Ginsenoside Compound K migliora l’attività muscolare in modelli murini di Sclerosi Laterale Amiotrofica

ABSTRACT Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disorder characterized by motor neuron loss and progressive muscle denervation atrophy, ultimately leading to death due to respiratory failure within 3-5 years post-symptom onset. Recent data suggested that morpho-functional alteration in skeletal muscle preceded motor neuron degeneration. In accordance with this, we investigated skeletal muscle as an early pathogenetic district, aiming to elucidate molecular mechanisms influencing distinct phenotypes and disease progression rates. P2X7 is an ionotropic receptor expressed in multiple cell types, whose induction is classically associated with developing and maintaining the inflammatory response in the central nervous system. However, recent studies in our laboratory demonstrated that the injection of P2X7 agonist in the skeletal muscle of SOD1G93A mice, an ALS mouse model, was associated with an improvement in motor performance, a reduced number of degenerating motor neurons, and enhanced myogenesis. Therefore, the stimulation of P2X7 in skeletal muscle appears to be a promising therapeutic approach in ALS. Ginsenoside Compound K (CK) is a potent and highly selective P2X7 allosteric agonist, demonstrating anti-inflammatory, neuroprotective, and antioxidant properties. CK stands out as an affordable and readily available candidate drug with demonstrated biosafety in human trials. This work aimed to evaluate the modulation of P2X7 with CK as a potential therapeutic strategy for ALS. For this purpose, C2C12 muscle cell lines were stimulated with CK to evaluate the P2X7-mediated effect on myogenesis. Simultaneously, CK was intramuscularly administered to SOD1G93A mice characterized by early muscle atrophy to evaluate the compound efficacy on the disease progression. Our data established that the CK-mediated modulation of P2X7, through the activation of the ERK½ pathway, increased proliferation and differentiation in new mature myofibres. Noteworthy, the effect was reversed upon using a P2X7-specific antagonist. In vivo experiments showed that intramuscular injection of CK improved motor performance in SOD1G93A mice by reducing muscle wasting denervation atrophy. Additional ex vivo analysis further established that CK stimulated the myogenesis of muscle myofibers by enhancing the pro-regenerative activity of infiltrating macrophages. Besides, the preservation of skeletal muscles propagated along the motor unit, reducing motor neuron loss in the spinal cord of SOD1G93A mice. In summary, these findings highlight the potential of modulating P2X7 with CK as a novel therapeutic strategy in ALS.

ABSTRACT La Sclerosi Laterale Amiotrofica è una patologia neurodegenerativa caratterizzata dalla perdita dei motoneuroni e dalla progressiva denervazione atrofica del muscolo che porta inevitabilmente alla morte per insufficienza respiratoria tra i 3 e 5 anni dopo la comparsa dei sintomi. Recenti scoperte hanno suggerito che l’alterazione morfologica e funzionale del muscolo scheletrico precedano la degenerazione del motoneurone. Concentrandoci sul muscolo scheletrico, abbiamo cercato di chiarire i meccanismi molecolari alla base dei diversi fenotipi e i diversi fattori caratteristici della progressione della patologia. P2X7 è un recettore ionotropico espresso in svariate cellule, la cui induzione è solitamente associata allo sviluppo di una risposta infiammatoria nel sistema nervoso centrale. Studi recenti nel mio laboratorio hanno tuttavia dimostrato come la somministrazione di un agonista del recettore P2X7 nel muscolo scheletrico di topi SOD1G93A modello di SLA, fosse in grado di migliorare la performance motoria dell’animale, ridurre la degenerazione dei motoneuroni e aumentare la rigenerazione muscolare. Questo suggerisce che la stimolazione del P2X7 nel muscolo scheletrico possa rappresentare un promettente approccio terapeutico per la SLA. Il Ginsenoside Compound K (CK) è un agonista altamente selettivo per il recettore P2X7 che mostra proprietà antinfiammatorie, neuroprotettive e antiossidanti. Il CK ha mostrato un buon profilo di sicurezza negli studi sull’uomo, presentandosi come un farmaco relativamente accessibile ed economicamente vantaggioso. In questo lavoro ci siamo posti l’obiettivo di valutare la modulazione del recettore P2X7 attraverso il CK come potenziale strategia terapeutica nella SLA. A tale scopo, abbiamo stimolato linee cellulari muscolari C2C12 con il CK per valutare l’attività miogenica P2X7-mediata. Inoltre, il CK è stato somministrato attraverso iniezioni intramuscolari nei topi SOD1G93A per poter valutare l’efficacia del composto sulla progressione di malattia. I nostri risultati hanno dimostrato come la modulazione in vitro del P2X7, mediata da CK, sia in grado di attivare il pathway di ERK½, favorendo l’aumento della proliferazione e del differenziamento di nuove miofibre mature. Degno di nota il fatto che l’effetto risulta essere revertito successivamente all’applicazione di un antagonista specifico del recettore P2X7. Gli esperimenti in vivo hanno evidenziato un miglioramento nell’attività motoria nei topi trattati con CK associato ad una riduzione nella perdita di massa muscolare e denervazione atrofica. Analisi ex vivo hanno ulteriormente dimostrato come CK sia in grado di stimolare la miogenesi attraverso l’aumento dell’attività pro-rigenerativa dei macrofagi infiltranti. Inoltre, la preservazione del muscolo scheletrico si propagava lungo tutta l’unità motoria favorendo una ridotta degenerazione dei motoneuroni nel midollo spinale dei topi SOD1G93A. In conclusione, questo studio dimostra come la modulazione del recettore P2X7 attraverso il composto CK possa rappresentare una potenziale strategia terapeutica per il trattamento della SLA.