Acido docosaesaenoico

Acido docosaesaenoico: contenuti in breve

Struttura chimica dell’acido docosaesaenoico

L’acido docosaesaenoico o DHA, acronimo dell’inglese docosahexaenoic acid, è un acido grasso polinsaturo o PUFA a ventidue atomi di carbonio e sei doppi legami tutti in configurazione cis (Z). Rispetto all’estremità  metilica, il primo doppio legame è in posizione 3, dunque la molecola appartiene al gruppo degli acidi grassi polinsaturi omega-3 o n-3. In notazione shorthand viene indicato come 22:6n-3.
Al pari di altri acidi grassi come l’acido arachidonico e l’acido eicosapentaenoico o EPA, acronimo dell’inglese eicosapentaenoic acid, è anche un membro del sottogruppo degli “acidi grassi a catena molto lunga”, ossia quelli il cui scheletro carbonioso è composto da 20 o più atomi di carbonio.

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Proprietà dell’acido docosaesaenoico

Acido docosaesaenoico
Fig. 1 – DHA

Peso molecolare: 328,496 g/mol
Formula molecolare: C22H32O2
Punto di ebollizione: non disponibile
Punto di fusione: -44 °C (-47 °F; 229 K)
Nome IUPAC: acido (4Z,7Z,10Z,13Z,16Z,19Z)-docosa-4,7,10,13,16,19-esaenoico
Numero CAS: 6217-54-5
PubChem: 445580

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Sinonimi dell’acido docosaesaenoico

Acido cervonico
DHA
22:6n-3

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Metabolismo dell’acido docosaesaenoico

Acido docosaesaenoico
Fig. 2 – Posizione sn dei Fosfolipidi

L’acido docosaesaenoico è, tra gli acidi grassi insaturi presenti nel corpo umano in quantità consistente, quello con la catena carboniosa più lunga ed il maggior numero di doppi legami.
Nella maggior parte delle membrane cellulari si accumula di preferenza nei due principali fosfolipidi amminici e strutturali ossia fosfatidiletanolammina, e, in misura minore, fosfatidilcolina. Tuttavia questa “regola” non vale per tutte le cellule; ad esempio nelle membrane dei neuroni elevate concentrazioni sono presenti nella fosfatidilserina, un fosfolipide non strutturale.
All’interno dei fosfolipidi di membrana l’acido docosaesaenoico, al pari degli altri PUFA, si ritrova per la maggior parte in posizione sn-2, mentre la posizione sn-1 è occupata in prevalenza da acidi grassi saturi, in particolare gli acidi stearico e palmitico.
L’acido docosaesaenoico può avere due origini:

  • può essere assunto preformato con la dieta;
  • può essere sintetizzato de novo.

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Sintesi de novo dell’acido docosaesaenoico

Acido docosaesaenoico
Fig. 3 – Sintesi de Novo del DHA

Il DHA, al pari dell’acido arachidonico, può essere sintetizzato solo a partire da precursori assunti con la dieta. Di seguito verrà analizzata la sua via di sintesi dall’acido α-linolenico, un acido grasso essenziale, attraverso una serie di sette reazioni. In questa via metabolica si incontreranno tutti gli altri possibili precursori.
Le prime sei reazioni, allungamenti e desaturazioni della catena carboniosa, si verificano nel reticolo endoplasmatico mentre l’ultima, una β-ossidazione, nei perossisomi.

  • Nella prima reazione l’acido α-linolenico è desaturato ad acido stearidonico (18:4n-3) nella reazione catalizzata dalla Δ6-desaturasi (EC 1.14.19.3), enzima che necessita della presenza di zinco, magnesio e piridossina come cofattori.
  • Nella seconda reazione l’acido stearidonico è allungato ad acido eicosatetraenoico (20:4n-3) nella reazione catalizzata dalla elongasi 5 (EC 2.3.1.199, al pari delle altre elongasi dalla 1 alla 7).
  • L’acido eicosatetraenoico è desaturato ad acido eicosapentaenoico (20:5n-3), nella reazione catalizzata dalla Δ5-desaturasi (E.C. 1.14.19.44).
  • EPA è quindi allungato ad acido n-3 docosapentaenoico o DPA, acronimo dell’inglese docosapentaenoic acid (22:5n-3), nella reazione catalizzata dalla elongasi 5 e/o dalla elongasi 2 (il punto non è ancora chiaro, ossia se una od entrambe le elongasi catalizzino la suddetta reazione di allungamento).
  • DPA viene allungato a dare l’acido n-3 tetracosapentaenoico (24:5n-3), nella reazione catalizzata dalla elongasi 2.
  • Segue la desaturazione dell’acido n-3 tetracosapentaenoico, catalizzata dalla Δ6-desaturasi, a dare l’acido n-3 tetracosaesaenoico (24:6n-3).
  • L’acido n-3 tetracosaesaenoico lascia il reticolo endoplasmatico ed è trasferito nei perossisomi dove subisce la rimozione, attraverso β-ossidazione, di due atomi di carbonio a dare l’acido docosaesaenoico.

Il DHA neoformato lascia i perossisomi, torna nel reticolo endoplasmatico dove viene incorporato nei fosfolipidi di membrana.
Nell’uomo, la percentuale di conversione dell’acido α-linolenico in DHA  sembra essere molto bassa, oscillando dallo 0% al 4%. Tuttavia valori maggiori, sino al 9%, sono stati ritrovati nelle giovani donne, forse per azione degli estrogeni sulla Δ6-desaturasi.

Nota: in alcune microalghe marine, come quelle appartenenti ai generi Pavlova e Isochrysis, in un eucariote inferiore marino ed eterotrofo, Thraustochyrium sp., e nel pesce teleosteo marino erbivoro, Siganus canaliculatus, è presente una Δ4-desaturasi che consente di sintetizzare l’acido docosaesaenoico direttamente dal 22:5n3.

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Regolazione della sintesi dell’acido docosaesaenoico

La sintesi de novo del DHA è influenzata sia da fattori che modificano l’attività catalitica di alcuni tra enzimi coinvolti, sia dalla competizione per gli enzimi da parte di PUFA differenti.

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Δ6-desaturasi

La Δ6-desaturasi catalizza sia l’ossidazione dell’acido α-linolenico ad acido stearidonico, che rappresenta il passaggio limitante dell’intera via, che del 24:5n-3 in 24:6n-3, il precursore diretto del DHA (vedi Fig. 3).
L’enzima, al pari della Δ5-desaturasi, è inibito dal colesterolo, dagli acidi grassi saturi e trans, dall’alcol, dai glucocorticoidi, e dall’adrenalina. E l’attività di entrambe le desaturasi e ridotta anche in caso di diabete mellito, iperlipidemia, ipertensione e sindrome metabolica.
Anche la carenza di proteine ed il digiuno totale riducono l’attività della Δ6-desaturasi, mentre la parziale restrizione calorica e l’insulina la aumentano.
Infine, la competizione tra acido α-linolenico e il 24:5n-3 per l’enzima potrebbe spiegare la riduzione nei livelli di acido docosaesaenoico osservati a seguito assunzioni di acido α-linolenico oltre certi valori.

Nota: negli esseri umani le attività della Δ5-desaturasi e della Δ6-desaturasi sono basse, con Δ5-desaturasi > Δ6-desaturasi, per cui la conversione dell’acido α-linolenico e dell’acido linoleico nei rispettivi metaboliti potrebbe essere inadeguata alle richieste in determinate condizioni, come la vecchiaia e le malattie.

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Elongasi 2

La seconda reazione di allungamento catalizzata dalla elongasi 2, da DPA a 24:5n-3 (vedi Fig. 3), sembra saturarsi quando l’acido α-linolenico, l’acido stearidonico o l’EPA sono forniti con la dieta, il che suggerisce che l’enzima potrebbe avere un ruolo cruciale nel definire se la sintesi di DHA possa essere incrementata attraverso la dieta

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Competizione tra omega-3, omega-6 ed omega-9

Gli acidi α-linolenico, linoleico ed oleico sono metabolizzati dallo stesso set di desaturasi, Δ5-desaturasi e Δ6-desaturasi, e di elongasi, elongasi 2 ed elongasi 5. Esiste dunque una competizione per questi enzimi tra le tre serie di acidi grassi polinsaturi derivati, ossia omega-3, omega-6 ed omega-9. Tuttavia sembra che i substrati preferenzialmente metabolizzati siano gli omega-3, rispetto agli omega-6, e gli omega-6 rispetto agli omega-9, dunque con una sequenza di preferenza omega-3 > omega-6 > omega-9.
Va comunque sottolineato che nella dieta Occidentale, come anche nei tessuti, l’acido linoleico è molto più abbondante dell’acido α-linolenico.

Nota: in condizioni fisiologiche, i metaboliti della serie omega-9 sono sintetizzati in quantità minime, insignificanti. Questo ha una grande importanza in quanto la presenza in circolo di elevate quantità di 20:3n-9 indica che è in corso una deficienza di omega-3 ed omega-6, ossia una deficienza di acidi grassi essenziali.

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Dove viene sintetizzato l’acido docosaesaenoico

Il sito principale per la sintesi del DHA è il fegato.
La molecola neosintetizzata, a seguito della sua secrezione nel torrente circolatorio, diviene disponibile per l’uptake da parte degli altri organi, quali ad esempio il cervello. Tra le cellule nervose, ossia neuroni, astrociti, microglia ed oligodendrociti, solamente gli astrociti hanno la capacità di sintetizzare l’acido docosaesaenoico, mentre i neuroni, che sono le cellule in cui si verifica l’accumulo della molecola (vedi paragrafo successivo), non lo sono mancando delle desaturasi.
Negli astrociti la capacità di sintesi dell’acido docosaesaenoico è influenzata negativamente dalla disponibilità della molecola preformata. Quindi, nel momento in cui l’apporto dell’acido grasso con la circolazione è adeguato, la loro attività biosintetica è una fonte quantitativamente minore per il suo accumulo nel cervello.
Infine va notato che le cellule dell’endotelio microvascolare cerebrale, sebbene siano in grado di allungare e desaturare gli acidi grassi a catena più corta (18 C), mancano della capacità di portare a termine l’ultimo passaggio di desaturazione nella sintesi sia del DHA che del 22:5n-6.

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Distribuzione tissutale dell’acido docosaesaenoico

Il DHA non è distribuito in modo omogeneo nei diversi tessuti e cellule che, sulla base della quantità contenuta, possono essere suddivise in due categorie.

  • Ci sono cellule e tessuti che ne contengono elevate quantità, spesso fino a quasi il 50% delle moli di tutte le catene aciliche. Esempi sono il segmento esterno dei bastoncelli della retina, lo sperma ed i neuroni. Queste cellule contengono talmente tanto acido docosaesaenoico che nelle loro membrane sono comuni fosfolipidi in cui la molecola è presente non solo in posizione sn-2 ma anche in sn-1. E va notato che in queste sedi i livelli di acido docosaesaenoico non sono influenzati dalla dieta.
    Il DHA è l’acido grasso polinsaturo più abbondante nel cervello, e numerosi studi sottolineano che tali livelli sono essenziali per una ottimale funzione dei neuroni e della retina. L’aumento del suo contenuto si verifica durante il periodo di sviluppo, in particolare grazie alla molecola di derivazione dietetica o sintetizzata nel fegato. Tuttavia, come visto, può avvenire anche una certa sintesi negli astrociti.
  • Ci sono poi cellule e tessuti che ne contengono normalmente meno di alcune moli percentuali di tutte le catene aciliche. In queste sedi l’acido docosaesaenoico si trova prevalentemente in posizione sn-2 dei fosfolipidi, non essendo presente in quantità sufficiente da determinare l’esterificazione anche in posizione sn-1.
    E, a differenza di quanto visto nel punto  precedente, in queste sedi i suoi livelli possono essere modificati dalla dieta, per cui è probabile che i benefici per la salute associati all’assunzione della molecola originino da questi tessuti.

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Metaboliti dell’acido docosaesaenoico

L’idea che il DHA potesse apportare benefici alla salute dell’uomo seguì i lavori di Hans Olaf Bang e Jorn Dyerberg i quali nei primi anni ’70 dello scorso secolo ricercavano quale fosse la ragione per cui le malattie trombotiche, ed in particolare la cardiopatia ischemica, fossero così rare negli eschimesi della Groenlandia. Secondo gli autori, la ragione era da ricercare nella dieta a base di pesce consumata da queste popolazioni, ricca in DHA ed EPA, entrambe rinvenuti in buone quantità nel sangue di questi soggetti.
Queste osservazioni iniziali hanno dato il via a ricerche epidemiologiche, su culture cellulari, come anche a studi di alimentazione condotti sia su animali che sull’uomo, alla ricerca del legame tra i livelli di DHA, e di EPA, e la nostra salute.
L’acido docosaesaenoico è stato coinvolto praticamente in ogni genere di malattia; benefici sono stati attribuiti sul cancro, malattie cardiache, funzioni neuronali, problemi immunitari, invecchiamento ma anche altre condizioni quali emicrania, fertilità dello sperma e malaria. Quindi problemi apparentemente non correlati; e proprio questa versatilità suggerisce che l’azione della molecola si svolga ad un livello base, comune a molti tipi cellulari.

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Meccanismo d’azione dell’acido docosaesaenoico: le SPMs

Il DHA può apportare benefici alla salute agendo in due modi: come tale o attraverso i suoi metaboliti, di cui ne sono stati descritti al momento oltre 70.
E’ stata infatti fornita una prima spiegazione a livello molecolare per i numerosi effetti salutari attribuiti a questo acido grasso, come anche ad EPA, DPA, differente da una sua azione diretta.
E’ stata cioè descritta una nuova classe di potenti mediatori lipidici indicata come SPMs, acronimo dell’inglese  specialized pro-resolving mediators. Tali molecole sono state coinvolte nella risoluzione attiva dell’infiammazione, nella riduzione del dolore, nella difesa dell’ospite e nella protezione dell’organo dal danno derivante da ischemia-riperfusione.

Acido docosaesaenoico
Fig. 4 – Mediatori Proinfiammatori ed SMPs

Sono sintetizzate nel sito di infiammazione o di danno tissutale attraverso reazioni catalizzate da enzimi, prodotte in piccole quantità, alcune collegate ad uno specifico tessuto o tipo cellulare come le Maresine nei macrofagi (vedi sotto), altre la cui sintesi invece coinvolge più di un tipo cellulare (si parla pertanto di sintesi trans cellulare).
Le SPMs sono in grado di regolare in modo potente l’attività delle cellule bersaglio. Ad esempio nel caso dell’azione sull’infiammazione, a seguito del legame a specifici recettori cellulari, regolano l’infiltrazione dei neutrofili, la produzione di citochine e chemochine e la clearence dei neutrofili apoptotici da parte dei macrofagi, promuovendo in questo modo il ritorno all’omeostasi tissutale.
Le SPMs comprendono quattro famiglie di mediatori lipidici di seguito riassunti.

  • Lipossine, le prime SPMs ad essere scoperte, sintetizzate dall’acido arachidonico.
  • Maresine, Protectine e Resolvine, sintetizzate a partire da EPA, DPA ed acido docosaesaenoico, scoperte solo di recente.

Degno di nota è il fatto che mentre l’acido arachidonico è il precursore sia di mediatori lipidici pro-infiammatori, che sono stati scoperti assai prima rispetto alle SPMs, che favorenti la risoluzione dell’infiammazione, EPA, DPA e DHA sono precursori di mediatori con azione anti-infiammatoria e citoprotettiva.
E la sintesi di questi mediatori segue un preciso schema temporale. Nell’infiammazione acuta è infatti possibile individuare una fase proinfiammatoria, caratterizzata dalla sintesi di leucotrieni e prostaglandine dall’acido arachidonico, e una successiva fase di risoluzione, nella quale sono sintetizzate Lipossine, Maresine, Protectine e Resolvine.

Il DHA può anche andare incontro ad una perossidazione mediata da radicali liberi a formare metaboliti, quali i Neuroprostani ed i Neurochetali, che possono essere prodotti ed agire praticamente ovunque e a varie concentrazioni.

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Acido docosaesaenoico e fosfolipasi A2 secretorie

L’acido docosaesaenoico presente nel sito della lesione può essere quello derivante dal torrente circolatorio o quello rilasciato dai fosfolipidi di membrana delle cellule coinvolte.
La quantità di DHA presente nel sangue intero di soggetti sani è modesta, rappresentando l’1,3-5% del totale degli acidi grassi, variazioni attribuibili alla differenza nell’apporto con l’alimentazione. La molecola circolante nel plasma raggiunge, entro pochi minuti dal danno iniziale, la sede della lesione, lascia il torrente circolatorio ed è quindi disponibili per la conversione enzimatica in Maresine, Resolvine e Protectine, che andranno ad interagire con le cellule immunitari presenti in loco.
Il rilascio del DHA dai fosfolipidi di membrana è invece dovuto all’attività idrolitica delle fosfolipasi A2 secretorie (analoghe considerazioni valgono anche per EPA, DPA ed acido arachidonico).
Le fosfolipasi A2 (EC 3.1.1.4) sono una famiglia di idrolasi composta, nei mammiferi, da oltre 30 differenti enzimi, la cui attivazione è conseguenza dello specifico stimolo a carico della cellula bersaglio.
Le fosfolipasi A2 secretorie sono una sottofamiglia che comprende circa un terzo di tutte le fosfolipasi A2, e che catalizzano anche il rilascio dei PUFA dai fosfolipidi di membrana.

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LOX, COX-2, sEH, CYP, GST, GGT e dipeptidasi

Di seguito una breve descrizione dei più importanti enzimi coinvolti nel metabolismo dell’acido docosaesaenoico successivi all’azione delle fosfolipasi A2 secretorie, enzimi che operano uno stretto controllo stereochimico.

  • Lipossigenasi
    Sono tra i principali enzimi coinvolti e catalizzano la formazione di idroperossidi attraverso l’inserzione dell’ossigeno in configurazione S. Nello specifico si tratta della 5-lipossogenasi o 5-LOX (EC 1.13.11.34), 12-lipossigenasi o 12-LOX (EC 1.13.11.31) e 15-lipossigenasi o 15-LOX (EC 1.13.11.33).
    Da notare che la 5-lipossigenasi e la 12-lipossigenasi posseggono anche un’attività generante epossidi.
  • Ciclossigenasi 2
    La ciclossigenasi-2 o COX-2 o prostaglandina-endoperossido sintasi 2, assieme alla COX-1, è una delle due isoforme delle ciclossigenasi, enzimi capaci di catalizzare la sintesi di endoperossidi (per entrambe EC 1.14.99.1).
    L’attività dei due enzimi è influenzata dall’aspirina, che causa l’acetilazione irreversibile di un residuo di serina presente nel sito attivo. L’acetilazione di COX-1 ne provoca il blocco dell’attività enzimatica, inibendo così la sintesi di trombossani e prostaglandine nelle cellule che posseggono queste vie biosintetiche.
    Al contrario, l’acetilazione della COX-2 non causa il blocco totale dell’attività: l’enzima perde l’attività ciclossigenasica, ma acquisisce un’attività simile a quella della 15-lipossigenasi. Infatti la proteina acetilata, al pari del citocromo P450 (vedi sotto), catalizza inserzione dell’ossigeno in posizione 17, ma con stereochimica opposta rispetto alle lipossigenasi, ossia R anzichè S. Pertanto il prodotto della sua reazione è il 17R-idroperossi-DHA e non il 17S-idroperossi-DHA (vedi sotto).
  • Epossido idrolasi solubile
    L’enzima, anche indicato come sEH (EC 3.3.2.10), acronimo dell’inglese soluble epoxide hydrolase, nei mammiferi è in grado di idrolizzare un ampio spettro di epossidi.
  • Citocromo P450
    Diversi componenti della superfamiglia del citocromo P450, o CYP o P450, intervengono nel metabolismo dell’acido docosaesaenoico.
    Le isoforme appartenenti alle famiglie 1, 2 e 3 sono prevalentemente epossigenasi, in grado di agire anche sull’acido arachidonico e sull’EPA, mentre le isoforme appartenenti alla famiglia 4 sono principalmente omega-idrossilasi.
  • Altri enzimi coinvolti sono alcuni membri della famiglia delle glutatione S-transferasi o GST (EC 2.5.1.18), la gamma-glutamil transferasi o GGT (EC 2.3.2.2), e dipeptidasi.

Di seguito una rassegna dei principali componenti delle famiglie delle Maresine, Protectine e Resolvine della serie D.

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Acido docosaesaenoico e Maresine

Le Maresine, il cui nome deriva dall’inglese macrophage mediators in resolving inflammation, sono una famiglia di molecole con attività analgesica, coinvolte nella risoluzione dell’infiammazione e nella rigenerazione tissutale.
Sono prodotte per lo più nei macrofagi attraverso vie di sintesi differenti che hanno però in comune il primo passaggio: l’ossigenazione dell’acido docosaesaenoico in posizione 14, in una reazione catalizzata dalla 12-lipossigenasi. Il prodotto della suddetta reazione è l’intermedio idroperossidico 14S-idroperossi-DHA o 14S-HpDHA o acido 14S-idroperossi-4Z,7Z,10Z,12E,16Z,19Z-docosaesaenoico.

Acido docosaesaenoico
Fig. 5 -14S-Idroperossi-DHA

Nota: la 12-lipossigenasi dei macrofagi umani converte anche l’acido arachidonico nel corrispondente 14S-idroperossido (98%), con una efficienza praticamente equivalente a quella della conversione del DHA in 14S-idroperossi-DHA.

Di seguito alcuni esempi di Maresine.

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Maresina 1
Acido docosaesaenoico
Fig. 6 – Maresina 1

La Maresina 1 o MaR1 o 7R,14S-diHDHA o acido 7R,14S-diidrossi-Z,8E,10E,12Z,16Z,19Z-docosaesaenoico presenta un triene coniugato E,E,Z, all’interno dei sei doppi legami.
MaR1 è stata il primo membro di questa famiglia ad essere identificato ed è il prodotto di una via che si compone di tre passaggi, di cui il primo è stato analizzato nel paragrafo precedente.
Nel secondo passaggio si verifica una epossidazione catalizzata dalla 12-lipossigenasi, con formazione di un 13-14 epossido, la 13S,14S-epossimaresina o 13S,14S-eMaR, o 13S,14S-epossi-DHA, o acido 13S,14S-epossi-4Z,7Z,9E,11E,16Z,19Z-docosaesaenoico, molecola centrale anche nella biosintesi della maresina 2 ed MCTR1, MCTR3, MCTR3 (vedi sotto).
L’epossido va di seguito incontro ad una idrolisi enzimatica che porta all’introduzione di un gruppo idrossilico in posizione 7 assieme ad un riarrangiamento dei doppi legami con formazione della Maresina 1.
La molecola è presente anche negli invertebrati inferiori, come i Platelminti, il che suggerisce che la sua struttura e funzione siano state conservate nel corso dell’evoluzione.

Il 14S-HpDHA può subire una seconda ossigenazione catalizzata dalla 5-lipossigenasi, con formazione del 7S,14S-diidrossi-DHA (E,Z,E), un isomero della Maresina 1.

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Maresina 2
Acido docosaesaenoico
Fig. 7 – Maresina 2

La Maresina 2 o MaR2 o 13R,14S-diHDHA o acido 13R,14S-diidrossi-4Z,7Z,9E,11E,16Z,19Z-docosaesaenoico, viene sintetizzata dall’intermedio 13S,14S-epossimaresina (vedi sopra) in una reazione catalizzata dalla sEH.
Al pari della Maresina 1 presenta un triene coniugato, ma stavolta con geometria Z,E,E.

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MCTR1, MCTR3, MCTR3

Dalla 13S,14S-epossimaresina può anche derivare la famiglia di molecole detta MCTR, acronimo dell’inglese Maresin conjugates in tissue regeneration.

Acido docosaesaenoico
Fig. 8 – MCTR

Il primo componente ad essere sintetizzato è MCTR1 o 13R-glutationil,14S-HDHA o acido 13R-glutationil,14S-idrossi-4Z,7Z,9E,11E,13R,14S,16Z,19Z-docosaesaenoico, in una reazione in cui il 13S,14S-eMar reagisce con il glutatione. La reazione può essere catalizzata da due enzimi appartenenti alla famiglia delle glutatione S-transferasi: la leucotriene C4 sintetasi o LTC4S e la GSTM4.
La gamma-glutamil transferasi, il secondo enzima ad intervenire nella via di sintesi delle MCTR, catalizza la rimozione della porzione γ-glutammilica di MCTR1 con formazione di MCTR2 o 13R-cisteinilglicinil,14S-HDHA oacido 13R-cisteinilglicinil,14S-idrossi-
4Z,7Z,9E,11E,13R,14S,16Z,19Z-docosaesaenoico.
Infine, nella reazione catalizzata da una dipeptidasi, viene scisso il legame tra i residui di cisteina e glicina di MCTR2 con formazione del terzo membro della famiglia: MCTR3 o 13R-cisteinil,14S-HDHA o acido 13R-cisteinil,14S-idrossi-4Z,7Z,9E,11E,13R,14S,16Z,19Z-docosaesaenoico.
Le molecole appartenenti a questa famiglia, al pari della Maresina 2, presentano un triene coniugato Z,E,E.

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Maresina-L1 e Maresina-L2

Spostandosi dai macrofagi alle piastrine e leucociti, è stata osservata la produzione di derivati dell’acido docosaesaenoico definiti Maresin-like lipid mediators, in italiano Maresine-L, in particolare la Maresina-L1 o 14S-22-diHDHA o acido 14S,22-diidrossi-4Z,7Z,10Z,12E,16Z,19Z-docosaesaenoico, e la Maresina-L2 o 14R,22-diHDHA o acido 14R,22-diidrossi-4Z,7Z,10Z,12E,16Z,19Z-docosaesaenoico.

Acido docosaesaenoico
Fig. 9 – Maresina-L1 e Maresina-L2

Di seguito sono descritte le vie di sintesi delle due molecole.

  • Maresina-L1
    L’intermedio 14S-idroperossi-DHA è convertito in 14S-HDHA, in una reazione catalizzata da una perossidasi.
    Nel passaggio successivo il 14S-HDHA subisce una ossidazione in posizione 22 catalizzata da enzimi appartenenti alla famiglia del citocromo P450, con formazione della Maresina-L1.
  • Maresina-L2
    Grazie alle attività del citocromo P450, l’acido docosaesaenoico può anche essere convertito in 14R-HDHA che a sua volta può subire un’idrossilazione in posizione 22, sempre ad opera del citocromo P450, a dare la Maresina-L2.

Infine dall’azione del citocromo P450 sul 14S-HDHA e 14R-HDHA si vengono a formare prodotti ossidati in n-1 quali rispettivamente: 14S,21S-diHDHA, 14S,21R-diHDHA, e 14R,21S-diHDHA e 14R,21R-diHDHA.

L’azione del citocromo P450 sul 14S-HDHA porta anche alla formazione del 14S,20R-diHDHA.

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Acido docosaesaenoico e Protectine

Sono state scoperte nel tessuto cerebrale nel corso di studi sulla formazione dei metaboliti dell’acido docosaesaenoico in risposta al trattamento con aspirina, da cui l’iniziale nome di Neuroprotectine. In realtà la loro produzione, come la loro azione, non è ristretta al tessuto neuronale, per cui è stato preferito il nome di Protectine.
Sono molecole che, come il DHA posseggono sei doppi legami; e, al pari dei leucotrieni e di diverse Maresine, tre di questi doppi legami, quelli in posizione 11, 13 e 15, sono coniugati a dare un triene coniugato.
Un’altra caratteristica distintiva è il gruppo idrossilico in posizione 17, presente anche nelle Resolvine della serie D (vedi sotto).

Acido docosaesaenoico
Fig. 10 – 17S-Idroperossi-DHA

La loro struttura è altamente conservata dai pesci sino agli esseri umani.
Di seguito alcuni esempi di Protectine.

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Protectina D1
Acido docosaesaenoico
Fig. 11 – Protectina D1

Il componente più noto della famiglia è la Protectina D1, anche detta PD1, 10R,17S-diHDHA, o acido-10R,17S-diidrossi-4Z,7Z,11E,13E,15Z,19Z-docosaesaenoico.
La molecola viene sintetizzata dal DHA attraverso una via metabolica che si compone di tre passaggi.
Nel primo, catalizzato dalla 15-lipossigenasi, viene prodotto, in comune alla sintesi delle Resolvine della serie D (vedi sotto) il 17S-idroperossi-DHA o 17S-HpDHA o acido 17S-idroperossi-4Z,7Z,10Z,13Z,15E,19Z-docosaesaenoco (vedi fig. 10).
Nel secondo passaggio, il 17S-HpDHA subisce una epossidazione enzimatica a dare 16S,17S-epossi-DHA o acido 16S,17S-epossi-4Z,7Z,10Z,12E,14E,19Z-docosaesaenoico.
Nell’ultimo passaggio, l’idrolisi del 16S,17S-epossi-DHA porta alla formazione della PD1. La reazione è catalizzata dalla sEH, enzima che consente l’ottenimento della corretta geometria dei doppi legami coniugati, ossia trans, trans, cis (11E,13E,15Z).

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PCTR1, PCTR2, PCTR3

Similmente a quanto visto per le Maresine, e di seguito per le Resolvine della serie D, anche le Protectine possono reagire con il glutatione a dare la famiglia di molecole detta PCTR, acronimo dell’inglese  Protectin conjugates in tissue regeneration.

Acido docosaesaenoico
Fig. 12 – PCTR

Il primo componente ad essere sintetizzato è PCTR1 o 16R-glutationil-17S-HDHA o acido 16R-glutationil, 17S-idrossi-4Z,7Z,10Z,12E,14E,19Z-docosaesaenoico, in una reazione catalizzata dalla GST, in cui il 16S,17S-epossi-DHA reagisce con il glutatione.
Nel passaggio successivo la gamma-glutamil transferasi catalizza la conversione di PCTR1 in PCTR2 o 16R-cisteinilglicinil,17S-HDHA acido 16R-cisteinilglicinil,17S-idrossi-4Z,7Z,10Z,12Z,14E,19Z-docosaesanoico.
Infine nell’ultimo passaggio, catalizzato da una dipeptidasi, PCTR2 è convertito in PCTR3 o 16R-cisteinil,17S-HDHA o acido 16R-cisteinil,17S-idrossi-4Z,7Z,10Z,12E,14E,19Z-docosaesaenoico.

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Protectina X
Acido docosaesaenoico
Fig. 13 – Protectina X

La Protectina X, anche detta PDX o  10S,17S-diidrossi-DHA o 10S,17S-diHDHA o acido 10S,17S-diidrossidocosa-4Z,7Z,11E,13Z,15E,19Z-enoico, è un isomero di PD1. La differenza tra le due molecole risiede nella:

  • geometria del triene, E,E,Z per PD1 e E,Z,E per PDX;
  • configurazione del carbonio 10: R in PD1 e S in PDX.

La via di sintesi di PDX si compone di alcune tappe ed ha in comune con la sintesi di PD1 l’intermedio 17S-idroperossi-DHA.
Nel primo passaggio esclusivo della via di sintesi di PDX,  il 17S-idroperossi-DHA va incontro ad una doppia reazione di di-ossigenazione catalizzata dalla 5-lipossigenasi, a dare PDX.
Nota: PDX è meno attiva della PD1.

Il 16S,17S-epossi-DHA può andare incontro ad un altro destino, l’idrolisi non enzimatica a dare una miscela racemica di due prodotti minori, il 16R/S,17S-diHDHA ed il 10R/S,17S-diHDHA.

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Aspirina e Protectine

Una via addizionale per la sintesi delle Protectine è conseguente all’assunzione di aspirina, ossia di acido acetilsalicilico, e al suo effetto sull’attività catalitica di COX-2, come visto in precedenza. L’enzima acetilato catalizza infatti l’inserzione dell’ossigeno in posizione 17 dell’acido docosaesaenoico ma con stereochimica R anziché S. Pertanto il DHA viene convertito non in 17S-HpDHA ma in 17R-HpDHA, e tutte le Protectine da esso derivate, definite AT-protectine e sintetizzate secondo le vie metaboliche descritte nei paragrafi precedenti, avranno la stessa stereochimica 17R.

Esempi sono:

  • la AT-PD1;
  • la miscela racemica composta da 10R/S,17R-diHDHA e 16R/S,17R-diHDHA;
  • la 10S,17R-diHDHA.

Nota: quando il substrato della COX-2 è l’acido arachidonico, si viene a produrre il 15R-HETE che è convertito in Lipossine, i mediatori lipidici che per primi danno inizio al processo di risoluzione dell’infiammazione.

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Acido docosaesaenoico e Resolvine della serie D

Le Resolvine della serie D sono una famiglia di molecole composta da sei membri, indicati come RvD1-RvD6, o in generale RvD, dove la lettera D deriva da acido docosaesaenoico. Posseggono potente attività antiinfiammatoria, neuroprotettiva e favorente la risoluzione attiva dell’infiammazione.

Acido docosaesaenoico
Fig. 14 – Resolvine della Serie D

Le Resolvine della serie D posseggono sei doppi legami di cui, nelle RvD1 e RvD2, quattro sono coniugati a formare il tetraene coniugato E,E,Z,E ed E,Z,E,E rispettivamente.
Altra caratteristica distintiva è quella di essere, con l’esclusione di RvD5 ed RvD6, molecole triidrossilate. Inoltre, al pari delle Protectine (vedi sopra), presentano un gruppo idrossilico in posizione 17, anche in questo caso introdotto nella reazione catalizzata dalla 15-lipossigenasi. Dunque la via di sintesi delle Resolvine della serie D condivide con quella delle Protectine la prima tappa, la sintesi dell’intermedio 17S-idrossiperossi-DHA (vedi sopra).
Di seguito sono analizzati i successivi passaggi che portano alla sintesi dei sei differenti tipi di Resolvine.

  • Il 17S-idroperossi-DHA è ridotto a 17S-idrossi-DHA, in una reazione catalizzata da una perossidasi.
  • Il 17S-idrossi-DHA viene convertito rispettivamente in 4S-idroperossi,17S-idrossi-DHA e 7S-idroperossi,17S-idrossi-DHA, in una reazione catalizzata dalla 5-lipossigenasi.
  • Nel passaggio successivo, i due intermedi precedenti vengono convertiti rispettivamente in 4S,5S-, e 7S,8S-epossi-17S-idrossi-DHA. La sintesi degli epossidi è dovuta alla attività generante epossidi della 5-lipossigenasi.
  • Infine l’idrolisi degli epossidi, catalizzata da una idrolasi, porta alla formazione delle Resolvine della serie D dalla 1 alla 4:

rispettivamente RvD1 e l’epimero RvD2 dal 7S,8S-epossi-17S-idrossi-DHA, ed RvD3 e l’epimero RvD4 dal 4S,5S-epossi-17S-idrossi-DHA.

La sintesi della RvD5 e della RvD6 segue vie differenti.

  • La RvD5 deriva dal 7S-idroperossi-17S-idrossi-DHA a seguito dell’azione di una perossidasi.
  • La RvD6 deriva dal 4S-idroperossi-17S-idrossi-DHA in modo analogo alla RvD5, ossia per intervento di una perossidasi.

Nota: anche EPA è precursore di una specifica famiglia di Resolvine, dette della serie E o RvE, dove la lettera E deriva appunto da EPA.

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RCTR1, RCTR2, RCTR3

Analogamente a quanto visto per le maresine e protectine, anche le resolvine della serie D possono formare coniugati con il glutatione a dare la famiglia di molecole detta RCTR, acronimo dell’inglese  Resolvin conjugates in tissue regeneration, la cui sintesi sembra segua lo schema visto in precedenza per le MCTR e PCTR.

Acido docosaesaenoico
Fig. 15 – RCTR

Nello specifico l’intermedio 7S,8S-epossi-17S-idrossi-DHA reagisce con il glutatione a dare l’RCTR1 o 8R-glutationil-7S,17S-diHDHA o acido 8-glutationil,7S,17S-diidrossi-4Z,9E,11E,13Z,15E,19Z-docosaesaenoico. La reazione è catalizzata dalle glutatione-S-transferasi.
Nel passaggio successivo la gamma-glutamil transferasi catalizza la conversione di RCTR1 in RCTR2 o 8R-cisteinilglicinil,7S,17S-diHDHA o acido 8R-cisteinilglicinil,7S,17S-diidrossi-4Z,9E,11E,13Z,15E,19Z-docosaesaenoico.
Infine, in una reazione catalizzata da una dipeptidasi, RCTR2 è convertito in RCTR3 o 8R-cisteinil,7S,17S-diHDHA o acido 8R-cisteinil,7S,17S-diidrossi-4Z,9,11,13Z,15E,19Z-docosaesaenoico.

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Aspirina e Resolvine

L’acetilazione della COX-2 innescata dall’aspirina (vedi sopra), come nel caso delle Protectine, porta alla sintesi di Resolvine della serie D in cui il gruppo ossidrilico in posizione 17 ha stereochimica R anziché S. Le 17R-Resolvine sintetizzate sono definite AT-resolvine, e quindi dalla AT-RvD1 alla AT-RvD6.
Tali stereoisomeri, come anche nel caso della Maresina-L2, del 20R-diHDHA, del 14R,21S-diHDHA e del 14R,21R-diHDHA possono derivare anche dalla via del citocromo P450.

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Recettori per l’acido docosaesaenoico ed i suoi derivati

Come detto in precedenza, gli effetti del DHA sono possono essere mediati direttamente dall’acido grasso stesso come dai suoi metaboliti.
L’acido docosaesaenoico è un ligando del recettore nucleare PPARα, ma può legarsi anche alla proteina transmembrana GPR120, acronimo dell’inglese G protein-coupled receptor 120, anche nota come FFAR4, acronimo dell’inglese Free fatty acid receptor 4.
Dal canto loro i metaboliti dell’acido docosaesaenoico sono molecole che, a seguito del legame a specifici recettori di membrana,  hanno un ampio range di azione agendo simultaneamente a differenti livelli e su differenti siti.
Di seguito sono riportati alcuni esempi di recettori per le Resolvine della seria D.

  • ALX/FRP2, con cui interagiscono, tra gli altri, RvD1e AT-RvD1;
  • GPR18, acronimo dell’inglese G-protein coupled receptor 18 o RvD2 receptor (DRV1), cui si lega la RvD2;
  •  GPR32, acronimo dell’inglese G-protein coupled receptor 32, anche detto RvD1 receptor (DRV1) cui si legano RvD1, il suo epimero At-RvD1, RvD3 ed RvD5.

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