L’osteoartrite (OAR) è una comune malattia degenerativa articolare ed è diventata uno dei principali oneri sanitari ed economici a livello mondiale. I biomarcatori possono offrire utili informazioni diagnostiche esaminando la degenerazione cartilaginea dei pazienti e predicendo lo sviluppo della malattia. Pertanto, esplorare il meccanismo molecolare e i biomarcatori diagnostici è di grande importanza per la terapia mirata nell’applicazione clinica. La maggior parte dei tessuti articolari affetti da OAR (come cartilagine, sinovia e osso subcondrale) è positiva per i mediatori infiammatori. Inoltre, l’infiltrazione di cellule immunitarie nelle articolazioni, in particolare cellule mieloidi (come macrofagi, neutrofili e cellule dendritiche), e la loro secrezione di fattori infiammatori sono strettamente associate alla risposta allo stress ossidativo, che contribuisce al deterioramento dei tessuti.
Ad esempio, i macrofagi possono attivare la risposta infiammatoria generando mediatori infiammatori, non solo accelerando il danno cartilagineo, ma colpendo anche altri tessuti articolari. L’elastasi neutrofila, un fattore cruciale nell’OAR, porta all’apoptosi dei condrociti e alla perdita di cartilagine. Di conseguenza, comprendere il ruolo di infiltrazione delle cellule immunitarie (in particolare delle cellule mieloidi) in questi pazienti e i relativi cambiamenti nell’espressione genica può aiutare a identificare i geni hub correlati alla risposta allo stress ossidativo per l’OAR. Per questo motivo, un team di scienziati ha mirato a identificare i geni hub correlati alla risposta allo stress ossidativo nell’OAR utilizzando il sequenziamento dell’RNA a singola cellula (scRNA-seq) e l’analisi trascrittomica, con particolare attenzione all’eterogeneità delle cellule mieloidi e alla comunicazione intercellulare.
Dopo una filtrazione cellulare iniziale, la standardizzazione, la riduzione della dimensionalità e il clustering cellulare, sono state ottenute un totale di 58.378 cellule, suddivise in 9 cluster cellulari. Queste cellule sono state quindi suddivise in 6 sottopopolazioni cellulari in base ai loro principali biomarcatori:
a – Fibro1 (MMP2, COL1A2, PDGFRA),
b – Fibro2 (MEDAG, NAV1),
c – Cellula mieloide (MS4A6A, CD163, CD14),
d – Cellula endoteliale (EMCN, CDH5, VWF, FLT1),
e – Cellula murale (TPM2, NOTCH3, ACTA2) e
f – Cellula linfoide (CD69, SKAP1, ITGA4, IL7R, CD247).
Le cellule mieloidi sono state suddivise in 3 sottopopolazioni cellulari:
1 – Macrofagi (SLC7A8, LYVE1, MARCO, MRC1, MS4A4A),
2 – Neutrofili (BCL2A1, CXCL2, CXCL3, LUCAT1) e
3 – Cellule dendritiche (CD1C, FCER1A, CD1E).
I neutrofili hanno mostrato il punteggio di arricchimento della risposta allo stress ossidativo più elevato. È stata inoltre osservata una comunicazione complessa tra le cellule mieloidi e vari tipi cellulari, ma la connessione con le cellule murali e le cellule linfoidi era relativamente debole. In base alla comunicazione cellulare delle cellule mieloidi nella via di segnalazione del TNF, è stato riscontrato che i neutrofili comunicano più frequentemente con altre cellule.
Inoltre, nelle vie di segnalazione correlate alla risposta allo stress ossidativo, alla proliferazione cellulare e all’apoptosi, le coppie ligando-recettore chiave contenevano principalmente IL1B-IL1R2, IL6-IL6ST, TNF-TNFRSF1A, TNF-TNFRSF1B, VEGFB-VEGFR1, CSF-CSF1R e altri. Ciò indica la grande complessità dei segnali intercellulari che la popolazione cellulare ha all’interno del processo infiammatorio dell’osteoartrite. Utilizzando un database genomico, i ricercatori sono stati in grado di identificare i bersagli molecolari che possono essere colpiti con farmaci o molecole note. All’interno di un set di 81 candidati originali, hanno identificato i cinque geni di convergenza (geni hub) IGKC, MCL1, NFKBIA, OLR1 e PNRC1.
Il gene IGKC (costante kappa delle immunoglobuline) codifica per la regione di costing delle catene leggere kappa degli anticorpi (immunoglobuline); MCL1 codifica una proteina che sopprime il programma di morte cellulare della cellula immunitaria; il gene NFKBIA codifica per la segnalazione del fattore di trascrizione NFkB (IkB-alfa). Il gene OLR1 (recettore 1 delle lipoproteine ossidate a bassa densità) codifica una proteina di superficie cellulare che indigena il recettore per le lipoproteine a bassa ossidazione (OxLDL). Infine, PNRC1 codifica per un coattivatore nucleare per diversi membri della famiglia dei recettori steroidei (AR-α, ER-α, ERR-α, ERR-γ, GR-α, PR-A, TR-alfa, RAR-alfa e RXR-alfa).
In base ai risultati della predizione del farmaco, rapamicina, salicilato di sodio e 4-cheto-retinolo sono stati selezionati come composti farmacologici per il docking molecolare. La struttura cristallina proteica dei geni hub è stata acquisita dal database PDB. È stato dimostrato che la rapamicina lega IkB-alfa, mentre il salicilato di sodio e il 4-cheto-retinolo si legano a Mcl-1. Si pensava che l’attività delle proteine legate fosse potenziata, poiché IkB-alfa è sovraregolata nell’OAR, un meccanismo di compensazione per l’eccessiva espressione di citochine indotto dal NF-kB nucleare. La rapamicina, in quanto attivatore dell’autofagia, esercita potenti effetti antinfiammatori, dimostrandosi un farmaco efficace per il trattamento dell’OAR nei topi. Il suo legame con IkB-alfa è sorprendente, poiché è stato finora considerato esclusivamente un inibitore di mTOR.
Il salicilato è una sostanza naturale prodotta dal salice e, prima della commercializzazione dell’aspirina, gli estratti di salice erano ampiamente utilizzati per trattare la febbre e i dolori reumatici. Studi precedenti hanno indicato che le iniezioni sottocutanee di salicilato di sodio erano efficaci nella terapia sintomatica dell’artropatia reumatica del pollice, e anche la ionoforesi con salicilato di sodio ha mostrato prospettive nella gestione dell’artropatia reumatica del ginocchio, migliorando il sollievo dal dolore e l’attività funzionale. È inoltre sorprendente che un derivato endogeno della vitamina A quale il 4-cheto-retinolo possa modulare le proteine apoptotiche nonostante la sua attività dipendente dalla trascrizione nucleare (sebbene più debole rispetto all’acido retinoico).
Queste informazioni potrebbero fornire indicazioni su un diverso modo di trattare l’artropatia reumatica, basandosi su una conoscenza molecolare più approfondita e non esclusivamente attraverso l’utilizzo degli inibitori di ultima generazione della cicloossigenasi COX2 (il noto gruppo dei “coxib”). Ancora una volta, la Natura ha preceduto la biologia molecolare offrendo nozioni per poter risolvere problemi di salute attraverso mezzi naturali.
- A cura del Dott. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.
Pubblicazioni scientifiche
Wu M, Xu T et al. Analisi Curr Pharm. 2025; 21(3):117-127.
Dhanabalan KM et al. Bioeng Transl Med. 2023;8(1):e10298.
Smith AS et al. Postlaurea Med J. 2010; 86(1016):341-345.
Aiyejusunle CB et al. Niger QJ Hosp Med. 2007; 17(1):30-34.
