Effetti antidiabetici e meccanismi d’azione della γ-conglutina dei semi di lupino

Il diabete di tipo 2 è una combinazione di insulino-resistenza precoce e perdita progressiva della funzione delle cellule β pancreatiche, con conseguente insufficiente quantità di insulina e conseguente iperglicemia. Un agente antidiabetico mantiene i livelli di glucosio nel sangue (a) migliorando la sensibilità periferica all’insulina, (b) diminuendo la produzione di glucosio nel fegato, (c) aumentando la secrezione di insulina da parte delle cellule β o (d) modulando l’attività enzimatica di enzimi legati al metabolismo del glucosio, come la dipeptidil peptidasi 4 (DPP4) e l’α-glucosidasi. Rispetto ai farmaci di sintesi, i bioattivi e i nutrienti di origine vegetale stanno guadagnando attenzione nella prevenzione e nel trattamento del diabete in fase iniziale grazie alla loro disponibilità locale, all’efficacia e agli effetti collaterali minimi.

Le piante del genere Lupinus spp, comunemente note come “lupino” (in Australia e in Europa) o “lupina” (nelle Americhe), sono un genere antico, ampio e diversificato della famiglia delle Fabaceae. Di tutte le specie di lupino, solo quattro sono di interesse agronomico: L. angustifolius, L. albus, L. luteus e L. mutabilis. Il lupino ha un elevato contenuto di proteine e fibre, con un amido trascurabile, e quindi può ridurre il carico glicemico della dieta. L’interesse commerciale per i semi di lupino come ingrediente di alimenti funzionali alla salute e nutraceutici è aumentato grazie al loro basso costo, allo stato non geneticamente modificato e ai bassi livelli di composti fitoestrogenici potenzialmente pericolosi. Inoltre, i genotipi moderni di L. angustifolius prodotti in Australia sono noti come lupino dolce australiano a causa dei livelli notevolmente ridotti di alcaloidi nei semi rispetto alle forme originali.

La proprietà di modulazione del glucosio dei semi di lupino è stata attribuita a uno specifico componente proteico dei semi, la γ-conglutina, come riportato in molteplici modelli cellulari e animali, nonché in uno studio postprandiale sull’uomo. Diversi studi hanno attribuito l’azione ipoglicemizzante della γ-conglutina da semi di lupino alle sue proprietà insulino-mimetiche. È stato dimostrato che la gamma-conglutina attiva le chinasi intracellulari e le proteine adattatrici coinvolte nella segnalazione dell’insulina, promuove la traslocazione dei recettori GLUT-4 sulla membrana cellulare e regola la trascrizione genica muscolo-specifica in modo simile all’insulina in vitro. Tuttavia, gli effetti finali dell’aumento della sintesi proteica e dell’assorbimento di glucosio non sono stati valutati direttamente negli studi precedenti. Inoltre, il meccanismo d’azione proposto è stato studiato solo in mioblasti C2C12 immortalizzati da topi, senza un’ulteriore validazione in cellule umane primarie che rappresenterebbero un modello molto più fisiologico e traducibile. Recentemente, è stato dimostrato che l’idrolizzato dell’estratto proteico di lupino può stimolare direttamente la secrezione di insulina da parte delle cellule β pancreatiche, operando quindi come agente insulinotropico attraverso la trasduzione del segnale della proteina Gαq (via della proteina Gαq/fosfolipasi C/proteina chinasi C – Gαq/PLC/PKC). Tuttavia, non è stato stabilito se la γ-conglutina dei semi di lupino presente nell’estratto fosse la proteina responsabile dell’azione secretoria dell’insulina. Inoltre, è stato riportato che i peptidi bioattivi ottenuti dalle proteine alimentari modulano la secrezione di insulina e il metabolismo del glucosio attraverso l’inibizione degli enzimi dipeptidil peptidasi 4 (DPP4) e α-glucosidasi. Gli inibitori dell’enzima dipeptidil peptidasi 4 (DPP4) e dell’α-glucosidasi sono attualmente utilizzati nella gestione del diabete di tipo 2. L’enzima dipeptidil peptidasi 4 (DPP4) aumenta i livelli circolanti di incretine nel sangue, che stimolano ulteriormente la secrezione di insulina dalle cellule β pancreatiche. L’enzima α-glucosidasi presente nel tratto gastrointestinale umano idrolizza l’amido e i disaccaridi in monomeri di glucosio. Pertanto, gli inibitori di questi enzimi alleviano direttamente o indirettamente l’aumento dei livelli di glucosio nel sangue. È stato osservato che i peptidi derivati dalla soia e dal lupino inibiscono l’attività della dipeptidil peptidasi 4  (DPP4) in un biotest di screening in vitro. Questi peptidi hanno anche inibito l’enzima in cellule Caco-2 dell’intestino umano e in ex-vivo nel siero umano. Gli effetti delle proteine o dei peptidi di lupino/γ-conglutina sull’attività dell’enzima α-glucosidasi non sono ancora stati affrontati.

L’identificazione, la quantificazione e la caratterizzazione accurata delle proteine purificate da fonti naturali è un passo essenziale per determinare la loro attività biologica. Tuttavia, nella maggior parte degli studi sull’attività biologica della γ-conglutina dei semi di lupino, la purezza della preparazione arricchita di γ-conglutina dei semi di lupino non è stata riportata o è stata determinata solo mediante analisi SDS-PAGE semi-quantitative. La purezza della γ-conglutina dei semi di lupino in queste preparazioni, ossia l’isolato proteico di lupino arricchito di γ-conglutina (frazione di tipo F), l’estratto secco arricchito di γ-conglutina (Pro-Gamma™) e la γ-conglutina purificata su scala di laboratorio, è stata riportata rispettivamente al 35%, 60% e 90% delle proteine totali sulla base della scansione densitometrica SDS-PAGE. Inoltre, la purezza effettiva della γ-conglutina dei semi di lupino su base solida secca potrebbe essere inferiore a quella indicata. Pertanto, è necessario ottenere una γ-conglutina da semi di lupino di elevata purezza che sia ben caratterizzata utilizzando metodi analitici quantitativi appropriati.

Nonostante alcuni recenti progressi, il meccanismo d’azione molecolare della γ-conglutina da semi di lupino come agente insulinotropico e/o insulino-mimetico e come potenziale inibitore enzimatico deve ancora essere sistematicamente studiato e validato in modelli fisiologici significativi.

Lo Studio

Nel presente studio, il processo precedentemente sviluppato è stato utilizzato per la produzione di γ-conglutina dall’estratto dei semi di lupino che, alla caratterizzazione della frazione proteica purificata, ha dato una purezza di γ-conglutina ≥ 95% (peso/peso delle proteine totali nel solido secco). Per valutare la potenziale efficacia di questo preparato di γ-conglutina come integratore orale ad azione ipoglicemizzante, è stata effettuata un’idrolisi in un modello di digestione proteolitica gastrointestinale in vitro. Quindi, sono stati valutati gli effetti dei peptidi risultanti per (a) l’azione insulinotropica (secrezione di insulina) in cellule β pancreatiche (BRIN-BD11 e INS-1E) (b) l’azione insulino-mimetica (segnalazione dell’insulina, assorbimento del glucosio e sintesi proteica) in miotubi primari di muscolo scheletrico umano e (c) l’inibizione delle attività enzimatiche di DPP4 e α-glucosidasi.

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