Lipoproteine e danno ossidativo Meccanismi molecolari dell’aterosclerosi Ipotesi ossidativa Ruolo del danno ossidativo alle principali macromolecole , Radicali liberi, Antiossidanti endogeni ed esogeni Ipotesi lipidica (Seven Country Study) Ruolo del colesterolo e grassi animali come responsabili delle patologie cardiovascolari. Ipotesi infiammatoria Citochine Interleuchine …………….

Ipotesi lipidica (Seven Countries Study) Ruolo del colesterolo e grassi animali come responsabili delle patologie cardiovascolari.

Ipotesi lipidica (Seven Country Study) Ruolo del colesterolo e grassi saturi come responsabili delle patologie cardiovascolari. Oggi sappiamo che la composizione in acidi grassi è uno dei principali fattori nutrizionali che regolano il metabolismo lipidico nel suo complesso infatti agli acidi grassi è stato attribuito un ruolo modulatore dell’espressione di geni specifici

Colesterolo totale <200 mg/dl Valori borderline >200-239 mg/dl Lipidi plasmatici Colesterolo totale <200 mg/dl Valori borderline >200-239 mg/dl Valori elevati > 240 mg/dl

Colesterolo totale = LDL-C + HDL-C + VLDL-C Trigliceridi /5 Colesterolo totale = LDL-C + HDL-C + VLDL-C LDL-C = frazione di colesterolo associato alle LDL HDL-C = frazione di colesterolo associato alle HDL VLDL-C = frazione di colesterolo associato alle VLDL

Formula di Friedwald LDL-C = Colesterolo totale - HDL-C – Trigliceridi/5

Correlazione tra i valori di LDL-C (mg/dl) misurati in laboratorio e quelli ricavati dalla formula di Friedewald

Limite della formula di Friedewal Limite della formula di Friedewal. I soggetti devono essere normotrigliceridemici

Colesterolo totale <200 mg/dl Lipidi plasmatici Colesterolo totale <200 mg/dl Colesterolo-LDL (LDL-C) <100 mg/dl Colesterolo -HDL /HDL-C) >40 mg/dl valori bassi Rapporto Colesterolo totale/HDL-C < 5

Livelli di lipidi e Lipoproteine e rischio cardiovascolare

Scarsa attività fisica Classificazione delle dislipidemie Un famoso studio, lo studio di Framingham, iniziato nel 1949 nel paese omonimo situato negli Stati Uniti, nel 1971, mise in luce i fattori di rischio, distinti fra sicuri e probabili, dell'insorgenza della malattia cardiovascolare. Fattori di rischio Età (uomini > 45anni, donne > 55anni) Ipercolesterolemia Ipertensione arteriosa, Fumo di sigarette Diabete Obesità Ipertrigliceridemia Scarsa attività fisica

Classificazione delle dislipidemie secondo Frederickson · ·

Classificazione delle dislipidemie secondo Frederickson · Iperlipoproteinemia di tipo I: aumento dei chilomicroni, cioè aumento dei trigliceridi provenienti dalla dieta · Iperlipoproteinemia di tipo II a: aumento delle LDL, quindi del colesterolo · Iperlipoproteinemia di tipo II b: aumento delle LDL e delle VLDL, quindi sia del colesterolo che dei trigliceridi

Classificazione delle dislipidemie secondo Frederickson Iperlipidemia di tipo III: aumento del colesterolo e dei trigliceridi totali per aumento di prodotti intermedi derivanti dalla scissione delle VLDL prima di formare le frazioni LDL Iperlipoproteinemia di tipo IV: aumento delle VLDL e quindi dei trigliceridi · Iperlipoprotidemia di tipo V: aumento dei chilomicroni e delle VLDL, quindi dei trigliceridi provenienti dalla dieta e da quelli sintetizzati a partire dai carboidrati a livello del fegato

Plasma di soggetto affetto da dislipidemia eritrociti

Xantoma

Valori desiderabili 100-129mg/dl Valori borderline130-159 mg/dl LDL – colesterolo Ottimale <100 mg/dl Valori desiderabili 100-129mg/dl Valori borderline130-159 mg/dl Valori alti 160-189 mg/dl Valori molto alti 190 mg/dl

Livelli plasmatici di Trigliceridi Ottimale <150 mg/dl Valori borderline 150-199 mg/dl Valori alti 200-499 mg/dl Valori molto alti >500 mg/dl

Durante la vita in circolo la composizione lipidica e apoproteica delle lipoproteine è modificata da diversi fattori (enzimi come LCAT, LPL) Avvengono anche reazioni con diversi metaboliti e molecole presenti -Es. glicazione (provocata da alte concentrazioni di glucosio nel sangue) - Ossidazione (provocata dai radicali liberi (ROS e RNS) ROS reactive oxygen species, RS reactive nitroge species.

Chilomicroni < VLDL <LDL < HDL Vita in circolo delle lipoproteine Chilomicroni < VLDL <LDL < HDL minuti 4-7 giorni

Tutte le principali biomolecole (carboidrati, lipidi, proteine, acidi nucleici) sono sensibili al danno ossidativo causato dai radicali liberi

Danno ossidativo e patologie umane Perossidazione lipidica Alterazioni strutturali Dannomutazione Danni membrane cellulari e delle lipoproteine Diabete, obesità,infiammazione, patologie cardiovascolari e neurodegenerative Cancro Invecchiamento

Sistemi di difesa antiossidante Sistemi di riparazione del danno Sistemi di difesa antiossidante Enzimi Molecole idrosolubili e liposolubili

Patologie umane associate a danno ossidativo delle lipoproteine plasmatiche Aterosclerosi Diabete Obesità Sindrome metabolica Insufficienza renale Morbo di Alzheimer Sclerosi multipla Stroke

Danno ossidativo e lipoproteine

Lipoproteine e danno ossidativo Tutte le lipoproteine sono sensibili al danno ossidativo. Le HDL sono meno sensibili rispetto alle LDL. A livello molecolare il danno ossidativo delle lipoproteine coinvolge la perossidazione lipidica degli acidi grassi e del colesterolo e alterazioni delle apoproteine

Radicali liberi

Perossidazione lipidica: substrati Acidi grassi Trigliceridi Fosfolipidi, Sfingolipidi (la velocità di ossidazione è inferiore rispetto Fosfolipidi contenti PUFA) It has been shown that the rate of oxidation of cholesteryl esters in LDL using copper or ferrylmyoglobin is a function of unsaturation, meaning that first cholesteryl arachidonate (Ch20:4) would be depleted, followed by cholesteryl linoleate (Ch18:2), cholesteryl oleate (Ch18:1), and finally free cholesterol (Brown et al., 1996). Esteri del colesterolo Colesterolo

Perossidazione lipidica di acidi grassi poliinsaturi Inizio perossidazione per rimozione di H Riarrangiamento molecolare Ossidazione del colesterolo Ossidazione proteine di membrana

Quali evidenze sperimentali possediamo per evidenziare un danno ossidativo delle lipoproteine plasmatiche? Valutazione dei livelli di prodotti di perossidazione lipidica (plasma, siero, urine) Valutazione dei livelli di LDL-OX

Biochemical markers of lipid peroxidation of polyunsaturated fatty acids Conjugated diene Peroxide radical Hydroperoxides degradation 4-hydroxynonenal (4-HNE) malondyaldeide (MDA)

Perossidazione lipidica: substrati Acidi grassi Acido grasso Velocità relative di ossidazione Saturi Monoinsaturi Diisaturi Triinsaturi 1 10 100 200

Radicali liberi Attivazione di vie che tengono sotto controllo il colesterolo intracellulare

Oxidized LDL and atherosclerosis Circulating macrophage Native LDL ARTERY LUMEN ENDOTHELIAL CELLS Cell-mediated oxidation Endothelial injury Resident macrophage Foam cell ARTERY WALL Oxidized LDL SMOOTH MUSCLE

Oxidized LDL, platelet activation and atherosclerosis Aviram M.European Journal of Clinical Chemistry and Clinical Biochemistry, 34:599-608,1996

LUME INTIMA MONOCITI MOLECOLE DI ADESIONE CITOCHINE MACROFAGI LDL OX- LDL OSSIDAZIONE PLACCA ATEROSCLEROTICA DISFUNZIONI ALLE CELLULE ENDOTELIALI PIASTRINE AGGREGAZIONE PIASTRINICA LUME INTIMA FATTORI DI CRESCITA PROLIFERAZIONE DELLE CELLULE MUSCOLARI CELLULE MUSCOLARI CELLULE SCHIUMOSE MONOCITI UPTAKE DA PARTE DI RECETTORI “ SCAVANGER” MACROFAGI MOLECOLE DI ADESIONE CITOCHINE 41

LDL-Colesterolo

Modelli sperimentali: Lipoproteine Ossidate Lipoproteine Glicate Lipoproteine e Meccanismi molecolari delle patologie umane:approcci sperimentali Modelli sperimentali: Lipoproteine Ossidate Lipoproteine Glicate Lipoproteine omocisteinilate Caratterizzazione composizionale Proprietà fisico-chimiche Ruolo antiossidante delle HDL Studio delle interazioni lipoproteine-cellule

Antiossidanti:dove agiscono? -tocoferolo -carotene CoQ LDL Ambiente extracellulare -tocoferolo -carotene CoQ Paraoxonasi, PAF-idrolasi HDL -carotene Antiossidanti idrosolubili (acido urico,albumina,bilirubina, ceruloplasmina, ferririna,transferrina glutatione, acido ascorbico, polifenoli) -tocoferolo GSH Vitamina C Enzimi antiossidanti intracellulari (superossido dismutasi, catalasi, glutatione perossidasi) CoQ Quercetina (Flavonoli) Resveratrolo (Stilbeni) Ambiente intracellulare

Difese antiossidanti ENDOGENE Enzimi intracellulari ESOGENE Antiossidanti vitaminici Superossido-dismutasi Catalasi Glutatione perossidasi (glutatione reduttasi) Alfa-tocoferolo (Vitamina E) Acido ascorbico (Vitamina C) Carotenoidi (beta-catotene) Antiossidanti molecolari Antiossidanti non vitaminici Ubichinone Proteine che legano metalli di transizione (metallotioneine) Selenio Fenoli e polifenoli (the verde e nero, vino, olio di oliva) Terpenoidi (erbe aromatiche e spezie)

Azione antiossidante degli enzimi superossido dismutasi (SOD), catalasi (CAT) e glutatione perossidasi (GPx) O2.-

La vitamina E si trova nella frazione lipidica delle membrane cellulari e agisce da antiossidante

Attività Antiossidante per SEQUESTRO DI IONI METALLICI LOOH + Fe2+ Fe3+-complesso + OH- + LO. LOOH + Fe3+ Fe2+-complesso + LOO. + H+

Azione sinergica degli antiossidanti Azione sinergica degli antiossidanti. L’alfa tocoferolo dona un idrogeno al radicale perossile, con terminazione della cascata perossidativa e formazione di un idroperossido e radicale tocoferoxilico. Alfa tocoferolo può essere rigenerato da altri antiossidanti come acido ascorbico, glutatione o ubiquinolo. Radicale perossile LOO. -tocoferolo Acido ascorbico o Glutatione o Ubiquinolo Idroperossido LOOH Radicale -tocoferoxilico

Sinergismo tra antiossidanti

CONCLUSIONI Lo stress ossidativo: prevenzione e/o trattamento Diverse ragioni possono sostenere queste osservazioni: Lo stress ossidativo è un evento che a volte viene trascurato nel decorso di patologie di una specifica o particolare malattia. La terapia con un antiossidante può risultare inefficace sia a raggiungere i siti dove è richiesto sia a rimuovere in modo soddisfacente i ROS. Dipende dalla concentrazione e durata di assunzione dell’antiossidante. L’impiego di un antiossidante adeguato deve tener conto dei diversi meccanismi con cui si manifesta lo stress ossidativo e i “targets” di attacco ossidativo (proteine, lipidi, DNA). Se il danno ossidativo è a carico del DNA, l’utilizzo di antiossidanti che inibiscono la perossidazione lipidica è inefficace come protezione antiossidante. La migliore protezione potrebbe essere ottenuta da una combinazione di diversi antiossidanti.

Lipoproteins and antioxidants Aviram M.European Journal of Clinical Chemistry and Clinical Biochemistry, 34:599-608,1996

Le migliori fonti alimentari sono: oli vegetali, semi, nocciole, noci, cereali integrali, asparagi, avocado, frutti di bosco, vegetali a foglia verde, pomodori la cottura e i trattamenti tecnologici a cui vengono sottoposti gli alimenti ne riducono notevolmente il contenuto. È presente anche in alcune fonti alimentari di origine animale, come fegato, uova e latticini.

Contenuto di Vitamina E in alcuni alimenti (mg/100g) Olio di germe di grano 136 caviale 7.0 Olio di girasole 49 anguille 5.6 Nocciole 25 pomodoro 5.4 Olio di oliva ev 21 Tuorlo d’uovo 3.1 Olio di mais 17 burro 2.0 Arachidi 10 grana 0.9

Una carenza naturale e’ molto improbabile: un’eccezione e’ data da quegli individui che per un periodo molto lungo non sono in grado di assorbire i grassi

Per la facile ossidabilita’, agisce quale potente “antiossidante”, cioe’ impedisce l’ossidazione spontanea di sostanze fortemente insature, quali gli acidi grassi poliinsaturi (PUFA), la vit. A, i fenoli.

Lecithin:cholesterol acyltransferase (LCAT) and cholesteryl ester transfer protein (CETP) are responsible for the esterification of cell-derived cholesterol and for the transfer of newly synthesized cholesteryl esters (CE) from HDL to apoB-containing lipoproteins in human plasma. 

Ruolo delle lipoproteine nel trasporto dei lipidi nel plasma Fegato HDL Col Col Tessuti periferici HDL Chilomicroni remnants TG VLDL TG Lipoprotein lipase Lipoprotein lipase Col IDL Chilomicroni LDL Col: colesterolo TG: trigliceridi

ACAT :Acetil CoA :colesterol acil transfersi HMG-CoA reduttasi: idrossi metil glutaril CoA (sintesi de novo del colesterolo)

Livelli plasmatici di Trigliceridi Ottimale <150 mg/dl Valori borderline 150-199 mg/dl Valori alti 200-499 mg/dl Valori molto alti >500 mg/dl

Le quattro linee di difese antiossidanti

FRUTTA E VERDURA