GLUCOCORTICOIDI
I glucocorticoidi endogeni (cortisolo o idrocortisone)
regolano un centinaio di geni coinvolti nello
sviluppo, metabolismo, mantenimento
dell'omeostasi, infiammazione e processi cognitivi
agendo principalmente come fattori di trascrizione
Per le proprietà anti-infiammatorie e
immunosoppressive sono largamente impiegati per
il trattamento di condizioni infiammatorie o
neoplastiche. Le altre attività, comprese quelle
metaboliche, costituiscono effetti avversi
Il loro uso a lungo termine è limitato dalla comparsa
di seri effetti avversi o di resistenza
IPOFISI ANTERIORE E
IPOFISI POSTERIORE
TSH
ACTH
LH
FSH
GH
prolattina
Ossitocina
Vasopressina
L'ASSE IPOTALAMO-IPOFISI-SURRENE
Regolazione
circadiana
Stress fisico
Stress emozionale
Ipoglicemia
Esposizione al freddo
Dolore
Ormone
rilasciante la
corticotropina
CRH
IPOTALAMO
Lobo
anteriore
dell'IPOFISI
+
Corticotropina
(Ormone
adrenocorticotropo
o ACTH)
SURRENE
Corteccia
IPPOCAMPO
IPOTALAMO
CRH
AVP
AMIGDALA
La secrezione dell'ACTH è
regolata anche da:
1. Vasopressina (AVP) rilaciata
dall'ipofisi posteriore
2. Afferenze dall'amigdala
3. Recettori dei glucocorticoidi
(GC) dell'ippocampo
ACTH
4. Controllo tonico inibitorio
degli oppioidi
Glucocorticoidi
ORMONE ADRENOCORTICOTROPO
ACTH o CORTICOTROPINA
L'ACTH è sintetizzato nella parte anteriore dell'ipofisi a partire dal
precursore pro-opiomelanocortina ed è rilasciato per stimolazione da
parte del FATTORE STIMOLANTE LA CORTICOTROPINA o CRH
rilasciato dall'ipotalamo
ACTH
CRF
LA GHIANDOLA SURRENALE
L'ACTH stimola la corteccia surrenale a secernere glucocorticoidi (zona
fascicolata/reticolare) e mineralcorticoidi (zona glomerulosa)
Le cellule della zona glomerulosa esprimono anche recettori per
l'angiotensina II e rilasciano aldosterone
Le cellule dela zona fascicolata/reticolare esprimono gli enzimi steroidoidrolasi, che catalizzano la sintesi dei glucocorticoidi, e rilasciano
idrocortisone (cortisolo)
Sintesi degli ormoni della corteccia surrenale
Il precursore comune è il colesterolo
La conversione del colesterolo a
pregnenolone è la tappa limitante,
regolata dall'ACTH (sintesi ex novo)
Aldosterone
Estradiolo
Idrotestosterone
Cortisolo
(Idrocortisone)
REGOLAZIONE DELL'ASSE
IPOTALAMO-IPOFISI-SURRENE
Tre livelli di regolazione:
1. Ritmi circadiani della
steroidogenesi basale
pulsatile
Produzione giornaliera e livelli circolanti
Secrezione ottimale
Cortisolo
Aldosterone
10 mg/die
0,125 mg/die
16 microg/100 ml
4 microg/100 ml
0,01 microg/100 ml
0,01 microg/100 ml
Concentrazione plasmatica
08:00
16:00
Pattern Circadiano
Pattern Pulsatile
Pattern Circadiano
Pattern Pulsatile
Livelli
plasmatici
di GC
bassi
Livelli
plasmatici
di GC alti
REGOLAZIONE DELL'ASSE
IPOTALAMO-IPOFISI-SURRENE
STRESS
Tre livelli di regolazione:
1. Ritmi circadiani della
steroidogenesi basale
pulsatile
FEEDBACK
NEGATIVO
2. Regolazione a feedback
negativo da parte dei
corticosteroidi
3. Aumento della
steroidogenesi in seguito a
stress
Meccanismo d'azione dei glucocorticoidi:
Glucocorticoidi come fattori di trascrizione
GRE
glucocorticoid
responsive
element
Il recettore dei glucocorticoidi (GR)
NTD (N-terminal domain): con dominio di transattivazione AF-1 ligando
indipendente per interazione con molecole per iniziare la trascrizione
(coattivatori, modulatori della cromatina, RNA polimerasi II)
DBD (DNA-binding domain): con dominio di legame al DNA (zinc-finger zone)
e la GRE (glucocorticoid responsive element)
HG (hinge region): zone flessibile "a cerniera" implicata nella dimerizzazione
LBD (ligand-binding domain): lega i GC, contiene AF-2, secondo motivo di
transattivazione ligando-dipendente importante per dimerizzazione,
traslocazione nel nucleo e legame alle HSP
Il recettore dei glucocorticoidi (GR)
Il DBD è il dominio più altamente conservato all'interno della famiglia dei
recettori degli steroidi e contiene 2 motivi denominati zinc finger che
coordinano un atomo di zinco tramite quattro residui di cisteina (Cys)
Solo pochi AA sono responsabili del legame specifico alla GRE
Il recettore dei glucocorticoidi (GR)
Due isoforme omologhe da splicing alternativo, α e β
L'isoforma GRα funziona come fattore di trascrizione ligando-dipendente
L'isoforma GRβ non lega i GC, ha localizzazione nucleare costitutiva e
inibisce l'attività di GRα. L'espressione è indotta da fattori infiammatori
(TNF-alfa e IL-1) e contribuisce alla resistenza ai GC
Meccanismo d'azione dei glucocorticoidi
Transattivazione
Attivazione di geni di fattori
anti-infiammatori:
annexin-1 (lipocortin-1)
secretory leukoprotease inhibitor (SLPI)
interleukin-10 (IL-10)
inhibitor of nuclear factor-B (IB)
Transrepressione
Repressione di geni di fattori
pro-infiammatori
per inibizione dell'attività dei
fattori di trascrizione
Nuclear Factor kB (NF-kB)
Activator Protein-1 (AP-1)
[istone acetiltransferasi HAT]
Nuclear Factor kB (NF-kB):
il Master Switch nel controllo dell'infiammazione
Citochine
regolatori
chemochine
dell'apoptosi
recettori
fattori di
crescita
molecole
regolatrici
molecole di
adesione
Il fattore di trascrizione activator protein 1 (AP-1)
Citochine
Fattori di crescita
Dimero tra membri della
famiglia dei protoncogeni
JUN, FOS, ATF e MAF
leucine zipper motif
Proliferazione
Differenziazione
Sopravvivenza
Trasformazione
Meccanismo d'azione dei glucocorticoidi
meccanismi non-genomici
1: Interazione aspecifica con
la membrana cellulare
1
3
2: Interazione specifica con
recettori di membrana
3: Effetti mediati da recettori
citosolici (fosforilazione e
rilascio di annessina 1)
2
L'annessina 1 (ANXA1, lipocortina 1) è membro della famiglia delle
annessine che si legano a fosfolipidi di membrana in modo calciodipendente
L'espressione o l'attivazione di ANXA1 indotta dai GC determina:
1. Inibizione dell'espressione e/o attività di PLA2, iNOS e COX-2
2. Inibizione dela migrazione di neutrofili e monociti
3. Promozione dell'apoptosi di cellule infiammatorie (eat me)
Attivazione
paracrina
Monociti
Iuxtaattivazione
Attivazione
autocrina
Neutrofili
Relazione bidirezionale tra sistema
immunitario e l'asse Ipotalamo-Ipofisi-Surrene
⛔
I glucocorticoidi
endogeni
mantengono
sotto controllo la
risposta
infiammatoria,
prevenendone
un'eccessiva
attivazione
IL-1
IL-2
IL-6
TNF-alfa
IPOTALAMO
CRH
+
+
⛔
IPOFISI
ACTH
SISTEMA
IMMUNITARIO
linfociti, monociti,
neutrofili
SURRENE
⛔
Cortisolo
AZIONI REGOLATORIE DEI GLUCOCORTICOIDI
INFIAMMAZIONE E IMMUNITA'
Infiammazione acuta Ridotta attività e estravasazione di
neutrofili, macrofagi e mastociti
Infiammazione
cronica
Ridotta attività di monociti e fibroblasti,
ridotta angiogenesi, ridotta produzione
di collagene
Tissuti linfoidi
Riduzione della proliferazione di cellule
T e B e della secrezione di citochine
MEDIATORI
Ridotta produzione di citochine (interleuchine, TNF-alfa, GMCSF)
Ridotta produzione di eicosanoidi e di ossido nitrico
Ridotta produzione di IgG
Riduzione dei componenti del complemento nel sangue
Aumentato rilascio i fattori anti-infiammatori (IL-10 e
annessina 1)
Indicazioni terapeutiche
Patologie
infiammatorie
acute
Riniti acute, congiuntivite allergica,
reazioni allergiche gravi
Patologie
infiammatorie
croniche
Artrite reumatoide, asma bronchiale,
eczema, psoriasi, colite ulcerosa
Malattie
autoimmuni
Neoplasie
Rigetto di trapianti
Lupus eritematosus sistemico,
sindrome del colon irritabile
Leucemie (morbo di Hodgkin, leucemia
acuta linfocitica)
Riduzione dell'edema cerebrale da
metastasi o tumori primari
Affinità
relativa
Attività antiinfiammatoria
Ritenzione di
sodio
Durata
d'azione
(per os)
1
1
1
Breve
Profarmaco
0.8
0.8
Breve
Prednisolone
2.2
4
0.8
Intermedia
Triamcinolone
1.9
5
-
Intermedia
Dexametazone
7
27
Minima
Lunga
Butametazone
5.4
27
Minima
Lunga
Aldosterone
0.4
-
500
-
Fludrocortisone
3.5
15
150
Breve
Composto
Idrocortisone
Cortisone
VIE DI SOMMINISTRAZIONE:
orale, endovenosa, cutanea, polmonare,
intrarticolare
AZIONI METABOLICHE
CARBOIDRATI
Diminuito uptake e
utilizzo di glucosio
Aumentata
gluconeogenesi
➡ aumento dei
livelli ematici di
glucosio
PROTEINE
Aumentato
catabolismo
Diminuita sintesi
proteica
LIPIDI
Effetto permissivo
verso gli ormoni
lipolitici
(catecolamine) e
redistribuzione del
grasso
AZIONI REGOLATORIE
SISTEMA NERVOSO
Regolazione dell'eccitabilità neuronale
CENTRALE
Aumento del tono vasale e della
SISTEMA
contrattilità cardiaca
CARDIOVASCOLARE
Ritenzione di liquidi
Riduzione dell'attività osteoblastica e
SISTEMA MUSCOLOaumento di quella osteoclastica
SCHELETRICO
Ridotto assorbimento e aumentata
eliminazione di calcio
Mantenimento dalla forza muscolare
Effetti dei GLUCOCORTICOIDI
dopo trattamento prolungato:
esacerbazione delle azioni fisiologiche
Soppressione della risposta ad
infezioni o traumi
Infezioni opportunistiche
(candidiasi), ritardo della
guarigione di ferite, ulcera peptica
Edema, ipertensione
Ritenzione idro-salina
Scompenso cardiaco
Osteoporosi
Aumentato rischio di fratture,
necrosi della testa del femore
Iperglicemia e insulino-resistenza Diabete di tipo 2
Riduzione della massa muscolare Debolezza dei muscoli distali
Inibizione della crescita
Attività del sistema nervoso
centrale
Nei bambini per trattamenti
superiori ai 6 mesi
Euforia, depressione, psicosi
Sindrome di Cushing
Insufficenza surrenalica acuta
Se brusca sospensione
(soppressione della capacità di
sintesi di ormoni endogeni)
SINDROME DI CUSHING
Euforia, depressione
Ipertensione
Cataratta
Assottigliamento della cute
Assottigliamento degli arti
Aumento del grasso
addominale
Gobba di bufalo
Faccia a luna
Osteoporosi
Escoriazioni
Facilità alle infezioni
Glucocorticoidi e insulino-resistenza
Aumento dei livelli ematici di
acidi grassi liberi (FFA) per
• Aumentata conversione della
noradrenalina in adrenalina
(fenil etanolamina Nmetiltransferasi nel muscolo
scheletrico), che stimola la
lipasi ormono-sensibile nel
tessuto adiposo
• Up-regulation dei PPAR-gamma
che stimolano la lipolisi
• Inibizione della lipoprotein lipasi
e dell'uptake di FFA da parte
del tessuto adiposo
Riduzione dell'uptake di
glucosio nel muscolo
scheletrico per
• Ridotta translocazione di
GLUT4
• Inibizione della vasodilatazione
indotta dall'insulina via ossido
nitrico
Glucocorticoidi e depressione
Animali di controllo
Knockout dei recettori
nella corteccia frontale
L'attivazione dei recettori dei GC nella corteccia
frontale da stress determina rilascio di GC.
Il sistema a feedback negativo permette il ritorno
all'omeostasi
Perdita del feedback negativo
Livelli ematici elevati di GC
Comparsa di depressione
Test di soppressione con dexametazone e
Funzionalità dell'asse HPA
Controlli
Pazienti depressione
Glucocorticoidi e depressione
Condizioni BASALI:
⬇ ansia/depressione
⬆ serotonina nell'ippocampo
⬆ BDNF, NGF
⬆ Neurogenesi dell'ippocampo
Risposta allo STRESS:
⬇ attività dell'asse HPA
Cure parentali
adeguate
Traumi
Abuso
Stress
Ipotalamo
Condizioni BASALI:
⬆ ansia/depressione
⬆ CRF
⬇ volume dell'ippocampo
⬇ BDNF, NGF
⬇ Neurogenesi dell'ippocampo
Risposta allo STRESS:
⬆ attività dell'asse HPA
TRANSINIBIZIONE
TRANSATTIVAZIONE
Effetti anti- Inibizione di processi
cellulare
infiammatori dell'immunità
(migrazione) e umorale
(diminuzione TNFalfa,
COX-2)
Inibizione HPA
Reazioni
avverse
SEGRA
Selective
Glucocorticoid
Receptor
Agonist
Aumento di IkB e
lipocortina
Osteoporosi, ritardo della
crescita, atrofia della cute,
sindrome di Cushing
Diabete,
glaucoma
La resistenza ai glucocorticoidi
La resistenza ai GC geneticamente determinata è rara
(mutazioni sporadiche del recettore con ridotta
espressione, affinità per il ligando e traslocazione nucleare)
Circa 1/3 dei pazienti con asma, colite ulcerativa o lupus
sviluppano resistenza ai GC (meccanismi epigenetici?)
Resistenza indotta da
Alterazione dei ritmi di secrezione dei GS
1. Terapia prolungata con GC
2. Attivazione dell'asse HPA caratteristica degli stati
infiammatori cronici (malattie auto-immuni) o degli stati di
stress cronico (sleep apnea)
I protocolli di
trattamento con GC non
sono in grado di
riprodurre il pattern
pulsatile dei GC
endogeni
Il pattern pulsatile si
associa ad una
alternanza tra
trascrizione e
quiescenza (struttura
della cromatina,
proteine accessorie)
Livelli costanti, nonoscillatori, di GC
determinano continua
ed eccessiva
trascrizione
Aldosterone
Il principale mineralcorticoide endogeno
La sintesi ed il rilascio sono controllati principalmente
dall'angiotensina II e dai livelli extracellulari di potassio
("aldosterone escape")
La distribuzione tissutale del recettore dell'aldosterone è
ristretta a rene, colon, ghiandole salivari e sudoripare ed
ippocampo (regolazione del rilascio di ACTH)
Le cellule che contengono il recettore per i mineralcorticoidi
contengono anche l'enzima 11-beta idrossisteroide
deidrogenasi che inattiva l'idrocortisone (barriera enzimatica
all'attivazione da parte dell'idrocortisone)
Il recettore dei mineralcorticoidi
Il recettore MR e il GR presentano il 57% di omologia nel sito di
riconoscimento del ligando e il 94% nel DNA binding domain
Come il recettore GR, il
recettore MR è un fattore
di trascrizione e determina
aumento della sintesi di
canali del sodio nella parte
apicale della cellula e
della sodio/potassio
ATPasi nella membrana
basolaterale
Impieghi clinici:
Antagonisti del MR nel trattamento dell'ipertensione
Effetti negativi dell'aldosterone
Ritenzione di acqua e sodio
Angiotensinogeno
Perdita di Mg2+ e K+
Effetti ipertensivi centrali
Angiotensina I
Infiammazione vascolare
Effetto pro-trombotico
Fibrosi del miocardio
Angiotensina II
Aritmie ventricolare
Recettore AT1
Altri stimoli
Potenziamento delle catecolamine
Malattie cardiovascolari
Aldosterone
Antagonisti del recettore
dell'aldosterone
Ritenzione di acqua e sodio
Eplerenone
Rimodellamento strutturale
del sistema
cardiovascolare
Spironolattone
