Si può dire che sia inevitabile iniziare questo paragrafo illustrando alcuni aspetti delle membrane cellulari. È infatti la membrana cellulare il terreno su cui si materializzano e si dematerializzano i CI, i recettori membranari e i SMSTT. Tra le prime forme di vita sulla terra strutturate sul minimo grado indispensabile di complessità comparvero singole unità cellulari. Le loro membrane erano (tuttora sono) costituite da molecole fosfolipidiche raggruppate come “zattere” separate le une dalle altre da un minuscolo spazio. Le molecole fosfolipidiche sono disposte in doppio strato con le teste idrofile rivolte verso l’ambiente esterno e il citoplasma mentre le code idrofobiche si fronteggiano all’interno del doppio strato lipidico. Questa architettura fa sì che a contatto con l’acqua la superficie formata dalle teste idrofile sia minima. Seppure in misura minore rispetto ai lipidi è rappresentato anche un contingente di molecole proteiche al quale spetta gran parte delle principali funzioni della membrana. A temperature fisiologiche la membrana oscilla tra lo stato liquido e quello cristallino. Modificazioni del compattamento (impacchettamento) e della mobilità delle “zattere” e dei suoi componenti molecolari sono indotte da variazioni della temperatura: alte temperature ne determinano la fusione con rapido aumento della distanza tra molecole sfingolipidiche adiacenti e incremento della loro mobilità fino al punto che il doppio strato sfingolipidico diviene liquido. Lo “stato liquido” permette alle catene lipidiche libertà di movimento intra- e intermolecolare. A eccezione di quelle annesse al citoscheletro che manifestano una relativa fissità, anche le molecole proteiche immerse nel fluido membranario esprimono qualche possibilità di movimento. Basse temperature determinano invece uno stato di gel con estrema limitazione della mobilità delle molecole fosfolipidiche e proteiche a motivo del loro serrato impacchettamento, condizione questa nota anche come congelamento: è lo “stato cristallino”. In questa condizione le catene lipidiche presentano un rigido orientamento parallelo o angolato alla perpendicolare della superficie del doppio strato. La temperatura alla quale si verifica il passaggio dallo stato cristallino a quello liquido è la temperatura di transizione (o temperatura critica). Attraverso l’espressione sulla sua superficie di microdomìni con varia composizione di sfingolipidi e colesterolo la mutevole struttura della doppia catena fosfolipidica delle biomembrane si presta a costituire la piattaforma ove CI, recettori membranari e SMSTT possono materializzarsi e poi dissolversi a seconda delle condizioni membranarie in cui si trovano immersi.

La consapevolezza che la biomembrana non è assimilabile a uno statico muro di mattoni e che i CI, i recettori e i SMSTT neppure lontanamente assomigliano a prese elettriche stabilmente applicate sulla sua superficie ha stimolato enormemente la ricerca biologica che negli anni ha prodotto modelli sempre più perfezionati. Il primo risale agli anni Quaranta e venne proposto dai fisiologi britannici Alan Lloyd Hodgkin e Andrew Huxley. Utilizzando microelettrodi Hodgkin e Huxley riuscirono a misurare il Potenziale di Membrana (PdM) e le fasi di depolarizzazione e iperpolarizzazione che caratterizzano il Potenziale d’Azione (PdA) su assoni giganti di calamaro. Il loro modello matematico contemplava la propagazione del PdA con l’ingresso di ioni nella cellula conseguente all’apertura di CI membranari e questo induceva l’apertura di CI adiacenti. Il segnale poteva così propagarsi grazie a una vis elettrica. Nel 1972 gli statunitensi Seymour Jonathan Singer e Garth Nicolson proposero il Fluid Mosaic Model (modello a mosaico fluido) secondo il quale, piuttosto che omogeneo, il doppio strato lipidico può essere assimilato a una struttura “fluido-musiva” atta a ospitare microdomìni lipidici meno fluidi formati da sfingolipidi e colesterolo. In essi si concentrano proteine specifiche che fungono da zattere di trasporto di componenti della membrana e da base per la genesi di segnali intracellulari. L’architettura fluido-musiva permetterebbe la costituzione di CI per la genesi del PdA e del PdM [77]. Nel 2005 Thomas Heimburg e Andrew Jackson, ricercatori presso l’Istituto Niels Bohr dell’Università di Copenaghen, proposero un nuovo modello cellulare che spiega alcuni dei fenomeni relativi alla propagazione del segnale lungo l’assone dei neuroni che né il modello “elettrico” di Hodgkin e Huxley né quello “fluido-musivo” di Singer e Nicolson erano riusciti a spiegare. Il loro modello si basa su princìpi termodinamici ed è noto come “modello del solitone”. Tra i fenomeni più rilevanti che esso contempla c’è il cambio di temperatura con scambio netto 0 al passaggio dell’impulso elettrico e il cambiamento di densità della membrana cellulare. Questo modello propone che la propagazione del PdA avvenga sotto forma di pulsazioni di onde sonore o di densità indicate come “solitoni”. Esso trascura la forma e le funzioni delle singole macromolecole presupponendo che le loro proprietà siano tutte insite nella membrana neuronale che qui è riguardata come sistema piuttosto che come semplice dimora dei CI. Il modello del solitone ha dimostrato di essere predittivo circa i flussi di corrente durante il PdA e poiché tali flussi sono affatto simili a quelli provocati dall’attività dei CI si può sostenere che esso non confligga con il modello classico sull’azione delle proteine di membrana: la differenza è che qui i flussi sono attribuiti all’attività di pori che si formano sulla membrana lipidica a causa di fluttuazioni termiche [33][34][7]. In anni recenti sono state acquisite importanti evidenze sperimentali sulla propagazione di onde sonore bidimensionali in interfacce lipidiche e sul loro ruolo nella segnalazione cellulare [76]. In effetti è dimostrato che numerose sostanze ad azione anestetica non si legano a specifiche proteine o a specifici CI ma si sciolgono nella componente lipidica delle membrane cellulari cambiandone le proprietà con abbassamento del punto di congelamento della membrana. L’incremento della differenza tra temperatura corporea e punto di congelamento impedisce la generazione e la propagazione dei PdA ostacolando la propagazione dei solitoni come è dettagliatamente illustrato in “The Thermodynamics of General Anesthesia” [34]. Il modello del solitone desta sempre maggiore interesse anche negli ambienti scientifici che studiano il background biomolecolare delle TAL.

Nel termine “Canali Ionici” (CI) comprendiamo quel primordiale dispositivo di pori membranari che nel corso dell’evoluzione è stato gelosamente conservato in tutte le linee cellulari (non solo nei neuroni) al punto che quelli del moscerino della frutta presentano numerose analogie con quelli umani. Essi permettono flussi di ingresso e di uscita dalla cellula di particelle elettricamente cariche: gli ioni. I flussi ionici che in tal modo si generano costituirono il primo apparato energetico cellulare e, al tempo stesso, la prima via di segnalazione autocrina (entro la stessa cellula, paracrina (verso altre cellule) e quale strumento di percezione delle condizioni dell’ambiente extracellulare e di scambio con esso. Tappe successive dell’evoluzione videro la comparsa di forme viventi costituite da aggregazioni di numerose cellule. I flussi di ioni che prima fungevano da dispositivo energetico, adattativo, informazionale e regolatorio appannaggio di singoli elementi cellulari presero a partecipare ad attività autocrine e paracrine entro un “regime sistemico” esprimendo gradi sempre maggiori di complessità. Per questa via una sorta di rete primordiale, funzionalmente aspecifica e topograficamente diffusa, si prestò a costiture la struttura somatica delle prime forme di vita multicellulari. La sua caratteristica più spiccata fu la permissività funzionale: l’inclinazione a consentire la diffusione in tutto il suo soma di un’onda di eccitazione innescata da uno stimolo di qualsiasi natura applicato in qualsiasi suo distretto. Questo assetto funzionale si caratterizzò per stimolo-aspecificità e sede-aspecificità. Immaginiamo una medusa nel suo ambiente marino: in qualsiasi settore del suo soma e con qualsiasi stimolo la si solleciti essa risponde sempre con un movimento massivo di chiusura del suo ombrello. La dinamica “sinciziale” sottesa a una simile risposta prevede che uno stimolo puntiforme diffonda come le onde circolari che si generano in uno stagno quando vi sia stato scagliato un sasso. Essa è sostenuta dalla conservazione dei CI e del flusso elettrico che questi consentono oltrechè dalla propagazione di onde sonore e densito-termiche secondo il “modello del solitone” [76]. “Conservazione” è un termine/concetto che incontreremo ancora e che, al di là dei contenuti speculativi, pregna di evidenze anche la biologia delle forme di vita più recenti: è in forza del meccanismo di conservazione della descritta dinamica sinciziale che il cuore degli eucarioti può pulsare anche quando sia denervato.

Oggi conosciamo CI “voltaggio-dipendenti” e “ligando-dipendenti” (o “chemio-dipendenti” o anche “recettori-canale”). Entrambe le categorie annoverano al loro interno numerose famiglie e sottogruppi. Con l’incessante progresso delle conoscenze biomolecolari il censimento dei CI e dei SMSTT ci consegna numeri e varietà sempre crescenti.

I CI “voltaggio-dipendenti” sono presenti sulle cellule “eccitabili” (neuroni e cellule muscolari) e il flusso di ioni è regolato dalla carica elettrica presente sul versante esterno della biomembrana. I CI “ligando-dipendenti” sono invece presenti su tutti i tipi cellulari e, come è già stato anticipato, qui il flusso di ioni è determinato dalla loro interazione con numerosi specifici ligandi chimici (glicina, serotonina, glutammato, acetilcolina e tanti altri). La varietà dei legami possibili lascia immaginare quanto numerosi siano gli effetti elicitabili da questi soggetti biologici. Nel passare in rassegna i principali CI e SMSTT ci si rende conto di non avere a che fare con singoli soggetti ma con vere e proprie popolazioni capaci di esprimere molteplici profili funzionali. Iniziamo dai CI storicamente classificati tra quelli voltaggio-dipendenti: i CI per il sodio (Na) e i CI per il potassio (K).

Per quanto riguarda i VGSCs (Voltage-Gate Sodium Channels = canali voltaggio-dipendenti per il Na+) a oggi ne sono state identificate nove isoforme indicate come “Nav”: Nav1.1, Nav 1.2, Nav1.3….. Nav1.9. Ognuna esibisce differenti proprietà elettrofisiologiche e differenti modelli di espressione. Sei di esse sono presenti nei Dorsal Root Ganglia (DRG) a svolgere funzioni somatosensoriali e mediare la propagazione del dolore fisiologico, neuropatico e infiammatorio [88]. Il sistema nervoso integro può gestire l’esperienza dolorosa in senso adattativo mentre l’ipereccitabilità dei sistemi di nocicezione che consegue alle neurolesioni produce e mantiene il dolore neuropatico. In queste circostanze tra i VGSCs le maggiori responsabilità della genesi e della propagazione dei PdA ricadono su Nav1.7, Nav1.8 e Nav1.9 poichè la neurolesione vi induce un’eccitabilità aberrante attraverso cambiamenti nella loro distribuzione, espressione e/o proprietà biofisiche [102]. Un inciso a proposito del rapporto tra VGSCs e TAL: a dosaggi inferiori a quelli efficaci a inibire la propagazione dell’impulso nervoso lungo un assone intatto la lidocaina per via endovenosa (e.v.) sopprime le scariche ectopiche generate dalla lesione neuroperiferica responsabili del dolore neuropatico [45] (31).

Passiamo ai canali del potassio. Suddivisi in sottofamiglie presenti in quasi tutti i tipi cellulari della maggior parte degli organismi viventi costituiscono l’insieme di CI più diffusa in assoluto. Anch’essi sono costituiti da proteine la cui architettura è organizzata per consentire il passaggio dei cationi potassio (K+) attraverso la membrana cellulare. La prima sottofamiglia (“K++v”) si attiva con modalità “voltaggio-dipendente”: permette il flusso del potassio secondo gradiente elettrochimico. Una seconda sottofamiglia (“K+Ca”) può attivarsi in presenza di ioni calcio o di altre molecole-segnale. Entrambi i tipi sono presenti in un’ampia gamma di cellule eccitabili e non-eccitabili a svolgere funzioni di regolazione delle attività neuronali, della proliferazione cellulare e del microcircolo. Basse concentrazioni di Ca2+ ne determinano l’apertura e l’attivazione con modificazioni dell’eccitabilità cellulare e iperpolarizzazione del PdR. L’attivazione di questi canali regola la concentrazione intracellulare del Ca contrastandone eccessivi incrementi [82] e partecipa a numerose funzioni fondamentali: anzitutto la genesi del PdA nelle cellule “eccitabili” attraverso l’efflusso di K+, il mantenimento o il ripristino del PdR in molte altre famiglie cellulari e la regolazione del volume e della proliferazione cellulare. La polarità della membrana plasmatica dipende in gran parte dalla funzione di specifici canali K che permettono il suo efflusso attraverso la membrana in base al suo gradiente elettrochimico portando il potenziale di membrana della cellula a valori negativi (prossimi a -80 mV).  Questo valore è vicino al potenziale di equilibrio per K a causa dell’alta concentrazione di questo ione all’interno delle cellule (circa 140 mM) rispetto all’interstizio (4 mM). La regolazione dell’eccitabilità cellulare da parte dei canali K è particolarmente importante nei neuroni ove le correnti di K si oppongono alla depolarizzazione contribuendo così a regolare l’attivazione neuronale e il PdA. Nella comunità scientifica si è affermato l’acronimo TRESK (TWIK-related spinal cord K+ channel) che sembra sottolineare come l’espressione genica dei CI per il potassio sia particolarmente elevata nei piccoli neuroni sensoriali spinali che, solitamente, mediano numerose dinamiche nocicettive [8]. La conferma che il canale TRESK svolga funzioni di regolazione dell’eccitabilità neuronale sembra dimostrata da studi sperimentali nei quali alla sua ablazione ha fatto seguito il decremento della corrente del potassio e l’incremento dell’eccitabilità dei neuroni sensoriali. I dati indicano che la diminuzione delle funzioni del canale TRESK faciliterebbe la depolarizzazione e l’attivazione neuronale e ciò fa pensare che in condizioni fisiologiche esso funga da freno dell’attivazione neuronale in risposta a stimoli depolarizzanti [18]. Un’altra sottofamiglia dei canali del K è invece calcio-dipendente. Si tratta di strutture proteiche canalicolari costituite da 6 α-eliche transmembranarie che nella cellula a riposo restano chiuse a causa della bassa concentrazione di calcio. In seguito a depolarizzazione il sodio entra nella cellula e i canali del calcio si aprono. Con l’incremento della concentrazione intracellulare di Ca++ si aprono prolungatamente i canali del K calcio-dipendenti permettendo allo ione di uscire dalla cellula. Si distinguono canali del K calcio-dipendenti ad alta (BKCa) e a bassa conduttanza (SKCa). La loro funzione principale è quella di consentire l’uscita degli ioni K dalla cellula, iperpolarizzarla e quindi ridurre la frequenza dei PdA generati da un neurone. Un ulteriore tipo di canale per il K viene indicato come “K+2P” (“two-pore-domain” o anche “tandem pore domain potassium channels”) a motivo del fatto che ogni subunità del canale presenta nella sua sequenza primaria due domìni “P” (pori). Esso raggruppa 15 membri classificati sulla base della sensibilità a diversi fattori (tensione dell’O2, proteine “G”, sostanze-segnale lipidiche, pH, stress meccanico) e sulla base dei ruoli che ricoprono in varie condizioni fisiologiche e fisiopatologiche. Questa famiglia di canali è abbondantemente rappresentata a livello encefalico e cardiaco. Nel cervello abbondano nella corteccia, nel giro dentato, nell’ippocampo, nel cervelletto e negli astrociti [51]. In quest’ultima linea cellulare la loro espressione aumenta in caso di ischemia presumibilmente con finalità neuroprotettive [73]. Nel cuore i K+2P sono stati individuati come nuovi bersagli per terapie antiaritmiche [81]. Un’altra famiglia di canali per il K è definita “K+Ir” (“Inward rectifier K channels”) poiché la loro apertura facilita il flusso dei cationi verso l’interno della cellula. Quando la concentrazione extracellulare di K diventa elevata, come ad esempio in corso di contrazione muscolare, questi canali contribuiscono all’iperpolarizzazione della membrana verso il potenziale di equilibrio K [79]. I K+Ir sono costituiti da tetrameri in cui ogni subunità presenta due domìni transmembrana. Come è avvenuto per altri CI e SMSTT anche i canali del K sono stati cimentati con gli AL e ne sono stati studiati gli effetti antalgici ma per via della giovane età della materia attualmente gli studi sperimentali prevalgono rispetto a quelli clinici. E’ stato tuttavia accertato che nelle fibre nervose demielinizzate della rana acquatica “Xenopus laevis” la lidocaina blocca un canale K insensibile al voltaggio [13] e i canali del K voltaggio-dipendenti nelle fibre del nervo sciatico [14], nel DRG [66] e nel cervello di ratto [25]. Il fatto che l’impiego sistemico della lidocaina per fini terapeutici frequentemente provoca la comparsa di acufeni ha sollecitato ricerche in questa direzione. Uno studio del Dipartimento di Otorinolaringoiatria dell’Università tedesca di Essen ha dimostrato che i canali per il K di tipo Kv 3.1 e Kv 1.1 presenti nell’uomo esibiscono sensibilità diverse all’azione inibitoria della lidocaina. I modesti effetti seguenti all’applicazione di concentrazioni clinicamente rilevanti suggeriscono che nei neuroni uditivi i canali del potassio non siano compromessi dall’applicazione terapeutica o diagnostica della lidocaina [89], dato questo che risulta coerente con la breve durata degli acufeni. 

I canali del calcio.  Alla ricerca delle strategie biomolecolari preposte alle informazioni tra sistemi cellulari dalla metà degli anni ‘70 del XX° Secolo si è aggiunto un gigantesco ambito di studi incentrati sul ruolo di un altro catione di fondamentale sostegno alle funzioni vitali: lo ione calcio. Materiale di costruzione dell’osso e allo stesso tempo mediatore unico dei processi di accoppiamento elettrochimico del movimento (come interruttore universale della reazione di accorciamento delle fibrille actomiosiniche nel citoplasma dei miociti, dei fibroblasti e degli spermatozoi), il calcio continua a guadagnare interesse quale particella “informazionale” transcellulare: infatti è stato riconosciuto il suo ruolo di “secondo messaggero” in processi comunicativi come la plasticità sinaptica, la secrezione di ormoni e neurotrasmettitori e persino alcuni processi di significato epigenetico [12]. Tali proprietà sono individuabili in diverse caratteristiche strutturali: anzitutto la sua natura di catione bivalente (Ca²⁺) per cui il suo passaggio attraverso le biomembrane richiede un quantitativo di scambio con quantità doppie di Na⁺ e/o K⁺ affinché vengano rispettati ambiti fisiologici di osmolarità e pH tra spazi transmembranari adiacenti. Qui risiede la maggiore facilità all’accumulo di sufficienti particelle di Ca²⁺ entro i compartimenti intracellulari specializzati come il reticolo sarcoplasmatico dei miociti o la matrice glicoproteica dell’osso e, al contempo, la produzione di notevoli gradienti di polarità elettrotonica a cavallo delle membrane interposte. Proprio nel corso dello sviluppo di sempre più marcate differenze di potenziale (ottenute in concerto con le concentrazioni transmembranarie di Na⁺ e K⁺) la filogenesi si è espressa con l’acquisizione e il perfezionamento della sensibilità di membrana al proprio stesso potenziale di riposo, ossia con lo sviluppo di canali voltaggio-dipendenti.

La variabilità delle espressioni funzionali legate alle proprietà dei canali del calcio voltaggio-dipendenti ha talmente rivoluzionato l’interpretazione della Fisiologia che oggi si fatica a individuare i vettori delle trasmissioni informazionali all’interno dei sistemi viventi. Da una parte teniamo presente il polimorfismo delle vie trans-sinaptiche connesso alla varietà dei neurotrasmettitori: conosciamo le vie colinergiche, monoaminergiche (adrenalina, noradrenalina, dopamina, serotonina, istamina, melatonina), purinergiche (adenosina), gabaergiche, glutamatergiche, glicinergiche. Dall’altra constatiamo che ciascuna classe di neurotrasmettitori percorre vie nervose ed extranervose, centrali e periferiche, allineate entro sistemi pluricellulari secondo linee filogenetiche intuitivamente interpretabili come dispositivi anatomofunzionali coerenti (da sistemi di “semplice” interazione nutritiva saprofita ad architetture di “complessa” attività comportamentale e comunicativa). In teoria ciascuna struttura anatomo-funzionale interpretata da un neurotrasmettitore principale (ad esempio la “via serotoninergica” piuttosto che quella “gabaergica”) può avvalersi di qualsiasi tipo di CI posto a valle della sua propagazione. Nel CI si realizza l’esatta costituzione dell’evento bioelettrico: da semplice iniziale sollecitazione chimica del neurotrasmettitore su una membrana fosfolipidica, il fenomeno “elementare” di depolarizzazione della membrana si esprime ogni volta in una gamma di risposte elettriche eterogenee e complesse strettamente legate alla struttura molecolare dei CI coinvolti. Ciò può avvenire in qualsiasi punto del tragitto di comunicazione elettrochimica, dalla sinapsi del neurone al passaggio dagli ambienti intra- ed extracellulare fino a quello tra organelli intracitoplasmatici e al nucleo cellulare. Si può dire che la via chimica rappresentata dal tragitto anatomico del neurotrasmettitore/ormone/citochina esprima funzionalmente dove verrà condotta e processata l’informazione mentre la via elettrica, rappresentata dal CI proteico, esprime come avverrà la processazione. La storia della ricerca sui CI del calcio riflette l’eterogeneità delle sue localizzazioni: dalla citomembrana dell’uovo del pesce stella [31] ai dendriti dei neuroni dei gangli della base nella zoologia superiore. In qualche modo essa riflette anche il progressivo riconoscimento delle diverse caratteristiche bioelettriche inserendo nella distinzione tra attivazione ad alto o a basso voltaggio (HVA o LVA) quella tra risposte veloci o lente (Transient T-Type o Long Lasting L-type) o risposte né veloci né lente (N-Type) [31][17][65]. Sebbene la spiegazione delle proprietà elettrofisiologiche di queste variazioni possa apparire ostica i meccanismi dei CI del calcio voltaggio-dipendenti possono essere esemplificati in fenomeni di esaltazione della dinamica temporale nella produzione e propagazione dei PdA. Una caratteristica peculiare è la produzione di scariche accessuali (detti bursts = “scoppi”) come conseguenza di attivazioni elettrotoniche sul versante afferente della biomembrana. Sul piano funzionale questa modalità sovraintende la capacità di attivazione improvvisa e rapidamente esauribile ravvisabile soprattutto nei dispositivi motori (si pensi alle risposte di “attacco o fuga”) ma anche nei generatori di attività ritmiche discrete e periodiche come avviene nei relais di generazione dei ritmi circadiani del sistema afferente talamo-corticale. Altri esempi suggestivi sovraintendono la ritmicità delle scariche ormonali durante il ciclo mestruale piuttosto che la spasmodicità dell’eiaculazione o le contrazioni uterine durante il parto. Per meglio rendere l’idea è suggestivo che i canali del calcio voltaggio-dipendenti della placca neuromuscolare rappresentino i bersagli antigenici di una malattia come la sindrome miastenica di Lambert-Eaton. In essa il deficit si manifesta all’inizio della contrazione muscolare a basse frequenze di firing pre-sinaptico mentre il deficit “opposto” (la difficoltà nel rilascio muscolare dopo contrazione protratta: il cosidetto “fenomeno miotonico”) è conseguenza di un difetto genetico della sintesi dei canali del Cl^-2, anione bivalente in opposizione simmetrica al catione bivalente Ca⁺² [91].

Il confine tra segnali bioelettrici, risposta infiammatoria e oncogenesi: i canali “Transient”. Considerando quanto già detto sugli sviluppi delle conoscenze circa i canali voltaggio-dipendenti il profilo funzionale espresso dai TRPc (Transient Receptor Potential channels), di cui i canali del Ca rappresentano una sottopopolazione biochimica, ha finito per assumere un ambito di interesse funzionale specificamente basato sulle qualità biochimiche della sua attivazione. Situati sulla membrana plasmatica di numerosi tipi cellulari animali i TRPc presentano una permeabilità relativamente non selettiva ad alcuni cationi (tra cui calcio, sodio e magnesio) che, analogamente alla maggior parte dei canali cationici, attirano grazie a una carica negativa posta all’interno del poro [36]. Dato che loro mutazioni sono spesso associate a disturbi neurodegenerativi, disordini renali, displasia scheletrica e oncogenesi anch’essi rappresentano interessanti bersagli terapeutici. I TRPc dei mammiferi sono attivati da stimoli di varia natura tra cui molti meccanismi post-trascrizionali come la fosforilazione, l’accoppiamento dei Recettori Accoppiati a Proteine G (GPCRs), di cui si parlerà più diffusamente altrove, e il meccanismo ligando-gating. Poiché la maggior parte sono attivati o inibiti da molecole-segnale lipidiche la loro famiglia di CI si caratterizza come lipido-dipendente [72]. 

Nel mondo animale i TRPc sono divisi in due grandi gruppi ognuno dei quali comprende un certo numero di sottofamiglie distinte dalla coda desinenziale. Il “gruppo 1” comprende TRPC (“C” = canonico), TRPV (“V” = vanilloide), TRPVL (“VL” = vanilloide-simile), TRPM (“M” = melastatina), TRPS (“S” = soromelastatina), TRPN (“N” = potenziale meccanorecettore C) e infine TRPA (“A” = anchirina). Il “gruppo 2” è costituito da TRPP (“P” = policistico) e TRPML (“ML” = mucolipina) [37]. Qui possono essere brevemente menzionate solo le più importanti caratteristiche funzionali di alcuni dei TRPc presenti nell’uomo e nella zoologia superiore. Molti di essi mediano un’ampia gamma di sensazioni: dolore, temperatura (alcuni agiscono da microscopici termometri per la percezione del caldo o del freddo), senso di pressione, stimoli visivi e gustativi. Altri agiscono da sensori della pressione osmotica, dell’allungamento e della vibrazione. Le menzionate sottofamiglie dei TRPc presentano aspetti omogenei (sono tutte composte da canali cationici non selettivi che presentano sei eliche proteiche che attraversano la membrana cellulare) e aspetti nettamente disomogenei riguardanti la struttura spaziale. L’unicità che deriva dalle differenze nella struttura spaziale è alla base della varietà delle attività sensoriali e di regolazione che le varie sottofamiglie possono esibire. Passiamo adesso a una veloce disamina di alcune sottofamiglie.

“TRPC” è definito canonico per via della stretta parentela strutturale con i TRP della Drosophila, il moscerino della frutta oggetto di tante ricerche tra le quali quella che nel 1969 consentì la sua identificazione [23]. Anche se la filogenesi dei TRPC ancora non è stata definita nei dettagli è un dato certo che essi siano presenti in quasi tutti i gradini della Zoologia. Finora nell’uomo sono stati identificati sei sottotipi di TRPC le cui mutazioni sono associate a malattie respiratorie insieme a glomerulosclerosi segmentale focale renale [86].

“TRPV” devono la loro desinenza a sostanze chimiche “vanilloidi” che attivano alcuni di essi divenuti familiari agli studiosi del dolore per la loro associazione con molecole come la capsaicina, agonista di TRPV1 [86]. A lungo impiegata quale sostanza-test per esplorare i meccanismi sensoriali, la capsaicina oggi gode di maggiore interesse dopo la scoperta del sito molecolare d’azione di TRPV1 e della sua espressione nei neuroni e in cellule non-neuronali cerebrali. Ricerche sempre più numerose attribuiscono infatti a TRPV1 competenze rilevanti in numerosi processi fisiopatologici encefalici e suggeriscono che possa rappresentare un bersaglio per il trattamento di diverse patologie. In quanto agonista di TRPV1 la capsaicina contrasta lo stress ossidativo cerebrale e la neuroinfiammazione riducendo il fenomeno della morte neuronale nell’Alzheimer, nell’epilessia, nelle fasi successive all’ictus cerebrale, nel morbo Parkinson e nelle malattie infiammatorie sistemiche [2][63]. Studi su TRPV1, TRPV6, TRPC1, TRPC6, TRPM4, TRPM5 e TRPM8 hanno dimostrato che l’alterata espressione delle proteine TRPV può condurre all’oncogenesi [68]. In particolare TRPV1 e TRPV2 sono implicati nel carcinoma mammario e l’espressione di TRPV1 nel reticolo endoplasmatico o nell’apparato di Golgi nelle cellule oncogene mammarie predice sopravvivenze brevi [55].

I “TRPA” sono CI con funzioni meccanocettoriali e chemosensoriali implicati nei meccanismi del dolore reperibili principalmente nelle fibre nervose nocicettive associate all’amplificazione della segnalazione del dolore e all’ipersensibilità al dolore da freddo [86]. Recentemente alcuni TRPc hanno guadagnato il centro della scena nello studio della modulazione della resistenza alla chemioterapia nel carcinoma mammario. La sottofamiglia TRPA1 è associata alla resistenza ai farmaci antioncogeni analogamente a TRPC5: in particolare l’alto afflusso di Ca2+ mediato da quest’ultima attiva il fattore di trascrizione NFATC3 (Nuclear Factor of Activated T Cells Cytoplasmic 3) che innesca la trascrizione della glicoproteina “gp” (p-gp). Nelle cellule tumorali la sovraespressione di p-gp costituisce un fattore importante della chemioresistenza poiché funge da pompa che rimuove dall’interno della cellula sostanze estranee, compresi i farmaci chemioterapici [79].

I TRPM sono stati identificati fortuitamente in corso di analisi genetiche di comparazione tra nevi benigni e melanomi [62]. Essi sono CI che esprimono domìni funzionali e sequenze di amminoacidi altamente conservati nel corso della filogenesi e implicati nei meccanismi di rilevamento del freddo [42]. Mutazioni a loro carico sono state associate all’ipomagnesemia con ipocalcemia secondaria [86] e al carcinoma prostatico ove la sovraespressione delle sottofamiglie TRPM2, TRPM4 e TRPM8 è indicatore di sviluppi particolarmente aggressivi [98]. TRPM3 promuove la crescita e l’autofagia nel carcinoma renale a cellule chiare [32], TRPM4 è sovraespresso nei linfomi a grandi cellule B gravati da brevi sopravvivenze [54] mentre TRPM5 esprime attività oncogene esitanti nel melanoma [67].

A proposito del ruolo dei TLRc nelle risposte infiammatorie va segnalato che, oltre alle vie mediate da TLR4, alcuni membri della famiglia del TRP riconoscono il lipopolisaccaride (LPS) e che l’attivazione di TRPA1 mediata da LPS è stata dimostrata nei topi [58]. A concentrazioni più elevate LPS attiva anche altri membri della famiglia dei canali TRP sensoriali: TRPV1, TRPM3 e TRPM8 [11]. LPS è normalmente riconosciuto sulle cellule epiteliali da TRPV4 ed è stato dimostrato che l’attivazione di TRPV4 da parte di LPS induce la produzione di Ossido Nitrico (NO) con finalità battericide [6]. Nelle malattie infiammatorie croniche viene suscitata una risposta sistemica utile, tra l’altro, a orientare i combustibili ricchi di energia al sistema immunitario attivato e determinare il dominio spaziale del processo in corso. La risposta viaggia su due vie principali entrambe dirette al cevello: quella “umorale” vi fa pervenire le citochine proinfiammatorie circolanti mentre quella sensoriale vi indirizza segnali attraverso fibre nervose afferenti. Questa seconda via si avvale di una moltitudine di recettori che rilevano la temperatura, numerosi parametri infiammatori, l’osmolalità e il dolore e informano il cervello sugli aspetti periferici dell’infiammazione in corso. Al centro di queste attività sensoriali troviamo i canali TRP, autentici “interruttori multimodali”, che trasmettono segnali periferici sollecitando il cervello a fornire risposte sistemiche: TRPV1 può essere attivato dal calore, da fattori infiammatori (ad esempio, protoni, bradichinina, anandamide), dall’iperosmolalità e da irritanti pungenti. In queste attività si distinguono i canali TRPV1, TRPA1 e TRPM8 [83].

Canali e ligandi. E’ già stato anticipato che canali e recettori transmembranari non sono prerogativa delle cellule “eccitabili”. Durante le sue ricerche sul patrimonio genico della Drosophila la dottoressa Christiane Nüsslein-Volhard, biologa ricercatrice presso l’Università tedesca di Tübingen, identificò nel 1985 il gene “Toll” (folle, fantastico) a cui seguì la scoperta dei Toll-Like Receptors (TLR),  una classe di glicoproteine strutturate a catena e poste a cavallo della membrana dei macrofagi, dei monociti, delle cellule dendritiche, dei fibroblasti, delle cellule Natural Killer, dei linfociti B e T, delle cellule endoteliali ed epiteliali [57]. Nell’uomo ne sono stati identificati undici sottotipi: TLR1, TLR2, TLR3…. TLR11. Data la loro capacità di riconoscimento dei patogeni aggressori (o di loro componenti) e di attivatori della risposta nelle “cellule sentinella” dell’immunità innata i TLR sono classificati tra i Pattern Recognition Receptors (PRR). Anche qui il passaggio tra il riconoscimento dei patogeni e l’attivazione in senso pro-infiammatorio della cellula della quale essi sono posti a sorveglianza transita attraverso un meccanismo di trasduzione dei segnali [5][26]. I TLR garantiscono due linee di difesa dagli aggressori esterni che abbiano trovato o prodotto una breccia nella cute o nelle mucose enteriche e respiratorie: TLR1, TLR2, TLR4, TLR5 e TLR6 sono dislocati sulla membrana cellulare e svolgono ruolo di sensore/sentinella contro minacce che provengano dall’ambiente extracellulare mentre TLR3, TLR7, TLR8 e TLR9 sono presenti nelle membrane intracellulari. Nei soggetti obesi è stata osservata la sovraespressione di TLR nelle cellule mononucleate del sangue periferico, dato correlato all’aumento dell’espressione di IL-6 e TNF-α. Questa associazione può almeno in parte spiegare un legame fisiopatologico tra l’obesità e l’infiammazione che conduce all’insulino-resistenza [3][4].

Un aspetto interessante dei TLR è il ruolo protettivo dalle infezioni che esprimono sia nell’uomo che negli insetti e che in ambedue le forme di vita, nonostante la differente cifra di complessità biologica, mantengono larga parte della composizione strutturale. Nell’uomo però lo sviluppo filogenetico ha permesso loro di identificare precisamente i prodotti del metabolismo dei microrganismi espressi sulle cellule dendritiche distinguendoli da sostanze di altra natura. Il processo innesca la maturazione delle cellule dendritiche e suscita l’avvìo di risposte immunitarie adattative antigene-specifiche [57]. Ancora una volta questo dimostra come l’evoluzione delle specie non contempli lo scarto di “materiale vecchio” e la sua sostituzione con “oggetti nuovi” quanto piuttosto una dinamica di conservazione di materiale biologico che dimostri efficacia funzionale permettendo l’emergenza al suo interno di caratteristiche nuove (FEF3).

Anche i TLR costituiscono importanti targets per gli AL applicati con finalità anti-infiammatorie. Questo è stato recentemente dimostrato in vivo nelle disfunzioni epatiche emergenti nel quadro di sepsi indotta nei ratti [52], in topi con infiammazioni sperimentali delle vie aeree in cui il trattamento con lidocaina nebulizzata ha migliorato il quadro clinico sottoregolando l’espresione di TLR2 [94] e su leucociti umani cimentati con LPS che, va sottolineato, è un componente della membrana dei batteri Gram-negativi rapidamente riconosciuto dai TLR [95].