Stress ossidativo (Overview)
Gli stress cellulari, tra cui lo stress ossidativo, l’apoptosi e il lipopolisaccaride derivato dall’intestino (LPS), innescano una risposta infiammatoria e un danno epatico progressivo (Csak et al., 2011). Lo stress ossidativo cronico è stato segnalato per essere correlato con una varietà di patologie, come malattie maligne, diabete mellito, aterosclerosi e malattie infiammatorie croniche, nonché con l’invecchiamento. In termini di fattori correlati alla progressione di NASH, lo stress ossidativo è una delle reazioni di stress cellulare più studiate. Quando vengono prodotti ROS in eccesso o la capacità antiossidante endogena è diminuita, l’ossidazione indiscriminata suscita effetti dannosi con conseguente stress ossidativo (Ohta, 2014). In particolare, i ROS generati durante il metabolismo degli acidi grassi liberi nei microsomi, nei perossisomi e nei mitocondri costituiscono una fonte consolidata di stress ossidativo (Pessayre, 2007). Gli acidi grassi liberi sono solitamente prodotti dall’idrolisi dei trigliceridi. I trigliceridi sono il principale tipo di lipidi immagazzinati nei fegati dei pazienti con NAFLD. I lipidi tossici che producono stress ossidativo presenti in NASH e i lipidi non tossici presenti nella steatosi semplice hanno dimostrato di essere diversi (Yamaguchi et al., 2007). Diacilglicerolo aciltransferasi 2 (DGAT2) catalizza la fase finale della biosintesi dei trigliceridi epatociti. La steatosi epatica e il contenuto di trigliceridi dietetici indotti in un modello di topi obesi con fegato grasso semplice sono ridotti dagli oligonucleotidi antisenso DGAT2 in un modo che non è correlato con i cambiamenti nel peso corporeo, nell’adiposità o nella sensibilità all’insulina (Yu et al., 2005). Tuttavia, un oligonucleotide antisenso DGAT2 ha dimostrato di aumentare i livelli di acidi grassi liberi epatici, stress ossidante lipidico, necroinfiammazione lobulare e fibrosi nei topi alimentati con una dieta carente di metionina colina (MCD), che ha generato infiammazione e fibrosi con steatosi epatica, mentre il contenuto di trigliceridi epatici è diminuito (Yamaguchi et al., 2007). Questi risultati suggeriscono che la patogenesi della steatosi nel fegato grasso semplice e in NASH è diversa. L’analisi della variabilità genetica umana dell’intervento sullo stile di vita ha dimostrato che il polimorfismo del gene DGAT2 è correlato a una diminuzione del grasso epatico, mentre i cambiamenti nella resistenza all’insulina non sono correlati (Kantartzis et al., 2009). Poiché i NAS correlati a PNPLA-3 non sono spesso correlati all’insulino-resistenza, potrebbero avere una correlazione con il fenotipo DGAT2.
I mitocondri sono la fonte cellulare più importante di ROS e la disfunzione mitocondriale potrebbe quindi svolgere un ruolo centrale nei meccanismi patologici di NASH (Takaki et al., 2014). Infatti, alterazioni ultrastrutturali, compromissione della sintesi di ATP e aumento della produzione di ROS sono state riportate nei mitocondri epatici di pazienti NASH e in un modello di NASH di roditori (Cortez-Pinto et al., 1999; Serviddio et al., 2008). La perdita di elettroni dalla catena di trasporto di elettroni mitocondriali genera radicali anionici superossido, che è il primo passo nella generazione di ROS. La superossido dismutasi converte enzimaticamente i radicali anionici superossido in perossido di idrogeno. In condizioni fisiologiche, questo perossido di idrogeno sarebbe metabolizzato in acqua; tuttavia, può essere metabolizzato in radicali idrogeno altamente tossici tramite la reazione di Fenton o Weiss in presenza di metalli, come Fe2+ o Cu+.
Si presume che l’accumulo di ferro in eccesso nel fegato sia una delle cause dell’aumento dello stress ossidativo. Il ferro ha dimostrato di agire come uno stress ossidativo che induce il metallo attraverso la produzione di radicali dell’idrogeno. Il sovraccarico di ferro è frequentemente osservato in NAFLD (Mendler et al., 1999) e da un terzo alla metà dei pazienti con NAFLD mostrano ferritina elevata. Il ferro viene depositato nelle cellule di Kupffer e negli epatociti in un modello istologicamente diverso dalla deposizione negli epatociti che è prominente nelle malattie genetiche di stoccaggio del ferro (Turlin et al., 2001; Nelson et al., 2011). Il contenuto di ferro nel fegato, tuttavia, ha mostrato un leggero aumento, mentre la ferritina ha mostrato un forte aumento della NAFLD. Quest’ultimo risultato è probabilmente dovuto al fatto che la ferritina potrebbe anche essere aumentata in NASH come risultato dell’induzione tramite reazioni infiammatorie epatiche. L’espressione genica correlata al metabolismo del ferro nel fegato è stata riportata da diversi istituti. Le molecole correlate all’assorbimento del ferro, il trasportatore di metallo bivalente 1 (DMT-1) e il recettore della transferrina 1, e l’espressione della molecola di regolazione dell’assorbimento del ferro epcidina, sono state regolate nel fegato NAFLD (Barisani et al., 2008). Hepcidin è creduto per essere uno dei peptidi più importanti per riduzione di assorbimento del ferro. L’epcidina si lega e riduce l’espressione di ferroportina (FPN) che esporta ferro dalla regione apicale delle cellule epiteliali intestinali con conseguente riduzione dell’esportazione di ferro nel sangue. Diversi rapporti hanno confermato che l’espressione di mRNA di epcidina oi livelli di peptide sierico sono aumentati nei pazienti con NAFLD, mentre il livello di epcidina sierica è stato anche segnalato per correlare con l’indice di massa corporea ma non con la presenza di NAFLD (Vuppalanchi et al., 2014). I ruoli di questi geni correlati al metabolismo del ferro nella patogenesi della NAFLD potrebbero essere eterogenei in quanto la NAFLD stessa è un’entità di malattia eterogenea. È probabile che una certa percentuale di NAFLD nei pazienti sia correlata alla deposizione di ferro e alla relativa espressione genica, che potrebbe essere influenzata dal trattamento di riduzione del ferro.
È stato riportato un aumento del ferro corporeo correlato alla resistenza all’insulina e ai difetti di secrezione di insulina (Pietrangelo, 2004). L’attività del recettore dell’insulina è stata inibita dal ferro e la chelazione del ferro ha ristabilito la segnalazione del recettore dell’insulina, suggerendo che il ferro era la causa della resistenza all’insulina (Dongiovanni et al., 2008). Inoltre, il sovraccarico di ferro ha indotto il tessuto adiposo viscerale, la catalasi antiossidante 1 o l’espressione genica Sod2 e la produzione epatica del peptide di regolazione del ferro hepcidin, che ha indotto il soppressore della segnalazione di citochine-3 e ha ridotto Lpl (Dongiovanni et al., 2013). Questi risultati indicano che l’epcidina indotta da ferro o ferro può indurre stress ossidativo e insulino-resistenza senza diete ad alto contenuto di grassi o glucosio. L’omeostasi del ferro ha un posto importante nella patogenesi di NAFLD perché è coinvolta nella resistenza all’insulina e nella malattia correlata allo stress ossidativo.
Il programma di proliferazione e differenziazione mitocondriale può essere compromesso in NASH. Le diminuzioni nel DNA mitocondriale e nei polipeptidi codificati nel DNA mitocondriale sono risultati rappresentativi in NASH, mentre il contenuto di DNA mitocondriale è aumentato nel fegato grasso semplice (Chiappini et al., 2006). L’aumento complementare del DNA mitocondriale nel fegato grasso semplice può aiutare a proteggere il fegato dall’infiammazione e dalla fibrosi, mentre le diminuzioni del DNA mitocondriale in NASH inducono infiammazione progressiva e fibrosi con disturbo della normale funzione degli epatociti.
Uno dei più importanti regolatori della biogenesi mitocondriale è il coattivatore di trascrizione PPAR-ɣ-coactivator-1α (PGC-1α) (Scarpulla, 2011) che coordina il gran numero di geni necessari per la biogenesi mitocondriale. L’attività di PGC-1α è compromessa nel fegato grasso, che si traduce in una diminuzione della biogenesi mitocondriale (Aharoni-Simon et al., 2011). Nei modelli HCC correlati a NASH, PGC-1α è stato downregulated rispetto ai tessuti non tumorali, significando così la sua importanza nel fenotipo normale degli epatociti (Wang et al., 2012).
Anche se ROS è stato creduto di essere tossico come descritto sopra, è stato recentemente trovato che ROS come il perossido di idrogeno svolgono ruoli fisiologici che sono importanti per il mantenimento di una condizione di salute. È stato dimostrato che il perossido di idrogeno è necessario per l’attivazione della via correlata alla citochina, all’insulina, al fattore di crescita, al fattore nucleare kappa B (NF-kB) e alla chinasi C-JUN-N-terminale 1 (JNK1). Inoltre, il perossido di idrogeno può indurre enzimi coinvolti nei sistemi antiossidanti o indurre il sistema immunitario innato contro i batteri intracellulari (West et al., 2011). Il perossido di idrogeno è anche necessario per la maturazione dell’autofagosoma intatto e l’autofagia intatta, che sono necessari per il processo di degradazione degli organelli cellulari invecchiati e difettosi (Qiao et al., 2015). Questi risultati suggeriscono che, sebbene NASH possa essere trattato con antiossidanti, questo trattamento dovrebbe mantenere il ROS fisiologico. Sebbene la somministrazione di un semplice antiossidante come la vitamina E sia stata indicata come efficace per NASH in uno studio prospettico di durata relativamente breve, la valutazione a lungo termine di questo trattamento è ancora in corso. Inoltre, c’è già un avvertimento che il trattamento antiossidante ha un impatto negativo sulle malattie cerebrovascolari e sulla prevenzione del cancro. Una meta-analisi degli effetti della vitamina E sull’ictus ha mostrato una riduzione del 10% dell’ictus ischemico accompagnata da un aumento del 22% dell’ictus emorragico. Inoltre, è probabile che gli antiossidanti standard contribuiscano alla progressione del cancro (Watson, 2013). Poiché la NAFLD è anche spesso coinvolta nella sindrome metabolica, è necessaria una valutazione del rischio di malattia cerebrovascolare prima della somministrazione di vitamina E. Lo stress ossidativo è un evento dannoso per lo sviluppo del cancro e, inoltre, ha un ruolo importante nella prevenzione del cancro. Le cellule tumorali simili a cellule staminali hanno potenti proprietà antiossidanti che le proteggono dallo stress ossidativo e quindi prevengono la loro apoptosi(Yae et al., 2012). Lo stress ossidativo delle cellule normali può indurre una transizione verso un fenotipo delle cellule tumorali che è altamente resistente ad ulteriore stress ossidativo. L’induzione dello stress ossidativo è un approccio che viene studiato come trattamento del cancro in diversi studi clinici (Trachootham et al., 2009). Tuttavia, questo approccio è probabilmente tossico per le cellule normali e può portare all’induzione di un’ulteriore carcinogenesi. Pertanto, lo stress ossidativo deve essere controllato in base alle circostanze cliniche.
Le conoscenze recenti sull’importanza dei ruoli fisiologici correlati al ROS stanno incoraggiando approcci terapeutici per controllare l’equilibrio dello stress ossidativo con quello antiossidante, piuttosto che semplicemente cancellare il ROS.
