Introduzione:

Chi non conosce, nel 2021, dopo quasi un secolo di ricerca, la Metformina ed i suoi effetti sul miglioramento della sensibilità all’Insulina, con conseguente miglioramento del uptake cellulare di glucosio ? E dei vantaggi che esso può apportare ai Bodybuilder in fase di “Refeed”, magari dopo periodi medio-lunghi a bassi CHO e con una capacità di gestirli non proprio ottimale?

La stessa cosa interessa anche la Berberina, la quale possiede vie farmacodinamiche molto simili alla Metformina. Entrambe le molecole, però, hanno un limite, e questo limite è comune a tutte le Biguanidi oggi in uso clinico o quelle appartenenti ai GDA (come la Berberina): la mancanza di selettività tissutale. Esse, infatti, migliorano sia l’IS del miocita che dell’adipocita, oltre ad attivare l’AMPK con alterazione del mTOR.

Nota: per chi non lo sapesse, le Biguanidi sono una categoria di farmaci ipoglicemizzanti orali di indicazione specifica contro il diabete di tipo II. A differenza di altri farmaci antidiabetici, come ad esempio le sulfaniluree, non determinano un aumento di rilascio di Insulina per cui non causano generalmente ipoglicemia. In questa sede mi riferirò con il termine “Biguanidi” a quelle molecole con tali caratteristiche, sia farmaceutiche (vedi Metformina) che appartenenti al panorama da banco denominato GDA (vedi Berberina).

Ora, potremmo anche dire che in un soggetto con una buona massa contrattile e una massa grassa tendenzialmente bassa questo “difetto” non causa particolari problemi nel complesso della preparazione. Ma c’è da considerare che una selettività miocitaria garantirebbe una ripartizione calorica ottimale in un contesto, per esempio, ipercalorico riducendo gli “approvvigionamenti” degli adipociti e prolungando sensibilmente la soglia temporale durante la quale l’atleta in questione potrebbe crescere in modo qualitativamente soddisfacente. Un pò come quando si ipotizzava sulla applicazione di molecole con teorica attività di riduzione dello stoccaggio degli Acidi Grassi. Discorsi ed effetti diversi, ma il fine è uno: aumentare il tempo di durata della “soglia di crescita qualitativa”.

Per “soglia di crescita qualitativa” intendo la possibilità di proseguire con la programmazione in ipercalorica ottenendo maggiori aumenti ipertrofici del muscolo-scheletrico piuttosto che del tessuto adiposo.

“Ma Gabriel! E l’interferenza con l’mTOR osservata con la Metformina ed altre molecole che stimolano l’attività del AMPK non è forse una limitazione ben più importante???!!!” Calma, piccola zecca interattiva, ne parlerò a tempo debito, come parlerò del fatto che è la dose a determinare se l’alterazione risulterà significativa o meno…. Proseguiamo…

In questo articolo tratterò della nuova molecola sperimentale denominata DS20060511, riporterò quanto è a nostra conoscenza ad oggi e quali sono le sue caratteristiche e possibili applicazioni che, tra l’altro, ho già accennato in questa introduzione…

Il principio della scoperta:

La riduzione dell’assorbimento del glucosio nel muscolo scheletrico è un’importante anomalia fisiopatologica nel diabete di tipo II ed è causata dalla alterazione della funzionalità di traslocazione dei GLUT4 sulla superfice cellulare del miocita nel tessuto muscolo-scheletrico.

Il trasportatore del glucosio di tipo 4 (GLUT-4), noto anche come famiglia di trasportatori di soluti 2, membro 4 del trasportatore di glucosio facilitato, è una proteina codificata, nell’uomo, dal gene SLC2A4. Il GLUT4 è il trasportatore del glucosio regolato dall’insulina, ma non solo, che si trova principalmente nei tessuti adiposo e nel muscolo striato (scheletrico e cardiaco). La prima prova di questa distinta proteina di trasporto del glucosio è stata fornita da David James nel 1988. Il gene che codifica per il GLUT4 è stato clonato e mappato nel 1989.

Struttura molecolare del GLUT-4

Il GLUT4 è il trasportatore che limita la velocità di assorbimento del glucosio e svolge un ruolo cruciale nel mantenimento dell’omeostasi del glucosio [1, 2]. I soggetti con diabete di tipo II mostrano un ridotto assorbimento di glucosio da parte del muscolo scheletrico a causa della ridotta traslocazione di GLUT4 nella superficie delle cellule del muscolo scheletrico[3]. È stato riportato che i topi diabetici con sovraespressione di GLUT4 mostrano livelli di glucosio plasmatico marcatamente ridotti sia a digiuno che in condizioni postprandiali [4,5,6].

Sebbene il GLUT4 sia immagazzinato in vescicole di stoccaggio intracellulari in condizioni basali, l’Insulina, e l’attività di contrazione del muscolo, induce la traslocazione di GLUT4 sulla superficie cellulare, facilitando l’assorbimento del glucosio [7,8]. L’Insulina attiva Akt tramite il substrato del recettore dell’Insulina (IRS)s-fosfoinositide 3-chinasi (PI3K) [9,10] e l’Akt attivato fosforila e di conseguenza inibisce le proteine ​​Akt substrato di 160 kDa (AS160) e membro della famiglia del dominio TBC1 1 (TBC1D1) , entrambi sono proteine ​​attivanti Rab GTPasi (GAP); ciò si traduce nell’attivazione delle proteine ​​Rab e nella traslocazione di GLUT4 sulla superficie della membrana cellulare [11]. È stato riportato che il substrato 1 (Rac1) della tossina botulinica C3 correlato a RAS, un’altra molecola a valle di PI3K, promuove la traslocazione di GLUT4 indipendentemente dalla via Akt-AS160/TBC1D1-Rab. Rac1 stimola la riorganizzazione della polimerizzazione dell’actina corticale, che consente l’inserimento delle vescicole contenenti GLUT4 nella membrana cellulare[12,13]. È noto che lInsulina regola la traslocazione di GLUT4 sia attraverso la via di Akt-AS160-Rab che attraverso la via di polimerizzazione di Rac1-actina[14,15]. Nei soggetti con diabete di tipo II, entrambe le vie di segnalazione dell’Insulina sono compromesse nel muscolo scheletrico, con conseguente riduzione dell’assorbimento del glucosio indotto dall’Insulina in questo tessuto.

Schema della traslocazione indotta dall’Insulina del GLUT4 dal citosol alla membrana cellulare. Il legame dell’Insulina ai suoi recettori avvia una cascata di trasduzione del segnale, che si traduce nell’attivazione di Akt. Akt agisce sul GLUT4 contenuto nelle vescicole nel citosol per facilitarne la fusione con la membrana cellulare. Quando più molecole GLUT4 sono presenti nella membrana, più la velocità di assorbimento del glucosio è elevata.

Come già accennato, la contrazione durante l’esercizio è un altro importante potenziatore della traslocazione di GLUT4 nel muscolo scheletrico[16]. All’aumentata richiesta di glucosio durante l’esercizio nel muscolo scheletrico, il GLUT4 si trasloca sulla superficie cellulare per promuovere l’apporto di glucosio al muscolo scheletrico[17,18]. L’esercizio aumenta il rapporto AMP/ATP causato dal consumo di ATP, portando all’attivazione della chinasi attivata dall’AMP (AMPK). Nonostante l’evidenza riportata di una contrazione che induce la fosforilazione di TBC1D1 mediante l’attivazione di AMPK[19] o di un aumento dell’assorbimento del glucosio nel muscolo scheletrico mediante attivazione farmacologica di AMPK da parte di AICAR[20], il significato dell’AMPK nell’assorbimento del glucosio stimolato dall’esercizio in vivo rimane controverso [21,22]. Recentemente, l’induzione da parte di Rac1 della produzione NADPH ossidasi 2-dipendente di specie reattive dell’ossigeno è stata implicata nell’assorbimento del glucosio durante l’esercizio, attraverso la regolazione della traslocazione di GLUT4 [23,24]. La contrazione del muscolo scheletrico non ha indotto la fosforilazione di IRS1 o PI3K[25]. La captazione del glucosio indotta dalla contrazione o la traslocazione di GLUT4 nel muscolo scheletrico non è stata inibita dalla Wortmannina, un inibitore di PI3K [26,27]. Inoltre, la combinazione di Insulina e contrazione del muscolo scheletrico ha causato un ulteriore aumento della traslocazione di GLUT4 e dell’assorbimento di glucosio rispetto alla sola Insulina [27]. Questi dati suggeriscono che la contrazione del muscolo scheletrico stimola la traslocazione di GLUT4 indipendentemente dall’Insulina.

Wortmannina

Nei soggetti con diabete di tipo II, i campioni bioptici del muscolo scheletrico ottenuti durante un clamp insulinico euglicemico hanno mostrato un’alterata segnalazione dell’Insulina, osservata come riduzione della fosforilazione di IRS1 e dell’attività di PI3K, nel muscolo scheletrico[28], mentre non è stato osservato alcun effetto sulla fosforilazione/attività di Akt [29]. Altri studi hanno dimostrato una riduzione della traslocazione di GLUT4 e dell’assorbimento di glucosio in soggetti con diabete di tipo II [23,28]. Inoltre, è stato riportato che la ridotta traslocazione di GLUT4 nei soggetti con diabete di tipo II è stata migliorata dall’esercizio fisico [30,31]. Questi risultati suggeriscono che l’induzione della traslocazione di GLUT4 nel muscolo scheletrico potrebbe essere un potenziale bersaglio terapeutico nei pazienti con diabete di tipo II.

Recentemente, i ricercatori dell’azienda farmaceutica giapponese Daiichi Sankyo hanno dimostrato che il derivato xantenico DS20060511 induce la traslocazione di GLUT4 specifica del muscolo scheletrico, indipendentemente dall’azioni dell’Insulina. Hanno utilizzato miotubi L6 che esprimono GLUT4 marcato con myc (L6-GLUT4myc) per esaminare la libreria di composti chimici in loro possesso e misurare la traslocazione di GLUT4 sulla superficie cellulare mediante dosaggio immunologico anti-myc quantitativo. Gli effetti del composto sull’assorbimento del glucosio e sul metabolismo del glucosio in tutto il corpo sono stati esaminati in una serie di esperimenti in vitro e in vivo. Il meccanismo d’azione del composto è stato esplorato studiando le vie di segnalazione note coinvolte nella traslocazione di GLUT4 indotta dall’Insulina e dall’esercizio fisico. Infine, abbiamo valutato il potenziale terapeutico del composto in un modello murino obeso e insulino-resistente con diabete di tipo II.

Molecola di Xantene, base strutturale dei derivati xantenici.

Nota: I derivati xantenici sono modificazioni molecolari dello Xantene (9H-xantene, 10H-9-ossaantracene), un composto organico con la formula CH2[C6H4]2O. È un solido giallo solubile nei comuni solventi organici. Lo stesso xantene è un composto oscuro, ma molti dei suoi derivati sono coloranti utili.

Il DS20060511, è un induttore specifico per la traslocazione di GLUT4 nelle cellule muscolo-scheletriche:

I ricercatori, come detto pocanzi, hanno esaminato la loro libreria chimica, composta da oltre 100.000 composti, utilizzando miotubi L6-GLUT4myc, per identificare i composti che avrebbero indotto la traslocazione di GLUT4 sulla superficie cellulare. Sono stati identificati due composti completamente diversi ed entrambi hanno superato il test per escludere composti che avrebbero esercitato effetti tossici, come l’inibizione della catena respiratoria. Ulteriori test in vitro hanno rivelato che uno dei due composti ha influenzato la via Akt, così che alla fine hanno selezionato l’altro, un composto xantenico originale, come composto con il potenziale effetto di indurre la traslocazione di GLUT4. L’ottimizzazione della struttura molecolare ha infine prodotto il composto xantenico più potente, DS20060511 (vedi immagine seguente). Il trattamento con DS20060511 ha aumentato la traslocazione di GLUT4 nei miotubi differenziati L6-GLUT4myc in modo concentrazione-dipendente, come nel caso del trattamento con Insulina. Tuttavia, mentre il trattamento con Insulina ha anche aumentato la traslocazione di GLUT4 negli adipociti differenziati 3T3-L1-GLUT4myc, il trattamento con DS20060511 non ha avuto quasi alcun effetto sulla traslocazione di GLUT4 in questi adipociti, suggerendo che l’induzione della traslocazione di GLUT4 da parte di DS20060511 è specifica per le cellule del tessuto muscolo-scheletrico. Coerentemente con questi dati, il trattamento con DS20060511 ha aumentato significativamente l’assorbimento di 2-DG in modo concentrazione-dipendente nei miotubi L6-GLUT4myc, come nel caso del trattamento con Insulina. Ancora una volta, mentre è stato dimostrato che l’Insulina aumenta l’assorbimento di 2-DG negli adipociti differenziati 3T3-L1-GLUT4myc, DS20060511 non ha mostrato tale effetto negli adipociti. Questi dati suggeriscono che il composto xantenico DS20060511 promuove l’assorbimento del glucosio mediante l’attivazione specifica della traslocazione di GLUT4 nelle cellule muscolo-scheletriche.

a Struttura chimica del DS20060511. b, c Induzione concentrazione-dipendente della traslocazione di GLUT4 da parte del DS20060511 e Insulina nei miotubi L6-GLUT4myc (b) e negli adipociti 3T3-L1-GLUT4myc (c). d, e Captazione di 2-DG valutata nei miotubi L6-GLUT4myc (d) e negli adipociti 3T3-L1-GLUT4myc (e). I valori mostrati sono mezzi  ± SEM, n = 3. **P < 0,01, ***P < 0,001 rispetto al controllo mediante ANOVA unidirezionale seguito dal test di Dunnett.

Il trattamento con DS20060511, riduzione dei livelli di glucosio ematico e aumento potenziato dell’assorbimento di glucosio per via della traslocazione di GLUT4 nel muscolo scheletrico in vivo:

Per studiare gli effetti del DS20060511 sulla dinamica del glucosio in vivo, il composto è stato somministrato a topi normali. Nei topi che avevano continuato ad accedere al cibo, la sola somministrazione orale di DS20060511 in modo modesto, ma statisticamente significativo, ha ridotto i livelli di glucosio nel sangue, mentre nei topi che avevano negato l’accesso al cibo durante la notte, il composto non ha esercitato alcun effetto sui livelli di glucosio nel sangue. Quando è stato somministrato prima del carico orale di glucosio nel test di tolleranza al glucosio orale (GTT), il DS20060511 ha prodotto una soppressione dose-dipendente dell’aumento dei livelli di glucosio nel sangue dopo un carico orale di glucosio. La secrezione di Insulina durante il GTT orale è stata ridotta in modo piuttosto significativo in tutti i gruppi trattati con DS20060511, suggerendo che il trattamento con DS20060511 riduce i livelli di glucosio nel sangue indipendentemente dalla secrezione di Insulina. Il trattamento con DS20060511 ha prodotto un aumento significativo dell’assorbimento di [3H]-2-DG nei muscoli soleo e gastrocnemio, ma non nel cuore o nel tessuto adiposo bianco (WAT) durante il GTT intraperitoneale. L’analisi Western blot ha rivelato un aumento dei livelli di espressione della proteina GLUT4 nella frazione della membrana plasmatica dei muscoli scheletrici nel gruppo trattato con DS2006511 come osservato in un gruppo trattato con Insulina. Questi dati suggeriscono che il trattamento con DS20060511 riduce i livelli di glucosio nel sangue aumentando l’assorbimento del glucosio nel muscolo scheletrico inducendo la traslocazione di GLUT4 in vivo.

a, b Livelli di glucosio nel sangue dopo il trattamento con DS20060511 (30 mg kg-1) in topi C57BL/6 che avevano ricevuto un accesso continuo al cibo (a) e topi a cui era stato negato l’accesso al cibo durante la notte (b) (n = 8) . I valori mostrati sono mezzi ± SEM. **P < 0.01 vs. 0 min di ANOVA unidirezionale seguito dal test di Dunnett. c Livelli di glicemia e Insulina plasmatica durante GTT orale nei topi C57BL/6 (n = 5–6). I topi hanno ricevuto la somministrazione orale di veicolo o DS20060511 alla dose indicata, 15 min prima della somministrazione di glucosio (1,5 g kg-1). I valori mostrati sono mezzi ± SEM. *P < 0.05, **P < 0.01 rispetto al veicolo per ANOVA unidirezionale seguito dal test di Williams. d Captazione di [3H]-2-DG nel muscolo soleo, nel muscolo gastrocnemio (Gastro.), nel cuore e nel tessuto adiposo bianco (WAT) a 60 min durante il GTT intraperitoneale nei topi C57BL/6 (n = 3). I topi hanno ricevuto la somministrazione orale del veicolo o DS20060511 (30 mg kg-1), 15 min prima della somministrazione di glucosio (1 g kg-1 glucosio contenente [3H]-2-DG). I valori mostrati sono mezzi ± SEM. *P < 0.05, **P < 0.01 rispetto al veicolo in base al t-test. e Livelli proteici di GLUT4 e Na,K-ATPaseα nella frazione di membrana plasmatica del muscolo tricipite surale asportato dai topi C57BL/6 (n = 2) trattati con DS20060511 (10 mg kg-1), Insulina (5 U kg− 1), o salina come veicolo, attraverso la vena cava inferiore 10 min dopo il trattamento.

Valutazione farmacocinetica del DS20060511 nei topi:

In topi normali sono state esaminate le variazioni della concentrazione plasmatica e della distribuzione del DS20060511 in possibili organi/tessuti bersaglio. I livelli di esposizione sistemica al DS20060511 dopo sua somministrazione orale erano dose dipendenti e le concentrazioni massime a 30 min dopo la somministrazione di 1, 10 e 30 mg kg-1 erano rispettivamente di 0,6, 16,5 e 71,4 μM. La misurazione delle concentrazioni di DS20060511 nei tessuti a 75 min dopo la somministrazione orale (30 mg kg-1) ha rivelato concentrazioni quasi comparabili tra il muscolo scheletrico, il WAT e il cuore. Coerentemente con il suo profilo farmacocinetico stabile, la stabilità metabolica del composto nella frazione microsomiale del fegato era elevata (89% e 79% del composto rimanente dopo 1 h di incubazione con la frazione microsomiale del fegato umano e di topo, rispettivamente).

L’effetto ipoglicemizzante del DS20060511 dipende dal GLUT4:

Per confermare che l’effetto ipoglicemizzante del DS20060511 è mediato dal GLUT4, la molecola è stata somministrata a topi GLUT4KO. L’espressione della proteina GLUT4 non era rilevabile nel muscolo scheletrico, nel cuore e nel WAT dei topi GLUT4KO. Mentre il trattamento con DS20060511 ha causato una significativa diminuzione dei livelli di glucosio nel sangue e di Insulina plasmatica nei topi wild-type (WT) durante GTT orale, questi effetti sono stati completamente aboliti nei topi GLUT4KO. Il trattamento con DS20060511 ha aumentato significativamente l’assorbimento di 2-DG da parte dei muscoli soleo ed estensore lungo delle dita (EDL) dei topi WT, mentre non è stato osservato un tale aumento dell’assorbimento muscolare nei muscoli isolati dei topi GLUT4KO trattati con DS20060511 . Questi dati confermano che l’effetto ipoglicemizzante del DS20060511 è mediato da GLUT4 nel muscolo scheletrico.

a Livelli di glicemia e insulina plasmatica durante GTT orale in topi wild-type (WT, n = 5) e GLUT4 knockout (KO, n = 6). I topi hanno ricevuto la somministrazione orale del veicolo o DS20060511 (30 mg kg-1), 15 min prima della somministrazione di glucosio (1,5 g kg-1). I valori mostrati sono mezzi ± SEM. *P < 0.05, **P < 0.01 rispetto al veicolo in base al t-test. b Captazione di [3H]-2-DG stimolata da DS20060511 nei muscoli soleo e EDL isolati asportati da topi WT (n = 6) e KO (n = 6). I valori mostrati sono mezzi ± SEM. **P < 0,01 rispetto al veicolo secondo il t-test.

Il trattamento con DS20060511 induce la traslocazione di GLUT4 senza attivazione delle vie IR-IRS1-PI3K-Akt-AS160 e -PI3K-Rac1:

La traslocazione di GLUT4 indotta dall’Insulina è attivata da (1) la via IR-IRS1-PI3K-Akt-AS16032 e (2) la via IR-IRS1-PI3K-Rac115 nel muscolo scheletrico. L’Insulina lega l’IR, che si traduce nell’attivazione di IRS1, PI3K e Akt. Akt attivato inibisce la proteina di attivazione della Rab GTPasi (GAP) AS160, che si traduce nell’attivazione delle proteine ​​Rab e nella traslocazione di GLUT4 alla membrana plasmatica[33]. D’altra parte, Rac1 è attivato da PI3K e promuove il rimodellamento dell’actina, con conseguente traslocazione di GLUT4[12]. E’ stato esaminato se il trattamento con DS20060511 aumenta la traslocazione di GLUT4 nel muscolo scheletrico attraverso questi percorsi. Sebbene la subunità IRβ e IRS1 siano state fosforilate nei muscoli scheletrici dei topi trattati con Insulina, non è stata osservata tale fosforilazione di queste proteine ​​dopo il trattamento con DS20060511. Allo stesso modo, mentre il trattamento con Insulina ha indotto la fosforilazione di Akt e AS160, il trattamento con DS20060511 non ha avuto tale effetto. Successivamente è stata eseguita la microscopia di immunofluorescenza per indagare se il DS20060511 potesse promuovere la polimerizzazione dell’actina. Sebbene sia stata osservata una forte colorazione di GLUT4 sulla superficie cellulare dopo il trattamento sia con Insulina che con DS20060511, la polimerizzazione dell’actina è stata osservata solo dopo il trattamento con Insulina nei miotubi differenziati L6-GLUT4myc. Inoltre, sebbene la traslocazione di GLUT4 sia stata indotta sia dall’Insulina che dal trattamento con DS20060511, la latrunculina B, un inibitore della polimerizzazione dell’actina, ha soppresso solo la traslocazione di GLUT4 indotta dall’Insulina, ma non quella indotta dal trattamento con DS20060511. Il co-trattamento di DS20060511 e Insulina ha comportato un aumento additivo della traslocazione di GLUT4 nei miotubi L6-GLUT4myc, anche alla concentrazione di Insulina alla quale la traslocazione di GLUT4 da parte della sola Insulina era saturata. Coerentemente con questi dati, anche l’assorbimento di 2-DG indotto dall’Insulina è stato ulteriormente aumentato dal trattamento concomitante con DS20060511 nei muscoli scheletrici isolati. In effetti, i livelli di glucosio nel sangue sono stati ridotti in misura maggiore dopo il trattamento combinato con DS20060511 più Insulina rispetto a quello dopo il solo trattamento con Insulina nei topi trattati con streptozotocina (STZ). Questi dati suggeriscono che l’attivazione né della via IR-IRS1-PI3K-Akt-AS160 né della via IR-IRS1-PI3K-Rac1 è coinvolta nella traslocazione di GLUT 4 indotta dal trattamento con DS20060511.

a, b Fosforilazione di IRβ, IRS1, Akt (Ser473) e AS160 del muscolo tricipite surale asportato da topi C57BL/6 (n = 2) trattati con DS20060511 (10 mg kg-1), Insulina (5 U kg-1 ), o soluzione salina come veicolo, attraverso la vena cava inferiore 10 min dopo il trattamento. c Immunocolorazione in fluorescenza della superficie cellulare GLUT4 e delle fibre intracellulari di actina in miotubi L6-GLUT4myc trattati con 30μM di DS20060511 o 100μnM di Insulina. Le frecce indicano la caratteristica struttura arruffata dell’actina polimerizzata e della superficie associata all’actina GLUT4. d Attività di traslocazione GLUT4 dell’Insulina 30μM DS20060511 o 100μnM in presenza dell’inibitore della polimerizzazione dell’actina, Latrunculin B, alle concentrazioni indicate. I valori mostrati sono mezzi  ± SEM, n = 3. e Traslocazione GLUT4 stimolata dall’Insulina concentrazione-dipendente in miotubi L6-GLUT4myc con o senza 30 μM DS20060511 (n = 3). f Captazione di 2-DG stimolata da DS20060511 concentrazione-dipendente con Insulina 100 nM in muscoli isolati da topi C57BL/6 (n = 3). I valori mostrati sono mezzi ± SEM. ***P < 0,001 di ANOVA unidirezionale seguito dal test di Tukey. g Livelli di glucosio nel sangue durante ITT in topi C57BL/6 trattati con STZ (n = 6–7). Il veicolo o la dose indicata di DS20060511 è stata somministrata per via orale contemporaneamente all’iniezione intraperitoneale di Insulina 0,1 U kg-1. I valori mostrati sono mezzi ± SEM. *P < 0.05 vs. veicolo per ANOVA unidirezionale seguito dal test di Dunnett. c Barra della scala in tutti i pannelli, 5 μm. Le macchie non ritagliate per a e b possono essere trovate nella figura seguente.

Il trattamento con DS20060511 aumenta l’ossidazione del glucosio durante l’esercizio fisico:

Poiché l’esercizio fisico, come l’Insulina, è ben noto per migliorare la traslocazione di GLUT4 e aumentare l’assorbimento di glucosio nel muscolo scheletrico[34], i ricercatori hanno successivamente studiato l’effetto del trattamento con DS20060511 sulla capacità di resistenza all’esercizio fisico e l’ossidazione del substrato energetico durante l’esercizio mediante calorimetria. Durante l’esercizio graduale sul tapis roulant, il VO2 è aumentato gradualmente in entrambi i gruppi trattati con il veicolo e DS20060511 e anche la capacità di resistenza all’esercizio era paragonabile tra i due gruppi. Dopo un po’ di tempo dall’inizio della corsa, il gruppo trattato con DS20060511 ha iniziato a mostrare un rapporto di scambio respiratorio (RER) relativamente più elevato rispetto al gruppo trattato con veicolo; inoltre, l’ossidazione stimata del glucosio durante il test era significativamente più alta nei topi trattati con DS20060511 rispetto ai topi trattati con veicolo, mentre l’ossidazione dei grassi era significativamente inferiore. Pertanto, il DS20060511 ha aumentato l’ossidazione del glucosio durante l’esercizio. I livelli di glucosio nel sangue sono diminuiti significativamente dopo l’esercizio nei topi trattati con DS20060511, ma non sono scesi al range di ipoglicemia. I livelli di lattato nel sangue erano comparabili tra i due gruppi.

a–c Rapporto di scambio respiratorio (RER), ossidazione stimata del glucosio e ossidazione dei grassi durante la corsa su tapis roulant graduale nei topi C57BL/6 (n = 7). Il veicolo o DS20060511 (30 mg kg−1) è stato somministrato per via orale 15 min prima di iniziare a correre. Il tapis roulant è partito dalla velocità di 10 m min−1 e aumentato di 2 m min−1 ogni 3 min. I valori mostrati sono mezzi ± SEM. *P < 0.05 vs. veicolo dal t-test.

Mancanza di effetto sulla fosforilazione dell’AMPK con Il trattamento di DS20060511:

Sulla base della scoperta che il DS20060511 ha aumentato l’utilizzo del glucosio nel muscolo scheletrico durante l’esercizio, i suoi effetti combinati con quelli della contrazione muscolare sono stati ulteriormente valutati utilizzando campioni di muscolo scheletrico isolati. L’assorbimento di 2-DG è stato aumentato in misura maggiore dopo l’elettrostimolazione muscolare combinata con il trattamento DS20060511 rispetto a quello dopo l’elettrostimolazione muscolare senza il trattamento DS20060511. Sebbene recenti scoperte suggeriscano che l’AMPK non svolga alcun ruolo nella traslocazione di GLUT4 e nell’assorbimento di glucosio nel muscolo osservato durante l’esercizio[16,22], l’attivazione di AMPK mediante stimolazione elettrica[21], nonché da AICAR[20], potrebbe aumentare l’assorbimento di glucosio nel muscolo scheletrico isolato. E’ stata esaminata la fosforilazione di AMPK dopo il trattamento con DS20060511 mediante western blotting nel muscolo scheletrico isolato. Sebbene il livello di fosforilazione dell’AMPK sia stato elevato dalla stimolazione muscolare elettrica, non è stato osservato alcun cambiamento di questo tipo dopo il trattamento con DS20060511. Il livello di fosforilazione dell’AMPK nel muscolo scheletrico è rimasto invariato dopo il trattamento con DS20060511 rispetto a quello prima del trattamento in vivo, anche in condizioni di non esercizio. Questi dati suggeriscono che l’aumento dell’assorbimento di glucosio indotto da DS20060511 è indipendente dall’attivazione dell’AMPK.

a Captazione di 2-DG stimolata da DS20060511 dipendente dalla concentrazione con contrazione muscolare (stimolazione elettrica 5 Hz) in muscoli isolati da topi C57BL/6 (n = 3). ***P < 0,001 di ANOVA unidirezionale seguito dal test di Tukey. b La contrazione muscolare (stimolazione elettrica 5 Hz) ha indotto la fosforilazione di AMPK (Thr172) con o senza 10 μM DS20060511 in muscoli isolati da topi C57BL/6. c Livelli di fosforilazione di AMPKα dei muscoli Triceps surae asportati da topi C57BL/6 (n = 2) trattati con DS20060511 (10 mg kg-1) o soluzione salina come veicolo attraverso la vena cava inferiore 10 min dopo il trattamento.

Il trattamento con DS20060511 diminuisce la glicemia in maniera eNOS-indipendente:

È stato dimostrato che il Nitroprussiato di sodio (SNP), un donatore di Ossido Nitrico (NO), aumenta l’assorbimento di glucosio nel muscolo scheletrico e che questo aumento non è inibito dall’inibitore PI3K, Wortmannin[35]. Inoltre, l’assorbimento del glucosio indotto dall’esercizio da parte del muscolo scheletrico non è stato soppresso dall’inibitore di NO NG-monometil-L-arginina (L-NMMA)[35]. Questi dati suggeriscono che il NO induce l’assorbimento del glucosio da parte del muscolo scheletrico attraverso un meccanismo che è distinto sia dall’Insulina che dalle vie di segnalazione dell’esercizio. L’Ossido Nitrico sintasi endoteliale, che è un importante enzima che genera NO, è espresso nel muscolo scheletrico. È stato riportato che l’assorbimento del glucosio è compromesso nei muscoli scheletrici isolati di topi eNOSKO[36]. Per studiare il meccanismo alla base dell’aumento dell’assorbimento di glucosio da parte del muscolo scheletrico indotto da DS20060511, è stato somministrato DS20060511 a topi eNOSKO. Il trattamento con DS20060511 ha ridotto significativamente i livelli di glucosio nel sangue sia nei topi WT che eNOSKO durante GTT orale. Sebbene i livelli di glucosio nel sangue siano stati ridotti dal trattamento con Insulina, i livelli di glucosio nel sangue sono stati ridotti ulteriormente dopo il trattamento con DS20060511, sia nei topi WT che eNOSKO, allo stesso modo. Questi dati suggeriscono che l’effetto ipoglicemizzante di DS20060511 è esercitato in modo eNOS-indipendente.

a, b Livelli di glucosio nel sangue durante GTT orale in topi wild-type (WT, n = 5) ed eNOS-knockout (KO, n = 5–6). I topi hanno ricevuto il veicolo o DS20060511 (10 mg kg-1) per via orale 15 min prima della somministrazione di glucosio (3,0 g kg-1). c, d Livelli di glucosio nel sangue durante ITT nei topi WT (n = 4) e KO (n = 5). Veicolo o DS20060511 (30 mg kg-1) è stato somministrato per via orale contemporaneamente all’iniezione intraperitoneale di insulina 0,5 U kg-1. I valori mostrati sono mezzi ± SEM. *P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001 rispetto al veicolo in base al t-test.

Il trattamento acuto e cronico con DS20060511 migliora l’intolleranza al glucosio nei topi diabetici obesi:

Per indagare se il trattamento con DS20060511 può attenuare l’intolleranza al glucosio nei topi con obesità indotta dalla dieta e resistenza all’Insulina, i ricercatori hanno condotto GTT orale in topi alimentati con dieta ricca di grassi (HFD) dopo il trattamento con DS20060511. Il trattamento con DS20060511 ha ridotto significativamente i livelli di glucosio nel sangue nei topi nutriti con HFD agli stessi livelli di quelli osservati nei topi alimentati con dieta normale durante il GTT orale. I livelli plasmatici di Insulina erano piuttosto diminuiti nei topi nutriti con HFD trattati con DS20060511. La soppressione dell’assorbimento di 2-DG indotto dall’Insulina nel muscolo scheletrico isolato da topi alimentati con HFD è stata completamente ripristinata dal trattamento con DS20060511. Questi dati suggeriscono che il trattamento acuto con DS20060511 migliora l’intolleranza al glucosio nei topi con obesità indotta dalla dieta e resistenza all’Insulina. Successivamente, è stato studiato l’effetto del trattamento cronico con DS20060511 in topi diabetici geneticamente obesi (db/db). I livelli di glucosio nel sangue sono diminuiti significativamente dal primo al 28° giorno di trattamento con DS20060511 nei topi db/db. Coerentemente con questi dati, anche il valore dell’emoglobina glicata (HbA1c) è stato significativamente ridotto dopo il trattamento cronico con DS20060511. Non ci sono state differenze statisticamente significative nel peso corporeo, nell’assunzione di cibo, nel livello di glucosio nel sangue a digiuno o nei livelli di Insulina plasmatica a digiuno tra i topi db/db trattati con DS20060511 e quelli trattati con il veicolo. Non sono stati inoltre rilevati cambiamenti significativi nei pesi dei tessuti di muscolo, cuore, WAT e fegato, o nel contenuto di glicogeno del muscolo, del cuore e del fegato. Questi dati suggeriscono che il trattamento con DS20060511 sia acuto che cronico migliora il diabete ripristinando l’assorbimento alterato del glucosio da parte del muscolo scheletrico.

a Livelli di glucosio nel sangue e di Insulina plasmatica durante un GTT orale in topi alimentati con dieta normale (NC) e ad alto contenuto di grassi (HFD) (n = 5). Veicolo o DS20060511 (30 mg kg-1) è stato somministrato per via orale 15 min prima della somministrazione orale di glucosio (1,5 g kg-1). I valori mostrati sono mezzi ± SEM. *P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001 rispetto al veicolo HFD secondo il t-test. b Effetti dell’Insulina 10 μM DS20060511 e 100 nM sull’assorbimento di 2-DG nei muscoli isolati da topi alimentati con NC (n = 6) e con HFD (n = 5). I valori mostrati sono mezzi ± SEM. **P < 0.01 per ANOVA unidirezionale seguito dal test di Tukey. c, d Cambiamenti nei livelli di glucosio nel sangue e AUC il giorno 1 e il giorno 28 durante la rialimentazione (n = 6) in topi db/db trattati cronicamente con DS20060511 (10 mg kg-1 giorno-1). I valori mostrati sono mezzi ± SEM. *P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001 rispetto al veicolo in base al t-test. e Modifica dei livelli di HbA1c nei topi db/db (n = 6) a 4 settimane. I valori mostrati sono mezzi ± SEM. *P < 0.05 vs. veicolo dal t-test.

Discussioni conclusive:

Come abbiamo visto, è stata passata al vaglio la libreria chimica in possesso dei ricercatori i quali hanno utilizzato miotubi L6-GLUT4myc per lo studio di un nuovo farmaco per il trattamento del diabete di tipo II scoprendo il composto xantenico DS20060511. Il DS20060511 ha aumentato la traslocazione di GLUT4 nei miotubi differenziati L6-GLUT4myc, ma non negli adipociti differenziati 3T3-L1-GLUT4myc, suggerendo che agisca principalmente nei muscoli scheletrici. Coerentemente, in vivo, il DS20060511 ha indotto l’assorbimento di 2-DG nei muscoli soleo e gastrocnemio, ma non nel cuore o nel tessuto adiposo. L’Insulina favorisce l’assorbimento del glucosio nel tessuto adiposo e nel muscolo scheletrico, che inevitabilmente, in condizioni metabolicamente alterate e ipercaloriche, porta all’obesità. Tuttavia, il DS20060511 migliora l’assorbimento del glucosio solo nel muscolo scheletrico e riduce la secrezione di Insulina sopprimendo l’aumento dei livelli di glucosio nel sangue dopo il carico di glucosio, sopprimendo così lo sviluppo dell’obesità; quindi, il composto sembra anche offrire una promessa come farmaco per la prevenzione dell’obesità. Il DS20060511 ha ridotto i livelli di glucosio nel sangue nei topi diabetici obesi, senza causare iperfagia, aumento di peso corporeo o ipoglicemia e senza aumentare la secrezione di Insulina. Inoltre, il DS20060511 non sembra abbassare il livello di glucosio nel sangue a digiuno, indicando il rischio relativamente basso di ipoglicemia associato all’uso di questo composto. Queste caratteristiche potrebbero essere preferibili a un farmaco sicuro ed efficace per il trattamento del diabete di tipo II.

Voglio ricordare che con la sigla “2-DG” ci si riferisce ad un analogo del glucosio tracciabile (vedi immagine a sinistra).

L’effetto ipoglicemizzante del DS20060511 è stato completamente abolito nei topi GLUT4KO, indicando che il DS20060511 aumenta l’assorbimento del glucosio in modo GLUT4-dipendente. È interessante notare che il DS20060511 non è riuscito ad attivare la segnalazione dell’Insulina a monte, inclusa la fosforilazione di AS160 e il rimodellamento dell’actina o il percorso AMPK, che sono anche noti per aumentare la traslocazione di GLUT4 nel muscolo scheletrico. Inoltre, quando somministrato in combinazione con Insulina, il DS20060511 ha ulteriormente migliorato l’assorbimento del glucosio nel muscolo scheletrico sia nei topi normali che in quelli resistenti all’Insulina e ha ulteriormente ridotto i livelli di glucosio nel sangue in un modello murino di diabete di tipo I indotto da STZ. Il DS20060511 ha anche potenziato l’ossidazione del glucosio in tutto il corpo durante l’esercizio fisico, associata a un aumento dell’assorbimento e dell’utilizzo del glucosio nel muscolo scheletrico[16]. Pertanto, il DS20060511 può agire come un agente antidiabetico con un meccanismo d’azione completamente nuovo in pazienti con azioni alterate dell’Insulina nel muscolo scheletrico e in quelli con diabete di tipo I o II che ricevono Insulina e/o terapia fisica.

Alcuni composti sono stati anche segnalati in precedenza per indurre la traslocazione di GLUT4. È stato riportato che nuovi composti della Piridazina inducono fortemente la traslocazione di GLUT4 nei miotubi L6 e mostrano un significativo effetto ipoglicemizzante in un modello murino di diabete grave[37]. È noto che i disaccoppianti protonici, come il 2,4-dinitrofenolo, inducono la traslocazione di GLUT4 in accordo con un rapido calo dei livelli intracellulari di ATP[38]. Tuttavia, a differenza del DS20060511, questi composti promuovono la traslocazione di GLUT4 attraverso la via PI3K o AMPK. È stato riportato che la piccola molecola donatrice di NO NCX 4016 induce la traslocazione di GLUT4 negli adipociti 3T3-L1, ma non nelle cellule del muscolo scheletrico[39]. Questi risultati suggeriscono che un potenziatore della traslocazione di GLUT4 specifico del muscolo scheletrico come il DS20060511 non è mai stato segnalato in precedenza.

Il movimento del GLUT4 negli adipociti. Il tessuto adiposo è costituito da adipociti. Negli adipociti, il GLUT4 si trova nella membrana cellulare e nel citosol. La traslocazione di GLUT4 dalle vescicole citosoliche alla membrana cellulare porta ad un elevato assorbimento di glucosio, mentre l’endocitosi riporta il GLUT4 al citosol. (1): Nelle cellule non stimolate, le porzioni di membrana contenenti GLUT4 sono internalizzate in modo endocitosi per generare vescicole contenenti GLUT4. Le vescicole GLUT4 sono internalizzate negli endosomi precoci (o ordinati). Possono entrare nel corpo endoplasmatico di recupero e seguire la via retrograda verso la rete trans-Golgi e il compartimento intermedio del reticolo endoplasmatico-Golgi o altri compartimenti della membrana donatrice. (2): Le vescicole GLUT4 derivate dalle strutture della membrana del donatore sono fissate da un laccio contenente un dominio UBX per la proteina GLUT4 (TUG). (3): Durante la stimolazione del segnale dell’Insulina, le vescicole GLUT4 vengono rilasciate e caricate sul motore dei microtubuli per essere trasferite alla membrana plasmatica. La continua presenza di Insulina porta al movimento diretto di queste vescicole verso la membrana plasmatica. (4): Le vescicole GLUT4 sono legate alla proteina motoria chinesina e ad altre proteine. Quando ciò si verifica, si forma un complesso SNARE ternario stabile. (5): Il complesso SNARE ternario stabile è ancorato alla membrana bersaglio. (6): Le vescicole ancorate si affidano a SNARE per spostarsi e fondersi con la membrana bersaglio. Fonte immagine: Wang T, Wang J, Hu X, Huang XJ, Chen GX. Current understanding of glucose transporter 4 expression and functional mechanisms. World J Biol Chem 2020; 11(3): 76-98 [PMID: 33274014 DOI: 10.4331/wjbc.v11.i3.76]

Perché il DS2006051 agisce selettivamente sul muscolo scheletrico? La molecola bersaglio del DS2006051 può essere espressa selettivamente nel muscolo scheletrico. La quantità di GLUT4 sulla superficie cellulare è determinata dall’equilibrio tra esocitosi dalle vescicole di stoccaggio intracellulare ed endocitosi dalla membrana cellulare. Il DS2006051 può promuovere l’esocitosi o sopprimere l’endocitosi di GLUT4 tramite l’attivazione della molecola bersaglio. Per studiare il bersaglio selettivo di DS20060511 nel muscolo scheletrico e nei miotubi L6, sono stati adottati tre diversi approcci: legame del composto radiomarcato, purificazione di perline immobilizzate con composto e fotoreticolazione UV di un composto al bersaglio. I composti radiomarcati o modificati chimicamente avevano la capacità di reagire con campioni preparati da tessuto muscolare scheletrico o miotubi L6-GLUT4myc, come lisati, microsomi o cellule viventi. Dopo l’arricchimento e la purificazione abbinati per ciascun approccio, i campioni sono stati analizzati mediante LC-MS/MS. Sfortunatamente, i ricercatori non sono riusciti a identificare nessuna molecola bersaglio specifica che si legasse al DS20060511 con un’alta affinità. Sono necessarie ulteriori indagini per identificare il bersaglio molecolare del DS20060511 e anche la via di segnalazione coinvolta, come la produzione di specie reattive dell’ossigeno associate a Rac1 o NADPH ossidasi 2.

In conclusione, è stato identificato un nuovo composto xantenico, il DS20060511, ed è stato dimostrato che il trattamento con DS20060511 induceva la traslocazione di GLUT4 indipendentemente dalla segnalazione canonica dell’Insulina e dall’attività dell’AMPK, per migliorare l’assorbimento del glucosio da parte del muscolo scheletrico. Inoltre, il trattamento con DS20060511 ha anche migliorato l’intolleranza al glucosio nei topi diabetici obesi. Sebbene non siano stati in grado di identificare la specifica molecola bersaglio del DS20060511 sulla cellula muscolare scheletrica, ulteriori studi con il composto aiuterebbero a sviluppare un nuovo farmaco per il diabete di tipo II.

Le caratteristiche del DS20060511 lo rendono una molecola di particolare interesse per i bodybuilder. La sua selettività per il tessuto muscolo scheletrico e la mancata attivazione dell’AMPK offrono due significativi vantaggi che le molecole con attività di miglioramento del insulino-resistenza (Biguanidi et simili) oggi disponibili non danno:

  • Punto 1: la selettività della molecola per il tessuto muscolo-scheletrico e il miglioramento in tale sede dell’uptake del Glucosio da parte del miocita garantisce una ripartizione calorica a sensibile svantaggio del tessuto adiposo (quindi dell’adipocita) in un contesto ipercalorico, prolungando in modo indeterminato (almeno secondo i dati attuali) il periodo di vantaggio che l’atleta può sperimentare in un regime di questo tipo, prima che il peggioramento dei parametri del IR portino ad un aumento significativo della massa grassa e una riduzione dei guadagni muscolari sia in rapporto alla precedente che in termini assoluti;
  • Punto 2: la capacità del DS20060511 di bypassare l’attivazione/stimolo del AMPK permette di non sottoregolare/bloccare l’attività del mTOR e della sua attività sull’ipertrofia muscolare. Questo vantaggio è unico nel suo genere dal momento che, per esempio, sia la Metformina che la Berberina, due molecole largamente utilizzate per il miglioramento del IR, interagiscono per via delle PPAR-α nello stimolo dell’attività del AMPK la quale sottoregola/blocca mTOR.

Riguardo all’ultimo punto, c’è da dire che, da quanto osservato empiricamente ed emerso clinicamente, l’interazione negativa di Metformina e Berberina sul mTOR risulta significativa in modo dosaggio-dipendente. Si ipotizza, ma questa è una semplice ipotesi osservazionale, che l’uso di dosaggi non superiori a 500-750mg/die totali di entrambe le molecole non alteri crescita e/o recupero muscolare. Ricordiamoci inoltre che sia la Metformina che la Berberina (compreso anche l’ALA) sembrano avere potenziali inibitori sugli enzimi implicati nella lipogenesi ed esterificazione degli acidi grassi liberi negli adipociti, ma questa è un altra storia.

È interessante notare che alcuni studi dell’ultimo decennio suggeriscono che la Metformina può inibire direttamente l’azione della Leucina sul mTOR. Non solo questo sarebbe, ovviamente, un fattore negativo per la crescita muscolare, ma ipoteticamente l’effetto inibitorio della Metformina sul mTOR potrebbe avere un effetto maggiore in quanto è correlato alla riduzione del rischio di tumori mortali nei diabetici.

E’ a proposito molto interessante quanto postulato dal Dr. Melnik dell’Università di Osnabrück in Germania: “la Metformina può essere un diretto concorrente della Leucina per il legame e l’attività del mTORC1”.

Il medico ha notato nel suo articolo che la dose giornaliera abituale nei diabetici di Metformina (2g) è nell’ordine dei 2g di Leucina derivati dal consumo giornaliero di 100g di carne o formaggio. Poiché le due molecole sono simili per struttura e dimensioni, possono competere per gli stessi siti nell’attivazione del mTOR. Di conseguenza, possiamo affermare, con un buon margine di ragione, che è una questione “dose-risposta dipendente”, come accennato in precedenza, in rapporto all’attività potenziale di alterazione del mTOR sia diretta (legame attivazione leucina-simile) che indiretta (via AMPK).

Per quanto riguarda la questione della potenziale sotto-regolazione sui AR da parte della Metformina, i dati attuali provengono principalmente da studi di linee cellulari in vitro, in donne con PCOS, e da studi sui pazienti con cancro alla Prostata che però non danno comunque dati chiari sul grado di riduzione dei AR a livello del muscolo-scheletrico, di conseguenza si può speculare ancora ampiamente su quali possano essere gli effetti in vivo nell’uomo sulla crescita del tessuto muscolo-scheletrico durante il trattamento con Metformina. Rimango, al momento, dell’idea che sia fondamentalmente una questione di “soglia di efficacia” in rapporto agli “effetti indesiderati”, e la cosa, però, non è così semplice da calibrare come sembra viste le diversità nelle risposte individuali.

Ma, tornando a parlare del DS20060511, potrebbe avere un potenziale anche in un regime ipocalorico? Si, ovviamente, anche se presumibilmente il calo della Leptina sarà più rapido per via della “carestia glucidica adipocitaria indotta”. Sicuramente risulterebbe un vantaggio nei refeed sia pre-contest che quelli di “routine” settimanale. La superiorità rispetto a quanto oggi utilizzato con tali finalità rimane.

Per il momento, non ci resta che attendere nuovi studi sul DS20060511, possibilmente sull’uomo.

Gabriel Bellizzi

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