Stress ossidativo-immagine: Schema 1. Prodotti di ossidazione in seguito all’azione delle specie reattive dell’ossigeno (ROS). Le specie reattive dell’ossigeno (ROS) inducono modificazioni ossidative nei lipidi, nelle proteine e nel DNA. La perossidazione lipidica genera aldeidi reattive come la malondialdeide (MDA) e il 4-idrossinonenale (4-HNE); l’ossidazione proteica introduce gruppi carbonilici che compromettono la funzione proteica; e l’ossidazione del DNA produce lesioni come l’8-ossoguanina (8-oxoG). Insieme, questi prodotti ossidativi fungono da biomarcatori chiave dello stress ossidativo cellulare e contribuiscono all’invecchiamento e alle malattie. * Elettrone spaiato. Credito mdpi.
Lo stress ossidativo, derivante da uno squilibrio tra la produzione di specie reattive dell’ossigeno (ROS) e il sistema di difesa antiossidante, svolge un ruolo centrale nella fisiopatologia di numerose malattie, tra cui quelle cardiovascolari, neurodegenerative e infiammatorie.
L’ossigeno svolge un ruolo fondamentale nel sostenere la vita aerobica e rappresenta la forza motrice per il mantenimento del metabolismo e della vitalità cellulare. Allo stesso tempo, l’ossigeno rappresenta un potenziale pericolo per gli esseri viventi a causa delle caratteristiche paramagnetiche uniche di questo gas, che sono responsabili della formazione di intermedi parzialmente ridotti con elevata reattività, noti come specie reattive dell’ossigeno (ROS). Uno dei primi riferimenti bibliografici noti sulla tossicità dell’ossigeno proviene da Lavoisier, che già nel 1785 suggerì che un eccesso di somministrazione di ossigeno potesse essere pericoloso quanto la sua carenza. Successivamente, nel XVIII secolo, furono scoperti altri prodotti derivati dall’ossigeno come H2O2 e ozono , i cui effetti furono identificati come chiaramente dannosi fin dal momento della loro sintesi.
Lo studio dei radicali liberi e delle specie reattive dell’ossigeno (ROS) è un punto focale della ricerca biomedica, fornendo informazioni critiche sulla fisiopatologia di numerose malattie e guidando lo sviluppo di terapie. Storicamente, l’esistenza e il ruolo dei radicali liberi erano controversi, poiché la chimica delle origini considerava i “radicali” solo come parte delle strutture molecolari e le tecniche sperimentali erano insufficienti per rilevarli allo stato libero.
Gli studi sulla fase di soluzione del radicale trifenilmetilico condotti da Moses Gomberg nel 1900, insieme al lavoro di Paneth del 1926 sulla fase gassosa del radicale alchilico, convinsero anche gli scienziati più scettici dell’effettiva esistenza dei radicali liberi.
L’interesse scientifico per i radicali liberi iniziò negli anni ’30 con gli studi condotti da Kharasch e Mayo, che dimostrarono che l’addizione anti-Markovnikov del bromuro di idrogeno (HBr) al propene implica la partecipazione di radicali. Allo stesso modo, il lavoro di Waters, che chiarì il meccanismo della sostituzione aromatica omolitica, dimostrò che le reazioni radicaliche si verificavano in un’ampia varietà di sistemi organici.
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Fu con Michaelis che l’ipotesi del radicale libero come causa della tossicità dell’ossigeno iniziò a prendere forma. Infatti, fu Michaelis che, nel 1939, pubblicò la sua teoria che proponeva il coinvolgimento dei radicali liberi come intermedi nelle ossidazioni organiche. Sia Michaelis nel 1946 che Gilbert e Gershman nel 1954 fornirono le prime basi teoriche e scientifiche che spiegavano la tossicità dell’ossigeno mediata da specie altamente reattive
Le implicazioni di questa tossicità possono essere considerate nei processi biochimici, tossico-metabolici e fisiopatologici, la cui base molecolare deriva da, o è il risultato di, un meccanismo generale noto come stress ossidativo.
Il delicato equilibrio tra la produzione di specie reattive dell’ossigeno e le difese antiossidanti che le neutralizzano è cruciale per il mantenimento dell’omeostasi cellulare. Quando questo equilibrio viene alterato, si verifica uno stato di squilibrio redox o stress ossidativo, che porta a danni a lipidi, proteine e DNA. Questo danno ossidativo innesca una cascata di eventi fisiopatologici che contribuiscono in modo significativo all’insorgenza e alla progressione di numerose malattie non trasmissibili (MNT).
Queste condizioni croniche, tra cui malattie cardiovascolari, infiammatorie e autoimmuni, sono sempre più riconosciute come causate da danni cellulari e molecolari indotti dallo stress ossidativo. Pertanto, svelare le complesse interazioni tra i processi redox e i meccanismi della malattia non solo approfondisce la nostra comprensione della patogenesi delle MNT, ma apre anche nuove strade per interventi terapeutici volti a ripristinare l’omeostasi redox e prevenire la progressione della malattia.
A questo proposito, la comprensione dei meccanismi fisiopatologici attraverso i quali lo squilibrio redox contribuisce alle malattie non trasmissibili (MNT) è essenziale per identificare nuovi bersagli terapeutici e migliorare le strategie di gestione della malattia. Diverse eccellenti revisioni, come il recente articolo di Halliwell [ 7 ], hanno affrontato i meccanismi dell’azione antiossidante e il ruolo delle specie reattive dell’ossigeno (ROS) nella salute e nella malattia. Tuttavia, la nostra revisione offre un valore aggiunto adottando una prospettiva più ampia e traslazionale. Estendiamo l’analisi per includere l’impatto differenziale delle ROS su lipidi, proteine, colesterolo e DNA, e sottolineiamo il duplice comportamento antiossidante/pro-ossidante dei composti nutrizionali in diversi ambienti redox. Inoltre, presentiamo una panoramica aggiornata delle metodologie avanzate per la rilevazione del danno ossidativo, tra cui la spettrometria di massa e la proteomica redox, che sono state raramente descritte in dettaglio nelle revisioni precedenti.
Spiegano gli autori:
“È importante sottolineare che colleghiamo le conoscenze sui meccanismi d’azione con gli interventi clinici e nutrizionali, evidenziando approcci emergenti di medicina di precisione come gli attivatori di NRF2, gli inibitori di NOX, gli antiossidanti mirati ai mitocondri e la modulazione della ferroptosi. Una caratteristica distintiva del nostro lavoro è l’integrazione di modelli di biologia dei sistemi e intelligenza artificiale, che consentono di utilizzare dati multi-omici e pannelli di biomarcatori per la stratificazione dei pazienti e le terapie mirate al redox. Combinando i fondamenti biochimici, le prospettive nutrizionali, i meccanismi specifici delle malattie e le innovazioni della salute digitale, questa revisione fornisce una sintesi completa e lungimirante dello stress ossidativo nelle malattie non trasmissibili”.
Fonte:Applied Sciences