0 L
CELLFOOD MIGLIORA IL METABOLISMO RESPIRATORIO DELLE CELLULE ENDOTELIALI E ARRESTA LA PRODUZIONE DI ROS IN CONDIZIONI IPOSSICICHE
1 Unità Mieloma, Istituto Scientifico San Raffaele, Milano, Italia;
2 Dipartimento di Morfologia Umana e Scienze Biomediche – Città Studi, Università degli Studi di Milano, Milano, Italia;
3 Laboratorio Clinico di Biologia Cardiovascolare, San Raffaele, Milano, Italia
I mitocondri endoteliali, il sito principale di produzione di ATP, modulano la dinamica intracellulare delle specie reattive dell’ossigeno (ROS), che, a loro volta, controllano la funzione endoteliale. Le cellule endoteliali (EC) richiedono un apporto adeguato di (O2). L’ipossia e l’iperossia possono indurre un’iperproduzione di ROS, inducendo stress ossidativo, danno mitocondriale e disfunzione endoteliale. Abbiamo studiato la capacità e i meccanismi del composto antiossidante Cellfood TM (CF), in un modello di cellule endoteliali coltivate in vitro (eprovete), di modulare la disponibilità di ossigeno nel metabolismo respiratorio dei mitocondri e di regolare la generazione di ROS in condizioni condizioni di ipossia. Abbiamo utilizzato cellule umane derivate dalla vena ombelicale (HUVEC) e cellule ECV-304. Il consumo di ossigeno da parte delle cellule è stato misurato utilizzando un elettrodo di Clark. I risultati hanno indicato che l’aggiunta di CF ha indotto, dopo pochi minuti, un aumento del consumo di ossigeno, accompagnato da un aumento della capacità ossidativa dei mitocondri e dalla rivitalizzazione cellulare. Un risultato simile è stato osservato dopo 8 giorni di coltura in presenza di CELLFOOD. L’aumento del consumo di ossigeno è stato accompagnato da un aumento dell’ATP e dal mantenimento delle concentrazioni di LDH. CF è stato in grado di inibire significativamente la produzione di ROS in condizioni ipossiche attraverso un’elevata espressione di Mn superossido dismutasi, un antiossidante responsabile del mantenimento della funzione mitocondriale. La risposta ipossica è mediata dal regolatore centrale dell’ipossia HIF-1 alfa, la cui attivazione è stata attenuata dalla CF, ed è stata contemporaneamente associata alla sovraespressione di MnSOD. I risultati che abbiamo ottenuto suggeriscono un ruolo della CF nel migliorare il metabolismo respiratorio e nell’attivare i meccanismi antiossidanti nella EC, preservando così la funzione endoteliale.
INTRODUZIONE
L’endotelio partecipa a varie funzioni fisiologiche e patologiche della cellula endoteliale umana (CE) e svolge un ruolo importante nel mediare la natura e gli stadi della patologia.
(1). In particolare, le EC sono in grado di regolare l’omeostasi della funzione vascolare. Pertanto, è importante mantenere le corrette funzioni, forma e vitalità degli EC. Le EC sono particolarmente sensibili all’O2 e sono dotate di meccanismi che regolano il metabolismo in base ai diversi apporti di O2.
(2). In particolare, il meccanismo di rilevamento dell’O2 nella EC suscita una risposta attraverso la sovraregolazione del fattore alfa inducibile dall’ipossia (HIF-1alfa).
(3). I mitocondri svolgono un ruolo centrale nell’omeostasi energetica cellulare e funzionano come la principale fonte di energia. Si ritiene che l’endotelio sia un organo che non richiede molta energia, essendo in uno stato di riposo, sebbene gli EC abbiano un’estesa rete mitocondriale. Ciò suggerisce che la funzione mitocondriale può essere importante nel mantenimento del metabolismo fisiologico dell’O2 e dello stato bioenergetico delle EC.
(4). Inoltre, i mitocondri EC possono contribuire alla fisiopatologia endoteliale in relazione allo sviluppo e alla progressione delle patologie cardiovascolari.
(5, 6). Uno dei principali responsabili del danno endoteliale è lo stress ossidativo che viene creato dalla rottura dell’equilibrio tra una maggiore generazione di specie reattive dell’ossigeno (ROS) e un’insufficiente attività antiossidante intracellulare.
Lo stress ossidativo creato dall’aumentata formazione di ROS e la ridotta capacità di detossificare gli ossidanti intracellulari sono alla base di diverse patologie cardiovascolari.
Gli ossidanti intracellulari sono alla base di diverse malattie cardiovascolari, sebbene la relazione di causa-effetto tra danno ossidativo e disfunzioni cardiovascolari non sia ancora completamente compresa.
(7) Nella CE, la catena respiratoria mitocondriale rappresenta una fonte secondaria e un bersaglio di specie reattive dell’ossigeno, che alla fine causano danni mitocondriali irreversibili
(8). Sia il metabolismo mitocondriale che la glicolisi sono essenziali nella produzione di energia ATP nella CE
(9, 10), Le disfunzioni endoteliali sembrano essere principalmente associate a mitocondri compromessi
(11). Le strategie per fornire antiossidanti ai mitocondri sono in fase di sviluppo.
Cellfood TM (CF) è un integratore alimentare composto da D2SO4 e alcuni minerali, aminoacidi ed enzimi che conferiscono agli ingredienti proprietà antiossidanti. Sebbene la sua formula complessa ostacoli la possibilità di identificare gli elementi maggiormente responsabili degli effetti clinici positivi, l’intera formula sembra efficace.
DISCUSSIONE
L’endotelio partecipa a molte funzioni fisiologiche, la patologia umana e le disfunzioni endoteliali rappresentano un fattore di rischio per lo sviluppo di eventi clinici, come malattie vascolari e cardiache (22). Di conseguenza, l’intero sistema cardiovascolare dipende in modo critico da un endotelio vascolare strutturalmente e funzionalmente.
Pertanto, il mantenimento di una corretta omeostasi della CE è un requisito ovvio (23) e la necessità di antiossidanti e composti che regolano l’attivazione endoteliale è di importanza biologica per gli aspetti clinici associati al danno e alla disfunzione endoteliale. In questo contesto, è stato recentemente descritto il ruolo principale degli acidi grassi a catena corta (SCFA) presenti nelle fibre cellulari nell’inibire l’espressione endoteliale indotta dal TNF degli mRNA e delle proteine ICAM-1 e VCAM-1, attraverso l’inibizione di NF-kB p65 , un altro regolatore centrale dell’attivazione della CE (24)
Uno dei principali attivatori del danno endoteliale è lo stress ossidativo, causato da uno squilibrio tra la principale generazione di specie reattive dell’ossigeno (ROS), responsabili dell’apoptosi delle cellule endoteliali vascolari (25) e l’insufficienza di antiossidanti cellulari interni (26), compresi qui e enzimi come MnSOD. A questo proposito, gli effetti protettivi vascolari del resveratrolo contro il danno ossidativo sono stati chiariti, probabilmente a causa dell’induzione di enzimi antiossidanti in HUVEC e EA.hy 926 (27). Nel presente studio, abbiamo studiato gli effetti e i meccanismi d’azione della CF sul metabolismo ossidativo della EC in vitro (eprovete).
Abbiamo dimostrato come segue:
1) Una singola dose di CF nella EC aumenta significativamente il consumo di O2 rispetto alle cellule NT attraverso una maggiore attività mitocondriale, senza influenzare la vitalità della EC.
2) La somministrazione ripetuta per diversi giorni consecutivi (fino a 8) di CF in HUVEC ha consentito un consumo ottimale di O2, attività mitocondriale e produzione di ATP a valle; senza accumulo indesiderato di LDH. Nel complesso, questi risultati indicano uno spostamento metabolico dalla via glicolitica a quella mitocondriale della EC. È stata studiata la relazione tra il consumo di O2 e la generazione di specie reattive dell’ossigeno (ROS). Chiaramente, dosi elevate e/o una rimozione inadeguata dei ROS, in particolare dell’anione superossido, hanno causato “stress ossidativo”, implicato nella patogenesi di molte malattie cardiovascolari, tra cui ipercolesterolemia, arteriosclerosi, ipertensione, diabete e infarto(28). Uno dei principali sistemi di difesa antiossidante contro l’O2 è la superossido dismutasi (SOD). SOD2 è un enzima mitocondriale contenente manganese (Mn) (MnSOD) e si trova nella matrice mitocondriale; pertanto, abbiamo scelto questa isoforma per chiarire l’implicazione mitocondriale. Il ruolo essenziale della SOD2 nel mantenimento della funzione mitocondriale è stato recentemente dimostrato da topi infartuati con deficit di MnSOD, che soffrono di funzione endoteliale marcatamente compromessa (29). Qui abbiamo dimostrato che l’espressione dei ROS, causata dall’esposizione all’ipossia, è significativamente diminuita con la FC attraverso un aumento significativo di MnSOD, la cui espressione nel tempo ha fluttuato (Appendice. Fig. 1), come dimostrato anche recentemente (30). Questo risultato mostra che CF supporta la resistenza degli EC contro la tossicità dei ROS, mantenendo così la loro vitalità e attività funzionale anche in condizioni di stress ossidativo causato dall’ipossia. La risposta ipossica della EC è strettamente regolata dal regolatore centrale dell’ipossia HIF-1alfa, la cui attivazione induce una potente trascrizione, citochine pro-angiogeniche e funzioni neo-acquisite a valle (3). In questo studio, mostriamo che CF inibisce la traslocazione di HIF-1alfa nel nucleo e aumenta l’espressione di Glut-1, suggerendo che CF interviene nella via ipossica e può essere considerato un nuovo regolatore della risposta ipossica endoteliale. Sosteniamo che l’inibizione di HIF-1 alfa è mediata dall’attivazione di MnSOD, la loro espressione nello stesso HUVEC è inversamente correlata. Inoltre, il legame tra generazione di ROS, perdita e attivazione di MnSOD e HIF-1alfa è stato recentemente ben documentato nell’EC polmonare (31).
Proponiamo che CF sia in grado di mantenere l’attività mitocondriale e la respirazione ottimale attraverso un duplice meccanismo, generazione di MnSOD e inibizione di HIF¬1alfa β, prevenendo così disfunzioni endoteliali.
La FC può essere un candidato per supportare i trattamenti per malattie caratterizzate da complicanze cardiovascolari.
Cellfood influenza la generazione di specie reattive dell’ossigeno e inibisce l’attivazione di HIF-1 alfa indotta dall’ipossia attraverso l’espressione MnSOD sovraregolata
Cellfood supporta la produzione di ATP
CELLFOOD migliora il metabolismo respiratorio delle cellule endoteliali mantenendone l’attività