Ottobre-Dicembre 2012 • Vol. 42 • N. 168 • pp. 195-201
malattie metaboliche ereditarie
Aggiornamento sulle malattie metaboliche ereditarie Roberto Cerone, Maria Cristina Schiaffino, Anna Rita Fantasia, Michela Cassanello, Simone Murgia, Ubaldo Caruso
Centro Regionale di riferimento per lo screening neonatale e la diagnosi delle malattie metaboliche dell’Università, Istituto Giannina Gaslini, Genova
Riassunto I recenti lavori scientifici hanno evidenziato un importante avanzamento delle conoscenze nel campo delle malattie metaboliche ereditarie, in particolare nel settore degli screening neonatali, nelle identificazione di nuove patologie e nel campo della terapia. Il presente articolo di revisione descrive i progressi fatti in questi ultimi anni in particolare in tre aree: gli screening neonatali con particolare riguardo alle nuove metodologie che hanno permesso l’espansione dello spettro di patologie identificabili nelle prime epoche della vita; nuove malattie metaboliche di interesse neurologico, nello specifico: il deficit di piridox(am)ina 5’-fosfato ossidasi, il deficit del trasportatore della dopamina, gli errori congeniti del metabolismo e trasporto dei folati; nuovi approcci terapeutici, con particolare riguardo alle iperfenilalaninemie, alla malattia delle urine a sciroppo d’acero e ai difetti del ciclo dell’urea.
Summary Several recent scientific papers have showed a growing interest in the field of inborn errors of metabolism. This review describes the progress made in the last years, mostly in three important fields: newborn screening, with special attention to the new technologies used to expand the metabolic panel; newly identified metabolic disorders with neurological involvement, i.e. the pyridox(am)ine 5’-phosphate oxidase deficiency, the dopamine transporter defect, the inborn errors of folate metabolism and transport; new therapeutic approaches, particularly to hyperphenilalaninemias, maple syrup urine disease and urea cycle defects.
Introduzione In questi ultimi anni le conoscenze nel settore delle malattie metaboliche ereditarie hanno avuto una crescita significativa. In particolare l’attenzione si è rivolta: all’individuazione precoce di un numero sempre maggiore delle suddette patologie mediante lo screening neonatale, alla scoperta di nuove malattie o di fenotipi clinici di malattie già note, nonché allo sviluppo di nuove terapie. Questo aggiornamento si focalizzerà soprattutto sugli errori congeniti del metabolismo intermedio (non facendo quindi riferimento alle terapia delle malattie da accumulo lisosomiale e alle encefalopatie mitocondriali oggetto di due articoli in questo fascicolo di Prospettive in Pediatria), presentando le più rilevanti novità emerse dalla revisione della letteratura più recente.
Novità in tema di screening neonatale L’applicazione della spettrometria di massa tandem (o MS/MS) allo screening neonatale ha permesso di espandere significativamente le malattie evidenziabili in epoca neonatale passando dal concetto tradizionale di un test-una malattia al concetto completamente nuovo un test-molte malattie. In questo contesto, la diagnosi di diverse malattie metaboliche precede l’esordio sintomatologico, talora acuto, permettendo di mettere in atto metodiche e trattamenti adeguati preventivi. La MS/MS permette di analizzare aminoacidi e acilcarnitine su uno spot del diametro di circa 5 mm di sangue essiccato su carta bibula.
L’introduzione di questa tecnica ha permesso di aumentare notevolmente il numero di condizioni diagnosticabili con un unico test. Infatti con la MS/MS è possibile sottoporre a screening oltre 40 malattie (aminoacidopatie, acidemie organiche, difetti dell’ossidazione degli acidi grassi). Esiste tuttavia una notevole disparità tra i vari Centri di screening in USA e in Europa riguardo al numero di patologie sottoposte a screening. Di fatto mentre negli USA vengono sottoposte a screening almeno 40 patologie metaboliche (Tortorelli et al., 2008) in Europa la situazione è molto disomogenea con un numero di malattie che a seconda della nazione è variabile da 1 a 40 (Loeber et al., 2012). In Italia, l’offerta e la distribuzione dello screening neonatale metabolico esteso, presenta tutt’ora delle differenze regionali. Dai dati pubblicati nell’ultimo rapporto tecnico della Società Italiana per lo Studio delle Malattie Metaboliche ereditarie e lo Screening Neonatale (SIMMESN) dell’anno 2011, lo screening neonatale esteso mediante MS/MS era effettuato dai Centri di Firenze (per i neonati della Toscana e Umbria) e come progetti pilota dai Centri di Genova (anche per alcuni punti nascita della Sardegna), Roma “La Sapienza”, Catania e Napoli (CEINGE) (Cerone et al., 2011). Nell’anno 2012 si è aggiunto il Centro di Bologna. Il successo internazionale dello screening neonatale metabolico esteso ha spinto la comunità scientifica a considerare un numero maggiore di patologie sottoponibili a screening. Oggi il gruppo di maggiore interesse è rappresentato dalle malattie da accumulo lisosomiale (LSD) e dalle immunodeficienze combinate gravi (SCID).
195
R. Cerone et al.
Malattie da accumulo lisosomiale Le malattie lisosomiali sono un gruppo di oltre 40 patologie ereditarie con una prevalenza stimata di 1:7000-1:9000 (Fletcher, 2006); per i possibili interventi terapeutici, che si sono resi disponibili in questi anni recenti o lo saranno nell’immediato futuro (malattia di Gaucher, malattia di Fabry, malattia di Pompe, mucopolisaccaridosi I, II e IV, malattia di Niemann-Pick e malattia di Krabbe) alcune di queste sono state candidate per lo screening neonatale. Di fatto pur esistendo alternative biochimiche per la misura delle attività specifiche nel cartoncino per lo screening per singola malattia, la MS/MS presenta il vantaggio di poter rilevare, mediante l’analisi di differenti substrati, più difetti enzimatici simultaneamente. Tale possibilità è stata applicata per l’individuazione della malattia di Pompe, Fabry e MPS-I sullo stesso spot di sangue (Duffey et al., 2010). Recentemente è stata discussa la possibilità di introdurre nell’ambito di programmi di screening neonatale, il dosaggio di enzimi specifici, il cui deficit è causa di alcune malattie da accumulo lisosomiale; nello specifico il dosaggio dell’α-glucosidasi per la malattia di Pompe, quello della dell’α-galattosidasi A per la malattia di Fabry e della β-galattocerebrosidasi per la malattia di Krabbe. I dati attualmente disponibili non supportano l’inclusione delle suddette metodiche in programmi di screening neonatali applicabili nella pratica comune, poiché non rispondono ai criteri classici di fattibilità, di efficacia e di appropriatezza di prevenzione secondaria (Ross, 2011) (Tab. I). Uno dei problemi posti dallo screening per le malattie lisosomiali è l’identificazione di pazienti il cui fenotipo non è chiaro: ad esempio la maggior parte dei pazienti con malattia di Fabry identificati allo screening sono affetti da forme late-onset che potrebbero non sviluppare sintomatologia anche senza trattamento (Spada et al., 2006, Doi et al., 2012). Sono in corso ulteriori studi su un più vasto campione di neonati per confermare la specificità di tale metodica.
(ADA). Solo le ultime due forme sono anche errori congeniti del metabolismo. Abitualmente le SCID si manifestano in bambini di età inferiore all’anno, tipicamente nei primi tre mesi di vita, per l’elevata suscettibilità alle infezioni ed il grave interessamento multiorgano (polmonite interstiziale cronica, candidiasi, epatosplenomegalia, rash cutanei, diarrea cronica e deficit di accrescimento). In assenza di un trattamento adeguato (trapianto di cellule staminali ematopoietiche) l’exitus avviene entro 1 o 2 anni per infezioni da agenti opportunisti e virus. I bambini che sono stati diagnosticati precocemente (abitualmente per una storia familiare positiva) e trapiantati hanno una prognosi quod vitam più favorevole e minori complicanze rispetto ai soggetti diagnosticati tardivamente e con manifestazioni cliniche. Le SCID per alcune caratteristiche cliniche e terapeutiche (alta mortalità se non trattata, possibilità di terapia se riconosciuta precocemente e markers di malattia specifici, identificabili sullo spot del cartoncino per lo screening) sono potenziali candidate per lo sviluppo di screening neonatali. Per l’interesse specialistico di questa review, rivolto per lo più alle patologie metaboliche ereditarie, si approfondisce la forma di SCID associata al difetto di adenosina deaminasi, coinvolta nel metabolismo delle purine, che rappresenta il 30% dei casi di SCID. Il deficit di adenosina deaminasi (ADA) è una immunodeficienza grave, a trasmissione autosomica recessiva, fatale nei primi mesi di vita se non trattata. Uno studio pilota italiano ha dimostrato che la valutazione su spot di sangue alla nascita dell’adenosina e della 2- deossiadenosina (suo metabolita) tramite spettrometria di massa è una metodica efficace, economica, semplice e disponibile per diagnosi neonatale di ADA (Azzari et al., 2011). Auspicabile è la validazione dei risultati con studi di popolazione.
Nuove malattie metaboliche con presentazione Le immunodeficienze combinate gravi (SCID) rappresentano un neurologica Immunodeficienze combinate gravi (SCID)
gruppo molto eterogeneo di patologie, che compromettono gravemente la funzione del sistema immunitario, ed in particolare dei linfociti T spesso associata ad assenza di linfociti B (Buckley, 2000). Si distinguono almeno 15 differenti malattie; in base alla modalità di trasmissione e al tipo di difetto, si riconoscono diverse forme di SCID: SCID con ipoplasia emopoietica generalizzata, SCID con mancato sviluppo della cellula staminale linfoide (con assenza dei linfociti B e T), SCID con linfociti B normali, SCID con deficit di purina nucleoside fosforilasi (PNP), SCID con deficit di adenosindeaminasi
Vengono di seguito descritti i fenotipi associati ai disordini metabolici con prevalente coinvolgimento neurologico di recente identificazione: il deficit di piridox(am)ina 5’-fosfato ossidasi, il deficit del trasportatore della dopamina, gli errori congeniti del metabolismo e trasporto dei folati. La tabella II fornisce una sinossi di queste condizioni. Deficit di piridox(am)ina 5’-fosfato ossidasi Il piridossal-5’ fosfato, coenzima della vitamina B6 può essere formato dalla piridossina o piridossamina mediante l’azione di due
Tabella I. Caratteristiche di alcune malattie da accumulo lisosomiale, esaminate come possibili candidate per test di screening neonatali (da Ross, 2012). Malattia di Pompe
Malattia di Fabry
Malattia di Krabbe
Esistenza di un test di screening
sì
sì, per i maschi
sì
Test diagnostici discriminanti forme infantili da forme non classiche
no
no
no
Storia naturale nota
sì, nuove problematiche gestionali stanno sorgendo in bambini sopravvissuti
sì
sì
Trattamento efficace
Trattamento enzimatico sostitutivo, non per i pazienti CRIM negativi
Terapia enzimatica sostitutiva
Trapianto di cellule staminali
Possibilità di introduzione in programmi di screening neonatali
Non ancora
Non ancora
Non ancora
196
Aggiornamento sulle malattie metaboliche
Tabella II. Caratteristiche genetiche e cliniche di malattie metaboliche con presentazione neurologica di recente caratterizzazione. Nome
Gene e cromosoma
Fenotipo clinico
Diagnosi
Terapia
Deficit di piridox(am)ina 5’-fosfato ossidasi
PNPO 17q21.32
Manifestazioni comiziali (mioclonie, convulsioni, movimenti oculari abnormi), acidosi lattica, bradicardia, asfissia perinatale, encefalopatia epilettica, ritardo cognitivo e del linguaggio
Ipoglicemia, acidosi, vanil lattato nelle urine; alla rachicentesi riscontro di: aumento di glicina, taurina, istidina, treonina e bassi livelli di arginina; burst suppression all’EEG; analisi molecolare per PNPO; valutazione attività enzimatica residua di PNPO su fibroblasti.
Piridossal-5 fosfato (dopo mancata risposta alla terapia con vitamina B6)
Deficit del trasportatore della Dopamina
SLC6A3 5p15.3
Irritabilità e difficoltà di alimentazione in epoca neonatale Ipotonia assiale Parkinsonismo Sintomi ipercinetici (distonie, corea, discinesia) Movimenti oculari abnormi Segni piramidali
Lieve aumento di escrezione urinaria di acido omovanillico; alla rachicentesi evidenza di aumento del rapporto acido omovanillico/5idrossindoloacetico; lieve aumento della PRL; aumento CPK; alterazione dei gangli della base alla PET-scan; analisi molecolare gene SLC6A3
Rilassanti muscolari, Agenti dopaminergici, anticolinergici, antiglutamatergici, acido γ-aminobutirrico
Difetto del recettore α dei folati
FOLR1 11q13.3-q14.1
Disordini del movimento Regressione psicomotoria Epilessia Leucodistrofia
Riduzione della Acido folinico concentrazione dei folati nel liquido cefalo-rachidiano RMN-encefalo Ipomielinizzazione Spettroscopia: riduzione della colina e dell’inositolo
Deficit di diidrofolato reduttasi
DHFR 5q11.2-q13.2
Anemia megaloblastica e/o pancitopenia Epilessia generalizzata tipo assenze atipiche o forme tonico-cloniche Manifestazioni neurologiche Ritardo mentale
Riduzione dei livelli dei folati Acido folinico nel liquido cefalo rachidiano Idrossicobalamina
Deficit di metilene tetra idrofolato deidrogenasi
MTHFD 14q24
Anemia megaloblastica Elevati livelli plasmatici Sindrome emolitico-uremica di omocisteina e acido Immunodeficienza metilmalonico
enzimi: la piridossal chinasi e la piridox(am)ina 5’-fosfato ossidasi (PNPO). Mentre l’epilessia piridossina responsiva è un’entità nota, ormai da circa 50 anni, il deficit di piridox(am)ina 5’-fosfato ossidasi, è una patologia di più recente identificazione, che causa una grave encefalopatia epilettica neonatale. La diagnosi clinica della classica epilessia piridossina responsiva si basa sui seguenti criteri: comparsa delle convulsioni prima o entro il primo mese di vita, non risposta ai farmaci antiepilettici, rapida risposta alla terapia con piridossina, controllo delle convulsioni con una terapia di mantenimento (5-10 mg/Kg/die), ricomparsa delle convulsioni dopo pochi giorni dall’interruzione della terapia di mantenimento. L’epilessia piridossina responsiva è una malattia autosomica recessiva causata da mutazioni nel gene ALDH7A1 localizzato sul cromosoma 5q31. La più comune mutazione responsabile di circa il 30% degli alleli mutati è la E399Q (Mills et al., 2010).
Per quanto riguarda il deficit di PNPO sono stati riportati in letteratura 16 pazienti di otto diverse famiglie (Khayat et al., 2008; Ruiz et al., 2008). Il quadro clinico è caratterizzato da: convulsioni fetali (3/16), distress fetale prima del parto (5/16), parto prematuro, basso punteggio APGAR (5/16), convulsioni nelle prime 24 ore di vita (11/14) quadro EEG di burst-suppression (10/11) con mancata risposta alla terapia antiepilettica (13/18) e alla terapia con piridossina (7/10). La maggior parte dei pazienti risponde alla terapia con piridossal-fosfato. Il gene della PNPO è localizzato sul cromosoma 17q21.2. Le principali mutazioni individuate sono: una mutazione missenso in omozigosi (p.R95H), un composto eterozigote per una missenso mutazione (p.D33V) e una mutazione nonsenso in omozigosi (p.A174X) (Hoffmann et al., 2006; Ruiz et al., 2008).
197
R. Cerone et al.
Deficit del trasportatore della dopamina Il deficit del trasportatore della dopamina è stato descritto recentemente in 11 bambini che presentavano un quadro clinico caratterizzato da ipercinesia e parkinsonismo (Kurlan et al., 2011). Tutti i pazienti hanno sviluppato un grave quadro di distonia con disordini del movimento oculare e del tratto piramidale. Nei pazienti studiati sono state identificate mutazioni SLC6A3. Il quadro biochimico presenta un aumentato rapporto acido omovanillico/acido 5-idrossiindolacetico e una aumentata escrezione urinaria di acido omovanillico. Tutti i soggetti hanno presentato una scarsa risposta alla terapia con neurotrasmettitori. Errori congeniti del metabolismo e del trasporto dei folati Nell’ambito degli errori congeniti che interessano il trasporto e il metabolismo dei folati cinque sono stati ampiamente studiati: 1) il malassorbimento ereditario dei folati (OMIM 229050),causato da mutazioni del gene che codifica il trasporto dei folati (SLC46A1) e caratterizzato clinicamente da anemia megaloblastica, infezioni ricorrenti con diarrea cronica, convulsioni e ritardo mentale; 2) il deficit di glutamato formiminotransferasi (OMIM 229100), dovuto a mutazioni nel gene FTDC (proteina bi-funzionale contenente la glutamato amino transferasi e la formimino tetraidrofolato ciclodeaminasi con un fenotipo clinico caratterizzato principalmente da ritardo mentale; 3) il deficit della metilenetetraidrofolato reduttasi (OMIM 236250), il più frequente degli errori congeniti del metabolismo dei folati, causato da mutazioni nel gene MTHFR (metilentetraidrofolato reduttasi) e con sintomatologia clinica variabile rappresentata da ritardo mentale e trombosi; 4) il deficit di metionina sintasi (OMIM 236270) e 5) il deficit di metionina sintasi reduttasi (OMIM 250940) che sono causate da mutazioni che interessano le funzioni delle metionina sintasi reduttasi o sintetasi. Questi due ultimi difetti (autosomici recessivi) presentano clinicamente anemia megaloblastica, atrofia cerebrale, cecità e alterazioni del tono muscolare. Ai cinque difetti conosciuti se ne sono recentemente aggiunti altri tre: il deficit cerebrale di folati dovuto a mutazioni nel gene che codifica il recettore alfa, il deficit di diidrofolato reduttasi e il deficit di metilene tetraidrofolato (THF) deidrogenasi. Il deficit cerebrale di folati (OMIM 613068) dovuto a mutazioni nel gene che codifica il recettore α è stato identificato in un piccolo numero di famiglie (Cario et al., 2009). Il quadro neurologico dei pazienti è molto ampio e include ritardo mentale, ritardo motorio ed epilessia. Il trattamento con acido folinico ha aumentato i livelli di folato cerebrale (che sono invece normali nel sangue) ma ha avuto effetti limitati sul quadro epilettico. Il deficit di diidrofolato reduttasi (OMIM 613839) è stato descritto in tre famiglie con anemia megaloblastica, deficit cerebrale dei folati e convulsioni: nei casi più gravi è presente pancitopenia, atrofia cerebrale e grave ritardo mentale (Banka et al., 2011). Nei pazienti affetti sono state identificate mutazioni allo stato omozigote nel gene DHFR suggestive di una trasmissione autosomica recessiva della malattia (Carlo et al., 2011). Il trattamento con acido folinico ha determinato una normalizzazione del volume dei globuli rossi e un miglioramento del quadro neurologico, ma nei casi più gravi la terapia non ha modificato il decorso del ritardo mentale. Il deficit di metilene THF deidrogenasi è stato identificato in un bambino di due mesi che presentava anemia megaloblastica, sindrome emolitica uremica atipica e grave immunodeficienza combinata. Il quadro biochimico é caratterizzato da aumentate concentrazioni
198
plasmatiche di omocisteina e acido metilmalonico. Alla base del difetto sono state identificate mutazioni nel gene MTHFD1 (Watkins et al., 2011).
Nuove terapie Nell’ambito degli errori congeniti del metabolismo il trapianto di fegato o di epatociti e l’impiego di alcuni farmaci sono le terapie che hanno permesso l’introduzione di nuove strategie di trattamento. Trapianto di fegato o di epatociti Le malattie metaboliche ereditarie rappresentano, dopo la colestasi, la seconda più comune indicazione all’epatotrapianto in età pediatrica (Burlina et al., 2002). Le esperienze più recenti fanno riferimento all’impiego del trapianto epatico e degli epatociti nella leucinosi, in alcune organicoacidemie e nei difetti del ciclo dell’urea (Meyburg-Hoffmann, 2010). Per quanto riguarda la leucinosi sono stati presi in considerazione 35 pazienti con leucinosi classica sottoposti a trapianto di fegato da donatori deceduti, dimostrando l’efficacia della terapia a lungo termine nel bloccare la progressione del danno cerebrale, senza alcun miglioramento, però, del quadro neurologico preesistente (Mazariegos et al., 2012). Per le organicoacidemie l’esperienza si è rivolta principalmente alla propionico e alla metilmalonico acidemia con risultati contrastanti, che necessitano di un follow-up a lungo termine per conclusioni definitive (Vara et al., 2011). Il trapianto epatico, effettuato in 4 soggetti ad una età media di 1 anno e mezzo, è stato eseguito utilizzando in tutti i casi il lobo sinistro epatico. Tra i difetti del ciclo dell’urea, i pazienti affetti da: difetto di ornitintranscarbamilasi, carbamilfosfatosintetasi e arginino succinico liasi, più frequentemente necessitano del trapianto epatico. L’esperienza americana relativa a circa 113 pazienti affetti da difetti del ciclo dell’urea, trattati con trapianto epatico, ha identificato una sopravvivenza a cinque anni pari all’86% (Chang et al., 2005). Tali risultati sono sovrapponibili a quelli riportati in una casistica inglese con un miglioramento della qualità di vita e netta riduzione del numero dei ricoveri per episodi di scompenso metabolico (Leonard et al., 2004).
Farmacoterapia Iperfenilalaninemie In un nostro precedente articolo (Cerone et al., 2005) sono state riferite le terapie che erano all’epoca oggetto di studio per le iperfenilalaninemie: la terapia genica, la supplementazione con aminoacidi neutri, la terapia con tetraidrobiopterina (BH4) e la terapia con fenilalanina ammonia liasi (PAL). Riprendiamo brevemente ciascuna delle terapie alternative alla dietoterapia convenzionale segnalando le novità pubblicate negli ultimi anni. Aminoacidi neutri: la fenilalanina e gli altri aminoacidi neutri (LNAA) (tirosina, triptofano, treonina, isoleucina, leucina, valina, metionina e istidina) condividono un trasportatore comune a livello cerebrale; aumentando la quantità degli LNAA è possibile ridurre il trasporto della fenilalanina a livello della barriera emato-encefalica (Fig. 1). Studi recenti hanno evidenziato in soggetti in terapia con LNAA una riduzione dei livelli della fenilalanina cerebrale e risultati positivi sulle funzioni neuropsicologiche, in particolare quella verbale e cognitiva (Giovannini et al., 2012).
Aggiornamento sulle malattie metaboliche
Figura 1. Gli aminoacidi neutri (LNAA), saturando i trasportatori disponibili, riducono il trasporto della Fenilalanina (Phe) a livello cerebrale.
La terapia con LNAA può essere considerata una terapia alternativa in quei pazienti adolescenti/adulti che presentano una scarsa compliance con la classica dietoterapia. Terapia con BH4: come è noto alcuni pazienti affetti da iperfenilalaninemia da deficit di fenilalanina idrossilasi possono essere responsivi a dosi farmacologiche di BH4, cofattore della fenilalanina idrossilasi. Tali pazienti mostravano una riduzione dei livelli della fenilalanina del 30% dopo una somministrazione di BH4 di 20 mg/Kg. Circa il 20-60% dei pazienti con iperfenilalaninemia risultano responsivi alla terapia con il cofattore (Macdonald et al., 2011). La sapropterina diidrocloruro (Kuvan ®), una formulazione sintetica del 6R-isomero della tetraidrobiopterina, è stata recentemente approvata in Europa per il trattamento dei pazienti con iperfenilalaninemia o fenilchetonuria di età superiore ai 4 anni. Il trattamento con BH4 consiste in una singola somministrazione giornaliera alla posologia di 5-20 mg/Kg/die. Fra i soggetti responsivi, principalmente affetti dalla forma “lieve”, un numero ridotto di pazienti è in grado di mantenere il range terapeutico dei livelli della fenilalanina (2-6 mg/dl in età pediatrica) solamente con la dietoterapia; la maggior parte dei pazienti, pur con un’aumentata tolleranza (compresa fra i 500 e 1000 mg di fenilalanina al giorno), devono associare alla terapia il trattamento dietetico. Nei follow-up a breve termine non sono stati segnalati effetti collaterali importanti legati alla somministrazione della BH4. Sicuramente la terapia con BH4 ha portato, nel gruppo dei soggetti responsivi, ad un sostanziale miglioramento della qualità di vita ed è attualmente una valida terapia alternativa alla dietoterapia. La BH4 può pertanto essere definita uno chaperone farmacologico. Dato l’elevato costo della BH4 e la sua scarsa efficacia in alcuni pazienti con PKU classica è stata avviata la ricerca di chaperone molecolari alternativi. In particolare due composti sono stati identificati: la benzil-idantoina e il 6-amino-5-(benzilamino)-uracile; essi incrementano l’ossidazione delle fenilalanina e riducono la sua concentrazione ematica in vivo nel topo (Santos-Sierra et al., 2012). Fenilalanina ammonia liasi: la fenilalanina ammonia liasi (PAL) trasforma la fenilalamina in acido trans-cinnamico, metabolita che presenta una tossicità molto bassa e che non presenta effetti embriotossici a livello animale (Fig. 2). L’acido trans-cinnamico è trasformato nel fegato in acido benzoico, che viene eliminato con le urine principalmente come acido ippurico. Dopo i numerosi studi sul topo, la somministrazione dell’enzima per
Figura 2. La PAH converte la fenilalanina in tirosina utilizzando come cofattore la BH4 (A) La PAL trasforma la fenilalanina in acido trans-cinnamico che viene metabolizzato nel fegato in acido benzoico (B).
via sottocutanea alla dose di 0.1 mg/Kg ha ridotto i livelli della fenilalanina in pazienti con fenilchetonuria. Studi clinici attualmente in corso (fase 2 terminata e fase 3 programmata per i primi mesi del 2013) stanno valutando l’efficacia e la sicurezza del prodotto a dosi ripetute di PAL. Nello stesso tempo sono in corso studi per valutare l’efficacia della PAL per via orale (Kang et al., 2010). Contrariamente alla terapia con BH4 che sembra avere effetto solamente in un numero esiguo di pazienti con fenilchetonuria classica, la terapia con PAL potrebbe essere in un futuro prossimo un effettivo trattamento per questo gruppo di pazienti e nei pazienti non responsivi alla BH4. Terapia genica: un gene funzionale ricombinante, in questo caso il gene della PAH, viene introdotto nel fegato o in altri tessuti, utilizzando differenti vettori: questi comprendono vettori nonvirali, adenovirus ricombinanti e retrovirus ricombinanti. Nell’approccio in vivo i vettori vengono infusi direttamente nella circolazione portale o sistemica. I differenti vettori ed approcci sono stati valutati nella loro potenzialità ad attivare la funzione della PAH negli epatociti del topo con deficit di PAH (Yagi et al., 2012). Ad oggi, come nella precedente revisione, la loro applicazione in vivo, è sempre limitata dalla loro bassa efficacia e dalla transitoria efficacia. Proseguono gli studi per individuare nuovi vettori con una efficacia più duratura. Nella tabella III sono riassunti i nuovi approcci terapeutici e la loro applicazione: nell’uomo, ad esclusione della terapia genica, tutte le altre terapie alternative alla dieta sono utilizzate. Leucinosi La leucinosi o malattia delle urine a sciroppo d’acero (MSUD) è causata dal deficit del complesso enzimatico coinvolto nel processo di decarbossilazione ossidativa dei chetoacidi (BCKD) che risultano dalla transaminazione dei tre aminoacidi ramificati leucina, isoleucina e valina (BCCA). La leucinosi sulla base del quadro clinico e biochimico viene classificata in 5 forme: una “classica” forma grave neonatale, una forma “intermedia”, una forma “intermittente”, una forma “tiamino-responsiva” e una forma dovuta al deficit della diidrolipoil deidrogenasi (E3).
199
R. Cerone et al.
Tabella III. Strategie di trattamento per la fenilchetonuria e sue applicazioni. in vitro
in vivo
nell’uomo
Terapia genica
sì
sì
no
Terapia con fenilalanina ammonia liasi
no
sì
sì
Supplementazione con aminoacidi neutri
no
sì
sì
Terapia con BH4
no
sì
sì
I pazienti con la forma grave neonatale, dopo un periodo di benessere che può variare da poche ore ad alcune settimane, presentano una sintomatologia caratterizzata da rifiuto dell’alimentazione, sonnolenza a cui fa seguito un coma progressivo. In concomitanza con l’inizio della sintomatologia i pazienti eliminano urine con un odore caratteristico che ricorda quello dello sciroppo d’acero (dolce e caramellato). Da qui la denominazione anglosassone di Maple Syrup Urine Disease (MSUD). Nella forma intermedia il quadro clinico è caratterizzato da ritardo mentale e/o convulsioni e possono non avere episodi di scompenso metabolico. L’attività enzimatica residua è maggiore rispetto alla forma classica, ed è compresa fra il 3 e il 30% della normale attività. I pazienti con forma intermittente presentano uno sviluppo psicomotorio e una crescita staturo-ponderale nella norma, ma sono a rischio di scompenso metabolico acuto in occasioni di episodi febbrili intercorrenti e in tutte le situazioni di stress. L’attività enzimatica è compresa fra il 5 e il 20%. Nella forma tiamino-responsiva il quadro clinico è sovrapponibile a quello della forma intermedia ma i pazienti con questa forma rispondono a dosi farmacologiche di tiamina a dosaggi molto variabili e compresi tra i 10 e i 1000 mg/die. La forma, infine, dovuta al deficit di diidrolipoil deidrogenasi si caratterizza per un quadro clinico simile a quello della forma intermedia ma è presente una grave acidosi metabolica. In tutte le forme di leucinosi il quadro biochimico presenta una marcato aumento nel sangue degli aminoacidi ramificati (leucina, valina, isoleucina) sempre accompagnato da un aumento dell’alloisoleucina (marker patognomonico) e da una marcata eliminazione dei cheto-e idrossiacidi a catena ramificata. Il trattamento a lungo termine si basa su una dieta ad apporto calcolato e ridotto di leucina. Una recentissima pubblicazione ha proposto una terapia con sodio fenilbutirrato, farmaco abitualmente utilizzato nei difetti del ciclo dell’urea (Brunetti-Pierri et al., 2011).
Tale terapia è stata proposta sulla base dell’osservazione clinica che pazienti con difetti della ciclo dell’urea in trattamento con sodio fenilbutirrato presentano una selettiva riduzione dei livelli plasmatici dei BCCA, nonostante un adeguato apporto proteico. Su queste basi gli autori hanno posto in terapia con sodio fenilbutirrato 5 pazienti con MSUD con una riduzione dei valori della leucina compresa fra il 28 e il 34% rispetto al valore basale e una stabilità del quadro clinico sovrapponibile a quello in dietoterapia. Se confermato in ulteriori trial il fenilbutirrato potrebbe rappresentare in futuro un potenziale trattamento aggiuntivo nei pazienti affetti da leucinosi. Difetti del ciclo dell’urea I difetti del ciclo dell’urea, come è noto, possono essere causa di gravi episodi di iperammoniemia, pericolosi per la vita del paziente. Durante gli episodi di scompenso metabolico, oltre all’interruzione dell’apporto proteico con un adeguato apporto calorico e supplementazione con arginina, vengono utilizzati farmaci, quali benzoato e fenilbutirrato, che favoriscono l’escrezione dell’azoto attraverso vie alternative. Da pochi anni sono stati introdotti in Italia due farmaci da utilizzare nel trattamento degli episodi di scompenso metabolico acuto: somministrabili per via e.v. e contenenti sia sodio fenilacetato che sodio benzoato (Ammonul ®). Il sodio fenilacetato è un composto metabolicamente attivo che si coniuga per acetilazione con la glutamina nel fegato a formare fenilacetilglutamina, poi escreta attraverso i reni per filtrazione glomerulare e secrezione tubulare. Una mole di fenilacetato rimuove due moli di azoto. Anche il sodio benzoato è un composto metabolicamente attivo che coniugandosi con la glicina per formare ippurato, viene anch’esso escreto per filtrazione glomerulare e secrezione tubulare. In questo caso ciascuna mole di benzoato rimuove una mole di azoto. La rimozione di glutamina da parte del fenilacetato è di notevole importanza, essendo proprio la glutamina il metabolita neurotossico. La pronta disponibilità sia di sodio benzoato sia di sodio fenilacetato in forma attiva permette di rimuovere rapidamente ed efficacemente l’iperammoniemia. Il secondo farmaco, a disposizione in Italia, viene utilizzato sotto forma di capsule contenenti ciascuna 200 mg di acido carglumico (Carbaglu ®) ed è di particolare efficacia nel trattamento dell’iperammoniemia da difetto di N-acetilglutamato sintasi, un raro difetto enzimatico del ciclo dell’urea. Oggi è approvato l’utilizzo dell’acido carglumico nell’iperammoniemia associata alle “classiche” organico acidurie (Nordenstrom et al., 2007).
Box di orientamento Le malattie metaboliche ereditarie continuano a rappresentare un capitolo rilevante nell’ambito della patologia pediatrica. L’applicazione della massa tandem (MS/MS) allo screening neonatale ha permesso di espandere significativamente il panel di malattie evidenziabili in epoca neonatale. Sono state individuate in questi ultimi anni ulteriori nuove malattie metaboliche con presentazione neurologica. In tema di terapia il trapianto di fegato o di epatociti e l’impiego di alcuni farmaci nuovi hanno permesso di individuare nuove strategie di trattamento che hanno dato stimolanti risultati.
200
Aggiornamento sulle malattie metaboliche
Bibliografia Azzari C, la Marca G, Resti M. Neonatal screening for severe combined immunodeficiency caused by an adenosine deaminase defect: a reliable and unexpensive method using tandem mass spectrometry. J Allergy Clin Immunol. 2011;127:1394-9. Banka S, Blom HJ, Walter J, et al. Identification and characterization of an inborn error of metabolism caused by dihydrofolate reductase deficiency. Am J Hum Genet. 2011;88:216-25. ** Prima descrizione della malattia. Brunetti-Pierri N, Lanpher B, Erez A, et al. Phenylbutyrate therapy for maple syrup urine disease. Hum Genet Med. 2011;20:631-40. ** In questo lavoro viene proposto per la prima volta l’utilizzo del fenilbutirato nel trattamento dei pazienti affetti da leucinosi. Buckley RH. Primary immunodeficiency diseases due to defects in lymphocytes. N Engl J Med. 2000;343:1313-24. Burlina AB, Catuogno S, Burlina AP. Le terapie innovative per le malattie metaboliche ereditarie. Prospettive in Pediatria 2002;32:283-93. Cario H, Smith DEC, Blom H et al. Dihydrofolate reductase deficiency due to a homozygous DHFR mutation causes megaloblastic anemia and cerebral folate deficiency leading to severe neurologic disease. Am J Hum Genet. 2011;88:226-31. Cario H, Bode H, Debatin KM, et al. Congenital null mutations of the FOLR1 gene: a progressive neurologic disease and its treatment. Neurology 2009;73:212729. Cerone R, Caruso U. Rapporto tecnico sui programmi di screening neonatale in Italia: anno 2010. 20° Conferenza Nazionale sui programmi di screening neonatale in Italia. Bologna 2011. Cerone R, Schiaffino MC. Nuove prospettive nel trattamento delle iperfenilalninemie. Prospettive in Pediatria 2005;35:193-97. Chang IF, Barshes NR, Bristow LJ, et al. Orthotopic liver transplantation (OLT) for urea cycle disorders (UCDs): the US experience. Am J Transplant 2005;5:337-43. ** In questo lavoro vengano presentati i risultati relativi alla più ampia casistica di pazienti affetti da difetti del ciclo dell’urea sottoposti a trapianto epatico. Comeau AM, Hale JE, Pai SY, et al. Guidelines for implementation of populationbased newborn screening for severe combined immunodeficiency. J Inherit Metab Dis. 2010;33:S273-81. Doi K, Noiri E, Ishizu T, et al. High-throughput screening identified diseasecausing mutants and functional variants of α-galactosidase. A gene in Japanese male hemodialysis patients. J Hum Genet. 2012 [Epub ahead of print]. Duffey TA, Bellamy G, Elliott S, et al. A tandem mass spectrometry triplex assay for the detection of Fabry, Pompe and mucopolysaccharidosis-I (Hurler). Clin Chem. 2010;56:1854-61. Fletcher JM. Screening for lysosomal disorders-A clinical perspective. J Inherit Metab Dis. 2006;29:405-8. Giovannini M, Verduci E, Salvatici E, et al. Phenylketonuria: nutritional advances and challenges. Nutrition and Metabolism 2012;9:1-7. Hoffmann GF, Schmitt B, Windfuhr M, et al. Pyridoxal 5-phosphate may be curative in early-onset epilectic encephalopathy. J Inherit Metab Dis. 2006;30:96-99. Kang TS, Wang L, Sarkissian A. Converting an injectable protein therapeutic into an oral form: phenylalanine ammonia lyase for phenylketonuria. Mol Genet Metab. 2010;99:4-9.
Khayat M, Korman SH, Frankel P, et al. PNPO deficiency: an under-diagnosed inborn error of pyridoxine metabolism. Mol Genet Metab. 2008;94:431-4. ** Prima descrizione della malattia. Kurlan MA, Li Y, Zhen J, et al. Clinical and molecular characterisation of hereditary dopamine transporter deficiency syndrome: an observational cohort and experimental study. Lancet Neurol. 2011;10:54-62. ** Lavoro originale che ha identificato il deficit di trasporto della dopamina e la sua caratterizzazione clinica. Leonard JV, McKiernan PJ. The role of liver transplantation in urea cycle didorders. Mol Genet Metab. 2004;81:574-8. Loeber G, Burgard P, Cornel MC, et al. Newborn screening programmes in Europe; arguments and effort regarding armonization. Part 1-From blood spot to screening result. J Inherit Metab Dis. 2012;35:603-11. Macdonald A, Ahring K, Gokmen-Ozel H, et al. Adjusting diet with sapropterin in phenylketonurics what factors should be considered ? Br J Nutr. 2011;5:1-8. Mazariegos GV, Morton D.H, Sindhi R, et al. Liver transplantation for classical Maple Syrup Urine Disease: long-term follow-up in 37 patients and comparative united network for organ sharing experience. J Pediatr. 2012;160:116-21. ** Vengono valutati i risultati del trapianto di fegato in una ampia casistica di pazienti affetti da leucinosi. Meyburg J, Hoffmann GF. Liver, liver cell and stem cell transplantation for the treatment of urea cycle defects. Mol Genet Metab. 2010;1:S77-83. Mills PB, Footitt EJ, Mills KA, et al. Genotypic and phenotypic spectrum of pyridoxine-dependent epilepsy (ALDH7A1 deficiency). Brain 2010;133:2148-59. Nordenstrom A, Halldin M, Hallberg B, et al. A trial with N-carbamylglutamate may not detected all patients with NAGS deficiency and neonatal onset. J Inherit Metab Dis. 2007;30:400-4. Pollitt RJ. Introducing new screens: why are we all doing different things? J Inherit Metab Dis. 2007;30:423-9. Ross LF. Newborn screening for lysosomal storage diseases: an ethical and policy analysis. J Inherit Metab Dis. 2012;35:627-34. Ruiz A, Garcia-Villoria J, Ormazabal A, et al. A new fatal case of pyridox(am) ine 5’-phosphate oxidase (PNPO) deficiency. Mol Genet Metab. 2008;93:2168. Santos-Sierra S, Kirchmair J, Perna AM, et al. Novel pharmacological chaperones that correct phenylketonuria in mice. Hum Mol Genet. 2012;21:1877-87. Spada M, Pagliardini S, Yasuda M, et al. High incidence of later-onset Fabry disease revealed by newborn screening. Am J Hum Genet. 2006;79:31-40. Tortorelli S, Rinaldo P. Lo screening neonatale allargato per malattie metaboliche ereditarie:l’esperienza degli Stati Uniti d’America. Prospettive in Pediatria 2008;38:232-40. Vara R, Turner C, Mundy H, et al. Liver transplantation for propionic acidemia in children. Liver Transplant 2011;17:661-7. Verbsky J, Thakar M, Routes J. The Wisconsin approach to newborn screening for severe combined immunodeficiency. J Allergy Clin Immunol. 2012;129:6227. Watkins D, Schwartzentruber JA, Ganesh J, et al. Novel inborn error of folate metabolism Identification by exone capture and sequencing of mutation in the MTHFD1 gene in a single proband. J Med Genet. 2011;48:590-2. ** Importante lavoro che descrive un nuovo difetto del metabolismo dei folati.
Corrispondenza Roberto Cerone, Centro Regionale di riferimento per gli screening neonatali e la diagnosi delle malattie metaboliche dell’Università, Istituto Giannina Gaslini, Largo Gaslini 5, 16148 Genova. Tel. +39 010 5636369. Fax +39 010 3773210. E-mail:
[email protected]
201
