Sintesi e valutazione dell'attività biologica di un nuovo bis-derivato dell'acido lipoico quale potenziale agente neuroprotettivo

1. MALATTIE NEURODEGENERATIVE E MECCANISMI PATOGENETICI       
La molteplicità dei fattori coinvolti nell'eziologia di malattie 
neurodegenerative come il morbo di Parkinson (PD), il morbo di 
Alzheimer (AD), la corea di Huntington e la Sclerosi laterale amiotrofica 
(SLA), ha reso lo studio di questi disturbi uno dei più interessanti, 
nonché enigmatici e problematici, nel campo della biomedicina. Grazie 
ai numerosi progressi della ricerca nella comprensione dei meccanismi 
patogenetici, si è arrivati a chiarire con il tempo che i principali processi 
implicati sono causati, oltre che da fattori endogeni, genetici ed 
ambientali, anche dalle abitudini di vita dell'uomo.
Sebbene ogni malattia neuronale possieda dei propri meccanismi 
molecolari e manifestazioni cliniche, è stato dimostrato come esse siano 
legate da alcune cause comuni, che includono: stress ossidativo 
(conseguente ad una eccessiva produzione di radicali liberi), 
“misfolding” di proteine e conseguente aggregazione, disomeostasi di 
cationi metallici, disfunzioni mitocondriali e alterazione nei processi di 
fosforilazione. Recenti studi sono focalizzati sulla comprensione della 
correlazione tra i vari fattori e sui meccanismi che portano alla 
progressiva perdita di specifiche popolazioni di cellule neuronali. Nel 
cervello di pazienti malati di Alzheimer è stata osservata la presenza di 
aggregati proteici (placche amiloidi) derivanti da misfolding e 
autoassociazione. Specie monomeriche inizialmente formano piccoli 
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oligomeri e questi a loro volta inducono in maniera graduale la crescita 
di strutture fibrillari (Gaggelli et al., 2006; Bucciantini et al., 2002).
Malgrado siano presenti strutture primarie e secondarie abbastanza 
differenti, si è visto che tutte le proteine che andranno a formare tali 
fibrille amiloidi, adottano un arrangiamento del tipo β-sheet con l'asse 
del peptide orientato perpendicolarmente all'asse della fibrilla (Kagan et 
al., 2004). La presenza di epitopi in queste conformazioni suggerisce il 
fatto che, nonostante tali proteine siano diverse, possono innescare 
meccanismi neurotossici simili. Sebbene gli aggregati proteici così 
formati presentino una morfologia istologica e strutturale analoga, i loro 
effetti biologici sono distinti e dipendono, infatti, dalle caratteristiche del 
tessuto coinvolto e dalla localizzazione dei depositi, se intracellulari o 
extracellulari. E' stato osservato che tali aggregati, come la proteina β-
amiloide nel morbo di Alzheimer e l'α-sinucleina nel morbo di 
Parkinson, sono  interessati nella permeabilizzazione delle membrane 
cellulari e mitocondriali; essi sono, pertanto, probabilmente responsabili 
della disomeostasi del calcio, della depolarizzazione della membrana e 
delle alterate funzioni mitocondriali, caratteristiche comuni di molti 
disturbi neurodegenerativi. Tra le cause di più rilevante influenza 
all'interno della patogenesi delle malattie neurodegenerative, la ricerca 
ha posto particolare riguardo allo studio dello stress ossidativo e alla 
disomeostasi dei cationi metallici.
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2. LO STRESS OSSIDATIVO NELLE MALATTIE NEURODEGENERATIVE  
Grazie ai numerosi progressi nel campo della genetica molecolare, è 
stato largamente evidenziato come i radicali liberi svolgano un ruolo 
centrale nell'eziologia delle malattie neurodegenerative. E' importante 
ricordare come l'ossigeno (principale protagonista di questo scenario) 
rappresenti l'elemento vitale per le cellule ma come, allo stesso tempo, 
possa paradossalmente costituire un potenziale pericolo; esiste, infatti, 
un delicato e complesso sistema di equilibri necessario per l'utilizzo di 
tale componente essenziale.
Le cellule eucariotiche, come conseguenza della normale respirazione 
aerobica mitocondriale, consumano ossigeno (O
2
) riducendolo attraverso 
passaggi sequenziali e generando acqua (H
2
O)
 
come prodotto finale.
Inevitabili sottoprodotti di tali reazioni sono le cosiddette specie reattive 
dell'ossigeno (ROS) e dell'azoto (RNS) rappresentate da:
• perossido di idrogeno (H
2
O
2
)
• ione superossido (O
2
.-
)
• radicale idrossido (OH
.
)
• ione perossinitrito (ONOO
-
)
In normali condizioni fisiologiche, le cellule possiedono numerosi 
meccanismi di difesa contro queste specie, che comprendono sistemi 
4
endogeni come gli enzimi catalasi (CAT) e superossido dismutasi (SOD) 
(principali detossificanti dei radicali liberi), il tripeptide glutatione 
(GSH), l'acido urico e la bilirubina. Un ruolo importante è svolto anche 
dagli antiossidanti derivati dalla dieta come la vitamina C (acido 
ascorbico), la vitamina E (α-tocoferolo), carotenoidi e flavonoidi.
La difesa principale è rappresentata dall'enzima superossido dismutasi 
(SOD), che rimuove i radicali superossido catalizzando la conversione di 
due di essi in perossido di idrogeno e ossigeno molecolare (Figura 1):
2O
2
.-
 + 2H
+
→ O
2 
+ H
2
O
2
Figura 1. Reazione catalizzata dalla SOD.
Il perossido di idrogeno formato da questi processi viene rimosso dalla 
catalasi (CAT), una emoproteina ubiquitaria che catalizza la sua 
dismutazione in acqua (Figura 2):
2H
2
O
2
 → O
2
 + 2H
2
O
Figura 2. Reazione della catalasi.
L'acido ascorbico può rimuovere molte specie reattive inclusi lo ione 
superossido, il radicale idrossilico e gli idroperossidi lipidici (Rice M.E., 
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2000), mentre l'α-tocoferolo, in virtù della sua lipofilia, è 
particolarmente utile nel proteggere le membrane dalla perossidazione 
dei lipidi.
Il GSH agisce mediante due differenti meccanismi: nel primo esso 
riduce direttamente i radicali liberi, nel secondo, si comporta da 
donatore di elettroni per la riduzione dei perossidi catalizzata dalla 
glutatione perossidasi (GPx) (Figura 3):
2GSH + H
2
O
2
 → GSSG + 2H
2
O
Figura 3. Reazione catalizzata dalla GPx.
Il GSSG viene nuovamente ridotto a GSH dalla glutatione riduttasi, una 
flavoproteina che utilizza il NADPH come fonte di equivalenti riducenti.
Quando la produzione di specie reattive dell'ossigeno e dell'azoto 
(complessivamente indicate come RONS), eccede la capacità delle cellule 
di difendersi da tali sostanze, l'organismo incorre nello “stress 
ossidativo” (Simonian & Coyle, 1996); esso si manifesta attraverso 
l'ossidazione di lipidi, proteine e DNA, che porta, a sua volta, ad alterate 
funzioni cellulari.
Questi processi possono avere effetti particolarmente deleteri e 
frequentemente associati a morte cellulare mediante necrosi o apoptosi. 
La perossidazione lipidica è molto estesa nel cervello di pazienti malati 
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di Alzheimer come dimostrato da vari indicatori, tra cui vi sono le 
aldeidi altamente reattive come l'acroleina e il 4-idrossinonenale (HNE) 
(Esterbauer et al., 1991).
Il cervello è particolarmente vulnerabile ai danni conseguenti allo stress 
ossidativo, a causa dell'elevato consumo di ossigeno per adempiere alle 
sue funzioni vitali, dell'alto contenuto di acidi grassi insaturi (facilmente 
ossidabili) e di ioni metallici ossido-riducenti.
Sembra esserci un'evidenza sempre maggiore della possibilità che 
l'aumento dei danni cellulari mediati da ROS e NOS, possa costituire la 
base dei processi di neuroinfiammazione (Floyd R.A., 1999).
A tal proposito, studi recenti sull'ossido nitrico (NO) come comune 
secondo messaggero nella trasmissione nervosa, hanno evidenziato il 
suo rilascio enzimatico, insieme allo ione superossido, dai macrofagi del 
sistema nervoso centrale. L'aumento dei livelli di queste due specie può 
dare origine, a pH fisiologico, al (precedentemente citato) ione 
perossinitrito; questa molecola è tossica a livello cellulare a causa della 
sua capacità di ossidare i gruppi tiolici e di indurre la nitrazione delle 
catene laterali aromatiche di tirosina e triptofano. La stessa, inoltre, 
può essere ulteriormente protonata e decomporre in radicale idrossido 
(Sorond & Ratan, 2000) (Figura 4).
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ONOO
-
 + H
+
 → ONOOH 
ONOOH → OH
.
 
+ NO
2 
Figura 4. Decomposizione del perossinitrito in radicale idrossido.
L'attività dei meccanismi di difesa contro i danni dello stress ossidativo 
appare essere diminuita nel cervello di pazienti affetti da malattie 
neurodegenerative; alcuni studi sembrano supportare l'ipotesi che la 
deposizione della proteina β-amiloide giochi un ruolo centrale nella 
patogenesi del morbo di Alzheimer e che tale aggregato possa costituire 
un legame tra lo stress ossidativo e la morte neuronale (Butterfield et 
al., 2001).
Bisogna ancora stabilire se lo stress ossidativo costituisca l'evento 
iniziale scatenante la degenerazione neuronale o se sia una sua 
conseguenza; infatti, esistono numerose evidenze sperimentali  che lo 
vedono quantomeno coinvolto nella propagazione delle lesioni cellulari. 
Esso è, quindi, intimamente legato ad una serie di fenomeni cellulari 
che sembrano contribuire alla morte delle cellule nervose.
L'interazione fra questi diversi componenti non è necessariamente una 
cascata sequenziale ma potrebbe essere un circolo di eventi dei quali lo 
stress ossidativo è il maggior esponente (Figura 5).
L'inibizione di quest'ultimo potrebbe essere terapeuticamente utile al 
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fine di interrompere il ciclo che porta alla morte cellulare e rappresenta 
uno degli approcci più significativi nella progettazione di nuovi farmaci.
Figura 5. Specie reattive dell'ossigeno: protagoniste principali nel ciclo di eventi che 
portano alla neurodegenerazione.
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