Lipoproteine e danno ossidativo
Meccanismi molecolari dell’aterosclerosi
Ipotesi lipidica (Seven
Country Study)
Ruolo del colesterolo e
grassi animali come
responsabili delle
patologie
cardiovascolari.
Ipotesi ossidativa
Ruolo del danno
ossidativo alle
principali
macromolecole ,
Radicali liberi,
Antiossidanti
endogeni ed
esogeni
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
Lipidi plasmatici
Colesterolo totale <200 mg/dl
Valori borderline >200-239 mg/dl
Valori elevati > 240 mg/dl
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. I soggetti
devono essere normotrigliceridemici
Livelli di lipidi e Lipoproteine e rischio cardiovascolare
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
Plasma
eritrociti
Xantoma
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.
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
Invecchiamento
Cancro
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
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
Polyunsaturated fatty acid
Conjugated diene
Peroxide radical
Hydroperoxides
degradation
malondyaldeide (MDA)
4-hydroxynonenal (4-HNE)
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
ARTERY WALL
ARTERY LUMEN
Oxidized LDL and atherosclerosis
Circulating macrophage
Native LDL
ENDOTHELIAL CELLS
Cell-mediated
oxidation
Endothelial injury
Resident macrophage
Foam cell
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
LDL
MONOCITI
MOLECOLE DI ADESIONE
LDL
DISFUNZIONI ALLE
CELLULE
ENDOTELIALI
CITOCHINE
OSSIDAZIONE
OX
LDL
MACROFAGI
UPTAKE DA PARTE DI
RECETTORI “ SCAVANGER”
AGGREGAZIONE
PIASTRINICA
FATTORI DI
CRESCITA
PIASTRINE
PROLIFERAZIONE DELLE
CELLULE MUSCOLARI
PLACCA
ATEROSCLEROTICA
CELLULE
SCHIUMOSE
CELLULE MUSCOLARI
INTIMA
LDL-Colesterolo
Lipoproteine e Meccanismi molecolari delle patologie umane:approcci
sperimentali
Modelli sperimentali:
Caratterizzazione
composizionale
Proprietà fisico-chimiche
Lipoproteine Ossidate
Lipoproteine Glicate
Lipoproteine omocisteinilate
Ruolo antiossidante delle HDL
Studio delle interazioni
lipoproteine-cellule
Antiossidanti:dove agiscono?
CoQ
-tocoferolo
HDL
-carotene
Ambiente extracellulare
LDL
CoQ
-carotene
-tocoferolo
-carotene
Paraoxonasi,
PAF-idrolasi
Antiossidanti idrosolubili (acido
urico,albumina,bilirubina,
ceruloplasmina, ferririna,transferrina
glutatione, acido ascorbico, polifenoli)
-tocoferolo
GSH
Vitamina C
CoQ
Resveratrolo
(Stilbeni)
Quercetina
(Flavonoli)
Enzimi antiossidanti
intracellulari (superossido
dismutasi, catalasi,
glutatione perossidasi)
Ambiente intracellulare
Difese antiossidanti
ENDOGENE

Enzimi intracellulari
ESOGENE

-Superossido-dismutasi
-Catalasi
-Glutatione perossidasi (glutatione reduttasi)

Antiossidanti molecolari
-Ubichinone
-Proteine che legano metalli di transizione
(metallotioneine)
Antiossidanti vitaminici
-Alfa-tocoferolo (Vitamina E)
-Acido ascorbico (Vitamina C)
-Carotenoidi (beta-catotene)

Antiossidanti non vitaminici
- 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
.
O2-
.OH
+ H2O2
+ - OH
+ O2
Haber-Weiss Reaction
H2O2
.OH
Fe2+
+
+ - OH
+
Fenton Reaction
.
O2LOOH + Fe2+
LOOH + Fe3+
+ Fe3+
Fe2+
+ O2
Fe3+-complesso + OH- + LO.
Fe2+-complesso + LOO. + H+
Fe3+
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
Idroperossido
LOO.
-tocoferolo
Acido ascorbico
o Glutatione
o
Ubiquinolo
LOOH
Radicale -tocoferoxilico
Sinergismo tra antiossidanti
ROO.
(PUFA)
PUFA
Vitamina E
(attiva)
Vitamina E
(ossidata)
Vitamina C
(ossidata)
Vitamina C
(attiva)
GSH
GSSG
NADP+
NADPH
CONCLUSIONI
Lo stress ossidativo: prevenzione e/o trattamento
Diverse ragioni possono sostenere queste osservazioni:
1.
2.
3.
4.
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
Olio di
girasole
Nocciole
136 caviale
7.0
49 anguille
5.6
25 pomodoro
5.4
Olio di oliva
ev
Olio di mais
21 Tuorlo
d’uovo
17 burro
3.1
Arachidi
10 grana
0.9
2.0
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
HDL
Fegato
Col
Col
HDL
Tessuti
periferici
Chilomicroni
remnants
VLDL
Lipoprotein lipase
TG
TG
Lipoprotein lipase
IDL
Chilomicroni
Col
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