Deficit di alfa1-antitripsina

Ci sono molte malattie metaboliche ereditate che possono avere un impatto patologico sul fegato. In molti casi, la componente epatica di queste malattie è solo un epifenomeno di un disturbo sistemico più generalizzato. Esempi di tali epifenomeni sono le malattie da accumulo di glicogeno e lipidi, in cui l’epatomegalia è una manifestazione del difetto metabolico sottostante, anche se il fegato non è necessariamente l’organo bersaglio principale. Tuttavia, ci sono tre malattie geneticamente determinate in cui il fegato può essere l’organo bersaglio principale, con manifestazioni di malattia acuta, subacuta o cronica che può diventare evidente nei primi anni di vita o più tardi. Queste sono l’emocromatosi ereditaria (HH), un disordine principale di sovraccarico di ferro, la malattia di Wilson, un disordine genetico di sovraccarico di rame, e il deficit di alfa1-antitripsina (α1-AT), un disordine in cui la normale elaborazione di una proteina prodotta dal fegato è disturbata all’interno della cellula epatica.

In alcuni casi, la consapevolezza di queste condizioni è portata dal sospetto basato su una sindrome clinica specifica. In altri casi, queste condizioni devono essere escluse di fronte ad anomalie non specifiche della malattia epatica, come livelli elevati di enzimi epatici, epatomegalia o ipertensione portale precedentemente non diagnosticata. Nel caso dell’emocromatosi, l’approccio alla diagnosi precoce ha fatto un ulteriore passo avanti, con la consapevolezza che i marcatori di sovraccarico di ferro possono essere presenti nel siero molto prima che si sviluppi la malattia epatica. Questi capitoli si concentreranno sulle discussioni di queste tre condizioni.

Alcuni concetti chiave (Box 1) sono comuni a tutte e tre le condizioni e devono essere sottolineati all’inizio. In primo luogo, anche se il riconoscimento della malattia epatica ereditaria è spesso il processo di esclusione di cause più comuni (ad esempio, virus, alcol, autoimmunità), è importante sottolineare che la consapevolezza delle caratteristiche cliniche di queste malattie metaboliche del fegato dovrebbe promuovere una valutazione diagnostica proattiva. In secondo luogo, le malattie metaboliche ereditarie del fegato possono manifestarsi nell’infanzia o possono essere ritardate fino alla vita adulta e, in alcuni casi, possono regredire dopo gli anni dell’infanzia o dell’adolescenza, per poi riapparire più tardi nella vita. In terzo luogo, con l’avvento dei test diagnostici molecolari, la valutazione fenotipica di queste condizioni può essere ora integrata in alcuni casi dalla valutazione genotipica. In quarto luogo, con la disponibilità di trattamenti efficaci, c’è stato un impatto drammatico sulla prognosi delle malattie metaboliche del fegato sia nell’infanzia che nella vita adulta, sottolineando ulteriormente l’importanza della diagnosi precoce. Infine, in diverse condizioni (es, il deficit di α1-AT, la malattia di Wilson), il trapianto di fegato corregge l’anomalia biochimica primaria nel fegato e cura efficacemente la malattia.

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Definizione

Il deficit di alfa1-antitripsina (α1-AT) è un comune disturbo ereditario associato alla ritenzione della proteina α1-AT prodotta dal fegato nel fegato e a bassi livelli di α1-AT nel siero. Nella forma più grave del deficit di α1-AT, le caratteristiche cliniche consistono in enfisema precoce, epatite neonatale, epatite cronica, cirrosi e carcinoma epatocellulare. Tuttavia, l’espressione fenotipica nel corso della vita è estremamente variabile. Il gene per l’α1-AT si trova sul cromosoma 14, e le mutazioni al locus dell’inibitore della proteasi (PI) portano a una singola sostituzione aminoacidica (acido glutammico per la lisina 342) che compromette la secrezione del prodotto del gene mutante, portando alla ritenzione di α1-AT nell’epatocita e a bassi livelli di α1-AT nel siero. Poiché il fenotipo è espresso da eredità autosomica codominante, ogni allele è responsabile del 50% del livello di α1-AT circolante. Sono state descritte circa 100 varianti alleliche, solo alcune delle quali sono associate alla malattia epatica. L’allele Z è la mutazione associata alla massima carenza di α1-AT.

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Epidemiologia

La frequenza di questo allele patogeno PI Z nella popolazione statunitense di origine europea è compresa tra 0,01 e 0,02, con lo stato di carenza omozigote che colpisce 1 su 2000-7000 della popolazione. La carenza maggiore si verifica nei fenotipi PI ZZ, con approcci epidemiologici indiretti e metodi di screening più diretti basati sulla popolazione che stimano che circa 60.000 persone negli Stati Uniti siano omozigoti per questo fenotipo. In Scandinavia, la frequenza dell’allele Z è considerevolmente più alta, risultando in un PI ZZ su 1600 nati vivi. L’allele PI Z è confinato prevalentemente ai bianchi e si trova raramente negli afroamericani o negli asiatici. Ci sono molte altre combinazioni alleliche che possono avere rilevanza clinica, compreso lo stato eterozigote MZ e altre combinazioni, come PI SZ, che sono anche associate a carenza di α1-AT nel siero.

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Patofisiologia

α1-AT è la serina PI predominante nel sangue, responsabile del picco alfa1 sull’elettroforesi delle proteine del siero. α1-AT funziona attraverso l’inibizione delle proteinasi tissutali che includono enzimi come l’elastasi neutrofila, la catepsina G e varie altre proteinasi. Si tratta di una proteina di peso molecolare relativamente basso, composta da 394 aminoacidi e diverse catene laterali di carboidrati. α1-AT è anche una proteina della fase acuta, e la sua sintesi può aumentare significativamente in risposta a lesioni o infiammazioni.

Dispetto al suo nome, α1-AT reagisce molto più facilmente con l’elastasi neutrofila che con la tripsina, in un’interazione reciprocamente suicida che normalmente mantiene un adeguato schermo protettivo contro il carico elastolitico dell’elastasi neutrofila. La carenza di α1-AT sposta questo equilibrio a favore della ripartizione elastolitica, che si manifesta più comunemente come enfisema.

La sintesi di α1-AT avviene nel reticolo endoplasmatico dell’epatocita e subisce molteplici ripiegamenti complessi e inserzioni di catene laterali di carboidrati. Le mutazioni genetiche responsabili della carenza di α1-AT possono interferire con la sintesi, l’esportazione dalla cellula e la capacità di funzionare come inibitore delle proteinasi.

La variante Z risulta da una singola mutazione puntiforme che porta alla sostituzione dell’acido glutammico con la lisina in posizione 342. Il polipeptide variante risultante è relativamente instabile e diventa polimerizzato all’interno del reticolo endoplasmatico, con conseguente acido periodico-Schiff (PAS) – globuli positivi che possono essere visti al microscopio ottico. Solo le varianti α1-AT che portano a questo tipo di polimerizzazione sono associate a un difetto di guadagno di funzione che porta al danno delle cellule epatiche. La rara variante “null” non è caratterizzata dall’accumulo di α1-AT all’interno dell’epatocita e non è associata a danno epatico.

Al contrario, la polimerizzazione dell’antitripsina mutata impedisce la sua secrezione dall’epatocita, così che solo il 15% circa dell’antitripsina PI ZZ viene secreto nel plasma. La polimerizzazione e la rara variante nulla provocano entrambe un difetto di perdita di funzione, che aumenta il rischio di sviluppare l’enfisema.

Circa 100 varianti alleliche sono state descritte nel locus del gene α1-AT, dando luogo a una complessa classificazione genetica basata sulle caratteristiche fenotipiche della proteina α1-AT circolante. La variante più comune, PI M, è presente in circa il 95% della popolazione bianca statunitense ed è considerata la variante normale associata a livelli sierici normali di α1-AT funzionale. Solo circa 15 alleli (che comprendono alleli carenti, disfunzionali e nulli) sono associati a malattie epatiche, polmonari o diatesi emorragiche. Gli alleli di carenza, come PI Z e PI S, possono risultare in livelli diminuiti di α1-AT circolante ma con proteine funzionanti completamente normali. Il fenotipo MM è quindi designato come manifestante una concentrazione del 100% di α1-AT circolante. La combinazione eterozigote MZ produce il 50%, SZ il 37,5%, e ZZ il 15% di questo normale valore MM. Circa il 95% di tutti gli stati di carenza di α1-AT che portano a manifestazioni cliniche sono costituiti da omozigoti PI ZZ. Alcuni alleli, come l’allele S, sia allo stato omozigote che associato all’allele M, non sembrano essere associati alle molecole polimerizzate in modo anomalo all’interno del reticolo endoplasmatico e non sono stati incriminati nello sviluppo di malattie epatiche o polmonari se non in combinazione con l’allele Z. I prodotti di questi vari alleli hanno caratteristiche distintive sulla focalizzazione isoelettrica, che fornisce un mezzo per l’identificazione specifica dei tipi di PI (vedi più avanti, Diagnosi).

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Segni e sintomi

L’associazione di carenza di α1-AT e malattia epatica nei bambini fu descritta per la prima volta nel 1969 da Harvey Sharp dell’Università del Minnesota. Molti studi clinici successivi hanno osservato che l’insorgenza della malattia epatica nel deficit di α1-AT è bimodale, colpendo i bambini nella vita neonatale o nella prima infanzia e, meno comunemente, gli adulti nella tarda mezza età. In entrambi questi gruppi, la forma omozigote del deficit di α1-AT è il predeterminante genetico sottostante (Tabella 1).

Bambini con deficit di PI ZZ di Alfa1-Antitripsina

Molte delle informazioni sulla presentazione clinica del deficit di α1-AT in questa popolazione provengono dall’esperienza in Scandinavia. Due terzi dei neonati carenti di α1-AT hanno livelli anormali di enzimi epatici e circa il 10% sviluppa una colestasi persistente durante il primo anno di vita. Molti di questi bambini sembrano subire una remissione spontanea, e solo circa il 3% dei neonati originariamente diagnosticati progredisce verso la fibrosi o la cirrosi durante l’infanzia e l’adolescenza. Tuttavia, un’attenta sorveglianza ha rivelato che molti di questi hanno livelli di enzimi epatici persistentemente anormali.

I neonati con la forma più pienamente espressa della malattia mostrano prove di epatite neonatale acuta, con una iperbilirubinemia prevalentemente coniugata. Questo ittero può persistere fino a 1 anno, con evidenza associata di crescita difettosa e la conseguenza del malassorbimento delle vitamine liposolubili. I segni fisici includono epatomegalia, splenomegalia e possibili segni di coagulopatia.

Adulti con deficit di PI ZZ di Alfa1-Antitripsina

La maggior parte degli adulti con deficit di PI ZZ α1-AT sono identificati dai loro sintomi polmonari e mostrano segni e sintomi di malattia polmonare ostruttiva cronica, con enfisema che si sviluppa in circa l’80% al 100% degli individui con questo fenotipo. Questa condizione è spesso aggravata dal fumo di sigaretta. L’enfisema associato al deficit di α1-AT ha caratteristiche distintive, tra cui l’insorgenza precoce (nella quarta o quinta decade di vita), il coinvolgimento predominante delle basi polmonari e la patologia panacinare. Al contrario, gli individui con enfisema α1-AT-repleto sono più anziani, con enfisema prevalentemente apicale e centrilobulare.

La prevalenza della malattia epatica associata è stata probabilmente sottostimata, ma dal 10% al 40% di questi adulti può avere evidenza di cirrosi. Il rischio di cirrosi diventa più alto con l’avanzare degli anni, soprattutto negli uomini. In questi casi, un uomo di più di 50 anni con evidenza di cirrosi, ipertensione portale o carcinoma epatocellulare senza alcuna causa predisponente sottostante dovrebbe evocare il sospetto di un difetto metabolico sottostante come l’emocromatosi o il deficit di α1-AT. Le caratteristiche della malattia epatica sembrano essere rapidamente progressive quando diagnosticate in questo stadio, con un’alta probabilità di morte entro 4 anni dall’identificazione della malattia epatica.

Deficit eterozigote di Alfa1-Antitripsina

Un certo numero di studi ha affermato un ruolo per un singolo allele mutante nello sviluppo della cosiddetta malattia epatica criptogenetica negli adulti. Poiché molti di questi stati eterozigoti sono associati a un deficit intermedio di α1-AT, sarà necessario condurre studi prospettici per valutare le conseguenze fisiopatologiche dello stato eterozigote. In ambito pediatrico, non vi è alcuna indicazione di conseguenze significative a lungo termine di α1-AT eterozigote. Negli adulti, tuttavia, è stato suggerito che la presenza di un singolo allele Z può aumentare la suscettibilità o agire sinergicamente con altri fattori di rischio per la malattia epatica. Queste condizioni associate includono l’epatite virale cronica, la malattia epatica alcolica e la steatoepatite non alcolica. Molte di queste condizioni sinergiche possono essere associate a una risposta infiammatoria, che porta a ulteriori difetti nella polimerizzazione e degradazione dell’α1-AT all’interno dell’epatocita.

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Diagnosi

Il deficit di α1-AT è un esempio di disordine metabolico ereditato in cui la definizione del fenotipo definisce anche il genotipo (Box 2). La determinazione del livello sierico di α1-AT mediante immunoprecipitazione quantitativa non è una prova sufficiente per la diagnosi di deficit di α1-AT. Questo perché i livelli sierici possono essere falsamente elevati a causa della risposta particolarmente robusta di questa proteina alla fase acuta. Pertanto, la determinazione del livello quantitativo di α1-AT deve essere combinata con l’analisi fenotipica. Questa definisce il fenotipo delle proteine PI varianti nel siero e viene eseguita mediante focalizzazione isoelettrica. I pazienti con la forma più grave di carenza hanno una variante allelica che migra verso un punto isoelettrico più alto e possono essere definiti come fenotipi PI ZZ, e quindi per deduzione come genotipi PI ZZ. L’interpretazione dei modelli elettroforetici sulla focalizzazione isoelettrica determinerà gli stati omozigoti o eterozigoti e definirà gli alleli mutanti specifici in base alla loro posizione relativa tra anodo e catodo. Infine, gli strumenti di genetica molecolare per definire il difetto nella sequenza codificante del nucleotide per ciascuno degli alleli difettosi sono stati sviluppati per gli studi di popolazione, ma non sono attualmente disponibili di routine nei laboratori diagnostici.

Le considerazioni epidemiologiche hanno stabilito una quantità soglia di α1-AT necessaria per proteggere il polmone dall’enfisema. Questo livello di soglia protettiva è di 80 mg/dL per diffusione radiale e di 11 μM se riferito all’attività dell’elastasi funzionale (valori normali, da 150 a 350 mg/dL o 20-53 μM, rispettivamente). Negli individui PI ZZ, i livelli sierici di α1-AT si raggruppano intorno a un valore medio di circa 6 μM.

L’American Thoracic Society e la European Respiratory Society hanno fornito linee guida che raccomandano di testare la carenza di α1-AT nei seguenti casi: (1) enfisema precoce (meno di 45 anni); (2) enfisema in assenza di un fattore di rischio riconosciuto; (3) enfisema con iperlucenza basilare prominente; (4) malattia epatica inspiegabile; (5) pannicolite necrotizzante; (6) vasculite antiproteinasi 3 positiva (vasculite C-ANCA positiva); (7) storia familiare di uno dei seguenti: enfisema, bronchiectasie, malattie epatiche o pannicolite; o (7) bronchiectasie senza causa evidente.

Nei pazienti con manifestazioni di malattia epatica, la biopsia epatica per la microscopia ottica e istochimica e la possibile microscopia elettronica è preziosa per la stadiazione della malattia epatica e per l’identificazione dei globuli PAS-positivi-diastasi resistenti all’interno degli epatociti. Nei neonati, i globuli possono essere indistinti e poco sviluppati, ma aumentano con l’età. Nei pazienti adulti, in particolare, possono essere associati all’infiammazione portale e periportale. La conferma della natura dei globuli può essere fornita da tecniche immunoistochimiche, utilizzando l’immunoperossidasi accoppiata all’anticorpo α1-AT. Infine, la posizione di questi globuli all’interno del reticolo endoplasmatico può essere confermata dalla microscopia elettronica.

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Trattamento

Nella malattia epatica avanzata e scompensante, l’unico approccio disponibile è il trapianto epatico ortotopico (OLT). Questo è il disordine ereditario più comune che porta al trapianto di fegato nei bambini. Come nella malattia di Wilson, l’esito dell’OLT è estremamente buono, e la sostituzione del fegato fornisce al ricevente il fenotipo α1-AT del donatore.

I nuovi approcci che possono avere un impatto sulla secrezione di α1-AT dall’epatocita possono rivelarsi utili, ma questi sono in fase sperimentale di sviluppo. Infine, anche se la considerazione della terapia genica può infine fornire l’approccio più promettente per il deficit di α1-AT, questo dovrà essere raggiunto con la rimozione del gene mutante aberrante, che porrà una sfida considerevole.

Perché il deficit di α1-AT è associato a un’espressione fenotipica variabile, è ragionevole consigliare i pazienti riguardo a tutte le altre possibili fonti di danno epatico, come l’abuso di alcol. Un approccio simile è stato adottato per quelli con lesioni polmonari, consigliando i pazienti sugli effetti deleteri del fumo.

La terapia di aumento si riferisce all’infusione esogena di plasma umano purificato in pool α1-AT. Può essere somministrata su base settimanale, bisettimanale o mensile. Anche se questo è diventato il pilastro della terapia specifica nella carenza di α1-AT con enfisema, la tecnica non offre un aiuto significativo nel migliorare il danno epatico. Gli studi hanno suggerito che l’aumento può ridurre il numero di infezioni polmonari, rallentare il tasso di declino della funzione polmonare, ridurre la mortalità e ridurre il tasso di perdita di tessuto polmonare come determinato dalla tomografia computerizzata (CT) scanning.

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Outcomes

I risultati del trattamento, a parte il trapianto di fegato, presentano conflitti di scopo quando mirano a prevenire sia le malattie epatiche che quelle polmonari. Questo perché i benefici di qualsiasi approccio che aumenta i livelli sierici di α1-AT per proteggere i polmoni non possono sempre offrire una protezione simile al fegato. Solo il trapianto di fegato offre una cura efficace per questa condizione, correggendo il fenotipo del ricevente e normalizzando i livelli circolanti di α1-AT.

Sommario

• Il deficit di alfa1-antitripsina (α1-AT) è un disordine epatico ereditario causato da una secrezione disordinata di α1-AT da parte dell’epatocita, con caratteristiche fenotipiche variabili.
• Le forme più gravi sono caratterizzate da epatite neonatale, epatite cronica, cirrosi, cancro epatocellulare e enfisema precoce.
• Sono state descritte circa 100 varianti alleliche del gene α1-AT. La variante Z è quella associata alle caratteristiche fenotipiche più gravi.
• La diagnosi è confermata dall’analisi fenotipica delle forme varianti di α1-AT nel siero e, quando ci sono manifestazioni di malattia epatica, da una biopsia epatica, con valutazioni immunoistochimiche e ultrastrutturali.
• Il trattamento consiste nel trapianto di fegato per la malattia epatica scompensata e nella terapia di aumento per il sollievo e la prevenzione dell’enfisema sintomatico.
• Il trapianto di fegato cura il difetto metabolico nel deficit di α1-AT.

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Letture consigliate

1. American Thoracic Society/European Respiratory Society Statement: Standard per la diagnosi e la gestione degli individui con deficit di alfa-1 antitripsina. Am J Respir Crit Care Med 2003;168:818-900.
2. Berg NO, Eriksson S: Malattia epatica negli adulti con deficit di alfa-1-antitripsina. N Engl J Med 1972;287:1264-1267.
3. Carrell RW, Lomas DA: Carenza di alfa 1-antitripsina – un modello per le malattie conformazionali. N Engl J Med 2002;346:45-53.
4. Fischer HP, Ortiz-Pallardo ME, Ko Y, et al: Malattia epatica cronica nel deficit eterozigote di alfa 1-antitripsina PiZ. J Hepatol 2000;33:883-892.
5. Perlmutter DH: La base cellulare del danno epatico nel deficit di alfa 1-antitripsina. Hepatology 1991;13:172-185.
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7. Rosen HR: Malattia epatica associata al deficit di alfa 1-antitripsina. In Rosen HR, Martin P (eds): Malattia epatica metabolica: Clinics in Liver Disease, vol 2. Philadelphia, WB Saunders, 1998, pp 175-185.
8. Sharp HL, Bridges RA, Krivit W, Freier EF: Cirrosi associata al deficit di alfa-1-antitripsina: Un disordine ereditario precedentemente non riconosciuto. J Lab Clin Med 1969;73:934-939.
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