Introduzione
L’esposizione degli organismi viventi allo stress ambientale scatena risposte difensive con conseguente attivazione di processi protettivi. Quando l’esposizione avviene a basse dosi, gli effetti difensivi sopraffanno gli effetti avversi dell’esposizione; questa situazione adattativa è chiamata “ormesi”. Le ormetine ambientali, fisiche e nutrizionali portano alla stimolazione e al rafforzamento dei sistemi di manutenzione e riparazione nelle cellule e nei tessuti. L’esercizio fisico, il calore e le radiazioni sono esempi di ormetine fisiche, che attivano risposte di shock termico, di riparazione del DNA e di stress antiossidativo. L’effetto di promozione della salute di molti bio-attivi in frutta e verdura può essere visto come l’effetto di composti leggermente tossici che innescano questo stimolo adattativo. Numerosi studi indicano che gli organismi viventi possiedono la capacità di adattarsi a condizioni ambientali avverse, come esemplificato dal fatto che i danni al DNA e il profilo di espressione genica nelle popolazioni che vivono in un ambiente con alti livelli di inquinamento atmosferico non corrispondono alle concentrazioni di inquinanti. I meccanismi molecolari della risposta ormetica includono la modulazione di (a) fattore di trascrizione Nrf2 che attiva la sintesi di glutatione e la conseguente protezione della cellula; (b) metilazione del DNA; e (c) microRNA. Questi risultati forniscono la prova che l’ormesi è un evento tossicologico, che si verifica a basse dosi di esposizione a fattori di stress ambientale, avendo il beneficio per il mantenimento di uno stato di salute.
Una delle aree di ricerca in cui il concetto di ormesi è ampiamente accettato e applicato è nella modulazione dell’invecchiamento e della longevità delle cellule e degli organismi, e si basa sul fatto che il comportamento adattivo dei sistemi biologici in risposta a stress ambientali o autoimposti lievi migliora la loro funzionalità e sopravvivenza. Gli stress fisici, nutrizionali e mentali o le sfide che inducono l’ormesi, chiamati ormesi, portano alla stimolazione e al rafforzamento dei sistemi di manutenzione e riparazione nel corpo. Alcuni esempi di ormesi fisica sono l’esercizio, il calore e l’irradiazione, che attivano rispettivamente le risposte allo stress antiossidativo, allo shock termico e alla riparazione del DNA. Un’ampia varietà di componenti non chimici negli alimenti, come i flavonoidi e i polifenoli presenti nelle spezie, nelle erbe e in altre fonti, sono esempi di ormesi nutrizionale, che inducono risposte di stress antiossidativo, antinfiammatorio e autofagico. Allo stesso modo, la restrizione calorica (CR) e il digiuno intermittente sono anche ormesi, che attivano le risposte di stress autofagiche e mediate dalla sirtuina.
CR sembra prolungare la vita modulando le specie reattive dell’ossigeno (ROS) – danno ossidativo mediato dalla formazione di ROS, che è un processo altamente regolato controllato da una complessa rete di vie di segnalazione intracellulare. Inoltre, il fattore nucleare eritroide 2-related factor (Nrf2) che si lega agli elementi di risposta antiossidante (AREs), regola l’espressione basale e inducibile della gliossilasi 1 (Glo1), così come di AKRs e ADH. La ridotta attività di Nrf2 e l’aumento dello stress ossidativo nell’invecchiamento e nella malattia possono predisporre allo stress dicarbonilico, che sta cominciando a caratterizzare fortemente come un driver della patogenesi nelle malattie legate all’invecchiamento. In una vena simile, lo stato intracellulare dei nutrienti e dell’energia, lo stato funzionale dei mitocondri e la concentrazione di ROS prodotti nei mitocondri sono coinvolti nella regolazione della durata della vita in tutte le specie coordinando l’informazione e la divergenza di molteplici vie di segnalazione ramificate, comprese le vitagenes nel preservare l’omeostasi cellulare in condizioni di stress. L’intensa attività cerebrale e l’attenzione focalizzata comprendono l’ormesi mentale, che induce anche varie risposte di stress, compresa la risposta allo shock termico. In una vena simile, lo stato intracellulare dei nutrienti e dell’energia, lo stato funzionale dei mitocondri e la concentrazione di ROS prodotti nei mitocondri sono coinvolti nella regolazione della durata della vita attraverso le specie, coordinando le informazioni e la divergenza di molteplici vie di segnalazione ramificate, tra cui vitagenes nel preservare l’omeostasi cellulare in condizioni di stress. L’intensa attività cerebrale e l’attenzione focalizzata comprendono l’ormesi mentale, che induce anche varie risposte allo stress, compresa la risposta allo shock termico.
Una caratteristica importante dell’ormesi per la salute è la stimolazione simultanea di molte funzioni/endpoint cellulari indipendenti, ciascuna con il proprio set di caratteristiche quantitativamente ormetiche. Per esempio, i miglioramenti della riparazione del DNA, le difese antiossidanti, l’autofagia, ecc., le cui azioni sono regolate da più recettori/segnalazioni interagenti, producono alla fine una risposta cellulare metabolicamente integrata e coerente. Ancora più importante, la risposta ormetica ha caratteristiche specifiche che definiscono sia le caratteristiche quantitative della plasticità biologica che il potenziale per la massima prestazione biologica, stimando così i limiti fino ai quali numerosi interventi medici e farmacologici possono o non possono influenzare gli esseri umani. Pertanto, una combinazione di diverse ormesi può essere il farmaco per mantenere, migliorare e recuperare la salute durante l’invecchiamento.
Biomarkers of Adaptive Responses in Human Health
L’OMS ha definito la salute come uno stato di completo benessere fisico, mentale e sociale. Oggi, c’è una definizione più dinamica di salute, che è “la capacità di un organismo di adattarsi all’ambiente” .
Le risposte adattative spiegano in gran parte i benefici per la salute di frutta e verdura. Infatti, molti agenti chemiopreventivi naturali, sono disintossicati dalla reazione metabolica di fase I/fase II, attivando così gli enzimi coinvolti e regolando i percorsi. Per esempio, questa situazione si verifica tipicamente per l’indolo-3-carbinolo e le catechine. Tuttavia, oggi è sempre più riconosciuto che anche i tossici ambientali mostrano frequentemente una risposta ormetica. Questo ha immense conseguenze nella valutazione del rischio. Ora comprendiamo alcuni meccanismi molecolari di questa risposta ormetica. L’incubazione di cellule epiteliali polmonari con una bassa concentrazione di acroleina porta all’attivazione del fattore di trascrizione Nrf2. Questo attiva la sintesi del glutatione e la conseguente protezione delle cellule polmonari ad un’alta concentrazione di acroleina. Inoltre, una bassa dose di nanoparticelle d’argento ha dimostrato di attivare Nrf2 e quindi l’ormesi .
Questa conoscenza di base sugli aspetti meccanicistici dell’ormesi ci permette di definire biomarcatori specifici per seguire questo processo .
Di conseguenza, i biomarcatori ermetici dipendono dai meccanismi specifici innescati dalla condizione ormetica considerata e possono essere sia genetici, epigenetici, o metabolici. I biomarcatori genetici includono la diminuzione del danno genotossico come valutato dagli addotti del DNA o dai biomarcatori citogenetici. I biomarcatori epigenetici includono principalmente i miRNA a causa del loro ruolo specifico e importante nell’innescare e regolare le prime fasi della risposta adattativa.
Conclusioni
L’esistenza dell’effetto ormetico in tossicologia ambientale ha notevoli conseguenze in medicina preventiva e igiene ambientale. Poiché l’ormesi si verifica solo a basse dosi di esposizione, non c’è dubbio che tutti gli sforzi in corso per ridurre gli inquinanti nell’ambiente sono assolutamente degni di essere perseguiti. Tuttavia, l’obiettivo finale non è la dose zero ambientale, che è spesso un obiettivo utopico per molti inquinanti generati da fonti naturali o l’esistenza significa che, almeno per i tossici ambientali per i quali questo evento è ben stabilito, basse dosi possono essere tollerate. La quantificazione di questa “bassa dose” è estremamente difficile a causa della variabilità interindividuale nella sensibilità agli effetti sulla salute degli inquinanti ambientali. Infatti, soggetti fragili (ad esempio, soggetti anziani, bambini, feti) avendo scarsa inducibilità dei loro meccanismi difensivi attivati dall’ormesi, possono ricevere rischio per la salute da dosi di esposizione più basse rispetto alle dosi tollerate da altri soggetti.
Secondo me, l’ormesi ha rilevanza in medicina preventiva come strumento in grado di potenziare le difese endogene attraverso una corretta alimentazione (alimenti funzionali chemiopreventivi) e uno stile di vita sano (ad esempio, attività fisica). Questo approccio, parallelamente alla progressiva diminuzione della quantità di inquinanti nell’ambiente permetterà di evitare il rischio per la salute ben prima del raggiungimento di una dose zero di inquinanti nell’ambiente.
La voce è da 10.3390/ijms21197053