PKU o Iperfenilalaninemia

La più comune malattia pediatrica genetica, dovuta a mutazioni nel gene PAHsul cromosoma 12 (locus 12q24.1).

1:10.000 – 15.000 nati vivi

Caratterizzata da intolleranza all’apporto dietetico dell’amminoacidoESSENZIALE Phe e conseguentemente elevati tassi di Phe nel sangue (nelleforme gravi > 20 mg/dl; ctrl 0.5-1.5 mg/dl).

BH4, O2, Fe2+

Folling L. The discovery of Phenylketonuria 1934

Was the first inborn error of metabolism shown to affect the mind

Un individuo sano ha dei valori che non superano i 2 mg/dl di Phe. Un portatore eterozigote (silentedal punto di vista clinico) ha dei valori più alti rispetto alle persone sane, perché ha maggiore difficoltàa metabolizzare la Phe (attività residua di circa il 30%), ma non supera i 2 mg/dl.

Forme di Fenilchetonuria (PKU)

Iperfenilalaninemia: quando i valori di Phe nel sangue, a dieta libera, sono > 2 mg/dl ma < 6 mg/dl.Anche in questi casi in Italia è previsto il trattamento (dietoterapia).

Per aiutare a capire quanta Phe può tollerare un paziente nella propria dieta si distinguono 3 tipologiedi PKU:

PKU lieve: quando i valori di Phe nel sangue, a dieta libera, sono tra 2mg/dl e 10mg/dl e l'individuopuò metabolizzare giornalmente circa 400-600 mg circa di Phe (alta tolleranza).

PKU moderata: quando i valori di Phe nel sangue, a dieta libera, sono tra 10mg/dl e 20mg/dl el'individuo può metabolizzare giornalmente 350-400 mg di Phe.

PKU classica (o severa): quando i valori di Phe nel sangue, a dieta libera, sono > 20mg/dl e l'individuometabolizza quantità di Phe inferiori a 250-350 mg.

PRINCIPALI SINTOMI:

ritardo psicomotorio, disturbi nel tono muscolare, convulsioni, sonnolenza,irritabilità, anomalie del movimento, postura inusuale, ipertermia, ipersalivazione edifficoltà nella deglutizione.

Si hanno complicanze più o meno severe in base alla gravità della manifestazionepatologica e alla tempestività della diagnosi (NON sintomi alla nascita, Phe anomala apartire dal 4° giorno. Se non trattata è completamente IRREVERSIBILE).

IMPORTANZA DELLA DIAGNOSI PRECOCE che permette l’INIZIO del trattamento primadell’insorgenza dei sintomi.

Segni in stadio avanzato:•Rush cutanei, nausea, vomito, irritabilità, eczematosi;•ridotta pigmentazione della pelle e dei capelli;•“odore di topo” di pelle, capelli e urina (fenilacetato)•Tremori, ipertono muscolare, iperreflessia tendinea

Fenilchetonuria materna o embriopatia da iperfenilalaninemia: se non trattata determinanel nascituro microcefalia, cardiopatie congenite, ritardi della crescita.

Fenilchetonuria maligna (o deficit da BH4): E' una forma rara che colpisce dall'1 al 5% deibambini fenilchetonurici. Questa forma è dovuta a un deficit del cofattore enzimaticotetraidrobiopterina (BH4).

Esistono 2 tipologie di deficit da BH4: deficit della teraidropterina sintasi (PTPS) e deficit didiidropteridina reduttasi (DHPR).

Fenilchetonuria benigna: nonostante si abbia la patologia non si hanno effetti(asintomatica), anche a dieta libera.

Si parla poi di:

Pathways biosintetiche e rigenerative di BH4, e reazioni catalizzate da PAH:

Ci sono disordini genetici associati a tutti questi steps enzimatici che causano diversi gradi diHPA e/o di squilibrata sintesi di neurotrasmettitori, causa malfunzionamento della tirosino- edella triptofano-idrossilasi, che sono idrossilasi BH4 dipendenti.

(4-OH-BH4)

(pterina carbinolamina deidratasi)

Underhaug J, et al. Current Topics inMedicinal Chemistry (2012) 12: 2534-45.

La terapia include supplementazione di BH4, di solito accompagnata con L-DOPA e 5-idrossitriptofano.

Per questa diagnosi si misurano i livelli di pteridina nelle urine e si conferma il risultatocon la prova da carico orale di BH4 (20 mg/Kg), con conseguente significativa riduzionedei livelli di fenilalanina dopo 24-48 ore di trattamento.

Il deficit di PTPS o di DHPR dovrebbe essere sospettato in tutti i neonati con un test discreening neonatale positivo, specialmente quando l’iperfenilalaninemia è modesta. L’HPAsensibile alla BH4 è causata da mutazioni specifiche, che codificano per proteine mutatecon attività residua significativa.

È caratterizzato da sintomi lievi-moderati di PKU, compresi il deficit cognitivo, leconvulsioni e i disturbi comportamentali e dello sviluppo.

Se non viene trattato questo deficit causa danni neurologici evidenti a 4-5 mesi di età,sebbene i segni clinici siano spesso palesi fin dalla nascita.

TRATTAMENTO

Dieta con ridotto apporto di Phe, integrata con aminoacidi essenziali, vitamine e minerali alfine di riportare di Phe nella norma

Somministrazione controllata di precursori (L-Dopa/carbidopa e 5-idrossitriptofano) perripristinare la normale neurotrasmissione monoaminergica.

Nelle iperfenilalaninemie lievi ha una qualche utilità il trattamento con l’analogo sintetico diBH4 (Kuvan®): i trials clinici dimostrano che circa il 40% di questi pazienti raggiungono unariduzione > del 30% dei livelli plasmatici di Phe, con conseguente aumento della tolleranzadietetica alla Phe.

Si è dimostrata efficace anche in pazienti con specifiche mutazioni di PAH e con normali livelliurinari di pteridine e di attività DHPR (Database of Patients and Mutations causing BH4-responsive HPA/PKU).

La BH4 è somministrata a orari precisi, in quantità relativa al peso corporeo del paziente e piùvolte al giorno.

La terapia farmacologica, a differenza della dietoterapia, non garantisce il correttosviluppo cerebrale.

Dieta

Limitati drasticamente tutti gli alimenti ad alto contenuto proteico tra cui: aspartame (cibi “light”), algaspirulina, arachidi, frutta secca, carni altamente proteiche, caco, frumento, fagioli, ceci, fave, lenticchie,formaggi stagionati, pesce altamente proteico (tonno), frattaglie, carne di selvaggina, coniglio, legumi,farina di soia e proteine derivate dalla soia.

Il fabbisogno proteico viene coperto attraverso specifici integratori proteici PRIVI di fenilalanina, che vafornito in quantità controllate in quanto amminoacido ESSENZIALE.Il GLICOMACROPEPTIDE (GMP) è una proteina derivata dal siero del formaggio, costituisce un eccellentefonte di proteine, a basso contenuto di Phe.

Current guidelines: “to restore blood phenylalanine to levels as near normal as possible, as early aspossible, for as long as possible, and for a lifetime in some patients”.

Dieta con Phe < 500 mg/giorno (VA INIZIATA nelle prime settimane di vita) adattata a ciascun paziente

per mantenere il livello plasmatico di Phe < 6 mg/dl (< 4 mg/dl nelle donne in gravidanza). Si sta valutando di abbassare questo limite.

Frequente non-compliance dietetica, soprattutto negli adolescenti, deficienzenutrizionali, complicanze psicosociali, costi, imperfetto recupero neurologico dei pazienti.

PKU e gravidanza

Per evitare nel feto i rischi cardiaci, di ritardo nellla crescita intrauterina, microcefalia e ritardo mentale,programmare la gravidanza e seguire una dieta controllata e rigorosa in Phe da PRIMA delconcepimento (< 4 mg/dl). Questo comporta un’informazione precoce e costante per le pazientiaffinchè le loro gravidanze siano programmate e seguite da un’equipe specializzata.

(Iperfenilalaninemia materna o embriopatia da iperfenilalaninemia)

La diagnosi di embriopatia fenilchetonurica deve anche essere considerata nel caso di bambini didonne nate prima della organizzazione dello screening di questa malattia o in un paese in cui questaindagine non esiste.

Durante la gravidanza, dal 4-5° mese in poi, la tolleranza alla Phe aumenta progressivamente passandoda valori, ad es di 300 mg/die a 1400 mg/die al termine della gravidanza. Questo aumento dellatolleranza è dovuto all’attività epatica del feto (eterozigote) che è in grado di metabolizzare e smaltiresia la propria fenilalanina, sia quella in eccesso della mamma.

(LAT1)-transporter si lega selettivamente ai LNAAs: Val, Ile, Leu, Met, Thr, Trp, Tyr, Phe;

L’aumento di Phe plasmatica nella PKU determina:1: ridotto non-Phe LNAA uptake nel cervello causato da inibizione competitiva della Phe ;2: aumento dell’esporto di altri LNAA dal cervello in cambio di Phe.

RISULTATO: marcato aumento dell’uptake di Phe dal sangue al cervello e riduzione di quello di altri LNAA.

Patogenesi della disfunzione cognitiva nella PKU

la competizione della Phe con LAT1 determina riduzioni nella sintesi cerebrale di proteinein particolare riduzione nella formazione dei poliribosomi e ridotta mielinizzazione.

Patogenesi della disfunzione cognitiva nella PKU

La Phe in eccesso rallenta anche lo sviluppo neuronale determinando neuroni più piccolidella media, con ridotta arborizzazione dendritica, che hanno più difficoltà a formare sinapsicon altri neuroni.

la diminuzione della concentrazione cerebrale di Trp e la diminuita attività della Trpidrossilasi determina una ridotta concentrazione di serotonina cerebrale che spiega l’aumentodi disturbi di ansia e depressione.

RIDOTTA SINTESI di Tyr e diminuita attività della Tyr idrossilasi:minore produzione di neurotrasmettitori fondamentali nei circuiti nervosi (dopamina,adrenalina, noradrenalina) che spiega la ridotta performance neuropsicologica, tremori,atteggiamenti posturali involontari;

Phenylalanine assembly into toxic fibrils suggests amyloid etiology in phenylketonuria.L. Adler-Abramovich, L. Vaks, Ohad Carny, D. Trudler, A. Magno, A. Caflisch, D. Frenkel, E. Gazit. NatureChemical Biology (2012) 8,701–706 .

Dati recenti suggeriscono che la malattia non è solo il risultato dellariduzione/assenza dell’attività enzimatica, ma anche la conseguenza delladeposizione proteica:

La Phe (mM) si auto-assembla in strutture nanofibrillari AMILOIDO simili

Questi dati dimostrano che la PKU è strettamente relazionata alla famiglia dellemalattie amiloido-dipendenti e potrebbe avere una simile eziologia.

Un tempo……Guthrie testA simple phenylalanine method

for detecting phenylketonuria in

large populations of newborn

infants, by R. Guthrie and A.

Susi, Pediatrics, 1963;32:318-

343.

Diagnosi (screenings neonatali negli stati europei ed americani)

Bacillus subtilis

Prelievo almeno 48hdopo la nascita

Analisi mediante spettrometria di massa tandem:(utilissima perché richiede piccolissimi volumi di sangue: fino a 1.3 ml)

La filosofia diagnostica è passata dal concetto “uno spot, un test, una malattia” al concetto “uno spot, un test, molte malattie”.

Analisi mediante HPLC o gas cromatografia;

Oggi:

quali pazienti, quale protocollo, che implicazioni a lungo termine.

TERAPIE farmacologiche

Trattamento con Sapropterina (analogo sintetico della 6R-BH4):

Supplementazione con LNAAs (ancora controversa)

ERT per metabolizzare la Phe circolante

Sono in corso studi con PEGylated PHE ammonia liasi ricombinante (rAvPAL-PEG) per i pazientiche non rispondono alla sapropterina. Il derivato con il polimero contribuisce ad eludere larilevazione e l’eliminazione dell’enzima da parte del sistema immunitario.

TERAPIE ALTERNATIVE

2)

1)

PAL: somministrazione s.c., ora si sta sviluppando una forma per os:

ONGOING:

Terapia genica:studi su PAH-deficient mice hanno dimostrato che il 10% di att. enz. è sufficienteper ottenere un metabolismo normale della Phe.

In un modello murino, la terapia genica diretta al fegato tramite un vettore ricombinante(rAAV: recombinant adeno-associated virus) ha permesso correzioni dell’attività enzimaticadella PAH fino ad un anno, ma non permette una correzione permanente in quanto ilgenoma del vettore non viene integrato nel DNA degli epatociti e la rigenerazione gradualema continua degli epatociti porta all’eliminazione del genoma del vettore.La reiniezione non è più efficace perché viene distrutto dal sistema immunitario.

Il muscolo scheletrico è un organo bersaglio promettente in quanto non è soggetto arigenerazione cellulare continua ed è più facilmente accessibile. Ma nei miocitil’espressione di PAH non porta all’idrossilazione funzionale della Phe ma vanno inseritianche i vettori necessari anche per la produzione in loco di BH4. I risultati sono promettentinel topo.

Phenotypic Reversion of Fair Hair upon Gene Therapy of the Phenylketonuria MiceThöny Beat, Ding Zhaobing, Rebuffat Alexandre, and Viecelli Hiu Man. Human Gene Therapy (2014) Vol. 25, No. 7:573-574.

Le mutazioni maggiormente patogeniche nella PKU sono associate all’aumentatatendenza della proteina al misfolding e alla degradazione ubiquitina-dipendenteQuesto ha stimolato lo studio di chaperones come potenziale terapeutico.

Trattamento con chaperones farmacologici

Nel caso di PKU, il cofattore fisiologico 6R-BH4, oltre che come co-substrato agisce come unochaperone farmacologico di PAH, formando il complesso stabile PAH-BH4 che blocca e stabilizzaPAH attraverso un cambiamento conformazionale, proteggendola dalla degradazione da partedel sistema di “controllo qualità” della cellula.

Questo spiegherebbe l’efficacia del trattamento con BH4 in alcuni pazienti con specifichemutazioni che generano un misfolding della proteina PAH (che sono quelle prevalenti) einducono una PKU moderata. Il fenotipo responsivo però non può essere predetto dal sologenotipo (l’HPA è una condizione multifattoriale in cui fattori genetici e non- contribuiscono ainconsistenze nelle relazioni genotipo-fenotipo).

Underhaug J, et al. Current Topics inMedicinal Chemistry (2012) 12: 2534-45.

Circa il 40% dei pazienti con PKU lieve raggiunge una riduzione stabile >30% dei livelli plasmaticidi Phe.

Riassunto dei potenziali approcci terapeutici

Futuro: Terapia personalizzata

(misfolding protein)

Underhaug J, et al. Current Topics inMedicinal Chemistry (2012) 12: 2534-45.

Ad oggi, il trattamento maggiormente impiegato è la dieta a basso contenuto di Phe. Ilvantaggio è che può essere utilizzata per tutte le mutazioni, con risultati accettabili, poichéviene adattata a ciascun paziente monitorando i livelli di Phe.

Importanza di trovare alternative terapeutiche,vista anche la possibilità delle conseguenze secondarie alla deposizione proteica

Nonostante i recenti miglioramenti nella dieta (maggiore scelta di prodotti con miglioricaratteristiche organolettiche), presenta ancora gli inconvenienti di una dieta che devedurare per tutta la vita (conseguenze psico-sociali) e l’esigenza di controlli periodici.

Al presente, la supplementazione di BH4 rappresenta una reale opzione terapeutica per ipazienti responsivi.