Ricerche

Il filosofo romano Giovenale è stato il primo a notare il rapporto tra una mente sana e un corpo sano. Ora i risultati di un nuovo studio della Johns Hopkins rivelano la possibile spiegazione biochimica che sta dietro questa antica osservazione.

La ricerca, pubblicata oggi 12 gennaio in Proceedings of the National Academy of Sciences, rivela che una proteina già conosciuta come antidepressivo naturale (migliora l'apprendimento e la memoria, potenzia la crescita delle cellule nervose e nutre i vasi sanguigni), ha anche un ruolo centrale nel mantenimento della vitalità del muscolo cardiaco.

Gli esperimenti del team, condotti nei topi e in cellule cardiache cresciute in laboratorio, mostrano che questa proteina multi-tasking, un fattore nervoso di crescita chiamato BDNF (fattore neurotrofico derivato dal cervello), aiuta a sostenere la capacità delle cellule del muscolo cardiaco di contrarsi e rilassarsi correttamente.

I risultati rivelano che sia la carenza di BDNF, che l'insensibilità delle cellule alla presenza di BDNF, possono accelerare la disfunzione del muscolo cardiaco, soprattutto in condizioni di stress fisico cronico o ripetuto sul cuore, come nell'allenamento di resistenza o con pressione alta. In particolare, i ricercatori hanno monitorato il ruolo del BDNF in una cascata di eventi di segnalazione molecolare nelle cellule cardiache, la cui interruzione porta alla rottura del muscolo cardiaco.

Il gruppo di ricerca dice che i risultati, se saranno confermati negli esseri umani, potrebbero aprire la strada a nuovi trattamenti per alcune forme di scompenso cardiaco, una malattia che colpisce quasi 6 milioni di americani e più di 23 milioni di persone in tutto il mondo. Inoltre, a causa dei ben noti effetti antidepressivi del BDNF e il suo ruolo come potenziatore della salute delle cellule nervose, i gruppi di ricerca dicono che i risultati suggeriscono un possibile legame biochimico tra la depressione e le malattie cardiache, due disturbi che tendono a verificarsi di concerto, ma il cui rapporto era scarsamente compreso.

"I nostri risultati non sono solo un ricordo vivido della complessità stupefacente della chimica e della fisiologia del cuore, ma anche un esempio lampante della capacità di una singola proteina di agire su più fronti e interessare molti organi e funzioni", spiega l'investigatore principale Ning Feng, MD, PhD, docente di cardiologia alla Facoltà di Medicina dell'Università John Hopkins.

I risultati possono contribuire anche a chiarire i mezzi biologici che stanno dietro alle recenti (e inspiegabili) osservazioni che i pazienti con scompenso cardiaco, la cui funzione cardiaca peggiora durante lo sforzo fisico, hanno bassi livelli di BDNF nel sangue. "La nostra osservazione che il BDNF controlla direttamente la capacità delle cellule del muscolo cardiaco di «battere» correttamente offre una possibile spiegazione alla funzione cardiaca carente presente nelle persone con insufficienza cardiaca, in particolare durante l'esercizio fisico", dice l'autore senior Nazareno Paolocci, MD, PhD, assistente professore di medicina alla Scuola di Medicina dell'Università John Hopkins.

In una prima serie di esperimenti, gli scienziati hanno isolato delle cellule cardiache di roditori (sia con il cuore normale che malandato) in un piatto di laboratorio e le hanno esposte al BDNF. Le cellule del cuore normale hanno risposto contraendosi e rilassandosi con forza in presenza di BDNF, un fenomeno caratterizzato da picchi di flusso di calcio che attiva la contrazione delle cellule. Tuttavia, le cellule ottenute da un cuore malmesso, anche quando inondate di BDNF, hanno risposto debolmente o non hanno risposto del tutto.

Per determinare il motivo, il team si è concentrato sul recettore del BDNF, una molecola chiamata TrkB, situata sulla superficie delle cellule e responsabile della ricezione dei segnali chimici del BDNF e del trasmetterli all'interno della cellula. Rispetto alle cellule cardiache dei topi con cuore normale, le cellule cardiache malandate avevano una versione leggermente diversa del recettore TrkB, che produce meno proteina catalizzatrice responsabile dell'innesco della segnalazione critica all'interno della cellula cardiaca.

Questa versione leggermente sotto-performante del recettore è meno sensibile al BDNF, rendendo la cellula del cuore meno sensibile ad esso. Anche se questa variante di TrkB è abbastanza comune e non fa necessariamente presagire la malattia, essa può rendere le cellule del cuore dei portatori della versione alterata meno capaci di utilizzare il BDNF, dicono i ricercatori.

I topi progettati senza recettori TrkB nelle cellule cardiache sviluppano una funzionalità cardiaca compromessa. Il loro cuore si contrae male, pompa sangue meno efficientemente e richiede più tempo per rilassarsi dopo ogni battito. "Presi nell'insieme, questi risultati mostrano che qualsiasi anomalia nel modo in cui il BDNF comunica con il suo recettore sembra avviare una cascata di anomalie chimiche che alla fine porta ad una funzionalità cardiaca scadente", spiega Feng.

I ricercatori dicono che l'interruzione nella corretta segnalazione del BDNF-TrkB può spiegare anche che cosa provoca insufficienza cardiaca indotta dalla chemioterapia, un effetto collaterale grave e consolidato di alcuni trattamenti contro il cancro. Tali trattamenti comprendono sostanze che bloccano i vari recettori di fattori di crescita, compreso il TrkB, per fermare la crescita del tumore. E anche se questo approccio è fondamentale per allontanare la progressione del cancro, esso può anche inavvertitamente portare ad insufficienza cardiaca, interferendo con la capacità delle cellule cardiache di rispondere al BDNF circolante nel corpo.

Un altro dato importante, dicono i ricercatori, è che i topi senza recettori BDNF restano sensibili all'adrenalina, il neurotrasmettitore rilasciato durante le situazioni di lotta o fuga per infondere nel cuore l'energia supplementare necessaria per prestazioni cardiache di picco durante periodi di intensa attività fisica o emotiva. La scoperta, dicono gli scienziati, significa che il BDNF interessa la funzione cardiaca in modo indipendente e separatamente dall'adrenalina, fornendo di continuo il combustibile a basso livello per la contrazione cardiaca in condizioni normali, nei periodi prolungati di portata cardiaca leggermente elevata, come l'allenamento di resistenza.

"Proprio come un fuoco lento e costante può mantenere una pentola a cuocere a fuoco lento, i livelli costanti di BDNF sembrano mantenere la vitalità del muscolo cardiaco", spiega Paolocci.

I ricercatori sottolineano che i livelli bassi di BDNF da soli potrebbero non essere sufficienti a causare malattie cardiache immediate, ma la carenza cronica o l'insensibilità al BDNF, aggravata da ulteriori fattori fisiologici o patologici di stress, è uno dei colpevoli principali dell'alimentazione delle malattie. "In assenza di fattori di stress cronico, come l'ipertensione o un elevato carico di lavoro del muscolo cardiaco, la carenza di BDNF non può causare la malattia conclamata, ma potrebbe essere la goccia che porta ad un «cuore spezzato»", dice Paolocci.

Fonte:  Johns Hopkins Medicine via Newswise (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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