Una recente ricerca, pubblicata sulla rivista Sciences Advances e condotta dai ricercatori CONICET e da colleghi spagnoli, mostra che la proteina nota come galectina-1 (Gal-1) impedisce lo sviluppo del rimodellamento vascolare patologico che è alla base dell’aterosclerosi e dell’AAA. Ciò è stato dimostrato, da un lato, confrontando i livelli di espressione di Gal-1 in campioni di pazienti con aterosclerosi e aneurisma dell’aorta addominale (AAA) con tessuti di controllo e, dall’altro, eseguendo diversi test. in vivo.
Il lavoro di collaborazione ha permesso di articolare le competenze in cardiologia e malattie cardiovascolari (CVD) del gruppo guidato da José Luis Martín-Ventura presso il Centro di Ricerca Biomedica della Rete per le Malattie Cardiovacolari (CIBERCV) e l’Università Autonoma di Madrid (UAM), con la vasta esperienza che il team guidato da Gabriel Rabinovich , ricercatore CONICET presso l’Istituto di Biologia e Medicina Sperimentale (IBYME, CONICET – F-IBYME), ha nello studio del ruolo di Gal-1 in diversi scenari patologici, come cancro, malattie autoimmuni e infezioni.
Le malattie cardiovascolari rappresentano la principale causa di morte nel mondo. Secondo i dati dell’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), circa 18 milioni di persone muoiono ogni anno a causa di questo tipo di patologia. L’aterosclerosi e l’AAA sono malattie cardiovascolari la cui causa sottostante è il rimodellamento vascolare patologico.
L’aterosclerosi è caratterizzata dalla formazione delle cosiddette placche ateromatose, che una volta destabilizzate rilasciano il loro contenuto e favoriscono la formazione di trombi che bloccano il flusso sanguigno. L’AAA si distingue per la dilatazione dell’aorta addominale, che può progredire fino alla rottura dell’arteria, causando, nella maggior parte dei casi, la morte. Trattandosi di una malattia asintomatica, è molto difficile diagnosticarla prima che abbia un esito fatale.
Fino ad oggi, la maggior parte dei farmaci utilizzati per trattare questo tipo di malattie mirano ad abbassare i livelli di colesterolo e altri lipidi, o a ridurre la glicemia. Ma una volta che queste patologie sono in fase avanzata, sono molto difficili da trattare . Ecco perché è molto importante che la ricerca venga condotta con l’obiettivo finale di progettare farmaci in grado di contrastare sia l’aterosclerosi che l’AAA.
Gal-1 e rimodellamento vascolare patologico
"Sapevamo da ricerche precedenti che Gal-1 svolge un ruolo molto importante nella regolazione del sistema immunitario -funzionando come immunomodulatore- e che, inoltre, modula alcuni programmi vascolari. In questo modo, nel cancro , Gal-1 aiuta i tumori a sfuggire alla risposta immunitaria, così come a creare nuovi vasi sanguigni – l’angiogenesi – che favoriscono la migrazione delle cellule tumorali e la formazione di metastasi”, ha indicato il Dr. Gabriel Rabinovich, dell’IBYME-CONICET.
“D’altra parte, in situazioni di autoimmunità – in cui il sistema immunitario è esacerbato e attacca i tessuti funzionali, riconoscendo i propri antigeni come estranei –, Gal-1 permette di ripristinare il funzionamento dei circuiti tollerogenici e inibire l’infiammazione. Il ruolo di Gal-1 nella modulazione dei programmi sia immunologici che vascolari ci ha portato a pensare che questa proteina potrebbe svolgere un ruolo nell’aterosclerosi, dove queste due componenti sono altamente marcate. Ma avevamo pochissima esperienza in cardiologia, quindi quando Martín-Ventura ci ha proposto di lavorare insieme, ci è sembrata un’ottima idea”, ha aggiunto.
Espressione di Gal-1 nell’aorta umana sana, nell’aterosclerosi e nell’AAA
Il primo passo della ricerca è stato quello di confrontare i livelli di Gal-1 nelle placche di ateroma umano con quanto accaduto in campioni di pareti aortiche sane.
“Questo primo studio ci ha permesso di vedere che nelle placche dei pazienti affetti da aterosclerosi l’espressione di Gal-1 era molto ridotta rispetto a quanto avveniva nei campioni di controllo. "Anche se non sapevamo ancora attraverso quali meccanismi, questo ci ha dato l’indicazione che lo sviluppo dell’aterosclerosi potrebbe essere collegato alla diminuzione di Gal-1 ", dice Rabinovich.
Successivamente, il gruppo di ricerca ha voluto studiare cosa accadeva all’espressione di Gal-1 nell’AAA umano e hanno visto che, come accadeva nell’aterosclerosi, i livelli diminuivano drasticamente ; il che ha indicato che la perdita di questa galectina favorisce lo sviluppo di meccanismi legati al rimodellamento vascolare patologico che è alla base di entrambe le patologie cardiovascolari.
“Nel caso dell’AAA, che è una malattia che progredisce silenziosamente e senza preavviso, la deregolamentazione nell’espressione di Gal-1 potrebbe persino servire da biomarcatore della progressione fantasma. Cioè, Gal 1 potrebbe essere una finestra per individuare la patologia in tempo», indica Sebastián Maller , uno degli autori del lavoro, che ha conseguito il dottorato all’IBYME tra il 2014 e il 2019.
La formazione di placche di ateroma nei topi carenti di Gal-1 e la loro inversione attraverso la somministrazione di Gal-1 ricombinante
Dopo aver osservato che nell’aorta umana di pazienti affetti da aterosclerosi, l’espressione di Gal-1 era notevolmente ridotta, il gruppo di ricerca ha voluto vedere cosa succede se topi geneticamente modificati per non esprimere Gal-1 vengono indotti ad aterosclerosi, in relazione a cosa succede se i topi con genotipo selvatico sono sottoposti allo stesso processo.
“Quando è stata indotta l’aterosclerosi, i topi carenti di Gal-1 hanno mostrato placche ateromatose sempre più grandi rispetto ai topi wild-type. La differenza è stata ancora più evidente di quanto ci aspettassimo. Ciò ha confermato ciò che avevamo visto negli esseri umani”, afferma Juan Manuel Pérez-Sáez , ricercatore CONICET dell’IBYME e uno dei protagonisti del lavoro.
Uno degli aspetti più interessanti della ricerca è stato quando ai topi carenti di Gal-1, indotti a formare placche aterosclerotiche, è stato somministrato Gal-1 ricombinante per analizzare se la condizione patologica poteva essere invertita. I risultati sono stati “ sorprendentemente positivi ”, secondo una dichiarazione di CONICET.
Il trattamento ha comportato una riduzione del 34% dell’area della lesione nell’aorta rispetto alla somministrazione del veicolo di controllo. Anche la dimensione delle piastre è stata notevolmente ridotta. Effetti simili sono stati riscontrati quando topi AAA carenti di Gal-1 sono stati trattati con Gal-1 ricombinante.
"Il trattamento con Gal-1 ha ridotto le dimensioni del nucleo necrotico, un indicatore di instabilità delle placche aterosclerotiche avanzate, che potrebbe prevenire la rottura della placca e le complicazioni associate come infarto o ictus", ha affermato il dott. José Luis. Martín-Ventura, del CIBERCV e dell’Università Autonoma di Madrid.
“Questi risultati sono molto incoraggianti se consideriamo che esiste un divario nella disponibilità di trattamenti per queste patologie cardiovascolari. Anche se c’è ancora molta strada da fare prima che questo possa essere applicato ai pazienti, il nostro obiettivo è che questa ricerca possa avere continuità terapeutica ”, ha aggiunto Rabinovich.
I meccanismi d’azione di Gal-1 nella prevenzione dell’aterosclerosi
Una volta che è stato possibile determinare, sulla base di quanto osservato nell’uomo e nei modelli animali, l’esistenza di un legame tra la diminuzione dei livelli di Gal-1 e lo sviluppo dell’aterosclerosi, il gruppo di ricerca ha voluto chiarire come –attraverso quali meccanismi– questo la proteina è coinvolta nella prevenzione del rimodellamento vascolare patologico.
Si possono riconoscere tre meccanismi fondamentali nello sviluppo dell’aterosclerosi. Uno dei primi meccanismi è legato alla cosiddetta formazione di cellule schiumose. Questo processo avviene da una lesione delle pareti dell’endotelio, che permette ad una serie di lipidi, principalmente colesterolo, di iniziare a permeare nell’arteria; Alla quale rispondono le cellule del sistema immunitario – i macrofagi – che iniziano a fagocitare i lipidi rilasciati e assumono una forma schiumosa. Queste cellule schiumose si depositano sulle pareti delle arterie, producendo un processo infiammatorio.
Un secondo meccanismo è legato al cambiamento fenotipico delle cosiddette cellule muscolari lisce, che sono cellule vascolari che rivestono le arterie. Nello sviluppo dell’aterosclerosi, queste cellule cambiano il loro programma, smettono di essere contrattili e iniziano a diventare meno plastiche, più fibrose e proliferative. Quando si cambia fenotipo, le cellule muscolari lisce circondano le cellule schiumose e riducono ulteriormente il calibro dell’aorta. Ecco come si formano le placche di ateroma. Un terzo meccanismo, il più tardivo, si verifica quando, in risposta ai due precedenti, comincia a verificarsi la necrosi, cioè una significativa morte cellulare, e a generare instabilità nelle placche, con la possibilità che queste si rompano e che il loro contenuto ostruisca altri vasi sanguigni. vasi.
“La prima cosa che volevamo studiare era come Gal-1 potesse intervenire nella prevenzione dell’aterosclerosi attraverso la modulazione del sistema immunitario. Contrariamente a quanto ci aspettavamo, non abbiamo riscontrato un numero maggiore di macrofagi nelle placche dei topi carenti di Gal-1. Tuttavia, abbiamo osservato che i macrofagi presenti erano più efficienti e fagocitavano più lipidi. Cioè, Gal-1 non modula il numero di macrofagi che rispondono alla lesione, ma modula la loro funzionalità”, ha detto Rabinovich.
“Poiché sappiamo che Gal-1 svolge un ruolo immunosoppressore, abbiamo ipotizzato che in sua assenza il sistema immunitario sarebbe più attivo e recluterebbe più macrofagi. Ma si è scoperto che il numero di cellule reclutate per rispondere alla lesione era lo stesso, ma la loro capacità di diventare cellule schiumose era maggiore”, ha spiegato Pérez-Sáez.
In secondo luogo, i ricercatori volevano sapere se Gal-1 svolge un ruolo anche nell’aterosclerosi attraverso la modulazione dei programmi vascolari e sono stati in grado di determinare che Gal-1 ha un ruolo chiave nel cambiamento fenotipico sperimentato dalle cellule muscolari lisce.
Attraverso lo studio proteomico dell’aorta di topi carenti di Gal-1, che permette di individuare tutte le proteine che vengono deregolamentate quando un gene viene eliminato (in questo caso, Gal-1), hanno visto che le proteine più modulate erano proteine mitocondriali. "I mitocondri sono organelli da cui dipendono l’energia e il metabolismo della cellula, la cui funzione è notevolmente alterata nell’aterosclerosi", ha spiegato Rabinovich. Da questo studio è stato determinato che, attraverso il programma di respirazione mitocondriale, Gal-1 modula i cambiamenti nella funzionalità metabolica delle cellule muscolari lisce.
“Ciò significa che Gal 1 svolge un duplice ruolo nell’aterosclerosi. Da un lato agisce come un immunomodulatore prevenendo la formazione di cellule schiumose, ma inibisce anche il cambiamento fenotipico delle cellule muscolari lisce”, ha affermato Rabinovich.
La ricerca è riuscita anche a determinare gli effetti che la somministrazione del Gal-1 ricombinante ha su questi meccanismi. “La somministrazione di topi aterosclerotici ricombinanti da Gal-1 a Gal-1-carenti ha impedito ai macrofagi di fagocitare i lipidi e, quindi, la formazione di cellule schiumose, ma ha anche ripristinato la contrattilità delle cellule muscolari lisce che avevano cambiato il loro fenotipo. In altre parole, la somministrazione del Gal-1 ricombinante può invertire, nei topi, i meccanismi aterosclerotici innescati dall’assenza endogena di questa proteina”, ha concluso Rabinovich.
Osservando ciò che accade nei topi affetti da AAA, una patologia i cui meccanismi sono simili a quelli dell’aterosclerosi, anche se comportano una maggiore degradazione proteica (proteolisi), i risultati sono stati simili.
