La leucodistrofia metacromatica: conoscere per diagnosticare

da Quaderni di Medicina e Chirurgia

Stefano Bruni¹, Valeria Calbi², Cristina Baldoli³, Francesca Fumagalli⁴

¹ Orchard Therapeutics Italia; ² SR-Tiget, Unità di Immuno Ematologia pediatrica, Ospedale San Raffaele, Milano; ³ Unità di Neuroradiologia, Ospedale San Raffaele, Milano; ⁴ SR-Tiget, Unità di Immuno Ematologia pediatrica, Unità di Neurologia e Neurofisiologia, Ospedale San Raffaele, Milano

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Introduzione

La leucodistrofia metacromatica (MLD) è una rara malattia neurometabolica a ereditarietà autosomica recessiva. Fa parte della famiglia delle leucodistrofie (malattie della sostanza bianca cerebrale) e di quella delle malattie da accumulo lisosomiale ed è causata da varianti patogene bialleliche nel gene dell’arilsulfatasi A (ARSA). Questa alterazione genetica provoca una carenza dell’enzima ARSA all’interno dei lisosomi.

L’ARSA è essenziale per il metabolismo dei solfatidi, componente importante delle membrane cellulari, in particolare delle cellule che formano la mielina (gli oligodendrociti e le cellule di Schwann) nel sistema nervoso centrale (SNC) e nel sistema nervoso periferico (SNP), rispettivamente. Questo accumulo determina un danno microgliale, demielinizzazione progressiva, neurodegenerazione, successiva perdita delle funzioni motorie e cognitive e morte precoce, specialmente nei pazienti con esordio precoce dei sintomi ^1-4.

L’accumulo di solfatidi si verifica anche in altri tessuti e organi come la cistifellea e i reni, causando manifestazioni non neurologiche quali la poliposi della cistifellea ^5-7 e l’acidosi renale⁸. Anche le cellule di fegato, pancreas, ghiandole surrenali, ovaie e linfonodi possono essere danneggiate (anche se in misura molto minore rispetto alle cellule del SNC e SNP) dall’accumulo di solfatidi; i tessuti con funzioni escretorie sono particolarmente colpiti ^1,5,8,9.

I pazienti con MLD appaiono sani alla nascita e la diagnosi precoce è di fondamentale importanza per consentire un trattamento efficace. Le procedure diagnostiche includono valutazioni cliniche, misurazioni dell’attività ARSA e dei livelli di solfatidi nelle urine o nel siero, studi di risonanza magnetica (RM), studi di conduzione nervosa e analisi genetica molecolare del gene ARSA. Ma nonostante la disponibilità dei suddetti esami, in assenza di un probando già diagnosticato nella stessa famiglia, la capacità di identificare la malattia prima che compaiano i sintomi o comunque prima che la malattia entri in una fase di rapida progressione è ancora limitata e rimane un bisogno medico ancora insoddisfatto.

In attesa che un test di screening neonatale (NBS) possa rendersi disponibile per garantire che tutti i neonati siano diagnosticati prima dell’esordio clinico della malattia, occorre comunque che i pediatri, che per primi possono intercettare un disturbo dello sviluppo neuromotorio, imparino a conoscere e riconoscere la MLD. Questo è tanto più vero ora che una terapia genica ex vivo è stata approvata dall’autorità regolatoria europea (EMA) e altri trattamenti sono disponibili in fase sperimentale, tutti tanto più efficaci quanto più precocemente instaurati (idealmente prima dell’esordio dei sintomi clinici).

La MLD è una malattia panetnica. La scarsità di dati epidemiologici pubblicati rende difficile stimare con precisione la prevalenza globale e l’incidenza della MLD. Alcune stime riportano un’incidenza di MLD di 1 su 100.000 nascite negli Stati Uniti ^10,11. Uno studio delle varianti geniche nei database di genomica indica un’incidenza stimata di MLD simile alle stime precedenti basate su studi di popolazione ¹¹. L’incidenza varia a seconda dei gruppi razziali ¹². In Svezia e nello stato di Washington (US) l’incidenza della forma tardo infantile di MLD è stata stimata in 1 su 40.000 ^13,14. Una revisione sistematica della letteratura europea disponibile ha rivelato circa 1,1 casi (tutti i sottotipi di MLD) per 100.000 nati vivi nell’Unione Europea ^15-20. Inoltre, studi europei suggeriscono che circa il 40-60% dei pazienti presenti il sottotipo tardo infantile, il 20-40% quello giovanile e circa il 18-20% la forma a insorgenza in età adulta ^3,4,15,16,18.

Alla fine del 2020 l’EMA ha approvato una terapia genica ex vivo per la MLD. Laddove questo trattamento non è approvato, lo standard di cura per MLD è la migliore terapia di supporto.

Il prodotto medicinale approvato da EMA consiste in una popolazione arricchita di cellule staminali e progenitrici ematopoietiche (HSPC) trasdotte ex vivo con un vettore lentivirale che codifica per il gene umano dell’ARSA. Questo farmaco, frutto di una ricerca italiana effettuata presso l’Istituto San Raffaele Telethon per la Terapia Genica (SR-Tiget) di Milano, è indicato per il trattamento della MLD caratterizzata da mutazioni bialleliche del gene ARSA che comportano una riduzione dell’attività enzimatica di ARSA, nei bambini con forme infantili tardive o giovanili precoci, senza manifestazioni cliniche della malattia e nei bambini con la forma giovanile precoce, con manifestazioni cliniche precoci della malattia, che conservano la capacità di camminare autonomamente e prima dell’inizio del declino cognitivo.

Alla luce di questa nuova opportunità terapeutica e di altri innovativi approcci ancora in fase di sperimentazione ma potenzialmente efficaci, oggi è assolutamente necessario che i medici, e in particolare i pediatri, conoscano l’MLD. I casi sospetti devono essere riferiti tempestivamente a un centro di riferimento esperto in malattie neurometaboliche. Qui si potrà ottenere una diagnosi definitiva, sperabilmente in tempo utile perché la persona affetta possa sottoporsi a un trattamento efficace, approvato o sperimentale, alternativa a una morte certa e in condizioni terribili nei primi anni di vita.

Il meccanismo alla base della malattia

La MLD è caratterizzata da uno spettro di fenotipi a diversa gravità, conseguenza di vari gradi di carenza enzimatica e di una varietà di varianti geniche causative ^21-24.

Quando l’attività dell’ARSA è bassa o assente, i solfatidi non degradati si accumulano principalmente nel SNC, nel SNP e in altri organi e tessuti, innescando un processo di progressiva demielinizzazione e causando molteplici sintomi neurologici sia a livello di SNC che di SNP ^1,3,25. Le cellule colpite nel SNC e nel SNP includono microglia, oligodendrociti, neuroni, cellule di Schwann, macrofagi e monociti ^1,3,25,26. Altri organi e tessuti interessati includono la cistifellea, i reni, il fegato, il pancreas, le ghiandole surrenali, le ovaie e i linfonodi ^1,5,8,9.

Come accade per molte altre LSD, non è solo l’accumulo di substrato nelle cellule interessate a causare i danni caratteristici della malattia; il danno che questo accumulo causa alle cellule, infatti, attiva una cascata di eventi biochimici (infiammazione) a loro volta causa di danno alle cellule nervose ^2,27.

Genetica

La MLD è una malattia a eredità autosomica recessiva. Il gene per l’ARSA umana si trova sul cromosoma 22q13 ed è composto da 8 esoni, che codificano per una proteina precursore di 509 amminoacidi con una variante di 507 amminoacidi ^28-31.

Sono state descritte alcune centinaia di varianti patogenetiche (mutazioni) del gene ARSA ^28,32. Le varianti patogene dell’ARSA possono essere suddivise funzionalmente in due grandi gruppi che differiscono per il livello di gravità della malattia che fanno prevedere: alleli nulli (0) associati a poca o nessuna attività enzimatica e alleli R che codificano per ARSA con una certa attività enzimatica residua. L’allele 0 più comune osservato negli individui con MLD a esordio tardo infantile in Europa è c.465+1G>A*, che è una variante del sito di giunzione al confine tra l’esone 2 e l’introne 2 di ARSA ^22,28,33,34. I più comuni alleli R (c.1283C>T e c.542T>G) sono varianti a singolo nucleotide frequentemente presenti in forme giovanili o adulte di MLD ^22,28,33. Una variante comune per MLD a esordio precoce in Giappone è p.Gly101Asp, che rappresenta il 45% di tutti gli alleli MLD rilevati nei pazienti giapponesi ^3,4,35.

Una correlazione genotipo-fenotipo è più evidente per gli individui con genotipi 0/0, situazione che quasi sempre si traduce in MLD a esordio tardo infantile, mentre è molto più complesso predire il fenotipo per i pazienti con 0/R o R/R ^3,36. È probabile che oltre al genotipo ARSA stesso ci siano altri fattori epigenetici, metabolici o non identificati, che influenzano l’insorgenza dei sintomi della MLD ^36,37.

Esistono diversi tipi di varianti ARSA, tra cui varianti del sito di giunzione, delezioni, inserzioni e varianti a singolo nucleotide ²⁸. Le varianti non senso sono varianti a singolo nucleotide che creano un codone di arresto aberrante che termina prematuramente la proteina ³⁸. Le varianti missenso modificano un amminoacido all’interno della proteina, il che può interromperne la funzione ³⁸.

La distribuzione dei tipi di varianti è la seguente: missenso (66,5%), non senso (7,5%), sito di giunzione (6,5%) ²⁸. Tutte le altre varianti, incluse le delezioni, le inserzioni e le varianti che portano a frameshift, rappresentano il 19,5% dei tipi di alleli ²⁸.

Alleli che causano una pseudodeficienza (Pd) di ARSA sono presenti in circa lo 0,2-0,5% della popolazione caucasica e possono essere innocui per i portatori ma complicare la diagnosi di MLD e la successiva consulenza genetica ^1,3,36. L’enzima ARSA nelle pseudodeficienze ha un’attività inferiore al normale ³⁶. L’allele Pd più comune nelle popolazioni europee e americane è il c.[1055A>G;*96A>G] ⁴. Sebbene non causi di per sé una malattia, la presenza di una variante di ARSA Pd sullo stesso cromosoma di una variante patogena di ARSA (allele ARSA-MLD-Pd) può ridurre l’attività ARSA espressa da tale allele e potenzialmente modificare la gravità del fenotipo MLD nei pazienti con tale genotipo ^39,40.

Il deficit di saposina B (SapB) è una rara forma di MLD, causata da una variante del gene per la prosaposina (PSAP) ^1,3,41. Il gene ARSA e l’attività dell’ARSA sono normali nel deficit di SapB, ma l’escrezione di solfatide è ancora elevata ¹. Poiché i solfatidi possono essere degradati dall’ARSA solo in presenza di SapB, il suo deficit causa una forma di MLD ²⁶. SapB è anche coinvolto nella degradazione di lipidi diversi dal solfatide, ma le manifestazioni della malattia dovute al deficit di SapB sono molto simili alla MLD ³.

Biochimica

Il solfatide (3-O-solfato galattocerebroside) è un glicosfingolipide con molteplici funzioni che influenzano il sistema nervoso, il sistema immunitario, la secrezione di insulina, l’emostasi/trombosi e le infezioni batteriche e virali ^42,43. I solfatidi sono presenti nel SNC e nel SNP e, con livelli più bassi, in altri tessuti tra cui reni, pancreas e dotti biliari ³⁴.

Sono sfingolipidi di membrana necessari per la differenziazione, la funzione e la sopravvivenza delle cellule che formano la mielina e per l’organizzazione e il mantenimento delle guaine mieliniche ^25,34,42. La mielina è la guaina isolante che circonda gli assoni e ha la funzione di facilitare l’efficace conduzione dei segnali elettrici tra le cellule nervose ³⁴. I solfatidi sono uno degli sfingolipidi più abbondanti nella mielina e rappresentano circa il 4-6% dei lipidi mielinici ^34,42.

L’ARSA lisosomiale catalizza la desolfatazione del solfatide ^25,42. È sintetizzato nel reticolo endoplasmatico rugoso, dove è presente come dimero ³⁴. Successivamente l’enzima entra nei lisosomi utilizzando il recettore del mannosio-6-fosfato ³⁴. Una volta esposto al pH acido dei lisosomi, l’ARSA si aggrega per formare un ottamero composto da un tetramero di dimeri ^4,34. La degradazione del solfatide da parte dell’ARSA richiede la presenza di una proteina attivatrice, SapB, necessaria per rendere solubile il solfatide ²⁶.

Quando a causa di varianti nel gene ARSA l’enzima funzionale necessario per la degradazione dei solfatidi risulta carente, si verifica un accumulo di solfatidi non degradati nel SNC e nel SNP e negli altri organi in precedenza menzionati ^{1,26,34,42-44}. L’accumulo di solfatide negli oligodendrociti e nelle cellule di Schwann porta alla progressiva demielinizzazione con conseguenti manifestazioni neurologiche ³⁴.

Quando i solfatidi non degradati si accumulano, il sistema lisosomiale-endosomiale diventa disfunzionale ³⁴. Ne consegue che i solfatidi non vengono riciclati correttamente, le strutture mieliniche sono compromesse, la trasmissione degli impulsi nervosi è compromessa e la guaina mielinica è degradata ³⁴. Una cascata di reazioni secondarie porta all’apoptosi delle cellule che formano la mielina ³⁴.

La demielinizzazione progressiva è la caratteristica principale della MLD, ma anche altri meccanismi probabilmente contribuiscono alla patologia ^2,34. Danni precoci e gravi alla microglia possono contribuire alla patogenesi della MLD ²: i cambiamenti nel fenotipo immunitario della microglia e la morte fagocitaria della microglia nelle aree prelesionali possono precedere la distruzione maggiore degli oligodendrociti e della mielina ². Gli oligodendrociti svolgono un ruolo importante nella regolazione delle risposte immunitarie nel SNC e si ritiene che abbiano un complesso cross-talk con la microglia ⁴⁵. Con il progredire della MLD, possono verificarsi morte delle cellule neuronali e atrofia cerebrale, con conseguente aumento del volume ventricolare e riduzione del volume della materia grigia cerebrale ^34,46-48.

Clinica

Da un punto di vista clinico la MLD può essere classificata in diversi sottotipi, caratterizzati da epoche di esordio dei sintomi e gravità e velocità di progressione diverse. Mentre la MLD, come molte altre malattie da accumulo lisosomiale, è descritta spesso come uno spettro continuo di fenotipi di diversa gravità, recenti evidenze indicano che si possono in realtà identificare sottotipi della malattia che differiscono relativamente all’età e ai sintomi di esordio, alla velocità della progressione e alle manifestazioni cliniche. La classificazione corrente individua le forme tardo infantile (LI), giovanile precoce (EJ), giovanile tardiva (LJ) e adulta (A) in base all’età di insorgenza dei sintomi (Tab. I). La MLD a esordio precoce comprende i sottotipi LI ed EJ, mentre la MLD a esordio tardivo comprende i sottotipi LJ e A. Storicamente i sottotipi EJ e LJ sono stati collettivamente indicati come MLD “giovanile”, ma dati recenti che descrivono la relazione tra tipo di sintomi all’esordio e decorso della malattia supportano la classificazione basata sull’età di insorgenza e l’esistenza di sottotipi EJ e LJ distinti e clinicamente significativi ^24,49,50.

MLD tardo infantile

I pazienti affetti dal sottotipo LI di solito sono portatori di 2 alleli ARSA nulli (genotipo 0/0) e manifestano i primi sintomi prima dei 30 mesi di età. Alcuni pazienti con il sottotipo LI mostrano un ritardo relativo o una stagnazione nell’acquisizione delle fisiologiche tappe dello sviluppo neuromotorio, specialmente all’età della deambulazione indipendente ^36,51,52. Una volta che i sintomi compaiono, spesso come un’anomalia nell’andatura, c’è invariabilmente una rapida regressione psicomotoria e perdita di abilità motorie, linguistiche e cognitive precedentemente acquisite ^1,3,49,53. La neuropatia periferica grave è una caratteristica precoce soprattutto della MLD LI ^1,52,54. Anche lo strabismo acuto e altri disturbi del movimento oculare, probabilmente correlati al coinvolgimento dei nervi cranici, sono stati recentemente riconosciuti come una manifestazione precoce di MLD LI ⁵⁴. Man mano che la malattia progredisce, i pazienti con il sottotipo LI sviluppano spasticità, convulsioni e problemi di deglutizione. Quasi tutti i pazienti non trattati con il sottotipo LI sperimentano un grave deterioramento motorio e cognitivo tra i 2-4 anni di età ^53,55‑57. Con la terapia di supporto, i pazienti con il sottotipo LI possono vivere diversi anni in uno stato funzionale altamente compromesso fino alla morte durante la tarda infanzia ⁵⁸.

La forma LI della MLD è quella a più rapida evoluzione ¹. Questa forma è caratterizzata principalmente da una costellazione di sintomi tra cui stagnazione e/o ritardi nella funzione motoria grossolana e fine, strabismo acuto, diminuzione del tono muscolare, atassia, spasticità, perdita della parola e, infine, completa perdita delle funzioni cognitive e motorie ^3,4,59.

Come detto in precedenza, la MLD LI esordisce prima dei 30 mesi di età, con la maggior parte dei pazienti che manifestano sintomi tra i 12 e i 24 mesi ^1,3. I segni tipici di presentazione includono disturbi dell’andatura, goffaggine, cadute frequenti, camminata sulle punte e regressione dello sviluppo ^3,4. I pazienti possono imparare a camminare; tuttavia, iniziano a svilupparsi debolezza alle gambe, diminuzione del tono muscolare e riflessi tendinei profondi depressi ³. Molti pazienti con MLD LI (circa il 40-70%) non imparano mai a camminare in modo indipendente ^52,60. Circa la metà dei bambini con MLD LI può inizialmente presentarsi solo con segni di una neuropatia periferica demielinizzante, rapidamente progressiva, precedente il coinvolgimento del SNC ⁵⁴.

Circa il 60% dei pazienti con MLD LI presenta sintomi motori o disturbi dell’andatura e il 40% presenta convulsioni ⁵⁸. Si sviluppa al contempo una neuropatia periferica con velocità di conduzione nervosa lenta che può portare a dolore alle braccia e alle gambe, goffaggine, debolezza muscolare, deficit sensoriali e riflessi ridotti/assenti ^4,52,54.

Con il progredire della malattia, il linguaggio, la vista, l’udito e lo sviluppo cognitivo regrediscono mentre si sviluppa la spasticità, con conseguenti difficoltà respiratorie e alimentari ^1,3,4. Alla fine compaiono anche convulsioni ^3,4. Oggi la sopravvivenza dei bambini con MLD LI risente molto del miglioramento delle cure palliative ^3,4,24.

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