Assorbimento dei lipidi nell’intestino: meccanismi e regolazione

L’assorbimento dei lipidi nell’intestino tenue è un processo fondamentale, altamente coordinato ed essenziale per l’assimilazione di nutrienti energetici e strutturali. Questo meccanismo coinvolge i prodotti della digestione di triacilgliceroli, fosfolipidi, esteri del colesterolo ed esteri delle vitamine liposolubili, convertiti rispettivamente in acidi grassi liberi e piccole quantità di 2-monoacilgliceridi, lisofosfolipidi, colesterolo libero, vitamine liposolubili e glicerolo.

La principale sfida biochimica del processo risiede nella natura di queste molecole. Infatti, tranne il glicerolo, gli acidi grassi a catena corta (come l’acido acetico, butirrico e propionico) e a catena media (ovvero l’acido caproico, caprilico, caprico e laurico), la maggioranza dei lipidi rilasciati è scarsamente solubile in ambiente acquoso.

Di conseguenza, per superare la barriera idrofila intestinale ed entrare negli enterociti, l’organismo fa affidamento su sistemi di trasporto e veicolazione micellare, supportati da trasportatori proteici specifici.

Indice

• Micelle miste e assorbimento dei lipidi
  • Struttura e funzione
• Assorbimento degli acidi grassi a catena lunga
  • CD36
  • FATP4
• Assorbimento dei 2-monoacilgliceroli
• Assorbimento del colesterolo
  • NPC1L1
  • Il triplo complesso MyoVb•Rab11a•Rab11-FIP2
    • Come funziona il triplo complesso
  • Cdc42
    • Ruolo di Cdc42 nell’assorbimento dei lipidi
  • Influenze sull’assorbimento del colesterolo
• Bibliografia

Micelle miste e assorbimento dei lipidi

Nell’intestino tenue, la superficie luminale degli enterociti è bagnata da uno strato d’acqua non mescolato, in inglese unstirred layer. Lo spessore di questo strato dipende in modo inverso da quanto il contenuto del piccolo intestino è stato rimescolato, e rappresenta la principale barriera all’assorbimento dei lipidi meno idrosolubili.

La barriera d’acqua viene superata grazie alla formazione di micelle miste formate dai sali biliari e dai prodotti della digestione dei lipidi stessi. Le micelle “pure” sono costituite da soli sali biliari.

La formazione delle micelle miste ha inizio quando il pH del chimo aumenta e la concentrazione intraluminale dei sali biliari raggiunge o supera la “concentrazione micellare critica”, valore che nel lume intestinale è quasi sempre oltrepassato.

Struttura e funzione

Le micelle miste hanno una struttura simile a dischi ritagliati da una membrana a doppio strato, con dimensione variabili da 40 a 600 Å, dunque molto più piccole delle goccioline emulsionate.

I sali biliari sono disposti a stabilizzare i bordi di taglio, con la faccia idrofobica a contatto con la parte interna del disco, e la faccia idrofilica che guarda l’ambiente esterno.

I sali biliari permettono quindi la formazione di micelle solubili in ambiente acquoso, che trasportano i prodotti idrofobici della digestione dei lipidi alla superficie apicale degli enterociti.

Grazie alle micelle miste la concentrazione degli acidi grassi liberi, colesterolo non esterificato (la sola forma di colesterolo che può essere incorporata in queste micelle e quindi assorbita dall’intestino tenue), 2-monoacilgliceroli, lisofosfolipidi e vitamine liposolubili aumenta da 100 a 1.000 volte a ridosso degli enterociti, facilitandone l’assorbimento.

Il gradiente di concentrazione dei prodotti della digestione dei lipidi tra la superficie esterna dell’enterocita e il suo interno è mantenuto dalla loro rapida riesterificazione a triacilgliceroli, esteri del colesterolo e fosfolipidi nell’enterocita.

Lo ione calcio, presente in concentrazioni relativamente alte sia nel succo pancreatico che nella bile, aiuta l’assorbimento dei lipidi all’interfaccia acqua-lipide.

Infine è interessante notare che, a differenza di quanto accade con i carboidrati, assorbiti solo dopo completa idrolisi nei monosaccaridi glucosio, fruttosio e galattosio, l’assorbimento dei lipidi interessa sia gli acidi grassi liberi e il colesterolo che lipidi parzialmente idrolizzati, come 2-monoacilgliceroli e lisofosfolipidi.

Nota: l’assorbimento delle vitamine liposolubili dipende dall’apporto di lipidi con la dieta.

Assorbimento degli acidi grassi a catena lunga

L’assorbimento degli acidi grassi a catena lunga avviene sia per diffusione passiva che per trasporto facilitato mediato da specifici trasportatori proteici.

• La diffusione passiva si verifica grazie a un meccanismo a “flip-flop”, e interessa acidi grassi protonati, dunque privi di carica.
• Il trasferimento mediato da proteine degli acidi grassi a catena lunga potrebbe non essere importante dal punto di vista quantitativo, ma sembra invece esercitare un ruolo regolatorio rispetto il successivo destino metabolico degli acidi grassi assorbiti.

Una volta all’interno dell’enterocita, gli acidi grassi sono bloccati attraverso il legame a proteine leganti gli acidi grassi e/o la loro conversione in acil-CoA.
Due proteine coinvolte nell’assorbimento degli acidi grassi oggetto di particolare attenzione sono la CD36 e la FATP4.

Nota: gli acidi grassi a catena corta e media sono più solubili di quelli a catena lunga. Vengono assorbiti e passano direttamente come tali nel sistema portale dove viaggiano legati all’albumina.

CD36

CD36 è una proteina integrale di membrana altamente glicosilata con un’ampia specificità di ligando, essendo in grado di legare lipoproteine native e modificate quali LDL ossidate, acidi grassi a catena lunga, proteine glicosilate, eritrociti infettati dalla malaria, amiloide B, collagene e trombospondina-1.

È espressa in modo ubiquitario, ad esempio nel tessuto adiposo, nel cuore, nel muscolo scheletrico, nell’endotelio capillare e nell’intestino tenue, dove è abbondantemente espressa sulla membrana a orletto a spazzola degli enterociti di duodeno e digiuno. Sembra essere assente nell’ileo e nel colon, mentre è presente nei vasi sanguigni in tutto l’intestino.

Il contributo del CD36 all’assorbimento degli acidi grassi sembra modesto. Infatti, dopo un’ingestione eccessiva di lipidi si verifica uno spostamento del loro assorbimento verso le parti più distali dell’intestino. Questo scarso contributo è dovuto almeno a due ragioni:

• La K_m per l’assorbimento degli acidi grassi è nell’intervallo nanomolare. Pertanto, può avere un ruolo nelle primissime fasi del processo di digestione per poi essere rapidamente saturata.
• Sembra che gli acidi grassi sottoregolino i livelli proteici promuovendone l’ubiquitazione, un fenomeno che si verifica anche nel muscolo e nel fegato.

Al contrario, molti studi suggeriscono che il suo ruolo principale possa essere quello di ottimizzare, nelle primissime fasi dell’assorbimento dei lipidi, gli eventi che facilitano l’assemblaggio degli acidi grassi e del colesterolo, assorbiti nell’intestino tenue prossimale, in chilomicroni.

La proteina sembra svolgere un ruolo anche in altre fasi della digestione e dell’assorbimento dei lipidi. A livello orale, media la percezione del gusto dei grassi nelle papille gustative della lingua, nelle papille circumvallate, e l’inizio della fase cefalica della digestione. Nell’intestino tenue, fornisce molecole di acido oleico necessarie per la sintesi dell’oleoiletanolamide o OEA, che è coinvolta nella regolazione della sazietà.

FATP4

L’enzima è un membro della famiglia delle acil-CoA sintetasi a catena molto lunga (EC 6.2.1.3; esistono 13 isoforme di acil-CoA sintetasi a catena lunga), chiamate anche proteine di trasporto degli acidi grassi o FATP.

FATP4, altamente espressa negli enterociti dei mammiferi, non è una proteina della membrana a orletto a spazzola, ma è localizzata nelle membrane subapicali e nel reticolo endoplasmatico. In queste localizzazioni subcellulari partecipa indirettamente all’uptake degli acidi grassi attraverso la loro esterificazione con il CoA per formare acil-CoA. Gli acil-CoA neosintetizzati vengono rapidamente convertiti in di- e triacilgliceroli e fosfolipidi. Tuttavia, esperimenti su topi geneticamente modificati hanno mostrato che il ruolo di FATP4 nell’assorbimento dei lipidi sembra superfluo.

Confronto tra i trasportatori lipidici intestinali CD36 e FATP4

Trasportatore proteico	Localizzazione subcellulare	Affinità (Km)	Ruolo fisiologico principale
CD36	Membrana a orletto a spazzola (duodeno/digiuno)	Intervallo nanomolare (alta affinità)	Ottimizza l’assemblaggio dei chilomicroni nelle prime fasi dell’assorbimento lipidico.
FATP4	Membrane subapicali e reticolo endoplasmatico	N/D (captazione indiretta tramite esterificazione)	Partecipa al sequestro degli acidi grassi via esterificazione con CoA (non essenziale nei topi).

Assorbimento dei 2-monoacilgliceroli

Studi su linee cellulari suggeriscono che una proteina di membrana sia coinvolta nel loro uptake, poiché questo è una funzione saturabile della loro concentrazione e mostra sensibilità alla digestione con tripsina.

È stato osservato che i 2-monoacilgliceroli inibiscono l’uptake degli acidi grassi. Questo suggerisce che il loro trasporto e quello degli acidi grassi possano essere coordinati per ottimizzare la risintesi dei triacilgliceroli all’interno dell’enterocita. L’osservazione che il loro destino metabolico, al pari di quello degli acidi grassi, dipenda dal sito di ingresso nell’enterocita supporta ulteriormente questa ipotesi. Infatti, esperimenti su ratti e topi hanno dimostrato che i 2-monogliceridi assorbiti attraverso la superficie apicale o quella basolaterale hanno un destino metabolico differente:

• Il rapporto tra triacilgliceroli e fosfolipidi formati a partire dai 2-monogliceridi è circa 10 volte maggiore per il rilascio apicale rispetto a quello basolaterale, e osservazioni simili sono state fatte per gli acidi grassi.
• È stata osservata un’incorporazione di acidi grassi 2 volte maggiore nella fosfatidiletanolammina e una riduzione di 3 volte del rapporto tra fosfatidilcolina e fosfatidiletanolammina per l’uptake apicale rispetto a quello basolaterale. E questo, come menzionato sopra, suggerisce che le proteine della membrana apicale facilitino il trasferimento degli acidi grassi e indirizzino queste molecole verso specifici siti metabolici.
• Inoltre, il livello di ossidazione degli acidi grassi è 3 volte maggiore per il rilascio basolaterale.

Assorbimento del colesterolo

L’omeostasi intestinale del colesterolo è il risultato di un complesso equilibrio tra il suo assorbimento, la sintesi de novo, le perdite giornaliere dovute allo sfaldamento degli enterociti e il trasporto da parte delle lipoproteine, principalmente chilomicroni.
Di seguito esamineremo una proteina coinvolta nell’interazione tra il colesterolo e la membrana a orletto a spazzola dell’enterocita: NPC1L1.

NPC1L1

La proteina appartiene alla famiglia dei facilitatori del trasporto lipidico NPC1, dall’inglese Niemann-Pick C1 protein, quest’ultima coinvolta nell’uscita del colesterolo dai lisosomi verso il reticolo endoplasmico e la membrana plasmatica.

Sono proteine con 13 domini transmembrana. Cinque di questi, dal terzo al settimo, formano un dominio sensibile agli steroli (SSD, dall’inglese sterol sensing domain), presente anche in altre proteine coinvolte nell’omeostasi del colesterolo, come HMG-CoA reduttasi (EC 1.1.1.34), o la 7-deidrocolesterolo reduttasi (EC 1.3.1.21).

NPC1L1, altamente espressa nell’intestino tenue, dove è localizzata sulla membrana dell’orletto a spazzola degli enterociti, e nel fegato, nelle membrane canalicolari degli epatociti, media l’assorbimento del colesterolo dietetico e il riassorbimento di quello biliare attraverso endocitosi vescicolare. La sua attività sembra influenzata anche da glicosilazioni.

La localizzazione cellulare è regolata dal colesterolo. Infatti passa dal compartimento endocitico di riciclo, che è parte di un sistema endosomiale coinvolto nel riciclo di molte proteine transmembrana, alla membrana plasmatica in risposta alle variazione nei livelli del colesterolo.

• Quando la concentrazione del colesterolo è bassa si attiva il suo trasporto alla membrana plasmatica.
• Quando il colesterolo è legato al dominio SSD, è probabile che si verifichi una modificazione conformazionale che ne attiva l’internalizzazione attraverso endocitosi vescicolare, mediata dal complesso clatrina-AP2, assieme al colesterolo stesso e alla flottilina-1 e flottilina-2, proteine delle zattere lipidiche che formano un complesso con NPC1L1.

NPC1L1 potrebbe dunque rappresentare un ulteriore punto per la regolazione dell’omeostasi del colesterolo, in aggiunta all’inibizione a feedback della HMG-CoA reduttasi e del recettore per le LDL.

Una volta che NPC1L1 e gli steroli legati, comprendenti anche steroli di origine vegetale come sitosterolo, campesterolo e sitostanolo, e il principale sterolo dei crostacei, il brassicasterolo, sono trasportati al reticolo endoplasmico vengono esterificati dalla colesterolo acil-CoA acil transferasi 2 (ACAT2; EC 2.3.1.26).

Il triplo complesso MyoVb•Rab11a•Rab11-FIP2

Il trasporto di NPC1L1 alla membrana plasmatica dipende dai microfilamenti di actina e dal triplo complesso MyoVb•Rab11a•Rab11-FIP2. Il triplo complesso è essenziale per il trasporto vescicolare endocitico e il riciclo di numerose altre proteine, e non solo nell’enterocita, come GLUT4, CFTR, i recettori β₂-adrenergici e i recettori per la transferrina.
Quali sono i componenti del triplo complesso?

• MyoVb è una proteina che fa parte della famiglia delle miosine, motori proteici responsabili della mobilità basata sui filamenti di actina. Le miosine Va, Vb, e Vc sono coinvolte in una ampia gamma di eventi di trasporto vescicolare in diversi tessuti dei mammiferi.
• Rab11a appartiene alla famiglia delle piccole GTPasi (EC 3.6.5.2), e recluta MyoVb alle loro vescicole bersaglio.
• Rab11-FIP2 fa da ponte tra MyoVb e le proteine delle vescicole di riciclo endocitico.

Come funziona il triplo complesso

Allo stato stazionario Rab11a e Rab11-FIP2, tutte localizzate sulle membrane del sistema endocitico di riciclo, mediano l’interazione di NPC1L1 e MyoVb. Quando i livelli cellulari di colesterolo scendono, Rab11a si dissocia dal complesso NPC1L1-MyoVb. Questo permette l’esportazione del complesso alla membrana plasmatica in un modo microfilamenti-dipendente.
Nel contempo, un’altra proteina, Cdc42 si attiva e si associa al complesso NPC1L1-MyoVb. Quindi, si attiva la vescicolazione, e questo permette l’esportazione del complesso dal sistema di riciclo endocitico e la sua migrazione verso la membrana plasmatica.
Una volta arrivato sulla membrana plasmatica, MyoVb e l’actina si dissociano da NPC1L1.

Cdc42

La proteina è un membro della famiglia Rho di piccole GTPasi e sembra essere essenziale nella regolazione della movimentazione intracellulare di NPC1L1 a seguito di variazioni intracellulari della concentrazione del colesterolo. Inoltre, a questa proteina sono state ascritte numerose funzioni sia riguardo al traffico di membrana che alla polarità cellulare.

La proteina passa da uno stato inattivo legato al GDP a uno stato attivo legato al GTP in seguito alla deplezione di colesterolo. Il passaggio da uno stato all’altro è regolato da diversi fattori quali:

• i fattori di scambio dei nucleotidi guaninici o GEFs;
• gli inibitori della dissociazione dei nucleotidi guaninici o GDIs;
• le proteine attivanti le GTPasi o GAPs.

Poiché l’attivazione di Cdc42 è mediata da specifiche GEFs, la deplezione del colesterolo sembra poter cambiare i componenti strutturali della membrana causando riarrangiamenti spaziali delle proteine associate alla membrana stessa, che a loro volta porterebbero a contatto Cdc42 e GEFs, determinando così l’attivazione di Cdc42.

Una volta che Cdc42 ha legato il GTP interagisce con N-WASP attivandola. A sua volta N-WASP si lega e attiva il complesso Arp2/3 che inizia la polimerizzazione ramificata dei microfilamenti di actina, che è essenziale per la formazione e il trasporto delle vescicole.

Ruolo di Cdc42 nell’assorbimento dei lipidi

La deplezione del colesterolo attiva Cdc42, e il legame di Cdc42-GTP a NPC1L1 promuove la dissociazione da Rab11a e l’associazione a MyoVb e actina.

Cdc42-GTP attiva anche il complesso N-WASP-Arp2/3 che regola la polimerizzazione dell’actina vicino alle vescicole dove si trova NPC1L1, che a sua volta può guidare la gemmazione, la scissione e il movimento delle vescicole stesse.
Quindi, gli eventi legati al traffico vescicolare sono dipendenti dal citoscheletro e da motori proteici.

Influenze sull’assorbimento del colesterolo

• Come visto, per l’assorbimento del colesterolo sono fondamentali le micelle miste. Ma non tutto il colesterolo presente nel lume del piccolo intestino viene assorbito, anzi, poco meno del 50% è perso nelle feci, percentuali influenzate da diversi fattori quali le fibre, il tempo di transito intestinale, la quantità totale di colesterolo presente a livello intestinale, nonché i lipidi più polari.
• Un elevato apporto di fibre riduce l’assorbimento del colesterolo attraverso almeno due fattori. Fibre quali lignina e cellulosa ne riducono la disponibilità sia agendo come adsorbenti, sia riducendo la permanenza del cibo nel piccolo intestino, e di conseguenza il periodo a disposizione per il suo assorbimento. Gomme e pectine lavorano in modo differente agendo non come adsorbenti, ma dando al chimo una consistenza gelatinosa in conseguenza della quale il colesterolo presente è meno disponibile per l’assorbimento. Anche queste fibre riducono il tempo di transito intestinale.
• L’assorbimento dei lipidi più polari, necessari assieme ai sali biliari per la solubilizzazione del colesterolo, ne può causare la precipitazione, rendendo così la molecola indisponibile per l’assorbimento.
• Infine, maggiore è la quantità di colesterolo presente e minore sarà la quantità assorbita, e viceversa.

Impatto delle fibre dietetiche sull’assorbimento intestinale del colesterolo

Tipo di fibra	Esempi	Meccanismo d’azione	Effetto sul tempo di transito
Insolubile/Strutturale	Lignina, Cellulosa	Agisce come adsorbente; riduce la disponibilità di colesterolo nel lume.	Diminuisce il tempo di permanenza intestinale.
Solubile/Viscosa	Gomme, Pectine	Conferisce una consistenza gelatinosa; ostacola la disponibilità micellare del colesterolo.	Diminuisce il tempo di transito intestinale.

Da notare che la velocità di assorbimento del colesterolo è molto bassa se confrontata a quella degli acilgliceroli e degli acidi grassi.

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Domande Frequenti

Qual è il ruolo delle micelle miste nell'assorbimento lipidico?

Le micelle miste inglobano i prodotti idrofobici della digestione dei lipidi, come acidi grassi a catena lunga e colesterolo. In questo modo permettono loro di superare la barriera acquosa intestinale e raggiungere la membrana dell'enterocita.

Come interviene il trasportatore CD36 nell'assorbimento dei lipidi?

CD36 è una glicoproteina ad alta affinità che accelera la captazione degli acidi grassi a catena lunga nella membrana apicale del tenue. Il suo legame ottimizza il flusso intracellulare e supporta la successiva sintesi dei chilomicroni.

In che modo la proteina Cdc42 regola l'assorbimento del colesterolo?

GTPasi Cdc42 si attiva quando i livelli cellulari di colesterolo calano. La proteina guida la polimerizzazione dell'actina, regolando il traffico vescicolare endocitico che trasporta il recettore NPC1L1 sulla membrana apicale.