la cicloossigenasi (COX) è l’enzima chiave nella sintesi delle prostaglandine, attraverso l’ossidazione dell’acido arachidonico. Le prostaglandine svolgono entrambe le funzioni legate all’omeostasi di vari organi e con dolore, infiammazione e sviluppo di neoplasie. Nel 1971, sir John Vane suggerì che il più importante meccanismo d’azione dei farmaci simili all’aspirina era l’inibizione della biosintesi delle prostaglandine., Oggi sappiamo che l’aspirina e altri farmaci antinfiammatori non steroidei interferiscono con l’azione di COX1. Studi iniziali hanno dimostrato che l’attività della COX può essere aumentata nelle cellule attivate e che questa attività non è completamente inibita dai corticosteroidi 2. Questa evidenza ha portato alla scoperta dell’esistenza di due isoforme di COX, chiamate COX-1 e COX-2., Sebbene entrambe le cicloossigenasi abbiano un’affinità simile per l’acido arachidonico e siano omologhe al 90%, hanno un’affinità diversa per il substrato e si trovano in diversi punti all’interno della cellula. Ci sono anche differenze nei geni che codificano i due enzimi.

la cicloossigenasi-1 (COX-1)

La COX-1 svolge un ruolo importante nella sintesi dei prostanoidi per scopi fisiologici e regola funzioni come la protezione gastrointestinale, l’omeostasi vascolare, l’emodinamica renale e la funzione piastrinica., Il gene COX-1 misura circa 22 kb, ha 11 esoni e proviene da una duplicazione di un gene comune molto ancestrale. Si trova sul cromosoma 9 e la sua regione promotore non ha scatola TATA, ma contiene molti siti di trascrizione, suggerendo che il suo gene è del tipo di “geni di manutenzione”. Nella cellula, la COX-1 si trova solitamente nel citoplasma o vicino al reticolo endoplasmatico. Sebbene la COX-1 sia espressa costitutivamente in molti tessuti, i suoi valori cambiano durante lo sviluppo., La struttura proteica di entrambi gli enzimi è simile, con un’omologia superiore al 90%. Il peso molecolare della COX-1 è di circa 69,05 kD e gli esami cristallografici hanno mostrato differenze strutturali derivate dalla sequenza aminoacidica. La sua struttura ha due domini, quello che si lega alle membrane è costituito da quattro eliche che formano un canale che consente l’ingresso di acido arachidonico dalla membrana al luogo con attività enzimatica. In questa regione ci sono due siti attivi, uno che catalizza la cicloossigenazione e uno peroossidazione3, 4.,

la cicloossigenasi-2 (COX-2)

anche se l’esistenza delle diverse isoforme della COX era stato ipotizzato nella metà degli anni settanta, non era fino all’inizio degli anni novanta, quando sono state ottenute prove concrete di una seconda isoforma di COX, che normalmente non è presente in cella, ma compare rapidamente dopo l’esposizione delle cellule ad agenti come il lipopolisaccaride o citochine proinfiammatorie, e regola la produzione di prostanoidi che sono coinvolti nell’infiammazione e altri processi infiammatori, e fisiologico patológicos3,5., Per questo motivo la COX-2 è stata chiamata forma inducibile e la COX-1 forma costitutiva6. COX-2 ha un gene più piccolo, situato sul cromosoma 1, misura circa 8,3 kb e contiene 10 esoni. La sua regione del promotore ha siti di legatura che sono noti per riconoscere glucocorticoidi, interleuchina-6 e altre citochine7. Nella cellula, la COX-2 si trova principalmente nella regione perinucleare e nella membrana nucleare4., Il suo aspetto nelle cellule può essere stimolato o indotto in molti tipi di essi4, compresi quelli relativi alla risposta infiammatoria, sebbene recenti studi abbiano dimostrato che è costitutivamente espresso in diversi punti del tratto genitale maschile e femminile e durante i processi legati all’ovulazione, all’impianto ovulare, all’induzione del travaglio e alla riproduzione. Si esprime anche in diversi tipi di neuroni e partecipa alla trasformazione cancerosa, in questo caso attraverso meccanismi di resistenza alla morte programmata (apoptosi)., Il meccanismo d’azione in questi casi non è semplicemente quello dell’inibizione delle prostaglandine ma anche dell’accoppiamento o dell’interferenza con le funzioni di altre proteine. Il suo peso molecolare è 69.09 kD. Strutturalmente COX-1 e COX-2 sono simili, ma il sito di legame per l’acido arachidonico è diverso. Il COX-2 ha un canale più ampio, consentendo l’accesso a grandi FANS che non penetrerebbero nel canale COX-1., La sua struttura tridimensionale è costituita da tre unità indipendenti: una simile al fattore di crescita epidermico 2, un’altra nella membrana e un’altra in cui contiene i domini enzimatici.

oltre alle differenze geniche commentate, di distribuzione, regolazione, espressione e struttura, entrambi gli enzimi sono attivati da stimoli diversi, utilizzano diversi pool di substrati e sono accoppiati a diverse fosfolipasi A2., Nelle cellule murine, quando l’attività della COX-2 è bloccata, l’acido arachidonico rilasciato da determinati stimoli non può essere convertito in prostaglandine, anche se l’attività della COX-1 esiste nella cellula.

le cicloossigenasi e il tratto gastrointestinale

PGE2 riducono la produzione di acido gastrico e producono vasodilatazione della mucosa. Inoltre, aumenta la secrezione di muco, succo gastrico e bicarbonato duodenale. Nell’uomo la maggior parte delle prostaglandine con effetto protettivo della mucosa gastrica sono sintetizzate attraverso la COX-1., Tuttavia, nei tumori del colon umano, la COX-2 è espressa in grandi quantità3.

cicloossigenasi renali

In condizioni normali le prostaglandine sono prodotte in diverse regioni anatomiche del rene. La sua soppressione attraverso il blocco di COX-1 può essere il meccanismo più importante di nefrotossicità prodotta dai FANS. Ad esempio, le prostaglandine PGI2, PGE2 e PGD2 diminuiscono la resistenza vascolare dilatando i vasi midollari e aumentando la perfusione del rene., Ciò si traduce nella ridistribuzione del flusso sanguigno dalla corteccia renale ai nefroni della regione juxtamedulare. L’inibizione di queste prostaglandine tende a diminuire la perfusione renale totale e ridistribuire il flusso sanguigno alla corteccia. In situazioni estreme, questo culmina in vasocostrizione renale acuta e ischemia midollare che può portare a insufficienza renale acuta. Inoltre, PGE2 ha un effetto diuretico e natriuretico, quindi la ritenzione idrosalina prodotta dai FANS. PGE2 insieme a PGI2 mantengono la filtrazione glomerulare., La sintesi delle prostaglandine renali è un meccanismo fisiologico per contrastare la diminuzione della perfusione renale. La riduzione del flusso sanguigno si verifica in situazioni di contrazione volumetrica. In queste circostanze PG genera una vasodilatazione compensatoria della vascolarizzazione renale che contrasta l’effetto della stimolazione dell’asse renina-angiotensina-aldosterone. Il mantenimento delle funzioni renali in pazienti con insufficienza cardiaca, cirrosi e insufficienza renale dipende dall’azione vasodilatatrice delle prostaglandine., La PGE2 e la prostaciclina direttamente coinvolte in questo effetto vasodilatatore sono sintetizzate attraverso la via COX-1. In situazioni di privazione salina,la COX-2 è stata espressa nella densa macula renale9, 10.

cicloossigenasi nell’artrite

sia nel liquido sinoviale che nella membrana sinoviale dei pazienti con artrite vengono rilevati COX-1 e COX-2 a livello di proteine e mrna11,13. In entrambi i casi le cellule responsabili sono cellule mononucleate di ceppo monocitico-fagocitico., Il contributo di ciascuna di queste due isoforme alla sintesi delle prostaglandine non è ancora esattamente noto. Ci sono prove che la produzione di PG può dipendere quasi esclusivamente da COX-2, anche in presenza di COX-1. Nei sistemi murini in vitro la sintesi PG dipende dall’accoppiamento tra fosfolipasi e cicloossigenasi. Ad esempio, il trattamento con mitogeni fibroblasti produce un aumento del rilascio di PG. Se l’espressione di COX-2 viene bloccata, PG non viene prodotto, anche in presenza di COX-1., Questo, nell’uomo, spiegherebbe come gli inibitori selettivi della COX-2 possano inibire la sintesi PG articolare (dolore e infiammazione), anche in presenza di grandi quantità di COX-1 nella membrana sinoviale e nelle cellule del liquido sinoviale12-14.

altre funzioni delle cicloossigenasi

La COX-1 si trova nei neuroni di tutto il cervello, specialmente nell’area frontale. Nei neonati ci sono elevati valori di espressione di COX-2 nella regione frontale, che rimangono inferiori in età adulta., In alcuni animali, e forse anche nell’uomo, la COX-2 è espressa anche nel midollo spinale15.

COX-1 e COX-2 sono espressi nell’epitelio uterino durante la fase iniziale della gravidanza. Entrambi possono essere importanti per l’impianto dell’uovo e per la Genesi e lo sviluppo della placenta16. Vari studi epidemiologici hanno trovato una relazione tra l’ingestione di aspirina e il rischio di cancro al colon. Alcuni farmaci antinfiammatori sono stati osservati anche per ridurre il numero di polipi adenomatosi in pazienti con poliposi familiare., Nel cancro del colon e nei carcinomi del colon-retto, è stata osservata un’elevata espressione di COX sia a livello di proteine che di mRNA. Studi recenti suggeriscono l’associazione di COX – 2 e carcinogenesi del colon. Valori elevati di COX-2 sono stati trovati anche in modelli murini di poliposi familiare, e in roditori con carcinoma del colon chimicamente incluso inibitori selettivi della COX-2 sono stati osservati per sopprimere la formazione di adenome8,17-20.

la connessione tra COX e la malattia di Alzheimer si basa su studi epidemiologici., È stato dimostrato che il contenuto di COX-2 nel tessuto cerebrale dei pazienti con Alzheimer è inferiore al normale, il che può riflettere un’eccessiva perdita di neuroni negli stadi avanzati della malattia21.

cicloossigenasi e nuovi antinfiammatori

una delle aree con più futuro nella ricerca è lo sviluppo di sostanze chimiche che sono inibitori specifici della COX-2.

una varietà di saggi biologici sono stati sviluppati per definire l’attività dei FANS contro COX-1 e COX-2., Questi studi hanno dimostrato che i diversi FANS hanno un effetto inibitorio variabile. In vitro, alcuni sembrano inibire la COX-2 in modo più selettivo rispetto alla COX-1, tuttavia la rilevanza clinica di questi studi è dubbia. Al contrario, la specificità dell’inibizione sembra avere un significato più clinico. Il concetto di specificità è un concetto in vivo che riflette la capacità di sopprimere clinicamente la COX-2 (infiammazione) senza inibire clinicamente la COX-1 (assenza di effetti gastrici e assenza di effetti sulla funzione piastrinica)., Finora, nessuno dei FANS disponibili ha dimostrato di avere un effetto specifico sulla COX-2. Tuttavia, ci sono due molecole che combinano questa qualità e appariranno sul mercato a breve. Il suo effetto sull’infiammazione e sul dolore e l’assenza di effetti collaterali rilevanti sembra essere un passo importante nella terapia delle malattie infiammatorie.