Figura. 1 Figura. 1.

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1 1 INTRODUZIONE Le malattie metaboliche ereditarie, si stima siano circa cinquemila, costituiscono una parte importante delle malattie rare e rappresentano una delle grandi sfide di questo millennio. Gli errori congeniti del metabolismo sono definiti rari in quanto la loro incidenza non è superiore a 5 su abitanti e nel complesso rappresentano circa il 10% delle malattie che colpiscono l umanità. La maggior parte dei disordini metabolici ereditari è trasmessa principalmente come carattere autosomico recessivo, e solo in minima parte legato al cromosoma X (1). Grazie a studi di genetica biochimica, è noto come l informazione genetica venga tradotta nella sintesi di proteine che hanno specifiche proprietà metaboliche o strutturali. Un evento mutazionale ereditario si può tradurre nell alterazione della struttura primaria della proteina (la sequenza lineare di aminoacidi), oppure della quantità di proteina specifica che viene sintetizzata. In entrambi i casi, la capacità funzionale della proteina, sia essa un enzima, un recettore, un veicolo di trasporto, una pompa di membrana o un elemento strutturale, può essere relativamente o seriamente compromessa. Alcune di queste alterazioni genetiche sono prive di conseguenze cliniche e sono responsabili esclusivamente delle differenze polimorfiche interindividuali; altre invece producono cambiamenti che si esprimono solamente in determinate situazioni. Quando però il processo interessato da errore metabolico è essenziale per un buono stato di salute, e il grado di alterazione è sufficiente ad influenzare il sistema, ne conseguono manifestazioni cliniche la cui entità può variare da lieve a letale (2). Le malattie metaboliche ereditarie possono presentarsi in forma acuta neonatale o insorgere più tardivamente nel lattante; la loro comparsa è in genere tanto più tardiva quanto più parziale è il blocco enzimatico (1). Ora è possibile inoltre eseguire lo screening e diagnosticare alcune di queste malattie già in utero. Gli errori congeniti del metabolismo che si manifestano nel periodo neonatale sono solitamente gravi o addirittura letali se non adeguatamente trattati ed è quindi fondamentale che la terapia venga instaurata rapidamente (2). Il neonato, data la sua scarsa capacità di rispondere adeguatamente alle noxae patogene, è particolarmente suscettibile a molteplici patologie, i cui sintomi potrebbero mimare quelli caratteristici delle malattie metaboliche ereditarie. Un accurata anamnesi famigliare e il riscontro di eventuali dismorfismi si rendono necessari per poter porre una diagnosi esatta e instaurare prontamente un adeguata terapia.

2 2 Nel lattante la crisi metabolica compare intorno ai 3-4 mesi, quando l apporto proteico aumenta (svezzamento precoce dall esclusivo allattamento al seno) o in seguito a reazioni a stress (febbre post-vaccinazione o digiuno protratto). Nel bambino o nell adolescente il decorso delle malattie metaboliche si caratterizza per l alternarsi di crisi ricorrenti e periodi liberi da sintomi, di durata variabile, dovuti ad una residua attività enzimatica. Questo permette ai pazienti di mantenersi in equilibrio precario e di avere un decorso clinico favorevole se riconosciuti e trattati in tempo (1). I segni e i sintomi che generalmente si riscontrano nei pazienti affetti da disordini congeniti del metabolismo sono acidosi metabolica, vomito persistente, difetto d accrescimento, anomalie dello sviluppo, elevati livelli ematici o urinari di un aminoacido, un odore particolare (2), letargia, sopore, scarsa alimentazione e convulsioni. In base alla tipologia dei composti non metabolizzati o facendo riferimento agli organi subcellulari coinvolti, si è ottenuta la seguente classificazione delle malattie metaboliche ereditarie (1): Malattie del metabolismo degli acidi organici Malattie del metabolismo degli aminoacidi Malattie del metabolismo dei carboidrati Malattie del metabolismo dei lipidi Malattie del metabolismo delle purine e delle pirimidine Malattie del metabolismo dei metalli Malattie mitocondriali Malattie lisosomiali Malattie perossisomiali Malattie del metabolismo dei neurotrasmettitori LA FENILCHETONURIA La fenilchetonuria (PKU) rappresenta la malattia metabolica ereditaria con maggior incidenza: in Europa è stimata essere 1:4400 nati mentre in Italia è di 1:8000 nati (1), con massima frequenza della PKU classica e minima di deficit di guanosina trifosfato (GTP) cicloidrolasi (2). La PKU, malattia del metabolismo degli aminoacidi trasmessa come carattere autosomico recessivo, è determinata dal deficit (totale o parziale) dell enzima epatico fenilalanina 4-idrossilasi (PAH - il cui gene è localizzato sul braccio lungo del

3 3 cromosoma 12) responsabile della trasformazione dell aminoacido fenilalanina (Phe) nell aminoacido tirosina (Tyr). Le conseguenze biochimiche di tale difetto sono l accumulo di Phe e dei suoi metaboliti nel sangue, e il relativo deficit di Tyr, che diviene un aminoacido essenziale e per questo il suo apporto deve essere garantito dall esterno (3). La Phe in eccesso viene transaminata ad acido fenilpiruvico o decarbossilata a feniletilamina; l aminoacido e le altre sostanze che ne derivano alterano profondamente il normale metabolismo causando, inoltre, danno cerebrale (Figura. 1) (2). Figura. 1. Normale via di metabolizzazione di Phe e Tyr nel citosol. Un deficit dell enzima PAH o del suo cofattore tetraidrobiopterina (BH 4 ) causa l accumulo di Phe che viene transaminata ad acido fenilpiruvico (da cui hanno origine l acido fenilacetico, l acido fenillattico e l acido o-oh-fenilacetico) e la mancata conversione dell amminoacido Phe in Tyr, che diventa un aminoacido essenziale. Un deficit dell enzima fumarilacetoacetato idrolasi, invece, causa l accumulo di fumarilacetoacetato, di succinilacetoacetato e di acetone. Queste sostanze, oltre ad essere tossiche e cancerogene (provocano l alcalinizzazione del DNA), causano l inibizione di molti enzimi (compresi la 4-OH fenilpiruvato diossigenasi e la porfilobilinogeno sintetasi) (5). [Figura adattata da (2)]

4 4 Alla nascita i bambini affetti da PKU appaiono clinicamente normali (perché non vi è stata alcuna assunzione proteica) e la ricerca di acido fenilpiruvico nelle urine può risultare negativa. La diagnosi dipende quindi dalla determinazione dei livelli ematici di Phe. Per eseguire lo screening della PKU nel periodo neonatale si utilizza, da ormai 30 anni, il test di inibizione batterica di Guthrie. Questo test richiede il prelievo di alcune gocce di sangue capillare, assorbite su di un cartoncino che viene spedito in laboratorio per il dosaggio della Phe (2). La sensibilità di quest esame varia in relazione all ora della raccolta del campione da analizzare (4): la fenilalaninemia, infatti, nei bambini affetti può innalzarsi fino a rendere positivo il test già dopo 4 ore dalla nascita, in assenza di qualsiasi assunzione proteica da latte materno. È auspicabile, comunque, che il prelievo avvenga dopo 72 ore dalla nascita, preferibilmente dopo la somministrazione di proteine, allo scopo di ridurre la possibilità di risultati falsamente negativi. Qualora il test dia esito positivo si dovrà procedere alla rilevazione delle concentrazioni ematiche di Phe e Tyr (2). È possibile inoltre la diagnosi prenatale della PKU nelle famiglie che presentano altri figli affetti dalla malattia: grazie alla clonazione del gene della PAH è disponibile una sonda con cui analizzare il DNA isolato dai villi coriali o da colture di cellule amniotiche (4). In base ai livelli di Phe nel sangue, si riconoscono diverse forme di PKU: PKU classica: caratterizzata da livelli di Phe elevati (> 1200 µmol/l o 19,7 mg/dl) PKU moderata: valori di Phe tra 400 e 1200 µmol/l (6,5-19,7 mg/dl) in dieta libera PKU benigna: valori di Phe < 400 µmol/l (6,5 mg/dl) (1). PKU CLASSICA Questa forma è causata dal deficit completo o pressoché completo dell enzima PAH. La diagnosi di PKU si pone quando i valori plasmatici di Phe sono > 1200 µmol/l mentre quelli di Tyr sono nella norma, vi è un aumentata escrezione urinaria dei metaboliti della Phe (acido fenilpiruvico e o-idrossifenilacetico) e una normale concentrazione del cofattore tetraidrobiopterina (BH 4 ) (2). I pazienti non trattati manifestano inizialmente microcefalia, severo ritardo mentale ed epilessia, mentre nella seconda o terza decade compare o progredisce un disordine motorio. Dal punto di vista neurologico questi sintomi sono correlati a microcefalia con gliosi della materia bianca e a ritardata mielinizzazione nei pazienti più giovani, mentre

5 5 in quelli più anziani ad una focale o diffusa demielinizzazione (3). Il ritardo mentale può svilupparsi gradualmente e non essere evidente per alcuni mesi; è stato valutato inoltre che entro la fine del primo anno di vita, un bambino non trattato perde circa 50 punti di QI (quoziente intellettivo). I bambini più grandi non sottoposti a terapia diventano iperattivi con movimenti afinalistici, dondolio ritmico e atetosi (2). Le conseguenze a carico del sistema nervoso, secondo recenti studi di patogenesi biochimica, potrebbero essere secondarie all accumulo di Phe nel sangue, mentre l aumento della concentrazione plasmatica dei suoi metaboliti potenzialmente tossici non sembrerebbe essere sufficiente a causare danni neurologici (3). In una ricerca condotta da McKean è stato evidenziato che il cervello dei pazienti affetti da PKU presentava un incremento della concentrazione di Phe libera, laddove il contenuto di altri aminoacidi quali Tyr e triptofano (Trp) era ridotto (6). La Phe condivide con altri aminoacidi neutri (Tyr, Trp, valina, leucina, isoleucina e metionina) il trasportatore a livello della barriera ematoencefalica: quando la sua concentrazione nel sangue è elevata la competizione per il trasportatore determina un minor uptake degli altri aminoacidi. Ciò che ne consegue è un eccesso di Phe e la relativa carenza di Trp e Tyr nel sistema nervoso centrale che comporta il deficit dei neurotrasmettitori monoaminici dopamina, noradrenalina (sintetizzati a partire dalla Tyr) e serotonina (di cui il Trp è precursore) (3). La mancanza della PAH non determina solamente un alterazione nella sintesi di alcuni neurotrasmettitori, ma comporta anche il blocco della sintesi di Tyr con conseguente riduzione della produzione di melanina. Questa si manifesta con cute chiara, capelli biondi ed occhi azzurri nei bambini non precocemente trattati (7). Al primo esame obiettivo i pazienti PKU presentano uno spiacevole odore di acido fenilacetico (descritto come simile all odore di muffa, di topo o di lupo), ipertonicità con riflessi tendinei profondi iperattivi, convulsioni (circa il 25% dei pazienti) e anomalie elettroencefalografiche (EEG; più del 50%). Altri reperti comuni, negli individui non trattati, sono mascella prominente con denti ampiamente spaziati, ipoplasia dello smalto e ritardo di crescita. Alcuni bambini possono presentare un rash cutaneo seborroico o eczematoide, che è solitamente lieve e scompare con la crescita. Lo scopo della terapia per la PKU è ridurre la Phe ed i suoi metaboliti nei fluidi corporei per prevenire o ridurre al minimo i danni cerebrali (2), assicurare una crescita soddisfacente ed evitare l instaurarsi di stati carenziali (9). Ciò si ottiene stabilendo una dieta povera di Phe ma con un apporto adeguato di aminoacidi essenziali, ed una stretta

6 6 supervisione nutrizionale associata ad un frequente monitoraggio dei livelli plasmatici di Phe e Tyr (Tabelle 1 2) (2). Fenilalanina Tirosina Età (anni) µmol/l mg/dl µmol/l mg/dl ,0 5, ,7 1, ,0 7, ,7 1, ,0 11, ,7 1,4 > ,0 13, ,7 1,4 Tabella 1. Valori raccomandati di Phe e Tyr per un buon controllo della PKU. mg/dl µmol/l Tabella 2. Tabella di conversione dei valori plasmatici di Phe in mg/dl e µmol/l. Dato il carattere di essenzialità dell aminoacido Phe, un sovratrattamento, soprattutto nei lattanti, può condurre ad un suo deficit, con manifestazioni quali letargia, anoressia, anemia, rash cutanei, diarrea e anche morte (2). In sostituzione agli alimenti proteici ricchi in Phe (come carne, pesce, latte e derivati, uova, legumi e frutta secca), si trovano oggi in commercio prodotti speciali atti ad integrare l apporto proteico, aventi un contenuto di Phe ridotto o nullo, e supplementati con aminoacidi essenziali e Tyr. Possono essere suddivisi in cinque categorie: Miscele di proteine idrolisate Miscele di aminoacidi ± carboidrati, senza vitamine e minerali Miscele di aminoacidi con aggiunta di carboidrati, ± lipidi, minerali e vitamine Capsule e tavolette di aminoacidi: senza carboidrati aggiunti, vitamine e minerali Barrette di aminoacidi senza vitamine e minerali (8). Il trattamento dietetico dovrebbe iniziare il prima possibile dopo la nascita, non appena si è posta diagnosi di PKU. Fenilchetonuria materna Le donne con PKU in gravidanza e non aderenti ad una dieta povera in Phe presentano un rischio di aborto spontaneo più elevato rispetto alla popolazione generale (2). Molti studi hanno riscontrato che alti valori plasmatici di Phe della madre sarebbero associati ad una sindrome ben definita riscontrabile nel neonato, i cui sintomi sono rappresentati

7 7 da dismorfismo facciale, microcefalia, ritardo di crescita, difficoltà di apprendimento e cardiopatie congenite. In alcune ricerche è stato dimostrato che la riduzione di Phe nella dieta, prima o subito dopo il concepimento, ha un impatto significativo sul feto sia dal punto di vista dello sviluppo cerebrale che dal punto di vista neurologico e psicometrico, mentre le cardiopatie congenite diventano virtualmente inesistenti (10). Per tali ragioni le future madri affette da PKU dovrebbero essere avviate, già prima del concepimento, verso una dieta a basso tenore in Phe, per mantenerne i livelli plasmatici al di sotto dei 10 mg/dl (600 µmol/l) per tutta la durata della gravidanza (2). IPERFENILALANINEMIA DA DEFICIT DEL COFATTORE TETRAIDROBIOPTERINA La tetraidrobiopterina (BH 4 ) è il cofattore essenziale della PAH e degli enzimi tirosina- 3-idrossilasi (TH) e triptofano-5-idrossilasi (TPH) responsabili, rispettivamente, della sintesi di dopamina e serotonina. La BH 4 è sintetizzata a partire dalla guanosina trifosfato (GTP) attraverso tre passaggi enzimatici, in cui intervengono gli enzimi GTP cicloidrolasi 1 (GTPCH), 6-piruvoiltetraidrobiopterina sintasi (PTPS) e sepiapterina reduttasi (SR) (Figura 2). Figura. 2. Effetto della Phe sulla BH4 e le vie del metabolismo delle amine biogeniche (DHPR diidrobiopteridina reduttasi; PCD pterina-4a-carbinolamina deidratasi; GFRP proteina stimolante la GTP cicloidrolasi) (3).