A cura del Prof. Domenico Amuso, Chirurgo generale, Prof. Eugenio Luigi Iorio, biochimico, Dott. Vladislav Vasyanovich, dermatologo Dott.ssa Tetiana Kolomoiets, dermatologa
Per la prevenzione e il trattamento dei disestetismi che derivano dai processi di aging cutaneo, la medicina estetica mini-invasiva da tempo propone l’approccio della “biostimolazione cutanea”, basato su una tecnica iniettiva la cui finalità è ottenere il ripristino della normale struttura e funzionalità della pelle attraverso un’azione mirata sui fibroblasti che la compongono e, quindi, sulla matrice extracellulare circostante. In realtà, il complesso fibroblasti-miofibroblasti-fibrociti è solo una pedina di uno scacchiere più ampio, che comprende altre componenti, cellulari (endotelio dei vasi sanguigni e linfatici, monocito-macrofagici, linfociti, gangli nervosi, etc.) e non cellulari (matrice extracellulare propriamente detta), i cui processi anabolici devono essere continuamente bilanciati dai processi catabolici e di rimaneggiamento cellulare, sotto il controllo di molecole segnale (dai radicali liberi alle citochine fino ai fattori di crescita). In altri termini, la semplice stimolazione del fibroblasto può essere insufficiente a prevenire o curare i problemi estetici localizzati in aree critiche, quali il viso o il decolleté, se l’intervento non è inserito in un protocollo integrato. Un approccio più efficace sembra essere quello denominato “biomodulazione fisiologica cutanea”, basato sull’utilizzo sempre per via transcutanea, di un gruppo di device iniettabili che contengono acido ialuronico e alcune altre sostanze, organiche e inorganiche, scelte per le loro proprietà. Ma andiamo con ordine. Il primo ingrediente è l’acido ialuronico o ialuronano: un glicosamminoglicano lineare derivante dalla condensazione di unità eterodisaccaridiche (o monomeri, del peso molecolare di 374 Da), ciascuna costituita da un residuo di acido D-glicuronico e uno di N-acetil-D-glucosammina, legati tra di loro, alternativamente, da legami glicosidici. Una catena di acido glicuronico può essere costituita da un numero di monomeri variabile da poche fino a migliaia di unità. Legami idrogeno intramolecolari tra i residui alcolici ne stabilizzano la struttura, dando luogo a particolari arrangiamenti tridimensionali o conformazioni spaziali, omologabili alla struttura secondaria o terziaria di alcune proteine. A pH fisiologico, i gruppi carbossilici dei residui di acidi glicuronico sono ionizzati e ciò conferisce alle molecole un’elevata polarità, alla quale si ascrive la notevole solubilità in acqua dei polimeri. Grazie questa sua proprietà l’acido ialuronico è in grado di complessarsi a moltissime molecole d’acqua conferendo ai tessuti che lo contengono un’elevata capacità d’idratazione. L’estrema lunghezza della molecola dell’ac. ialuronico, insieme all’elevato grado d’idratazione, consente a più polimeri di organizzarsi a formare una struttura tridimensionale di tipo reticolare atta a svolgere funzioni sia strutturali sia dinamiche, contribuendo a mantenere non solo la forma e il tono dei tessuti, ma come filtro protettivo nei confronti di macromolecole potenzialmente tossiche e parassiti (virus/batteri), e direttamente come mediatore nei processi reattivi e di signalling, adesione, migrazione e proliferazione cellulare. Nell’Uomo, l’acido ialuronico viene sintetizzato da 3 differenti classi di sintetasi specifiche (HAS1, HAS2 e HAS3) espresse in diverse cellule, soprattutto in quelle di origine mesenchimale, quali i fibroblasti, ma anche nei cheratinoci, che lo producono sul versante citoplasmatico delle loro membrane cellulari per espellerlo, poi, nello spazio extracellulare. La sua degradazione avviene a opera di specifici enzimi, chiamati ialuronidasi, tra le quali sono state ben caratterizzate la HYAL1 e la HYAL2, a espressione ubiquitaria, e la PH- 20/SPAM1, tutte ad azione idrolitica sul legame tra il residuo di acido D-glicuronico e quello di N-acetil-D-glucosammina. La degradazione avviene in 2 tempi: la HYAL1, presente sulla membrana cellulare, attacca per prima le molecole di acido ialuronico i cui frammenti sono, poi, internalizzati in endosomi e trasportati ai lisosomi, per essere definitivamente degradati dalla HYAL2. La degradazione dell’acido ialuronico, tramite meccanismi endogeni o esegeni, ha profonde implicazioni funzionali perché essa può dar luogo a frammenti di diverse dimensioni ai quali sono associati differenti effetti (es. dal pro-infiammatorio all’anti- infiammatorio), a seconda del recettore al quale si legano. In particolare il CD44 standard è una molecola acida la cui carica è ampiamente determinata dall’acido sialico (acido N-acetil-neuraminico o 5-acetammido-3,5-dideossi-D-glicero-D- galattonulosonico), appartenente alla famiglia delle glicoproteine transmembrana, nella cui sequenza si susseguono 3 domini, uno extracellulare (per il ligando), di lunghezza varia, uno transmembrana (intermedio), di 23 amminoacidi, e, infine, uno intracitoplasmatico, di 70 amminoacidi (per l’attivazione dei segnali intracellulari). Il recettore CD44 si comporta, come un recettore di superficie multi-strutturale ed è ampiamente espresso sulla superficie delle cellule epiteliali, i cheratinociti, i fibroblasti, le cellule endoteliali e i leucociti, in particolare i linfociti, nei quali è stato inizialmente identificato. La sua stimolazione comporta effetti riconducibili in vario modo alle diverse 10 isoforme in cui viene espresso, a modifiche post-trascrizionali (O- ed N- glicosilazione) e, in particolar modo, alla natura dei ligandi. Tra questi ultimi, l’acido ialuronico, appunto, è quello che mostra un’affinità molto elevata, con risposte biologiche variabili in funzione della lunghezza del polimero. La stimolazione del recettore CD44 innesca un segnale a cascata associato a 2 protein chinasi: la c-Src e la p185HER2; la prima è responsabile della fosforilazione di proteine del citoscheletro e, quindi, favorisce la motilità cellulare; la seconda è legata alla proliferazione cellulare. Gli effetti che scaturiscono dall’interazione fra l’acido ialuronico e il recettore CD44, vanno dalla migrazione fino alla proliferazione cellulare, dall’attivazione dei linfociti fino alla modulazione dell’infiammazione, dell’emopoiesi e della funzione endoteliale a livello del microcircolo, con ripercussioni a cascata su tutte le componenti cellulari ed extracellulari della pelle, che ne risultano in varia misura riprogrammate, attraverso la mediazione di citochine, fattori di crescita, specie reattive dell’ossigeno e dell’azoto, altri ligandi (es. collagene, fibronectina, osteopontina), metalloproteinasi di matrice, etc. A livello molecolare, più lungo è il polimero e più siti recettoriali sono esposti, minore è la probabilità che il ligando si distacchi dalla superficie cellulare e aumenta, ma in modo non lineare, anche l’affinità dei recettori nei suoi confronti. Polimeri più corti esibiscono effetti variabili, legati alla modulazione del processo infiammatorio e della risposta immunitaria, grazie anche all’attivazione contemporanea o sequenziale di altri recettori, quali i Receptor for Hyaluronan-Mediated Motility (RHAMM), che favorisce la mobilità dei fibroblasti e l’attivazione dei macrofagi; i Toll-like receptors (TLRs) (specialmente 2 e 4), comporta variazioni nella risposta immunitaria contro virus e batteri; i Hyaluronan Receptors for Endocytosis (HARE) presenti sulla superficie interna delle cellule endoteliali dei vasi sanguigni e linfatici, responsabili della rimozione dei frammenti di acido ialuronico dalla circolazione sistemica e dell’attivazione di segnali pro-infiammatori mediati da NFkB; i Lymphatic Vessel Endothelial Receptors 1 (LYVE-1) che promuovono il riassorbimento dei frammenti di acido ialuronico dai tessuti alla linfa, così modulando il livello d’idratazione tissutale.
Questi effetti, determinanti ai fini della guarigione delle ferite, possono essere amplificati o sovrapporsi qualora si realizzino condizioni in grado di clusterizzare i suddetti recettori. Sulla base di queste osservazioni è stato ipotizzato che i frammenti di acido ialuronico a basso peso molecolare, attraverso la stimolazione della cascata infiammatoria e del sistema immunitario, la riduzione dell’espressione delle metalloproteinasi di matrice MMP-1 e MPP-3, la stimolazione dell’angiogenesi, e il controllo dello stress ossidativo, favorirebbero, in fase acuta, i processi di rigenerazione tissutale, conferendo all’acido ialuronico il ruolo di modulatore fisiologico. In campo medico estetico, è degno di rilievo il fatto che frammenti di acidi ialuronico di dimensioni comprese fra 20 e 30 monomeri legandosi ai recettori CD44, attivano i fibroblasti e, in subordine alla biodisponibilità dei precursori, degli enzimi e dei cofattori coinvolti, favoriscono la biosintesi di collagene reticolare di tipo III. Parliamo ora del ruolo degli amminoacidi, nove dei quali sono riconosciuti come essenziali per la struttura e le funzioni della pelle: L- lisina, L-prolina, L-alanina, glicina, L-leucina, L-isoleucina, L-valina, L-serina ed L-cisteina. La L-lisina e la L-prolina, rappresentano costituenti naturali della struttura del collagene; grazie all’azione della vitamina C esse vengono idrossilate e ciò consente di stabilizzare la struttura del tropocollageno. L’alanina, invece, è ampiamente presente nella sequenza delle catene di tropoelastina, il componente base dell’elastina. La glicina è un componente del collageno e fornisce uno dei due atomi di azoto dell’anello pirrolidinico delle purine, contribuendo in maniera decisiva alla sintesi dei nucleotidi e degli acidi nucleici. In questo modo essa sostiene sia la proliferazione dei fibroblasti sia la produzione di collagene. Dal punto di vista funzionale, insieme all’acido glutammico e alla cisteina, la glicina entra nella composizione del glutatione (GSH), il più potente e prezioso antiossidante intracellulare e, con l’arginina e la S-adenosilmetionina genera la creatina che, opportunamente fosforilata, costituisce una preziosa fonte di energia pronta all’uso, in condizioni di anaerobiosi. Attraverso queste vie metaboliche addizionali, la glicina consente ai fibroblasti di ottimizzare il metabolismo energetico (specialmente in condizioni di ipossia) e di modulare l’effetto delle specie reattive, essenziali per i processi di signalling, difesa e detossificazione a livello cutaneo. Infine, la glicina funge anche da neurotrasmettitore, associato allo scambio dei cloruri, e ciò può essere importante nei processi di rigenerazione della componente nervosa della pelle. I tre amminoacidi ramificati, L-leucina, L-isoleucina e L-valina, tutti essenziali, e, quindi da introdurre dall’esterno in quanto non sintetizzati dalle cellule dell’organismo umano, possono contribuire ai processi biosintetici cellulari, come risulta da recenti studi di metabolomica. La L-serina svolge ruoli strutturali e funzionali di assoluto rilievo nella fisiologia dei tessuti connettivi e della pelle. Essa, anzitutto, caratterizza un’intera classe di fosfolipidi, le fosfatidilserine, da cui si ottengono per decarbossilazione le fosfadiletanolammine, costituenti fondamentali delle membrane cellulari; inoltre, inserita nella sequenza di specifiche proteine, rende disponibile il suo residuo –CH2OH per reazioni di fosforilazione/defosforilazione catalizzate da chinasi/fosfatasi, essenziali nei processi di trasduzione di segnale innescati dall’acido ialuronico ed altri mediatori; in questo modo la L-serina partecipa attivamente ai processi di signalling fondamentali per l’omeostasi cutanea. Una volta deidratata, può essere ossidata attraverso il ciclo di Krebs con produzione di energia. È da rilevare, che la serina caratterizza anche una classe specifica di proteasi (serin- proteasi), tra cui la collagenasi e l’elastasi che contribuiscono in vario modo al turnover proteico del tessuto connettivo. La L-cisteina, a sua volta, svolge alcune funzioni analoghe a quelle della L-serina, dalla quale differisce semplicemente per la sostituzione del gruppo funzionale –CH2OH con quello –CH2SH. In particolare, essa entra nella struttura primaria della cheratina, abbondante nell’epidermide e negli annessi cutanei. Inoltre, inserita nella sequenza di specifiche proteine, rende disponibile il suo residuo –CH2SH per reazioni di ossido-riduzione, transitorie e reversibili, mediate dalle specie reattive dell’ossigeno (es. perossido d‘idrogeno), ed essenziali nei processi di trasduzione di segnale a livello della cute, uno degli organi maggiormente coinvolti nel fenomeno dello stress ossidativo. Infine, essa è l’amminoacido limitante per la biosintesi del glutatione (GSH), considerato uno dei più potenti modulatori fisiologici del metabolismo redox. Infatti, il GSH è: a) un antiossidante diretto preziosissimo nel riciclo dei tocoferoli (vitamina E); b) un chelante di metalli (quindi, bloccando ferro e rame, previene la formazione di radicali liberi mediata dalla reazione di Fenton, mentre bloccando piombo e mercurio previene e cura i fenomeni di tossicità da essi indotti); c) un cofattore d’importanti enzimi (tra cui la glutatione perossidasi, che trasforma i lipoperossidi, potenzialmente lesivi, in innocui alcoli organici); d) un possibile trasportatore del potente mediatore ossido d’azoto (NO), noto per le funzioni protettive nei riguardi dell’endotelio e d) un modulatore delle funzioni di diverse proteine (attraverso processi di glutationilazione). In definitiva, la L-cisteina si configura come l’amminoacido master nella regolazione del metabolismo redox a livello cutaneo. In sintesi, tutti gli amminoacidi di cui abbiamo parlato, data la loro natura anfotera, possono contribuire a mantenere il pH della matrice extracellulare nella norma (come in seguito specificato); inoltre, non è escluso che possano essere utilizzati per la sintesi di peptidi bioattivi.
Passiamo ora a riassumere il ruolo degli antiossidanti. La pelle, come accennato in precedenza, è uno degli organi maggiormente esposti ad alterazioni del bilancio redox, che si rendono evidenti attraverso il fenomeno dello stress ossidativo, un fattore emergente di rischio per la salute legato all’invecchiamento precoce e ad almeno un centinaio di patologie, inclusi i disestetismi cutanei. Accanto al glutatione del quale si è discusso nel procedente paragrafo assume rilevante importanza la vitamina C che, oltre a riciclare la vitamina E, agisce da cofattore in una serie di reazioni di rilevanza cruciale nel metabolismo cutaneo. Infatti, attraverso un comune meccanismo d’idrossilazione, essa consente la sintesi: a) di idrossilisina e idrossiprolina (essenziali per la strutturazione del collagene, come in precedenza riportato); b) delle catecolammine (importanti nella regolazione del tono vascolare cutaneo); c) della carnitina (necessaria per il trasporto degli acidi grassi all’interno dei mitocondri e, probabilmente, per la modulazione dell’attività infiammatoria dei monocito-macrofagi); d) del fattore inducibile dall’ipossia HIF1(importante per il mantenimento dei livelli di energia in caso di ipossia); inoltre, essa mantiene la biopterina nella sua forma ridotta, essenziale per la dimerizzazione dell’enzima ossido nitrico sintetasi, che sintetizza l’ossido d’azoto a partire dall’arginina . Esiste poi un importante ruolo anche per i sistemi tampone che servono a mantenere costantemente a un pH fisiologico la matrice extracellulare della pelle. A questa finalità sono preposti sistemi tampone, sia organici (vedi amminoacidi) sia inorganici, quali il diidrogeno-fosfato/monoidrogeno-fosfato e il carbonato/bicarbonato. Quest’ultimo, accanto al ruolo (relativo) di sistema tampone, eserciterebbe un effetto metabolico diretto sulle cellule dermiche. Infatti, è stato dimostrato in vari sistemi cellulari che questo anione funge da mediatore chimico di segnale, legandosi a una specifica adenil- ciclasi solubile intracitoplasmatica in grado di favorire l’accoppiamento fra il ciclo di Krebs e la fosforilazione ossidativa, eventi bioenergetici fondamentali per l’attivazione dei cheratinociti e dei fibroblasti
