Malattie rare ambiente correlate: LE MALATTIE DEL MOTONEURONE E LA SCLEROSI LATERALE AMIOTROFICA (SLA)

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1 Convegno Nazionale MALATTIE RARE E AMBIENTE Firenze - 20 Settembre 2010 Malattie rare ambiente correlate: LE MALATTIE DEL MOTONEURONE E LA SCLEROSI LATERALE AMIOTROFICA (SLA) Paolo Zolo Martina Guadagni Area Funzionale Neurologia Azienda USL 8 - Arezzo

2 SLA e malattia del motoneurone: Il termine Malattia del Motoneurone viene usato per descrivere un insieme di disturbi NEURODEGENERATIVI caratterizzati dal coinvolgimento del motoneurone corticale (superiore) o spinale (inferiore) o entrambi. Le malattie del motoneurone includono patologie di diversa natura, la maggior parte delle quali sono irreversibili e a decorso progressivo. Nella Sclerosi Laterale Amiotrofica (SLA) sono danneggiati sia il motoneurone superiore che inferiore

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4 Degenerazione del motoneurone inferiore: progressiva debolezza muscolare e atrofia agli arti, prima in forma asimmetrica (anche un solo arto, amiotrofia monomielica) e poi bilaterale; fascicolazione e crampi Segni della degenerazione del motoneurone superiore: riflessi osteotendinei vivaci, spasticità, perdita dei riflessi superficiali Segni bulbari: sia paralisi bulbare (BP) che pseudobulbare (PBP): difficoltà nella parola, nella deglutizione, atrofia della lingua, riso-pianto, ipomobilità della parte inferiore del viso Segni negativi nella SLA (escludono la diagnosi) Disturbi sensitivi Anormalità del sistema nervoso autonomo Anormalità cognitive Anormalità dei movimenti oculari -

5 La SLA è una malattia rara Nei paesi occidentali l incidenza varia da 0,6 a 2,6 casi su ab/anno (ampia variabilità imputabile alla metodologia utilizzata nei vari studi) L uso dei registri di popolazione ha permesso di ottenere dati più omogenei: incidenza di 1,7-2,3 casi/ ab/anno (Scottish MND Research Group, 1992; Traynor et al 1999; PARALS 2001; Logroscino et al, 2005; Beghi et al, 2007)

6 In Italia l epidemiologia descrittiva ha avuto ampio sviluppo a partire dal I tassi di incidenza variano nelle varie province da 0,4 a 1,5 casi per ab/anno. In 4 regioni italiane (Piemonte, Val d Aosta, Lombardia, Puglia) hanno riscontrato tassi di incidenza sostanzialmente maggiori con valori di 2-2,5/ abitanti/anno.

7 Prevalenza è di circa 6-8 casi/ abitanti, cioè circa 4500 persone ammalate di SLA in Italia. Età media di esordio: 65 anni, esistono tuttavia casi ad esordio giovanile (< 45 anni) è rara sotto i 30 anni, riduzione dei casi dopo l ottava decade Non vi è una chiara prevalenza di sesso: rapporto tra Maschi è Femmine è attualmente 1,3:1

8 La SLA nel 90% dei casi è in forma sporadica e ad eziologia non nota Nel 5-10% dei casi la causa è genetica con pattern AD ad eccezione di poche famiglie note con una forma AR Il 20 % di tutte le forme familiari è legata al cromosoma 21q21 e si associa alla mutazione in CuZn superossido dismutasi (SOD1). Lo studio genetico per il rimanente 80% di forme familiari è oggetto di segnalazioni di nuove mutazioni.

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10 Ipotesi patogenetiche

11 Ipotesi patogenetiche principali Stress ossidativo Mutazione genetica della SOD1 Epigenetica Aggregazione proteica Eccitotossicità Disfunzione mitocondriale Deficit fattori di crescita Neuroinfiammazione Alterazioni della microglia

12 Stress ossidativo Il sistema nervoso centrale presenta una spiccata suscettibilità alle forme di ossigeno reattivo prodotte dalle cellule stesse quali i superossidi (O 2- ), i perossidi (H 2 O 2 ) e I radicali idrossilici (OH) così come il perossidonitrico (ONOO - ) prodotto dalla microglia. Nella SLA, come in altre malattie neurodegenerative, lo stress ossidativo sembra essere in grado di determinare una degenerazione dei motoneuroni mediante vari meccanismi. Alti livelli di radicali liberi sono stati misurati mediante indicatori del danno ossidativo su proteine, lipidi e DNA di pazienti con SLA sporadica, familiare e con mutazione SOD1

13 Mutazione della SOD1 La SOD1 è un enzima che svolge un attività detossificante nel citoplasma cellulare. Mutazione: alterazione STRUTTURALE oligomerizzazione e aggregazione in masse ad alto peso molecolare che precipitando determinano la morte dei neuroni FUNZIONALE Riduzione della sua attività detossificante catalizzazione di reazioni ossidanti dannose Alterazione dei trasporti cellulari e della produzione di energia mediane anomale interazioni con proteine mitocondriali

14 Epigenetica e Sclerosi Laterale Amiotrofica L epigenetica fa riferimento a modifiche ereditabili nella espressività genica che non sono dovute ad alterazioni nella sequenza DNA. I principali meccanismi epigenetici studiati nelle malattie neurologiche riguardano la metilazione del DNA e modificazioni delle proteine dell istone che regolano la struttura del DNA e l espressione genica. I meccanismi epigenetici osservati sono coinvolti in numerose patologie neurodegenerative e neuroevolutive. Gli studi più numerosi e in parte conclusivi hanno caratterizzato l interpretazione della Sindrome di Rett e alcune forme di ritardo mentale di patologie neuroevolutive. (Lancet Neurology 2009)

15 Epigenetica e Sclerosi Laterale Amiotrofica Studi recentemente pubblicati (Science 2009, Hum Mal Genet 2009, Nature 2008, etc.) hanno identificato, sia nelle forme familiari che nella SLA sporadica, meccanismi epigenetici che inducono tra l altro ipoacetilazione degli istoni H3K9 e H3K14 sul promoter CCND1. Queste, oltre al meccanismo patogenetico più conosciuto rappresentato dall azione tossica della SOD1, stanno consentendo l avvio di sperimentazioni su animali con trattamenti farmacologici epigenetici (DNA-demetilanti e istonedeacetilasi inibitori), studi di particolare attualità ed interesse.

16 Aggregazione proteica Numerosi studi anatomopatologici hanno dimostrato la presenza di aggregati proteici anomali a livello dei motoneuroni dei pazienti con SLA: inclusioni skein-like ubiquitinate, corpi di Bunina, inclusioni ialine L ipotesi sulla loro costituzione si riferisce all effetto dello stress ossidativo (Crow et al., 1997; Ferrante et al., 1997) o ad un anomalo funzionamento del sistema ubiquitina-chaperone che è deputato alla degradazione e rimozione delle proteine intracellulari danneggiate.

17 Eccitotossicità Nei pazienti con SLA si sono riscontrati bassi livelli di un trasportatore gliale (GLT1 o EAAT2) responsabile dell accumulo cellulare del glutammato e conseguente eccitotossicità neuronale. Nell animale, antagonisti del recettore AMPA del glutammato ritardano il danno funzionale motorio e la morte (Van Damme et al 2003; Tortarolo et al. 2005) un alterazione dei trasportatori del glutammato è stata osservata in condizioni di stress ossidativo (Miralles et al. 2001) potendosi quindi trattare di una conseguenza più che di una causa.

18 Disfunzione mitocondriale Osservazioni istopatologiche dei motoneuroni dei pazienti con SLA hanno messo in evidenza la presenza di alterazioni strutturali e funzionali dei mitocondri (Chung et al 2002; Echaniz-Laguna et al 2002). L internalizzazione ed il deposito della SOD1 mutata nella membrana mitocondriale come il danno ossidativo delle stesse proteine mitocondriali ne possono determinare la disfunzione con conseguente alterazione dell omeostasi sia della cellula neuronale che della cellula gliale. Deficit dei fattori di crescita Attualmente non esistono prove scientifiche di una carenza effettiva dei fattori di crescita neuronali nei pazienti con SLA. Studi su modelli murini di malattia del motoneurone, mediante somministrazione i.m. di vettori virali trasportanti il Glial Derived Neurotrophic Factor (GDNF) e IGF-1, hanno dimostrato significativi effetti positivi in termini di sopravvivenza. Non altrettanto soddisfacienti sono stati gli studi condotti sugli uomini (inefficacia delle vie di somministrazione utilizzate s.c. e intratecale)

19 Neuroinfiammazione L ipotesi di una neuroinfiammazione come causa della malattia si fonda sul riscontro di una incrementata produzione di citochine come il TNFα (Tumor necrosis Factor α), IL-6 (Interleukin 6), l MCP-1 (Monocyte chemotactic protein-1) e prostaglandine E2, nel plasma, liquor e cute dei pazienti con SLA. Gli studi condotti con immunosoppressori e antinfiammatori non hanno ottenuto significativi benefici nel modificare il corso della malattia. Alterazione delle cellule gliali La tossicità a cui va incontro la cellula neuronale deriva anche da un danno nelle cellule gliali vicine (Clement et al 2003; Boillè et al. 2006): in particolare la progressione dei sintomi viene regolata dall entità dell attivazione microgliale. L attivazione microgliale avviene mediante citochine e fattori neurotrofici secreti da neuroni e astrociti e ha come effetto la loro trasformazione in cellule fagocitanti e l ulteriore propagazione del processo neuroinfiammatorio.

20 Fattori di rischio La valutazione dei fattori di rischio ambientale nella SLA è ancora insufficiente e con molti limiti dal punto di vista metodologico. I fattori analizzati presentano ad oggi una interpretazione non univoca.

21 Fattori di rischio oggetto di studi SLA coniugale Pregressa poliomielite anteriore acuta Tumore maligno Traumi elettrici e meccanici (fratture) Fumo di sigaretta Esposizione a solventi e sostanze chimiche connesse con l agricoltura Esposizione a metalli pesanti (piombo, manganese, ferro, selenio, alluminio) Attività sportiva

22 Traumi meccanici (fratture) o o I pazienti che sviluppano la SLA spesso correlano i loro primi sintomi ad uno specifico evento, frequentemente risultano traumi meccanici e fratture. Alcuni studi caso-controllo hanno dimostrato un aumento di 2-3 volte del rischio di SLA dopo fratture o traumi meccanici, senza correlazione tra sede del trauma e sede di esordio della malattia. Altri lavori non hanno confermato tali osservazioni (Kurland et al 1992) Tali studi hanno numerosi problemi metodologici: bias di selezione dei pazienti, bias di ricordo fra casi e controllo, non chiare definizioni operative di trauma, mancata considerazione del tempo trascorso tra il trauma e l esordio dei sintomi La questione rimane pertanto aperta!

23 Fumo di sigaretta Il fumo di tabacco è considerato una fonte potenziale di tossine esogene. Nella SLA alcuni studi hanno indicato un possibile aumento di rischio di sviluppare la malattia fra soggetti che avevano fumato (Kamel et al 1999; Nelson et al 2000; Veldink et al 2005) Resta da stabilire la base biologica dell effetto del fumo nella SLA.

24 Agricoltura Studi epidemiologici hanno confermato che vi è un aumentato rischio di sviluppare la SLA tra gli operatori agricoli (Giagheddu et al 1983; McGuire et al, 1997) Il rischio è stato correlato al contatto con sostanze chimiche utilizzate in agricoltura I dati sono confermati solo nei soggetti di sesso maschile e non sulle donne Esposizione a metalli pesanti Tra i fattori di rischio studiati i metalli pesanti hanno avuto grande risonanza ma i dati disponbili risultano contraddittori. Un associazione più specifica e consistente è stata trovata con l esposizione al piombo (Armon et al 1991, Chanchellor et al 1993, Kamel et al 2003), ma non è stata osservata una associazione tra pazienti con SLA e livelli di piombo in vari tessuti (Kapaki et al 1989, Stober et al 1983). Gli studi caso-controllo che hanno esaminato vari biomarker (ferro, manganese, selenio, alluminio) nei tessuti umani (sangue, unghie, midollo spinale) non hanno rilevato risultati univoci e sono gravati dalla ridotta dimensione del campione pertanto con basso potere statistico.

25 Attività fisica e sportiva?

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27 Attività fisica e sportiva: CASI ANEDDOTICI Lou Gehrig, giocatore di baseball americano noto con il nome di Iron horse. Venne colpito dalla SLA nel 1939 all età di 35 anni, deceduto circa 2 anni dopo, in sua memoria la malattia prende il nome di Morbo di Gehrig La diagnosi venne effettuata presso la Mayo Clinic in Rochester, Minnesota.

28 Attività fisica e sportiva: CASI ANEDDOTICI Altri 3 giocatori di football americano, che avevano giocato contemporaneamente nella squadra dei San Francisco 49ers nel 1964, svilupparono la SLA negli anni 80 (Norris 1990) All epoca l ipotesi fu correlata con l utilizzo di un fertilizzante (Milorganite), usato nei campi di allenamenti, ricco di metalli pesanti, ma non confermata negli studi successivi. Attualmente negli USA sono ufficialmente riconosciuti almeno 14 casi di SLA tra i giocatori di football.

29 Attività fisica e sportiva: STUDI CASO-CONTROLLO

30 studi caso-controllo: SLA E CALCIO ITALIANO Nel 1998 comincia un inchiesta giudiziaria presso la Procura di Torino sul mondo del calcio e l alta incidenza della SLA in questa categoria, le indagini vengono condotte sotto la guida del procuratore Raffaele Guariniello. Vengono in questo contesto promossi e conclusi 2 studi epidemiologici riguardanti calciatori professionisti italiani: Propotionate mortality of Italian soccer players: is amiotrophic lateral sclerosis an occupational disease? (Belli & Vanacore Eur. J Epidemiol 2005) Severely increased risk of amyotrophic lateral sclerosis among Italian professional football players. (Chiò et al Brain 2005)

31 Propotionate mortality of Italian soccer players: is amiotrophic lateral sclerosis an occupational disease? (Belli & Vanacore 2005) Studio condotto sui certificati di morte Coorte di calciatori professionisti e semiprofessionisti Periodo di studio Causa di morte Osservati Attesi SPMR IC 95% Tumori maligni ,78 1,11 0,97-1,28 AIDS 10 6,08 1,65 0,93-2,29 SLA 8 0,69 11,58 6,72-19,98 M. cardiovascolari 77 93,02 0,83 0,69-1,00 M. Respiratorie 4 12,65 0,32 0,13-0,78 M. Apparato digerente 22 28,89 0,76 0,51-1,13 M. Vie urinarie 2 3,04 0,66 0,17-2,59 Cause traumatiche 71 65,46 1,09 0,90-1,30 SPMR: Standardized Proportional Mortality Ratio

32 Propotionate mortality of Italian soccer players: is amiotrophic lateral sclerosis an occupational disease? (Belli & Vanacore 2005) Problemi metodologici: 1) Non accuratezza delle diagnosi riportate nei certificati di morte 2) Incompletezza della coorte dei calciatori professionisti e inclusione dei semiprofessionisti 3) Mancato controllo della diagnosi di SLA nei calciatori

33 Severely increased risk of amyotrophic lateral sclerosis among Italian professional football players. (Chiò et al Brain 2005) Studio retrospettivo di coorte Coorte di calciatori professionisti tesserati (Serie A e B) Periodo di studio Uso di fonti concorrenti: a) certificati di morte; b) ricerca negli archivi di dimissione nei principali centri SLA italiani; c) informazioni provenienti dalla stampa; d) denunce spontanee eseguite dai pazienti, familiari etc.

34 Severely increased risk of amyotrophic lateral sclerosis among Italian professional football players. (Chiò et al Brain 2005) Classi d età Casi attesi Casi osservati SMR IC 95% ,53 4 7,5 2,0-19, ,24 1 4,2 0,1-23,4 Ruolo Casi attesi Casi osservati SMR IC 95% attaccante 0, Centrocampist 0, ,2 3,33-31,2 a Difensore 0,24 1 4,15 0,10-23,1 Portiere 0, Numero di anni Casi attesi Casi osservati SMR IC 95% < 6 0,57 2 3,5 0,42-12,71 6 0, ,2 3,13-44,38

35 Attività fisica e sportiva: STUDI CASO-CONTROLLO Teorie patogenetiche proposte: a)aumento dell eccitotossicità a livello dei motoneuroni spinali da attività fisica intensa e prolungata (Longstreth et al, 1991). a)aumento dello stress ossidativo sempre indotto da attività fisica, mediante aumentata formazione dei radicali liberi (Beretta et al, 2003; Kenter 1998). b)i traumi correlati all attività sportiva potrebbero danneggiare la funzione motoneuronale con conseguente degenerazione.

36 Servizio militare?

37 MILITARI NELLA GUERRA DEL GOLFO Nei decenni successivi alla Guerra del Golfo diversi militari impiegati nelle operazioni belliche hanno sviluppato segni e sintomi della SLA Sono stati condotti studi in questa popolazione: -Il rischio era aumentato di 2-3 volte rispetto a popolazione generale (Haley et al, 2003; Horner et al, 2003). -Il rischio risultava particolarmente elevato tra i militari impiegati in aviazione (rapporto di rischio 5,4) e in marina (3,0) (Horner et al, 2003). Un lavoro successivo ha confrontato la frequenza di SLA tra individui maschi che avevano e non avevano eseguito il servizio militare: -Il rischio era aumentato di 1,53 volte tra coloro che avevano eseguito il servizio militare, indipendentemente dall arma (Weisskopf et al, 2005)

38 MILITARI NELLA GUERRA DEL GOLFO Teorie patogenetiche proposte: a)esposizione a repellenti degli insetti (N,N-Dietil-m-toluamide, DEET). a)inalazione di piombo aerosolizzato, prodotto dalle armi da fuoco. b)esposizione a organofosforici (gas nervini), metalli pesanti emettenti particelle alfa (uranio impoverito). a)esercizio intenso e traumi.

39 -Gruppo di ricerca sotto la guida di Ann McKee (Center for the Study of Traumatic Encephalopathy (CSTE) presso la Boston University School of Medicine (BUSM) e il Department of Veterans Affairs (VA) -Studio neuro-patologici su 12 encefali e midolli spinali di atleti professionisti deceduti, 3 di questi erano giocatori di football con precedente diagnosi di SLA. -In tutti i 12 casi sono stati dimostrati segni di Encefalopatia Traumatica Cronica (CTE), una nuova entità nosologica caratterizzata da depositi di una anomala proteina Tau, causata da traumi ripetuti, a cui corrisponde una patologia degenerativa simile alla SLA. -Su 10 casi (inclusi i 3 football players) è stata individuata una elevata concentrazione di un altra proteina TDP-43, già riscontrata ma in minor quantità in casi di SLA sporadica e non associata alla Tau. -L ipotesi formulata è che l aumentata incidenza di SLA nei giocatori o nei veterani di guerra sia correlabile ai traumi e concussioni craniche ripetute e che rientri in un processo patologico simile alla SLA definibile come Encefalopatia Traumatica Cronica.

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41 Mao Tse Tung, rivoluzionario e politico cinese David Niven, attore inglese Charles Mingus, jazzista americano Stefano Borgonovo, calciatore italiano Gianluca Signorini, calciatore italiano ANCHE PER LORO E PER TUTTE LE PERSONE AFFETTE DA SLA.