Introduzione
Le tetracicline sono una vecchia classe di antibiotici che sono stati utilizzati per le infezioni particolari quali brucellosi, malattia di Lyme, rickettsiosi (es. febbre delle Montagne Rocciose), infezioni genitali e oculari da Clamidia), acne volgare severa (causata da Propionibacterium acnes), diarrea da Vibrio (colera) e polmoniti da Mycoplasma pneumoniae e Chlamydophila pneumoniae. La loro disponibilità è abbastanza buona e ne esistono derivati che hanno una farmacocinetica diversa dalle molecole originali (tetraciclina ed aureomicina). L’assorbimento avviene principalmente nell’intestino tenue superiore. La biodisponibilità varia: per la tetraciclina siamo su 60-80%, per doxiciclina e minociclina oltre il 90%; la minociclina attraversa meglio la barriera ematoencefalica rispetto ad altre tetracicline.
Questi antibiotici hanno la caratteristica di accumularsi nelle ossa e nel fegato: la minociclina è più lipofila rispetto ad altre tetracicline, il che facilita la penetrazione nei tessuti, inclusa la barriera ematoencefalica. Questa proprietà è importante affinché raggiungano il sistema nervoso per le loro azioni antinfettive ma anche molecolari non legate alle infezioni. Le tetracicline, infatti, oltre alla loro attività antibiotica, possono influenzare diversi processi molecolari nelle cellule eucariotiche, incluse le vie di trasduzione del segnale. Questi effetti sono spesso legati alle proprietà delle tetracicline di chelare ioni metallici, modulare attività enzimatiche e influenzare la trascrizione genica.
Azioni molecolari delle tetracicline sulle cellule eucariotiche
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Inibizione delle metalloproteinasi della Matrice (MMPs)
Le tetracicline, come la doxiciclina, inibiscono le metalloproteinasi della matrice (MMPs) attraverso la chelazione degli ioni zinco e calcio, essenziali per l’attività di questi enzimi. Questa inibizione ha effetti significativi nella modulazione della matrice extracellulare, riducendo la degradazione del collagene e di altre proteine strutturali ed è rilevante in patologie come artrite reumatoide, metastasi tumorali e aneurismi aortici. È singolare come due classi di antibiotici diversi possano fare azioni opposte su questo fenomeno: mentre le tetracicline possono inibire l’espressione e la funzione delle MMPs, i fluorochinoloni (ciprofloxacina, levofloxacina e simili), invece, inducono l’espressione delle MMPs e sono state incriminate per la comparsa di fenomeni come la rottura del tendine di Achille e il peggioramento dell’aneurisma dell’aorta addominale.
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Interferenza con la trascrizione genica
Le tetracicline possono influenzare vie di segnalazione legate a chinasi specifiche, come le MAP-chinasi MAPK e p38, e quelle che regolano il fattore di trascrizione NF-κB (IKK-alfa, NIK), spesso coinvolte in risposte infiammatorie e proliferazione cellulare. Per esempio, la minociclina è stata dimostrata inibire l’attivazione di NF-κB, riducendo la trascrizione di geni pro-infiammatori. Le tetracicline possono interferire con i fattori di trascrizione regolati da segnali extracellulari, come STAT (Signal Transducer and Activator of Transcription). Studi suggeriscono che la minociclina inibisca la fosforilazione di STAT1 e STAT3, i principali effettori della via JAK-STAT, in modelli di neuroinfiammazione. In un contesto di infiammazione cronica, la riduzione dell’attività STAT3 è associata a una diminuzione dell’espressione di geni infiammatori. Le tetracicline riducono l’espressione di citochine come IL-1 ed IL-6 che, a loro volta, attivano direttamente la via JAK-STAT. Questo effetto antinfiammatorio è particolarmente evidente nei modelli sperimentali di neurodegenerazione e malattie autoimmuni.
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Effetti sullo stress ossidativo e la morte cellulare
Le tetracicline agiscono come scavenger di radicali liberi e chelano ioni ferro, riducendo lo stress ossidativo. Hanno effetti sulla trasduzione del segnale mediata da ROS, che influisce su vie come p53 e HIF-1α (Hypoxia-Inducible Factor 1-alpha). Attraverso questo meccanismo la minociclina e la doxiciclina possono modulare la trasduzione del segnale regolando l’espressione di proteine coinvolte nell’apoptosi, come Bcl-2 e Bax. La modulazione di queste vie è importante nella neuroprotezione, in condizioni come l’ictus e le malattie neurodegenerative. In questo caso, come detto prima, la loro penetrazione attraverso la barriera emato-encefalica permette di ottenere questo effetto. Inoltre, le tetracicline influenzano la traduzione mitocondriale, che può alterare la produzione di ATP e attivare segnali legati alla bioenergetica cellulare. Questi effetti possono modulare pathway di sopravvivenza cellulare come quello della chinasi AMPK, che controlla lo stato energetico cellulare (disponibilità di intermedi).
Implicazioni cliniche
Malattie infiammatorie
La soppressione di NF-κB e la riduzione dei mediatori infiammatori (es. TNF-α, IL-6) rendono le tetracicline utili in malattie infiammatorie croniche. Ci sono dato che indicano un effetto benefico nel contesto dell’artrite reumatoide. Questa condizione presenta l’attivazione di multipli pathways di attivazione cellulare, come quelli delle chinasi da stress (p38), dei fattori di trascrizione NF-kB, della vita JAK-STAT, della via Wingless (Wnt-CAT) e delle tirosina-chinasi associate alla proliferazione (c-Syk, c-Btk) dei fibroblasti sinoviali patologici (FLS). Le tetracicline possono prendere di mira almeno la metà di questi percorsi cellulari, il che li renderebbe ideali sia nel trattamento di questa condizione per sé, e nel contesto della comparsa di infezioni collegate al trattamento immunosoppressivo della malattia. Un’altra patologia infiammatoria per la quale ci sono prove dell’azione antinfiammatoria delle tetracicline è la sclerosi multipla.
Un’indagine sperimentale del 2014 (Hou et al.) aveva preliminarmente visto che associando la minociclina con interferone-beta, i topi EAE (modello sperimentale della malattia) avevano miglioramenti superiori al trattamento con solo IFN-beta. Uno trial clinico precedente del 2009 aveva visto che c’era sinergia pure con il glatiramer acetato in soggetti con sclerosi multipla recidivante-remittente, mentre un’indagine sperimentale del 2017 (Floriou et al.) ha visto che la tetraciclina interferisce negativamente con la produzione di IL-17 ed IFN-gamma nelle cellule nervose derivate dalla malattia. Infine, Faissner et al. (2017), hanno visto che minociclina ed il farmaco immuno-modulatore Plaquenil (idrossiclorochina; tradizionalmente usata nell’artrite reumatoide), hanno effetti additivi nel sopprimere l’attività della malattia.
Inibendo le vie legate all’apoptosi e al danno ossidativo, le tetracicline sono state investigate per il trattamento di malattie neurodegenerative come la SLA e il morbo di Alzheimer. La doxiciclina e la minociclina sono anche inibitori della metalloproteinasi della matrice 9 (MMP9), che è necessaria per indurre la plasticità sinaptica necessaria per il consolidamento della memoria. Pertanto, è stato suggerito che le tetracicline possano influenzare negativamente i processi mnemonici, cosa che è stata dimostrata in quatto prove cliniche con soggetti umani. Questo potrebbe potenzialmente essere un limite al loro uso cronico nella gestione di malattie come la demenza senile e la malattia di Parkinson. In questa, in particolare, dati recentissimi hanno fatto vedere che la minociclina può prevenire l’aggregazione patologica della sinucleina alfa.
Tuttavia, i dati scientifici sembrano supportare il fatto che questo potrebbe succedere quando non c’è la partecipazione della microglìa, le cellule immunitarie cerebrali. Le tetracicline, infatti, sembrano preferire agire contro queste cellule, che sono responsabili della neuroinfiammazione presente in queste condizioni cliniche. La microglìa, infatti, produce molte citochine e chemochine infiammatorie, fra cui c’è il TNF-alfa. Questo attiva la NADPH ossidasi dei globuli bianchi e della microglia; la minociclina può interferire con questo meccanismo di attivazione, interagendo direttamente col suo componente molecolare p47phox. In tal modo può prevenire la morte neuronale indotta dallo stress ossidativo dipendente dalla stimolazione con citochine.
Tumori
La modulazione delle MMP e delle vie legate alla proliferazione cellulare (es. MAPK) ha suggerito un ruolo potenziale delle tetracicline come agenti anti-tumorali, soprattutto nel blocco della progressione metastatica. In un modello sperimentale di carcinoma prostatico, il derivato CMT-3 o limeciclina è risultato capace di indurre danno mitocondriale, generazione di stress ossidativo ed uccidere le cellule maligne sia per necrosi che per apoptosi. La massa tumorale ha rallentato sia la sua crescita che la capacità a rilasciare metastasi. È stato dimostrato che le MMPs sono importanti mediatori della formazione di metastasi nell’osso, contribuendo in larga misura alla morbilità dei pazienti affetti da cancro al seno e alla prostata. L’osteotropismo naturale delle tetracicline consentirebbe loro di essere altamente efficaci nell’inibizione delle MMPs prodotte dagli osteoclasti o dalle cellule tumorali nell’osso. Questa ipotesi è stata confermata circa vent’anni fa, da prove sperimentali che mostrano che la doxiciclina riduce il carico tumorale in un modello murino di metastasi ossee osteolitiche derivate dal cancro al seno.
Malattie fibrosanti
Riducendo l’attività delle MMP e modulando la segnalazione infiammatoria, le tetracicline hanno dimostrato effetti anti-fibrotici in patologie polmonari e cardiache. La fibrosi polmonare idiopatica (IPF) è una condizione incurabile che ha pochissime opzioni terapeutiche, le principali delle quali sono il pirfenidone e il nintedanib. La IPF è caratterizzata da fibrosi progressiva e da una prognosi sfavorevole. Le cellule epiteliali alveolari sono considerate importanti nel rilascio di fattori di crescita e metalloproteinasi della matrice. Uno studio preliminare del 2011 ha indagato l’effetto della doxiciclina sulla produzione di MMPs e fattori di crescita fibrotici (TGF-beta) nelle cellule alveolari polmonari trattate con bleomicina (che induce la fibrosi). L’antibiotico ha ridotto i punteggi di fibrosi e la produzione di collagene di tipo I, fattore di crescita del tessuto connettivo (CTGF) e TGF-beta nei modelli in vitro, ha inibito l’espressione di mRNA di MMP-2, MPP-9, CTGF e collagene di tipo I, nonché la produzione di MMP-2 e fattore di crescita derivato dalle piastrine (PDGF-AA) indotta nelle cellule A549 dal TGF-beta.
Conclusione
Questi studi e queste informazioni supportano l’idea che le tetracicline, specialmente la minociclina, possano influenzare varie vie di segnalazione cellulare, rendendole interessanti per il trattamento di malattie infiammatorie e neurodegenerative. La loro approvazione non incontrerebbe ostacoli di grande impatto, considerando che sono vecchie molecole di cui la farmacologia, la farmacocinetica e la clinica sono molto conosciute.
- A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.
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