Disturbance of redox and lipid homeostasis in Alzheimer’s disease pathogenesis

Introduzione La malattia di Alzheimer (AD) è la più comune forma di demenza e ha un importante impatto sui pazienti, sui famigliari e sulla società. Nonostante AD sia una delle principali cause di morte nel mondo, la sua eziopatogenesi non è ancora stata completamente compresa. Numerosi studi in vitro e sul modello animale hanno suggerito un ruolo dello stress ossidativo (OxS), condizione caratterizzata da un pericoloso squilibrio dell’omeostasi redox nel processo patologico. Inoltre, alcuni studi epidemiologici hanno evidenziato un’associazione tra AD e disregolazione del metabolismo energetico, specialmente a carico dei lipidi, sia a livello cerebrale che a livello sistemico. Sulla base di queste evidenze, è possibile ipotizzare che i fattori che influenzano l’omeostasi redox e/o lipidica possano essere coinvolti anche nello sviluppo dell’AD. Tra questi possibili fattori, quelli maggiormente degni di nota sono l’invecchiamento, in entrambi i sessi, e il declino estrogenico legato alla transizione menopausale, nelle donne, poichè ambedue rappresentano processi fisiologici fortemente associati al rischio di AD. Obiettivi Alla luce delle premesse evidenziate, gli obiettivi del nostro studio sono state: I. Valutare la possibile associazione tra marker dello stress ossidativo sistemico e la demenza; II. Valutare la possibile alterazione del metabolismo lipidico in donne sane e nel modello animale (ratti), durante la transizione menopausale. Metodi Parte I: I pazienti arruolati (n=698) per lo studio sono stati suddivisi in quattro gruppi in base alla diagnosi: controlli sani, Alzheimer (AD), demenza vascolare (VaD) e deterioramento cognitivo lieve (MCI). Il siero dei pazienti è stato utilizzato per misurare diversi marcatori di: 1) danno ossidativo come gli idroperossidi e i prodotti di ossidazione delle proteine (AOPP); 2) antiossidanti ad azione enzimatica come attività paraoxonasica/arilesterasica della PON-1 e attività ferrosidasica I/II; 3) antiossidanti ad azione non enzimatica come il potere antiossidante residuo, l’acido urico e i tioli. Tra i pazienti MCI, un sottogruppo di 141 soggetti, sono stati seguiti per un “follow-up” di circa 2 anni (2.0 ± 0.6 anni) e lo stato clinico è stato comparato con i valori del marcatori ottenuti al tempo zero. Parte II: L’espressione di alcuni geni e proteine coinvolti nel metabolismo lipidico sono sati valutati in tessuto corticale di ratti (femmine) con diverse età e stato endocrino. Il profilo lipidico sierico (HDL, LDL, trigliceridi e colesterolo totale) dei ratti sono stati comparate con i risultati ottenuti in 231 donne divise in diversi gruppi in base all’ età e allo stato menopausale (età fertile, peri- e post- menopausa). Risultati Parte I: L’analisi multivariata (covariate: età, sesso, fumo e comorbidità) dei dati evidenzia un significativo aumento (p<0.05) dei livelli di idroperossidi nei AD, mentre un meno marcato aumento si evidenza nei pazienti affetti da demenza vascolare (VaD) rispetto ai controlli. Inoltre, il potere antiossidante residuo risulta significativamente ridotto in MCI, AD e VaD rispetto ai controlli (per tutti p< 0.01). Dalla regressione logistica, inoltre, emerge che elevati livelli di idroperossidi sono associati con un aumento della probabilità di essere affetti da MCI, (Odd Ratio: 2.59, 95% intervallo di confidenza (IC): 1.08-6.21) o AD (OR: 4.09, 95%IC: 1.36-11.81). Bassi livelli di potere antiossidante residuo si associano ad un incremento della probabilità di sviluppare MCI (OR: 3.97, 95% IC: 1.62-9.72), ma non AD (OR: 2.31, 95% IC: 0.83-6.63). Questo trend di peggioramento del bilancio redox nei pazienti con demenza, è stato confermato anche dai risultati ottenuti con la valutazione dell’attività della PON-1. Infatti la riduzione dell’attività arilesterasica si associa ad una aumentata probabilità di sviluppare MCI (OR: 2.3; 95% IC: 1.3-3.8), AD (O.R.: 2.8; 95% IC: 1.5 – 5.0) o VaD (O.R.: 2.7; 95% IC: 1.3 – 3.8). Dai dati longitudinali, non emergono differenze nei livelli basali di idroperossidi o del potere antiossidante residuo comparando MCI che non convertono e quelli che convertono a AD. Al contrario, bassi livelli di attività paroxonasica sono risultati significativamente associati con un incremento della probabilità di convertire in VaD (MCI/VAD vs. MCI/MCI, OR: 3.74, 95% IC: 1.37–10.25) ma non AD. Allo stesso modo bassi livelli di attività arilesterasica si associano ad un aumentato rischio di convertire a VaD (MCI/VaD vs. MCI/MCI, OR: 3.16, 95% IC: 1.17–8.56), ma non AD. Parte II: Analizzando il modello animale, l’espressione dei geni legati al metabolismo del colesterolo e dei lipidi, indicano la presenza di due distinti programmi: invecchiamento e transizione endocrina. Il classico processo di invecchiamento durante la fase fertile, è accompagnato da un’attivazione dei geni coinvolti nella sintesi, trasporto ed efflusso del colesterolo. Invece, la transizione endocrina evidenzia una down-regolazione degli stessi processi, oltre che ad una riduzione di alcune proteine coinvolte nell’efflusso del colesterolo (ABCA1, fertili vs aciclici ANOVA p<0.01) e della clearance del beta amiloide. (LRP1 e Cyp46; fertili vs aciclici, rispettivamente ANOVA p<0.05 e p<0.01). In modo simile, anche il profilo lipidico sierico, evidenzia un incremento del colesterolo totale, LDL con l’invecchiamento (fertili vs aciclici; ANOVA p< 0.05 per entrambi) I risultati ottenuti nelle donne durante la transizione menopausale, presentano un trend simile al modello animale, senza tuttavia differenze significative tra i diversi gruppi, probabilmente dovuto alla similarità della distribuzione del grasso addominale. Conclusioni I dati ottenuti suggeriscono che OxS è già presente nella forma presintomatica della demenza. L’instaurarsi di questa forma di stress biochimico a sua volta può influenzare l’attività dell’enzima PON-1,legato alle HDL, causando una alterazione nella funzionalità di queste lipoproteine e probabilmente del metabolismo del colesterolo a livello sistemico. Una mancata regolazione del metabolismo lipidico a livello sia sistemico che cerebrale è stata già evidenziata nei pazienti con AD conclamato. I nostri dati ottenuti da ratti suggeriscono che la disregolazione dei pathway in cui è coinvolto il colesterolo, oltre che il peggioramento della clearance del beta amiloide, è un evento precoce associato con la transizione menopausale nel cervello femminile.