Acquaporine | Cosa Sono, Come Aumentarle | Pelle e Cosmetici

Cosa Sono

Le acquaporine (AQP, in inglese water channels) sono delle proteine presenti sulla membrana plasmatica delle cellule di batteri, funghi, piante e animali.

La loro funzione è quella di facilitare l’ingresso e l’uscita di acqua dalle cellule.

In pratica, quindi, le acquaporine sono dei piccoli canali che agiscono come le valvole di un sistema idraulico, aiutando a mantenere costante il volume d’acqua all’interno delle cellule.

Nei vertebrati sono state identificate almeno 13 acquaporine (AQP0 – AQP12), che differiscono per capacità di trasporto, allocazione nei tessuti e funzione ¹.

Nel corpo umano queste proteine si concentrano soprattutto nei tessuti che devono regolare fortemente le concentrazioni idriche e osmotiche, come dotti collettori renali, capillari polmonari, cellule epidermiche e cellule secretorie delle ghiandole salivari.

Ad esempio, le acquaporine svolgono un ruolo importante nel meccanismo attraverso il quale i reni concentrano l’urina e restituiscono l’acqua al sangue.

L’acquaporina 3 (AQP3) è fortemente espressa nell’epidermide e svolge un ruolo importante nell’idratazione dello strato corneo, nella sua funzione barriera e nella guarigione delle ferite ².

Dove si Trovano

La maggior parte delle cellule non esprime acquaporine. In questo caso, la diffusione dell’acqua avviene liberamente in maniera passiva attraverso i lipidi di membrana.

Tuttavia, alcune cellule necessitano di un’elevata permeabilità all’acqua per svolgere a pieno le loro funzioni.

Ad esempio, la normale funzione renale e la secrezione di fluidi corporei, come la saliva, richiedono un’elevata permeabilità transepiteliale all’acqua, che è garantita dalla presenza di numerose acquaporine.

Pertanto, queste proteine sono espresse in molti tipi di cellule coinvolte nel trasporto dei fluidi, inclusi epiteli ed endoteli nei reni, nei polmoni, nelle ghiandole esocrine, negli occhi e negli organi gastrointestinali.

Le acquaporine sono espresse anche in cellule che non hanno un ruolo evidente nel trasporto dei fluidi, come i globuli rossi e alcuni globuli bianchi, gli adipociti e il muscolo scheletrico.

Inoltre, sono espresse negli astrociti di tutto il sistema nervoso centrale e nelle cellule di supporto (ma non nelle cellule elettricamente eccitabili) negli organi sensoriali come le cellule di Müller della retina. Nell’occhio, le acquaporine sono espresse anche nella cornea, nel cristallino e nell’epitelio ciliare.

A Cosa Servono

La funzione primaria delle acquaporine è trasportare l’acqua attraverso le membrane cellulari in senso bidirezionale. Tale trasporto è regolato dai gradienti osmotici che si creano grazie al trasporto attivo dei soluti (come il sodio).

Dal punto di vista funzionale, le acquaporine si possono distinguere grossolanamente in tre sottofamiglie:

• acquaporine classiche (ortodosse) che consentono solo il trasporto dell’acqua (AQP0, AQP1, AQP2, AQP4, AQP5, AQP6 e AQP8);
• acquagliceroporine che, oltre all’acqua, lasciano passare glicerolo, urea e alcuni piccoli soluti neutri (AQP3, AQP7, AQP9 e AQP10).
• superacquaporine o acquaporine non ortodosse, le cui funzioni non sono ancora completamente caratterizzate.

Tale suddivisione non è del tutto esaustiva poiché ulteriori soluti possono attraversare il canale.

Nel loro insieme, le acquaporine sono coinvolte soprattutto nel trasferimento di acqua, ma anche di gas (come CO₂, NO od O₂) e piccoli soluti (urea e glicerolo), necessari per mantenere l’omeostasi cellulare ^{3, 4, 5}.

In questo modo, le acquaporine regolano indirettamente molti processi biologici, tra cui la proliferazione cellulare, la migrazione, l’apoptosi e il metabolismo mitocondriale.

Pelle e acquaporine

Almeno 6 distinti tipi di acquaporine (AQP1, 3, 5, 7, 9 e 10) sono espressi selettivamente in vari tipi di cellule della pelle ^{6, 7}.

• AQP1 e AQP3 sono presenti sia nel derma che nell’epidermide;
• AQP7 si trova principalmente nell’ipoderma (ma anche nelle cellule dendritiche del derma e dell’epidermide);
• AQP5 si trova nelle ghiandole sudoripare eccrine;
• AQP9 e 10 si trovano nell’epidermide.

L’acquaporina più abbondante nell’epidermide è l’acquaporina 3 (AQP3) ⁸.

Le concentrazioni epidermiche di AQP3 diminuiscono dall’interno (strato basale) verso l’esterno (strato corneo). Questa differenza rispetta i diversi gradi di idratazione degli strati epidermici, garantendo che quelli proliferativi più profondi siano idratati in modo ottimale e che la perdita di acqua dagli strati più superficiali sia ridotta al minimo ^{9, 10, 8}.

Funzioni dell’acquaporina 3 nella pelle

AQP3 appartiene alla sottofamiglia delle acquagliceroporine, che come spiegato oltre all’acqua trasportano altre piccole molecole.

Nello specifico, è stato dimostrato che AQP3 trasporta acqua, glicerolo e perossido di idrogeno ^{11, 12, 13, 14, 15, 16}.

Ricordiamo che il glicerolo agisce come un umettante endogeno, legando e trattenendo acqua. In questo modo, migliora la capacità di ritenzione idrica della pelle e svolge un ruolo importante nell’elasticità cutanea e nel facilitare la riparazione della barriera epidermica ¹⁷.

L’importanza dell’AQP3 per la salute della pelle è stata chiarita da indagini su topi geneticamente modificati in modo da non esprimere questa proteina ¹⁸.

Gli animali privi di AQP3 manifestano una ridotta idratazione dello strato corneo, che non può essere corretta dall’occlusione cutanea o dall’esposizione a un ambiente a elevata umidità. Inoltre, presentano un contenuto di glicerolo nello strato corneo inferiore rispetto agli animali di controllo.

Tali risultati hanno suggerito un ruolo importante dell’AQP3 nel trasporto del glicerolo e hanno dimostrato che il contenuto di glicerolo è un determinante chiave dell’idratazione cutanea ¹⁹.

Inoltre, la downregulation dell’espressione di AQP3 può ritardare la guarigione delle ferite ^{20, 21}.

Al contrario, la sovraregolazione dell’espressione di AQP3 può comportare un aumento del contenuto di umidità, un miglioramento della struttura della pelle, una maggiore elasticità cutanea e una migliore capacità di guarire ferite e altre lesioni ¹⁰.

Ruolo nella salute della Pelle

L’espressione dei canali AQP3 nella pelle umana è fortemente influenzata dall’invecchiamento e dall’esposizione cronica al sole, con livelli significativamente diminuiti in entrambi i casi.

Ciò può spiegare l’elevata incidenza di secchezza cutanea (xerosi) osservata nelle persone anziane e/o nelle aree cutanee che sono state esposte cronicamente alla luce solare ²⁴.

Prove sempre più numerose indicano un probabile ruolo delle acquaporine anche in varie malattie della pelle.

Ad esempio, la ricerca ha chiarito che il livello di AQP3 nella cute diminuisce quando la pelle si secca a causa di psoriasi ²⁵, vitiligine ^{26, 27}, diabete mellito ²⁸, invecchiamento ²⁹ ecc.

Alterazioni dei livelli di acquaporine sono state osservate anche nelle malattie infiammatorie della pelle con una barriera cutanea difettosa, come l’idrosadenite suppurativa, la dermatite atopica e la psoriasi ^{15, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 25}.

Cosmetici per aumentare le acquaporine

Negli ultimi anni, diverse aziende hanno cercato di sviluppare ingredienti attivi in grado di aumentare l’espressione di AQP3 nella pelle ¹⁰.

In base al loro ruolo fisiologico, si ritiene che l’aumentata espressione di AQP3 abbia effetti antietà, antirughe, idratanti e vari effetti benefici sull’aspetto della pelle.

La ricerca di cosmetici che possano stimolare l’espressione di AQP3 è tuttavia ancora acerba.

Si stanno infatti studiando vari agenti, principalmente di origine botanica, in grado di modulare l’espressione di AQP3, ma gli studi fino ad oggi eseguiti sono perlopiù limitati a modelli in vitro o murini ^{36, 10, 37}.

I potenziali candidati per aumentare le concentrazioni epidermiche di AQP3 includono:

• gliceril glucoside, un derivato del glicerolo endogeno composto da una combinazione naturale di glicerolo e glucosio. Alcune ricerche, anche cliniche, hanno dimostrato che il gliceril glucoside è efficace nel ridurre la TEWL e aumentare l’espressione di AQP3 ^{38, 39, 40};
• astaxantina, un carotenoide che in uno studio in vitro su un modello 3D di epidermide umana ha dimostrato di aumentare in modo dose-dipendente l’espressione di AQP3 ⁴¹;
• acido all-trans retinoico (tretinoina), un retinoide (vietato per l’uso cosmetico) che in uno studio in vitro ha aumentato l’espressione di AQP3 e migliorato l’attività biologica nella pelle umana ⁴²;
• Ajuga turkestanica, una pianta originaria dell’Asia centrale, il cui estratto acquoso (70/30 v/v) ha aumentato in vitro l’espressione di AQP3 nell’epidermide umana ricostruita ¹⁰;
• acido caprilico – isosorbide dicaprilato (IDC), che ha sovraregolato l’espressione di AQP3 e delle proteine coinvolte nella differenziazione dei cheratinociti e nella formazione e nella funzione dello strato corneo ⁴³.
• polifenoli del vino rosso, in particolare proantocianidine oligomeriche leganti l’acido gallico, poiché i cheratinociti epidermici umani incubati con vino rosso inducono l’espressione di AQP3 ⁴⁴.
• l’estratto arricchito di acidi grassi insaturi dei semi di olivello spinoso (Hippophae rhamnoides), che in base agli studi in vitro su cheratinociti epidermici umani può ridurre la secchezza della pelle attraverso la regolazione dell’espressione delle acquaporine 3 e della ialuronano sintetasi 2 ⁴⁵.

Farmaci e Salute

Disfunzioni delle acquaporine contribuiscono a condizioni patologiche come il glaucoma, il cancro, l’epilessia e l’obesità ^{1, 46}.

C’è quindi un notevole interesse nell’individuare farmaci in grado di modulare la funzionalità di queste proteine.

Si prevede ad esempio che gli inibitori dell’AQP1 abbiano utilità nell’edema refrattario ai diuretici, nell’angiogenesi tumorale e nel glaucoma, gli inibitori dell’AQP4 in alcune forme di edema e lesioni cerebrali, e gli inibitori dell’AQP3 in alcuni tumori ⁴⁷.

Tuttavia, anche in questo campo, la ricerca non ha ancora prodotto i risultati sperati.