetti di un succo di mandarino su ratti alimentati con una dieta High Fat, che riproduce molte condizioni tipiche della sindrome metabolica dell’uomo. Particolare enfasi è stata data al ruolo di irisina e dei mediatori a essa correlati per comprendere gli effetti benefici promossi dal succo di mandarino.
La sindrome metabolica è un insieme di disfunzioni e fattori di rischio concomitanti che contribuiscono ad aumentare la possibilità di sviluppare patologie rilevanti.
Un meccanismo coinvolto nel miglioramento di tale condizione è la possibilità di conversione del tessuto adiposo bianco (WAT) in tessuto adiposo bruno (BAT) attraverso il fenomeno del “browning” (imbrunimento). Tra i vari fattori endogeni particolarmente implicati nel processo e di attuale rilevanza scientifica si individua l’irisina, ormone endogeno e miochina prodotta dal muscolo scheletrico durante la contrazione muscolare, che ha come bersaglio molti tessuti, tra cui il WAT, nel quale induce il processo di imbrunimento.
In virtù degli studi già effettuati in passato sui frutti del genere Citrus, e della conseguente identificazione di una spiccata attività nei confronti della condizione di sindrome metabolica, lo scopo di questo lavoro è stato quello di valutare gli effetti di un succo di mandarino su ratti alimentati con una dieta High Fat, che riproduce molte condizioni tipiche della sindrome metabolica dell’uomo. In particolare, è stata data enfasi al ruolo di irisina e dei mediatori a essa correlati per comprendere gli effetti benefici promossi dal succo di mandarino.
Irisina e il suo pathway metabolico
Irisina è un ormone rilasciato in abbondanza dalle fibre muscolari scheletriche in seguito all’esercizio fisico. È presente in vari distretti e in particolare a livello di tessuto adiposo bianco, tessuto adiposo bruno, ossa, cervello e, in generale, viene riconosciuta una sua implicazione nella regolazione del metabolismo energetico (Montanari et al., 2017).
Irisina è stata citata per la prima volta e descritta in particolare come una miochina polipeptidica formata da 112 aminoacidi e indotta dall’esercizio fisico (Bostrom et al., 2012). È il prodotto della scissione di una proteina codificata dalla fibronectina di tipo III contenente 5 geni (FNDC5). In particolare, FNDC5 stessa esegue la lisi attraverso un peptide di segnalazione, prima di essere secreta in circolazione come irisina: quindi è ritenuta il suo precursore (Martinez Munoz et al., 2018).
Irisina è una miochina PGC-1α dipendente. A tal proposito, PGC-1α (Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha) è una proteina, definita come co-attivatore trascrizionale, che media molte funzioni biologiche relative al metabolismo energetico; infatti si nota che la sua presenza a livello muscolare stimola la manifestazione di fattori intracellulari con funzioni specifiche a livello mitocondriale, come la proteina disaccoppiante 1 (UCP-1) situata a livello della membrana mitocondriale interna e nota come “termogenina” (Chen et al., 2015).
I livelli di irisina circolante vengono spesso correlati con i livelli della citochina pro-infiammatoria interleuchina 6 (IL-6). Recenti scoperte suggeriscono un ruolo omeostatico di IL-6, talvolta persino antinfiammatorio, a seconda del tessuto e del momento in cui viene liberata (Maurer et al., 2015).
In seguito a queste ricerche quindi, IL-6 è definita una “miochina”, perché rilasciata dai miociti del muscolo scheletrico va a regolare l’omeostasi di diversi tessuti incluso il tessuto adiposo: attraverso questa via metabolica, quindi, acquisisce un comportamento molto simile a quello di irisina (Kristóf et al., 2019).
IL-6 e numerosi altri fattori endogeni portano alla stimolazione di UCP-1, effettore finale in grado di innescare il fenomeno del browning (Montanari et al., 2017).
Una ricerca recente ha dimostrato per la prima volta che i recettori per irisina, fino al momento sconosciuti, si trovano a livello degli osteociti e sono identificati nelle integrine αV, mentre i recettori a livello degli altri tessuti rimangono ancora ignoti. Sono stati condotti quindi degli studi che vedono irisina coinvolta nel rimodellamento e nell’apoptosi degli osteociti (Greenhill, 2019).
Gli studi hanno dimostrato, come potenziale meccanismo della miochina sul tessuto osseo, una capacità di riduzione della sclerostina, che ha effetti anti-anabolizzanti sulla formazione ossea, e un aumento dell’osteoprotegerina la quale inibisce l’osteoclastogenesi. È stato dimostrato che questa miochina è un fattore determinante dello stato minerale osseo, più forte rispetto alla fosfatasi alcalina ossea. Nell’uomo, infatti, irisina è correlata inversamente con i livelli sierici di sclerostina e nelle donne in post-menopausa è associata a una riduzione delle fratture causate da fragilità vertebrale. È stato scoperto che gli effetti dell’irisina circolante sulla massa ossea sono sistemici, piuttosto che specifici per i siti ossei in cui si applica il carico da parte del muscolo; quindi, l’effetto di rimodellamento osseo da parte di irisina è generalizzato e non specifico per l’osso legato al muscolo dal quale viene rilasciato l’ormone (Colaianni et al., 2019).
Irisina e ipertrofia muscolare
Irisina è prodotta in abbondanza dal muscolo scheletrico in seguito all’esercizio fisico; quindi, può essere un buon bersaglio terapeutico per intervenire nelle patologie legate a disfunzione muscolare e condizioni legate a denervazione che portano ad atrofia muscolare.
In uno studio su modello animale (Reza et al., 2017) è stato dimostrato che iniezioni esogene del peptide provocano ipertrofia muscolare e maggiore forza di presa, riduzione della fibrosi e della necrosi delle fibre muscolari: infatti in pazienti con distrofia muscolare la funzionalità muscolare si riduce nel tempo a causa di cicli ripetuti di degenerazione e rigenerazione del tessuto muscolare scheletrico portando inevitabilmente a debolezza muscolare (Menezes e North, 2012).
Nell’uomo i livelli di irisina sono correlati con la circonferenza del bicipite e con l’espressione di IGF-1, un ormone importante nei processi di crescita del bambino e negli effetti anabolizzanti, che mantiene in età adulta (Huh et al., 2012). Recentemente, infatti, è stato dimostrato che irisina è in grado di stimolare alcuni geni correlati alla crescita muscolare anche nell’uomo (Huh et al., 2014). Nello stesso articolo è stato esaminato come irisina abbia effetto sull’ipertrofia delle cellule muscolari scheletriche umane (HSMC). I dati hanno mostrato che dopo il trattamento con irisina i livelli di IGF-1 sono aumentati in maniera dose-dipendente, mentre quelli di miostatina, fattore che limita la crescita muscolare, erano diminuiti. Si è osservato anche un aumento di PGC-1α4, isoforma di PGC-1α recentemente scoperta e specificatamente correlata all’ipertrofia muscolare: ciò conferma l’effetto positivo del trattamento con irisina sulla crescita muscolare.
Irisina e “browning”
Come accennato in precedenza, irisina è in grado di innescare il fenomeno del browning: la ricerca si dedica allo studio di questo fenomeno in quanto sembra essere il bersaglio per il miglioramento di alcuni disordini metabolici.
Tessuto adiposo bruno
Il tessuto adiposo è formato sia da WAT che BAT, dove WAT costituisce il sito primario di accumulo di energia e di rilascio di ormoni e citochine che modulano il metabolismo di tutto il corpo. Al contrario, BAT è un tessuto concepito per mantenere la temperatura corporea più elevata della temperatura ambientale attraverso la produzione di calore e, in particolare, attraverso la termogenesi senza brividi (per distinguerla dal classico brivido con contrazione muscolare involontaria indirizzata alla produzione di calore).
Nel 1908 il BAT di un soggetto umano è stato descritto come: “di colore rosa e lobulato, presenta molto l’aspetto di un pancreas fresco” (Aherne e Hull, 1966); è risultato infatti all’analisi istologica molto ricco di mitocondri, a loro volta ricchi di citocromi contenenti ferro che, insieme a un’importante vascolarizzazione, gli conferiscono un colore bruno. L’aspetto lobulato è dato dal fatto che, come WAT, anch’esso è formato da adipociti, più piccoli però rispetto ai classici bianchi di grandezza proporzionale alla quantità di lipidi immagazzinati. Nel BAT tali lipidi sono contenuti in multiple goccioline. Questa organizzazione gli conferisce un aspetto multiloculare.
Nell’adipocita bianco la grande quantità di energia immagazzinata attraverso un unico lipide uniloculare che toglie spazio agli organelli della cellula, come nucleo e mitocondri; mentre nell’adipocita bruno sono presenti molteplici gocce lipidiche e molti mitocondri, protagonisti del processo di termogenesi.
Il processo di termogenesi avviene all’interno dei mitocondri grazie alla presenza della proteina UCP1, situata nella membrana mitocondriale interna.
Gli adipociti marroni sono in grado di ossidare rapidamente le proprie riserve di acidi grassi producendo calore e aumentando così il tasso metabolico (Heaton et al., 1978).
I siti di deposito del tessuto bruno nell’uomo variano a seconda dell’età: fin dalla nascita è presente a livello interscapolare e inizia a scomparire gradualmente verso i 30 anni di età. Si comporta nello stesso modo a livello del mesocolon, del grande omento, del pancreas, della regione splenica, a livello inguinale e della parete addominale anteriore. Di particolare interesse però sono i depositi renali e soprarenali, i depositi para-aortici, quelli nel collo e nel mediastino, i quali permangono in tutte le fasce di età. Si intuisce quindi che le aree periferiche, come quella interscapolare e la parete addominale anteriore, sono le prime a perdere il BAT, mentre quelle più profonde tendono a mantenerlo per l’intera vita. Questo potrebbe derivare dall’immaturità del meccanismo di regolazione del calore nei primi anni di vita e, d’altra parte, dalla necessità di mantenere un ruolo di “protezione” verso gli organi più profondi del corpo, definita nel 1963 da Smith “giacca termogenica”. L’attività di questa giacca diminuisce dopo il primo decennio, ma sembra essere temporaneamente riattivata nel sesto decennio per poi diminuire nuovamente nell’ottavo.
Questa variazione può essere correlata all’abbassamento del tasso metabolico basale che produce l’età. L’aumento di attività nel sesto decennio può rappresentare un meccanismo compensatorio della produzione di calore, mentre la successiva diminuzione può essere un fattore relativo all’alto rischio di ipotermia durante l’età avanzata (Wu et al., 2012).
La disposizione del tessuto adiposo bruno è molto simile tra roditori ed esseri umani, la differenza è che, come detto in precedenza, i mammiferi più grandi spesso perdono importanti depositi di questo tessuto subito dopo l’infanzia (Wu et al., 2012).
Tessuto adiposo “beige”
È stato dimostrato che esistono due tipologie di BAT: uno, il tessuto adiposo bruno propriamente detto, derivante dal regolatore miogenico Myf-5, proteina coinvolta nella differenziazione muscolare, e in particolare nello sviluppo del muscolo scheletrico; l’altro si identifica come un tessuto adiposo termogenico inducibile, che è generato dal WAT, con caratteristiche immunoistochimiche simili al BAT, ma non è derivante da Myf-5. Infatti, questo tipo di tessuto adiposo, solo se stimolato, è in grado di esprimere la proteina UCP1, e prende il nome di “beige”, in quanto è composto da cellule che assomigliano agli adipociti bianchi avendo un’espressione basale estremamente bassa di UCP1, ma come il grasso bruno classico, rispondono alla stimolazione ciclica dell’AMP con alti tassi di espressione e funzionamento dell’UCP1. Si ritiene quindi che il tessuto adiposo beige abbia un modello di espressione genica unico, e abbia caratteristiche in parte del WAT e in parte del BAT, ovvero le cellule a riposo hanno un livello basale molto basso di UCP1, paragonabile a quello degli adipociti bianchi, ma hanno la capacità di stimolare l’espressione del gene che codifica per UCP1 e attivare un robusto programma di respirazione e dispendio energetico equivalente a quello degli adipociti bruni classici (Wu et al., 2012).
Gli adipociti beige sono rilevabili facilmente a livello dei depositi adiposi sottocutanei piuttosto che da quelli viscerali, e in particolare a livello inguinale (Cousin et al., 1992).
Di fatto, l’analisi dell’espressione genica di questo tessuto adiposo “beige” sottocutaneo ha mostrato livelli di mRNA, che codificano per proteine come CIDEA e PGC1α, intermedi tra quelle del WAT viscerale e il classico BAT (interscapolare), che sarebbero invece elevati negli adipociti bruni.
I dati sperimentali suggeriscono fortemente che almeno una parte della natura “marrone” di questo deposito adiposo sottocutaneo è indipendente da fattori estrinseci, come innervazione, flusso sanguigno, livello di ossigenazione e sostanze nutritive (Wu et al., 2012).
Gli adipociti beige sembrano svilupparsi durante l’età adulta, e non essere presenti in età infantile (Wu et al., 2013). Questa osservazione è stata confermata da due recenti lavori (Sharp et al., 2012; Lidell et al., 2013). Le analisi dell’espressione genica di campioni di autopsia di più depositi di grasso umano suggeriscono che la maggior parte delle cellule di grasso UCP-1 attive nell’uomo mostrano caratteristiche di grasso beige anziché marrone (Sharp et al., 2012). Gli studi sui tessuti adiposi della regione interscapolare dei neonati umani post mortem hanno confermato che in essi questo deposito è composto da adipociti marroni classici come nei mammiferi più piccoli (Lidell et al., 2013)…