Introduzione

La sindrome dell’ovaio policistico (PCOS) è l’endocrinopatia più comune nelle donne in età riproduttiva, con una prevalenza che varia dall’8 al 13% a seconda dei criteri diagnostici utilizzati e della popolazione valutata [1, 2]. La PCOS è caratterizzata da oligomenorrea, anovulazione, iperandrogenismo clinico e/o biochimico e morfologia policistica dell’ovaio, che possono variamente associarsi. Le pazienti affette da PCOS presentano una disregolazione del controllo neuroendocrino della funzione ovarica, con alterata secrezione di Gonadotropin-releasing Hormone (GnRH), aumentato rapporto LH/FSH, alterata secrezione di Anti-Müllerian Hormone (AMH) e riduzione della produzione della Sex Hormone-binding Globulin (SHBG), la cui combinazione induce aumento della produzione di androgeni da parte della teca ovarica, arresto della crescita follicolare e anovulazione. Per la definizione di questa sindrome sono stati proposti diversi criteri diagnostici, che si sono modificati nel tempo, i più utilizzati dei quali sono i criteri di Rotterdam [3], che possono generare diversi fenotipi clinici. Sebbene non sia inclusa nei criteri diagnostici, l’obesità costituisce un reperto molto comune nelle pazienti con PCOS, con una prevalenza che varia tra il 50 e l’80% [4]. L’obesità contribuisce alle alterazioni endocrinologiche, metaboliche e riproduttive che caratterizzano questa sindrome aggravandone la presentazione clinica, ed è stato ampiamente documentato un legame tra PCOS, obesità e sindrome metabolica, con una prevalenza di quest’ultima tra le pazienti con PCOS che varia dal 33 al 46% [5].

Strettamente associata all’obesità, l’insulino-resistenza (IR) è l’altra componente essenziale della patogenesi della PCOS che riduce l’efficienza di trasmissione del segnale insulinico inducendo una conseguente iperinsulinemia compensatoria. L’eziologia della IR è tuttavia molto complessa, poiché include anche fattori genetici e ambientali e può manifestarsi anche indipendentemente dall’eccesso di peso corporeo [2, 6–8]. Mentre la resistenza alle azioni metaboliche dell’insulina si manifesta nei classici tessuti bersaglio, come fegato, tessuto adiposo e muscolo scheletrico, l’ovaio sembra mostrare una sensibilità insulinica paradossalmente conservata sugli effetti mitogenici che sono coinvolti nella regolazione della maturazione follicolare e nella produzione degli androgeni a livello ovarico [9].

Interventi terapeutici nella PCOS

Controllo dell’obesità

La perdita di peso, che si ottiene preferibilmente con un intervento integrato sullo stile di vita, che comprende dieta, esercizio fisico regolare e strategie comportamentali, rappresenta uno dei principali strumenti terapeutici nella gestione della PCOS [10]. Le recenti linee guida indicano il possibile uso di farmaci antiobesità in aggiunta alle modifiche sullo stile di vita nelle pazienti con PCOS e obesità [1].

La liraglutide è un derivato sintetico del glucagon-like peptide 1 (GLP-1) a lunga durata d’azione attualmente approvato a dosaggi differenti sia per il trattamento del diabete mellito di tipo 2 che per la riduzione del peso nei soggetti con obesità. L’efficacia della somministrazione sottocutanea di liraglutide per il trattamento dell’obesità negli adulti è stata dimostrata con cinque studi multicentrici randomizzati di fase 3, quattro dei quali facevano parte del programma Satiety and Clinical Adiposity – Liraglutide Evidence in nondiabetic and diabetic individuals (SCALE) [11]. Tali studi hanno condotto all’approvazione di liraglutide come terapia per l’obesità, da somministrare per via sottocutanea una volta al giorno, con titolazione settimanale da 0,6 mg/die a 3,0 mg/die. La liraglutide trova indicazione, in aggiunta all’intervento sullo stile di vita (dieta a ridotto contenuto energetico e attività fisica), per la riduzione del peso corporeo negli adulti con un BMI ≥30 kg/m2 o un BMI ≥27 kg/m2 e almeno una comorbidità correlata al peso, come diabete mellito di tipo 2, ipertensione, dislipidemia o apnea ostruttiva del sonno [12]. Nuove formulazioni di GLP-1 RA, anche in combinazione con altri ormoni intestinali, dotati di maggiore efficacia sulla riduzione ponderale, sono attualmente in avanzata fase di sperimentazione e alcuni hanno già ricevuto l’approvazione della FDA [13, 14].

Gli effetti dei GLP-1 RA sulla perdita di perdita di peso e sul miglioramento dell’IR hanno stimolato l’interesse sulle possibilità di nuovi approcci terapeutici anche nelle pazienti con PCOS. Sono stati quindi condotti numerosi studi clinici randomizzati (RTCs) per valutare gli effetti di tale classe di farmaci nelle pazienti PCOS con sovrappeso o obesità [15–18] e anche di compararne l’efficacia rispetto alla terapia con metformina [19].

Gestione del fenotipo normopeso

È noto che una quota variabile delle pazienti con PCOS può presentare un fenotipo normopeso, il cui percorso diagnostico-terapeutico presenta delle differenze rispetto al fenotipo con obesità [20]. In particolare, anche il fenotipo normopeso può presentare differenti livelli di IR, che sono generalmente meno gravi se confrontati con le pazienti con fenotipo obeso, ma di maggiore entità rispetto a soggetti normopeso senza PCOS.

Il trattamento farmacologico delle PCOS con fenotipo normopeso ha come obiettivo il miglioramento dell’IR, la riduzione degli elevati livelli plasmatici degli androgeni circolanti e della loro produzione a livello ovarico. Anche nel fenotipo normopeso vengono quindi consigliate adeguate modifiche dello stile di vita mediante interventi nutrizionali e incremento dell’attività fisica, finalizzate non alla perdita di peso ma al miglioramento dell’IR con aumento del consumo di frutta e vegetali per assicurare un adeguato apporto di vitamine e oligoelementi [10]. Come agenti terapeutici trovano indicazioni la metformina e il myo-inositolo per il loro effetto insulino-sensibilizzante [21], mentre non sono riportati RTCs sull’uso di Glucagon-like peptide 1 receptor agonists (GLP-1RA) in pazienti PCOS con fenotipo normopeso.

GLP-1 e PCOS

Vi sono evidenze cliniche che la secrezione del GLP-1 presenti delle alterazioni nelle pazienti con PCOS. A partire dalle prime osservazioni di Gama e colleghi, che non riportavano differenze significative nella secrezione basale e dopo test da carico con glucosio orale (OGTT) in un campione di 7 pazienti PCOS con fenotipo normopeso rispetto a controlli sani normopeso nonostante una maggiore IR nelle pazienti PCOS [22], alcuni studi basati su casistiche limitate hanno esaminato la secrezione di GLP-1 in donne PCOS normopeso e con obesità rispetto a controlli di pari età e peso. Pontikis e colleghi hanno valutato la secrezione di GLP-1 basale e dopo OGTT in 10 pazienti PCOS con fenotipo obeso e 10 con fenotipo normopeso hanno evidenziato che la secrezione basale di GLP-1 é ridotta nelle donne PCOS con obesità rispetto alle normopeso e ai controlli, ma dopo OGTT non si evidenziano differenze [23]. Successivamente, Vrbikova e collaboratori [24] hanno osservato che, nonostante l’assenza di differenze nella risposta glicemica e insulinica in 21 pazienti PCOS con fenotipo normopeso e 13 controlli normopeso, i livelli di GLP-1 erano simili nei due gruppi con PCOS e nei controlli fino a 60 minuti dopo OGTT. Tuttavia, i livelli di GLP-1 divenivano significativamente più bassi dopo 180 minuti nelle pazienti con PCOS rispetto ai controlli, suggerendo quindi che alterazioni della secrezione di GLP-1 nella fase tardiva potevano rappresentare un marcatore precoce di prediabete nelle pazienti con PCOS. Invece Svendsen e colleghi hanno riportato in uno studio controllato solo un trend di significatività per valori più bassi di GLP-1 dopo OGTT nelle pazienti PCOS con fenotipo obeso rispetto al gruppo con fenotipo normopeso [25]. Più recentemente, Aydin e colleghi hanno esaminato i livelli di GLP-1 a digiuno e postprandiali e hanno osservato che entrambi erano significativamente ridotti nelle pazienti PCOS con fenotipo normopeso rispetto ai controlli [26]. Questi studi hanno mostrato dunque la possibile presenza di una alterazione della secrezione incretinica anche nelle pazienti con PCOS e fenotipo normopeso.

Vi sono tuttavia numerose evidenze precliniche e cliniche che indicano che GLP-1 potrebbe esercitare effetti diretti sulla modulazione dell’asse ipotalamo-ipofisi-ovaio che si verificano, quindi, anche indipendentemente dalla perdita di peso e dal miglioramento del metabolismo glicidico.

Lo scopo di questa rassegna è, pertanto, di riportare le evidenze sperimentali e cliniche sul possibile ruolo diretto del GLP-1 nella regolazione della funzionalità dell’asse ipotalamo-ipofisi-ovaio e nei meccanismi patogenetici della PCOS, per fornire un possibile supporto al razionale del trattamento con GLP-1RA anche nelle pazienti normopeso affette da PCOS.

Glucagon-like peptide-1 e l’asse ipotalamo-ipofisi-ovaio (HPO)

Il GLP-1 è un ormone incretinico secreto dalle cellule L intestinali dell’ileo distale e del colon prossimale in risposta all’assunzione di nutrienti. Il GLP-1 esercita il suo effetto anoressizzante sia agendo sul centro fame-sazietà situato nel nucleo arcuato dell’ipotalamo, sia rallentando lo svuotamento gastrico. Inoltre, GLP-1 riveste un ruolo importante nella regolazione dell’omeostasi del glucosio, stimolando la secrezione pancreatica di insulina e inibendo quella di glucagone [27].

L’espressione ubiquitaria di recettori per il GLP-1 (GLP-1R) sia a livello ipotalamico che nell’apparato riproduttivo femminile fornisce il presupposto per il coinvolgimento del GLP-1 nella modulazione dell’attività dell’asse ipotalamo-ipofisi-ovaio (HPO). Infatti, vi sono sempre maggiori evidenze che GLP-1 svolga un ruolo strategico come segnale metabolico per il sistema riproduttivo, indipendentemente dai suoi effetti sul controllo del circuito fame-sazietà, sul mantenimento del peso corporeo e sul controllo glicemico.

Effetti sull’asse HPO: ipotalamo e ipofisi

GLP-1 esercita effetti modulatori sui complessi meccanismi che integrano la nutrizione e la riproduzione [28] e differenti studi sperimentali forniscono evidenze sugli effetti neuroendocrini del GLP-1. In particolare, in uno studio in vitro su linea cellulare neuronale ipotalamica di roditore (GT1-7) è stato osservato un effetto stimolatorio dose-dipendente del GLP-1 sul rilascio di GnRH [29]. Nello stesso studio, gli autori evidenziano anche un rapido aumento dei livelli plasmatici di LH dopo l’iniezione intra-cerebroventricolare di GLP-1 nei ratti maschi. Analogamente, in un altro studio in vivo il trattamento acuto con GLP-1 in femmine di ratto ha determinato un aumento dell’ampiezza del picco preovulatorio di LH, probabilmente attraverso l’attivazione della proteina kisspeptin-1 (Kiss-1), un regolatore fisiologico del rilascio pulsatile di GnRH dai neuroni GnRH secernenti, con aumento della secrezione di estradiolo e progesterone associati ad aumento della maturazione follicolare e della formazione dei corpi lutei [30]. Tuttavia, nello stesso studio, l’esposizione cronica al GLP-1RA Exendin-4 (Ex4) riduce l’espressione ipotalamica dei recettori di Kiss-1, con una marcata riduzione del picco preovulatorio di LH. In uno studio in vitro, utilizzando neuroni GnRH di topi maschi adulti, è stato però dimostrato che sia GLP-1 che Ex4 potrebbero stimolare i neuroni GnRH attraverso il GLP-1R, con meccanismi complessi che coinvolgono il controllo degli input presinaptici eccitatori GABA-ergici sui neuroni GnRH mediante la produzione di messaggeri retrogradi, come l’ossido nitrico e gli endocannabinoidi [31].

MacLusky NJ e colleghi [32] hanno dimostrato il ruolo del GLP-1 come segnale modulatore della riproduzione utilizzando un modello sperimentale di topi femmine knockout per il gene del GLP-1. Tali animali presentano modeste diminuzioni del peso delle gonadi e ritardo della comparsa del primo estro associato ad alterazioni nella follicologenesi, senza però determinare un deficit grave della capacità riproduttiva. Questi risultati suggeriscono l’ipotesi del coinvolgimento del GLP-1 nel controllo dello sviluppo puberale attraverso la secrezione ipotalamica di GnRH, sebbene il meccanismo alla base di tale processo non sia tuttora chiarito.

Più recentemente, Arbabi e collaboratori [33] hanno dimostrato l’effetto sia di GLP-1 che di Ex4 in un modello sperimentale ovino dopo ovariectomia e in trattamento con dosi sostitutive di estrogeni e progesterone per sopprimere la secrezione endogena di GnRH. La somministrazione diretta sia di GLP-1 che Ex4 nell’eminenza mediana, a livello delle terminazioni secretorie dei neuroni GnRH, stimola la secrezione di GnRH, con concomitante stimolazione della secrezione di LH, almeno nella specie ovina. Il modello sperimentale dello studio non può tuttavia escludere che GLP-1 possa anche agire attraverso i neuroni Kiss-1 nel nucleo arcuato, che l’espressione del GLP-1R possa variare nelle diverse fasi del ciclo estrale o che l’azione di GLP-1 si possa esplicare anche direttamente a livello dell’ipofisi e dell’ovaio.

Più recentemente, utilizzando tecniche immunoistochimiche e optogenetiche in un modello murino, Vastagh e colleghi hanno dimostrato un effetto stimolatorio diretto dei neuroni GLP-1 sulle cellule GnRH secernenti nel contesto della sincronizzazione delle vie nutrizionali e metaboliche con il controllo della riproduzione [34].

Per quanto riguarda il coinvolgimento dell’ipofisi, sebbene essa si collochi fuori dalla barriera emato-encefalica ed esprima i GLP-1R sia nel ratto che nell’uomo [35], sembra essere meno probabile un effetto diretto del GLP-1 sul rilascio ipofisario di LH. Infatti, nello studio su femmine di ratto riportato precedentemente [30], mentre l’espressione del GLP-1R a livello ipotalamico aumenta progressivamente a partire dalle prime fasi dell’estro per favorire il picco secretorio di LH, a livello ipofisario la sua espressione diminuisce indicando, quindi, un minore effetto del GLP-1 a livello ipofisario; d’altro canto, un analogo progressivo aumento durante le fasi dell’estro dell’espressione del GLP-1R a livello ovarico non permette di escludere un effetto del GLP-1 diretto sull’ovaio [30].

Le evidenze sperimentali dimostrano, quindi, il ruolo stimolatorio del sistema GLP-1/GLP-1R a livello ipotalamico e supportano l’ipotesi di un possibile effetto dei GLP-1RA nel modulare alcune delle alterazioni neuroendocrine nella secrezione del GnRH coinvolte nella patogenesi della PCOS [36].

Effetti sull’asse HPO: ovaio

Evidenze sperimentali indicano che GLP-1 può rivestire un ruolo rilevante nella patogenesi della disfunzione ovarica che caratterizza la PCOS, sia in termini di alterazioni della steroidogenesi che della follicologenesi [37].

Partendo dall’osservazione che il GLP-1 promuove la proliferazione e la sopravvivenza delle cellule \(\beta \) pancreatiche, He e collaboratori hanno riscontrato mediante analisi immunoistochimica che GLP-1R viene espresso in campioni di tessuto ovarico sia di donne sane che affette da carcinoma ovarico [38]. Inoltre, Ex4 sopprime la proliferazione e aumenta la percentuale di cellule apoptotiche sia in vitro, su linee cellulari umane di carcinoma ovarico, sia in vivo, in un modello sperimentale murino, mediante l’inibizione della via PI3K/Akt, senza tuttavia indurre significative modifiche del peso o del profilo glicemico in tali animali.

Nishiyama e colleghi hanno valutato gli effetti di GIP (polipeptide inibitorio gastrico) e GLP-1 sulla steroidogenesi ovarica su cellule della granulosa (GC) di ratto e hanno dimostrato che il trattamento con incretine, soprattutto GIP, si associa ad aumentata espressione dell’mRNA del recettore di FSH nelle GC, soppressione della produzione di progesterone indotta da FSH, senza però alterare la produzione basale o FSH-stimolata di estradiolo [39]. Tali effetti sono in parte mediati dall’attivazione della via di segnalazione della proteina morfogenetica dell’osso (BMP) a livello ovarico, che è coinvolta nella fisiologica regolazione della steroidogenesi dei follicoli in accrescimento e la cui espressione risulta aumentata in colture di GC isolate da pazienti con PCOS.

Poiché l’atresia follicolare indotta dall’apoptosi delle GC è una delle cause del fallimento nella selezione del follicolo dominante, Sun et al. hanno studiato in un modello murino di PCOS il ruolo di GLP-1 nel modulare la funzione delle GC e lo sviluppo degli ovociti [40]. Nella prima parte del loro studio, gli autori hanno dimostrato che GLP-1R viene espresso nelle cellule della granulosa murale (MGC) e che la sua espressione si riduce nel sottogruppo con PCOS rispetto al gruppo di controllo. Successivamente, somministrando al sottogruppo con PCOS liraglutide 0,2 mg/kg due volte al giorno (s.c.) per 21 giorni, gli autori hanno evidenziato che la liraglutide stimola in modo dose-dipendente la proliferazione e inibisce l’apoptosi delle MGC contribuendo, quindi, alla maturazione degli oociti. Tali effetti si associano a modificazioni dei siti di fosforilazione della proteina O1 (FoxO1), un regolatore negativo della sopravvivenza cellulare. Inoltre, rispetto al gruppo placebo, nel gruppo trattato con liraglutide il peso si è ridotto in modo significativo e nel 40% degli animali si sono ripristinati dei cicli estrali regolari.

Queste osservazioni evidenziano alcuni dei meccanismi molecolari mediante i quali GLP-1 partecipa allo sviluppo follicolare e alla maturazione degli ovociti, e indicano che alterazioni della funzionalità dell’asse GLP-1/GLP-1R possono essere coinvolte nella patogenesi della PCOS. Pertanto, la modulazione della steroidogenesi e della follicologenesi potrebbe costituire un altro obiettivo del trattamento con GLP-1RA in pazienti con PCOS.

Tuttavia, anche la glucotossicità potrebbe contribuire alla disfunzione ovarica nelle pazienti con PCOS. Artunc-Ulkumen e colleghi hanno riportato che, nei ratti con diabete indotto da streptozotocina, la glucotossicità può determinare gravi danni anche a livello ovarico ed endometriale [41]. In particolare, l’iperglicemia correlata al diabete agisce attraverso lo stress ossidativo, la fibrosi e l’infiammazione a carico degli organi riproduttivi, con riduzione della riserva ovarica e della secrezione di AMH. Di interesse, nel gruppo di ratti con diabete indotto da streptozotocina, il trattamento con Ex4 riduce l’infiammazione e la fibrosi sia nell’ovaio che nell’endometrio, con associata diminuzione dei markers di stress infiammatorio e ossidativo e aumento della riserva ovarica.

Le alterazioni dell’asse HPO e i possibili effetti dei GLP-1 RA sono schematizzati nella Fig. 1.

Fig. 1
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Alterazione dell’asse ipotalamo-ipofisi-ovaio nella PCOS e possibile effetto dei GLP-1 RA. GLP-1RA, Glucagon-like peptide 1 receptor agonist; GnRH, Gonadotropin-releasing Hormone; LH, Luteinizing Hormone; FSH, Follicle Stimulating Hormone; SHBG, Sex Hormone-binding Globulin.

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Conclusioni

A prescindere dalla documentata efficacia dei GLP-1RA nel determinare sia una significativa e permanente perdita di peso, sia il miglioramento del metabolismo glucidico nelle pazienti con PCOS e obesità, una quota variabile di pazienti può presentare un fenotipo di PCOS normopeso e manifestare ugualmente IR e alterazioni della secrezione incretinica, indipendenti dall’eccesso ponderale. L’approccio terapeutico delle PCOS con fenotipo normopeso presenta alcune differenze rispetto al fenotipo con obesità e non sono stati attualmente condotti RCTs con GLPA-1RA in tale gruppo di pazienti.

Le evidenze precliniche indicano che GLP-1R sono espressi in maniera ubiquitaria sia a livello dell’ipotalamo che nell’apparato riproduttivo femminile e che il sistema GLP-1/GLP-1R partecipa fisiologicamente alla regolazione della funzionalità di asse HPO nell’ambito dei complessi meccanismi che integrano la nutrizione e la riproduzione. In particolare, i dati sperimentali ottenuti in modelli animali dimostrano il ruolo stimolatorio del sistema GLP-1/GLP-1R a livello ipotalamico sulla secrezione del GnRH e supportano il possibile effetto dei GLP-1 RA nel modulare alcune delle alterazioni neuroendocrine della secrezione del GnRH coinvolte nella patogenesi della PCOS.

Inoltre, GLP-1, mediante differenti meccanismi molecolari, riveste un ruolo rilevante nel controllo della steroidogenesi e dello sviluppo follicolare a livello ovarico e gli studi su modelli animali dimostrano effetti dose-dipendenti dei GLP-1 RA sulla regolazione di elementi patogenetici della PCOS a livello ovarico, come l’alterazione della maturazione degli oociti e dei meccanismi che portano all’atresia follicolare e al fallimento nella selezione del follicolo dominante.

Sebbene tali evidenze sperimentali possano rappresentare, quindi, il razionale per il trattamento con GLP-1 RA nella PCOS, indipendentemente dal loro effetto sul peso corporeo, studi clinici di intervento nelle pazienti con PCOS e fenotipo normopeso sono comunque necessari per dimostrare gli effetti diretti dei GLP-1RA sui meccanismi delle alterazioni della neuroregolazione del GnRH a livello ipotalamico e della steroidogenesi e follicologenesi a livello ovarico. Tali studi saranno di particolare rilevanza, considerando l’avvento nello scenario farmacologico di nuovi GLP-1RA dotati di maggiori effetti sulla riduzione ponderale e che potrebbero ulteriormente definire le azioni del GLP-1 sulla funzionalità dell’asse HPO e sulle alterazioni del metabolismo glicidico e della secrezione incretinica che si manifestano nelle pazienti PCOS con fenotipo normopeso.