Proseguiamo il nostro viaggio per comprendere i meccanismi attraverso i quali l’inquinamento provoca gravi patologie a carico del nostro organismo

Nella difesa del nostro organismo dagli inquinanti entrano in gioco diverse cellule del sistema immunitario. Tra queste, in particolare, i leucociti che si possono distinguere in granulociti (basofili, eosinofili e neutrofili); essi, stimolati da mediatori chimici, cercano di limitare il danno, vediamo come.

Tra i granulociti i neutrofili svolgono il “compito” di immunosorveglianza e di eliminazione dei patogeni, per fare ciò necessitano di un rapido passaggio dal circolo sanguigno ad uno stato che ne consenta l’adesione alle cellule endoteliali e la successiva migrazione verso i tessuti in cui è richiesto il loro intervento.

Come avviene ciò?

Nelle prime fasi dell’infiammazione, a livello di microcircolo del sito di infiammazione, si assiste ad un rallentamento del flusso ematico che permette l’accumulo delle cellule ed il loro successivo ingresso nell’endotelio: è questa la fase detta di “marginazione”. Le cellule endoteliali, in risposta ad alcune citochine pro-infiammatorie e sostanze vasoattive si attivano e, in prima istanza, producono molecole ad azione vasodilatatoria che determinano un aumento locale del flusso ematico favorendo l’ingresso dei leucociti nel sito d’infiammazione; in seconda istanza determinano un aumento dell’espressione di selectine che mediano una rapida adesione, a bassa affinità, tra leucociti e endotelio.

La maggior parte dei leucociti esprime la L-selectina, mentre le cellule endoteliali esprimono la P-selectina e la E-selectina, in grado di interagire con il ligando PSGL1 (P-selectin glycoprotein ligand 1) espresso dai leucociti; tale interazione permette il rolling dei neutrofili. Durante questa fase, grazie ad alcune citochine sintetizzate dai leucociti nel sito di flogosi o dalle cellule endoteliali attivate, i neutrofili vengono attivati e mutano forma assumendone una appiattita, che agevola il loro passaggio attraverso le giunzioni delle cellule endoteliali. A questo processo partecipano anche integrine mentre alla fuoriuscita di granulociti neutrofili dal circolo sanguigno (diapedesi) partecipano le junctional adesion molecule (JAM), la platelet endothelial cell adesion molecule-1 (PECAM-1) e i CD99.

  • le integrine sono quelle che maggiormente favoriscono la migrazione; funzionano sia da siti di trazione per le cellule che si spostano, sia da sensori meccanici che trasmettono informazioni all’interno della cellula ai fini della modulazione del citoscheletro. Possono essere singole o organizzate in strutture conosciute come emidesmosomi, che appartengono alla classe delle giunzioni di membrana e sono espresse da diversi tipi di cellule. I ligandi delle integrine annoverano un discreto numero di proteine della matrice extracellulare e recettori che mediano l’adesione cellulare. Nonostante esistano notevoli differenze strutturali tra i suddetti ligandi, essi hanno come comune denominatore un residuo esposto di acido aspartico o glutammico – posizionato in un’ansa estesa e flessibile – tale residuo è critico per l’interazione con le integrine. Il primo sito di legame caratterizzato nella fibronectina, nella vitronectina e in altre proteine adesive è la sequenza “Arg-Gly-Asp”, un tripeptide riconosciuto da diverse integrine.
  • La famiglia delle junctional adesion molecule comprende le seguenti molecole: JAM-A, JAM-B e JAM-C, che sono concentrate nelle “tight junction”.  
  • La PECAM-1 viene espressa sulla superficie dei leucociti e delle cellule endoteliali, in particolare a livello delle giunzioni intercellulari, ha l’importante compito di mediare l’extravasazione dei neutrofili attraverso interazioni di tipo omofilico PECAM-1 /PECAM-1.
  • CD99 Una proteina di membrana codificata dal gene CD99 (banda citogenetica Xp22.32), è una glicoproteina di superficie coinvolta nella migrazione dei leucociti, nell’adesione dei linfociti T.

Una volta abbandonato il torrente circolatorio, i neutrofili raggiungono il sito infiammatorio guidati da fattori chemiotattici come l’interleuchina 8, i componenti del complemento (C5a), metaboliti di provenienza batterica[1] o prodotti del metabolismo dell’acido arachidonico, come il leucotriene B4 (LTB4). L’interleuchina 8, tra le citochine, è il principale agente chemioattrattante per i granulociti neutrofili. La migrazione cellulare richiede dunque una modulazione coordinata dei contatti fra le cellule ed i tessuti circostanti.

Tra le proteine aventi un ruolo importante nei processi di adesione e migrazione cellulare troviamo l’urochinasi e il suo recettore, la loro sovraespressione è associata alla migrazione ed alla proliferazione, nonché all’aumento della capacità metastatica delle cellule tumorali. Le funzioni biochimiche del recettore dell’urochinasi sono strettamente correlate all’interazione con altre proteine della matrice extracellulare; l’interazione con la vitronectina[2] è uno dei fattori necessari affinché il recettore promuova l’adesione e la migrazione cellulare.

Altra glicoproteina importante è la fibronectina, che possiede siti di attacco sia per il collagene sia per i glicosamminoglicani. 

Gap junction

Le gap junctions sono importanti per la connessione tra cellule e per le barriere come ad esempio quella gastrointestinale, che è selettivamente permeabile e la sua funzione è determinata dalla formazione di complessi proteina-proteina: desmosomi (desmosome junctions), emidesmosomi (hemidesmosome junctions), giunzioni comunicanti (gap junctions), aderenti (adherens junctions) e giunzioni strette (tight junctions). Le gap junctions (GJ) sono costituite da due emigiunzioni, ognuna delle quali è composta da sei proteine: le connessine.

L’assemblaggio delle giunzioni cellulari è un processo altamente dinamico, per portare a termine questa fase occorrono mediamente da 1 a 5 ore. Le giunzioni cellulari sono espresse in tutti gli epiteli, e di conseguenza in tutti gli organi e apparati, a dimostrazione del ruolo chiave che hanno queste strutture nel mantenere un’adeguata omeostasi cellulare. Sono importanti già dalle primissime fasi della vita: ad esempio, nel follicolo vi sono due tipi di gap junction correlate con la connessina 43 e 37: la GJA1 e la GJA4, entrambe le isoforme sono fondamentali per il controllo dei processi di meiosi.

Per poter cambiare la forma delle cellule le connessine agiscono sull’actina del citoscheletro, a livello cellulare questo processo si ripercuote oltre che sulla morfologia anche sull’adesione, sulla polarità e sulla migrazione transcellulare verso le molecole chemioattrattanti. Sperimentazioni effettuate sugli animali forniscono la prova diretta che le giunzioni sono fondamentali per la comunicazione intercellulare, essenziali per le funzioni dei tessuti e lo sviluppo degli organi; una loro disfunzione può provocare malattie.

La denominazione delle connessine deriva dal loro peso molecolare espresso in kDa, ad esempio: 43kDa designa la Cx43. Nell’uomo sono stati identificati 21 geni codificanti per le connessine. La maggior parte degli organi e molti tipi di cellule esprimono più di un tipo di connessina, in questo caso assumono un ruolo importante i processi epigenetici come la metilazione.

I geni sono stati classificati in 5 gruppi (alfa, beta, gamma, delta e epsilon) in base all’omologia di sequenza:

Tra le componenti fondamentali delle gap junction troviamo le connessine; esse sono proteine integrali di membrana fondamentali in molti processi biologici, come ad esempio lo sviluppo embrionale, la migrazione delle cellule, l’apoptosi.

Adesione cellulare e inquinanti

Per poter cambiare la forma delle cellule le connessine agiscono sull’actina del citoscheletro, a livello cellulare questo processo si ripercuote oltre che sulla morfologia anche sull’adesione, sulla polarità e sulla migrazione transcellulare verso le molecole chemioattrattanti. Sperimentazioni condotte sui topi forniscono la prova diretta che le giunzioni sono fondamentali per la comunicazione intercellulare, essenziali per le funzioni dei tessuti e lo sviluppo degli organi, una loro disfunzione provoca malattie.

 

 

 

 

 

 

 

 

Alcuni inquinanti agiscono gravemente sulla fisiologia cellulare, inducendo diverse patologie.

L’adesione e la migrazione cellulare sono quindi processi molto articolati fondamentali per molti fenomeni biologici come la morfogenesi embrionale, la riparazione e la rigenerazione tissutale, la risposta infiammatoria ed immunitaria.

Sono molti gli inquinanti che hanno azioni nefaste sull’adesione cellulare, ed in particolare sulle integrine e sulle connessine.

Nel 2019, è stato pubblicato il primo studio che dimostra l’azione cancerogena del Bisfenolo A mediante l’attivazione diretta della integrina β1 (Luo L. et al., 2018; Jia B. et al., 2019).

Per le connessine, purtroppo, la ricerca dei lavori in letteratura è infruttuosa: dai pochi studi disponibili apprendiamo ad esempio, che le gap junction nell’ipofisi anteriore sono potenziali bersagli di alcune sostanze tossiche. Nell’ipofisi le cellule endocrine e follicolo stellate sono organizzate e funzionano come singole reti tridimensionali, ogni rete regola la propria attività coordinando le celle connesse. Le gap junction che collegano le cellule endocrine e/o follicolo stellate consentono la trasmissione di informazioni necessarie per un’adeguata funzione di rete. Gli inquinanti ambientali possono influenzare le gap junction e quindi la fisiologia dell’ipofisi anteriore. La compromissione di questo delicato equilibrio ormonale può favorire l’insorgenza di patologie come infertilità, obesità e cancro.

I composti organotinici[3], inquinanti ampiamente utilizzati nell’industria nella produzione di materie plastiche, pesticidi, vernici etc., sono interferenti endocrini che inquinano facilmente la catena alimentare animale e di conseguenza arrivano all’uomo. È stato accertato che i testicoli possono essere un organo bersaglio di questo tipo di sostanze tossiche: i testicoli fetali di ratto esposti mostrano una riduzione del numero dei gonociti, delle cellule di Sertoli e delle cellule di Leydig. In queste ultime l’espressione della connessina 43 è alterata: può essere ridotta o addirittura assente. In entrambi i sessi, l’esposizione a questo tipo di inquinanti è associata allo squilibrio degli ormoni sessuali e alla disregolazione dell’asse ipotalamo-ipofisi-gonadi. I composti tossici più conosciuti sono il tetrabutilstagno, il tributilstagno cloruro, il tributilstagno acetato, trifeniltin cloruro, trifeniltin idrossido, dibutilstagno cloruro, dibutilstagno dicloruro, difenilstagno dicloruro, monobutilstagno e azociclotina.

Anche le sostanze organiche perfluoroalchiliche sono dannose per la salute umana inducendo una disorganizzazione del citoscheletro, in particolare dell’actina e dei microtubuli nelle colture di cellule del Sertoli umane. Vengono alterate le gap junction, di conseguenza la comunicazione tra le cellule del Sertoli, che non riescono a garantire più l’omeostasi dell’epitelio seminifero con conseguenze deleterie sulla spermatogenesi.  

L’acetato di piombo ha un effetto deleterio su claudina 11, occludina e connessina 43 nel testicolo del ratto.    

Il perfluorottano sulfonato induce un aumento dell’apoptosi negli astrociti, nei quali si rileva un aumento dell’espressione della connessina 43, oltre che un aumento delle concentrazioni di caspase-che svolge un ruolo pro-apoptotico negli astrociti.

Negli esperimenti sugli animali, è stato rilevato che le integrine sono fondamentali perché nel caso di esposizione ai gas di scarico dei veicoli a motore si rileva una loro sottoregolazione, in particolare dell’α6 e β1- integrina, a cui consegue una compromissione degli spermatogoni. Questi risultati dimostrano che l’inquinamento atmosferico svolge un ruolo importante nella riduzione del numero di spermatozoi e nell’aumento delle percentuali di soggetti con teratozoospermia.

Claudine citochine e barriere epiteliali

Per completezza devo necessariamente trattare anche l’alterazione delle giunzioni cellulari a carico dell’apparato gastrointestinale, perché la catena alimentare umana può essere interessata da diversi inquinanti, compreso il particolato atmosferico.

Le citochine proinfiammatorie come l’interferone-γ (IFN-γ) e il fattore di necrosi tumorale-α (TNF-α) possono causare infiammazioni croniche a carico delle mucose, di conseguenza si rileveranno alterazioni della funzione della barriera epiteliale. L’interferone-γ determina un aumento della permeabilità paracellulare che è direttamente proporzionale al tempo di esposizione. In questo processo sono coinvolte anche le proteine delle tight junction: occludina, claudina-1 e JAM-A (junction adhesion molecule A). Nei processi infiammatori, l’interferone-γ e l’IL-4 influenzano la permeabilità intestinale e favoriscono l’infiltrazione dei polimorfonucleati. L’IFN-γ induce anche una diminuzione dell’espressione della ZO-1. Entrambe le sostanze sotto regolano l’espressione dell’occludina.  

Nei modelli di studio sugli animali sono stati valutati gli effetti della flogosi acuta del colon sul flusso sanguigno cerebrale e le conseguenze sulla permeabilità della barriera emato-encefalica, è stato osservato che indipendentemente dal metodo di induzione, la flogosi del colon induca un aumento della permeabilità della barriera emato-encefalica (senza alterazione del flusso) a molecole di piccole dimensioni come la fluoresceina (mol wt 376), ma non a quelle di dimensioni maggiori come il FITC-destrano (mol wt 71.200). Sono diversi i meccanismi che possono spiegare quanto appena riportato. Ad esempio, la flogosi del colon potrebbe indurre il rilascio dei neurotrasmettitori vasoattivi tramite le vie nervose afferenti, oppure attraverso il trasporto per via ematica di sostanze capaci di indurre l’aumento della permeabilità della barriera ematoencefalica.

Quanto appena riportato è una sintesi degli studi effettuati da Hathaway, basati su due modelli diversi che hanno dimostrato come le infiammazioni intestinali siano correlate ad un aumento della permeabilità della barriera ematoencefalica dovuta all’apertura delle tight junction. Ciò dimostra che anche un processo infiammatorio al di fuori del sistema nervoso centrale può avere effetti negativi sulla permeabilità della barriera ematoencefalica. Questo vale anche per il polmone, come avremo modo di vedere.

Una robusta documentazione scientifica stabilisce che le tight junction possono essere considerate sistemi autoassemblanti, capaci di rimodellarsi se stimolate da specifiche citochine proinfiammatorie. Queste ultime sono in grado anche di danneggiarle e di conseguenza alterare la funzione di barriera di molti epiteli. Questo è il meccanismo che sta alla base di molte patologie tra le quali: malattie infiammatorie croniche intestinali, infiammazione bronchiale e asma, fibrosi cistica e rinosinusite cronica.

L’esposizione delle cellule epiteliali a citochine proinfiammatorie, come il TNF-α e l’IFN-γ, è sufficiente a indurre modificazioni della claudina (in particolare della claudina 4) nelle tight junction, a ciò consegue un aumento della permeabilità. Anche il nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-kB) è coinvolto nei processi che portano all’aumento della permeabilità; infatti, se si inibisce farmacologicamente il NF-kB si osserverà un miglioramento di questa condizione patologica. Tale miglioramento è associato alla stabilizzazione dei livelli di zonulina-1. Infatti, il NF-kB stimolato dal TNF-α induce l’aumento dell’espressione della MLCK (myosin light chain kinase), che attraverso particolari processi biochimici porta all’aumento della permeabilità paracellulare.

Entrambi i tipi cellulari del sistema epiteliale ed endoteliale, se sottoposti contemporaneamente a stimolazione con il TNF-α e con l’IFN-γ, mostrano un incremento della permeabilità paracellulare. Inoltre, è stato dimostrato che il trattamento con le suddette citochine determina anche un aumento della permeabilità dell’epitelio dell’apparato respiratorio, oltre che alla dislocazione citoplasmatica di JAM-A, claudina 4 e claudina 5. Le concentrazioni di occludina e JAM-A si riducono anche nelle cellule epiteliali intestinali esposte ad una stimolazione combinata con TNF-α e IFN-γ; sono coinvolte anche le LIGHT (lymphotoxin-like inducible protein) membri della famiglia del TNF, che in sinergia con l’IFN-γ contribuiscono ad aumentare la permeabilità paracellulare.

Come già accennato anche le interleuchine sono coinvolte nella permeabilità paracellulare. È utile un breve accenno agli effetti dell’IL-1, IL-4, IL-6, IL-8, IL-10, e IL-13.

  • IL-1: aumenta nei pazienti affetti da patologie infiammatorie a carico dell’apparato gastrointestinale. Elevati livelli si riscontrano anche nel liquido di lavaggio bronchiale dei pazienti asmatici. Induce l’aumento della permeabilità paracellulare nell’epitelio e nell’endotelio. Nelle cellule Caco-2, (cellule molto usate in laboratorio come modello di cellule intestinali) fa diminuire i livelli delle occludine e dei livelli degli occludin mRNA. È importante sottolineare che l’IL-1 deprime le occludine anche negli astrociti.
  • IL-4: aumenta la permeabilità nelle cellule epiteliali T84. Nelle cellule epiteliali delle vie respiratorie (Calu-3) si osserva una diminuzione della ZO-1 e dell’occludina. L’IL-4 induce anche un aumento dell’espressione della claudina-2 che determina una diminuzione della resistenza transepiteliale e induce un aumento della conduttanza dipendente dal sodio (Na+).
  • IL-5: promuove la crescita, la differenziazione e l’attivazione degli eosinofili ed è quindi molto importante nella patogenesi delle malattie allergiche. L’IL-5 è prodotta dai linfociti T helper attivati del fenotipo Th2, mastociti ed eosinofili. Nei topi knock-out per l’IL-5 e per il suo recettore (IL-5R) si rileva una diminuzione dei CD5+ B (linfociti B-1)[4] e dei livelli sierici di IgM e IgG3.
  • IL-6: aumenta la permeabilità in dipendenza della stabilità della ZO-1 nelle tight junction negli epiteli e negli endoteli. Questa citochina influenza il rimodellamento dell’actina e la sua capacità contrattile.
  • IL-10: contrasta l’azione delle citochine proinfiammatorie come l’IFN-γ, sugli epiteli e sugli endoteli. Nei modelli murini, basse concentrazioni di IL-10 favoriscono l’insorgenza di colite, e l’anomala dislocazione della ZO-1 e della claudina-1 fuori dalle tight junction.
  • IL-13: fa diminuire la resistenza transepiteliale e i livelli di ZO-1. Esiste un sinergismo d’azione con l’IL-14 nel processo biochimico correlato alla STAT6 (signal transducer and activator of transcription 6).
  • IL-33: agisce legandosi a uno specifico recettore extracellulare: la proteina ST2 correlata al recettore dell’IL-1. Associandosi alla cromatina agisce anche come repressore trascrizionale. A causa di questo duplice effetto e dell’espressione di ST2 su diversi tipi di cellule, l’IL-33 agisce su alcune del sistema immunitari, agisce sui linfociti T e B favorendo la produzione di citochine associate al profilo Th2, tra cui IL-4, IL-5 e IL-13. L’IL-33 agisce sui mastociti promuovendo la degranulazione; effetto rilevato anche su basofili e granulociti. Dopo la scissione da parte delle proteasi mastocitarie, l’IL-33 attivando le cellule ILC2, induce la produzione di citochine e il reclutamento di eosinofili.

Da quanto su esposto si evince che alcune interleuchine incidono negativamente sull’occludina, sulla claudina e sulla ZO-1, causando un’alterazione della permeabilità; mentre l’IL-2 e l’IL-10 indirettamente svolgono un’azione protettiva sulle giunzioni. Per poter garantire l’assorbimento delle sostanze nutritive e la protezione nei confronti degli agenti patogeni, l’epitelio intestinale deve essere integro; infatti, gli enterociti giocano un ruolo importante anche per il fisiologico crosstalk con il sistema immunitario.

Il piccolo intestino mostra una forte immunoreattività alle matriptasi, soprattutto a livello della cripta di Lieberkühn e dei villi, gli enterociti dei villi rispetto a quelli delle cripte esprimono maggiormente la matriptasi, ma il suo ruolo nel mantenimento dell’integrità epiteliale non è stato ancora completamente chiarito. La dottoressa Brandner, dell’University Hospital Hamburg-Eppendorf in Germania, è stata la prima ad utilizzare le cellule IPEC-J2 suine per stabilire il ruolo dell’attività proteolitica della matriptasi e il suo ruolo nell’integrità della barriera epiteliale.

Utilizzando il MI-432 (potente inibitore della matriptasi), la Brandner ha valutato la risposta cellulare attraverso la misurazione della resistenza transepiteliale ed ha rilevato che l’inibizione con l’MI-432 ha causato un innalzamento dei livelli di perossido di idrogeno (H2O2) extracellulare conseguente alla perdita della funzione di barriera. Nelle malattie infiammatorie intestinali anche una minima riduzione della resistenza elettrica transepiteliale determina una disfunzione della barriera, di conseguenza avremo il passaggio di microrganismi patogeni o tossine al di sotto della sottomucosa.

La matriptasi, insieme ad altre proteasi endogene ed esogene come: callicreina, caspasi, catepsine e proteasi derivate da microrganismi, è in grado di attivare e disattivare le funzione di barriera protettiva, anche della cute.

La matriptasi, una serin proteasi di membrana, scinde proteoliticamente il PAR-2 (protease activated receptor 2), entrambe iperespresse nel polmone dei pazienti con fibrosi polmonare idiopatica. In particolare l’espressione della matriptasi è stata rilevata nelle cellule mononucleate (monociti e linfociti) e nelle cellule epiteliali sovrastanti i focolai fibroblastici. Il PAR2 è conosciuto anche come coagulation factor II (thrombin) receptor-like 1 (F2RL1) o G-protein coupled receptor 11 (GPR11), è una proteina codificata dal gene F2RL1. Il PAR2 modula la risposta infiammatoria nell’obesità, nel metabolismo e funge da sensore per gli enzimi proteolitici prodotti durante le infezioni.

Purtroppo gli studi sull’impatto degli inquinanti sulla matriptasi sono di difficile reperimento, e purtroppo sappiamo poco anche sugli effetti degli inquinanti sull’adesione cellulare.

Di seguito riporto una raffigurazione schematica dell’induzione della produzione di citochine da parte dei linfociti T CD4+ estrapolata dal testo di Robert Rich e altri: Clinical Immunology Principles and Practice 5th. EditionElsevier 2018.

PM 2.5 e migrazione cellule muscolari lisce bronchiali

È noto che molte malattie polmonari, soprattutto quelle cronico ostruttive, sono correlate agli inquinanti atmosferici in particolare al particolato nelle sue diverse dimensioni. La broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) è una patologia che sta interessando sempre più l’uomo ed ha ripercussioni gravi per la salute, tuttavia la sua patogenesi rimane ancora poco conosciuta. Il rimodellamento delle vie aeree è riconosciuto come il principale segno che caratterizza la bronchiolite cronica a cui consegue, nel tempo, la BPCO.

Questa patologia è associata all’ispessimento della parete delle vie aeree, in particolare all’ipertrofia del muscolo liscio, a cui segue una progressiva ostruzione del flusso d’aria; si ritiene che le cellule muscolari lisce giochino un ruolo importante nel rimodellamento delle vie aeree. I meccanismi sottostanti sono complessi.

L’inquinamento atmosferico è un problema ingravescente soprattutto nei Paesi in via di sviluppo, dove il particolato (particulate matter – PM) rappresenta una seria minaccia per la salute umana, e non solo per l’apparato respiratorio. Ci sono prove certe della correlazione tra l’esposizione al particolato ambientale e la BPCO; quello più deleterio è il particolato con diametri aerodinamici inferiori a 2,5 μm: particolato fine ed ultrafine.

Il traffico veicolare è una delle principali fonti emissive di PM2,5 negli ambienti urbani, mentre la combustione del legno, carbone e altro (biomassa residenziale, tipica degli ambienti rurali) è ormai in disuso e quindi preoccupa di meno rispetto al passato. È d’obbligo, però, indagare su entrambi i tipi di particolato e la ripercussione sull’apparato respiratorio, con particolare riguardo per il rimodellamento delle vie aeree.

Prove crescenti suggeriscono che la Sonic hedgehog (Shh) pathway è coinvolta in alcune patologie polmonari, come la fibrosi polmonare, l’asma, la BPCO e il cancro del polmone.[5] La Shh favorisce il rilascio della SMO (Smoothened)[6] grazie all’inibizione del recettore Patched. L’attivazione della pathway Shh determina la traslocazione del fattore di trascrizione nucleare Gli, che regola l’espressione dei geni coinvolti nella differenziazione cellulare, nella sopravvivenza e nella crescita, come le cicline e Snail, regola anche l’espressione dei geni coinvolti nella pathway Hh tra cui Gli e Ptch. I geni Gli1, Gli2 e Gli3 sono stati identificati nei tessuti dei mammiferi, ma Gli1 è considerato l’unico marker specifico dell’attività della pathway Shh. Sebbene sia stata dimostrata la correlazione della pathway Shh con la migrazione delle cellule tumorali nel carcinoma pancreatico, ovarico e gastrico, non ancora se ne conosce appieno il ruolo nella migrazione delle cellule bronchiali lisce.

Esistono diversi studi, effettuati anche sugli animali, che dimostrano come il PM2,5 sia in grado di indurre la proliferazione, l’apoptosi e la migrazione delle cellule bronchiali lisce. Questo tipo di particolato, a basse concentrazioni, induce la migrazione delle cellule bronchiali lisce e attiva la pathway Shh; sono concentrazioni di molto inferiori rispetto a quelle necessarie per indurre l’apoptosi.

L’effetto del PM 2.5 sui fibroblasti bronchiali umani deve essere meglio studiato, ma dai pochi studi disponibili si ipotizza anche un loro coinvolgimento nella insufficienza respiratoria cronica ostruttiva.

Grazie a uno studio effettuato a Milano, è stato stimato che per l’assorbimento del PM2.5 proveniente dalla combustione della legna sono sufficienti 22 minuti di esposizione, rispetto ai quindici giorni (sei ore di esposizione giornaliera) necessari per l’assorbimento di quello da PM2.5 veicolare.

In concomitanza con gli effetti avversi osservati in termini di lesioni ultrastrutturali e mortalità cellulare, è stata osservata una significativa produzione intracellulare di specie reattive dell’ossigeno; ciò suggerisce che la citotossicità del PM invernale deriva anche dal suo potenziale ossidativo, probabilmente associato anche ai metalli pesanti e agli idrocarburi policiclici aromatici adsorbiti.

Il PM 2.5 induce un aumento drammatico e tempo-dipendente dell’espressione delle proteine coinvolte nella via di segnalazione sonic hedgehog; l’attività di questa via di segnalazione aumenta in maniera significativa da 30 minuti a 12 ore, per decrescere nelle successive 24/48 ore. Il motivo è ancora poco chiaro, ma è possibile che la pathway di segnalazione Shh ne attivi altre, e se così fosse, si ipotizza che l’esposizione al PM2.5 è in grado di attivare una complessa rete di eventi di segnalazione. La Ssh è importante nella risposta che consegue all’esposizione al PM 2.5, infatti è stato rilevato che l’inibizione della pathway di segnalazione Shh – con la ciclopamina – è in grado di sottoregolare l’espressione di Gli1 e Snail, inibendo così la migrazione delle cellule muscolari lisce indotta dal PM 2.5.

Rappresentazione schematica della via di segnalazione per la migrazione delle cellule muscolari lisce indotta dal PM 2.5. Migrazione regolata dall’attivazione della Shh signaling pathway: Il PM 2.5 aumenta l’espressione della Ssh. Ssh lega il Patched (Ptch) receptor che inibisce SMO (Smoothened)[7]SMO è una proteina G associata a un recettore che trasduce il segnale Shh all’interno della cellula. e attiva Gli1. Gli1 si trasferisce nel nucleo e attiva il fattore di trascrizione Snail che innesca la migrazione delle cellule muscolari nell’epitelio.

Riferimenti

[1] Sono esempi peptidi formilati e le endotossine.

[2] La vitronectina è una glicoproteina presente sulla membrana plasmatica, nella matrice extracellulare e nelle placche aterosclerotiche, è una delle principali proteine di adesione cellulare ed è simile alla fibronectina. Inibisce il complemento ed è la principale proteina legante e stabilizzante l’inibitore dell’attivatore del plasminogeno. Nell’uomo è codificata dal gene VTN, banda citogenetica 17q11.2. È una glicoproteina multifunzionale presente sia in circolo che in differenti tessuti, interviene nella regolazione dell’adesione cellulare, della difesa immunitaria e nell’invasione cellulare. Strutturalmente è caratterizzata da un elevato contenuto in struttura β e presenta molti siti di legami per le integrine, collagene, componenti di complemento, perforina, plasminogeno, recettore per l’urochinasi (uPAR).

[3] L’organotina (organostannici) è un composto organico che possiede almeno un legame covalente tra un atomo di carbonio e un atomo di stagno. Appartiene alla famiglia dei composti organometallici. L’atomo di carbonio legato alla stagno appartiene spesso ad un gruppo del gruppo etilico, propilico o butilico. Le organotine risultano essere poco solubili in acqua, sono lipofile. Sono state identificati più di 260 composti organotinici, di cui 36 sono tossici. Tutti, tranne il metiletene, sono di origine antropica e hanno una lunga emivita, pertanto persistono nell’ambiente.

[4] Molecola costimolatoria accessoria, necessaria per la modulazione del segnale di trasduzione dei TCR e BCR. La CD5+ B esercita un’azione diversa in dipendenza del tipo cellulare: azione eccitatoria sui linfocitiB1 e sui timociti; azione inibitoria sui linfociti T maturi, modulando la risposta di questi ultimi all’interleuchina 1.

[5] Abbiamo discusso altrove della famiglia di proteine di segnalazione extracellulari hedgehog (Hh), che include Shh, Indian hedgehog (Ihh) e Desert hedgehog (Dhh). Shh è il membro più potente e ampiamente espresso di questa famiglia.

[6] Proteina G associata al recettore, che trasduce il segnale Shh all’interno della cellula.

[7] SMO è una proteina G associata a un recettore che trasduce il segnale Shh all’interno della cellula.