Iperammoniemie ereditarie

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25 luglio 2017

COSA SONO

Le iperammoniemie ereditarie comprendono sia difetti enzimatici primitivi del ciclo dell'urea che difetti del trasporto degli aminoacidi dibasici; vanno distinte dalle forme secondarie causate da disfunzioni epatiche di varia origine e da altri errori congeniti del metabolismo, quali le acidurie organiche e i difetti dell'ossidazione degli acidi grassi.
La ridotta sintesi di urea, che rappresenta nell'uomo la principale via di escrezione dell'azoto, porta all'accumulo tossico nei fluidi biologici di ioni ammonio.


 

PRINCIPI BIOCHIMICI

Esistono difetti congeniti a carico di ciascun enzima del ciclo dell'urea mentre, nei difetti di trasporto degli aminoacidi dibasici (sindrome HHH e Intolleranza alle proteine con lisinuria), la carenza selettiva di substrati ne determina un impedimento secondario. I primi tre enzimi (NAGS, CPS e OTC) sono intramitocondriali, gli altri sono tutti citoplasmatici.
Gli enzimi del ciclo dell'urea sono attivi principalmente negli epatociti e, in misura molto minore, negli enterociti e nelle cellule dell'epitelio renale. L'azoto ammoniacale proveniente sia dalle proteine esogene assunte con la dieta che da quelle derivanti dal catabolismo endogeno, genera ammoniaca e successivamente carbamilfosfato.
L'enzima deputato è il carbamilfosfato sintetasi (CPS) che viene a sua volta attivato dal N-acetilglutammato, prodotto per azione della N-acetil-glutammato sintetasi (NAGS). Il carbamilfosfato legandosi all'ornitina forma la citrullina attraverso l'azione dell'ornitin-transcarbamilasi (OTC). La citrullina attraversa la membrana mitocondriale e, insieme all'acido aspartico, porta alla formazione dell'acido argininosuccinico per azione della arginosuccinato sintetasi (AS); l'acido argininosuccinico viene a sua volta convertito in arginina e acido fumarico, la reazione è catalizzata dall'argininosuccinato liasi (AL).
Al termine di queste reazioni, attraverso l'arginasi, l'arginina si trasforma in urea ed ornitina. Quest'ultima, attraverso un carrier specifico, rientra nei mitocondri e si rende di nuovo disponibile per la conversione in citrullina. Ogni molecola di urea contiene due molecole di azoto, una derivante dall'ammoniaca ed una dall'acido aspartico. Per ciascuna delle suddette tappe biochimiche corrisponde nell'uomo un difetto enzimatico ereditario che è causa di accumulo di ammoniaca che esplica un'azione tossica a carico del sistema nervoso centrale attraverso meccanismi che coinvolgono la sintesi dei neurotrasmettitori ed il metabolismo energetico cellulare.
Un altro metabolita che viene ad accumularsi è la glutammina, che esplica la sua azione con meccanismo osmotico favorendo il rigonfiamento degli astrocti cui consegue l'edema cerebrale.
Con l'eccezione del deficit di CPS e di NAGS, tutte le altre condizioni di mancato funzionamento del ciclo dell'urea causano l'accumulo di carbamilfosfato che legandosi all'acido aspartico entra nella via di sintesi de novo delle pirimidine per formare l'acido orotico. Quest'ultimo metabolita, come vedremo in seguito, riveste una particolare importanza nella definizione diagnostica delle varie condizioni morbose.

Nell'intolleranza alle proteine con lisinuria, a causa dell'aumentata escrezione renale e del ridotto assorbimento intestinale degli aminoacidi dibasici (lisina, ornitina, arginina), si instaura una condizione selettiva di carenza di substrati che è responsabile di un blocco funzionale del ciclo dell'urea. Con l'eccezione del deficit di OTC, tutte le altre iperammoniemie primitive sono ereditate con meccanismo autosomico recessivo.
Il deficit di OTC è trasmesso con eredità legata al cromosoma X; la malattia colpisce i maschi in forma generalmente letale, mentre nelle femmine portatrici, in base al meccanismo di inattivazione del cromosoma X, esistono fenotipi clinici estremamente variabili.
Per il CPS, l'OTC, la AS e la AL sono note sia la localizzazione cromosomica che la sequenza genica.
 

MANIFESTAZIONI CLINICHE

Le iperammoniemie primitive possono esordire in differenti fasce di età, da quella neonatale a fino a quella adulta. 
La severità del quadro clinico e l'epoca di insorgenza sono generalmente correlabili all'entità del difetto biochimico: le forme più precoci e con sintomatologia più grave sono causate da difetti severi mentre, nei casi ad esordio tardivo e con sintomatologia intermittente, l'enzima deficitario ha generalmente un'attività residua in grado di rendere funzionante, seppure in maniera ridotta, la via metabolica. La malattia più frequente è il deficit di OTC. La sintomatologia è molto spesso aspecifica e sovrapponibile nelle varie condizioni morbose e le manifestazioni cliniche interessano principalmente il sistema nervoso centrale con presenza di sintomi oscillanti dalla letargia/irritabilità fino al coma. Oltre ai sintomi neurologici sono abbastanza caratteristici quelli legati al comportamento alimentare con tendenza al rifiuto per i cibi proteici.

Nelle forme neonatali vi è generalmente un intervallo libero fra la nascita e l'inizio della sintomatologia. Questa può comprendere vomito, rifiuto per l'alimentazione, ipo-ipertonia, convulsioni, coma, ipotermia, alcalosi respiratoria, insufficienza epatica con deficit della coagulazione; l'ecografia cerebrale può mostrare una diffusa iperecogenicità della sostanza bianca causata dall'edema cerebrale. La morte, causata generalmente da emorragie cerebrali o polmonari, può sopraggiungere nel giro di pochi giorni se non vengono instaurate immediate e specifiche misure terapeutiche. La prognosi in questi casi è severa e, nei maschi con deficit di OTC, è quasi sempre infausta. A causa della aspecificità della sintomatologia il quadro clinico può essere confuso con altre patologie di più frequente riscontro quali la sepsi, il distress respiratorio, l'iperammoniemia transitoria del pretermine, ecc.

Nelle forme ad esordio più tardivo, nella prima e seconda infanzia, il quadro clinico è molto variabile. Le manifestazioni possono avere un andamento intermittente con episodi ciclici di vomito, cefalea, irritabilità alternata a sopore, atassia, letargia, segni piramidali, convulsioni e coma in concomitanza con l'elevazione dei valori ammoniemici. L'iperammoniemia è spesso causata da episodi febbrili intercorrenti o da una eccessiva introduzione di proteine con la dieta. Possono essere inoltre presenti ritardo mentale di entità variabile e turbe comportamentali con note di aggressività. Le abitudini alimentari si contraddistinguono per una spiccata avversione per i cibi ad alto contenuto proteico; sono inoltre osservabili quadri aspecifici di interessamento epatico con epatomegalia ed alterazioni funzionali.
Come per le forme ad esordio neonatale, il comportamento clinico può evocare situazioni di più frequente riscontro quali il reflusso gastroesofageo, l'intolleranza alimentare, epatopatie ad incerta etiologia, l'emicrania, tumori endocranici e altre patologie di tipo neuropsichiatrico.
Particolare rilievo assume il dato anamnestico di andamento ciclico della sintomatologia e, nel caso del deficit di OTC, la presenza nel gentilizio materno di individui di sesso maschile con analoga sintomatologia o con morte nei primi giorni di vita. L'assunzione di valproato può slatentizzare una iperammonemia congenita con gravi conseguenze.

Nei casi ad esordio più tardivo, nella adolescenza o in età adulta, va ricordata la possibilità di insorgenza di coma iperammoniemico in seguito ad anestesia generale o nel periodo del puerperio. La sintomatologia può comunque comprendere alcune delle manifestazioni presenti nell'infanzia e l'esordio tardivo è caratteristico dei soggetti di sesso femminile eterozigoti del deficit di OTC.
Va inoltre ricordato che il deficit di OTC può manifestarsi al di fuori dell'epoca neonatale e fino all'età adulta, in soggetti di sesso maschile affetti da una variante più benigna del deficit che, se prontamente riconosciuta e trattata, si associa a prognosi favorevole.
Alcune delle iperammoniemie ereditarie presentano quadri clinici più specifici che possono facilitarne l'inquadramento diagnostico:
- L'argininemia, dovuta al deficit di arginasi, è una malattia di raro riscontro; la sintomatologia ha un andamento tendenzialmente subacuto o cronico con deterioramento intellettivo associato a progressiva spasticità, andatura atassica, coreoatetosi e clonie;
- La argininosuccinico aciduria, dovuta al deficit di AL, si caratterizza per la presenza di una alterazione dei capelli (trichorrexis nodosa) e per una più grave compromissione epatica caratterizzata da fibrosteatosi, spesso accompagnata da ipertrigliceridemia. L'origine di tali sintomi è probabilmente imputabile alla cronica intossicazione di arginina piuttosto che all'effetto diretto dell'iperammoniemia;
- La sindrome HHH (iperammoniemia, iperornitinemia, omocitrullinuria) si caratterizza per la presenza di alterazioni della coagulazione, disturbi piramidali e clonie;

Per la peculiarità del quadro clinico, un capitolo a parte merita l'intolleranza alle proteine con lisinuria. Questa sindrome è infatti estremamente eterogenea. Ai classici sintomi dell'iperammoniemia, che si manifestano il più delle volte in maniera sfumata con avversione per i cibi proteici, sono associate manifestazioni sistemiche la cui etiologia rimane tuttora oscura; queste possono comprendere alterazioni ossee con grave osteoporosi, pneumopatia interstiziale, nefropatia, disturbi immunitari con gravi manifestazioni autoimmuni, anemia con eritroblastofagocitosi midollare, epatosplenomegalia e presenza di livelli plasmatici elevati della lattico deidrogenasi (LDH), della ferritina e della TBG. Il quadro clinico può essere a volte confuso con quello delle malattie lisosomiali e la morbilità e la mortalità è strettamente dipendente dall'entità delle manifestazioni sistemiche. 


ASPETTI DIAGNOSTICI

Il riconoscimento precoce delle iperammoniemie ereditarie è fondamentale per il miglioramento della prognosi dei pazienti.
Nei casi a presentazione acuta si osserva costantemente un'elevazione dell'ammoniemia, mentre, per la definizione delle singole condizioni morbose, è necessario lo studio del profilo degli aminoacidi plasmatici ed urinari e la ricerca dell'acido orotico nelle urine. Fanno eccezione i due primi difetti enzimatici, CPS e NAGS, in cui la diagnostica definitiva è basata esclusivamente sul dosaggio enzimatico da effettuarsi su tessuto epatico per la mancanza di marcatori nei liquidi biologici; può risultare utile testare in vivo la risposta al carbamilglutammato che risulta positiva nel deficit di NAGS. Per i difetti di trasporto degli aminoacidi è necessario invece lo studio combinato degli aminoacidi plasmatici ed urinari: l'aumento dell'ornitina plasmatica associata alla presenza di omocitrullina nelle urine è caratteristico della sindrome iperammoniemia, iperornitinemia, omocitrullinuria (sindrome HHH); nella intolleranza alle proteine con lisinuria (LPI), è presente una perdita selettiva degli aminoacidi dibasici con riscontro di elevati livelli urinari e ridotti livelli plasmatici di lisina, arginina ed ornitina.
In tutte queste condizioni le alterazioni del profilo aminoacidemico  sono persistenti mentre l'aumentata escrezione urinaria di acido orotico è rilevabile soprattutto in concomitanza di episodi di scompenso biochimico con iperammoniemia.
Nel deficit di ornitina transcabramilasi (OTC), che rappresenta la malattia più frequente, le alterazioni biochimiche sono di più difficile interpretazione per la mancanza di marcatori specifici del profilo aminoacidemico. Nelle fasi critiche di scompenso metabolico si osserva un aumento dei livelli plasmatici della glutammina ed una riduzione della citrullina e dell'arginina, l'escrezione urinaria di acido orotico è aumentata.
Nelle fasi intercritiche, lontane cioè dallo scompenso metabolico iperammoniemico, i soggetti con deficit di OTC mostrano invece un profilo biochimico pressoché normale. Per gli individui con storia clinica o con anamnesi familiare suggestiva di questa forma morbosa, sono stati utilizzati vari test diagnostici atti a svelare la presenza della malattia al di fuori di un episodio di scompenso. Rispetto ai test da stimolo con carico di proteine o di aminoacidi singoli (alanina), rivelatisi pericolosi per la possibilità di indurre una iperammoniemia anche grave, è stato più recentemente messo a punto un test indiretto non tossico basato sulla somministrazione di allopurinolo. Quest'ultimo agendo da inibitore enzimatico della via di sintesi delle pirimidine è in grado di indurre un aumento dell'escrezione urinaria di acido orotico ed orotidina  senza provocare elevazioni dell'ammoniemia. Tale test è utilizzabile negli studi familiari anche per l'individuazione delle eterozigoti asintomatiche, tuttavia falsi negativi possono osservarsi in soggetti con grado favorevole di inattivazione del cromosoma X. Per questi casi la definizione diagnostica va allora affidata all'indagine molecolare; va comunque ricordato che, come per altre patologie trasmesse con meccanismo X-linked, non sono infrequenti i casi di mutazioni ex novo.
La diagnosi prenatale è possibile per quasi tutte le forme morbose: essa si basa per la citrullinemia, l'argininosuccinico aciduria, la sindrome HHH e la intolleranza alle proteine con lisinuria su studi biochimici da effettuarsi su villi coriali o amniociti. Nel deficit di OTC, l'indagine prenatale si effettua con analisi molecolare diretta (indagine mutazionale) o indiretta (polimorfismi di restrizione). Per deficit di CPS è da poco possibile l'indagine molecolare, mentre per l'argininemia sono disponibili sia lo studio molecolare che il dosaggio biochimico su sangue fetale.

La diagnosi differenziale delle iperammoniemie primitive va fatta con numerose altre malattie metaboliche caratterizzate da iperammoniemie e che mostrano quadri clinici simili, fra queste vanno menzionate le acidemie organiche, i difetti della ossidazione degli acidi grassi e il difetto di purifico carbossilasi.

Le forme acquisite di iperammoniemia comprendono, la sindrome di Reye, l'intossicazione da valproato, le epatiti acute, patologie vascolari malformative, l'iperammoniemia transitoria del pretermine, le infezioni urinarie sostenute da germi produttori di ureasi.
 

ASPETTI TERAPEUTICI

Lo scopo principale della terapia nelle iperammoniemie ereditarie è quello di mantenere una condizione di compenso biochimico che impedisca l'insorgere di danni neurologici permanenti o la morte dei pazienti. Il trattamento è basato sulla combinazione di una dieta ipoproteica integrata con aminoacidi e farmaci che favoriscono l'escrezione dell'azoto attraverso vie alternative al ciclo dell'urea. Poiché i pazienti presentano sia all'esordio che al follow-up crisi di scompenso metabolico con iperammoniemia, il trattamento può essere differenziato in due capitoli principali: l'emergenza ed il mantenimento.

TRATTAMENTO D'EMERGENZA

Le crisi di scompenso possono manifestarsi in tutte le fasce di età ma più frequentemente vengono osservate in epoca neonatale. Nel neonato l'iperammoniemia compare generalmente con un periodo di intervallo libero di alcune ore dopo il parto; nelle forme più tardive le crisi sono favorite da episodi febbrili intercorrenti o da un eccessivo apporto proteico. Una volta individuato un paziente in coma iperammoniemico è indispensabile che le procedure diagnostiche (aminoacidi, acido orotico, acidi organici) procedano in parallelo trattamento. A causa dell'estrema tossicità dell'ammonio su sistema nervoso centrale è stato dimostrato che un coma di durata superiore alle 48 ore è sempre seguito da danni neurologici permanenti.
L'arginina, che appartiene al gruppo degli aminoacidi non esssenziali, con la rara l'eccezione dell'argininemia è sempre carente nei pazienti con difetto del ciclo dell'urea; l'arginina inoltre agisce come attivatore deella N-acetilglutammato sintetasi favorendo la produzione del carbamilfosfato.
L'escrezione dell'azoto attraverso l'attivazione di vie altrnative si ottiene principalmente con l'impiego del benzoato e del fenilbutirrato: questi composti si legano rispettivamente alla glicina e alla glutammina formando acido ippurico e fenilacetilglutammina che vengono rapidamente eliminati con le urine. Una mole di benzoato è in grado di sottrarre al pool azotato una mole di azoto mentre una  mole di fenilbutirrato ne sottrae due.
L'impiego di questi farmaci, che per la loro attivazione utilizzano acetil-CoA e carnitina, è controindicato nelle acidemie organiche.
Qualora il paziente non risponda entro le prime ore a questa prima fase del trattamento è indispensabile utilizzare tecniche di depurazione extracorporea per favorire l'eliminazione dell'ammonio; queste comprendono la dialisi peritoneale, l'emofiltrazione e l'emodialisi.

TERAPIA DI MANTENIMENTO

Il trattamento a lungo termine dei pazienti con iperammoniemie primitive prevede alcuni principi validi per tutte le malattie ed altri specifici per ciascuna forma morbosa. La dieta ipoproteica va individuata con attenzione per ciascun paziente ed in considerazione delle varie fasce d'età: nel primo anno di vita l'apporto proteico è maggiore (1.0-1.8 g/kg/die) e diminuisce progressivante durante l'infanzia (1.0 g/kg/die) con un ulteriore riduzione dopo l'adolescenza (3). È comunque raccomandabile nei i primi due anni di vita limitare strettamente l'apporto proteico per evitare elevazioni dell'ammoniemia mantenedo sotto stretto controlllo la curva di crescita (rischio di eccesso di trattamento). Negli anni successivi fino alla pubertà, va invece calcolata la tolleranza massima individuale per l'azoto; nel periodo puberale, per il rischio di ricomparsa di instabilità metabolica, l'apporto di proteine va nuovamente limitato. La limitazione delle proteine naturali può essere integrata con prodotti dietetici a base di aminoacidi essenziali. È dispensabile che la dieta sia adeguatamente bilanciata nell'apporto calorico per prevenire l'insorgenza di condizioni di catabolismo. La sola dietoterapia non è comunque quasi mai sufficiente per un adeguato trattamento dei pazienti. Come già accennato nel paragrafo relativo al trattamento di emergenza un altro fondamentale cardine della terapia è l'impiego di farmaci che favoriscono l'attivazione delle vie alternative dell'escrezione azotata. Il benzoato di sodio viene utilizzato per via orale alla dose di 100-250 mg/kg/die; il fenilbutirrato è usato agli stessi dosaggi del benzoato. Entrambi i farmaci sono utilizzabili da soli o in combinazione e non risultano tossici, fra gli effetti indesiderati vanno ricordati il vomito e la perdita di appetito, il fenilbutirrato ha un sapore particolarmente sgradevole che spesso ne limita l'impiego. La supplementazione con aminoacidi è specifica per ciascuna malattia.  
Nei deficit di OTC, CPS e NAGS è indispensabile il trattamento con arginina preferibilmente  in combinazione con la citrullina; entrambi questi aminoacidi risultano carenti e la citrullina offre il vantaggio di rimuovere una mole suplementare d'azoto proveniente dall'acido aspartico, il dosaggio va individuato per ciascun paziente ed oscilla dai 100 ai 250 mg/kg/die. Nella citrullinemia e nell'argininosuccinico aciduria è deficitaria la sola arginina e la dose raccomandata varia dai 250 ai 500 mg/kg/die (le quantità maggiori sono consigliate nella argininosuccinico aciduria).
Nella sindrome HHH la citrullina è preferibile all'arginina e all'ornitina per i per gli effetti sulla sintesi di creatina; nella intolleranza alle proteine con lisinuria, nonostante la presenza di livelli plasmatici spesso aumentati, è indicato il trattamento con citrullina.
Altri farmaci raccomandati nel trattamento delle iperammoniemie primitive sono il carbamilglutammato nel deficit di NAGS, il citrato nell'argininosuccinico aciduria, l'acido folico e la piridossina per i pazienti che assumono benzoato . Per le complicanze sistemiche, probabilmente sostenute da meccanismi autoimmuni, della intolleranza alle proteine con lisinuria sono state proposte sia la terapia cortisonica che quella con immunoglobuline endovena.  
Un presupposto essenziale al trattamento a lungo termine dei pazienti è quello della necessità di un attento monitoraggio clinico e biochimico. Vanno controllati i parametri auxologici, la maturazione ossea, lo sviluppo intellettivo e le neuroimmagini.
Le indagini di laboratorio comprendono esami di primo e secondo livello per il monitoraggio degli indici biochimici e nutrizionali: ammoniemia e aminoacidi su profilo diurno, transaminasi, colinesterasi, bilirubina, albumina, sodio, calcio, fosfatasi alcalina e acido orotico. Vanno individuate e prontamente trattate le condizioni carenziali (vitamine, oligoelementi); il livello plasmatico della glutammina non deve superare le 800 mol/L; nei pazienti in trattamento con citrullina o arginina, il livello plasmatico della arginina deve mantenersi fra 80 e 150  mol/L; un buon indicatore dell'apporto di aminoacidi essenziali è la treonina il cui livello deve essere superiore a 80 mol/L.
Per alcuni casi selezionati di iperammoniemia primitiva che presentavano una estrema instabilità biochimica o quadri fulminati iperacuti è stato effettuato il trapianto fegato mentre è già in fase di avanzata sperimentazione la terapia genica per il deficit di OTC.

Recentemente è stato realizzato un consensus internazionale che ha definito le linee guida di diagnosi e trattamento di queste patologie, per armonizzare la gestione dei soggetti con questa Patologia a livello Europeo (4).


a cura di: Carlo Dionisi Vici
Unità operativa di Patologia metabolica
In collaborazione con: