Difetti congeniti del metabolismo e sindromi distrofiche

a cura del Dott. Samorindo Peci phd

I difetti del metabolismo

Il genoma umano comprende più di centomila geni ed è suscettibile di mutazioni in ogni locus. L'interruzione nella sequenza di DNA codificante un enzima determina il mancato svolgimento della reazione chimica catalizzata da quell'enzima alla sua corretta velocità. Ciò produce conseguenze negative dovute alla produzione insufficiente di un metabolita essenziale, all'accumulo di precursori non metabolizzati o alla produzione eccessiva di composti che normalmente esistono in quantità molto ridotte. Il termine "errore congenito del metabolismo", introdotto da Archibald Garrod nella prima decade di questo secolo, viene applicato a centinaia di patologie diverse, ciascuna dovuta a un difetto di una specifica via enzimatica coinvolta nel metabolismo umano. Il testo di riferimento in questo campo, Basi metaboliche e molecolari delle malattie ereditarie, comprende attualmente tre volumi suddivisi in più di 150 sezioni. L'impatto clinico risultante da mutazioni a carico di queste vie metaboliche varia ampiamente, da condizioni relativamente asintomatiche, come nella cistationinuria, a modeste alterazioni, quali la cistinuria con presenza di calcoli renali, fino a malattie con impatto devastante, come i difetti del ciclo dell'urea, che sono letali nel periodo neonatale se non prontamente diagnosticati.

La maggior parte dei difetti congeniti del metabolismo è rara, con un'incidenza di 1:100.000 nella popolazione generale, ed è ereditata per via autosomica recessiva. Questo significa che entrambi i genitori dell'individuo affetto sono portatori (eterozigoti obbligati), anche se di solito sono clinicamente sani. Il rischio di due portatori di avere un altro figlio affetto (omozigote) è di 1:4 per ciascuna successiva gravidanza. Un certo numero di malattie congenite viene ereditato tramite il cromosoma X. Nelle condizioni le­gate al cromosoma X il 50 per cento delle figlie di una femmina portatrice sarà anch'essa portatrice, la metà dei figli maschi sarà affetta (emizigoti) e la metà dei figli maschi e delle figlie femmine sarà sana. Tipiche malattie legate al cromosoma X sono la sindrome di Lesch-Nyhan, il deficit di ornitina transcarbamilasi (OTC) e la sindrome di Hunter.

La comprensione dei meccanismi dell'ereditarietà umana è stata ulteriormente complicata dalla recente scoperta che il DNA mitocondriale, che si replica indipendentemente dal DNA nucleare, può essere suscettibile di mutazioni e può portare a errori congeniti del metabolismo. Il quadro si complica in quanto tutti i mitocondri sono ereditati dalla linea materna e non da quella paterna. Gli ovociti contengono tutti i mitocondri che verranno incorporati nell'embrione in via di sviluppo e i mitocondri si replicano in ciascuna cellula, portando in alcuni casi alla segregazione di mutazioni mitocondriali tessuto-specifiche. Inoltre si assiste a un'elevata percentuale di mutazioni somatiche nei mitocondri i cui effetti aumentano con l'età. Tutti questi fattori contribuiscono alla genesi di patologie a diverso grado di espressività durante la vita e con modalità di trasmissione ereditaria che in nessun modo assomigliano alle modalità dell'ereditarietà mendeliana classica. Esempi di condizioni che risultano da mutazioni nel genoma mitocondriale comprendono la neuropatia ottica ereditaria di Leber, la sindrome MERRF, la sindrome MELAS, un gruppo di miopatie mitocondriali e alcune cardiomiopatie. Casi sporadici di malattia di Leigh sono stati identificati come risultato di mutazioni mitocondriali, sebbene anche mutazioni nu­cleari possano causare questa sindrome clinica. Anche la sindrome di Kearns-Sayre è il risultato di mutazioni mitocondriali (vedi le singole voci per ulteriori dettagli sulle diverse malattie).

La diagnosi dei difetti congeniti del metabolismo richiede l'accesso a laboratori specializzati nell'analisi dei diversi fluidi corporei per la ricerca dei metaboliti, come il dosaggio degli aminoacidi e degli acidi organici nel plasma e nelle urine. La diagnosi delle malattie d'accumulo richiede solitamente l'analisi diretta tessutale dell'enzima di cui si sospetta il difetto, per esempio degli enzimi lisosomiali. Le patologie del metabolismo dei carboidrati, dei metalli pesanti, del metabolismo degli steroidi e altri disordini possono ri­chiedere l'invio di campioni a specifici laboratori di riferimento. Il miglior test per la diagnosi iniziale della maggior parte degli errori congeniti del metabolismo è l'analisi delle urine: campioni di urine sono facilmente ottenibili e forniscono maggiori informazioni sulle condizioni patologiche rispetto al plasma.

Il neonato con una malattia catastrofica costituisce un frequente dilemma nei reparti di unità intensiva neonatale. Sebbene la maggior parte di queste malattie infantili derivi da sepsi o da patologie dell'apparato respiratorio e cardiocircolatorio, alcune sono dovute a un errore congenito del metabolismo.

È essenziale ricordare di dosare innanzitutto gli elettroliti e i bicarbonati del neonato: la dimostrazione di un aumentato gap anionico (la somma di sodio e potassio meno la somma di doro e bicarbonato maggiore di 18 mEq/1) è un forte indicatore della presenza di un'aciduria organica; in questo caso, l'analisi degli acidi organici nelle urine è indispensabile. Il riscontro di un'alterazione degli acidi organici urinari dovrebbe portare direttamente alla diagnosi. Alcune di tali alterazioni sono elencate nella Figura 2.1: tra queste la malattia dello sciroppo d'acero (MSUD), il deficit di beta-chetotiolasi, l'aciduria propionica e metilmalonica, l'acidemia isovalerica (IVA), il deficit di acyl-CoA deidrogenasi a media catena (MCAD), l'aciduria glutarica tipo I e II, Possiprolinuria e una quantità di altre malattie rare. Altri segni clinici che suggeriscono un'acidemia organica nel periodo neonatale sono la presenza di trombocitopenia e/o neutropenia, l'aumento dell'acido lattico plasmatico o la presenza di un odore peculiare. Alcune acidemie organiche, come la MSUD o PIVA, comportano l'escrezione di composti che hanno un odore molto acre.

Se gli acidi organici sono normali ma è presente un aumentato gap anionico allora si deve dosare l'acido lattico. L'acido lattico nelle urine è instabile e quindi non può essere misurato con un dosaggio degli acidi organici urinari. L'aumento del livello plasmatico di acido lattico sopra i 2 mM suggerisce una acidosi lattica primaria o secondaria. L'acidosi lattica secondaria può essere il risultato sia di uno stato di shock sia di diverse malattie metaboliche, comprese le malattie da accumulo di glicogeno, la tirosinemia, la galattose-mia e patologie non metaboliche, quali la coartazione aortica. Le acidosi lattiche primarie includono i difetti dell'enzima piruvato-carbossilasi e del complesso della piruvato-deidrogenasi, come pure i difetti della fosforilazione ossidativa mitocondriale.

Se il bilancio acido-base è normale e l'ammoniemia risulta elevata andrebbe dosata la citrullinemia: ciò permette di distinguere i vari disordini del ciclo dell'urea, che includono il deficit di carbamilfosfato sintetasi, il deficit di ornitina transcarbamilasi (OTC), l'aciduria argininosuccinica e la citrullinemia. Se gli acidi organici e l'ammoniemia sono normali, pochi sono i difetti congeniti del metabolismo in grado di produrre questo quadro clinico: tra questi Piperglicinemia non dietetica e l'aciduria ceaminoadipica.

Le mucopolisaccaridosi possono essere identificate dalla scoperta di una aumentata escrezione urinaria di mucopolisaccaridi; altre malattie da accumulo non producono escrezione di metaboliti specifici nelle urine. I pazienti che ne sono affetti richiedono quindi o la biopsia cutanea o altre misurazioni dell'enzima deficitario perché si possa giungere alla diagnosi. L'esame obiettivo è solitamente normale nei pazienti con malattie del me­tabolismo degli aminoacidi e con difetti del ciclo dell'urea, tranne che per i sintomi neurologici. Caratteristiche suggestive di una malattia da accumulo sono le anomalie oculari, con pigmentazione retinica, macula rosso ciliegia o cataratta. Altre caratteristiche cliniche specifiche di numerose patologie da accumulo sono l'aspetto grossolano del volto, l'epatosplenomegalia, l'ispessimento abnorme della cute, la riduzione delle libertà articolari e anomalie ossee.

Per molti anni è stato possibile diagnosticare le patologie metaboliche congenite, ma non esisteva alcuna terapia specifica per curarle. Con la descrizione della fenilchetonuria (PKU), verso la metà del secolo, è stata suggerita la possibilità di adottare una terapia dietetica per superare l'interruzione di una via metabolica. I pazienti diagnosticati nei primi mesi di vita e che vengono sottoposti a una dieta con ridotto apporto di fenilalanina hanno un esito che produce in media un livello di QI uguale a 100. Di conseguenza, la terapia dietetica è stata introdotta anche nel trattamento della galattosemia, della malattia dello sciroppo d'acero e della tirosinemia, sebbene con minor efficacia. Nonostante ne venga assicurata la sopravvivenza, i pazienti con galattosemia e tirosinemia continuano a manifestare problemi che richiedono ulteriori interventi terapeutici.

Attualmente, stanno diventando disponibili terapie efficaci sia per molti difetti del metabolismo degli aminoacidi e dei carboidrati, sia per altri difetti congeniti metabolici. La maggior parte dei difetti del metabolismo degli aminoacidi può essere parzialmente corretta attraverso il limitato apporto del metabolita incriminato. I bambini affetti possono essere incapaci di tollerare più di Ig/kg/die di proteine dalla dieta, quantità che può ancora consentire una crescita e uno sviluppo adeguati. Sebbene molti bambini in America e nei Paesi occidentali assumano una dieta che contiene tra i 2 e i 3 g/ kg/die di proteine, molti bambini del Terzo Mondo crescono con quantità molto inferiori. Tale limitazione dietetica può essere ulteriormente migliorata aumentando la quantità di aminoacidi che non vengono metabolizzati dalla via metabolica difettosa. In commercio sono disponibili diversi prodotti dietetici per l'infanzia privi di specifici aminoacidi.

Un'ulteriore possibilità di trattamento dei difetti congeniti del metabolismo si basa sull'innovativa terapia proposta da Saul Brusilow della Johns Hopkins University di Baltimora (USA) che ha sviluppato sostanze alternative per l'eliminazione delle scorie azotate. Questi composti sono descritti sotto le voci specifiche riguardanti i difetti del ciclo dell'urea e forniscono un mezzo farmacologico che consente all'organismo di compensare la sua incapacità di sintetizzare urea dall'ammoniaca. Nell'ambito delle vie alternative si colloca il trattamento con cistamina per la cistinosi nefropatica. In questa malattia, la cistina è incapace di uscire dai lisosomi provocando un eccessivo accumulo di cistina lisosomiale, la sindrome di Panconi, seguita da insufficienza renale progressiva che porta a malattia renale terminale entro i 10 anni di età. La cistamina è stata approvata come farmaco dalla Food and Drug Administration nel 1994. Questa sostanza reagisce all'interno dei lisosomi trasformandosi in un composto che può allontanarsi dai lisosomi stessi. Studi clinici hanno dimostrato che la somministrazione a lungo termine di cistamina a soggetti con cistinosi nefropatica induce la conservazione della funzionalità renale e migliora la crescita. Un'altra terapia farmacologica si basa sul trattamento con NTBC per la tirosinemia tipo I. Questa malattia devastante provoca cirrosi nodulare e carcinoma epatocellulare.

L'NTBC blocca la produzione dei metaboliti tossici responsabili del processo patologico che si osserva nel fegato e studi clinici hanno dimostrato a tutt'oggi un miglioramento significativo dei parametri biochimici e clinici.

I disordini del metabolismo degli acidi organici possono rispondere a terapia vitaminica. Molti enzimi richiedono dei cofattori (vitamine) per la loro attività catalitica e in qualche caso il difetto genetico coinvolge la regione dell'enzima che lega il cofattore. In situazioni simili è talvolta possibile ottenere un miglioramento della funzionalità enzimatica trattando il paziente con dosi farmacologiche della specifica vitamina/cofattore necessario a quell'enzima. Un esempio è la terapia con vitamina 612 dell'aciduria metilmalonica B2 responsiva.

Nei pazienti con acidosi metabolica, andrebbe dosata la carnitina plasmatica, in particolare se gli acidi organici sono anormali. Se la carnitina è bassa può essere instaurata una terapia con carnitina che in molti casi da buoni effetti. La carnitina è necessaria per l'ossidazione degli acidi grassi all'interno dei mitocondri, in quanto gli acidi grassi vengono coniugati con la carnitina prima del loro trasporto all'interno dei mitocondri. Molte acidemie organiche provocano un deficit secondario di carnitina a causa dell'escrezione urinaria delle acetilcarnitine, le quali sono il prodotto di coniugazione tra gli acidi organici che si accumulano in seguito alla malattia e i depositi endogeni di carnitina. Il deficit secondario di carnitina aumenta quindi il danno causato dall'acidemia organica, poiché l'incapacità a ossidare completamente gli acidi grassi nei mitocondri porta ad accumulo di corpi chetonici, ipoglicemia, acidosi metabolica e ad aumento della produzione di acido lattico. Ovviamente le speranze per i pazienti affetti da malattie genetiche riposano, sul lungo periodo, nella terapia genica. Secondo un protocollo di terapia ideale si dovrebbe introdurre il gene interessato nel tessuto che ne è privo tramite un vettore che si integri e produca l'espressione stabile a lungo termine del prodotto genico desiderato e senza effetti collaterali. Alcuni studi sono stati intrapresi per trattare malattie come il deficit di adenosinadeaminasi, la fibrosi cistica e il deficit dei recettori per le LDL. Attualmente, i ri­sultati di tali studi hanno dimostrato la realizzabilità della metodica e incoraggiano ulteriori approfondimenti. Purtroppo, poiché queste sono patologie "orfane", è verosimile che la maggior parte degli sforzi della terapia genica verranno diretti verso le patologie prevalenti più frequenti, almeno sul breve periodo, piuttosto che verso le classiche malattie "orfane" quali sono i difetti congeniti del metabolismo.

Il miglioramento del decorso e la possibilità di mantenere in vita i pazienti affetti da queste malattie sono legati alla rapidità del sospetto diagnostico e al pronto riferimento presso laboratori diagnostici specializzati o centri di terapia.