2.1 Inibizione delle Metalloproteasi di Matrice da parte dei Flavonoidi

La capacità di utilizzare i flavonoidi come inibitori delle MMP nella regolazione di gravi condizioni patologiche è stata studiata negli ultimi due decenni e la maggior parte dei flavonoidi ha dimostrato di essere efficace nella soppressione dell’attività delle MMP.

Gli effetti dell’irradiazione ultravioletta (UV) della luce solare sul fotoinvecchiamento della pelle sono stati ampiamente studiati, ed è stato dimostrato che l’irradiazione UV dei fibroblasti della pelle umana, sia in vitro che sulla pelle umana in vivo stimola la sovraespressione dei geni delle MMPs, compresa la metalloproteinasi-1 della matrice (MMP-1, collagenasi-1), che svolgono un ruolo importante nella degradazione dei componenti ECM durante il fotoinvecchiamento della pelle. Al fine di sviluppare nuovi agenti anti-fotoaging, Kim et al. hanno esaminato l’effetto inibitorio degli estratti del prodotto marino Zostera marina su MMP-1 e hanno scoperto che la luteolina ha soppresso l’espressione di MMP-1 nelle cellule dei fibroblasti della pelle umana (Hs68), mentre Aslam et al. hanno dimostrato che l’accumulo di MMP-1 nel mezzo condizionato dai fibroblasti era drasticamente ridotto in presenza di quercetina, luteolina, kaempferolo e naringenina, principali costituenti dell’estratto della buccia del melograno. Allo stesso modo, i flavonoidi, come la quercetina, il kaempferolo, l’apigenina e la wogonina, hanno dimostrato di essere inibitori della MMP-1 e hanno anche inibito l’induzione della MMP-1 sopprimendo l’attivazione del fattore di trascrizione, la proteina attivatrice-1 (AP-1) nella cultura di fibroblasti dermici neonatali umani trattati con 12-O-tetradecanoilforbolo-13-acetato (TPA). Pertanto, alcuni flavonoidi vegetali possono essere utili per trattare alcuni disturbi infiammatori della pelle e per proteggere la pelle dal fotoinvecchiamento. Inoltre, i flavonoidi apigenina e luteolina sopprimono l’espressione MMP-1 indotta dai raggi UV-A attraverso la protein chinasi attivata da mitogeno e la segnalazione AP-1-dipendente nei cheratinociti umani cellule HaCaT, mentre il metossiflavonoide isosakuranetina inibisce l’espressione MMP-1 indotta dai raggi UV-B nelle cellule HaCaT attraverso la soppressione delle vie della chinasi ERK1/2. Per studiare la relazione struttura-attività dei composti flavonoidi sui loro effetti inibitori contro l’attività della MMP-1, Sim et al. hanno esaminato gli effetti di diversi flavonoidi in vitro e nei fibroblasti dermici umani indotti da UV-A e hanno dimostrato che la miricetina, la quercetina, il kaempferolo, la luteolina, l’apigenina e la crisina hanno inibito le attività della collagenasi, in modo dose-dipendente, e l’espressione della MMP-1. Inoltre, hanno dimostrato che gli effetti inibitori dei flavonoidi sull’espressione della MMP-1 nei fibroblasti dermici umani dipendono dal numero e dall’ordine dei gruppi OH nella struttura dei flavonoidi.

Al fine di soddisfare le richieste di screening degli inibitori della MMP-1 e l’ulteriore caratterizzazione strutturale e biochimica degli studi sul complesso enzima-inibitore, Lu et al. hanno riportato un metodo migliorato per l’espressione ad alto livello del dominio catalitico solubile della MMP-1 umana (cd-MMP-1) in Escherichia coli. A questo scopo 17 flavonoidi legati alla struttura sono stati testati per il loro effetto inibitorio sulla cd-MMP-1 solubile e sei composti (luteolina, fisetina, kaempferolo, morina, miricetina e quercetina) erano attivi con un valore IC50 inferiore a 10 μM. Tra questi, la fisetina, l’inibitore più potente, è stata identificata come un inibitore di tipo misto della cd-MMP-1.

L’osteoartrite (OA) è una malattia cronica progressiva associata a meccanismi complessi che coinvolgono la sinovite e la distruzione della cartilagine articolare. Le citochine proinfiammatorie, come l’interleuchina-1β (IL-1β), sono sospettate di causare danni alla cartilagine OA inducendo l’espressione delle MMP nei condrociti in modo autocrino/paracrino. Zheng et al. hanno dimostrato per la prima volta che il flavonoide crisina ha inibito significativamente l’espressione indotta da IL-1β di MMP-1, MMP-3 e MMP-13 nei condrociti umani di OA. Allo stesso modo, la baicalina, un flavonoide predominante isolato dalla radice secca di Scutellaria baicalensis Georgi, ha notevolmente impedito l’espressione di MMP-1β indotta da IL-1, MMP-3 e MMP-13 a livello di mRNA e proteina. Per identificare il potenziale terapeutico per la degradazione della cartilagine e i suoi meccanismi d’azione, Lim et al. hanno esaminato gli effetti dell’apigenina e della wogonina sull’induzione di MMP-13 e hanno dimostrato che questi flavonoidi naturali down-regolano l’espressione di MMP-13 nelle cellule condrocitarie umane SW1353 trattate con interleuchina IL-1β. I risultati di questi studi hanno dimostrato che inibire l’espressione e l’attività delle MMP è una strategia interessante per contrastare l’OA.

Le MMP, in particolare le gelatinasi MMP-2 e MMP-9, svolgono un ruolo importante nell’invasione del cancro e sono risultate sovraespresse in quasi tutti i tipi di cancro. L’associazione del consumo di tè verde con la prevenzione dello sviluppo del cancro si basa su diverse osservazioni epidemiologiche. Sono stati esaminati gli effetti del principale flavanolo presente nel tè verde, l’epigallocatechina-3-gallato (EGCG), su due gelatinasi più frequentemente sovraespresse nel cancro e nell’angiogenesi (MMP-2 e MMP-9) e sull’invasione delle cellule tumorali e sulla chemiotassi. I risultati di questo studio hanno mostrato che l’EGCG ha inibito in modo dose-dipendente e indipendente dalla precipitazione l’attività di entrambe le metalloproteinasi che degradano il collagene della membrana basale e la gelatina, MMP-2 e MMP-9, e ha anche aumentato l’espressione di TIMP-1 e TIMP-2, che bloccano l’attività delle MMP attivate. Inoltre, Cheng et al. hanno dimostrato che l’EGCG forma un complesso reversibile con la MMP-2, inibendo così l’attività enzimatica. In particolare, EGCG non ha interferito con il legame di MMP-2 al collagene di tipo I, ma ha aumentato significativamente sia il legame pro- e attivato-MMP-2 a TIMP-2.

Per studiare l’interazione dei flavonoidi con la secrezione di MMPs, Huang et al. hanno riportato che la quercetina ha soppresso la produzione indotta dal fattore di crescita epidermico di MMP-2 e MMP-9 in cellule di carcinoma squamoso umano A431. Inoltre, Lin et al. hanno dimostrato che la quercetina ha efficacemente soppresso l’espressione genica della MMP-9 indotta dal TPA attraverso la soppressione delle cascate della protein chinasi C/extracellular signal-regulated kinase e c-Jun/activator protein-1 con conseguente soppressione della formazione di colonie, della migrazione tumorale e dell’invasione delle cellule di carcinoma mammario umano. Utilizzando simulazioni di docking e dinamica molecolare, Saragusti et al. hanno dimostrato che la quercetina ha interagito nel sottosito S1′ del sito attivo della MMP-9. Inoltre, l’analisi del rapporto struttura-attività ha dimostrato che le sostituzioni R 3′-OH e R 4′-OH del flavonoide erano rilevanti per la proprietà inibitoria contro l’attività della MMP-9. Recentemente, Lan et al. hanno dimostrato che questo flavonoide ha inibito la migrazione e l’invasione delle cellule nella linea cellulare umana di osteosarcoma regolando l’espressione del fattore di crescita delle cellule endoteliali vascolari, HIF-1α, VEGF, MMP-2 e MMP-9 in vitro e che la quercetina ha migliorato la metastasi tumorale in vivo nel modello di topo nudo di osteosarcoma. La genisteina, un isoflavonoide della famiglia delle leguminose, regola anche l’invasione cellulare e il processo metastatico inibendo l’attività di MMP-2 e MMP-9 nelle linee cellulari della prostata. Tra i composti naturali che aiutano a proteggere da stati patologici come il cancro, sono stati analizzati altri flavonoidi, tra cui il flavonoide agrumi nobiletina. Questo flavonoide polimetossi ha inibito l’invasione in vitro delle cellule di fibrosarcoma umano HT-1080 nel modello Matrigel e ha trascrizionalmente down-regolato l’espressione di MMP-1 e MMP-9 ma up-regolato quella di TIMP-1, suggerendo che la nobiletina previene l’invasione tumorale non solo sopprimendo la produzione di MMPs ma anche aumentando la produzione di TIMP-1 nelle cellule tumorali . Inoltre, la nobiletina ha una capacità distinta di sopprimere fortemente l’espressione e la produzione di MMP-7, presumibilmente bloccando l’attività AP-1 nelle cellule tumorali colorettali umane HT-29.

Al fine di trovare nuovi inibitori di MMPs da risorse naturali, Matchett et al. hanno dimostrato che le frazioni arricchite di flavonoidi dai mirtilli (Vaccinium angustifolium) possono ridurre le attività di MMP-2 e MMP-9 nelle cellule umane di cancro alla prostata DU145, suggerendo che l’ulteriore comprensione delle complesse proprietà dei flavonoidi, in particolare quelle del mirtillo, può consentire un ulteriore sviluppo e perfezionamento del ruolo dei flavonoidi nella prevenzione della carcinogenesi e delle metastasi. Inoltre, Zheng et al. hanno esplorato gli effetti della deguelina, un flavonoide isolato da diverse specie di piante, come Derris trifoliata e Mundulea sericea, e hanno dimostrato che questo composto naturale era in grado di modulare la migrazione e l’invasione nelle cellule tumorali pancreatiche umane, abbassando l’espressione di MMP-2 e MMP-9.

Gli effetti della baicaleina nell’inibire l’espressione di MMP-2 e MMP-9 sono stati studiati in vitro, mostrando che la baicaleina inibisce la migrazione e l’invasione delle cellule del cancro colorettale riducendo l’espressione di MMP-2 e MMP-9 attraverso la soppressione della protein chinasi B e della via di segnalazione delle chinasi regolate dal segnale extracellulare. Allo stesso modo, la baicaleina inibisce significativamente la migrazione e l’invasione nelle cellule di melanoma B16F10 sopprimendo l’espressione e l’attività delle MMP-2 e MMP-9. Così, la baicaleina potrebbe essere un potenziale candidato per lo sviluppo di trattamenti chemioterapici per il cancro colorettale e il melanoma. La diosmina, un flavonoide glicosilato delle specie di agrumi e delle foglie di olivo, mostra un potenziale citotossico sopprimendo la sovraespressione di MMP-2 e MMP-9 nelle cellule di cancro della pelle A431, il che indica il potenziale antinvasivo di questo composto polifenolico. L’effetto inibitorio significativo su MMP-2 e MMP-9 nella linea cellulare di fibrosarcoma umano HT-1080 è stato dimostrato anche per i flavonoidi glicosilati dell’alofita Salicornia herbacea, isorhamnetina 3-O-b-d-glucoside, e quercetina 3-O-b-d-glucoside. Più recentemente, Crascì et al. hanno riferito che i flavoni apigenina, luteolina e i loro rispettivi glucosidi mostrano una diversa selettività contro MMP-1, MMP-3, MMP-8, MMP-9 e MMP-13. In particolare, gli agliconi apigenina e luteolina sono molto selettivi sia verso la MMP-9 che la MMP-13 rispetto alle altre MMP. Tuttavia, questi flavoni hanno una buona capacità di interagire con le metalloproteasi e possono anche essere composti guida per ulteriori sviluppi.