Il segnale insulinico e la capacità della cellula di adattarsi

Vediamo meglio in questo paragrafo come l’insulina si lega al suo recettore per innescare la sua attività all’interno della cellula. I substrati (molecole su cui agiscono gli enzimi) del recettore dell’insulina sono una famiglia di proteine chiamate IRS (Insulin Receptor Substrates), in particolare le isoforme IRS-1 e IRS-2, che svolgono un ruolo cruciale nell’amplificazione e nella direzione della risposta insulinica all’interno della cellula.

Le IRS sono proteine adattatrici prive di attività enzimatica autonoma (proteine che collegano tra loro altre proteine per facilitare la trasmissione del segnale, ma che da sole non svolgono reazioni chimiche), dotate di siti specifici che permettono loro di interagire con diverse molecole intracellulari. Subito dopo l’attivazione del recettore insulinico, le IRS vengono reclutate vicino alla membrana plasmatica e fosforilate (modificate con l’aggiunta di un gruppo fosfato, un passaggio che attiva o disattiva molte proteine all’interno della cellula). Questo processo di fosforilazione trasforma le IRS in vere e proprie piattaforme di aggancio per altri enzimi, aprendo così la strada all’attivazione delle vie di segnalazione intracellulari (Ola, 2022) [4].

L’importanza strategica di IRS-1 e IRS-2 nella attivazione del segnale insulinico è sottolineata dal fatto che alterazioni nel loro livello o nella loro attività compromettono l’intera cascata. Alcuni studi hanno evidenziato che l’espressione di IRS-1 può essere ridotta in risposta a trattamenti con glucocorticoidi (ormoni prodotti dalle ghiandole surrenali che regolano il metabolismo, la risposta allo stress e le infiammazioni), portando a una minore fosforilazione in seguito alla stimolazione insulinica (Pagano et al., 1983) [2]. Anche la distribuzione cellulare delle IRS può essere alterata in condizioni di stress metabolico, contribuendo a una ridotta sensibilità insulinica (Huybrechts et al., 2014) [3].

IRS-1 e IRS-2 non sono intercambiabili: sebbene condividano molte caratteristiche strutturali, hanno funzioni distinte nei diversi tessuti. IRS-1 è predominante nel muscolo scheletrico (tipo di muscolo collegato alle ossa, che permette i movimenti volontari del corpo, come camminare o sollevare oggetti) dove media l’assorbimento del glucosio, mentre IRS-2 ha un ruolo più marcato nel fegato e nel sistema nervoso centrale (insieme formato dal cervello e dal midollo spinale, che controlla tutte le funzioni del corpo e coordina pensieri, movimenti e sensazioni). L’efficienza del segnale insulinico dipende quindi anche dal corretto bilanciamento tra queste due isoforme, dalla loro espressione tessuto-specifica e dalla loro integrità funzionale (Rabiee et al., 2018) [5].

In condizioni fisiologiche, la fosforilazione delle IRS consente, quindi, un passaggio lineare e ordinato del segnale dell’insulina. Tuttavia, una fosforilazione aberrante, evento che può essere indotto da infiammazione cronica o eccesso di nutrienti, può trasformare le IRS in inibitori del segnale, bloccando il corretto funzionamento del pathway insulinico (Ola, 2022) [4].

Il ruolo delle IRS, dunque, è quello di fare da ponte tra il recettore e le vie intracellulari, garantendo una trasmissione fedele, selettiva e controllata. Il loro corretto funzionamento è indispensabile per la salute metabolica.

L’attivazione dei recettori insulinici e quindi la fosforilazione dei substrati IRS-1 e IRS-2 rappresentano le prime tappe della cascata molecolare che converte la presenza dell’insulina in azione biologica. Ma è solo a partire da qui che il segnale inizia a propagarsi nel profondo della cellula, avviando una rete complessa di attivazioni intracellulari che determinano gli effetti metabolici, anabolici e regolatori dell’ormone. I due protagonisti centrali in questo processo sono la fosfatidilinositolo 3-chinasi (PI3K) e la proteina chinasi AKT, noti per il loro ruolo fondamentale nella regolazione del metabolismo, della crescita e della sopravvivenza cellulare.

Immaginando le proteine IRS come delle calamite, PI3K viene attirata verso la membrana della cellula. Una volta arrivata lì, PI3K funziona come un tecnico che prepara una piattaforma speciale: modifica una molecola che diventa il punto di partenza per AKT, la proteina successiva della catena. È un po’ come una staffetta, dove PI3K passa il testimone ad AKT affinché il messaggio insulinico continui il suo viaggio all’interno della cellula (Jiang e Liu, 2009) [6].

Successivamente la proteina chinasi AKT giunge alla membrana, dove viene fosforilata per la piena attivazione funzionale. Una volta attivata, AKT svolge una molteplicità di funzioni: stimola il trasporto del glucosio nei tessuti, promuove la sintesi proteica, inibisce i processi apoptotici (relativi all’apoptosi, cioè al processo naturale con cui le cellule si autodistruggono quando sono danneggiate o non più necessarie) e regola il metabolismo lipidico (Hamada et al., 2005) [7].

La robustezza e l'efficienza del segnale PI3K-AKT sono determinanti per garantire una risposta insulinica efficace. Alterazioni in qualsiasi anello di questa catena possono compromettere la trasduzione del segnale e, di conseguenza, influenzare la capacità della cellula di adattarsi alle richieste metaboliche.

È attraverso l’attivazione di PI3K e AKT che il segnale insulinico acquisisce forza e direzionalità, trasformandosi da impulso recettoriale (IRS-1 e IRS-2) a risposta biologica concreta, capace di orchestrare numerose funzioni cellulari vitali.

L'attivazione di PI3K e della proteina chinasi AKT rappresenta uno dei momenti più importanti dell'intero pathway insulinico. È infatti attraverso queste molecole che il segnale, originato dal legame tra insulina e recettore, acquisisce la capacità di produrre effetti metabolici concreti all'interno della cellula. Tuttavia, sebbene AKT costituisca uno dei principali snodi della cascata insulinica, la sua attivazione non è di per sé sufficiente a consentire l'ingresso del glucosio nelle cellule. Perché questo possa avvenire è necessario un ulteriore passaggio, meno noto ma altrettanto essenziale, che coinvolge una proteina chiamata AS160 (Akt Substrate of 160 kDa). È proprio attraverso questo bersaglio molecolare che AKT traduce il segnale ricevuto dall'insulina in un evento fisico e osservabile: la traslocazione (spostamento di una molecola o di una proteina da una parte all’altra della cellula) del trasportatore GLUT4 verso la membrana cellulare (Sharma e Dey, 2021) [8].

Per comprendere meglio questo meccanismo, può essere utile immaginare la cellula come un grande magazzino. Al suo interno sono presenti numerose "porte" già costruite, ma non ancora installate sulle pareti esterne. Queste porte sono rappresentate dalle molecole di GLUT4 (Glucose Transporter type 4), il principale trasportatore del glucosio nei tessuti sensibili all'insulina, come il muscolo scheletrico, il tessuto adiposo e il cuore. In condizioni di riposo, però, GLUT4 non si trova sulla superficie cellulare, bensì è conservato all'interno del citoplasma (la parte interna della cellula che circonda il nucleo) in particolari compartimenti intracellulari chiamati Glucose Storage Vesicles (GSV), piccole vescicole che fungono da deposito e che mantengono il trasportatore inattivo fino all'arrivo del segnale insulinico. Questa organizzazione permette alla cellula di regolare con estrema precisione l'ingresso del glucosio, evitando che esso avvenga quando non necessario; quindi, il compito di AKT consiste proprio nel dare l'ordine affinché queste vescicole vengano mobilizzate. Ciò avviene attraverso la fosforilazione di AS160, una proteina che agisce come regolatore del traffico intracellulare (Sharma e Dey, 2021) [8].

Questo passaggio rappresenta il vero momento conclusivo della risposta metabolica all'insulina. Tutti gli eventi descritti nei paragrafi precedenti, dal legame dell'ormone con il recettore fino all'attivazione di IRS-1, IRS-2, PI3K e AKT, convergono infatti verso un unico obiettivo: aumentare il numero di trasportatori GLUT4 esposti sulla membrana cellulare e consentire così al glucosio di entrare rapidamente all'interno della cellula. In altre parole, l'efficacia dell'intero pathway insulinico si misura nella capacità di completare con successo questo ultimo tratto della cascata (Sharma e Dey, 2021) [8].

Un aspetto particolarmente interessante è che l'insulina, nella maggior parte dei casi, non induce la sintesi di nuove molecole di GLUT4. Il suo effetto consiste piuttosto nel modificare la loro distribuzione all'interno della cellula. Studi condotti su cardiomiociti derivati da cellule staminali pluripotenti umane (cellule del muscolo cardiaco ottenute in laboratorio a partire da cellule staminali) hanno dimostrato che la stimolazione insulinica determina un rapido aumento della fosforilazione di AKT e di AS160, accompagnato da una marcata traslocazione di GLUT4 verso la membrana plasmatica, senza modificare significativamente la quantità totale della proteina presente nella cellula. Ciò significa che il controllo esercitato dall'insulina riguarda soprattutto la localizzazione del trasportatore e non la sua produzione. Questa osservazione è di grande importanza, poiché dimostra che valutare esclusivamente la quantità complessiva di GLUT4 può risultare fuorviante: ciò che realmente determina la captazione del glucosio è la quota di trasportatore effettivamente esposta sulla membrana cellulare (Querio et al., 2024) [14].

È quindi evidente come l'asse AKT-AS160-GLUT4 costituisca il collegamento diretto tra la trasduzione del segnale insulinico e la risposta metabolica finale. Se uno qualsiasi dei suoi componenti perde efficienza, l'intera cascata ne risente. Alterazioni della fosforilazione di AKT, difetti funzionali di AS160 oppure anomalie nella mobilizzazione delle vescicole contenenti GLUT4 compromettono progressivamente la capacità delle cellule di assorbire glucosio, aprendo la strada allo sviluppo dell'insulino-resistenza (Sharma e Dey, 2021) [8].

Le osservazioni ottenute negli studi sperimentali confermano come questo meccanismo non rappresenti soltanto un modello teorico, ma costituisca il principale determinante della sensibilità insulinica nei diversi tessuti dell'organismo. Indipendentemente dal tipo di intervento utilizzato, infatti, il recupero della risposta all'insulina risulta costantemente associato alla riattivazione dell'asse IRS-1–PI3K–AKT–AS160–GLUT4, mentre la sua inibizione coincide con la comparsa dell'insulino-resistenza. È proprio questa straordinaria convergenza di risultati, osservata in modelli sperimentali differenti, a sottolineare il ruolo centrale di questa via nel mantenimento dell'omeostasi glicemica.

Una delle conferme più convincenti proviene dagli studi condotti sulla neuregulina-1β, (una proteina coinvolta nello sviluppo e nel metabolismo del muscolo scheletrico). In cellule muscolari rese insulino-resistenti mediante esposizione all'acido palmitico, il trattamento con neuregulina-1β ha determinato un marcato incremento della fosforilazione di AKT, accompagnato dal ripristino della traslocazione di GLUT4 verso la membrana plasmatica e da un significativo aumento della captazione del glucosio. Quando l'attività di AKT è stata bloccata farmacologicamente, tali effetti sono scomparsi quasi completamente, dimostrando che l'attivazione di questa chinasi rappresenta un passaggio indispensabile affinché il segnale insulinico possa raggiungere AS160 e consentire il corretto traffico delle vescicole contenenti GLUT4. Gli stessi risultati sono stati successivamente confermati anche in modelli murini (topi o ratti utilizzati nella ricerca scientifica) di diabete di tipo 2, nei quali il trattamento ha migliorato il controllo glicemico e aumentato la presenza di GLUT4 sulla membrana delle cellule muscolari (Yu et al., 2023) [11].

Un quadro del tutto sovrapponibile è emerso negli studi dedicati alla luteolina (sostanza naturale di origine vegetale con attività biologiche antiossidanti e antinfiammatorie). In adipociti e modelli animali di obesità, questo flavonoide naturale ha favorito la riattivazione dell'intera cascata insulinica, aumentando la fosforilazione di IRS, PI3K, AKT e AS160 e promuovendo la traslocazione di GLUT4 verso la membrana cellulare. Particolarmente significativo è il fatto che l'inibizione farmacologica della PI3K abbia completamente annullato questi effetti, dimostrando che il miglioramento della captazione del glucosio dipende dall'integrità dell'intera sequenza di eventi che collega PI3K ad AKT, AS160 e, infine, a GLUT4 (Park et al., 2026) [10].

Risultati analoghi sono stati ottenuti anche con la trilobatina e con lo stevioside (sostanze naturali presenti nelle piante). Sebbene si tratti di composti differenti, entrambi hanno mostrato la capacità di contrastare l'insulino-resistenza ripristinando la funzionalità della via IRS-1–AKT– GLUT4 nel muscolo scheletrico. Nei modelli sperimentali è stato osservato un recupero della fosforilazione di IRS-1 e AKT, una maggiore traslocazione di GLUT4 e un conseguente incremento dell'assorbimento del glucosio. Nel caso dello stevioside, tali effetti sono stati accompagnati anche da una marcata riduzione dello stress ossidativo e dal recupero dell'espressione del recettore insulinico, di IRS-1, di AKT e di GLUT4, suggerendo come il corretto funzionamento di questa cascata dipenda non solo dall'integrità delle proteine coinvolte, ma anche dall'equilibrio redox dell'ambiente intracellulare (Liu et al., 2020) [12]; (Deenadayalan et al., 2021) [13].

Anche lo studio condotto con montelukast (un farmaco antinfiammatorio), in associazione alla dapagliflozina (farmaco che favorisce l’eliminazione del glucosio attraverso le urine), rafforza questa interpretazione. Pur trattandosi di farmaci con meccanismi d'azione differenti, il miglioramento della sensibilità insulinica è risultato nuovamente associato alla riattivazione della via IRS-1/AKT/GLUT4. In questo caso il recupero della segnalazione insulinica è stato accompagnato da una significativa riduzione dello stress cellulare, dell’infiammazione e da un recupero del metabolismo del glucosio. Ancora una volta, il punto di convergenza di questi processi è rappresentato dalla capacità della cellula di mobilizzare correttamente GLUT4 verso la membrana plasmatica e ristabilire un'efficiente captazione del glucosio (Fleifel et al., 2022) [9].

Nel loro insieme, queste evidenze mostrano come l'asse AKT-AS160-GLUT4 costituisca il principale collegamento tra l'attivazione del recettore insulinico e l'effetto biologico finale dell'ormone. Tuttavia, la funzione di AKT non si esaurisce nella regolazione del traffico di GLUT4. Una volta attivata, questa chinasi continua infatti a trasmettere il segnale verso numerosi altri bersagli intracellulari, coinvolti nella sintesi proteica, nella crescita cellulare e nel controllo del metabolismo energetico. Tra questi assume particolare importanza il complesso formato dalle proteine TSC1 e TSC2, che rappresenta uno dei principali punti di controllo attraverso cui AKT modula l'attività di mTOR, il grande regolatore anabolico della cellula. È proprio da questo ulteriore livello di regolazione che prenderà avvio il prossimo passaggio del pathway insulinico.

Giunti al cuore del segnale insulinico, l’attivazione della chinasi AKT rappresenta uno snodo cruciale: non solo propaga la cascata molecolare, ma funge da vero e proprio ponte verso la destinazione finale del pathway insulinico. Infatti AKT media l’inibizione diretta del complesso della tuberosa TSC1/TSC2 (due proteine che lavorano insieme per regolare la crescita e il metabolismo delle cellule), trovando il suo sbocco funzionale in mTOR, orchestratore della crescita cellulare, della sintesi proteica e della regolazione metabolica che affronteremo nel paragrafo successivo.

Questo passaggio segna il punto in cui il segnale, partito dal recettore insulinico (IRS-1 e IRS-2), si concretizza in un’azione biochimica tangibile, trasformando l’insulina in un ordine operativo intracellulare. Comprendere come AKT disattivi il freno molecolare rappresentato da TSC1/TSC2 è essenziale per decifrare l'attivazione finale di mTOR: la vera meta del percorso.

TSC1 (amartina) e TSC2 (tuberina) sono due proteine che agiscono congiuntamente per frenare l’attività di mTOR quando le condizioni ambientali non sono favorevoli.

Quando il complesso TSC1/TSC2 è attivo mTOR non può essere attivato. Al contrario, in presenza di segnali favorevoli come insulina, aminoacidi o disponibilità energetica, TSC2 viene inibita tramite fosforilazione da parte di AKT, e la cascata anabolica prosegue (Inoki et al., 2003) [15].

Infatti l’assenza o il malfunzionamento di amartina o tuberina (TSC1 e TSC2) porta a una deregolazione del complesso per eccellenza della crescita cellulare “mTOR”, il che conduce ad uno sviluppo incontrollato, con conseguenze cliniche gravi come dimostrato nelle patologie legate alla sclerosi tuberosa (malattia genetica rara che causa la formazione di tumori benigni in diversi organi, come cervello, reni, cuore e pelle, e può influenzare lo sviluppo neurologico e cognitivo) (Wong, 2009) [16].

Dal punto di vista evolutivo, il complesso TSC1/TSC2 ha permesso alle cellule di sviluppare una capacità di discernimento ma anche un sistema di feedback negativo, infatti non tutte le situazioni in cui è presente insulina, (o un eccesso di insulina) sono necessariamente favorevoli alla crescita. Questo complesso agisce come una barriera metabolica protettiva, assicurando che l’attivazione di mTOR sia concessa solo quando tutte le condizioni, ossigeno, nutrienti, energia e ormoni, sono adeguate.

TSC1 e TSC2, quindi, non sono semplici inibitori della crescita: sono i garanti dell’equilibrio anabolico (condizione in cui il corpo costruisce più tessuti di quanti ne distrugga, favorendo crescita, riparazione e accumulo di massa muscolare e riserve energetiche), capaci di interpretare e integrare i segnali extracellulari provenienti da molteplici vie.

Ed eccoci giunti allo snodo centrale della rete di segnali che l’insulina attiva all’interno della cellula: mTOR, acronimo di mechanistic Target of Rapamycin. Si tratta di una proteina fondamentale altamente conservata (proteina che si è mantenuta identica in molte specie durante l’evoluzione, segno della sua funzione essenziale) che agisce come sensore e integratore di stimoli nutrienti, energetici e ormonali. mTOR non funziona da sola: esiste in due complessi funzionalmente distinti, mTORC1 e mTORC2, che orchestrano in modo specifico differenti aspetti della fisiologia cellulare (Brugarolas et al., 2004) [17].

mTORC1 è il complesso più studiato: è responsabile della promozione della crescita e della proliferazione cellulare. Lo fa attivando la sintesi proteica, inibendo l’autofagia (processo con cui la cellula "ricicla" le proprie componenti danneggiate o non più utili) e stimolando la biosintesi lipidica (processo attraverso cui il corpo produce grassi, come trigliceridi e colesterolo, a partire da sostanze più semplici). Questo complesso risponde, come abbiamo visto precedentemente, in modo diretto ai segnali dell’insulina attraverso il percorso IRS–PI3K–AKT: l’attivazione di AKT inibisce TSC1/TSC2 (che agisce come freno a mTORC1) e consente così la piena attivazione del complesso mTOR (Reiling & Hafen, 2004) [18].

mTORC2, invece, è meno studiato. Tuttavia, è essenziale per la regolazione dell’organizzazione del citoscheletro (rete interna di filamenti presenti nella cellula, che ne mantiene la forma, permette i movimenti e organizza il trasporto delle sostanze al suo interno), per la sopravvivenza cellulare e per la piena attivazione di AKT, dato che è proprio mTORC2 a fosforilare AKT su uno dei due siti necessari per la sua attivazione (Brugarolas et al, 2004) [17].

È stato osservato che l’iperattivazione di mTOR può portare a conseguenze metaboliche negative, come la riduzione della sensibilità insulinica e la promozione di condizioni patologiche come l’obesità e il diabete di tipo 2 (Mao & Zhang, 2018) [19]. Il mantenimento di un’attivazione equilibrata di mTOR è quindi essenziale per la salute metabolica e la longevità cellulare.

Infine, va sottolineato che mTOR non è solo un bersaglio della segnalazione insulinica: è un punto di convergenza di segnali provenienti da nutrienti (come amminoacidi), dallo stato energetico cellulare via AMPK (un enzima presente in tutte le cellule che agisce come un sensore per regolare il metabolismo), e dallo stress ossidativo (condizione in cui si accumulano troppi radicali liberi, molecole instabili che possono danneggiare cellule, proteine e DNA, contribuendo all’invecchiamento e a varie malattie), fungendo da regolatore centrale del destino cellulare.

L'attivazione di mTORC1 rappresenta uno dei momenti centrali dell'intera cascata di segnalazione insulinica. Tuttavia, il complesso non esercita direttamente la maggior parte dei propri effetti biologici. Come già osservato per AKT, anche mTORC1 affida l'esecuzione delle proprie decisioni metaboliche a specifiche proteine effettrici, deputate a trasformare un segnale molecolare in una risposta cellulare concreta. Tra queste, la più importante è la ribosomal protein S6 kinase 1 (S6K1), una chinasi che costituisce il principale bersaglio a valle di mTORC1 e che coordina numerosi processi coinvolti nella crescita cellulare, nella sintesi proteica, nel metabolismo e nella proliferazione (Ghosh & Kapur, 2017) [20].

Per comprendere il ruolo di questa proteina può essere utile immaginare mTORC1 come il direttore di un'orchestra. Il direttore decide il ritmo e coordina tutti i musicisti, ma non produce direttamente la musica. Allo stesso modo, mTORC1 rappresenta il centro decisionale della risposta anabolica, mentre S6K1 costituisce uno dei suoi principali esecutori, incaricato di trasmettere il segnale verso numerosi bersagli intracellulari affinché la cellula possa aumentare la sintesi proteica, sostenere la crescita e adattare il proprio metabolismo alla disponibilità di nutrienti e di fattori di crescita (Ghosh & Kapur, 2017) [20].

L'attivazione di S6K1 non avviene però in maniera casuale. Prima di poter essere fosforilata, la chinasi deve essere reclutata in prossimità del complesso mTORC1 attraverso una precisa organizzazione delle proteine che compongono la piattaforma di segnalazione (Ahmed et al., 2019) [22].

Una volta completata la propria attivazione, S6K1 diventa il principale interprete del segnale proveniente da mTORC1. Attraverso la fosforilazione di numerosi bersagli intracellulari, questa chinasi coordina la sintesi proteica, la crescita cellulare e l'adattamento metabolico, consentendo alla cellula di tradurre la disponibilità di nutrienti in un programma anabolico coerente. Tuttavia, le ricerche più recenti hanno dimostrato che le sue funzioni non si esauriscono nel citoplasma. Una volta fosforilata, infatti, S6K1 può traslocare anche nel nucleo, dove partecipa direttamente alla regolazione dell'espressione genica (utilizzo di un gene da parte della cellula per produrre proteine), ampliando in modo significativo la portata biologica del segnale trasmesso da mTORC1 (Jeon et al., 2022) [21].

L'importanza fisiologica di questa cascata emerge chiaramente nei tessuti caratterizzati da un continuo rinnovamento cellulare. Nell'epitelio intestinale, ad esempio, l'attivazione selettiva dell'asse mTORC1-S6K1 favorisce la proliferazione sincronizzata delle cellule staminali intestinali. Questo dato suggerisce che la risposta proliferativa dipende principalmente dall'attivazione dei programmi biosintetici regolati da S6K1 piuttosto che da un semplice aumento della produzione energetica (Casanova-Maldonado et al., 2023) [23].

La complessità della funzione di S6K1 emerge anche quando si confrontano i risultati ottenuti nei modelli sperimentali con quelli osservati nell'uomo. Sebbene la fosforilazione di S6K1 venga frequentemente utilizzata come indicatore dell'attivazione anabolica di mTORC1, le evidenze disponibili suggeriscono che essa non rappresenti necessariamente un indice quantitativo diretto della sintesi proteica. La risposta finale dipende infatti dall'integrazione di numerosi segnali metabolici, nutrizionali e meccanici, che modulano l'efficienza della traduzione proteica e la risposta adattativa dei tessuti. Questo aspetto sottolinea come la semplice attivazione di S6K1 costituisca soltanto uno dei diversi livelli regolatori che determinano il risultato biologico finale (Borack et al., 2021) [26].

Quando l'attivazione di S6K1 rimane finemente regolata, essa contribuisce al mantenimento dell'omeostasi cellulare (mantenimento dell’equilibrio e del corretto funzionamento della cellula). Al contrario, una sua iperattivazione persistente può trasformare un programma fisiologicamente adattativo in un processo patologico. Un esempio significativo proviene dal cuore, dove la perdita di uno specifico enzima che altera profondamente la regolazione dell'RNA determina una persistente iperattivazione della cascata mTORC1-S6K1. Tale condizione si associa a una marcata riduzione dell'autofagia, all'accumulo di danni intracellulari e alla comparsa di atrofia e apoptosi dei cardiomiociti, accelerando la progressione verso l'insufficienza cardiaca. L'inibizione farmacologica della via attenua queste alterazioni, confermando come una regolazione eccessiva di S6K1 possa trasformare un segnale anabolico in un importante meccanismo di danno cellulare (Annamalai et al., 2025) [24].

Un principio analogo emerge anche nello studio della barriera emato-encefalica (un filtro naturale che protegge il cervello dalle sostanze potenzialmente dannose presenti nel sangue). In condizioni di insufficienza epatica acuta, la marcata riduzione della disponibilità di arginina (amminoacido coinvolto nella produzione di proteine e in numerosi processi cellulari) impedisce la normale attivazione della via mTORC1-S6K1, determinando un arresto del ciclo cellulare delle cellule endoteliali cerebrali e una contemporanea attivazione dell'autofagia. La supplementazione di arginina ripristina la fosforilazione di S6K1, favorisce la ripresa della proliferazione cellulare e contribuisce al recupero dell'integrità della barriera emato-encefalica. Questi risultati identificano S6K1 come uno dei principali sensori della disponibilità di nutrienti e come un elemento centrale nel delicato equilibrio tra crescita cellulare e autofagia (Yang et al., 2025) [25].

Nel loro insieme, queste evidenze delineano una visione molto più ampia del ruolo svolto da S6K1. Lungi dall'essere un semplice substrato di mTORC1, essa rappresenta il principale traduttore della risposta anabolica, integrando segnali nutrizionali, metabolici e trascrizionali per coordinare crescita, proliferazione, sintesi proteica e adattamento cellulare. Proprio questa posizione centrale, tuttavia, rende S6K1 anche uno dei principali responsabili degli effetti sfavorevoli associati all'iperattivazione cronica della via mTORC1/S6K1. Quando il segnale anabolico persiste oltre i limiti fisiologici, la stessa chinasi che sostiene la crescita cellulare può infatti attivare meccanismi di feedback destinati a limitare la segnalazione insulinica. Sarà proprio questo circuito di autoregolazione, esercitato attraverso la fosforilazione di IRS-1, a costituire il collegamento diretto tra l'iperattivazione cronica di mTORC1 e lo sviluppo dell'insulino-resistenza, argomento della sezione successiva (Ghosh e Kapur, 2017) [20].

L'attivazione della via insulinica descritta nelle sezioni precedenti non è un processo destinato a rimanere costantemente acceso. Come tutti i sistemi biologici deputati al mantenimento dell'omeostasi, anche questa cascata possiede sofisticati meccanismi di autoregolazione che ne limitano l'intensità una volta raggiunta la risposta metabolica necessaria. Tra questi, il più importante è rappresentato dal circuito di feedback negativo esercitato dalla chinasi S6K1 sul substrato del recettore dell'insulina IRS-1. In condizioni fisiologiche tale meccanismo evita una stimolazione eccessiva della via PI3K-AKT, contribuendo a mantenere l'equilibrio cellulare. Tuttavia, quando l'attivazione di mTORC1 e di S6K1 diventa persistente, il medesimo circuito perde la propria funzione adattativa e si trasforma progressivamente in uno dei principali eventi molecolari responsabili dell'insorgenza dell'insulino-resistenza (Um et al., 2006) [27].

Questo cambiamento dipende soprattutto dalla disponibilità cronica di nutrienti. Oltre ai lipidi, anche un persistente eccesso di aminoacidi è infatti in grado di mantenere attiva la via mTORC1: in queste condizioni S6K1 continua a ricevere uno stimolo anabolico costante e fosforila IRS-1, riducendone progressivamente la capacità di trasmettere il segnale proveniente dal recettore insulinico. La conseguenza è una minore attivazione della PI3K, una ridotta fosforilazione di AKT e una progressiva compromissione dell'assorbimento di glucosio nei tessuti periferici. Gli studi condotti nell'uomo confermano questo modello mostrando che la semplice infusione di aminoacidi è sufficiente ad aumentare l'attività di S6K1, ridurre di circa un quarto la sensibilità insulinica e diminuire l'utilizzo muscolare del glucosio (Um et al., 2006) [27].

L'iperattivazione cronica della via mTORC1 non si limita tuttavia a modificare funzionalmente IRS-1. Lo stesso studio ha evidenziato che la continua fosforilazione favorisce anche la progressiva degradazione della proteina, riducendone la disponibilità intracellulare. In questo modo il feedback negativo assume una duplice natura: da un lato limita immediatamente la capacità di IRS-1 di trasmettere il segnale insulinico, dall'altro ne diminuisce progressivamente la quantità, rendendo sempre più difficile il reclutamento della PI3K anche in presenza di concentrazioni fisiologiche di insulina. Questo meccanismo fornisce una spiegazione molecolare della riduzione dei livelli di IRS-1 frequentemente osservata nei soggetti con obesità e diabete di tipo 2 (Tzatsos & Kandror, 2006) [28].

Ulteriori evidenze dimostrano che il feedback negativo esercitato da S6K1 può interessare anche altri siti regolatori di IRS-1. Nelle cellule prive del complesso TSC1-TSC2, la persistente iperattivazione della via mTOR-S6K1 determina infatti anche la riduzione dell'interazione tra IRS-1 e il recettore attivato, limitando il reclutamento della PI3K e compromettendo la successiva attivazione di AKT. Contemporaneamente S6K1 reprime anche la trascrizione del gene IRS-1, riducendo la quantità complessiva della proteina disponibile. Il risultato è un duplice controllo negativo, acuto e cronico, che rende progressivamente inefficiente la trasmissione del segnale insulinico. Il trattamento con rapamicina (un farmaco immunosoppressore che inibisce principalmente il complesso mTORC1) o il silenziamento di S6K1 attenuano entrambe le alterazioni, consentendo un recupero parziale dell'attivazione di AKT e confermando il ruolo centrale della cascata mTOR-S6K1 nel mantenimento dell'insulino-resistenza (Harrington et al., 2004) [29].

L'importanza di questo circuito di feedback emerge ancora più chiaramente quando viene alterato uno dei principali regolatori fisiologici della via mTOR. La perdita della funzione del complesso TSC1-TSC2 determina infatti un'attivazione della cascata mTOR-S6K1, sufficiente a indurre una marcata riduzione dell'espressione di IRS-1 e IRS-2. Di conseguenza, la trasmissione del segnale tra il recettore insulinico e la PI3K viene profondamente compromessa, mentre l'attivazione di AKT in risposta all'insulina risulta quasi completamente abolita. È interessante osservare come le vie di segnalazione che non dipendono dalle proteine IRS, rimangano invece sostanzialmente conservate, dimostrando che il difetto interessa selettivamente il collegamento tra il recettore insulinico e PI3K. Ancora una volta, il trattamento con rapamicina ripristina i livelli di IRS-1 e IRS-2 e recupera la capacità dell'insulina di attivare AKT, confermando che l'iperattivazione cronica di mTOR-S6K1 costituisce il principale responsabile del feedback negativo (Shah et al., 2004) [30].

L'importanza clinica di questo meccanismo è ulteriormente confermata dagli studi condotti nell'uomo. Nei soggetti con obesità e diabete di tipo 2 è stata infatti osservata una persistente iperattivazione della via mTOR-S6K1 accompagnata da un aumento della fosforilazione inibitoria di IRS-1 e da una ridotta attivazione di AKT nei tessuti insulino-sensibili. Queste alterazioni risultano strettamente associate alla perdita della normale risposta metabolica all'insulina e confermano che il circuito di feedback descritto nei modelli cellulari e animali è presente anche nella fisiopatologia umana, rappresentando uno dei principali collegamenti tra eccesso nutrizionale, infiammazione metabolica e sviluppo dell'insulino-resistenza (Denhez et al., 2020) [31].

Fortunatamente, le stesse evidenze dimostrano che questo processo può essere almeno in parte contrastato. Dopo nove settimane di attività fisica spontanea, il muscolo scheletrico dei ratti presenta una significativa riduzione della fosforilazione di mTOR, di S6K1 e di IRS-1, senza modificare la quantità totale delle principali proteine della cascata insulinica. Contestualmente aumenta la capacità ossidativa muscolare, diminuisce la massa corporea e si riduce uno dei principali meccanismi molecolari responsabili del feedback negativo sulla segnalazione insulinica. Questi risultati suggeriscono che i benefici dell'esercizio fisico non dipendano soltanto dall'aumento del consumo di glucosio durante la contrazione muscolare, ma anche dal riequilibrio della via mTOR-S6K1 e dalla progressiva riduzione della fosforilazione inibitoria di IRS-1 (Glynn et al., 2008) [32].

Nel loro insieme, queste evidenze delineano un modello fisiopatologico coerente. In condizioni normali, la fosforilazione di IRS-1 mediata da S6K1 rappresenta un sofisticato meccanismo di autoregolazione, indispensabile per evitare una stimolazione eccessiva della cascata insulinica. Quando però la disponibilità di nutrienti rimane persistentemente elevata oppure la via mTORC1-S6K1 viene cronicamente iperattivata, questo sistema perde la propria funzione omeostatica. La progressiva fosforilazione e deplezione di IRS-1 e IRS-2 interrompono il collegamento tra il recettore insulinico e la PI3K, riducono l'attivazione di AKT e compromettono la traslocazione di GLUT4 e tutte le principali risposte metaboliche dell'insulina. Si comprende così come l'insulino-resistenza non rappresenti un'alterazione improvvisa del recettore insulinico, ma la conseguenza di una progressiva disfunzione della trasmissione del segnale intracellulare. Questa osservazione completa il quadro funzionale della cascata PI3K-AKT-mTOR e prepara naturalmente alla successiva sezione, nella quale verrà approfondito il ruolo degli ulteriori regolatori intracellulari coinvolti nel controllo della sensibilità insulinica.

L’attivazione di mTOR, come abbiamo visto precedentemente, rappresenta il cuore del segnale insulinico in termini di promozione della crescita e della biosintesi cellulare (insieme dei processi con cui una cellula costruisce nuove molecole). Tuttavia, il ruolo di questo complesso non si esaurisce nel controllo della sintesi proteica e dell’anabolismo (produzione di proteine a partire dagli amminoacidi); al contrario, mTOR funge anche da nodo strategico per l’attivazione di una nuova fase del programma cellulare: la regolazione dell’espressione genica, ovvero il modo in cui una cellula decide quali geni accendere e quali tenere spenti, a seconda del momento e delle necessità, come se fosse una regia che accende solo le luci giuste sul palco.

È proprio grazie alla sua capacità di modulare fattori trascrizionali (proteine che si legano al DNA e regolano l’attività dei geni, decidendo quando e quanto un gene deve essere “acceso”) come, per esempio, HIF-1α (fattore inducibile dall'ipossia, una proteina chiave che agisce come un vero e proprio sensore cellulare dell’ossigeno), che mTOR estende la sua influenza oltre il metabolismo immediato, orientando la cellula verso adattamenti a più ampio raggio. In questo senso, HIF-1α non rappresenta un semplice bersaglio a valle del segnale insulinico, ma il naturale proseguimento della traiettoria biochimica attivata dall’insulina. Capire questo passaggio significa scendere nel cuore del funzionamento cellulare, dove i segnali che arrivano dall’ambiente o dal metabolismo fanno sì che la cellula accenda solo i geni di cui ha bisogno in quel momento. È come scegliere la ricetta giusta da un cassetto: la cellula legge solo le istruzioni utili per produrre le proteine necessarie alla situazione.

In condizioni normossiche (situazioni in cui l’apporto di ossigeno alle cellule è nella norma, cioè sufficiente per garantire il corretto funzionamento cellulare), HIF-1α viene continuamente sintetizzato ma altrettanto rapidamente degradato, perdendo inevitabilmente la sua capacità trascrizionale. Tuttavia, quando l’ossigeno scarseggia, HIF-1α si accumula all’interno della cellula e attiva alcuni geni speciali che aiutano la cellula ad adattarsi, appunto, alla carenza di ossigeno. Questi geni servono, ad esempio, per produrre più energia senza ossigeno, creare nuovi vasi sanguigni, aumentare i globuli rossi e migliorare le difese della cellula per farla sopravvivere (Semenza, 2003) [33].

HIF-1α non è influenzato soltanto dall’ossigeno, ma anche da segnali ormonali; l’insulina, ad esempio, è in grado di promuovere l’espressione e la stabilizzazione di HIF-1α, anche in condizioni di ossigeno normale, attraverso l’attivazione del pathway PI3K/AKT/mTOR. Studi condotti su cellule muscolari lisce umane e di ratto hanno dimostrato che l’insulina aumenta l’espressione di HIF-1α a livello trascrizionale (trascrizione di geni coinvolti nella risposta cellulare per la produzione di proteine). Questo suggerisce che HIF-1α può essere considerato un punto di convergenza tra il metabolismo dell’ossigeno e la segnalazione insulinica (Doronzo et al., 2006) [34].

Altri studi hanno evidenziato che PI3K e mTOR contribuiscono alla regolazione di HIF-1α, evidenziando un’interazione multilivello tra segnali metabolici e risposta ipossica. In questo modo, HIF-1α si configura non solo come un fattore ipossico che quindi permette il funzionamento cellulare anche in assenza di ossigeno, ma come un integratore di segnali fisiologici più ampi, in grado di modellare la trascrizione genica in base alla disponibilità energetica e nutrizionale (Treins et al., 2002) [35].

L’espressione di HIF-1α può quindi essere indotta in modo “non ipossico”, cioè in presenza di ossigeno, dimostrando che la sua attivazione rappresenta un meccanismo più ampio di adattamento fisiologico, in cui anche ormoni come l’insulina giocano un ruolo attivo. Questo posiziona la proteina HIF-1α al crocevia tra metabolismo, ambiente e segnalazione intracellulare.

Con l’attivazione di HIF-1α, il segnale insulinico raggiunge una nuova dimensione dove i cambiamenti metabolici vengono tradotti in risposte geniche adattative. Ma tra i bersagli trascrizionali indotti da HIF-1α, uno in particolare si distingue per la sua importanza ed il suo ruolo di freno fisiologico: REDD1.

Questa proteina, attivata proprio in risposta a condizioni di stimolo anabolico o ipossico, rappresenta un meccanismo di autoregolazione del pathway dell’insulina. Attraverso la sua azione, REDD1 attiva un sistema di controllo che inibisce l’attività di mTOR, segnalando alla cellula che l’azione dell’insulina deve essere ridimensionata o modulata.

Diversi studi hanno mostrato che REDD1 agisce stabilendo un collegamento diretto tra i segnali stressogeni (stimoli che indicano una condizione di stress per la cellula o l’organismo, come mancanza di nutrienti, infiammazione, tossine o altri fattori che alterano l’equilibrio interno) e il complesso TSC1/TSC2, come abbiamo visto nel paragrafo 4. In particolare, REDD1 favorisce l'attività di questo complesso, che successivamente agisce da freno su mTOR, impedendone l’attivazione in contesti di eccesso energetico o carenza ossigenativa (Brugarolas et al, 2004) [17].

È stato osservato che REDD1 può essere indotto anche dall’insulina stessa, con finalità di controregolazione del segnale stesso insulinico: negli adipociti, l’ormone ne promuove l’espressione tramite HIF-1α, suggerendo un circuito di retroazione negativa teso a limitare l’attivazione eccessiva di mTORC1 quando l’anabolismo è già stimolato (Regazzetti et al., 2010) [36]. Questo sistema di bilanciamento garantisce che la crescita cellulare (attraverso l’azione dell’insulina) avvenga in modo controllato, prevenendo danni metabolici.

In condizioni di ipossia o stress cellulare, REDD1 viene rapidamente attivato e si accumula nel citoplasma (sostanza gelatinosa all’interno della cellula, dove si trovano gli organelli). La sua stabilità è regolata in maniera fine da mTOR stesso, attraverso meccanismi che includono la modulazione proteica e il controllo della sua degradazione (Dennis et al., 2014) [37].

Quando attivo, REDD1 interagisce con una proteina specifica, favorendo la defosforilazione (inattivazione) di AKT e bloccando il segnale in direzione di mTOR (DeYoung et al., 2008) [38].

È stato inoltre documentato che livelli elevati e persistenti di REDD1 sono associati a condizioni di resistenza insulinica e disfunzioni metaboliche, come quelle osservate nei muscoli scheletrici di soggetti con diabete di tipo 2 (Williamson et al, 2015) [39]. In questi contesti, l’eccessiva inibizione di mTOR, indotta da REDD1, può contribuire a una ridotta efficacia dell’insulina, dimostrando che anche i freni molecolari, se attivi in modo disordinato, possono avere effetti patologici.

Ed è proprio qui che il cerchio si chiude: l’attivazione di REDD1, indotta da HIF-1α e sostenuta da mTOR, non rappresenta solo un freno momentaneo al pathway insulinico, ma si configura come il meccanismo chiave che ne determina la disfunzione progressiva. In conclusione quindi REDD1, inibendo stabilmente mTOR attraverso l’attivazione del complesso della tuberosa TSC1/TSC2, spezza il flusso fisiologico della segnalazione insulinica e quindi del pathway, ostacolando le risposte a valle e instaurando un blocco funzionale dell’azione dell’insulina che sfocia nella condizione clinica più temuta: l’insulino-resistenza.

A questo punto emerge un aspetto fondamentale della biologia di mTOR che per molti anni è rimasto in secondo piano. Sebbene l'attenzione della ricerca si sia concentrata prevalentemente su mTORC1, oggi sappiamo che la proteina mTOR esercita le proprie funzioni attraverso due complessi distinti ma strettamente coordinati: mTORC1, responsabile soprattutto del controllo della sintesi proteica e dell'anabolismo cellulare, e mTORC2, un complesso che svolge un ruolo altrettanto essenziale nella regolazione della sopravvivenza cellulare, dell'organizzazione del citoscheletro, del metabolismo e, soprattutto, della piena funzionalità di AKT. Le evidenze accumulate negli ultimi anni hanno infatti modificato profondamente la visione tradizionale della via dell'insulina, mostrando che molte funzioni precedentemente attribuite genericamente a mTOR dipendono in realtà dall'attività specifica di mTORC2, il quale rappresenta uno dei principali regolatori della famiglia delle chinasi, tra cui AKT (Oh & Jacinto, 2011) [40].

Affinché mTORC2 possa svolgere questa funzione è necessario che il complesso mantenga una precisa organizzazione strutturale attraverso una proteina specifica che, come una vera piattaforma di assemblaggio, lega contemporaneamente mTOR e AKT, disponendo il substrato nella posizione ottimale affinché possa essere fosforilato. È interessante osservare che l'associazione tra AKT e mTORC2 aumenta dopo la stimolazione con insulina attraverso la via PI3K, confermando che la disponibilità del substrato costituisce un ulteriore livello di regolazione della risposta insulinica (Yao et al., 2017) [41].

L'attività di mTORC2, tuttavia, non inizia quando AKT è già completamente formata. Le ricerche più recenti hanno dimostrato che il complesso interviene addirittura durante la sintesi della proteina e questo meccanismo dimostra che mTORC2 collega direttamente la sintesi proteica ai sistemi di controllo della qualità delle proteine, assicurando che AKT acquisisca una conformazione stabile già durante la sua formazione (Oh et al., 2010) [42].

Questa funzione viene ulteriormente confermata dagli studi che hanno analizzato che in assenza di mTORC2 o di suoi componenti essenziali, AKT perde la fosforilazione costitutiva, diventa strutturalmente instabile e viene rapidamente indirizzata verso la degradazione. Ne deriva che questo complesso non regola soltanto l'attivazione enzimatica di AKT, bensì ne garantisce la maturazione strutturale (Facchinetti et al., 2008) [43].

L'efficienza di questo sistema dipende strettamente anche dallo stato energetico della cellula. È stato infatti dimostrato che mTORC2 necessita di concentrazioni intracellulari di ATP (principale fonte immediata di energia utilizzabile dalla cellula) relativamente elevate per mantenere la propria attività. La perdita di questa regolazione compromette contemporaneamente l'integrità di mTORC2 e il corretto ripiegamento di AKT, dimostrando che la disponibilità energetica rappresenta uno dei principali fattori che modulano la funzionalità del complesso. In altre parole, mTORC2 agisce come un sistema capace di adattare la maturazione di AKT allo stato metabolico della cellula, evitando di sostenere programmi anabolici quando le risorse energetiche risultano insufficienti (Chen et al., 2013) [44].

Una volta completata la maturazione della proteina, la fosforilazione di AKT mediata da mTORC2 diventa essenziale per consentire una corretta risposta metabolica all'insulina. Nel fegato, ad esempio, la perdita selettiva di Rictor (proteina essenziale che fa parte del complesso mTORC2) impedisce la fosforilazione di AKT, compromettendo la normale transizione metabolica tra digiuno e stato postprandiale. In queste condizioni il fegato continua a produrre glucosio nonostante l'iperinsulinemia, mantiene elevata la gluconeogenesi e limita sia la sintesi di glicogeno (immagazzinamento del glucosio sotto forma di glicogeno) sia la lipogenesi (produzione di grassi da parte dell’organismo). L'espressione sperimentale di una forma costitutivamente attiva di AKT è in grado di ripristinare quasi completamente queste alterazioni, dimostrando come AKT rappresenti il principale effettore metabolico (componente che modifica o regola l’attività metabolica della cellula) di mTORC2 nella regolazione dell'omeostasi glucidica e lipidica (Hagiwara et al., 2012) [45].

Anche dal punto di vista farmacologico il rapporto tra mTORC2 e AKT si rivela estremamente importante. Per molti anni si è ritenuto che la rapamicina inibisse esclusivamente mTORC1. Studi successivi hanno invece dimostrato che un trattamento prolungato impedisce anche la formazione di nuovi complessi mTORC2, riducendo progressivamente la fosforilazione di AKT. Questo fenomeno contribuisce in maniera significativa agli effetti antitumorali della rapamicina, spiegando almeno in parte la diversa sensibilità osservata tra i differenti tessuti e le differenti neoplasie (Sarbassov et al., 2006) [46].

Paradossalmente, tuttavia, l'inibizione selettiva di mTORC1 può anche determinare una riattivazione compensatoria di mTORC2. In modelli di linfoma diffuso a grandi cellule B (tumore del sistema linfatico) è stato infatti osservato che il trattamento con rapamicina riduce efficacemente la fosforilazione dei bersagli di mTORC1, ma induce contemporaneamente un aumento della fosforilazione di AKT mediata da mTORC2. Tale adattamento rappresenta un importante meccanismo di resistenza terapeutica, poiché mantiene attive le vie della sopravvivenza cellulare nonostante il blocco dell'anabolismo. L'inibizione contemporanea di entrambi i complessi o la destabilizzazione diretta di mTORC2 consente invece di abolire questo meccanismo compensatorio, potenziando significativamente l'efficacia del trattamento antitumorale (Gupta et al., 2009) [47].

A questo punto della cascata emerge con chiarezza uno dei più importanti bersagli molecolari di AKT: la glicogeno sintasi chinasi 3 beta (GSK-3β). Questa proteina appartiene alla famiglia delle chinasi ed è stata inizialmente identificata come regolatore della sintesi del glicogeno. Successivamente si è compreso che il suo ruolo è molto più ampio, estendendosi al controllo della sopravvivenza cellulare, della proliferazione, della differenziazione, dell'espressione genica, della sintesi proteica e dell'organizzazione del citoscheletro. A differenza di molte altre chinasi, GSK-3β presenta una caratteristica peculiare: nelle cellule sane è costitutivamente attiva e svolge una funzione prevalentemente frenante. Di conseguenza, nella maggior parte dei casi l'attivazione di una risposta biologica non richiede l'attivazione di GSK-3β, bensì la sua inattivazione. Proprio questo rappresenta uno dei compiti principali di AKT all'interno della via insulinica.

Per molti anni non era però chiaro quale fosse la chinasi responsabile di questa inattivazione. La questione è stata chiarita da eleganti esperimenti nei quali è stato sviluppato un mutante dominante negativo di PI3K/AKT capace di impedire selettivamente la sua attivazione. Quando AKT veniva bloccata, l'insulina perdeva completamente la capacità di inattivare GSK-3β, dimostrando che AKT rappresenta il collegamento essenziale tra l'attivazione della PI3K e la fosforilazione inibitoria di questa chinasi. Gli autori dimostrarono inoltre che AKT e GSK-3β possono interagire fisicamente formando un complesso molecolare, che rende il processo estremamente efficiente (Van Weeren et al., 1998) [49].

Questa inattivazione riveste un'importanza che va ben oltre il metabolismo del glucosio. In condizioni fisiologiche, infatti, una GSK-3β costitutivamente attiva rappresenta uno stimolo favorevole all'apoptosi. Esperimenti condotti mediante sovraespressione della forma attiva della proteina hanno dimostrato che l'aumento della sua attività è sufficiente, da solo, a indurre morte cellulare programmata in differenti linee cellulari. Al contrario, l'espressione di una forma dominante negativa protegge efficacemente le cellule dall'apoptosi anche quando la via PI3K viene farmacologicamente inibita. Questi risultati hanno modificato profondamente la comprensione della cascata insulinica, dimostrando che uno dei principali meccanismi attraverso cui AKT promuove la sopravvivenza cellulare consiste proprio nel mantenere GSK-3β in uno stato inattivo (Pap & Cooper, 1998) [48].

L'importanza biologica di questo asse emerge chiaramente anche nel muscolo scheletrico, dove AKT coordina simultaneamente crescita e mantenimento della massa muscolare. Studi condotti nell'uomo hanno mostrato che otto settimane di allenamento di resistenza determinano un aumento della fosforilazione di AKT, accompagnato dalla contemporanea inattivazione di GSK-3β e dall'attivazione di mTOR. Durante il successivo periodo di de-allenamento si osserva invece il fenomeno opposto: diminuiscono la fosforilazione di AKT e quella di GSK-3β, favorendo la perdita di massa muscolare. Ne deriva l'immagine di un circuito perfettamente coordinato nel quale AKT agisce come un interruttore capace di orientare il tessuto muscolare verso l'anabolismo oppure verso il catabolismo, modulando contemporaneamente GSK-3β e mTOR (Léger et al., 2006) [50].

L'asse AKT-GSK-3β assume un ruolo altrettanto importante nel sistema nervoso. Nei neuroni, infatti, GSK-3β regola numerosi substrati coinvolti nella stabilità del citoscheletro, tra cui la proteina Tau (proteina che aiuta a mantenere stabile e funzionale la struttura interna dei neuroni). In cellule di neuroblastoma umano (cellule tumorali del sistema nervoso), la stimolazione insulinica aumenta significativamente la fosforilazione di AKT e, di conseguenza, quella inibitoria di GSK-3β. Tale inattivazione è accompagnata da una marcata riduzione della fosforilazione della proteina Tau. Sebbene questi risultati siano stati ottenuti in un modello cellulare e non rappresentino una dimostrazione diretta di neuroprotezione, essi evidenziano come la regolazione di GSK-3β da parte di AKT influenzi simultaneamente la fosforilazione di Tau, l'omeostasi redox e la sopravvivenza cellulare (Jorda et al., 2026) [51].

L'importanza di questa relazione è confermata anche dalle numerose osservazioni provenienti dalla ricerca sulle malattie neurodegenerative. Nel morbo di Parkinson, la riduzione dell'attività della via PI3K/AKT si associa infatti a una persistente iperattivazione di GSK-3β, favorendo neuroinfiammazione, stress ossidativo, apoptosi dei neuroni dopaminergici e sviluppo di insulino-resistenza cerebrale. Al contrario, l'attivazione farmacologica della via PI3K/AKT o l'inibizione selettiva di GSK-3β riducono tali alterazioni nei modelli sperimentali, tanto che numerosi farmaci già approvati per altre indicazioni, come metformina, pioglitazone, fenofibrato e statine, sono oggi oggetto di studio anche per la loro capacità di modulare questa cascata molecolare. Le evidenze disponibili suggeriscono inoltre che le strategie terapeutiche più promettenti siano quelle capaci di attivare contemporaneamente AKT e inibire GSK-3β, ripristinando l'equilibrio fisiologico dell'intera via di segnalazione (AlRuwaili et al., 2025) [52].

Negli ultimi anni è emerso inoltre che l'asse mTORC2-AKT-GSK-3β non regola esclusivamente metabolismo e sopravvivenza cellulare, ma controlla anche l'organizzazione fisica della cellula: questa scoperta amplia ulteriormente il ruolo fisiologico della cascata insulinica, dimostrando che AKT e GSK3β partecipano anche alla regolazione dell'omeostasi intracellulare, del trasferimento di calcio, del metabolismo energetico e della comunicazione tra organelli, processi fondamentali per il corretto funzionamento della cellula (Kalarikkal et al., 2024) [53].

La rilevanza biologica di questa via emerge infine anche in ambito oncologico. Nel glioblastoma, una delle neoplasie cerebrali più aggressive, la persistente attivazione di AKT favorisce proliferazione, sopravvivenza cellulare e mantenimento delle cellule staminali tumorali, mentre la modulazione di GSK-3β influenza contemporaneamente ciclo cellulare, metabolismo e programmi apoptotici. Diversi inibitori sperimentali diretti contro AKT oppure contro GSK-3β hanno dimostrato di ridurre crescita tumorale, indurre apoptosi e limitare l'autorinnovamento delle cellule staminali del glioblastoma nei modelli preclinici. Analogamente, anche nelle piastrine (componenti del sangue che aiutano a fermare le emorragie formando il coagulo) l'asse AKT-GSK-3β rappresenta uno dei principali regolatori funzionali: durante l'attivazione piastrinica AKT inattiva fisiologicamente GSK-3β favorendo aggregazione, secrezione dei granuli e formazione del trombo, mentre il salidroside (uno dei principali composti bioattivi della Rhodiola rosea) interrompe questo processo riducendo la fosforilazione sia di AKT sia di GSK-3β. In questo modo GSK-3β rimane funzionalmente attiva, esercitando il proprio effetto inibitorio sulla funzione piastrinica e riducendo la formazione di trombi nei modelli sperimentali. (Majewska & Szeliga, 2017) [54]; (Wei et al., 2020) [55].

A questo punto del percorso emerge un ulteriore livello di regolazione della segnalazione insulinica. Se nei paragrafi precedenti abbiamo visto come AKT inattivi fisiologicamente GSK-3β, è altrettanto importante comprendere che la stessa GSK-3β, quando rimane attiva o viene riattivata, è in grado di esercitare un controllo diretto sul principale adattatore della via insulinica: IRS-1. Si realizza così un circuito di regolazione bidirezionale. Da un lato AKT limita l'attività di GSK-3β per favorire la risposta metabolica all'insulina; dall'altro, quando questa inibizione viene meno, GSK-3β modifica IRS-1 riducendone progressivamente l'efficienza funzionale e attenuando la trasduzione del segnale. Questo meccanismo rappresenta uno dei principali punti di collegamento tra la fisiologia della via insulinica e lo sviluppo dell'insulino-resistenza.

Le prime dimostrazioni sperimentali di questo fenomeno risalgono alla fine degli anni Novanta, quando venne identificato IRS-1 come uno dei bersagli diretti della GSK-3β. Fino ad allora questa chinasi era nota soprattutto come regolatore della glicogeno sintasi, mentre il suo coinvolgimento nella regolazione della segnalazione insulinica era ancora poco definito. Gli esperimenti dimostrarono che GSK-3β è in grado di fosforilare direttamente IRS-1 e che tale modificazione altera profondamente il comportamento della proteina. IRS-1 perde infatti parte della propria capacità di essere fosforilato dal recettore insulinico e, aspetto ancora più interessante, acquisisce la capacità di ostacolare la stessa attività del recettore. In altre parole, una proteina normalmente deputata a trasmettere il segnale dell'insulina si trasforma progressivamente in un elemento che ne limita la propagazione. Gli autori proposero quindi che un'eccessiva attività della GSK-3β potesse rappresentare uno dei meccanismi molecolari responsabili della ridotta sensibilità insulinica osservata nell'obesità e nel diabete di tipo 2 (Eldar-Finkelman & Krebs, 1997) [56].

L'interazione tra GSK-3β e IRS-1 si è tuttavia rivelata più complessa di quanto inizialmente ipotizzato. Sebbene la fosforilazione di IRS-1 da parte della chinasi ne riduca l'attività funzionale, l'attività costitutiva di GSK-3β contribuisce contemporaneamente al mantenimento dei livelli intracellulari di IRS-1 e IRS-2. Esperimenti condotti in cellule specifiche hanno infatti mostrato che l'inibizione farmacologica della GSK-3β, oppure la sua inattivazione indotta dall'insulina, determina una progressiva riduzione delle quantità cellulari di entrambe le proteine adattatrici attraverso un meccanismo prevalentemente dipendente dalla sua degradazione. Per IRS-2 si aggiunge inoltre una riduzione dell'espressione genica. Questo apparente paradosso suggerisce che GSK-3β eserciti una duplice funzione: da una parte limita l'efficienza funzionale di IRS-1, dall'altra contribuisce al mantenimento dell'equilibrio quantitativo delle proteine IRS, evitando una loro eccessiva degradazione (Nemoto et al., 2006) [57].

L'importanza fisiopatologica di questi meccanismi è stata successivamente confermata nei modelli animali di insulino-resistenza. Nei ratti Zucker Diabetic Fatty, caratterizzati da una marcata iperattività della GSK-3β, l'inibizione selettiva della chinasi migliora significativamente la risposta all'insulina. Tale miglioramento è accompagnato da un recupero della fosforilazione di IRS-1, da una maggiore attivazione della via PI3K-AKT e da un incremento della traslocazione di GLUT4 verso la membrana cellulare, con conseguente aumento del trasporto di glucosio nel muscolo scheletrico. Questi effetti si osservano sia in preparati muscolari studiati in vitro sia dopo somministrazione sistemica degli inibitori, indicando che l'iperattività della GSK-3β non rappresenta soltanto un marcatore dell'insulino-resistenza, ma contribuisce direttamente al difetto di segnalazione post-recettoriale (Henriksen et al., 2003) [58].

Ulteriori studi hanno dimostrato che questo recupero della sensibilità insulinica interessa anche gli eventi più prossimali della cascata di segnalazione. L'inibizione selettiva della GSK-3β aumenta infatti la fosforilazione sia del recettore insulinico sia di IRS-1, incrementa la fosforilazione di AKT e riduce contemporaneamente la fosforilazione inibitoria di IRS-1, modificazione strettamente associata alla perdita della funzione della proteina (Henriksen & Teachey, 2007) [59].

Osservazioni analoghe erano già emerse nei modelli di prediabete, nei quali l'inibizione farmacologica della GSK-3β migliorava la segnalazione insulinica senza modificare direttamente l'attivazione del recettore. Il principale effetto consisteva infatti nel ripristino della funzionalità di IRS-1, nell'aumento della sua associazione con PI3K e nella successiva riattivazione di AKT, dimostrando che il bersaglio prioritario della GSK-3β è rappresentato dagli eventi post-recettoriali della cascata insulinica. Questo recupero risultava particolarmente evidente nel muscolo scheletrico, suggerendo che differenti tessuti possano presentare una diversa suscettibilità alla modulazione di questa chinasi (Dokken et al., 2005) [60].

L'insieme di queste evidenze ha progressivamente consolidato il ruolo della GSK-3β come uno dei principali regolatori negativi della sensibilità insulinica. Le revisioni pubblicate negli anni successivi hanno infatti mostrato come la sovraespressione e l'iperattività della chinasi siano caratteristiche comuni dei modelli animali di obesità e dei soggetti con diabete di tipo 2. La sua inibizione migliora contemporaneamente la segnalazione post-recettoriale, favorisce la traslocazione di GLUT4, incrementa l'utilizzazione periferica del glucosio e riduce la produzione epatica di glucosio, identificando GSK-3β come un importante bersaglio terapeutico nella prevenzione e nel trattamento dell'insulino-resistenza (Henriksen & Dokken, 2006) [61].

La conferma più recente della centralità di questo meccanismo proviene da studi sul danno renale associato all'iperinsulinemia. Nei podociti glomerulari (cellule renali che aiutano a filtrare il sangue), l'esposizione cronica a elevate concentrazioni di insulina determina un progressivo esaurimento del recettore insulinico, una riduzione dell'attività della via IRS1-PI3K-AKT e una conseguente riattivazione della GSK-3β. La chinasi iperattiva fosforila direttamente IRS1, instaurando un circuito autoalimentante nel quale la perdita della sensibilità insulinica favorisce ulteriore attivazione della GSK-3β e progressivo deterioramento della funzione podocitaria. L'inibizione farmacologica della chinasi mediante tideglusib (molecola sperimentale che inibisce l’enzima GSK-3) interrompe questo ciclo patologico, ripristina la funzionalità della via IRS1-PI3K-AKT e riduce significativamente il danno renale. Questo studio dimostra come il circuito GSK-3β/IRS1 non rappresenti soltanto un meccanismo biochimico della cascata insulinica, ma possa costituire uno dei principali motori della progressione dell'insulino-resistenza cronica e delle sue complicanze d'organo (Chen et al., 2026) [62].

Abbiamo visto fin qui come l’azione dell’insulina, in una condizione di iperattivazione possa generare una risposta alterata del pathway; tuttavia, sussistono altre condizioni fisiopatologiche che possono interagire negativamente sulla fisiologica attivazione di questo meccanismo biologicamente conservato e nei prossimi paragrafi affronteremo come, un altro ormone importante per la fisiologia umana, possa incidere negativamente nella risposta insulinica da parte delle nostre cellule.

Esiste un altro fattore, spesso sottovalutato, ma capace di compromettere anch’esso la corretta attivazione e modulazione del pathway dell’insulina: lo stress. È necessario, dunque, spostare l’attenzione anche verso altri tipi di ormoni, detti glucocorticoidi, come il cortisolo. Nel panorama complesso della regolazione metabolica, i glucocorticoidi occupano un ruolo cruciale come ormoni adattativi allo stress. Tuttavia, la loro esposizione cronica, sia endogena (autoprodotte dall’organismo) che farmacologica, è in grado di compromettere profondamente l’efficienza della cascata insulinica PI3K-AKT-mTOR.

Uno degli esempi più studiati è l’azione del desametasone, un potente glucocorticoide sintetico (farmaco usato per ridurre infiammazione e reazioni immunitarie). La sua somministrazione determina una marcata riduzione della sensibilità all’insulina, attraverso l’interferenza su più livelli del pathway: compromette il legame dell’insulina al suo recettore ostacolando la fosforilazione di IRS-1 e riduce l’attivazione della via PI3K/AKT, con effetti evidenti sull’assorbimento e l’utilizzo del glucosio nelle cellule muscolari e adipose (Buren et al., 2002) [63].

Nel tessuto muscolare scheletrico, il desametasone altera l’omeostasi anabolica (equilibrio interno del corpo che favorisce i processi di costruzione e riparazione dei tessuti, come la sintesi di proteine e muscoli, mantenendo condizioni ottimali per la crescita e il recupero) stimolando l’atrofia (riduzione della massa o della funzionalità di un tessuto o organo) e inibendo il segnale insulinico. Questo avviene anche attraverso la modulazione negativa di mTOR e l’induzione dell’autofagia (processo con cui la cellula "ricicla" le proprie componenti danneggiate o non più utili, usandole come fonte di energia o per rinnovarsi), che riduce la sintesi proteica e favorisce la degradazione muscolare (Britto et al., 2014) [64]. Parallelamente, nei mioblasti (cellule immature del muscolo che, durante lo sviluppo o la riparazione, si trasformano in fibre muscolari mature), il desametasone attiva geni specifici inducendo catabolismo (la demolizione di molecole per ricavare energia), mentre sopprime il segnale anabolico mediato da AKT (Permpoon et al., 2025) [65].

Nel tessuto adiposo, invece, viene inibita la captazione del glucosio a causa di una ridotta attivazione del trasportatore dell’insulina sulla membrana cellulare (IRS-1 e IRS-2), compromettendo sia la via PI3K/AKT che quella dell’ossidazione del glucosio (processo con cui il glucosio viene “bruciato” all’interno delle cellule per produrre energia, acqua e anidride carbonica) (Olefsky, 1975) [66].

Questi effetti si traducono in un incremento della glicemia postprandiale (livelli di glucosio nel sangue misurati dopo un pasto) e in uno stato di resistenza insulinica sistemica, osservabile anche in soggetti clinicamente sani dopo esposizioni brevi al prednisone, un farmaco simile al cortisolo (Pagano et al., 1983) [2].

Inoltre, il desametasone ha dimostrato di agire sia sul complesso TSC1/TSC2 sia su mTOR, modulando indirettamente l’azione dell’insulina. Alcuni studi indicano che tale farmaco stimoli la sintesi di REDD1, una proteina soppressiva che agisce attivando il complesso TSC1/TSC2, inibendo così mTORC1 anche in condizioni in cui normalmente sarebbe attivo (Britto et al., 2018) [67].

Il cortisolo, quando cronicamente elevato, può esercitare effetti metabolici in parte assimilabili a quelli osservati con glucocorticoidi farmacologici come il desametasone, favorendo alterazioni della sensibilità insulinica. In uno studio del 2015, condotto su 766 lavoratori cinesi, maggiori livelli di stress lavorativo, in particolare richieste e insicurezza occupazionale, risultavano associati sia a concentrazioni più elevate di cortisolo sia a maggiore insulino-resistenza. Il cortisolo mostrava inoltre una correlazione positiva con glicemia, HOMA-IR (indice che stima quanto l’organismo è resistente all’azione dell’insulina) e circonferenza vita in entrambi i sessi. Anche dopo l’aggiustamento per potenziali fattori confondenti, il cortisolo rimaneva un predittore indipendente dell’HOMA-IR, suggerendo un possibile contributo dello stress cronico allo sviluppo dell’insulino-resistenza (Yan et al., 2016) [68].

Il cortisolo esercita anche un effetto a lungo termine sulle vie di segnalazione intracellulare. In particolare, interferisce con l’attivazione di IRS-1 e con la via PI3K/AKT, rendendo meno efficiente l’ingresso del glucosio nelle cellule bersaglio, come è stato dimostrato in diversi modelli animali e umani. Questo meccanismo contribuisce allo sviluppo di una resistenza insulinica periferica (condizione in cui le cellule dei muscoli, del fegato e del tessuto adiposo rispondono poco all’insulina, rendendo difficile l’ingresso del glucosio nelle cellule e causando un aumento della glicemia), che può anticipare disturbi come il diabete mellito di tipo 2 (Beaupere et al., 2021) [69].

L’attivazione aberrante di cortisolo può essere causata anche da una peggiore qualità o quantità di sonno; infatti, uno studio osservazionale ha rilevato una relazione positiva tra i livelli di cortisolo nei capelli e una peggiore qualità del sonno, fattore anch’esso legato a una ridotta sensibilità all’insulina nelle donne in perimenopausa e menopausa. Questi dati suggeriscono che non solo l’attività acuta del cortisolo, ma anche la sua esposizione cumulativa nel tempo può influenzare negativamente il metabolismo (Mazgelytè et al., 2023) [76].

In uno studio controllato, soggetti sottoposti a deprivazione parziale del sonno (condizione che innalza i livelli di cortisolo) hanno mostrato una chiara resistenza all’insulina in più vie metaboliche, confermando il ruolo modulatore del cortisolo sul segnale insulinico (Donga et al., 2010) [71]. Anche la frammentazione del sonno, in assenza di deprivazione, ha dimostrato di alterare la risposta insulinica in soggetti sani (Stamatakis & Punjabi, 2010) [72].

In conclusione, lo stress cronico e l’iperattività del cortisolo si configurano come agenti endocrini (sostanze che trasmettono segnali ormonali nell’organismo) di disturbo che compromettono il pathway PI3K/AKT/mTOR. Questi dati rafforzano l’idea che lo stress non sia solo una condizione psicologica, ma una vera e propria alterazione metabolica che incide sull’efficacia dell’insulina, dimostrandosi quindi una delle cause che portano infine all’insulino-resistenza. Nei prossimi paragrafi affronteremo le condizioni fisio-patologiche, collegate anche a un non corretto stile di vita, che possono influenzare una disregolazione dell’ormone.

Lo stress, come abbiamo appena visto, innalza i livelli di cortisolo in circolo. Ma questa attivazione, se cronica, non si esaurisce con la fine dello stimolo: al contrario, si infiltra nella quotidianità, altera i ritmi fisiologici e colpisce una delle funzioni biologiche più vulnerabili e sottovalutate: il sonno. Infatti è proprio durante la notte che i suoi effetti si manifestano con maggiore insidiosità: il cortisolo resta elevato quando dovrebbe calare, disturbando la profondità e la qualità del sonno.

Il sonno non è quindi solo un momento di riposo, ma una condizione fisiologica fondamentale per il mantenimento dell’omeostasi metabolica (processo attraverso il quale il corpo mantiene stabili le sue funzioni metaboliche, nonostante le variazioni dell'ambiente esterno o interno) e della corretta risposta insulinica. È un regolatore neuroendocrino centrale (elemento che coordina l’attività del sistema nervoso e degli ormoni) che interviene nella modulazione della sensibilità insulinica, del metabolismo glucidico e della secrezione ormonale. Le ricerche disponibili dimostrano chiaramente che una riduzione della durata del sonno, una sua frammentazione o una privazione parziale o totale possono compromettere in modo significativo la sensibilità all’insulina, predisponendo all’insorgenza di insulino-resistenza, anche in soggetti sani; infatti, la privazione del sonno si traduce in una profonda alterazione dell’asse ipotalamo-ipofisi-surrene (un sistema neuroendocrino complesso che svolge un ruolo cruciale nella risposta allo stress dell'organismo) con un incremento significativo del cortisolo basale e della sua secrezione pulsatile. Questo fenomeno è stato ampiamente documentato da numerosi studi che associano l’insonnia cronica o anche singoli episodi di deprivazione a una marcata riduzione della sensibilità insulinica. Uno dei primi segnali osservabili è l’aumento dei livelli serali di cortisolo a seguito della perdita di sonno, che può attivare meccanismi contro-regolatori in grado di inibire la captazione del glucosio nei tessuti periferici (Leproult et al., 1997) [73].

Già dopo 24 ore consecutive di veglia, i livelli di cortisolo salivare risultano significativamente più elevati rispetto alla condizione di sonno normale, con un’alterazione dell’andamento circadiano (ciclo biologico che regola i processi del sonno e la veglia), e un incremento nella fascia serale e notturna (Balbo et al., 2010) [74]. In parallelo, anche una sola notte di privazione parziale del sonno (es. 4 ore) è in grado di generare una resistenza insulinica sistemica, alterando la risposta glicemica a un OGTT (esame che prevede un carico orale di glucosio per analizzare la risposta insulinica) e riducendo l’efficienza dell’insulina periferica. Questi effetti si accompagnano a un aumento del cortisolo mattutino, che amplifica ulteriormente la disfunzione metabolica (Donga et al., 2010) [71].

La restrizione acuta del sonno può compromettere rapidamente la sensibilità insulinica anche in soggetti giovani e sani. In uno studio del 2017, dieci uomini sono stati sottoposti a due notti con una durata del sonno ridotta del 50%. Nonostante l’assenza di variazioni significative della glicemia, la risposta insulinica risultava aumentata, mentre l’indice di Matsuda (indicatore della sensibilità all’insulina) si riduceva del 18,6%. Parallelamente, l’attivazione della PI3K nel muscolo scheletrico mostrava una tendenza alla riduzione, sebbene non statisticamente significativa. Questi risultati suggeriscono che anche una breve restrizione del sonno possa favorire precocemente una condizione di insulino-resistenza sistemica (Sweeney et al., 2017) [75].

Un altro studio osservazionale ha mostrato che soggetti con durata del sonno inferiore a sei ore presentano livelli significativamente più alti di cortisolo al mattino e una maggiore incidenza di insulino-resistenza, indipendentemente da BMI (un indice di massa corporea che mette in relazione il peso di una persona con la sua altezza), età o abitudini alimentari (Spiegel et al., 2005) [76]. A ciò si aggiungono i dati di uno studio epidemiologico (un'indagine scientifica che analizza la distribuzione e le cause di malattie) condotto su un’ampia popolazione statunitense: nei soggetti sottoposti a restrizione del sonno emergono evidenze di un progressivo deterioramento della sensibilità insulinica; infatti, dopo sei notti con sole quattro ore di sonno, l’area sotto la curva dell’indice HOMA-IR risultava superiore di oltre il 50% rispetto alla condizione di completo riposo, indicando una maggiore insulino-resistenza. Parallelamente, la tolleranza al glucosio diminuiva del 40% e l’indice di disposizione, indicatore della capacità delle cellule beta di compensare la ridotta sensibilità insulinica, si riduceva anch’esso del 40%. In alcuni partecipanti raggiungeva valori tipici di popolazioni ad alto rischio metabolico, suggerendo che la perdita di sonno possa indurre rapidamente alterazioni compatibili con insulino-resistenza (Knutson & Van Cauter, 2008) [77].

Non solo la durata, ma anche la qualità del sonno svolge un ruolo critico: la frammentazione del sonno, anche in assenza di una sua riduzione quantitativa, si associa a un peggioramento della tolleranza al glucosio (capacità dell'organismo di regolare i livelli di zucchero nel sangue dopo l'assunzione di glucosio) e a una riduzione della funzionalità beta-cellulare pancreatica (cellule deputate alla produzione di insulina). Questo suggerisce che il sonno, per esercitare un effetto protettivo sul metabolismo, debba essere sia adeguato in durata che continuo e profondo (Stamatakis e Punjabi, 2010) [72].

Nelle donne in perimenopausa e postmenopausa, una peggiore qualità del sonno risulta associata a una maggiore esposizione ai glucocorticoidi. Su uno studio condotto su 145 donne tra 50 e 64 anni, concentrazioni più elevate di cortisolo nei capelli erano significativamente correlate a peggiori punteggi di qualità del sonno. Cortisolo e glucocorticoidi totali risultavano inoltre più elevati nelle partecipanti con maggiore latenza nell’addormentamento, mentre concentrazioni inferiori di cortisolo erano associate a una migliore efficienza del sonno. I risultati suggeriscono quindi una stretta relazione tra maggiore attività dell’asse dello stress, esposizione prolungata ai glucocorticoidi e alterazione della qualità del sonno (Mazgelytė et al., 2023) [70].

La restrizione cronica del sonno può compromettere significativamente la sensibilità insulinica nelle donne. In uno studio randomizzato, 38 partecipanti hanno ridotto il sonno di circa 1,34 ore per notte per sei settimane, raggiungendo una durata media di circa 6,2 ore. Rispetto alla condizione di sonno adeguato, la restrizione determinava un aumento significativo dell’insulina a digiuno e dell’HOMA-IR, evidenziando lo sviluppo di una maggiore insulino-resistenza. L’effetto risultava particolarmente pronunciato nelle donne in postmenopausa. Queste alterazioni erano indipendenti dalle variazioni dell’adiposità, indicando che una riduzione cronica della durata del sonno può compromettere la sensibilità insulinica anche senza modificazioni significative della composizione corporea. (Zuraikat et al., 2024) [78].

Infine, una revisione sistematica condotta su studi randomizzati controllati (studi sperimentali che valutano l'efficacia di un intervento assegnando i partecipanti in modo casuale) ha confermato che la manipolazione del sonno, sia essa acuta o cronica, compromette l’azione insulinica a livello tissutale e promuove l’accumulo di glucosio ematico (livelli di glucosio nel sangue). Queste alterazioni hanno importanti implicazioni cliniche, aumentando il rischio di sviluppo di sindrome metabolica, obesità centrale e diabete mellito di tipo 2 (Reutrakul e Van Cauter, 2018) [79].

In sintesi, insonnia e privazione del sonno, spesso sottovalutate, rappresentano a tutti gli effetti fattori di rischio primari per lo sviluppo di insulino-resistenza. Il cortisolo, in questo scenario, come abbiamo visto nel paragrafo precedente, agisce come snodo fisiopatologico centrale, trasformando anche lievi alterazioni del sonno in un potente acceleratore della disfunzione metabolica, aprendo la strada all’insulino-resistenza soprattutto nei soggetti predisposti o in condizioni di stress cronico.

Nel contesto della disfunzione metabolica indotta dallo stress cronico, un ruolo spesso trascurato ma potenzialmente rilevante è quello svolto dal consumo abituale di caffè. Sebbene comunemente consumata e socialmente accettata, la caffeina, ovvero il principale principio attivo della bevanda, ha la capacità di alterare in modo significativo la risposta insulinica. Le evidenze scientifiche suggeriscono che il suo impatto non si limita a un effetto eccitante sul sistema nervoso centrale (sistema nervoso che comprende il cervello e il midollo spinale), ma coinvolge direttamente il metabolismo glucidico e la sensibilità all’insulina.

Oltre a interferire con il segnale insulinico a livello periferico (tessuti bersaglio), la caffeina agisce da potente stimolatore dell’asse ipotalamo-ipofisi-surrene definito HPA (sistema neuroendocrino che regola la risposta dell'organismo allo stress), inducendo una risposta ormonale simile a quella di uno stress acuto (Lovallo et al., 2005) [80]. Studi clinici controllati hanno dimostrato che l’assunzione di caffè contenente caffeina compromette l’omeostasi glicemica (processo attraverso il quale il corpo mantiene costanti i livelli di zucchero nel sangue entro un intervallo fisiologico), sia dopo pasti ad alto che a basso indice glicemico, con un aumento dei livelli di glucosio postprandiale (2/3 ore dopo il pasto) e una ridotta risposta insulinica. Questo effetto non è mediato dal caffè in sé, ma è legato alla caffeina, che esercita un’inibizione temporanea sull’efficienza del segnale insulinico (Moisey et al., 2008) [81].

D’altra parte, diversi studi hanno documentato un aumento significativo della secrezione di cortisolo dopo l’ingestione di caffeina, indipendentemente dallo stato di stress percepito; il solo consumo di una tazza di caffè può innalzare il cortisolo ematico entro 30-60 minuti, con picchi più elevati negli uomini (Lovallo et al., 2005) [80]. Questa attivazione dell’asse HPA è confermata anche in condizioni controllate: la somministrazione endovenosa di caffeina durante il sonno non-REM (fase del sonno in cui l’organismo rallenta progressivamente le proprie attività) ha provocato un incremento dei livelli di ACTH (ormone che stimola la produzione di glucocorticoidi) e cortisolo (Lin et al., 1997) [82].

Dal punto di vista meccanicistico, è stato osservato che la caffeina ostacola la via PI3K/AKT, riducendo la traslocazione dei trasportatori di glucosio nei tessuti bersaglio e inibendo così l’ingresso del glucosio nelle cellule. Questo effetto viene amplificato dalla contemporanea attivazione del cortisolo, ormone noto per la sua capacità di ridurre la sensibilità insulinica attraverso la disfunzione del recettore insulinico, dei substrati IRS-1/2 e dei trasportatori GLUT4 (una proteina che permette al glucosio di entrare nelle cellule) (Akiba et al., 2004) [83].

L’assunzione acuta di caffeina è stata associata a una riduzione della sensibilità insulinica già dopo una singola dose, effetto documentato in studi randomizzati crossover (un tipo di studio clinico in cui ogni partecipante riceve tutti i trattamenti in studio, ma in una sequenza casuale) (Keijzers et al., 2002) [84]. Inoltre, il consumo di caffè con caffeina prima di un pasto ricco di carboidrati ha indotto una risposta insulinica significativamente superiore rispetto al placebo, senza migliorare la tolleranza al glucosio (capacità del corpo di regolare i livelli di zucchero nel sangue dopo l'assunzione di glucosio). Anche qui l’interferenza cortisolo-mediata appare come il meccanismo predominante (Moisey et al., 2010) [85].

Una metanalisi (tecnica statistica che combina quantitativamente i risultati di diversi studi) ha rilevato che la caffeina può ridurre la sensibilità insulinica fino al 15%, indipendentemente da altri fattori metabolici, con un impatto maggiore nei soggetti predisposti a disturbi del metabolismo glucidico (Shi et al., 2016) [86]. A supporto, un altro studio ha mostrato che l’assorbimento cellulare del glucosio risulta compromesso anche in soggetti non obesi e non diabetici, suggerendo che l’effetto si manifesta precocemente, ben prima dello sviluppo della patologia conclamata (Lee et al., 2005) [87].

Il quadro peggiora ulteriormente in condizioni di privazione del sonno: l’assunzione combinata di caffeina e mancanza di riposo notturno ha mostrato un effetto sinergico negativo sull’omeostasi glicemica (processo attraverso il quale il corpo mantiene costanti i livelli di zucchero nel sangue entro un intervallo fisiologico). In uno studio crossover condotto su soggetti sani, la sensibilità insulinica si è ridotta drasticamente quando i due fattori erano associati, rispetto al solo deficit di sonno. È stato inoltre evidenziato che nei soggetti deprivati di sonno, la caffeina ha provocato un ulteriore aumento della glicemia postprandiale, della secrezione insulinica e dei valori di HOMA-IR (Rasaei et al., 2016) [88].

Anche nel consumo cronico, nonostante adattamenti parziali della curva del cortisolo, l’effetto stimolante della caffeina sull’asse HPA si mantiene attivo nelle ore centrali della giornata. Tale attivazione risulta particolarmente dannosa in contesti di stress psicofisico cronico o di alterazione del ritmo circadiano, dove la caffeina agisce da co-fattore metabolico (Lovallo et al., 2005) [80].

In conclusione, tutti questi dati convergono su un punto chiave: la caffeina, specialmente dopo un pasto ricco di carboidrati e in quantità mediamente elevate è risultato essere un potente modulatore dell’asse dello stress e, attraverso la stimolazione persistente del cortisolo, può contribuire in modo rilevante all’instaurarsi dell’insulino-resistenza. Questa interferenza, spesso sottovalutata, si manifesta anche in individui giovani e in buona salute, soprattutto se esposti a stress o deprivazione del sonno.

Il pathway insulinico è strutturato per promuovere crescita, sintesi e rigenerazione, ma questa traiettoria può essere efficacemente interrotta da segnali di natura catabolica. Tra questi, uno dei più potenti è il cortisolo, principale ormone glucocorticoideo, rilasciato in risposta a stress acuto o cronico. Quando il cortisolo si lega ai suoi recettori, attiva un programma specifico volto alla conservazione delle risorse e all’interruzione dei processi anabolici. Un nodo cruciale di questa risposta è rappresentato dall’induzione del gene REDD1.

REDD1 agisce, infatti, come un trasduttore negativo che, una volta espresso, inibisce direttamente mTORC1, il centro nevralgico della crescita cellulare. Questo effetto è stato dimostrato con chiarezza in modelli muscolari: il trattamento con desametasone, potente glucocorticoide sintetico, induce un’espressione marcata di REDD1 nel muscolo scheletrico e nei mioblasti, e ciò determina una netta riduzione dell’attività di mTOR, con conseguente soppressione della sintesi proteica (Wang et al., 2006) [89].

Il meccanismo attraverso cui REDD1 esercita questa funzione coinvolge più livelli: da un lato, favorisce l’attivazione di TSC2, il quale inibisce un enzima essenziale per l’attivazione di mTORC1. Dall’altro, REDD1 agisce anche attraverso la modulazione di AKT, rendendo ancora più solido il blocco sul segnale anabolico; l’importanza di REDD1 come interruttore funzionale è confermata da esperimenti condotti su modelli animali geneticamente modificati: nei topi knock-out per REDD1 (animali a cui son stati eliminati uno o più geni specifici), l’atrofia muscolare tipicamente indotta dal desametasone non si verifica, e l’attività di mTORC1 rimane conservata. L’assenza di REDD1, quindi, è in grado di proteggere il muscolo dagli effetti catabolici dei glucocorticoidi (Britto et al., 2014) [64].

Ma l’azione di REDD1 non si limita al muscolo: anche nei linfociti (cellule del sistema immunitario), il cortisolo ne induce l’espressione, con conseguente inibizione di mTOR e attivazione dell’autofagia, un processo che può fungere da meccanismo di sopravvivenza o, in certi contesti, da resistenza terapeutica. In modelli cellulari privi di REDD1, il trattamento con desametasone non è stato in grado né di inibire mTOR né di attivare l’autofagia, confermando che REDD1 è necessario per mediare questi effetti (Molitoris et al., 2011) [90].

Infine, REDD1 si è rivelato anche un biomarcatore sensibile dell’attivazione recettoriale dei glucocorticoidi: in modelli di ipercortisolemia da stress, diabete e ictus, l’aumento della sua espressione è stato bloccato, nonostante i livelli plasmatici di cortisolo rimanessero invariati. Ciò dimostra che REDD1 riflette l’attività del recettore, e non semplicemente la concentrazione ormonale (Kumari et al., 2011) [91].

In sintesi, l’asse cortisolo–REDD1–mTOR rappresenta un circuito fondamentale attraverso cui lo stress, sia fisiologico che patologico, è in grado di spegnere il segnale anabolico anche in presenza di insulina. È un meccanismo evolutivamente conservato (un gene o un meccanismo rimasto simile nel corso dell’evoluzione), che garantisce la sopravvivenza nei momenti di carenza, ma che, se attivato cronicamente, può contribuire allo sviluppo di insulino-resistenza e progressiva compromissione metabolica. Riconoscerne l’impatto significa includere, nella comprensione del pathway insulinico, non solo l’abbondanza energetica, ma anche la percezione dello stress da parte dell’organismo.