Curcumina-immagine credit public domain.
Scritto da Vijay Kumar Malesu, dottorato di ricerca in biotecnologie e microbiologia.
Una nuova ricerca dimostra come il potere molecolare della curcumina protegga le cellule ossee dallo stress dovuto all’elevato livello di glucosio, ripari i mitocondri e rafforzi le difese antiossidanti, offrendo una speranza per contrastare la perdita ossea correlata al diabete.
In uno studio recente pubblicato sulla rivista Scientific Reports, i ricercatori hanno testato se la curcumina contrasta l’osteoporosi diabetica attivando la segnalazione della Sirtuina-3 (SIRT3)/Forkhead box protein O3a (FoxO3a) e la rete proteica antiossidante a valle, tra cui il fattore nucleare eritroide 2-correlato 2 (NRF2) e il suo bersaglio NAD(P)H:chinone ossidoreduttasi 1 (NQO1) per frenare lo stress ossidativo mitocondriale e ripristinare la differenziazione degli osteoblasti in vitro, con corrispondenti guadagni nella microarchitettura ossea in vivo.
Un anziano su due soffre di fragilità ossea e molti convivono anche con il diabete mellito di tipo 2 (T2DM), una combinazione difficile da gestire che aumenta il rischio di fratture e rallenta la guarigione. L’osteoporosi diabetica è causata da iperglicemia cronica, elevati livelli di specie reattive dell’ossigeno (ROS) e ridotta attività degli osteoblasti, con conseguenti cadute, ricoveri ospedalieri e aumento dei costi.
I farmaci standard per l’osteoporosi spesso non sono efficaci nel diabete di tipo 2 e pochi trattamenti risolvono direttamente la disfunzione mitocondriale che alimenta il danno da ROS nelle cellule ossee. I polifenoli nutrizionali come la curcumina sono ampiamente utilizzati e generalmente sicuri, ma la loro azione specifica sulle ossa in condizioni di iperglicemia non è ancora completamente mappata. Sono necessarie ulteriori ricerche per individuare i target mitocondriali, confermare i percorsi protettivi e perfezionare il dosaggio per un beneficio reale.
Gli autori osservano inoltre che il meccanismo della curcumina potrebbe collegare la regolazione mitocondriale al controllo epigenetico dei geni osteogenici, aggiungendo un ulteriore potenziale livello terapeutico.
Informazioni sullo studio
Osteoblasti di topo (linea cellulare MC3T3-E1) sono stati coltivati in terreno minimo essenziale alfa (α-MEM) con siero bovino fetale (FBS) al 10% a 37 °C e anidride carbonica (CO₂) al 5%. Per simulare il diabete di tipo 2, le cellule sono state esposte ad alte concentrazioni di glucosio (25,5 mM) per 24 ore, quindi trattate con curcumina (0, 1, 10, 100 μM) per 48 ore. La concentrazione media (10 μM) ha mostrato l’effetto protettivo più forte, mentre 1 μM e 100 μM sono state meno efficaci, suggerendo un modello dose-risposta a campana.
La vitalità cellulare è stata misurata utilizzando il Cell Counting Kit-8 (CCK-8).
L’ultrastruttura mitocondriale è stata valutata mediante microscopia elettronica a trasmissione (TEM) e il potenziale di membrana mitocondriale mediante citometria a flusso con 5,5′,6,6′-tetracloro-1,1′,3,3′-tetraetilbenzimidazolilcarbocianina ioduro (JC-1). I ROS intracellulari sono stati quantificati con 2′,7′-diclorofluorescina diacetato (DCFH-DA). La malondialdeide (MDA), la superossido dismutasi 2 (SOD2) e il glutatione (GSH) sono stati determinati utilizzando kit commerciali.
Le analisi delle proteine (SIRT3, FoxO3a, NRF2 e NQO1), il fattore nucleare eritroide 2 correlato al fattore 2 (NRF2), la NADPH ossidasi 2 (NOX2) sono state eseguite mediante western blotting dopo lisi con tampone di saggio di radioimmunoprecipitazione (RIPA), quantificazione mediante saggio dell’acido bicinconinico (BCA), separazione tramite elettroforesi su gel di poliacrilammide-solfato di sodio dodecil solfato (SDS-PAGE) e trasferimento su membrane di polivinilidene difluoruro (PVDF); le procedure di blocco e di soluzione salina tamponata con Tris e Tween (TBST) hanno seguito la prassi standard.
Il silenziamento stabile di SIRT3 è stato generato mediante short hairpin RNA (shRNA) lentivirale e verificato mediante Western Blot. La differenziazione osteogenica è stata valutata mediante colorazione con fosfatasi alcalina (ALP) e rosso alizarina S. In vivo, ratti Sprague-Dawley maschi hanno ricevuto una dieta ricca di grassi/glucosio, streptozotocina (STZ; 30 mg/kg) e curcumina intraperitoneale (10 o 50 mg/kg); la microarchitettura ossea è stata valutata mediante microtomografia computerizzata (μCT) e istologia.
Risultati dello studio
L’alto livello di glucosio ha ridotto la vitalità di MC3T3-E1, la curcumina a 10 μM ha riportato la sopravvivenza verso la normalità; 1 μM e 100 μM hanno avuto un effetto limitato, quindi è stata utilizzata la dose di 10 μM per i follow-up. L’apoptosi è stata monitorata con questi cambiamenti: la caspasi-3 scissa è aumentata e il linfoma a cellule B di tipo 2 (Bcl-2) è diminuito con l’alto livello di glucosio e la curcumina ha invertito entrambi i segnali in direzione protettiva.
La microscopia elettronica ha mostrato mitocondri gonfi e con creste disgregate dopo alti livelli di glucosio, mentre il trattamento con curcumina ha preservato una morfologia più normale. I dati JC-1 hanno confermato questi risultati: il potenziale di membrana mitocondriale è diminuito con alti livelli di glucosio, ma si è parzialmente ripreso dopo l’esposizione alla curcumina.
Anche l’equilibrio redox è migliorato. Livelli elevati di glucosio hanno aumentato i livelli di ROS e MDA, deprimendo le difese endogene. La curcumina ha abbassato i livelli di ROS, ridotto quelli di MDA e aumentato i livelli di SOD2 e GSH verso livelli di controllo, a dimostrazione di uno stato ossidativo più sano. A livello di segnalazione, livelli elevati di glucosio hanno soppresso SIRT3, FoxO3a, NRF2, NQO1 e NOX2; la curcumina ha riportato queste proteine ai livelli basali, in linea con il ripristino dei programmi di deacetilazione mitocondriale e antiossidante.
L’inibizione di SIRT3 ha annullato il beneficio. Con SIRT3 silenziato, la curcumina non ha più avuto alcun effetto: la vitalità è diminuita, il potenziale di membrana mitocondriale è diminuito e FoxO3a, NRF2 e NQO1 sono diminuiti rispetto alla condizione ad alto contenuto di glucosio più curcumina. Questa perdita di protezione identifica SIRT3 come il fattore a monte che collega la curcumina agli effetti antiossidanti e citoprotettivi.
Dal punto di vista funzionale, la differenziazione osteogenica ha seguito l’esempio. L’elevato livello di glucosio ha attenuato la maturazione, ma la curcumina ha ripristinato la colorazione ALP, aumentato i noduli Alizarin Red S-positivi e aumentato l’osteoprotegerina (OPG) e l’osteocalcina (OCN). Ogni guadagno è stato attenuato dall’inibizione di SIRT3, collegando il recupero all’asse SIRT3/FoxO3a e alla sua segnalazione antiossidante a valle piuttosto che a effetti aspecifici. In breve, la curcumina ha stabilizzato i mitocondri, migliorato il tono redox, ridotto l’apoptosi e permesso agli osteoblasti di procedere verso la mineralizzazione nonostante l’iperglicemia.
I dati sugli animali corrispondevano al lavoro sulle cellule. Il regime dietetico STZ-plus ha prodotto iperglicemia e una modesta perdita di peso, confermando uno stato simile al diabete di tipo 2. I ratti diabetici non trattati hanno mostrato trabecole sparse e sottili e un’architettura degradata. La curcumina (10 o 50 mg/kg) ha migliorato le metriche μCT, con reti trabecolari più dense e una maggiore densità ossea apparente; le sezioni HE apparivano più sane.
L’immunoistochimica ha mostrato livelli più elevati di SIRT3 e NRF2 nell’osso dopo l’assunzione di curcumina, in linea con la riattivazione mitocondriale e antiossidante in vivo. Questi aumenti erano dose-dipendenti, con una maggiore assunzione di curcumina che produceva maggiori cambiamenti nell’espressione proteica. In un contesto in cui le terapie standard spesso non sono efficaci, questi miglioramenti cellulari si sono tradotti in guadagni a livello tissutale.
Leggi anche:Come la curcumina affronta le cellule tumorali più resistenti
Conclusioni
La curcumina ha protetto gli osteoblasti e l’osso nei modelli di diabete-osteoporosi attenuando lo stress ossidativo mitocondriale, preservando il potenziale di membrana e promuovendo la differenziazione osteogenica. L’effetto ha richiesto l’attivazione di SIRT3 e la segnalazione di FoxO3a, ha coinciso con un rafforzamento delle difese dipendenti da NRF2 (incluso NQO1) ed è scomparso con il silenziamento di SIRT3.
Nei ratti affetti da una condizione simile al diabete di tipo 2, la curcumina ha migliorato la microarchitettura trabecolare su μCT e ha aumentato gli indicatori della densità ossea parallelamente all’aumento dell’espressione di SIRT3 e NRF2 nel tessuto osseo.
Questi risultati evidenziano l’asse SIRT3/FoxO3a come bersaglio terapeutico, sottolineano il suo coordinamento con le risposte antiossidanti guidate da NRF2 e supportano la curcumina come un coadiuvante pratico e a basso costo per la fragilità ossea correlata al diabete, meritando studi traslazionali per perfezionare il dosaggio, il programma e la sicurezza a lungo termine negli esseri umani.
Gli autori affiancano inoltre la curcumina ad altri composti naturali come la melatonina, l’estratto di arachidi e il geranio, che agiscono sui percorsi redox mitocondriali, ma sottolineano che la sua duplice azione mitocondriale-epigenetica può offrire un profilo protettivo più ampio.