Il problema del mannitolo: perché alcune terapie con NAD+ non sono all’altezza
Il mannitolo come barriera all'assorbimento intracellulare del NAD+ nella somministrazione endovenosa
Meccanismi d'azione, correlazioni con ROS e infiammazione, alternative terapeutiche senza mannitolo
Abstract
Il nicotinammide adenina dinucleotide (NAD+) è un coenzima universale, essenziale per il metabolismo energetico mitocondriale, il mantenimento del genoma e la regolazione redox. Con l'avanzare dell'età i livelli di NAD+ calano in modo marcato, e questo contribuisce alla disfunzione mitocondriale, allo stress ossidativo, a una ridotta riparazione del DNA e alla perdita di resilienza cellulare [1–5]. La somministrazione endovenosa (EV) di NAD+ è stata proposta come strategia per ricostituire rapidamente le riserve sistemiche. Le evidenze cliniche, però, mettono in luce una discrepanza singolare: dopo l'infusione il NAD+ plasmatico può salire nettamente, mentre i benefici intracellulari restano spesso al di sotto delle attese.
Un fattore spesso trascurato in questa discrepanza è il mannitolo, l'eccipiente stabilizzante comunemente aggiunto alle formulazioni di NAD+. Il mannitolo protegge il NAD+ dalla degradazione durante la conservazione, ma in vivo introduce barriere fisiologiche. Aumentando l'osmolarità extracellulare, disidratando e irrigidendo le membrane e serrando le giunzioni endoteliali, il mannitolo trattiene il NAD+ all'esterno della cellula. Questo accumulo extracellulare espone il NAD+ a una rapida degradazione enzimatica, riducendone il potenziale terapeutico.
Il paradosso è massimo nelle persone con infiammazione cronica e stress ossidativo, cioè proprio nelle popolazioni che più avrebbero bisogno di un ripristino del NAD+. Questo lavoro esamina i meccanismi con cui il mannitolo ostacola l'assorbimento del NAD+, gli effetti che si sommano a quelli delle specie reattive dell'ossigeno (ROS) e della segnalazione infiammatoria, lo scarto tra livelli plasmatici e benefici intracellulari, e le ragioni per cui le formulazioni prive di mannitolo risultano un'opzione terapeutica più compatibile sul piano biologico.
Introduzione
Il NAD+ svolge in biologia un doppio ruolo, entrambi indispensabili. Funziona come cofattore redox nella glicolisi, nel ciclo degli acidi tricarbossilici e nella fosforilazione ossidativa, dove trasporta elettroni per sostenere la produzione di ATP. È inoltre substrato di enzimi cruciali come sirtuine, PARP e CD38, che regolano la riparazione del DNA, l'espressione genica, la stabilità epigenetica e la segnalazione immunitaria [2,7].
Il calo dei livelli di NAD+ è un tratto distintivo dell'invecchiamento e delle malattie croniche, e concorre ad affaticamento,
neurodegenerazione, disfunzione metabolica e a un progressivo declino dell'omeostasi cellulare [1,3,5]. I precursori orali come il nicotinamide riboside (NR) e il nicotinammide mononucleotide (NMN) possono innalzare in modo modesto i metaboliti circolanti, ma per la scarsa biodisponibilità e il metabolismo di primo passaggio spesso non riportano il NAD+ tissutale a livelli funzionali [9].
L'infusione endovenosa di NAD+ si è quindi imposta come approccio diretto e attraente. Evita la digestione, innalza rapidamente i livelli plasmatici e viene presentata sul mercato come strumento potente per energia, recupero e longevità. Eppure, nonostante i forti aumenti del NAD+ circolante, gli esiti clinici restano contrastanti: i marcatori intracellulari di salute mitocondriale, riparazione del DNA e attività delle sirtuine non migliorano sempre in parallelo [4,22].
Questa discrepanza suggerisce che la via di somministrazione e la formulazione contino quanto il dosaggio. Il mannitolo, pur essendo chimicamente protettivo, ha effetti biologici che ostacolano l'ingresso nella cellula. Comprendere questo paradosso è determinante per tradurre la terapia con NAD+ per via endovenosa in un impatto clinico reale.
Il doppio ruolo del mannitolo: protettore e ostacolo
Il mannitolo è largamente impiegato in ambito farmaceutico come agente di carica e crioprotettore. In neurologia si usa come diuretico osmotico per ridurre la pressione intracranica e l'edema cerebrale [10]. Nelle formulazioni di NAD+ previene l'aggregazione e stabilizza il composto durante la liofilizzazione e lo stoccaggio.
Le stesse proprietà che rendono il mannitolo utile in laboratorio, però, lavorano contro l'assorbimento del NAD+ nell'organismo. Il mannitolo è osmoticamente attivo ma non entra facilmente nelle cellule. Una volta infuso, richiama acqua dalle cellule verso lo spazio extracellulare. Ne derivano contrazione cellulare, aumento della tensione corticale e irrigidimento delle membrane. Di conseguenza i trasportatori di nutrienti e le vie endocitiche lavorano con minore efficienza [12,13].
A livello vascolare, il mannitolo provoca contrazione endoteliale e serramento delle giunzioni intercellulari. Se in neurochirurgia questa proprietà viene sfruttata per aprire temporaneamente la barriera ematoencefalica, nella circolazione sistemica l'effetto è opposto: la permeabilità paracellulare si riduce [13]. Il NAD+ resta così, di fatto, chiuso fuori dalle cellule bersaglio.
Il mannitolo presenta dunque un paradosso: conserva il NAD+ durante la produzione, ma gli impedisce di raggiungere il proprio bersaglio biologico all'interno della cellula.
Meccanismi: come il mannitolo blocca l'assorbimento
La barriera creata dal mannitolo agisce su più livelli biologici:
• Livello cellulare: la contrazione iperosmotica aumenta la rigidità corticale e sopprime l'endocitosi mediata da clatrina, riducendo l'internalizzazione del NAD+ [14].
• Livello molecolare: il mannitolo organizza l'acqua extracellulare in gusci di idratazione che rallentano la diffusione. Il NAD+ si attarda fuori dalle cellule, dove viene degradato da ectoenzimi come CD38 e CD73 [6,15].
• Livello vascolare: serrando le giunzioni endoteliali, il mannitolo riduce il passaggio transendoteliale e confina il NAD+ nel compartimento plasmatico [12,13].
Nel complesso, questi meccanismi spiegano perché i picchi di NAD+ plasmatico dopo l'infusione non si traducano con costanza in un ripristino intracellulare.
ROS, mannitolo e assorbimento intracellulare del NAD+
Le specie reattive dell'ossigeno (ROS) sono sottoprodotti inevitabili della respirazione mitocondriale, in particolare ai complessi I e III della catena di trasporto degli elettroni. A livelli fisiologici agiscono come molecole di segnale che regolano autofagia, adattamento all'ipossia e risposte immunitarie. In eccesso, invece, generano stress ossidativo e danneggiano lipidi, proteine e DNA (Kregel & Zhang, 2007 [16]).
Il NAD+ è un cardine delle difese antiossidanti. Sostiene la produzione di NADPH tramite deidrogenasi come la glucosio-6-fosfato deidrogenasi e l'isocitrato deidrogenasi. Il NADPH rigenera poi glutatione (GSH) e tioredossina, che tamponano i ROS. Consente inoltre la riparazione del DNA guidata dalle PARP e il mantenimento mitocondriale mediato dalle sirtuine (Houtkooper et al., 2010 [17]).
Il mannitolo complica questo sistema. Pur potendo neutralizzare i radicali idrossilici, il suo effetto è limitato, extracellulare e transitorio (Halliwell & Gutteridge, 2015 [18]). I ROS più dannosi si formano dentro i mitocondri, fuori dalla portata del mannitolo. Allo stesso tempo, il mannitolo limita l'ingresso del NAD+ nelle cellule, privando i mitocondri del cofattore necessario a produrre NADPH e a contrastare lo stress ossidativo (Dmitrieva & Burg, 2011 [12]).
Si crea così un circolo che si autoalimenta:
1. Il mannitolo limita l'assorbimento di NAD+, riducendo NADPH e difese antiossidanti. 2. I ROS mitocondriali aumentano, danneggiando lipidi e mtDNA.
3. Le membrane danneggiate diventano più rigide, riducendo ulteriormente l'ingresso del NAD+.
4. I mitocondri disfunzionali producono più ROS, perpetuando la barriera.
Questo circolo spiega perché le persone con elevato stress ossidativo, come gli adulti più anziani o chi convive con diabete e malattie neurodegenerative, mostrino spesso le risposte intracellulari più deboli al NAD+ endovenoso in presenza di mannitolo.
Infiammazione, mannitolo e assorbimento del NAD+
L'infiammazione cronica, o inflammaging, è un tratto distintivo dell'invecchiamento e della malattia (Franceschi & Campisi, 2014 [8]). Le citochine pro-infiammatorie (TNF-α, IL-1β, IL-6) attivano la segnalazione di NF-κB e STAT3 e aumentano l'espressione di CD38, uno dei principali ectoenzimi che consumano NAD+ (Aksoy et al., 2006 [19]). Quando il NAD+ resta intrappolato all'esterno delle cellule dal mannitolo, il CD38 lo degrada rapidamente, accelerandone la deplezione.
L'infiammazione altera anche la composizione lipidica delle membrane, riducendone la fluidità e compromettendo l'attività dei trasportatori (Calder et al., 2017 [20]). Sotto segnalazione infiammatoria le cellule endoteliali si contraggono e serrano le giunzioni, limitando ulteriormente la permeabilità (Mehta & Malik, 2006 [21]). Questi effetti si sovrappongono allo stress osmotico indotto dal mannitolo e aggravano il blocco.
A livello mitocondriale, la segnalazione infiammatoria spinge la produzione di ROS in eccesso, mentre livelli bassi di NAD+ disabilitano la riparazione e l'attività delle sirtuine (Grant et al., 2019 [3]; Chini et al., 2017 [15]). L'effetto combinato di infiammazione e mannitolo è una sinergia distruttiva:
• Il mannitolo trattiene il NAD+ fuori dalle cellule.
• L'infiammazione accelera la degradazione extracellulare e irrigidisce le membrane.
• Insieme, privano mitocondri e nuclei di NAD+, alimentando il danno ossidativo e il declino cellulare.
Questa sinergia spiega perché le persone anziane e quelle con quadri infiammatori rispondano spesso poco alla terapia endovenosa con NAD+ contenente mannitolo.
Implicazioni cliniche
Lo scarto tra NAD+ plasmatico e beneficio intracellulare ha implicazioni profonde. Le misurazioni cliniche riportano spesso i picchi plasmatici come prova di efficacia, mentre i marcatori di funzione intracellulare, come l'attivazione delle sirtuine, l'attività delle PARP e la respirazione mitocondriale, restano invariati [4,22].
Le formulazioni contenenti mannitolo possono quindi dare un'impressione di successo fuorviante. Nelle persone con elevato carico ossidativo o infiammatorio gli esiti sono particolarmente scarsi. Inoltre, il carico osmotico del mannitolo può affaticare i reni e il sistema vascolare, sollevando questioni di sicurezza nei soggetti fragili (Kochanek et al., 2019 [10]).
NAD+ senza agenti di carica come il mannitolo
Una via diretta per ridurre questa barriera è somministrare il NAD+ senza mannitolo. Le formulazioni isotoniche e fisiologiche preservano l'idratazione e la flessibilità delle membrane, condizioni che permettono al NAD+ di attraversarle.
Stabilizzanti alternativi come trealosio, saccarosio o amminoacidi mantengono la stabilità chimica senza creare barriere osmotiche [23,25]. Nanovettori e formulazioni liposomiali migliorano ulteriormente la veicolazione, schermando il NAD+ dalla degradazione extracellulare e facilitandone l'accesso intracellulare [24,26].
Sulla base dei meccanismi descritti, alle formulazioni prive di mannitolo la letteratura associa:
• un assorbimento cellulare meno ostacolato.
• un minore carico osmotico su reni e vasi.
• una corrispondenza più stretta tra livelli plasmatici e ciò che accade realmente dentro la cellula.
Conclusione
Il mannitolo mette in luce un paradosso centrale: protegge il NAD+ sul piano chimico ma lo blocca su quello biologico. Attraverso l'irrigidimento osmotico, il rallentamento della diffusione, il serramento endoteliale e la sinergia con ROS e infiammazione, il mannitolo spiega perché i picchi plasmatici dopo l'infusione endovenosa di NAD+ non garantiscano un beneficio intracellulare.
Riformulare il NAD+ in soluzioni fisiologiche prive di mannitolo è una strada concreta per rimuovere questa barriera: sul piano dei meccanismi descritti, il coenzima resta disponibile per i processi intracellulari di cui è cofattore, dal metabolismo energetico al mantenimento del genoma, anche nel contesto dell'invecchiamento e della malattia.
Bibliografia
1. Chini EN. CD38 as a regulator of cellular NAD. Curr Pharm Des. 2009;15(1):57–63.
2. Covarrubias AJ, Perrone R, Grozio A, Verdin E. NAD+ metabolism and ageing. Nat Rev Mol Cell Biol. 2021;22(2):119–141.
3. Grant R, Nguyen S, Guillemin GJ. NAD+ metabolism and neuroinflammation. Cells. 2019;8(7):702.
4. Yoshino J, Baur JA, Imai S. NAD+ intermediates and therapeutic potential. Cell Metab. 2018;27(3):513–528.
5. Verdin E. NAD+ in aging, metabolism, and neurodegeneration. Science. 2015;350(6265):1208–1213.
6. Camacho-Pereira J et al. CD38 dictates age-related NAD decline. Nat Metab. 2019;1:195–209.
7. Nikiforov A, Dölle C, Niere M, Ziegler M. NAD biosynthesis pathways. Front Biosci. 2011;16:307–314.
8. Franceschi C, Campisi J. Chronic inflammation as a hallmark of ageing. Nat Rev Immunol. 2014;14:450–462.
9. Mills KF et al. Long-term NMN administration. Cell Metab. 2016;24(6):795–806.
10. Kochanek PM et al. Intravenous mannitol therapy. Lancet Neurol. 2019;18:654–666.
11. Houtkooper RH, Canto C, Wanders RJ, Auwerx J. The secret life of NAD+. Cell Metab. 2010;12(1):31–44.
12. Dmitrieva NI, Burg MB. Hypertonic stress response. Physiol Rev. 2011;91:1535–1582.
13. Rapoport SI. Osmotic opening of the BBB. Ann Neurol. 2000;48:231–239.
14. Sheetz MP, Dai J. Cell membrane mechanics. Trends Cell Biol. 1996;6:285–289.
15. Chini CC, Tarragó MG, Chini EN. NAD and ageing. Mol Cell Endocrinol. 2017;455:62–74.
16. Kregel KC, Zhang HJ. Oxidative stress in aging. Am J Physiol. 2007;292:R18–R36.
17. Houtkooper RH, Canto C, Wanders RJ, Auwerx J. The secret life of NAD+. Cell Metab. 2010;12(1):31–44.
18. Halliwell B, Gutteridge JMC. Free Radicals in Biology and Medicine. Oxford Univ. Press; 2015.
19. Aksoy P, White TA, Thompson M, Chini EN. Regulation of CD38. Biochem Biophys Res Commun. 2006;345:1386–1392.
20. Calder PC et al. Inflammatory cytokines and membrane composition. J Nutr. 2017;147(7):1251–1265.
21. Mehta D, Malik AB. Endothelial permeability. Physiol Rev. 2006;86:279–367.
22. Rajman L, Chwalek K, Sinclair DA. Therapeutic potential of NAD-boosting molecules. Nat Rev Drug Discov. 2018;17:681–699.
23. Mensink MA et al. How sugars protect proteins. J Control Release. 2017;248:71–85.
24. Pinho E et al. Nanocarrier strategies for NAD+ delivery. Drug Deliv Transl Res. 2020;10:733–746.
25. Clegg JR et al. Stable polymer excipients for biologics. Adv Drug Deliv Rev. 2021;171:50–67.
26. Kang H et al. Liposomal strategies for NAD+ therapeutics. Int J Pharm. 2022;613:121391.
Nota dell'autore
Il dibattito sulla terapia con NAD+ è spesso dominato dall'entusiasmo, mentre dettagli importanti come la formulazione vengono raramente presi in considerazione. Il mannitolo, per quanto utile a stabilizzare i composti, può involontariamente limitare i risultati che le persone si aspettano. Portando l'attenzione su questo aspetto trascurato, il mio obiettivo è rendere una scienza complessa più accessibile e più vicina a chi cerca una vita più lunga e in salute.
Credo che i progressi nella longevità non arriveranno soltanto da grandi scoperte, ma anche dalla cura dei dettagli: rimuovere le barriere, migliorare la veicolazione e i risultati terapeutici, allineare la scienza ai bisogni reali delle persone. A mio avviso la terapia con NAD+ ha il potenziale per diventare un pilastro della salute cellulare e della longevità, a condizione di metterla nelle condizioni migliori per agire dentro l'organismo.
Autore: Henry Gertjan van de Glind
Data di pubblicazione: 10 ottobre 2025