ZONULINA … TENIAMOCI STRETTI!

L’intestino umano fornisce la più grande interfaccia tra il nostro corpo e il mondo esterno. Strati singoli strettamente imballati di cellule epiteliali coprono le superfici della nostra mucosa intestinale e negoziano l’interazione con l’ambiente circostante. Questa interfaccia mucosa gioca un ruolo fondamentale attraverso le sue interazioni dinamiche con una varietà di fattori provenienti dall’ambiente circostante, inclusi: microrganismi, nutrienti, inquinanti e altri materiali. Di particolare interesse è la regolamentazione del traffico di antigeni da parte della via paracellulare zonulina-dipendente, attraverso la barriera mucosale dell’ospite, e l’attivazione dalle interazioni mucosa intestinale-microbiota/glutine. Queste funzioni determinano il passaggio dalla tolleranza all’immunità e sono probabilmente meccanismi integrali coinvolti nella patogenesi di processi infiammatori e autoimmuni.

La permeabilità della mucosa intestinale dipende dal complesso giunzionale delle giunzioni strette/occludenti o Tight Junctions (TJs), tra gli enterociti intestinali e l’aumento della permeabilità intestinale causa il passaggio degli antigeni nel flusso sanguigno con conseguente infiammazione.

Le giunzioni strette intestinali (TJs) regolano strettamente il traffico di antigeni (Ag) paracellulare, sono estremamente dinamiche e operano in diverse funzioni chiave dell’epitelio intestinale, sia in circostanze fisiologiche che patologiche. Le giunzioni TJs creano gradienti per l’assorbimento ed il trasporto ottimali dei nutrienti ed il controllo dell’equilibrio tra tolleranza e immunità agli antigeni non-auto. Le TJs intestinali devono essere modificate rapidamente e in modo coordinato da sistemi di regolamentazione che orchestrano lo stato di assemblaggio della rete multiproteica.

La zonulina è il modulatore fisiologico noto delle TJs intercellulari e dà una maggiore comprensione degli intricati meccanismi che regolano l’intestino epiteliale paracellulare e la sua sovraregolazione negli individui suscettibili. La zonulina è nota per regolare la permeabilità intestinale modulando le TJs intercellulari e la sua espressione è aumentata nelle condizioni autoimmuni associate alla disfunzione TJ, inclusa la celiachia (CD) e il diabete di tipo 1 (T1D).

 

GLI INIZI
Durante lo sviluppo di un vaccino per Vibrio cholera (il batterio del Colera), è stata scoperta la Zot (Tossina Zonula Occludens), un’enterotossina che è in grado di reagire in modo reversibile nell’apertura delle giunzioni strette intracellulari (TJs). Successivamente la ricerca ha portato ad apprezzare la complessità delle cascate di segnalazione innescate da Zot, coinvolta nella regolazione della via paracellulare. Zot provoca la polimerizzazione dell’actina portando allo smontaggio di complessi di giunzione stretti, attraverso un meccanismo dipendente dalla protein chinasi C (PKC). Zot è in grado di interagire con le cellule epiteliali lungo il tratto gastrointestinale. Data la complessità della segnalazione attivata da Zot che porta a una modulazione delle giunzioni strette, è stato ipotizzato che la tossina possa imitare un proteina endogena. Fu così identificato un analogo umano a Zot, denominato zonulina.

 

REGOLAZIONE DELLA PERMEABILITÀ INTESTINALE: LA VIA DELLA ZONULINA
La zonulina è una proteina umana nota per regolare in modo reversibile la permeabilità intestinale modulando le TJs intercellulari. Attraverso l’analisi proteomica di sieri umani, è stata identificata la zonulina come pre-aptoglobina (HP) 2, una molecola che è stata considerata solo come il precursore inattivo di HP2, una delle due varianti genetiche (insieme a HP1) di HP umano.

Gli HP umani maturi sono glicoproteine eterodimeriche plasmatiche composte da catene polipeptidiche α e β associate in modo covalente da legami disolfuro e in cui solo la catena β è glicosilata. Mentre la catena β (36 kDa) è costante, la catena α esiste in due forme, cioè 1 (~ 9 kDa) e 2 (~ 18 kDa). La presenza di una o entrambe le catene risulta nei tre fenotipi umani HP, cioè, Omozigote HP1-1, eterozigote HP2-1 e omozigote HP2-2. Nonostante questa struttura multidominio, la funzione assegnata agli HP è quella di legare Hb per formare complessi HP-Hb stabili prevenendo così il danno tissutale ossidativo indotto da Hb. Al contrario, nessuna funzione è mai stata descritta per i loro precursori. Il prodotto primario di traduzione dell’mRNA HP di mammifero, è un polipeptide che dimerizza ed è scisso proteoliticamente mentre è ancora nel reticolo endoplasmatico. Al contrario, la zonulina è rilevabile in una forma non dissolta nel siero umano, aggiungendo un aspetto estremamente intrigante delle caratteristiche multifunzionali degli HP. Gli HP sono insolite proteine secretorie in quanto sono processate proteoliticamente nel reticolo endoplasmatico, la frazione subcellulare di cui è stata rilevata la più alta concentrazione di zonulina.

 

 

CARATTERIZZAZIONE FUNZIONALE DELLA ZONULINA
L’effetto biologico della zonulina è quello di influenzare l’integrità delle TJs intercellulari ed è stato dimostrato che la pre-HP2 ricombinante altera la permeabilità intestinale. Alcuni studi hanno mostrato come la zonulina, ma non la sua forma scissa, induce un aumento significativo e reversibile della permeabilità sia gastro-duodenale che dell’intestino tenue. Le prove che la zonulina, scissa nelle sue subunità, perde l’attività di incidere sulla permeabilità, supporta ulteriormente l’idea che pre-HP2 ed il maturo HP2 esercitino maggiormente due diverse funzioni biologiche probabilmente correlate al diverso ripiegamento della proteina nella sua forma scissa o non scissa. L’analisi strutturale della zonulina ha rivelato somiglianze con diversi fattori di crescita che ugualmente influenzano l’integrità delle TJs intercellulari.

La zonulina è stata caratterizzata quindi come pre-HP2, proteina multifunzionale che, nella sua forma integra a catena singola, adeguatamente ripiegata, è capace di causare il disassemblaggio dei TJs regolando la permeabilità intestinale, mentre nella sua doppia catena scissa agisce come uno scavenger di Hb.

 

STIMOLI CHE PROVOCANO IL RILASCIO DI ZONULINA
Tra i tanti potenziali stimoli intestinali luminali che possono innescare il rilascio di zonulina, è stata identificata l’esposizione del piccolo intestino a batteri e glutine, come i due più potenti trigger. Le infezioni enteriche sono state implicate nella patogenesi di diverse condizioni patologiche, comprese allergie, malattie autoimmuni e infiammatorie, provocando una compromissione della barriera intestinale. Ci sono prove che l’intestino tenue esposto a batteri enterici, secerne zonulina. Molti patogeni enterici, compreso Eschericha coli e Salmonella typhi, sono in grado di produrre enterotossine che influenzano le giunzioni intestinali strette dell’ospite poichè causano un rilascio di zonulina.

Oltre all’esposizione batterica, è stato dimostrato che la gliadina, una proteina presente nel grano e che innesca la celiachia in individui geneticamente suscettibili, colpisce la funzione di barriera intestinale rilasciando zonulina. Questo effetto della gliadina è polarizzato, cioè la gliadina aumenta la permeabilità intestinale solo se somministrata sul lato luminale del tessuto intestinale. Tale osservazione ha portato all’identificazione del recettore delle chemochine CXCR3 come recettore intestinale bersaglio per la gliadina. Il legame della gliadina a CXCR3 è fondamentale per il rilascio di zonulina e conseguente aumento della permeabilità intestinale. Tale aumento, ma non il rilascio di zonulina, è bloccato con il pretrattamento dell’inibitore della zonulina AT-1001 (Larazotide acetato).

Esiste, inoltre, una relazione tra microbiota intestinale, peso corporeo, profilo metabolico e zonulina sierica, e sono state mostrate correlazioni tra zonulina e apporto calorico totale, apporto proteico, assunzione di carboidrati, di sodio e di vitamina B12. È stata osservata una significativa correlazione tra circonferenza della vita e zonulina sierica confermando una barriera intestinale compromessa in pazienti obesi.

 

ZONULINA COME STRUMENTO DIAGNOSTICO
La zonulina può essere utilizzata come biomarcatore della ridotta funzione di barriera intestinale per diverse malattie autoimmuni, neurodegenerative e tumorali e può essere un potenziale obiettivo terapeutico per il trattamento di queste condizioni devastanti.

Con la dimostrazione che la zonulina è associata a una serie di malattie immuno-mediate, il test quantitativo ELISA è stato sviluppato per utilizzare i suoi livelli sierici come biomarcatore dell’integrità della barriera intestinale in diverse malattie infiammatorie. Inoltre, è stato riportato che il portatore dell’allele HP2 (alias, gene zonulina) è correlato a un rischio più elevato di sviluppare malattie infiammatorie e l’omozigosi HP2 è associata ad una maggiore morbilità.

L’utilizzo dell’inibitore della zonulina AT1001 (Larazotide acetato) è pensato per il trattamento delle malattie autoimmuni. L’inibitore della zonulina è stato utilizzato con risultati incoraggianti in modelli di autoimmunità in quanto il pretrattamento con Larazotide acetato può prevenire la perdita della funzione di barriera intestinale, la comparsa di autoanticorpi e l’insorgenza di malattie.
Sia gli studi sugli animali che sull’uomo, hanno considerato l’inibitore del peptide sintetico della zonulina, e dimostrato che la zonulina è coinvolta integralmente nella patogenesi delle malattie autoimmuni.

 

QUALI SONO I LIMITI?
Il ruolo della permeabilità intestinale nella patogenesi delle malattie immuno-mediate è un campo relativamente nuovo che solo di recente ha ricevuto la giusta attenzione. Sebbene la via della zonulina sia l’unico meccanismo fisiologico finora descritto, è probabile che altri percorsi siano coinvolti nella modulazione fisiologica delle TJs. L’efficacia dell’inibitore della zonulina nella prevenzione dello stato di malattia è stata dimostrata sia in modelli animali che esseri umani, tuttavia la sua efficacia nel trattamento di malattie già confermate o nel rallentamento, resta da stabilire. Tradurre le osservazioni di base nell’applicabilità clinica diagnostica e terapeutica richiede studi clinici adeguati, pertanto competenza e risorse economiche.

 

ZONULINA E CID (CHRONIC INFLAMMATORY DISEASE)
Studi preclinici e clinici hanno dimostrato che la zonulina è implicata in una varietà di CID (Malattia Infiammatoria Cronica), incluse patologie autoimmuni, infettive, metaboliche e tumorali. Questi dati offrono nuovi bersagli terapeutici per la varietà di CID in cui la via della zonulina è implicata nella patogenesi.

 


La produzione di una maggiore quantità di zonulina provoca una perdita della funzione barriera, con conseguente inappropriato e incontrollato traffico di antigeni che stimola una risposta immunitaria innata da parte del compartimento immunitario sottomucoso. Se questo processo continua, una risposta adattativa immunitaria è montata causando la produzione di citochine proinfiammatorie, inclusi IFN- γ e TNF- α, che causano un’ulteriore apertura del percorso paracellulare per il passaggio degli antigeni, creando un circolo vizioso. Alla fine, questi processi portano a rottura della tolleranza con conseguente insorgenza di CID la cui natura è influenzata dallo specifico ospite, il background genetico che determina quale organo o tessuto sarà preso di mira dal processo infiammatorio.

La perdita della funzione di barriera intestinale, attraverso l’aumento della zonulina, è un passo essenziale per avviare il processo infiammatorio. In CD e T1D, la ricerca mostra la gliadina come fattore scatenante di rilascio di zonulina che porta alla disfunzione della barriera intestinale. In altre CID la causa specifica che aumenta il rilascio di zonulina non è noto, ma lo squilibrato microbiota o una sua distribuzione inappropriata lungo il tratto gastrointestinale, possono essere i fattori scatenanti.

Sono necessarie ulteriori ricerche per comprendere completamente il meccanismo che la zonulina gioca nello sviluppo, patogenesi, e progressione delle diverse CID.

 

 

CONCLUSIONI
Il ruolo della zonulina nella salute e nella malattia, rimane oggetto di ricerca attiva. La zonulina può essere usata come biomarcatore della funzione di barriera intestinale compromessa per diverse malattie autoimmuni, neurodegenerative e tumorali, e può essere un potenziale bersaglio terapeutico per il trattamento di queste condizioni. La via della zonulina è attualmente sfruttata per sviluppare applicazioni sia diagnostiche che terapeutiche pertinenti a una varietà di malattie immuno-mediate.

Nuove strategie terapeutiche volte a ristabilire la funzione di barriera intestinale mediante la sottoregolazione del percorso della zonulina, offre approcci innovativi e non ancora esplorati per la gestione di malattie croniche debilitanti.

 

 

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