pagina 4 - Unità Operativa Complessa di Genetica e

Rivista Italiana di Genetica e Immunologia Pediatrica - Italian Journal of Genetic and Pediatric Immunology
Anno III numero 3 - luglio 2011 | direttore scientifico: Carmelo Salpietro - direttore responsabile: Giuseppe Micali
Discinesia ciliare primaria
Primary ciliary dyskinesia
Antonino Capizzi, Maria Papale, Concetta Sciuto
Dipartimento Materno Infantile e di Scienze Radiologiche, Università degli Studi di Catania
Introduzione
L’insieme degli eventi mediante i quali l’apparato mucociliare, rimuove
costantemente il materiale proveniente dall’ambiente esterno viene indicato con il
termine di clearance mucociliare. Nei soggetti sani l’efficacia della clearance
mucociliare è garantita dall’integrità strutturale e funzionale delle ciglia e degli strati
mucosi periciliari. La compromissione della clearance mucociliare per anomala
struttura e funzione ciliare sta alla base di un gruppo emergente di malattie, definite
ciliopatie, che comprendono discinesia ciliare primaria (DCP) /sindrome di
Kartagener, sindrome di Bardet-Biedl, idrocefalo, rene policistico, malattie cistiche
del fegato, nefronoftisi, sindrome di Meckel-Gruber, sindrome di Joubert, sindrome di
Alstrom, sindrome di Jeune e difetti di lateralizzazione.1, 2, 3, 4
La discinesia ciliare primaria (DCP) (MIM 242650) rappresenta un gruppo di rare
malattie genetiche, eterogeneo dal punto di vista genetico e clinico, caratterizzato da
un’anomala struttura e/o funzione ciliare e conseguente compromissione della
clearance mucociliare, che si manifesta con infezioni respiratorie ricorrenti o
croniche, otite media cronica, infertilità maschile e, in circa la metà dei pazienti,
difetto della lateralizzazione parziale (eterotassia) o, più frequentemente, completo
(situs viscerum inversus), dovuto all’alterazione delle ciglia nodali durante
l’embriogenesi.5 I pazienti affetti dalla DCP, pur in presenza di un fenotipo e un
genotipo caratteristici della malattia, possono mantenere una inalterata
organizzazione ultrastrutturale delle ciglia.6, 7 L’associazione di DCP e situs
inversus definisce la sindrome di Kartagener (MIM 244400), caratterizzata dalla
triade composta da sinusiti croniche, bronchiectasie e situs inversus.8
Cenni storici
Nel 1904 l’associazione di sinusiti croniche, bronchiectasie e destrocardia venne
descritta, per la prima volta, da A. Siewert.9 M. Kartagener, nel 1933, definì,
riconoscendone l’origine genetica, questa triade di segni come un’entità clinica
specifica a cui diede il nome di sindrome di Kartagener.10 La presenza di sterilità
maschile tra i pazienti affetti da sindrome di Kartagener, incoraggiò, con l’avvento del
microscopio elettronico, lo studio ultrastrutturale degli spermatozoi e dell’epitelio
respiratorio. Nel 1976 B. Afzelius identificò, in questi pazienti, un’alterazione
ultrastrutturale dell’assonema delle ciglia della mucosa respiratoria e dei flagelli degli
spermatozoi, ipotizzando la presenza di un disordine ciliare sistemico nei pazienti
con sindrome di Kartagener.11, 12 L’anno dopo, Eliasson, Mossberg e Afzelius
definirono “sindrome delle ciglia immobili” l’entità clinica congenita caratterizzata da
infezioni respiratorie ricorrenti e sterilità maschile conseguenti alla diffusa
compromissione ciliare.13 Studi successivi mostrarono che le ciglia non erano
necessariamente immobili, ma potevano anche presentare, compromettendo la
clearance mucociliare, un movimento rigido, incoordinato e/o inefficace. Per tale
motivo la definizione “sindrome delle ciglia immobili” fu sostituita con quella di
“discinesia ciliare primaria”, che permette di descrivere in maniera più appropriata il
diverso grado di disfunzione ciliare associato all’eterogeneità genetica e di
distinguere questa forma primaria dalle discinesie ciliari secondarie a infezioni
respiratorie virali o all’esposizione a sostanze inquinanti.14, 15, 16 Nel 1999 è stato
identificato il primo gene coinvolto nella discinesia ciliare primaria, DNAI1, aprendo
un nuovo campo di ricerca per la comprensione della fisiopatologia di questa
complessa malattia.17
Epidemiologia
L’incidenza della DCP è stimata intorno a 1/15000 nati vivi. Questo dato, però,
sottostima la reale diffusione della malattia, soprattutto nelle comunità in cui la
consanguineità è molto comune. Inoltre, diagnosticare la DCP, pur in presenza di
pazienti affetti da sintomatologia tipica, non è facile. Questa difficoltà può essere
dovuta sia all’eterogeneità genetica e clinica, sia all’elevata frequenza delle comuni
infezioni respiratorie tra i piccoli pazienti. Per cui è comune giungere alla diagnosi di
DCP, soprattutto in quei Paesi aventi una bassa spesa sanitaria, solo dopo un lungo
periodo di malattia, sottostimando la reale incidenza della patologia nella
popolazione generale. In Europa, l’età media al momento della diagnosi dei pazienti
affetti da DCP è circa 5, 3 anni.18, 19, 20, 21
Struttura e funzione ciliare normale
Le ciglia sono organuli, altamente specializzati e complessi, formati da più di 360
proteine. Questi organuli, strutturalmente correlati ai flagelli degli spermatozoi, sono
posti sulla superficie di molte cellule eucariotiche. Nell’uomo sono presenti sulla
superficie delle cellule dell’epitelio respiratorio, in particolare sulla superficie della
mucosa che riveste le cavità nasali, il rinofaringe, le vie aeree inferiori sino ai
bronchioli terminali, l’orecchio medio, le trombe di Eustachio. Sono presenti anche
sulla superficie delle cellule endometriali delle tube di Falloppio. Le ciglia sono
estroflessioni della membrana delle cellule epiteliali di forma tubulare, all’interno
delle quali si trova un nucleo citoscheletrico detto assonema, costituito da un
insieme di microtubuli. 22 La diversa organizzazione dell’assonema, permette di
distinguere due modelli strutturali: ciglia primarie e ciglia nodali a struttura “9+0” e
ciglia mobili a struttura “9+2”. Le ciglia primarie, il cui assonema è formato solo da
nove coppie di microtubuli, sono strutture immobili. Nei mammiferi le ciglia primarie
sono presenti su molti tipi cellulari dove svolgono un’importante funzione sensoriale,
intervenendo anche nei fisiologici processi della visione e l’olfatto. L’alterazione
ultrastrutturale delle ciglia primarie si associa a patologie differenti quali cardiopatie
congenite, atresia delle vie biliari, retinite pigmentosa, idrocefalo, rene policistico,
malattia cistica del fegato, grave malattia da reflusso gastro-esofageo (GERD) e
atresia esofagea.23, 2, 24 Le ciglia mobili, invece, sono sempre mobili grazie ad un
assonema formato da nove coppie di microtubuli periferici che circondano un’unica
coppia di microtubuli centrali. Ogni coppia di microtubuli periferici, formata da un
microtubulo completo (microtubulo A) e un microtubulo parziale (microtubulo B), è
connessa, tramite ponti di nexina, alle coppie di microtubuli periferici adiacenti e,
mediante i raggi di connessione (radial spokes), alla coppia di microtubuli centrali
(Fig.1).
Fig. 1 - Schema della struttura delle ciglia eucariote
Ogni microtubulo A ha due bracci, uno interno ed uno esterno, formati da dineina,
proteina che, grazie ad una propria attività ATPasica, è capace di generare l’energia
necessaria per lo scorrimento delle coppie di microtubuli, permettendo la motilità
ciliare. Il braccio esterno di dineina è composto, nell’uomo, da due catene pesanti,
due catene intermedie e otto catene leggere. Il braccio interno di dineina ha una
struttura più complessa costituita da differenti isoforme di catene pesanti e leggere.
Le ciglia nodali, presenti solo durante lo sviluppo embrionale e sono caratterizzate
da un movimento rotazionale con conseguente flusso verso sinistra del fluido
extracellulare. Un’alterazione delle ciglia nodali correla con i difetti di
lateralizzazione. 25 Ogni ciglio è formato da un corpo basale, detto corpo ciliare,
che, connettendosi al centrosoma, permette di ancorare il ciglio al citoplasma
apicale della cellula. A differenza dell’ultrastruttura apicale, il corpo basale è formato
da nove triplette di microtubuli periferici, senza la coppia di microtubuli centrale.
Poco si conosce sulla funzione di questa parte del ciglio e sul suo coinvolgimento
nella patogenesi delle ciliopatie. Le ciglia battono in avanti e indietro sullo stesso
piano senza il rapido movimento di recupero sul piano obliquo. Le ciglia della stessa
fila battono in modo sincrono mentre quelle della fila contigua battono nella stessa
direzione (allineamento ciliare) e nella medesima fase (coordinazione ciliare) ma con
un piccolo ritardo che complessivamente fa assumere al movimento l’aspetto tipico
“ad onda metacronale”.26 Le ciglia mobili sono coinvolte nel trasporto dei fluidi
extracellulari nei diversi apparati dell’organismo umano: respiratorio, cerebrale e
genitale maschile e femminile. A livello dell’epitelio respiratorio, questo tipo di ciglia,
facilitano l’espulsione delle secrezioni mucose svolgendo un importante meccanismo
di difesa delle vie aeree.27, 28
Patogenesi
Alterazioni della struttura e delle funzioni ciliari nella DCP
Nei pazienti affetti da DCP, le alterazioni ultrastrutturali possono coinvolgere, con
differente frequenza, le diverse parti della struttura assonemica, (Fig.2, Tab.1). Il
deficit del braccio esterno di dineina è presente nella maggior parte dei pazienti con
DCP (30%-43%). Una normale ultrastruttura ciliare è conservata nel 25% circa dei
pazienti, che presentano, però, manifestazioni cliniche tipiche e ciglia immobili. Tale
condizione può essere dovuta a deficit degli enzimi che regolano la motilità ciliare.29
Nel 6% dei pazienti con DCP può evidenziarsi la completa assenza di ciglia. Non
sono riportati pazienti con disordini dell’orientamento ciliare e/o con deficit dei ponti
di nexina.18, 30, 7 Molti pazienti affetti da DCP presentano un solo tipo di anomalia
ultrastrutturale ciliare. Tuttavia, è possibile che nello stesso paziente coesistano
differenti anomalie ciliari.28 Il grado di motilità ciliare sembra essere correlato al tipo
di anomalia ultrastrutturale delle ciglia. La presenza di ciglia immobili si associa
spesso a deficit di entrambi i bracci di dineina. Mentre, la ridotta ampiezza del battito
ciliare si associa a deficit del braccio interno di dineina.18, 31, 26. Anomalie
ultrastrutturali specifiche potrebbero associarsi a particolari quadri clinici, come
accade nei pazienti con difetto di trasposizione che non presentano situs inversus,
avvalorando l’ipotesi della correlazione tra eterogeneità ultrastrutturale e clinica.32
Fig.2. - Esempi di elettromiografia delle ciglia anomale: (a) assenza dei bracci
di dineina esterni; (b) assenza dei bracci di dineina interni; (c) deficit di raggi
di connessione con perdita dei bracci di dineina interni (d) perdita dei bracci
interni ed esterni (e) deficit di transposizione; (f) deficit di orientamento. (C.
Hogg / Paediatric Respiratory Reviews 10 (2009) 44-50)
La DCP si trasmette con eredità autosomica recessiva, ma sono decritti rari casi
con trasmissione autosomica dominante e X-linked.33, 34, 35, 36 La significativa
eterogeneità genetica della DCP rende difficile una correlazione ben definita tra il
genotipo e il fenotipo dei pazienti.37 La struttura dell’assonema ciliare non ha subito
variazioni nel corso dell’evoluzione dagli organismi eucarioti più semplici, come
Chlamydomonas reinhardtii, un’alga verde unicellulare, fino a quelli più complessi,
come i mammiferi. Così, grazie a tale omologia ultrastrutturale, lo studio genetico e
molecolare dei flagelli della Chlamydomonas reinhardtii, ha aiutato a chiarire la
complessa organizzazione della struttura e della funzione ciliare nell’uomo.38 Studi
recenti hanno rilevato la presenza di un preciso coinvolgimento nella patogenesi
della DCP solo per i geni DNAI1, DNAH5, DNAH11, RPGR, TXNDC3 e DNAI2. Tali
geni vengono distinti in “maggiori” (DNAI1 e DNAH5), alterati complessivamente in
circa il 38% dei pazienti affetti da DCP, e “minori” (RPGR, DNAH11, TXNDC3,
DNAI2), riscontrati mutati solo in alcune famiglie con DCP.4, 28
DNAI1 (dynein axonemal intermediate chain 1), omologo del gene IC78 del
protozoo Chlamydomonas reinhardtii è localizzato sul cromosoma 9 e codifica per
una catena intermedia del braccio esterno di dineina. La mutazione di tale gene,
presente nel 10% dei pazienti con DCP, è stata la prima alterazione genetica ad
essere identificata. L’inserzione di un nucleotide T in posizione +3 dell’introne 1
(219+3insT) rappresenta il 55% delle mutazioni del gene DNAI1. I pazienti con
mutazione del gene DNAI1presentano il deficit del braccio esterno di dineina a cui
può associarsi la presenza di situs inversus. 39, 40, 41
DNAH5 (dynein axonemal heavy chain 5), omologo del gene HCγ della
Chlamydomonas reinhardtii, è localizzato sul cromosoma 5 e codifica per una catena
pesante di dineina. La mutazione di tale gene è presente nel 28% dei pazienti con
DCP. I pazienti con mutazione del gene DNAH5 presentano il deficit del braccio
esterno di dineina a cui può associarsi la presenza di situs inversus.42, 43, 44 Il test
genetico per la DCP si basa sull’analisi genetica delle più comuni mutazioni dei geni
DNAI1 e DNAH5. 45 Inoltre, gli spermatozoi dei pazienti con una mutazione del
gene DNAH5 non presentano alterazioni ultrastrutturali. 46
RPGR (retinitis pigmentosa guanosine triphosphatase regulator) è il più comune
gene coinvolto nella retinite pigmentosa X-linked. Codifica una proteina che, oltre a
garantire la funzione dei fotorecettori, viene espressa nelle ciglia dell’epitelio
respiratorio.47 In rare circostanze, pazienti maschi affetti da retinite pigmentosa
associata a mutazione del gene RPGR hanno manifestato la DCP. 36, 48, 49
Ciò rappresenta la dimostrazione che la trasmissione genetica della DCP possa
essere X-linked. I pazienti con mutazione del gene RPGR presentano il deficit
parziale del braccio di dineina.34
DNAH11 (dynein axonemal heavy chain 11), omologo del gene HCβ della
Chlamydomonas reinhardtii, è localizzato sul cromosoma 7 e codifica per una catena
pesante di dineina. La mutazione di tale gene (R2852X) è stata riscontrata in un
paziente affetto da fibrosi cistica (FC), situs inversus e isodisomia uniparentale
paterna del cromosoma 7. In tale paziente non è stata riscontrata alcuna alterazione
ultrastrutturale delle ciglia e la compromissione della clearance mucociliare del
paziente potrebbe essere giustificata dalla FC. Studi più recenti hanno ipotizzato che
la mutazione del gene DNAH11 può compromettere la funzionalità motoria delle
ciglia. La mutazione del gene DNAH11 non sembra correlare in modo definito con la
DCP. 50, 51, 52, 6
TXNDC3 (thioredoxin-nucleoside diphosphate), omologo del gene LC3 e LC5 della
Chlamydomonas reinhardtii, codifica per una proteina, appartenente alla famiglia
delle tioredoxina, espressa nel braccio corto dei flagelli degli spermatozoi e delle
ciglia dell’epitelio respiratorio. La mutazione nonsense di tale gene (L426X) è stata
riscontrata, associata alla comune variante intronica c.271-27C>T, in un paziente
affetto dalla DCP, in cui si è manifestata con la presenza di situs ambiguous e deficit
parziale del braccio esterno della dineina. 53
DNAI2 (dynein axonemal intermediate chain 2), omologo del gene IC69 della
Chlamydomonas reinhardtii, è localizzato sul cromosoma 17 e codifica per una
catena intermedia di dineina. Le mutazioni di tale gene (IVS11+1G>C, IVS3-3T>G e
R263X) sono presenti nel 2% dei pazienti affetti da DCP, in cui si manifesta con la
possibile presenza di situs inversus associata al deficit del braccio esterno della
dineina. 54, 55
KTU (kintoun), omologo del gene PF13 della Chlamydomonas reinhardtii, codifica
per una proteina citoplasmatica necessaria per l’assemblaggio del complesso di
dineina. La mutazione del gene KTU è stata riscontrata nel 12% dei pazienti con
deficit di entrambi i bracci di dineina.56
RSPH9 (radial spoke head protein 9), omologo del gene RSP9 della
Chlamydomonas reinhardtii, è localizzato sul cromosoma 6 e codifica per la proteina
9 della testa dei raggi di connessione. La mutazione del gene RSPH9 (K268del) è
stata associata alla presenza di significative alterazioni dei raggi di connessione con
deficit della coppia centrale dei microtubuli. 57, 58
RSPH4A (radial spoke head protein 4A), omologo dei geni RSP4 e RSP6 della
Chlamydomonas reinhardtii, codifica per la proteina 4A della testa dei raggi di
connessione. La mutazione del gene RSPH4A (Q154X, Q109X, R490X) è stata
associata alla presenza di significative alterazioni dei raggi di connessione con
deficit della coppia centrale dei microtubuli. Sono stati identificati numerosi geni che,
pur se codificano proteine coinvolte nell’organizzazione della struttura ciliare, non
sembrano correlare con la presenza della DCP. Questi geni comprendono DNAH9
(dynein axonemal heavy chain 9), DNAH17 (dynein axonemal heavy chain 17),
DNAL1 (dynein axonemal light chain 1), DNAL4 (dynein axonemal light chain 4),
TCTE3 (T complex-associated testis-expressed 3), DYNLL2 (dynein light chain 2),
DNALI1 (dynein axonemal light intermediate polypeptide 1 [HP28]), DNAH3 (dynein
axonemal heavy chain 3), DNAH7 (dynein axonemal heavy chain 7), SPAG6 (spermassociated antigen 6), SPAG16 (sperm-associated antigen 16), DPCD (deleted in
PCD), and FOXJ1 (forkhead box J1, HFH-4). 16
Manifestazioni cliniche
La sintomatologia della DCP è eterogenea con diversi livelli di gravità, e aspecifica,
ad eccezione delle condizioni cliniche più caratteristiche come il situs inversus, che
presenta un significativo valore diagnostico per la DCP. Nei pazienti è comune
l’interessamento combinato delle alte e basse vie aeree.21
La presentazione clinica della DCP varia a secondo dell’età del paziente al
momento della diagnosi.59
- Età pre-natale. Il riscontro di situs inversus nel nascituro durante l’esame
ecografico, pone il sospetto di DCP. Esami specifici permettono di confermare o
escludere la diagnosi di DCP in epoca post-natale.
- Età neonatale. Distress respiratorio nel neonato a termine, polmoniti, atelettasia,
alterazioni congenite cardiache e/o spleniche e difetti di lateralizzazione pongono il
sospetto di DCP. Familiarità per DCP impone l’esecuzione delle opportune indagini
diagnostiche per escludere la presenza della malattia.21, 60, 61
- Età pediatrica. Tosse cronica produttiva, con espettorato muco-purulento, diurna,
prevalentemente mattutina, è presente nell’84-100% dei pazienti con DCP.
I patogeni più frequentemente identificati all’esame colturale dell’escreato sono
Haemophilus influenzae, Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumonia e
Pseudomonas aeruginosa, che possono talora colonizzare in maniera cronica le vie
aeree del paziente.62, 63 Fin dai primi mesi di vita è costantemente presente nei
pazienti con DCP rinite cronica, con abbondante rinorrea e ostruzione nasale che
evolve verso lo sviluppo di polipi nasali. Anche wheezing persistente, ricorrenti
episodi di otite media associata ad otorrea purulenta e maleodorante secondaria a
timpanostomia, ipoacusia trasmissiva refrattaria a terapia e conseguenti disturbi del
linguaggio possono manifestarsi precocemente. Spesso le otiti medie ricorrenti e
l’ipoacusia si risolvono durante l’adolescenza. I bambini affetti da DCP possono
presentare anche un ritardo della crescita staturo-ponderale durante i primi anni di
vita.64 Bronchiectasie si sviluppano rapidamente, sono presenti in circa il 55% dei
bambini affetti da DCP e aggravano la sintomatologia respiratoria in quanto
l’espettorato diviene più abbondante e le riacutizzazioni infettive polmonari più
frequenti.60 Nei bambini più grandi è sempre presente una sinusite conica refrattaria
anche a terapia chirurgica.21 L’anamnesi personale e familiare del piccolo paziente
con DCP è fondamentale per la diagnosi precoce. Familiarità per ciliopatie, genitori
consanguinei e storia personale di precoci polmoniti e wheezing ricorrenti possono
essere correlate alla DCP.62, 65
- Età adulta. Il paziente con DCP diagnosticata in età adulta a causa della lunga
storia della malattia, presenta bronchiectasie, emottisi, sinusite cronica e
ippocratismo digitale. Nel tempo, la bronco pneumopatia cronica può evolvere verso
l’insufficienza respiratoria, con FEV1 < 40% del valore predetto e conseguente
peggioramento della qualità di vita.66, 67 In circa il 50% dei pazienti adulti maschi
affetti da DCP può essere presente infertilità secondaria alla mancata motilità degli
spermatozoi. Quindi, alcuni pazienti con DCP sono fertili. Questa condizione
suggerisce la possibile presenza di un diverso controllo genetico tra le ciglia e i
flagelli.68 Le donne adulte con DCP possono presentare subfertilità con storia di
pregressa gravidanza extra-uterina, causata dal ritardato trasporto dell’ovocita
attraverso le tube uterine.69
6.1 Anomalie congenite associate alla DCP.
Nel paziente con DCP in cui sono contemporaneamente presenti alterazioni
ultrastrutturali sia delle ciglia mobili che delle ciglia primarie, la sovrapposizione tra i
diversi fenotipi comporta che la DCP si possa presentare associata ad altre
condizioni patologiche quali cardiopatie congenite (soprattutto associate ad
alterazioni della lateralizzazione), atresia delle vie biliari, retinite pigmentosa,
idrocefalo, rene policistico, malattia cistica del fegato, grave malattia da reflusso
gastro-esofageo e atresia esofagea. La presenza di una o più di queste condizioni in
un paziente, soprattutto se presente familiarità, deve fare sospettare la DCP.16, 59
Diagnosi
La diagnosi della DCP durante la fase precoce della malattia è difficile, a causa
dell’eterogeneità clinica e genetica, della mancanza di una completa conoscenza
della malattia e della necessità di indagini molto sofisticate che possono essere
fornite solo da pochi Centri.19 Nel bambino è molto comune la presenza di infezioni
respiratorie e otiti medie, per cui la diagnosi di DCP è spesso tardiva, e viene
eseguita durante l’età adulta. Non esiste una significativa evidenza che la diagnosi
precoce migliora le condizioni cliniche del paziente affetto da DCP. Tuttavia, alcuni
studi hanno rilevato che la funzionalità polmonare era significativamente peggiorata
nei pazienti in cui la diagnosi era stata eseguita in età adulta.70 Quindi, la precoce
diagnosi e il tempestivo trattamento del paziente con DCP devono essere
incoraggiati per prevenire le complicanze, soprattutto a livello delle vie aeree, come
le bronchiectasie.21 L’analisi delle ciglia in microscopia elettronica rappresenta il
gold standard per la diagnosi di DCP, dato che permette di visualizzare le alterazioni
ultrastrutturali a carico delle ciglia dell’epitelio respiratorio del paziente. Il prelievo
delle ciglia dalla mucosa respiratoria del paziente viene eseguito tramite scraping
dell’epitelio nasale o, con tecnica più invasiva, tramite brushing dell’epitelio
bronchiale.7, 16 Lo studio ultrastrutturale ciliare del paziente permette di distinguere
se il deficit coinvolge tutte le ciglia dell’individuo, come accade nella DCP, o solo una
parte di esse, come accade nelle forme di discinesia secondaria.71 Tuttavia, l’analisi
ultrastrutturale delle ciglia non riesce a diagnosticare il 25% dei pazienti affetti da
DCP, che pur presentando fenotipo e genotipo caratteristici di malattia, conservano
un’ultrastruttura ciliare intatta. Altre condizioni che possono limitare l’uso del
microscopio elettronico nella diagnosi di DCP sono l’esiguo numero di Centri in
grado di fornire l’esame e la necessità di strumenti sofisticati e personale
qualificato.7, 16 L’aplasia e i disordini dell’orientamento ciliare sono presenti sia
nelle discinesie ciliari primarie che, molto più frequentemente, nelle discinesie ciliari
secondarie. La coltura delle cellule dell’epitelio respiratorio è utile a distinguere le
due forme. Durante la coltura cellulare, infatti, si assiste allo sviluppo di nuove ciglia
in cui i disordini ciliari secondari si risolvono. La coltura cellulare, inoltre, permette lo
studio dell’alterazione della CBF e dell’entità del battito ciliare, con una sensibilità e
specificità per la diagnosi di DCP del 100%. Tuttavia, la coltura cellulare è un esame
di difficile attuazione, così che il suo uso è limitato ai pochi Centri di riferimento.
Il microscopio ottico permette di visualizzare solo le alterazioni della motilità ciliare
del paziente. Le ciglia dell’epitelio respiratorio del paziente, prelevate attraverso lo
scraping della mucosa respiratoria, vengono osservate al microscopio ottico
utilizzando un videoregistratore digitale ad alta velocità che analizza l’entità e la
frequenza del battito ciliare (CBF). Il 10% dei pazienti con DPC hanno una CBF
normale con anomalie dell’entità del battito ciliare e conseguente alterazione della
clearance muco ciliare. In presenza del deficit della coppia di microtubuli centrale
dell’assonema ciliare, le ciglia del paziente avranno un caratteristico movimento
circolatorio. 16, 32, 72 In passato, per lo screening dei pazienti con DCP era assai
diffuso l’uso del test alla saccarina. La difficoltà di esecuzione nel bambino ha ridotto
il suo utilizzo alla sola possibilità di avere limitato accesso alle indagini diagnostiche
più sofisticate. Il test consiste nel posizionare delle particelle di saccarina a livello del
turbinate inferiore, misurando l’intervallo di tempo entro cui il paziente riesce a
percepirle attraverso le papille gustative della lingua. E’ possibile utilizzare anche
particelle coloranti, misurando così l’intervallo di tempo entro cui il faringe appare
colorato. Nel paziente con una inalterata funzione ciliare l’intervallo di tempo in cui
avviene il normale trasporto di queste particelle deve essere inferiore ai 60 minuti.5
Gli svantaggi del test alla saccarina son dati dalla scarsa compliance nei pazienti
più piccoli, l’incapacità a distinguere tra le forme di discinesia primaria e secondaria.
Qualora il test risulti positivo il clinico deve sottoporre il paziente ai successivi esami
diagnostici, come l’analisi ultrastrutturale e l’analisi genetica. Inoltre, se il bambino
durante il test tira su con il naso, la saccarina può essere testata anche in assenza
di clearance mucociliare.59 Il test alla saccarina è stato sostituito, per lo screening
dei pazienti con DCP, dalla misurazione dell’ossido nitrico (NO) nasale.16
La misurazione di NO nasale è basata sull’osservazione che nei pazienti con DCP
la produzione nasale di NO è significativamente ridotta, dal 5% al 20% del valore
normale. L’aria viene fatta fluire ad una velocità di 250 ml/min nel naso, dove viene
raccolta trattenendo il fiato. Un livello di NO > a 250 ppb permetterà di escludere la
diagnosi dio DCP in circa il 97% dei pazienti. Qualora il test risulti positivo il clinico
deve sottoporre il paziente ai successivi esami diagnostici, come l’analisi
ultrastrutturale e l’analisi genetica. I risultati della misurazione della NO nei pazienti
più piccoli devono essere interpretati con molta cautela.59 Recentemente, attraverso
l’uso di tecniche di radioaerosol polmonare (PRMC), si è riusciti a valutare la
clearance muco ciliare delle basse vie aeree, permettendo di escludere, anche nei
pazienti più piccoli, la presenza di discinesia ciliare secondaria.73
La misurazione di NO viene condotta a livello nasale perché a livello della mucosa
nasale è maggiore la produzione di NO.74, 75 Tale test permette di diagnosticare i
pazienti con DCP in cui l’analisi ultrastrutturale delle ciglia non rileva alcuna
alterazione.18, 74, 76, 77, 78 La ridotta produzione di NO a livello della mucosa
nasale è presente anche nei pazienti con FC e/o con sinusite acuta o cronica,
sebbene nei pazienti con DCP i valori sono significativamente più bassi.16 Questo
test viene eseguito nei pazienti collaboranti che hanno almeno 6 anni di età.79
Recentemente sono state proposte tecniche di misurazione della NO nasale nei
pazienti non collaboranti di età inferiore ai 6 anni.80, 81 Rimane ancora da chiarire
la funzione biologica di NO nasale e l’esatto meccanismo che comporta la riduzione
di NO nei pazienti con DCP. E’ possibile che la NO nasale regoli la motilità ciliare e
l’attività antimicrobica.16 L’esame alla immunofluorescenza delle ciglia dell’epitelio
respiratorio dei pazienti con sospetta DCP, ottenute attraverso lo scraping della
mucosa nasale, rappresenta un ulteriore indagine diagnostica. Il principale vantaggio
di questa metodica consiste nella possibilità di rilevare, con alta risoluzione, la
presenza di alterazioni lungo l’intero assonema ciliare grazie all’utilizzo di anticorpi
specifici per le proteine ciliari. L’esame ha permesso anche di migliorare la nostra
conoscenza della complessa ultrastruttura ciliare. L’uso dell’immunofluorescenza per
la diagnosi di DCP, tuttavia, è limitato perché solo pochi laboratori possono eseguirla
e la fornitura di anticorpi specifici verso le proteine ciliari è esigua.16 La diagnosi di
DCP viene confermata dalla presenza di mutazioni, trasmesse da ciascun genitore,
in entrambi gli alleli dei geni il cui coinvolgimento nella patogenesi della malattia è
noto. Ma l’eterogeneità genetica della DCP, dovuta all’ampio spettro di geni che
mutati possono causare la malattia, rende la diagnosi genetica difficile.42, 82, 83
L’efficacia del test è più alta (50%-60%) nei pazienti con deficit del braccio esterno di
dineina, dato che le mutazioni che vengono ricercate nel test genetico sono state
identificate esclusivamente nei pazienti con tale deficit ultrastrutturale. Il 25% dei
pazienti affetti da DCP può essere diagnosticato attraverso il sequenziamento dei 4
esoni del gene DNAI1 (esoni 1, 13, 16, e 17) e 5 esoni del gene DNAH5 (esoni 34,
50, 63, 76 e 77). Per tal motivo il primo test genetico per la diagnosi di DCP si
basava sul sequenziamento di questi nove esoni.4, 45 Attualmente il
sequenziamento genetico coinvolge 60 alleli dei geni DNAI1 e DNAH5. Dal momento
che solo il 38% dei pazienti con DCP presenta mutazioni in questi due geni, e i costi
della tecnica sono particolarmente elevati, l’analisi genetica rimane un’indagine
diagnostica riservata ad un esiguo numero di pazienti con DCP, che hanno una
storia famigliare di malattia.
Recentemente sono state proposte indagini genetiche alternative, come microarray
chips, attraverso le quali è più facile aggiungere all’analisi genetica le mutazioni più
recentemente scoperte, migliorando la specificità dell’esame.16
Diagnosi differenziale
La significativa eterogeneità clinica della DCP, rende necessaria, soprattutto nella
fase più precoce della malattia, un’accurata diagnosi differenziale con altre
condizioni cliniche più frequenti.
La sintomatologia della DCP può sovrapporsi a quella delle seguenti patologie:
-distress respiratorio neonatale. Il deficit di surfactante si può presentare nel
neonato con tachipnea severa e ipossia. L’infiltrazione dell’interstizio polmonare
rilevabile alla tomografia computerizzata (TC) del torace e la proteinosi alveolare nel
lavaggio broncoalveolare (BAL) presenti nel neonato con deficit di surfactante, non
caratterizzano la DCP. Nel neonato, è difficile distinguere il distress respiratorio
secondario alla presenza di cardiopatie congenite, dalla presentazione clinica della
DCP.84
-difetti di lateralizzazione. Il 25% dei pazienti con situs inversus sono affetti da
DCP.85 Nei pazienti con cardiopatia congenita e distress respiratorio neonatale la
presenza di eterotassia, come situs inversus addominale, deve incoraggiare il clinico
ad escludere la DCP.60, 86
-fibrosi cistica (FC). I pazienti affetti da FC presentano, come i pazienti con DCP,
tosse cronica produttiva, infezioni respiratorie ricorrenti, bronchiectasie e
ippocratismo digitale. Tuttavia, mentre i disturbi della crescita e la steatorrea sono
più frequenti nei pazienti con FC, l’otite cronica media è maggiormente rilevata nei
pazienti con DCP. La poliposi nasale in età pediatrica è più frequentemente presente
nei pazienti affetti da fibrosi cistica. L’anamnesi del paziente è fondamentale per la
diagnosi differenziale. I genitori del bambino affetto da DCP riferiscono spesso che
la tosse del figlio è presente dalla nascita. La stessa cosa non accade nei pazienti
con FC.87, 88, 89 La riduzione del FEV1 durante l’esame spirometrico del paziente
è molto più marcata nei pazienti con FC.18, 90 La diagnosi di FC può essere
definitivamente esclusa sottoponendo il paziente al test del sudore e all’analisi
genetica del gene CFTR. 66
-asma e rinite allergica. Nell’asma, a differenza della DCP, la tosse cronica non è
produttiva e il paziente, sottoposto a spirometria, ha un quadro respiratorio ostruttivo
che risponde frequentemente all’azione del broncodilatatore. 91, 92, 93
-GERD e aspirazione gastrica. Il paziente che soffre di GERD può presentare,
come il paziente con DCP, ricorrenti episodi di tosse, wheezing e polmoniti. La
polmonite da aspirazione del contenuto gastrico (polmonite chimica) è caratterizzata
dal coinvolgimento dei lobi polmonari superiori, mentre nei pazienti con DCP è
copromesso il lobo medio del polmone di destra e la lingula. 16, 94, 95
-immunodeficienza. I pazienti con immunodeficienza umorale spesso presentano
infezioni respiratorie ricorrenti secondarie alle infezioni da patogeni capsulati
(Staphylococcus Aureus, Streptococcus Pneumoniae ed Haemophilus Influentiae).
96
-polmoniti interstiziali (PI). I bambini affetti da PI presentano infiltrazione
dell’interstizio polmonare, tachipnea, tosse e infezioni respiratorie ricorrenti. La
spirometria dei pazienti affetti da PI rileva tipicamente un quadro respiratorio
restrittivo. 84, 97
Terapia
Attualmente, nonostante il miglioramento delle conoscenze sulla DCP, non esiste la
possibilità di attuare una terapia risolutiva della disfunzione ciliare. Pertanto la
terapia è sintomatica e consiste nel miglioramento della clearance mucociliare e
nella prevenzione e trattamento delle infiammazioni e delle infezioni delle vie aeree.
Viene preso come modello la terapia dell’interessamento polmonare della fibrosi
cistica. 98
Trattamento della clearance mucociliare
- Fluidificazione dei secreti bronchiali:
- ipertonica salina al 7% per via aerosolica. Studi effettuati in pazienti con FC
dimostrano che l’uso di questa terapia riduce la viscosità del muco, migliora la
clearance mucociliare e riduce il numero di esacerbazioni.
- rhDNAse (Dornase α) per via aerosolica. La DNAse ricombinante umana
(rhDNAse), attraverso la degradazione del DNA extracellulare, diminuisce la
viscosità del muco, migliorando la funzionalità polmonare e riducendo il numero di
riacutizzazioni polmonari nei pazienti affetti da FC.99, 100 Il muco dei pazienti con
DCP ha proprietà simili a quello dei pazienti affetti da FC. L’infiammazione delle vie
aeree, inoltre, è caratterizzata dalla presenza predominante di DNA extracellulare e
neutrofili nei pazienti affetti da FC e da DCP. Per cui l’uso a lungo e a breve termine
di rhDNAse nel trattamento dei pazienti con DCP, si è dimostrato efficace.101, 102,
103, 104, 105
- Rimozione dei secreti bronchiali:
- fisioterapia respiratoria. Gli obiettivi centrali di tale terapia sono la rimozione delle
secrezioni bronchiali e quindi la stimolazione della tosse. Le tecniche utilizzate sono
varie e vengono aggiustate per qualità ed intensità a secondo dell’età e del tipo di
danno broncopolmonare. Le più usate sono il drenaggio posturale con clapping e
vibrazione, sistema PEP (espirazione contro resistenza alla bocca), il flutter il
drenaggio autogeno. L’esercitazione del respiro integra la pratica fisioterapica. Deve
essere incoraggiata l’attività fisica sia per la rimozione dei secreti bronchiali che per
facilitare la ventilazione polmonare.
Trattamento delle infiammazioni
- agenti antinfiammatori. Ibuprofene, corticosteroidi orali e azitromicina riducono gli
episodi di esacerbazione delle infezioni respiratorie, migliorando significativamente
la funzione polmonare nei pazienti con FC. Effetti benefici sono stati dimostrati per
l’uso della terapia antinfiammatoria nei pazienti con bronchiectasie non correlate a
FC refrattarie a terapia. Non esiste evidenza sulla somministrazione di
antinfiammatori nei pazienti con DCP.106, 107, 108, 109, 110, 111, 112
L’arginina, dato che potenzia la sintesi di ossido nitrico (NO) nasale, potrebbe
essere utile nei pazienti con DCP. Studi recenti non sembrano, tuttavia, rilevare un
miglioramento della funzionalità polmonare nei pazienti. 113
Trattamento delle infezioni
- antibioticoterapia. Gli antibiotici, sussidio terapeutico indispensabile, sono scelti
sulla base dell’esame colturale dell’escreato profondo, recente. Si associano due
antibiotici di classe diversa, sinergici, quando la coltura è positiva per germi patogeni
come lo Pseudomonas Aeruginosa. Nelle riacutizzazioni respiratorie gli antibiotici
devono essere somministrati per via endovenosa a dosaggi elevati e per un periodo
di tempo di circa 15 giorni. Nel primo isolamento e nella colonizzazione cronica di
Pseudomonas Aeruginosa possono essere utilizzati antibiotici per via inalatoria
(Tobramicina e Colistina), largamente utilizzati in FC con ottimi risultati, in quanto
capaci di ridurre la secrezione di muco purulento, il numero delle riacutizzazioni e
delle ospedalizzazioni.114, 115
Correzione del difetto genetico
La terapia genica, basata sulla sostituzione del gene alterato con uno integro non è
ancora efficace. La maggiore comprensione dei meccanismi molecolare della FC ha
portato negli ultimi anni allo studio di terapie geniche in grado di by-passare il difetto
molecolare. PTC124 (codone di terminazione prematuro 124) è un farmaco,
disponibile per via orale, in grado di indurre, nei pazienti affetti da FC con mutazione
nonsense del gene CFTR, la traduzione di mRNa contenente un codone di
terminazione (codone STOP) prematuro, permettendo la sintesi di una proteina
CFTR funzionale. Anche se non tutti i pazienti dello studio hanno avuto benefici da
tale terapia, si sta dando speranza a questo tipo di approccio. Studi in vitro stanno
saggiando la risposta della terapia con PTC124 nelle colture cellulari di pazienti
affetti da DCP con mutazione nonsense.98
Conclusione
Negli ultimi anni la realizzazione dei registri nazionali e la nascita di Centri di
riferimento per la diagnosi e la terapia della DCP hanno permesso l’ottimizzazione
della gestione della malattia, attraverso la diagnosi precoce e la possibilità di attuare
un tempestivo programma terapeutico, nell’intento di controllare le infezioni,
rallentare la progressione della broncopneumopatia e migliorare la prognosi della
DCP.16
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Trimestrale di divulgazione scientifica dell'Associazione Pediatrica di Immunologia e Genetica
Legge 7 marzo 2001, n. 62 - Registro della Stampa Tribunale di Messina n. 3/09 - 11 maggio 2009
Direttore scientifico Carmelo Salpietro - Direttore responsabile Giuseppe Micali - Segreteria redazione Basilia Piraino - Piera Vicchio
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