La procaina fu sintetizzata da Alfred Einhorn nel 1905 e introdotta nella pratica clinica come novocaina, diventando presto un prototipo di anestetico locale. Intorno agli anni ’50, un gran numero di dati accumulati ha sottolineato la sorprendente diversità degli effetti non anestetici esercitati dalla procaina, che è arrivata all’attenzione di varie scuole di ricerca medica nell’Europa orientale e occidentale, molti medici hanno esplorato, indipendentemente dai confini, le proprietà benefiche della procaina : Vishnevsky e Speransky (Russia); Huneke e Lüth (Germania); Leriche, Dos Ghali e Hazard (Francia); Danielopolu e Parhon (Romania) [1–9].
Tra il 1946 e il 1956, Ana Aslan descrisse un numero significativo di azioni benefiche della procaina esercitate sulle funzioni cellulari e sul metabolismo, in seguito a un trattamento a lungo termine a basse dosi, evidenziandone gli effetti “ringiovanenti”, e sviluppò Gerovital H3 (GH3), una procaina originale- formulazione farmaceutica a base [10–12]. Grazie a questi risultati, la procaina, nota solo per le sue proprietà anestetiche, divenne uno degli sviluppi medici più controversi degli anni Sessanta e Settanta nel campo della terapia “anti-invecchiamento” [13-15].
Mentre l’invecchiamento di per sé sembra essere il fattore di rischio predominante per la maggior parte delle malattie che limitano la durata della salute, la durata della vita umana può essere vista come una serie di interazioni gene-ambiente che inevitabilmente portano a un esordio precoce o successivo di condizioni legate all’invecchiamento come il tipo 2 diabete, aterosclerosi e malattie cardiovascolari, depressione, neurodegenerazione e declino cognitivo, cancro, sarcopenia, artrosi e osteoporosi [16, 17].
I recenti progressi nel campo della ricerca sull’invecchiamento hanno portato allo sviluppo di una nuova classe di farmaci: i geroprotettori, con la capacità di colpire i meccanismi fondamentali dell’invecchiamento comuni a molteplici malattie legate all’età, come la risposta al danno ossidativo, l’infiammazione, l’ipermetilazione, senescenza e autofagia [18].
Moskalev et al. (2015) hanno creato il primo database pubblico di geroprotettori (http://geroprotectors.org) che indicizza gli esperimenti più rilevanti che coinvolgono oltre 200 geroprotettori affermati o possibili candidati che potrebbero prolungare la vita sana e riparare o ridurre i danni legati all’invecchiamento in organismi modello [19].
Come criteri di selezione primari per i potenziali geroprotettori, sono state riconosciute le seguenti caratteristiche: (1) la capacità di aumentare la durata della vita; (2) la capacità di migliorare i biomarcatori molecolari, cellulari e fisiologici a uno stato più giovane o rallentare la progressione del cambiamento correlato all’età di questi marcatori; (3) una dose terapeutica di geroprotettore che prolunga la durata della vita, che dovrebbe essere di diversi ordini di grandezza inferiore alla dose tossica; e (4) la capacità di migliorare la qualità della vita correlata alla salute del paziente, da un punto di vista fisico, mentale, emotivo e sociale [20]. La conformità della procaina con la maggior parte di questi criteri le consentirebbe di essere un potenziale candidato “geroprotettore”.
Sebbene il GH3 sia stato lanciato a livello internazionale nel 1956, contemporaneamente allo sviluppo della Free Radical Theory of Aging di Denham Harman [21], lo studio dell’azione antiossidante della procaina e del GH3 è stato documentato solo dopo il 1980, in vari disegni sperimentali, che hanno dimostrato la sua capacità di limitare la generazione di specie reattive dell’ossigeno (ROS) e la perossidazione lipidica [22–29].
Recentemente, gli effetti radioprotettivi della procaina e del GH3 sono stati riportati in vitro in linfociti umani isolati da individui giovani e anziani [29]. Oltre ai suoi effetti antiossidanti, citoprotettivi, antinfiammatori e antiaterogeni, a livello cellulare e molecolare, la procaina ha molteplici bersagli, supportando un gran numero di potenziali effetti “geroprotettivi” [30, 31]. Dati più vecchi e più recenti hanno rivelato che la procaina e i suoi metaboliti modulano diversi processi biochimici e cellulari come la struttura e la funzione mitocondriale [32-34], la biosintesi del colesterolo [35], l’attività della monoamino ossidasi (MAO) [36, 37] e la metilazione del DNA [36, 37] 38–41].
La procaina fa parte della storia della medicina e della gerontoprofilassi, una vecchia pratica clinica, ma ancora una molecola con un grande potenziale che continua a rivelare nuovi effetti biologici e farmacologici all’interno di nuovi approcci sperimentali. Pertanto, lo scopo di questa revisione è esplorare e sistematizzare i dati sui meccanismi biochimici, cellulari e molecolari coinvolti nelle azioni antiossidanti e presunte geroprotettive della procaina e del GH3, concentrandosi sui seguenti aspetti: (1) lo stato della ricerca -l’arte, attraverso un esame obiettivo della letteratura scientifica degli ultimi 30 anni, descrivendo gli esiti della ricerca sia positivi che negativi; (2) i dati sperimentali a sostegno degli effetti benefici della procaina nella prevenzione della patologia legata all’età; e (3) la moltitudine di modi in cui la procaina influisce sullo stress ossidativo, l’aterogenesi,
Procaina e Gerovital H3: dall’anestetico all'”anti-invecchiamento”
Già nel 1892 il chimico tedesco Alfred Einhorn iniziò a modellare la formula strutturale della cocaina, un alcaloide estratto dalle foglie di Erythroxylum coca e il primo anestetico locale conosciuto, al fine di ottenere molecole meno addictive, ma con anestetico simile o potenziato qualità. Così sintetizzò la procaina, il primo anestetico iniettabile, introdotto nella pratica medica con il nome commerciale di Novocaina, che significa “nuova cocaina”, dal latino nov- “nuova” e -caina, una desinenza comune per gli alcaloidi usati come anestetici [ 42].
Gli effetti terapeutici evidenziati dopo somministrazione sistemica e le proprietà anestetiche, illustrano diversi aspetti della farmacodinamica della procaina, essendo determinati dal dosaggio e dalle vie di somministrazione. Era ormai noto che la somministrazione sistemica di procaina ad alte concentrazioni porta ad un effetto anestetico locale. Di tutti gli anestetici locali, la procaina era il meno tossico [43-45]. Nel 1949, i fisiologi Danielopolu e Simionescu evidenziarono la molteplicità di azioni della procaina, affermando che “esercita un’azione uniforme nell’organismo, ripristina e potenzia i processi vitali attivi e la resistenza locale” [8].
Tra i ricercatori che hanno esaminato da vicino la procaina, Ana Aslan ha notato un’altra qualità della procaina: le sue proprietà geroprotettive. Nel 1951 iniziò a trattare un gruppo di pazienti selezionati con il 2% di procaina, riportando diversi effetti “ringiovanenti” nei pazienti anziani: miglioramento della memoria, sollievo della depressione, ripigmentazione dei capelli, migliore tono della pelle e un miglioramento generale delle loro condizioni [10, 11]; tutte queste osservazioni portarono, in quella fase, a considerare la procaina come “una sostanza profilattica e terapeutica utile nella lotta alla vecchiaia” [9, 12].
Allo stesso tempo, a causa del suo effetto anestetico a breve termine e della necessità di somministrazioni ripetute per ottenere un’anestesia più lunga, nella comunità medica hanno iniziato ad emergere osservazioni riguardanti gli interessanti cambiamenti che si verificano a seguito di un uso prolungato [46]. Aslan ha cercato di alterare la farmacocinetica della procaina per aumentarne la stabilità nel corpo, prolungarne l’azione ed esplorare il suo pieno potenziale terapeutico.
A tale scopo, nel 1956, una formulazione farmaceutica contenente il 2% di procaina cloridrato, lo 0,12% di acido benzoico, lo 0,10% di metabisolfito di potassio e lo 0,01% di fosfato disodico (come eccipienti e stabilizzanti), con un pH di 3,3, è stata progettata e commercializzata come GH3 [12, 30]. Studi di farmacocinetica hanno rivelato che i livelli sierici di procaina sono più elevati dopo la somministrazione di GH3 rispetto a quella di una soluzione di procaina di concentrazione simile [47, 48].
Sebbene gli studi sugli effetti del GH3 siano stati sviluppati all’interno di una vasta campagna di profilassi e vi siano stati studi clinici che hanno coinvolto migliaia di soggetti anziani, alcuni nel mondo medico degli anni ’60 hanno contraddetto i cosiddetti effetti benefici del trattamento sviluppato da Aslan [13] .
Le prospettive negative e il contraccolpo furono causati perché, a quel tempo, dietro Gerovital c’era più marketing per un “prodotto antietà miracoloso” che prove scientifiche indiscutibili. Nel 1982, a seguito dello studio commissionato dal National Institute on Aging, la Food and Drug Administration (FDA) statunitense ha bandito il GH3 per “anti-invecchiamento e indicazioni associate” [13-15].
Farmacocinetica e metabolismo della procaina
La procaina è un farmaco con distribuzione e assorbimento tissutale limitati e una breve durata d’azione: durante un’infusione endovenosa continua di procaina al 2%, il livello plasmatico allo stato stazionario viene raggiunto entro 20-30 minuti. Dopo la fine della somministrazione, la concentrazione del farmaco diminuisce rapidamente, con un’emivita di distribuzione (t1/2 alfa) di 2,49 ± 0,36 minuti e un’emivita di eliminazione (t1/2 beta) di 7,69 ± 0,99 minuti [49]. A livello sistemico, la procaina viene idrolizzata in dietil-amino-etanolo (DEAE) e acido para-aminobenzoico (PABA), come metaboliti primari, dall’enzima pseudocolinesterasi [50] (Figura 1). In diversi organi, la procaina viene idrolizzata sotto le carbossilesterasi microsomiali [51, 52]. DEAE mostra attività anestetica locale [53].
Struttura chimica della procaina, estere dell’acido para-aminobenzoico (PABA) con dietil-ammino-etanolo (DEAE).
L’idrolisi della procaina rappresenta una caratteristica importante che potrebbe supportare alcuni dei suoi effetti sulle funzioni cellulari e sul metabolismo, poiché i metaboliti primari e secondari potrebbero avere azioni farmacologiche aggiuntive o partecipare come precursori alla sintesi di biomolecole essenziali. Kietzmann e Kaemmerer (1989) hanno testato l’influenza della procaina cloridrato somministrata per via orale sul metabolismo intermedio nei ratti e hanno sottolineato il fatto che il rapporto tra acetil coenzima A e coenzima A era chiaramente migliorato nel fegato e, in misura minore, nel cervelletto. Inoltre, la procaina cloridrato, GH3 e DEAE hanno aumentato, in modalità dose e tempo dipendente, il tasso di incorporazione epatica degli aminoacidi nelle proteine, mentre il PABA non ha prodotto alcun effetto [54].
Un’ipotesi molto interessante, che necessita di ulteriori studi e prove scientifiche, è il secondo stadio del metabolismo della procaina (notevole dal punto di vista farmacodinamico): la possibile generazione di etanolamina da DEAE. L’etanolamina è un possibile precursore nella biosintesi dei fosfolipidi di membrana (fosfatidiletanolammina e fosfatidilcolina), che possono essere convertiti nel neurotrasmettitore acetilcolina (Ach) [55-57].
Invecchiamento, malattie legate all’età e azione antiossidante della procaina e del GH3
L'”ipotesi dell’invecchiamento dei radicali liberi” è stata avanzata 65 anni fa, successivamente rivista alla teoria nota come “ipotesi dello stress ossidativo” [21, 58, 59]. Secondo queste teorie, lo stress ossidativo è causato dallo squilibrio tra la produzione di specie reattive dell’ossigeno (ROS) e la capacità del sistema biologico di contrastare, con un’adeguata difesa antiossidante, con conseguente danno ossidativo delle membrane cellulari e di altre strutture come lipidi, lipoproteine, proteine e DNA [60].
Molteplici fonti endogene come la xantina ossidasi, la NADPH ossidasi e la catena respiratoria mitocondriale possono essere coinvolte nella generazione di ROS. Una varietà di stimoli ambientali, come radiazioni, infezioni da agenti patogeni ed esposizione a xenobiotici, può anche aumentare la produzione di ROS in vivo [59].
Poiché molte malattie/sindromi geriatriche legate all’età sono associate allo stress ossidativo e al conseguente danno cellulare, limitarne l’intensità è diventato un’importante area di interesse e un obiettivo terapeutico comune della ricerca farmaceutica relativa all’invecchiamento [61]. Tra le strategie di prevenzione delle malattie e le terapie geroprotettive, gli antiossidanti sono attualmente di interesse ancora all’avanguardia. Nuovi approcci sperimentali, insieme a metodi sensibili e specifici, sono impiegati per testare e valutare le azioni di composti o farmaci antiossidanti naturali sull’attenuazione dello stress ossidativo in condizioni biologiche simili a quelle esistenti in vivo [62, 63].
L’azione antiossidante della procaina e del GH3 è stata supportata da studi in vitro e in vivo, in diversi modelli di ricerca che hanno dimostrato l’inibizione della generazione di ROS e della perossidazione lipidica, associata ad un effetto modulante sugli enzimi antiossidanti e sugli antiossidanti non enzimatici.
Generazione di ROS e perossidazione lipidica: studi in vitro
Nel 1989 Rusu e Lupeanu hanno dimostrato per la prima volta l’azione antiossidante della procaina, ma anche degli altri ingredienti GH3, ovvero metabisolfito di potassio e acido benzoico. L’effetto inibitorio di questi prodotti sulla generazione di ROS è stato valutato in vitro utilizzando il sistema di trasporto di elettroni di Nishikimi che genera il radicale superossido (O2.–), comprendente nicotinamide adenina dinucleotide ridotta (NADH), fenazina metosolfato (PMS) e nitroblue tetrazolio (NBT). GH3 e procaina hanno inibito la generazione di O2.– in presenza di concentrazioni crescenti di equivalenti di procaina cloridrato (0,2, 0,4, 0,6, 0,8, 1,0 e 2,0 mM), rispetto a Cu/Zn-superossido dismutasi (SOD), l’antiossidante enzima che disintossica fisiologicamente il superossido. Il più forte effetto antiossidante (68% di inibizione della riduzione di NBT) è stato esercitato a 2,0 mM GH3 [22].
È stato proposto che i metaboliti tossici dell’O2 generati dalla xantina ossidasi (XO) contribuiscano in vivo allo sviluppo del danno da ischemia-riperfusione in una varietà di tessuti [59]. Gradinaru et al. (2009) hanno esaminato gli effetti antiossidanti della procaina e del GH3 in relazione alla generazione di O2·– in un sistema enzimatico fisiologico: xantina – XO – 2-(4-iodofenil)-3-(4-nitrofenolo)-5-feniltetrazolio cloruro (INT ). GH3 ha inibito la riduzione di INT in modo dose-dipendente, a livelli paragonabili a SOD. A 10 mM, la massima inibizione della generazione di O2.– è stata raggiunta dal GH3 (62%), mentre la procaina cloridrato ha avuto un leggero (5%) effetto inibitorio [25].
In precedenza, Jinnouchi et al. (2005) hanno studiato se gli anestetici locali inibiscono il priming dei neutrofili indotto dal lipopolisaccaride (LPS). Hanno scoperto che 4,0 mM di procaina, 3,0 mM di lidocaina, 0,5 mM di bupivacaina o 0,1 mM di tetracaina inibivano del 50% il rilascio di O2.–, in risposta all’attivazione del peptide chemiotattico N-formil-metionil-leucil fenilalanina (fMLP) [ 64]. Librowski e Moniczewski (2010) hanno esaminato comparativamente l’effetto antiossidante di diversi anestetici locali. La potenza dei radicali scavenging, misurata come effetto scavenging relativo (%) del catione sale diammonio (ABTS) 2,2′-azino-bis (acido 3-etilbenzotiazoline-6-solfonico), è diminuita nel seguente ordine: tetracaina > procaina > lignocaina > benzocaina (rispettivamente del 99, 38, 21 e 20%, a una concentrazione di 10 mM) [27].
Lee et al. (2010) hanno testato in vitro l’effetto antiossidante della procaina e della lidocaina sul rilassamento endoteliale-dipendente nell’aorta del coniglio per esaminare se i loro effetti antiossidanti potessero sopprimere o ridurre il danno endoteliale indotto dai ROS. Gli anelli aortici isolati sono stati pretrattati con procaina o lidocaina (da 10-5 M a 3 × 10-3 M) e sottoposti a precontrazione con fenilefrina (PE). Sono state confrontate le modifiche (%) del tono aortico da parte della somministrazione di acetilcolina (ACh) prima (controllo) e dopo l’esposizione a ROS.
I loro risultati hanno suggerito che la procaina e la lidocaina preservassero in modo dose-dipendente la vasorilassamento endotelio-dipendente contro l’attacco dei ROS, la procaina che agisce potenzialmente attraverso lo scavenging del perossido di idrogeno, come parte del suo meccanismo di protezione [26]. Takaishi et al. (2013) hanno valutato gli effetti degli anestetici locali procaina e lidocaina sulla produzione di ossido nitrico (NO) in una coltura di cellule endoteliali aortiche bovine (BAEC), in condizioni proinfiammatorie.
Nelle cellule stimolate con bradichinina e Ach, la procaina 10 mM ha inibito significativamente la produzione di NO del 35%, mentre nelle cellule incubate con interleuchina-1 beta (IL-1β) e LPS, la procaina 10 mM ha inibito significativamente la produzione di NO del 15%. Gli autori hanno suggerito che gli effetti inibitori della procaina sulla produzione di NO sono in parte dovuti alla soppressione dell’assorbimento di L-arginina [65].
La procaina 10 mM ha inibito significativamente la produzione di NO del 15%. Gli autori hanno suggerito che gli effetti inibitori della procaina sulla produzione di NO sono in parte dovuti alla soppressione dell’assorbimento di L-arginina [65]. La procaina 10 mM ha inibito significativamente la produzione di NO del 15%. Gli autori hanno suggerito che gli effetti inibitori della procaina sulla produzione di NO sono in parte dovuti alla soppressione dell’assorbimento di L-arginina [65].
L’azione antiossidante del GH3 e della procaina in condizioni proinfiammatorie è stata recentemente testata da Ungurianu et al. (2020) utilizzando una linea cellulare linfoblastoide umana come modello sperimentale. La perossidazione lipidica di membrana nelle cellule Jurkat è stata indotta da cumene idroperossido (CuOOH) e valutata con difenil-1-pirenilfosfina (DPPP), una sonda fluorescente sensibile.
La preincubazione delle cellule Jurkat con 2,5, 5,0 e, rispettivamente, 10 mM di procaina o GH3 ha ridotto efficacemente la generazione di lipoperossidi della membrana cellulare, ma il GH3 è risultato più efficace della procaina soprattutto alla concentrazione più bassa (2,5 mM), quando GH3 ha impedito la perossidazione lipidica del 21%, contro solo il 5% della procaina. A 5 e 10 mM, la procaina e il GH3 hanno mostrato modelli simili di azione antiossidante [29].
Le radiazioni ionizzanti contribuiscono alla generazione di ROS e al danno al DNA, che è noto per essere uno dei meccanismi responsabili dell’aumento del rischio di mutagenesi, invecchiamento vascolare, cancro e malattie neurodegenerative [66-69]. Recentemente sono stati studiati gli effetti radioprotettivi della procaina e del GH3 (0,25, 0,5 e 1 mM) sulla formazione di rotture del filamento di DNA endogeno e indotto dai raggi X nelle cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC) isolate da individui giovani e anziani. È interessante notare che a basse concentrazioni (0,25, 0,5 e 1 mM), GH3 ha mostrato i più forti effetti radioprotettivi nelle PBMC di soggetti giovani, mentre la procaina ha ridotto la quantità endogena di rotture del filamento di DNA più pronunciate negli individui anziani. Concentrazioni di procaina e GH3 di 3 mM e superiori (5 e 10 mM) hanno mostrato un effetto genotossico misurato dalla formazione di rotture del filamento di DNA,
Funzione dei mitocondri
Negli ultimi anni è stato riportato che i mitocondri, oltre ad essere la principale fonte cellulare di ROS, potrebbero anche essere il bersaglio più rilevante dei radicali liberi, svolgendo un ruolo centrale nell’invecchiamento [70]. I mitocondri sono particolarmente inclini alla perossidazione lipidica [71, 72] e vi è un forte legame tra il metabolismo mitocondriale, la formazione di specie ossidanti e la biologia dell’invecchiamento [73-75]. Anche i ROS mitocondriali aumentano con l’età e il declino delle funzioni cellulari dipendente dallo stress ossidativo è in parte correlato alla compromissione della catena respiratoria mitocondriale [76-78].
Come anestetico, la procaina si lega ai costituenti della membrana e modula una serie di canali ionici, interagisce con i fosfolipidi di membrana e induce cambiamenti nella fluidità della membrana dipendenti dalla concentrazione [42, 79–81]. Inoltre, i mitocondri, che sono considerati le centrali elettriche della cellula, sono un potenziale bersaglio per anestetici generali e locali [34]. A livello cellulare e molecolare, la procaina e i suoi metaboliti influenzano diversi processi biochimici e cellulari come la conduttanza della membrana [81], la fosforilazione ossidativa [32], la funzione e la struttura mitocondriale [33] o l’ossidazione degli acidi grassi [82].
Dopo un trattamento in vivo (1 mg di procaina/100 g di peso corporeo, per 3 giorni), la procaina ha facilitato il trasporto di ossigeno verso la matrice mitocondriale modificando la struttura della membrana dei mitocondri cerebrali sia nei ratti vecchi che in quelli giovani [32]. Il canale mitocondriale del potassio sensibile all’ATP (mitoKATP) è un componente importante dei mitocondri, la cui apertura è causata da un segnale del calcio o da brevi episodi di ischemia-riperfusione [34]. de Klaver et al. (2006) hanno dimostrato nelle cellule endoteliali microvascolari umane che la tetracaina e la procaina non hanno alcun effetto protettivo contro il danno cellulare indotto dall’infiammazione (LPS) e inibiscono l’attivazione dei canali mitoKATP [83].
Tarba e Crăcium (1990) hanno evidenziato, in mitocondri isolati di fegato di ratto, una stimolazione dello stato basale (respirazione prima dell’aggiunta di ADP) in presenza di una bassa concentrazione (1 mM) di procaina. Inoltre, la procaina ha avuto un effetto bifasico, esercitando una leggera stimolazione della respirazione di stato-3 (ADP presente) a concentrazioni basse e moderate (≤1 mM) e un’inibizione a concentrazioni più elevate (>1 mM). Inoltre, la microscopia elettronica ha confermato questo effetto inibitorio, mostrando un’abbondanza di mitocondri gonfi o supercondensati, con molte rotture di membrana.
A concentrazioni di procaina molto basse (0,01–0,1 mM), la stimolazione dei due stati respiratori è approssimativamente uguale e quindi l’effetto disaccoppiante è assente o trascurabile [33]. Alte concentrazioni (>10 mM) di procaina e GH3 hanno inibito l’effetto disaccoppiante del 2,4-dinitrofenolo (2-DNP) sulla fosforilazione ossidativa e stimolato l’attività respiratoria e indotto la rigidità della membrana consentendo così la diffusione preferenziale dell’ossigeno e l’accelerazione delle reazioni dei radicali liberi, mentre basse concentrazioni hanno facilitato la diffusione dei composti contenenti sulfidrile (SH), esercitando effetti protettivi contro la perossidazione lipidica [84].
Poiché il danno mitocondriale è considerato un evento centrale nelle prime fasi dell’effetto nefrotossico del farmaco antineoplastico cisplatino, Zicca et al. (2002) hanno dimostrato che la procaina cloridrato era in grado di proteggere topi e ratti attraverso il suo accumulo nei reni, seguito dalla coordinazione con il cisplatino (o dai suoi metaboliti di idrolisi) e dalla formazione di un composto di platino meno tossico [85]. In precedenza, Zhang e Lindup (1994) hanno sottolineato che la procaina (2 mM), DEAE e PABA proteggevano dal danno cellulare del rene di ratto causato dal cisplatino e inibivano rispettivamente il 24, 30 e 22% del lipide mitocondriale indotto dal cisplatino perossidazione, senza alcuna modifica per quanto riguarda i gruppi sulfidrilici della proteina mitocondriale (proteina-SH) [86].
Gli studi condotti da Onizuka et al. (2010) nei neuroni gangliari della radice dorsale di ratto hanno dimostrato l’effetto depolarizzante della procaina sulla membrana mitocondriale aumentando il pH mitocondriale e intracellulare, in modo dose-dipendente [87]. Yu et al. (2017) hanno dimostrato che la procaina aumenta significativamente la neurotossicità ad alte concentrazioni (12, 15 e 20 mM), inducendo disfunzione mitocondriale, sovrapproduzione di ROS, perossidazione lipidica, danno al DNA e apoptosi, nelle cellule SH-SY5Y della linea cellulare di neuroblastoma umano [88] ].
Recentemente, utilizzando un test fluorescente con N-acetil-3,7-diidrossifenossazina (Amplex Red), Ungurianu et al. (2020) hanno mostrato l’effetto inibitorio della procaina e del GH3 sulla perossidazione lipidica dei mitocondri del fegato di ratto fornendo ulteriori dati sperimentali sulla loro azione antiossidante in queste strutture biologiche. A una qualsiasi delle concentrazioni impiegate (0,5, 1,0, 2,0, 5,0 e 10 mM), la procaina tendeva a inibire la perossidazione lipidica a livelli più elevati rispetto al GH3. L’effetto inibitorio era sostanziale alla concentrazione più bassa (0,5 mM), 32% per GH3 e 42% per procaina, e aumentava in modo dose-dipendente. Sia la procaina che il GH3 hanno inibito a 10 mM più dell’80% della produzione di perossidi reattivi nella frazione di mitocondri isolata [29].
Sistemi antiossidanti cellulari: studi in vivo
Un numero significativo di studi ha riportato gli effetti benefici dei trattamenti in vivo con procaina e GH3 in modelli animali, modulando l’espressione di enzimi antiossidanti. Pertanto, il trattamento cronico con GH3 (20 mg/procaina/kg di peso corporeo, tre volte a settimana, per nove settimane) ha modulato la perossidazione lipidica negli omogenati del tessuto cerebrale di ratto così come la generazione di O2.–, in correlazione con un aumento della SOD enzimatica attività [23]. Inoltre, la procaina e il GH3 inducono anche un aumento significativo dell’attività della catalasi (CAT) nel fegato e nei reni di ratti giovani, adulti e anziani e una diminuzione nel cuore di ratti femmine vecchie e adulte [89]. In precedenza, studi che utilizzavano la fluorescenza e la microscopia elettronica hanno mostrato che il trattamento con GH3 riduceva l’accumulo di lipofuscina (il pigmento che invecchia) nel cervello, nei testicoli, nel fegato e nel cuore dei ratti [90, 91].
La procaina così come la procainamide viene solitamente utilizzata per la terapia delle aritmie cardiache. Recentemente, Qian et al. (2019) hanno studiato, in vitro e in vivo, l’effetto protettivo di nuovi derivati della 1,3,5-triazina-procaina contro il danno da ischemia-riperfusione miocardica sulla base di vari parametri, come indici emodinamici, enzimi miocardici, biomarcatori dello stress ossidativo : saggi di scavenging di enzimi antiossidanti (SOD, CAT e glutatione perossidasi [GPx]), glutatione (GSH), radicali idrossilici e superossido, nonché esame istopatologico cardiaco. I risultati hanno mostrato un’efficiente riduzione di ROS, oltre al ripristino dei livelli normali di GSH e SOD, CAT e attività enzimatiche GPx nel gruppo trattato con derivati triazinici-procaina, rispetto al gruppo ischemia-riperfusione miocardica. All’interno di questo modello sperimentale completo,
Ossidazione e metabolismo delle lipoproteine
Le lipoproteine plasmatiche sono dei perfetti “sensori” biologici dello stress ossidativo nella parete arteriosa a causa delle loro strette interazioni con le cellule endoteliali vascolari e dell’elevata suscettibilità dei lipidi alle alterazioni ossidative [92]. Di particolare interesse è l’impatto dello stress ossidativo sulle lipoproteine plasmatiche a bassa densità (LDL), poiché è riconosciuto che le LDL ossidate (oxLDL) svolgono un ruolo cruciale nel promuovere l’aterogenesi attraverso diversi meccanismi che coinvolgono la loro citotossicità sulle cellule macrofagiche derivate da monociti, attraverso generazione di specie e fallimento degli antiossidanti [93, 94]. Pertanto, le LDL sono le più colpite dallo stress ossidativo associato a squilibri metabolici come iperlipidemia, iperglicemia o insulino-resistenza.
Gradinaru et al. (2009) hanno studiato in vitro l’effetto della procaina e del GH3 sull’ossidazione delle LDL, incubando le LDL native isolate dal plasma umano con 0,1, 0,5 e 1 mM di procaina/GH3. L’analisi cinetica della formazione di dieni coniugati durante l’ossidazione delle LDL indotta da Cu2+ ha rivelato che 1 mM di procaina inibiva significativamente l’ossidazione delle LDL a 20 e 60 minuti dalla sua induzione, mentre 1 mM GH3 esercitava un effetto antiossidante di lunga durata, con una significativa inibizione anche dopo 180 minuti [25].
Ungurian et al. (2020), utilizzando un saggio fluorescente sensibile con Amplex Red, hanno anche evidenziato, nei concentrati di lipoproteine del siero umano, un’azione inibitoria dose-dipendente della procaina e del GH3 sulla perossidazione lipidica, significativa a tutte le concentrazioni testate (0,5, 1,0, 2,0, 5.0 e 10 mM). GH3 ha mostrato un’inibizione della perossidazione lipidica significativamente più alta rispetto alla procaina. Inoltre, l’effetto del trattamento con GH3 e procaina è stato esaminato sull’ossidazione delle LDL cellulo-mediata indotta nei macrofagi coltivati con U937 di origine umana. Lo stress ossidativo cellulare è stato valutato utilizzando le sostanze reattive dell’acido tiobarbiturico (TBARS) rilasciate nel mezzo di incubazione, come biomarcatore dello stress ossidativo per la misurazione globale dei prodotti finali della perossidazione lipidica come la malondialdeide (MDA) e il 4-idrossinonenale (4-HNE). A tutte le concentrazioni testate (0,5, 1,0,
Nel complesso, la significativa azione antiossidante della procaina dimostrata da studi in vitro e in vivo può contribuire al suo effetto geroprotettivo, ma la domanda è: quali sono i meccanismi molecolari dell’effetto antiossidante della procaina? Potrebbe agire come inibitore delle reazioni a catena che generano i perossidi lipidici, o/e come “scavenger” dei ROS. Mentre la procaina era più efficace nel proteggere le membrane cellulari e mitocondriali, il GH3 era più efficace contro la lipoperossidazione sierica. Questi risultati potrebbero essere spiegati attraverso i diversi microambienti lipidici o lipoproteici presenti in questi sistemi biologici e/o attraverso le diverse capacità antiossidanti intrinseche o le azioni di scavenging dei ROS della procaina e del GH3, nel contrastare o prevenire la perossidazione lipidica [29].
Il principale limite di questi studi è che presentano effetti complessivi e non hanno studiato i meccanismi molecolari e cellulari specifici coinvolti, come la modulazione delle vie di segnalazione che possono comportare un miglioramento della risposta antiossidante cellulare. Pertanto, sono necessarie ulteriori indagini per stabilire gli esatti meccanismi di azione della procaina e del GH3.
Numerosi studi sperimentali hanno evidenziato il ruolo della procaina come modulatore del metabolismo lipidico [95, 96]. L’azione ipolipemizzante della procaina è stata spiegata attraverso un’azione “simile alla statina” esercitata attraverso la regolazione della 3-metilglutaril-coenzima A (HMG-CoA) reduttasi, l’enzima chiave nella biosintesi del colesterolo [35]. L’effetto della procaina sulla steroidogenesi è stato riportato nelle cellule surrenali H295R umane e nei ratti trattati con procaina.
Questa attività inibitoria non è stata osservata nelle cellule di Leydig, suggerendo che l’effetto potrebbe essere specifico per le cellule corticosurrenali. La procaina non ha influenzato né l’attività ciclica della protein chinasi AMP-(cAMP-) dipendente, le proteine chiave coinvolte nel trasporto del colesterolo mitocondriale, gli enzimi di scissione della catena laterale o le attività enzimatiche associate allo stadio finale della biosintesi del colesterolo. Tuttavia, la procaina ha ridotto l’attività dell’HMG-CoA reduttasi e l’espressione specifica dell’mRNA in modo dose-dipendente. L’effetto modulatorio della procaina sull’mRNA dell’HMG-CoA reduttasi è stato osservato anche nelle cellule di epatoma di topo Hepa 1-6 stimolate dal dibutirril-ciclicoAMP (dbcAMP) [35].
La procaina è stata anche testata in vitro per la sua azione come inibitore dei due enzimi coinvolti nell’esterificazione del colesterolo: acil-CoA colesterolo aciltransferasi (ACAT) e lecitina-colesterolo aciltransferasi (LCAT) [97, 98]. Bell e Hubert (1981) hanno utilizzato una frazione microsomiale isolata dall’aorta di coniglio, in cui hanno monitorato l’incorporazione di [14C]-oleil-SCoA sotto forma di esteri di [14C]-colesterolo. L’attività dell’ACAT è stata inibita a seconda della concentrazione di anestetico (0,25-0,50 mM di procaina) nel mezzo di reazione [97]. Un altro esperimento è stato condotto in vitro su campioni di plasma umano, di ratto e di cane incubati con procaina 1-5 mM, che ha inibito significativamente l’attività LCAT [98].
Questi risultati portano a un profilo farmacologico complesso della procaina, che comprende la modulazione del metabolismo del colesterolo a tutti i livelli, dal controllo genetico della biosintesi degli steroli alla sua esterificazione nel plasma e nei tessuti, con potenziali applicazioni cliniche nel trattamento dell’ipercolesterolemia. Inoltre, livelli elevati di glucocorticoidi sono associati a molte patologie, tra cui depressione legata all’età, ipertensione, morbo di Alzheimer (AD) o sindrome da immunodeficienza acquisita, essendo gli agenti riducenti la biosintesi del cortisolo una possibile terapia complementare utile per tutte queste condizioni.
Tutti questi dati possono suggerire che una combinazione di GH3 con farmaci ipolipemizzanti potrebbe diminuire le dosi e gli effetti avversi del trattamento classico dell’iperlipidemia.
Patologia cerebrale legata all’età
Simile alla cocaina strutturalmente correlata, gli effetti della procaina vanno oltre le sue azioni anestetiche, con alcune riguardanti il sistema nervoso centrale (SNC). Sono stati riportati diversi effetti benefici della procaina e del GH3, come il miglioramento della depressione e delle capacità cognitive (comportamento condizionato, memoria) e l’aumento della resistenza cerebrale a diverse azioni aggressive (intossicazione acuta, ipossia e shock elettrico) [36, 37, 99-105] .
Le monoamino ossidasi (MAO), una classe di enzimi coinvolti nel metabolismo delle catecolamine e di altre ammine biogene, sono sempre più riconosciute come importanti contributori alla generazione di ROS mitocondriali. Le MAO più conosciute e caratterizzate sono quelle endoteliali e neuronali. Tuttavia, le isoforme inducibili che possono essere espresse in vari tessuti e organi hanno recentemente acquisito notorietà e stimolato l’interesse per i ruoli extracerebrali di questi enzimi. Per una panoramica dei ruoli complessi delle MAO nelle malattie associate all’età, si rimanda il lettore a una recente recensione di Santin et al. (2021) [106]. È noto che l’espressione delle MAO umane e la loro capacità di produrre ROS aumentano con l’età (MAO-B di 4 volte nel tessuto neuronale e MAO-A di 6 volte nel cuore) e sono coinvolte nell’eziologia delle malattie associate all’età. patologie croniche:
Nel 1940, Philpot evidenziò per la prima volta, utilizzando omogenato di fegato di ratto, l’effetto inibitorio della procaina sull’ossidazione della tiramina e dell’adrenalina, ad alte concentrazioni (33 mM di procaina) nella miscela di reazione [109]. Ulteriori studi hanno evidenziato le azioni inibitorie delle MAO sia per la procaina che per il GH3 nei tessuti del cervello, del fegato e del cuore di topi e ratti [110, 111]. L’azione inibitoria MAO B della procaina è stata riportata in seguito a studi di farmacodinamica e il GH3 è stato incluso nella categoria degli inibitori reversibili e competitivi [112, 113]. L’inibizione dell’attività delle MAO da parte degli anestetici locali dipende dalle interazioni sia elettrostatiche che idrofobiche tra questi farmaci e i fosfolipidi associati agli enzimi o le regioni idrofobiche delle proteine [114].
Utilizzando cellule PC12 di feocromocitoma di ratto, Lecanu et al. (2005) hanno osservato che la procaina è un ligando del recettore sigma 1, una proteina i cui ligandi hanno dimostrato di proteggere la funzione mitocondriale e di esercitare proprietà antidepressive. La procaina ha anche mostrato forti proprietà neuroprotettive contro il peptide amiloide Aβ1-42 e ha preservato l’esaurimento dell’ATP indotto da Aβ1-42. La procaina ha inibito l’effetto neurotossico del glutammato sulle cellule PC12, suggerendo che la riduzione della neurotossicità indotta dal glutammato potrebbe essere il meccanismo mediante il quale la procaina esercita il suo effetto “anti-amiloide” [116]. Li et al. (2016) hanno studiato l’effetto del trattamento con procaina in un modello di ratto di dolore neuropatico.
La procaina ha inibito l’espressione della Janus chinasi 2 (JAK2) e del trasduttore di segnale e dell’attivatore della trascrizione 3 (STAT3), sia i livelli di mRNA che di proteine, indicando il suo meccanismo cellulare nell’attenuare il dolore neuropatico [117]. Recentemente, Wu et al. (2020) hanno sintetizzato una serie di derivati della procaina-imidazolo con una potente e selettiva attività inibitoria MAO-B, nonché effetti anti-Parkinson in vivo utilizzando una 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetraidropiridina ( MPTP) modello del morbo di Parkinson. Questi composti a base di procaina hanno determinato un miglioramento significativo della funzione motoria nei topi, come rivelato dalla valutazione del comportamento motorio utilizzando il test dell’impronta e del filo orizzontale e hanno anche migliorato il livello di enzimi antiossidanti nello striato del cervello degli animali [37].
Modello 6-tetraidropiridina (MPTP) del morbo di Parkinson. Questi composti a base di procaina hanno determinato un miglioramento significativo della funzione motoria nei topi, come rivelato dalla valutazione del comportamento motorio utilizzando il test dell’impronta e del filo orizzontale e hanno anche migliorato il livello di enzimi antiossidanti nello striato del cervello degli animali [37]. Modello 6-tetraidropiridina (MPTP) del morbo di Parkinson. Questi composti a base di procaina hanno determinato un miglioramento significativo della funzione motoria nei topi, come rivelato dalla valutazione del comportamento motorio utilizzando il test dell’impronta e del filo orizzontale e hanno anche migliorato il livello di enzimi antiossidanti nello striato del cervello degli animali [37].
Studi precedenti riguardanti gli effetti del trattamento con GH3 sulla funzione del SNC hanno riportato un miglioramento della funzione cognitiva, una migliore capacità lavorativa, una maggiore resistenza allo stress e allo sforzo, una diminuzione dei sintomi della depressione e una capacità complessivamente maggiore di adattamento agli stimoli esterni. Questi dati hanno evidenziato che i prodotti geriatrici a base di procaina hanno effetti collaterali minimi/di breve durata rispetto ai classici farmaci mirati al SNC, tollerati con difficoltà dagli anziani con polipatologia [99, 100, 110, 118, 119]. Per decenni, le infusioni di procaina sono state applicate a pazienti con disturbi psico-vegetativi, principalmente durante la terapia neurale, un approccio di trattamento complementare comune che utilizza iniezioni con anestetici locali a breve durata d’azione per trattare il dolore e le malattie croniche. Tuttavia,
Hahn-Godeffroy et al. (2019) hanno studiato, in 56 pazienti caso-controllo, l’effetto della procaina endovenosa (1-3 fiale da 5 ml di procaina 2% in 250 ml di cloruro di sodio per setting di trattamento) sullo stato di salute somatico e psico-vegetativo. Dopo 4 o 6 mesi, il 75% dei pazienti ha mostrato un miglioramento dei 9 elementi positivi, ad esempio “edonia”, “gioia” o “sonno migliorato”. Il 62,5% dei pazienti ha riportato una sostanziale attenuazione dei 12 elementi negativi, ad esempio “reazioni da stress”, “perdita di energia” o “ansia”. Tutti questi cambiamenti erano significativi dopo 2, 4 e 6 mesi rispetto ai valori basali, suggerendo un miglioramento duraturo dei sintomi somatici e psico-vegetativi sotto l’infusione di sola procaina, che modula le attività di specifiche aree cerebrali come il sistema limbico [102].
Haller et al. (2018) hanno eseguito, in 22 pazienti con diagnosi multiple, un’analisi qualitativa degli esiti auto-riferiti a seguito di iniezioni di neuroterapia con procaina. I pazienti hanno sperimentato un rilascio emotivo e un sollievo dai sintomi fisici, consistente in un miglioramento dell’umore, una maggiore accettazione del dolore e potenziamento. Gli eventi avversi della terapia neurale includevano dolore nel sito di iniezione, disturbi vegetativi e turbolenze emotive che sono durate per minuti o ore, con un massimo di due giorni [103]. Oettmeier et al. (2019) hanno riportato l’uso clinico di un’infusione ad alto dosaggio di procaina cloridrato con bicarbonato di sodio come additivo, per il trattamento di diverse malattie acute, dolore cronico e infiammazioni [31].
Xu et al. (2016) hanno esplorato gli effetti dell’uso quotidiano di compresse di GH3, per tre mesi, sull’alleviare i sintomi mentali e sul miglioramento della qualità della vita correlata alla salute tra gli anziani cinesi. Lo studio randomizzato, controllato con placebo, in doppio cieco comprendeva 100 partecipanti idonei, uomini e donne tra i 50 e gli 89 anni di età. Il trattamento con GH3 ha mostrato risultati positivi nel sostenere la salute mentale e nel migliorare la salute generale e il benessere, promuovendo al contempo il recupero della funzione cognitiva tra gli anziani. I livelli medi di problemi di umore e di ansia (valutati con le scale di autovalutazione della depressione e dell’ansia) sono stati entrambi ridotti e il tasso di prevalenza dell’ansia clinica è stato ridotto [104].
Risultati negativi riportati in studi sperimentali e clinici
L’uso della procaina per scopi non anestetici locali è molto controverso, specialmente se impiegato per i suoi presunti “effetti anti-invecchiamento” [15]. Diversi preparati farmaceutici, incluso GH3, sono stati ampiamente promossi e disponibili in commercio “da banco” in qualsiasi paese, soprattutto tramite il marketing online. Inoltre, ci sono segnalazioni di studi che hanno esaminato comparativamente gli effetti della procaina (e del GH3) e di altri anestetici in diverse malattie legate all’età, hanno riportato una mancanza di efficacia, così come la presenza di tossicità o anche gravi effetti collaterali [13, 14, 120–123].
Diversi studi sperimentali e clinici hanno descritto una significativa alterazione neurologica in seguito al trattamento con procaina e GH3. In una revisione commissionata dal National Institute on Aging of the National Institutes of Health (USA), Ostfeld et al. (1977) hanno valutato la letteratura scientifica sull’uso sistemico della procaina nel trattamento del processo di invecchiamento e delle malattie croniche comuni, inclusi i dati di 285 articoli e libri, descrivendo il trattamento in più di 100.000 pazienti.
Fatta eccezione per un possibile effetto antidepressivo, non hanno trovato prove convincenti che la procaina o il GH3 abbiano alcun valore nel trattamento delle malattie associate all’invecchiamento nei pazienti più anziani [13] In una revisione sistematica, Szatmari e Bereczki (2008) hanno valutato indipendentemente l’efficacia e gli effetti avversi effetti del trattamento con procaina e GH3 sul miglioramento della funzione cognitiva nei soggetti con demenza da studi randomizzati in doppio cieco condotti prima degli anni ’90.
Il raggruppamento dei dati di due studi ha mostrato un effetto dannoso della procaina in termini di effetti collaterali. Nei pazienti con demenza, anche un piccolo studio singolo ha suggerito un effetto negativo, mentre due studi su soggetti anziani sani hanno suggerito un effetto positivo dell’uso di procaina sulla funzione cognitiva. Gli autori hanno concluso che l’evidenza degli effetti dannosi della procaina e dei suoi preparati è più forte dei dati che ne riportano i benefici nella prevenzione e/o nel trattamento della demenza o del deterioramento cognitivo [14].
Zaric e Pace (2009) hanno cercato nel Cochrane Central Register of Controlled Trials la frequenza dei sintomi neurologici transitori (TNS, condizione dolorosa che si verifica nell’immediato periodo postoperatorio) e le complicanze neurologiche dopo l’anestesia spinale con lidocaina rispetto ad altri anestetici locali, inclusa la procaina.
Il rischio di sviluppare TNS dopo l’anestesia spinale con lidocaina era significativamente più alto rispetto a quando sono stati utilizzati bupivacaina, prilocaina o procaina [123]. Ghafari et al. (2012) hanno valutato, in uno studio prospettico, randomizzato, in doppio cieco, comprendente 110 pazienti (di età compresa tra 20 e 70 anni), e l’effetto della lidocaina rispetto alla procaina sul deterioramento cognitivo manifestato dopo chirurgia coronarica. Nel gruppo procaina, il punteggio totale neurocognitivo è diminuito significativamente rispetto al punteggio preoperatorio e rispetto al gruppo lidocaina [122].
Takenami et al. (2012) mirava a confrontare la neurotossicità di procaina intratecale, bupivacaina, levobupivacaina e ropivacaina in un modello spinale di ratto. Sebbene i quattro anestetici locali sembrassero causare lesioni neurotossiche identiche che iniziavano nella radice posteriore e si estendevano alla colonna posteriore per degenerazione assonale, la bupivacaina sembrava essere il più neurotossico dei quattro farmaci e la neurotossicità a dosi più elevate aumentava con il volume somministrato con procaina > levobupivacaina > ropivacaina [121]. Yilbas et al. (2018) hanno studiato l’effetto dell’iniezione intra-articolare di procaina sulla cartilagine articolare del ginocchio e sulla sinovia dei ratti Sprague-Dawley. I risultati non hanno mostrato differenze significative nell’infiammazione (utilizzando una valutazione istologica) tra i gruppi procaina e salino (controllo) a qualsiasi durata del trattamento (dopo 1, 2, 7, 14, e 21 giorni). Nessuna differenza significativa è stata rilevata nella percentuale di condrociti apoptotici tra i gruppi in nessuno degli intervalli di tempo [120].
Metilazione del DNA e tumorigenesi
La metilazione del DNA è una modifica epigenetica coinvolta nella regolazione dell’espressione genica. Le alterazioni associate all’età nella metilazione del DNA sono comunemente raggruppate nel fenomeno noto come “deriva epigenetica”, che è caratterizzato da una graduale ampia demetilazione del genoma e ipermetilazione di un certo numero di 5′-citosina-fosfato-guanina-3′ associati al promotore ( CpG) isole. Per una panoramica sulla riconfigurazione della metilazione del DNA nell’invecchiamento si rimanda il lettore a una recente recensione di Zampieri et al. (2015) [124].
Possibili conseguenze sono mutazioni e disregolazione dell’espressione genica, che possono portare alla morte cellulare o alla senescenza cellulare o alla trasformazione maligna delle cellule, con conseguente cancro [125]. Le DNA metiltransferasi (DNMT) sono una famiglia di enzimi che metilano il DNA nella posizione C5 della citosina seguito da un residuo di guanina (dinucleotide CpG). La riespressione dei geni oncosoppressori silenziati dalla metilazione inibendo i DNMT (DNMT1, DNMT3A e DNMT3B) è emersa come una strategia efficace contro il cancro [126].
Un gran numero di studi preclinici ha dimostrato che gli anestetici locali hanno un effetto inibitorio diretto sulle attività del tumore, inclusa la sopravvivenza cellulare, la proliferazione, la migrazione e l’invasività [41, 127, 128]. Recentemente, Moreira-Silva et al. (2020) hanno citato la procaina tra i “farmaci riproposti” che hanno dimostrato risultati promettenti come inibitore epigenetico nella tumorigenesi in vitro [129].
L’ipermetilazione del DNA e il conseguente silenziamento dei geni oncosoppressori sono considerati un segno distintivo molecolare di molti tipi di cancro. Villar-Garea et al. (2003) hanno dimostrato per la prima volta il ruolo della procaina come agente demetilante del DNA nelle cellule di cancro al seno, evidenziando una riduzione del 40% del contenuto di 5-metilcitosina (5mC).
La procaina aveva anche la capacità di demetilare isole CpG densamente ipermetilate, come quelle situate nella regione del promotore del gene beta2 del recettore dell’acido retinoico (RAR), ripristinando l’espressione genica dei geni silenziati epigeneticamente. Infine, la procaina ha avuto anche effetti inibitori della crescita in queste cellule tumorali, causando l’arresto mitotico [38]. Gao et al. (2009) hanno fornito la prima prova che la procaina è in grado di riattivare, nelle cellule tumorali del polmone, il fattore inibitorio Writ-1 (WIF-1), che è stato silenziato a causa dell’ipermetilazione del promotore [130].
Utilizzando cellule di epatoma e topi nudi portatori di xenotrapianto, Tada et al. (2007) hanno rivelato che la procaina mostrava sia effetti inibitori della crescita che demetilanti sulle cellule dell’epatoma umano, sia in vitro che in vivo. Tutti i geni soppressi trascrizionalmente dall’ipermetilazione del DNA sono stati demetilati e riattivati dopo il trattamento con procaina. Le osservazioni morfologiche hanno mostrato una significativa riduzione del volume del tumore in vivo [131]. Castellano et al. (2008), che hanno sintetizzato diversi analoghi della procaina e testato la loro attività inibente contro DNMT1, hanno scoperto un derivato in grado di indurre una riconoscibile demetilazione delle ripetizioni cromosomiche dei satelliti nelle cellule di leucemia mieloide umana HL60 [132].
Un altro meccanismo che sottolinea le attività antitumorali della procaina è attraverso l’interazione diretta con il DNA. In uno studio di modellistica multispettroscopica e molecolare, Ali et al. (2018) hanno utilizzato l’aggancio molecolare su cinque diverse strutture del B-DNA (estratte dalla banca dati delle proteine) e hanno mostrato che la procaina si lega alla regione ricca di adenina-timina (AT) di tutte e cinque le strutture del B-DNA del timo del vitello. Allo stesso tempo, hanno scoperto che la procaina agisce come un donatore di elettroni alle basi del DNA durante il test dell’attività antitumorale della procaina da sola e in combinazione con la doxorubicina nelle cellule di cancro al seno MCF-7 [133].
La procaina ha anche dimostrato effetti non epigenetici, come l’inibizione della proliferazione e migrazione cellulare, e anche il potenziamento dell’apoptosi nelle cellule di cancro gastrico, cellule di osteosarcoma, cellule di cancro del colon, modelli murini di cancro ai polmoni, cellule di leucemia umana e cellule di cancro alla vescica umana [134] –139]. Borutinskaite et al. (2016) hanno esaminato gli effetti della procaina come inibitore del DNMT sull’inibizione della crescita, l’apoptosi e la differenziazione delle cellule leucemiche umane e hanno mostrato un aumento dell’espressione di molecole associate alla differenziazione, come l’integrina CD11b, la E-caderina, il fattore stimolante le colonie di granulociti (G-CSF) e gamma del recettore attivato dal proliferatore dell’apoptosi-perossisoma (PPAR).
Inoltre, la procaina ha potenziato l’attivazione di alcune trascrizioni geniche attraverso il rimodellamento della cromatina: sono state rilevate le modifiche dell’istone H3K4 (Me)3 e H3K9Ac/S10P [138]. Sole et al. (2012) hanno dimostrato che la procaina potrebbe essere utilizzata come potenziale agente per il trattamento del cancro alla vescica poiché inibisce la proliferazione delle cellule tumorali della vescica umana T24 e 5637 inducendone l’apoptosi.
Gli studi sul meccanismo rivelano che la procaina potrebbe indurre la demetilazione del gene del fattore di attivazione della peptidasi apoptotica 1 (APAF1) nelle cellule T24 o 5637, attivando successivamente la caspasi-3/9. È stato anche dimostrato che il ligando di fas solubile nel siero (sFasL) è stato attivato e l’espressione della metallopeptidasi 9 della matrice (MMP-9) è stata sottoregolata [139].
Il meccanismo comune mediante il quale la procaina inibiva la proliferazione e la migrazione delle cellule tumorali era l’inattivazione della chinasi extracellulare regolata dal segnale (ERK)/proteina chinasi attivata dal mitogeno (MAPK)/chinasi di adesione nucleare focale (FAK) e della proteina chinasi B (AKT)/ vie extracellulari della chinasi regolata dal segnale (ERK) [134, 135]. In un recente studio, Fan et al. (2021) hanno identificato un nuovo meccanismo attraverso il quale la procaina può compromettere la sopravvivenza e l’autorinnovamento delle cellule staminali maligne del glioblastoma, suggerendo che gli anestetici locali possono indebolire le trascrizioni della palmitoiltransferasi 15 (ZDHHC15) di tipo Asp-His-Cys del dito di zinco (ZDHHC15) e diminuire livelli di palmitoilazione della glicoproteina 130 (GP130) e localizzazione della membrana, inibendo così l’attivazione dell’interleuchina-1 (IL-6)/trasduttore di segnale e attivatore della trascrizione 3 (STAT3) di segnalazione [41].
Per quanto riguarda gli effetti della procaina nelle cellule normali, Schumann et al. (2020) hanno caratterizzato l’azione della procaina e della S-adenosil-L-omocisteina (SAH) come agenti demetilanti, sull’espressione di geni correlati al macchinario epigenetico, inclusi i DNMT e sui livelli di metilazione del DNA nei fibroblasti della pelle bovina. I livelli di metilazione globale del DNA erano significativamente più bassi nelle cellule coltivate in un mezzo contenente entrambi i composti rispetto alle cellule di controllo e l’espressione genica di DNMT1, DNMT3A e DNMT3B è diminuita significativamente nelle cellule coltivate con SAH + procaina (1 mM). Inoltre, è stata riscontrata una significativa diminuzione dei livelli di trascrizione di DNMT3B nelle cellule coltivate con procaina. Livelli più elevati dell’enzima di traslocazione-3 (TET3) diossigenasi, coinvolta nel meccanismo epigenetico, sono stati trovati anche in cellule coltivate con procaina e SAH + procaina,
Utilizzando un modello di sensibilizzazione comportamentale del topo in cui gli animali sono stati sottoposti a un trattamento acuto con procaina per sette giorni, Anier et al. (2018) hanno scoperto che la procaina ha causato una diminuzione dei livelli di mRNA di DNMT3A nei globuli periferici (PBC), suggerendo che l’inibizione dei canali del sodio voltaggio-dipendenti potrebbe essere il meccanismo che altera l’espressione di DNMT nei PBC [39].
Effetti della procaina sulla durata della vita
Gli studi che ricercano l’influenza della procaina sulla durata della vita sono scarsi. Uno studio sperimentale condotto da Aslan et al. (1965) su 1840 ratti hanno indicato una durata della vita più lunga del 18-21% negli animali trattati rispetto a quella dei controlli iniettati con soluzione salina [140]. Un’altra indagine sulla durata della vita è stata condotta su 3680 animali di 5 generazioni successive.
Il risultato ha sostenuto che il GH3 somministrato fin dalla tenera età ha indotto un’estensione della durata della vita sia negli animali trattati, sia nella prima generazione di discendenti non trattati [141]. Nella Drosophila melanogaster coltivata su terreno nutritivo arricchito con GH3 è stata anche riscontrata un’estensione della durata della vita del 22,7%, rispetto ai controlli [142]. Sfortunatamente, non ci sono studi recenti sugli effetti della procaina e/o del GH3 sulla durata della vita.
Conclusioni e prospettive
L’analisi dei dati della letteratura più antica e più recente (tra il 1990 e il 2020) rivela la diversità degli effetti della procaina a livello cellulare e molecolare, in studi preclinici e in contesti clinici.
Riassumendo le sue azioni cellulari, la procaina è in grado di legarsi ai costituenti della membrana e interagire con una serie di canali ionici esercitando la sua azione anestetica [42, 143] ed ha anche un’influenza significativa sulla risposta allo stress ossidativo, sulla modulazione delle vie metaboliche critiche, in quanto anche sulla regolazione epigenetica.
L’azione antiossidante della procaina è supportata da studi sperimentali in vitro e in vivo sull’inibizione della generazione di ROS e della perossidazione lipidica, in sistemi enzimatici [25] e non [23, 27], associati ad un effetto modulante sugli enzimi antiossidanti [23, 28, 89]. Numerosi studi ne confermano il coinvolgimento nella mitigazione dello stress ossidativo cellulare e sistemico, agendo sui principali bersagli dell’invecchiamento e delle malattie legate all’età: membrane cellulari [22, 24], lipoproteine [25, 29], mitocondri [29, 37, 86], e DNA [29]. La procaina ha riaffermato le sue azioni antiossidanti e citoprotettive in modelli sperimentali di danno da ischemia/riperfusione miocardica [28, 83], vasorilassamento endoteliale-dipendente [26], infiammazione [65], sepsi [64], irradiazione ionizzante [29] e intossicazione [85] , 86] (Tabella 1).
Tabella 1
Effetti molecolari e cellulari della procaina riportati negli studi in vitro e in vivo , che supportano la sua azione antiossidante.
| Preclinic model | Obbiettivo | Concentrazioni/dosi | Rilevante scoperta | Riferimento |
|---|---|---|---|---|
| Generazione di superossido (O 2 .- ) in vitro | Sistema non enzimatico: [NADH-PMS-NBT] | da 0,2 a 2,0 mM di procaina/GH3 | O 2 .– ↓ procaina; ↓↓ GH3 | Rusu e Lupeanu (1989) [22] |
| In vivo treatment | Omogenati di tessuto di ratto | 20 mg di procaina/kg di peso corporeo, 3 volte/settimana × 9 settimane | O 2 .– ↓ perossidazione lipidica → (fegato, cervello, rene) ↓ attività SOD (cervello) ↑ attività CAT (fegato, rene) Lipofuscina ↓ (cervello, testicoli, fegato, cuore) | Rusu et al. (1992) [23] Lupeanu (1999) [89] Radaceanu et al. (1991) [90] |
| Analisi istopatologica di campioni di tessuto di ratto | ||||
| In vitro sepsis | Neutrofili + LPS, innescati con fMLP | 4,0 mM di procaina | ↓ 50% di priming LPS ↓ up-regulation indotta da LPS, citocromo b558 | Jinnouchi et al. (2005) [64] |
| Generazione di superossido (O 2 .– ) in vitro | Sistema enzimatico: [xantina – XO – INT] | Da 1,0 a 10,0 mM di procaina/GH3 | O 2 .– ↓ procaina; ↓↓ GH3 | Gradinaru et al. (2009) [25] |
| Capacità antiossidante totale in vitro | catione ABTS + diversi anestetici locali | 10 mm | Scavenging (%): tetracaina > procaina > lignocaina > benzocaina (99; 38; 21; 20%) | Librowski e Moniczewski (2010) [27] |
| Esposizione ai ROS in vitro | Anelli aortici di coniglio isolati | 10 -5 M a 3 × 10 -3 M procaina/lidocaina | Vasorilassamento endotelio-dipendente ↑↓ | Lee et al. (2010) [26] |
| In vitro sepsis | Cellule endoteliali aortiche bovine + IL-1 β /LPS | 10 mM di procaina | ↓ NESSUNA produzione | Takaishi et al. (2013) [65] |
| Danno da ischemia-riperfusione miocardica in vivo e in vitro | Campioni di tessuto di ratto | Derivati della 1,3,5-triazina-procaina | Cardioprotettivo ↓↓ ROS ↑ GSH, SOD, CAT e GPx ↓ LOX-1 Antiapoptotico ↓ Bax; ↑ Bcl-2 Anti-infiammatorio ↓ NF- κ B, | Qiang ed altri (2019) [28] |
| Macrofagi RAW264.7 trasfettati con NF − κ B + LPS | 5 e 10 mg/mL, in soluzione tampone KH x 45 min | |||
| 100 mm | ||||
| Esposizione ai ROS in vitro | Celle Jurkat + CuOOH | da 2,5 a 10 mM di procaina/GH3 | Lipoperossidi di membrana ↓ procaina; ↓↓ GH3 | Ungurian et al. (2020) [29] |
| Danno in vitro del DNA dei raggi X nei linfociti umani | PBMC, soggetti giovani e anziani | da 0,25 a 10 mM di procaina/GH3 | Radioprotettivo (da 0,25 a 1 mM) GH3 ↓ Danno al DNA, giovane Procaina ↓ rotture del filamento di DNA endogeno, invecchiato Genotossico (da 3 a 10 mM) | Ungurian et al. (2020) [29] |
ABTS: 2,2′-Azino-bis (acido 3-etilbenzotiazolin-6-solfonico) sale diammonio; Bcl-2: linfoma a cellule B 2; Bax: proteina X associata a Bcl-2; GATTO: catalasi; CuOOH: cumene idroperossido; fMLP: peptide chemiotattico N-formil-metionil-leucil fenilalanina; GH3: Gerovital H3; GPx: glutatione perossidasi; GSH: glutatione ridotto; IL-1 β : interleuchina-1 beta; INT: cloruro di 2-(4-iodofenil)-3-(4-nitrofenolo)-5-feniltetrazolio; LOX-1: recettore-1 della lipoproteina a bassa densità ossidata simile alla lectina; LPS: lipopolisaccaride; NADH: ridotto nicotinamide adenina dinucleotide; NBT: nitroblu tetrazolio; NF- κB: potenziatore della catena leggera kappa del fattore nucleare dei linfociti B attivati; NO: ossido nitrico; PBMC: cellule mononucleate del sangue periferico; PMS: fenazina metosolfato; ROS: specie reattive dell’ossigeno; SOD: Cu/Zn-superossido dismutasi; XO: xantina ossidasi.
Come molte molecole attive farmacologiche, la procaina mostra una risposta alla dose multimodale. A basse concentrazioni (≤1 mM), sono stati riportati effetti protettivi riguardo alla funzione mitocondriale, alla perossidazione lipidica e al danno al DNA, mentre alte concentrazioni (>10 mM) hanno indotto rigidità della membrana, accelerazione delle reazioni dei radicali liberi, genotossicità, neurotossicità, disfunzione mitocondriale e apoptosi [29, 33, 87, 88] (Tabella 2).
Tabella 2
Effetti molecolari e cellulari della procaina sulla funzione dei mitocondri, riportati negli studi in vitro .
| Preclinic model | Obbiettivo | Concentrazioni/dosi | Rilevante scoperta | Riferimento |
|---|---|---|---|---|
| In vitro | Mitocondri del fegato di ratto | da 0,5 a 10 mM di procaina/GH3 | Procaina (1 mM) ↑ stato basale, respirazione prima dell’aggiunta di ADP Procaina (>10 mM) ↓ 2,4-DNP, fosforilazione ossidativa Perossidazione lipidica ↓ ↓ procaina ↓ GH3 | Tarba e Cracium, 1990 [33] Rusu (1990) [84] Borsa et al. (2002) [115] Ungurianu et al. (2020) [29] |
| Nefrotossicità indotta da cisplatino in vitro | Fette corticali renali di ratto | 2 mM di procaina | ↓ danno mitocondriale ↓ danno cellulare ↓ perossidazione lipidica | Zhang e Lindup (1994) [86] |
| In vitro sepsis | Cellule endoteliali vascolari umane + LPS | 0,01-1,0 mM di procaina | → danno cellulare ↓ attivazione di mitoKATP | de Klaver et al. (2006) [83] |
| In vitro | Neuroni gangliari della radice dorsale di ratto | 1, 5 e 10 mM di procaina | ↑ depolarizzazione del potenziale di membrana mitocondriale ( ΔΨ m) ↑ [pH]m | Onizuk et al. (2010) [87] |
| In vitro neuroblastoma | Linea cellulare umana SH-SY5Y | 12, 15 e 20 mM di procaina | ↑ neurotossicità, ↑ disfunzione mitocondriale, ↑ ROS ↑ perossidazione lipidica ↑ danno al DNA e apoptosi | Yu et al. (2017) [88] |
2,4-DNP: 2,4-dinitrofenolo; GH3: Gerovital H3; mitoKATP: canale del potassio mitocondriale sensibile all’ATP; ROS: specie reattive dell’ossigeno.
La procaina potrebbe esercitare le sue azioni sul processo di aterogenesi modulando il metabolismo delle lipoproteine, come inibitore degli enzimi chiave coinvolti nella biosintesi e nell’esterificazione del colesterolo: HMG-CoA reduttasi, ACAT e LCAT [35, 97, 98], e attraverso i suoi meccanismi antiossidanti , riducendo lo stress ossidativo esercitato sulle LDL [25, 29] (Tabella 3).
Tabella 3
Effetti molecolari e cellulari della procaina sull’ossidazione e sul metabolismo delle lipoproteine, riportati in studi in vitro e in vivo , che supportano la sua azione antiaterogena.
| Preclinic model | Obbiettivo | Concentrazioni/dosi | Rilevante scoperta | Riferimento |
|---|---|---|---|---|
| Trattamento in vitro e in vivo | Cellule surrenali umane H295R, cellule di epatoma di topo Hepa 1-6 | 0,1, 1, 10 e 100 μ M di procaina, per 48 h | ↓ steroidogenesi ↓ attività HMG-CoA reduttasi ↓ espressione di mRNA ↓ corticosterone sierico | Xu et al. (2003) [35] |
| Ratti | 25–100 mg di procaina/kg di peso corporeo, 8 giorni | |||
| In vitro treatment | Plasma umano, di ratto, di cane Microsomi dell’aorta di coniglio | 1–5 mM di procaina 0,25–0,50 mM di procaina | ↓ plasma LCAT | Bell e Hubert (1980) [97] Bell (1981) [98] |
| ↓ ACAT | ||||
| Ossidazione in vitro delle LDL | Plasma umano LDL + Cu 2+ | 0,1–1,0 mM di procaina/GH3 | Dieni coniugati ↓ procaina; ↓↓ GH3 | Gradinaru et al. (2009) [25] |
| Ossidazione in vitro delle LDL | U937 macrofagi + plasma umano LDL + Cu 2+ | 0,5–2,0 mm | TBARS ↓ procaina; ↓↓ GH3 | Ungurian et al. (2020) [29] |
| Ossidazione delle lipoproteine in vitro | Concentrati di lipoproteine sieriche umane | da 0,5 a 10 mM di procaina/GH3 | Perossidazione lipidica: ↓ procaina; ↓↓ GH3 | Ungurian et al. (2020) [29] |
ACAT: acil-CoA colesterolo aciltransferasi; GH3: Gerovital H3; HMG-CoA: 3-metilglutaril-coenzima A; LCAT: lecitina-colesterolo aciltransferasi; LDL: lipoproteine a bassa densità; TBARS: sostanze reattive dell’acido tiobarbiturico.
Sono state riportate numerose azioni benefiche per la procaina sul SNC, oltre al suo effetto anestetico. Studi sperimentali hanno evidenziato azioni neuroprotettive, antidepressive e “anti-amiloidi” [116], insieme all’inibizione dell’espressione di JAK2 e STAT3 in modelli di dolore neuropatico [117]. L’effetto inibitorio sulla MAO-B dei derivati della procaina, così come l’ effetto anti-Parkinson in vivo , è stato associato a livelli più bassi di perossidazione lipidica mitocondriale e livelli migliorati di enzimi antiossidanti nello striato [37] (Tabella 4).
Tabella 4
Effetti molecolari e cellulari della procaina riportati negli studi in vitro e in vivo , che supportano le sue azioni neuroprotettive.
| Preclinic model | Obbiettivo | Concentrazioni/dosi | Rilevante scoperta | Riferimento |
|---|---|---|---|---|
| In vivo treatment | Mitocondri del cervello e del fegato di ratto | 60 mg di procaina/kg di peso corporeo, 5 volte/settimana × 4 settimane | Attività MAO: ↓ procaina; ↓↓ GH3 | Borsa et al. (2002) [115] |
| Neurotossicità in vitro indotta da β -amiloide | Cellule PC12 di feocromocitoma di ratto | 1, 10 e 100 μM di procaina | ↓ peptide amiloide A β 1-42 ↓ deplezione di ATP indotta da amiloide ↓ effetto neurotossico del glutammato | Lecano et al. (2005) [116] |
| In vivo neuropathic pain | Campioni di tessuto di ratto del corno dorsale spinale L4-L6 Test comportamentali | Iniezione intratecale di procaina al 2% in DMSO (10 μ L/kg) | ↓ JAK2 ↓ STAT3 (mRNA+proteina) ↓ comportamento al dolore | Li et al. (2016) [117] |
| Morbo di Parkinson indotto da MPTP in vivo | Mitocondri del fegato di ratto Omogenato cerebrale di topo Test comportamentali | Derivati della procaina-imidazolo 25, 50 e 100 mg/kg di peso corporeo, 3 giorni | ↓ MAO-B ↑ enzimi antiossidanti striato ↑ funzione motoria | Wu et al. (2020) [37] |
GH3: Gerovital H3; DMSO: dimetilsolfossido; JAK2: Janus chinasi 2; MAO: monoamino ossidasi; MPTP: 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetraidropiridina; STAT3: trasduttore di segnale e attivatore di trascrizione 3.
Vari studi clinici recenti hanno evidenziato il miglioramento funzionale dei sintomi somatici e psicovegetativi durante la neuroterapia con procaina [102, 103]. Il trattamento con GH3 mostra effetti positivi nel sostenere la salute mentale e nel migliorare la salute generale e il benessere, promuovendo al contempo il recupero della funzione cognitiva tra gli anziani [104].
La procaina potrebbe essere considerata una sostanza di riferimento per la demetilazione del DNA e gli effetti soppressivi del tumore, sebbene questi interventi possano essere rilevabili solo in specifici tipi di cancro a causa di profili di metilazione differenziale [144]. Recentemente, la procaina è stata inclusa tra i potenziali “farmaci riproposti” con risultati promettenti come modulatore epigenetico [129]. Un numero importante di studi preclinici ha dimostrato il ruolo della procaina come agente demetilante del DNA attraverso l’inibizione delle metiltransferasi del DNA nelle cellule normali [39, 139] e cancerose [132], o attraverso l’interazione diretta con il DNA [133]. In una varietà di cellule tumorali, la procaina è in grado di riattivare i geni oncosoppressori, come WIF-1 [130], e compromettere la sopravvivenza e l’auto-rinnovamento delle cellule maligne inibendo l’attivazione della segnalazione IL-6/STAT3 [41] ].
Tabella 5
Effetti molecolari e cellulari della procaina come demetilazione del DNA e agente soppressore del tumore, riportati negli studi in vitro .
| Preclinic model | Obbiettivo | Concentrazioni/dosi | Rilevante scoperta | Riferimento |
|---|---|---|---|---|
| Cancro al seno | Linea cellulare umana MCF-7 | 0,005–0,5 mM di procaina, 72 ore | ↓ 40% DNA 5mC ↓ RARβ 2 isole CpG del gene ↑ arresto mitotico | Villar-Garea et al. (2003) [38] |
| Cancro ai polmoni e al colon | Cellule umane H460, A549 e HCT116 | 2 mM di procaina | ↑ WIF-1 silenziato | Gao ed altri (2009) [130] |
| Carcinoma epatocellulare | Cellule di epatoma umano e topi nudi portatori di xenotrapianto | 1 mM di procaina, 5 giorni | ↑ arresto mitotico ↓ isole CpG ↓ volume del tumore | Tada et al. (2007) [131] |
| Leucemia | Cellule mieloidi umane HL60 | Analoghi della procaina 0,5 mM, 72 h | ↓ DNMT1 ↓ Isole CpG | Castellano et al. (2008) [132] |
| Cancro alla vescica | Cellule umane T24 e 5637 | 5 – 10 μM di procaina | ↓ proliferazione ↑ apoptosi ↔ demetilazione del gene APAF1 ↑ caspasi-3/9; ↑ sFasL; ↓ MMP-9 | Sole et al. (2012) [139] |
| Cancro al seno | Linee cellulari umane BT-20 (ER-negativo) e MCF-7 (ER-positivo). | Procaina e lidocaina, 0,01; 0,1 e 1 mM, 72 e 96 h | ↑ apoptosis ↓ DNA 5mC | Lirk et al. (2012) [144] |
| Cancro ai polmoni | Cancro del polmone del topo con xenotrapianto A549 e NCI-H1975 | 50 mg di procaina/kg di peso corporeo × 3 settimane | ↓ proliferazione tumorale | Ma et al. (2016) [137] |
| Cancro del polmone umano non a piccole cellule A549 e linee cellulari NCI-H1975 | 100 nM di procaina | ↓ proliferazione cellulare ↓ mRNA di EGFR | ||
| Leucemia | Cellule umane NB4 | 3–5 μM di procaina | ↑ CD11b, E-caderina, G-CSF ↑ PPAR gamma ↔ rimodellamento della cromatina: istone H3K4(Me)3 e H3K9Ac/S10P | Borutinskaite ed altri (2016) [138] |
| Osteosarcoma | Cellule umane MG63 | 2 μM di procaina | ↓ proliferazione e migrazione ↑ apoptosi sovraregolazione miR-133b inattivazione AKT/ERK | Ying ed altri 2017 [135] |
| Cancro al colon | Cellule umane HCT11 | 0,5, 1, 1,5 e 2 μ M procaina 3 μ M procaina + carboplatino 5 μ M procaina | ↓ proliferazione e migrazione ↑ apoptosi ↑ espressione di RhoA ↑ frammentazione del DNA ↓ DNA 5mC | Li et al. (2018) [136] Sabit et al. (2016) [145] |
| Modello di sensibilizzazione comportamentale del topo | Globuli periferici | 1–10 μM di procaina | ↓ DNMT3A mRNA | Anier et al. (2018) [39] |
| Tumore gastrico | Linee cellulari umane SGC-7901 e GES-1 | 1–5 μM di procaina | ↓ attività DNMT1/DNMT3A ↓ proliferazione ↑ apoptosi CDKN2A e sovraregolazione RAR | Li et al. (2018) [136] |
| Docking molecolare su strutture del B-DNA | Timo di vitello | 5–35 μM di procaina | ↔ legame alle regioni ricche di AT → donatore di elettroni alle basi del DNA | Alì et al. (2018) [133] |
| Cancro al seno | Linea cellulare umana MCF-7 | 5 μM di procaina | → attività antitumorale | |
| Cellule normali | Fibroblasti della pelle bovina | Procaina + SAH (1 mM) | ↓ DNMT1, DNMT3A, DNMT3B ↓ DNMT3B (procaina) ↑ TET3 diossigenasi | Schumann et al. (2020) [40] |
| Cancro al cervello | Cellule staminali di glioblastoma umano | 5, 10 e 20 μM di procaina | ↓ sopravvivenza e auto-rinnovamento ↓ trascrizioni ZDHHC15 ↓ palmitoilazione GP130 ↓ attivazione di IL-6/STAT3 | Fan et al. (2021) [41] |
5 mC: 5-metilcitosina; AKT: proteina chinasi B; APAF1: fattore di attivazione della peptidasi apoptotica 1; AT: adenina-timina; CDKN2A: inibitore della chinasi ciclina dipendente 2A; CpG: 5′-citosina-fosfato-guanina-3′; DNMT: DNA metiltransferasi; EGFR: recettore del fattore di crescita epidermico; ERK: chinasi extracellulare regolata dal segnale; ER: recettore degli estrogeni; G-CSF: fattore stimolante le colonie di granulociti; GP130: glicoproteina 130; H3K4 (Me)3: trimetilazione al 4° residuo di lisina della proteina dell’istone H3; H3K9Ac/S10P: istone fosfoacetilato H3; miR: microRNA; MMP-9: metallopeptidasi 9 della matrice; PPAR: recettore attivato dal proliferatore del perossisoma; RAR: recettore dell’acido retinoico; RhoA: membro della famiglia omologo Ras A; SAH: S-adenosil-L-omocisteina; sFasL: legante fas solubile in siero; STAT3: trasduttore di segnale e attivatore della trascrizione 3; TET3: enzima di traslocazione-3; WIF-1: Scrivere il fattore inibitorio-1; ZDHHC15: palmitoiltransferasi di tipo Asp-His-His-Cys a dito di zinco 15.
In conclusione, oltre alla sua ben nota azione anestetica, la procaina mostra una varietà di effetti biologici e farmacologici, fungendo da agente antiossidante, antinfiammatorio, cardioprotettivo, neuroprotettivo, radioprotettivo, citoprotettivo e demetilante. Gli effetti benefici sulle funzioni cellulari e sul metabolismo potrebbero designare la procaina come un valido candidato per il database Geroprotectors ( http://geroprotectors.org ) (Figura 2).
figura 2- Nuovi effetti biologici e farmacologici della procaina, dimostrati nell’ambito di nuovi approcci sperimentali, che potrebbero riconoscere la sua considerazione come potenziale candidato geroprotettore.
È probabile che futuri approcci di ricerca valutino gli effetti della procaina in modelli sperimentali animali e cellulari, concentrandosi sulla valutazione della durata della vita, sulla regolazione dell’autofagia e del proteasoma, sulla senescenza replicativa: lunghezza dei telomeri e attività della telomerasi, sulla regolazione del ciclo cellulare compresi i percorsi legati all’invecchiamento come l’insulina/simile all’insulina fattore di crescita 1 (IGF-1)/fosfatidilinositolo-3 chinasi (PI3K)/AKT (proteina chinasi B) e i fattori di trascrizione Forkhead box O (FOXO) (FOXO), nonché l’apparato molecolare di rilevamento dell’energia che comprende il bersaglio dei mammiferi di rapamicina (mTOR), la protein chinasi attivata dall’adenosina monofosfato (AMPK) e le sirtuine.
Solo dopo un’indagine approfondita con nuovi approcci sperimentali, saremo in grado di comprendere appieno l’azione modulatoria della procaina nei meccanismi dell’invecchiamento e l’eziologia delle malattie degenerative croniche. A seguito dell’approfondita comprensione delle affascinanti molteplici sfaccettature della procaina, un uso giudizioso di farmaci a base di procaina potrebbe essere impiegato nella profilassi e nel trattamento di diversi disturbi metabolici e degenerativi comunemente riscontrati nei pazienti anziani, ma che oggi sembrano interessare più giovani e individui più giovani.
link di riferimento https://www.ncbi.nlm.nih.gov/labs/pmc/articles/PMC8349289/
