Astragaloside IV and ginsenoside Rb1 combination improves diabetic foot ulcer healing by downregulating the IRF1-ZBP1 axis in keratinocytes

Per milioni di persone che vivono con il diabete, un piccolo taglio sul piede può trasformarsi in una ferita che cambia la vita e che rifiuta di rimarginarsi. Questa condizione, nota come ulcera del piede diabetico, non è semplicemente una lesione superficiale; è uno stallo biologico profondo. In un corpo sano, il processo di guarigione è una sequenza coordinata in cui le cellule immunitarie corrono sul sito per eliminare i detriti e combattere l'infezione, per poi fare un passo indietro e lasciare che la nuova pelle cresca. Nel diabete, l'alto livello di zucchero nel sangue getta questo processo nel caos. Le cellule immunitarie, in particolare i neutrofili, diventano iperattive e confuse. Invece di aiutare, rilasciano una nuvola tossica di segnali infiammatori e si autodistruggono in modi che danneggiano proprio il tessuto che dovrebbero riparare. Ciò crea un circolo vizioso di infiammazione e morte cellulare che impedisce alla pelle di ricongiungersi, portando spesso a gravi complicazioni o amputazioni. Gli scienziati cercano da tempo un modo per rompere questo ciclo, cercando agenti che possano calmare il sistema immunitario e proteggere le cellule della pelle senza causare danni.

Un team di ricercatori dell'Università di Nanchang, in Cina, ha identificato un approccio promettente utilizzando una combinazione di due composti naturali presenti nella medicina tradizionale cinese: l'astragaloside IV, derivato dalla radice di astragalo, e il ginsenoside Rb1, presente nel ginseng. In uno studio pubblicato recentemente, i ricercatori hanno dimostrato che quando queste due sostanze vengono utilizzate insieme in una specifica proporzione, possono accelerare significativamente la guarigione delle ulcere del piede diabetico nei ratti e proteggere le cellule della pelle in laboratorio. La chiave del loro successo risiede nel modo in cui interagiscono con il macchinario cellulare del corpo. I ricercatori hanno scoperto che l'alto livello di zucchero nel sangue innesca un tipo specifico di morte cellulare chiamata PANoptosis, un processo in cui le cellule muoiono in un modo che rilascia simultaneamente segnali infiammatori, peggiorando la ferita. Lo studio mostra che la combinazione dei due farmaci funziona spegnendo l'attività di una specifica proteina chiamata ZBP1, che agisce come un interruttore per questo processo distruttivo. Bloccando questo interruttore, i farmaci permettono alle cellule della pelle di sopravvivere e alla ferita di guarire.

Per capire come ciò funzioni, gli scienziati hanno prima creato un modello del problema in una capsula di Petri. Hanno preso cellule della pelle umana, note come cheratinociti, ed esposto loro elevati livelli di glucosio per simulare l'ambiente di un piede diabetico. In queste condizioni, le cellule hanno iniziato a morire rapidamente attraverso l'apoptosi, la piroptosi e la necroptosi — tre diverse forme di morte cellulare programmata che, in questo contesto, si fondono nell'unico evento distruttivo della PANoptosis. I ricercatori hanno poi testato varie concentrazioni di astragaloside IV e ginsenoside Rb1, sia singolarmente che in combinazione. Hanno scoperto che, sebbene ciascun farmaco offrisse una certa protezione da solo, funzionavano meglio insieme. Nello specifico, una miscela in cui la quantità di astragaloside IV rispetto alla quantità di ginsenoside Rb1 era in un rapporto di due a tre produceva l'effetto protettivo più forte. Questa combinazione manteneva in vita le cellule della pelle, riduceva il rilascio di sostanze chimiche infiammatorie tossiche e abbassava i livelli di stress ossidativo, che è essenzialmente una forma di danno da "ruggine" causata da molecole instabili all'interno della cellula.

I ricercatori si sono poi spostati dal laboratorio alla vita animale per vedere se questi risultati valessero anche in un sistema biologico complesso. Hanno creato un modello di ulcera del piede diabetico nei ratti inducendo il diabete e creando poi una ferita precisa di un centimetro sulla schiena dell'animale. Hanno trattato queste ferite con la combinazione dei due farmaci, con ciascun farmaco da solo o con una soluzione salina come controllo. In dodici giorni, le ferite trattate con la combinazione dei due farmaci si sono chiuse significativamente più velocemente rispetto a quelle di qualsiasi altro gruppo. Quando i ricercatori hanno esaminato il tessuto al microscopio, hanno visto che il trattamento combinato portava a una pelle nuova più spessa e sana e a una rete più densa di nuovi vasi sanguigni, essenziali per la consegna di ossigeno e nutrienti a una ferita in guarigione. Fondamentalmente, hanno anche osservato una marcata riduzione dell'infiltrazione di neutrofili, le cellule immunitarie che avevano causato così tanti danni. Il trattamento ha efficacementmente impedito a queste cellule di rilasciare le loro reti tossiche e i segnali infiammatori, permettendo al processo di guarigione di procedere.

Per scoprire il meccanismo molecolare alla base di questa guarigione, il team ha indagato come i farmaci interagissero con le proteine all'interno delle cellule. Hanno utilizzato la modellazione computerizzata per prevedere come le molecole dei farmaci potessero incastrarsi nelle strutture di varie proteine coinvolte nella morte cellulare. I modelli suggerivano che entrambi i farmaci potessero legarsi strettamente a ZBP1, una proteina che agisce come sensore di segnali di pericolo e innesca la cascata della PANoptosis. Per confermare questa interazione fisica, i ricercatori hanno eseguito esperimenti in cui hanno riscaldato le proteine o le hanno esposte a enzimi che le degradano. Hanno scoperto che, in presenza dei farmaci, la proteina ZBP1 diventava più stabile e resistente alla degradazione, indicando che i farmaci si stavano effettivamente agganciando ad essa. Ulteriori esperimenti hanno mostrato che i farmaci riducevano anche i livelli di un'altra proteina chiamata IRF1, che normalmente si trova a monte di ZBP1 e le ordina di attivarsi. Sopprimendo l'IRF1, i farmaci impedivano l'attivazione di ZBP1, tagliando efficacemente il segnale che ordinava alle cellule della pelle di autodistruggersi.

Lo studio è andato oltre per dimostrare che ZBP1 era il bersaglio critico. I ricercatori hanno utilizzato strumenti genetici per ridurre la quantità di ZBP1 nelle cellule della pelle, mimando l'effetto dei farmaci. Quando ZBP1 veniva ridotta, le cellule diventavano molto più resistenti agli effetti dannosi dell'alto livello di zucchero, proprio come accadeva quando venivano trattate con i farmaci. Tuttavia, quando i ricercatori hanno provato ad aggiungere i farmaci a cellule che avevano già bassi livelli di ZBP1, i farmaci non fornivano alcun beneficio aggiuntivo. Ciò ha confermato che i farmaci lavorano specificamente mirando a ZBP1; se il bersaglio è già assente, i farmaci non hanno nulla da fare. Al contrario, quando i ricercatori hanno forzato le cellule a produrre ulteriore ZBP1 o ulteriore IRF1, le cellule hanno subito danni gravi, ma la combinazione di farmaci è stata comunque in grado di invertire questo danno. Ciò ha dimostrato che i farmaci sono abbastanza potenti da contrastare i segnali distruttivi anche quando il sistema è spinto verso la morte cellulare.

I risultati suggeriscono che la combinazione di astragaloside IV e ginsenoside Rb1 offre una strategia duplice per il trattamento delle ulcere del piede diabetico. Primo, protegge direttamente le cellule della pelle bloccando lo specifico interruttore molecolare, ZBP1, che innesca la loro autodistruzione. Secondo, calmando questo allarme cellulare, riduce indirettamente l'attività caotica del sistema immunitario, impedendo ai neutrofili di rilasciare le nuvole infiammatorie che ritardano la guarigione. Lo studio fornisce una chiara spiegazione molecolare del perché questi due composti naturali funzionino meglio insieme che separatamente, identificando un percorso specifico che può essere preso in considerazione per ripristinare la capacità del corpo di guarire. Sebbene la ricerca sia stata condotta su cellule e ratti, e gli autori sottolineino che siano necessari ulteriori studi per confermare sicurezza ed efficacia negli esseri umani, il lavoro offre una nuova e convincente direzione per lo sviluppo di trattamenti che affrontino le cause profonde delle ferite croniche non guarite, piuttosto che limitarsi a gestire i sintomi.