Acquaporine: regolatori della circolazione dell’acqua nell’occhio

*Il Professor Scaglione, per questo articolo, è consulente di Alcon Italia.

Contrariamente a quanto si pensava in passato, il trasporto e la circolazione dell’acqua nel nostro organismo è regolata da specifiche proteine di membrana chiamate Acquaporine (AQPs) le quali formano veri e propri canali per il trasporto dell’acqua. Queste proteine sono state scoperte da Peter Agre per le quali ha ricevuto il premio Nobel nel 2003.
Le AQPs sono espresse ampiamente nei regni animali e vegetali e, ad oggi, nei mammiferi ne sono state individuate 13 membri. AQPs sono espresse in molti epiteli ed endoteli coinvolti nel trasporto di fluidi, come tubuli renali, epiteli ghiandolari e plesso coroideo, corpo ciliare, così come in tipi di cellule che non effettuano significativo trasporto di fluidi, come le cellule cutanee e adipose. Le AQPs svolgono un ruolo fondamentale nella idratazione dei tessuti. La disidratazione o le alterazioni primitive delle AQPS possono determinare circoli viziosi che portano inevitabilmente a ulteriore disidratazione e danno tissutale.

Acquaporine nell’occhio

L’occhio è un complesso organo sensoriale formato da vari tipi di tessuto e l’omeostasi dell’acqua è fondamentale per il suo normale funzionamento, per esempio, per proteggere l’epitelio, per la regolazione dei livelli e pressione del fluido intraoculare e per mantenere la trasparenza del percorso per la luce.
I principali elementi ottici, come la cornea ed il cristallino, sono tessuti avascolari nei quali la regolazione della circolazione dell’acqua è essenziale per mantenerne la trasparenza.
Una rete complessa di Aquaporine regola la circolazione dell’acqua tra i vari tessuti dell’occhio (fig. 1) mantenendo la corretta idratazione e la regolare funzione.
L’occhio esprime diverse AQPs in siti deputati al trasporto dei fluidi. AQP0, nota in passato come MIP (major intrinsic protein), è quella maggiormente espressa. Mutazioni in AQP0 è associata con cataratta congenita. AQP1 è espressa nell’endotelio corneale e in siti di produzione di fluido acquoso (epitelio ciliare) e deflusso (trabecolare). AQP3 è espressa nell’epitelio congiuntivale. AQP4 è espressa in cellule di Müller nella retina ed è co-espressa con AQP1 in epitelio ciliare non pigmentato. AQP5 è espressa in epitelio corneale.
Questo pattern di espressione fornisce la prova indiretta del coinvolgimento delle AQP nella regolazione della pressione intraoculare (AQP1 e AQP4), della trasparenza corneale (AQP0, AQP1 e AQP5), della trasduzione del segnale visivo (AQP4), dell’omeostasi del film lacrimale (AQP3 e AQP5) e della funzione di barriera congiuntivale (AQP3).
In particolare, la cornea è la parte dell’occhio esposta all’ambiente e la sua trasparenza è essenziale per la sua funzione di ottica.
La cornea è costituita da una struttura a cinque strati: l’epitelio, lo strato di Bowman, la stroma, la membrana di Descemet e l’endotelio. L’epitelio corneale è la superficie di rifrazione dell’occhio ed è bagnata dalle lacrime secrete dalle ghiandole lacrimali. La stroma contiene cheratinociti intervallati tra una rete di fibrille di collagene opportunamente distanziati per mantenere la trasparenza. Lo strato di endotelio è bagnato dall’umore acqueo e fornisce liquidi e sostanze nutritive.
Per mantenere la trasparenza corneale è necessaria una precisa regolazione del contenuto d’acqua. Le variazioni nel contenuto di acqua corneale alterano il diametro regolare e la spaziatura delle fibrille di collagene stromale che si ritiene essere critica per la trasparenza. La stroma contiene un’alta concentrazione di glicosaminoglicani a carica negativa che mantengono il gradiente rispetto all’umore acqueo per la circolazione dell’acqua. Per mantenere la trasparenza corneale, l’acqua che entra nella cornea deve essere estrusa per mantenere il gradiente. Questa azione è operata dalle AQPs. D’altro canto la presenza del film lacrimale è essenziale per il corretto funzionamento delle AQPs
Ne deriva che la presenza del film lacrimale ed il funzionamento delle AQPs sono interdipendenti, pertanto una corretta idratazione della superficie oculare mantiene il corretto funzionamento delle AQPs e la corretta trasparenza corneale.

BIBLIOGRAFIA

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Il collirio Systane Idra Systane Idra è il primo collirio formulato per ripristinare e mantenere il film lacrimale in condizioni fisiologiche e consentire il corretto funzionamento delle Acquaporine. L’acido ialuronico (HA) è un membro della famiglia dei glicosaminoglicani, che fisiologicamente nell’epitelio corneale, oltre a svolgere azione protettiva e rigeneratrice, contribuisce a mantenere il gradiente necessario al funzionamento delle Acquaporine, aumentando l’umidificazione e la lubrificazione della cornea. L’azione dell’HA viene mantenuta ed ottimizzata dalla presenza nella formulazione di HP Guar e borato. Questi due componenti si legano a formare una specie di rete che mantiene HA sulla superficie oculare (fig. 2), migliorandone il potere idratante e mantenedo di conseguenza il corretto funzionamento delle Acquaporine.