Fisiopatologia Generale Dispensa 2020/2021 PDF

FISIOPAT T FISIOPATOLOGIA GENERALE - 2022 Federico II Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale INTRODUZIONE Questo lavoro nasce con l’intento di aggiornare il materiale di studio di fi...

FISIOPAT T FISIOPATOLOGIA GENERALE - 2022 Federico II Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale INTRODUZIONE Questo lavoro nasce con l’intento di aggiornare il materiale di studio di fisiopatologia generale rispetto ai cambiamenti che ci sono stati nel programma. Il blocco è divisibile in sette sezioni: Sezione 1 (lezioni 1-17): fisiopatologia del sangue; Sezione 2 (lezioni 19-25): fisiopatologia del sistema endocrino; Sezione 3 (lezioni 26-30): fisiopatologia dell’apparato riproduttivo maschile e femminile; Sezione 4 (lezioni 31-35): fisiopatologia dell’apparato gastroenterico; Sezione 5 (lezioni 36-38): fisiopatologia dell’apparato respiratorio; Sezione 6 (lezioni 39-40): fisiopatologia del rene; Sezione 7 (lezione bonus): immunità e immunoterapia (un ringraziamento va ai ragazzi che hanno sbobinato questa lezione!); Sezione 8 (lezioni 41-45): fisiopatologia del metabolismo. Le sbobine delle lezioni sono state integrate con il testo di riferimento (Robbins) e la dispensa precedente (Isocrate), dunque è possibile utilizzare questo documento come unica fonte di studio per l’esame (salvo cambiamenti in corso d’opera da qui ai prossimi anni). (Le lezioni sul CUORE non sono presenti poiché non sono state spiegate e non sono parte del programma d’esame dell’a.a. 20/21, nel caso le trovate sull’Isocrate.) Le lezioni che costituiscono la dispensa NON sono in ordine cronologico, ma organizzate in base agli argomenti. Per ogni lezione sono indicati i Prof che hanno spiegato/tendono a chiedere quell’argomento. Per superare l’esame lo studio di questo materiale è sufficiente, come sempre vi invito a: 1. non nominare la dispensa ai Prof, loro conoscono benissimo l’Isocrate e a volte chiedono di proposito cose che lì non ci sono quindi fate attenzione; 2. studiare con criterio, se leggete qualcosa che non ha senso (potrebbe essermi sfuggito qualcosa, in quel caso segnalatelo) non imparatelo a memoria solo perché sta scritto sulla dispensa ma ragionate! 3. seguire il corso per verificare se sono stati aggiunti nuovi argomenti o dettagli. Questa dispensa è stata riscritta sulla base della vecchia versione “Pataternos vol. 2”, i cui sbobinatori e revisori (Anna, Alessandra, Arianna, Erica, Francesca, Vincenzo), nonché l’autrice, Valentina, vanno assolutamente ringraziati per il loro impeccabile lavoro. Questo lavoro è a cura di Emanuela Oliva. In bocca al lupo a tutti! 2 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale Indice delle lezioni Lezione numero 1 – Prof. Carlomagno..................................................................................................... 6 Sangue e HSC................................................................................................................................................. 6 Lezione numero 2 – Prof. Carlomagno................................................................................................... 17 Eritropoiesi.................................................................................................................................................. 17 Lezione numero 3 – Prof. Carlomagno.................................................................................................. 28 Anemie: emolitiche e falciforme.................................................................................................................. 28 Lezione numero 4 – Prof. Carlomagno................................................................................................... 37 α e β talassemie.......................................................................................................................................... 37 Lezione numero 5 – Prof. Carlomagno................................................................................................... 47 Sferocitosi ereditaria, G6PD-carenza, PNH................................................................................................. 47 Lezione numero 6 – Prof. Carlomagno................................................................................................... 53 Anemie da diminuita produzione di globuli rossi........................................................................................ 53 Lezione numero 7 – Prof. Carlomagno................................................................................................... 58 Metabolismo del ferro: emocromatosi e iron deficiency............................................................................ 58 Lezione numero 8 – Prof. Carlomagno................................................................................................... 65 Porfirie......................................................................................................................................................... 65 Lezione numero 9 – Prof. Carlomagno................................................................................................... 70 Fisiopatologia dell’emostasi pt. 1................................................................................................................ 70 Lezione numero 10 – Prof. Carlomagno................................................................................................. 80 Fisiopatologia dell’emostasi pt. 2................................................................................................................ 80 Lezione numero 11 – Prof. Santoro....................................................................................................... 90 Neoplasie del sangue, leucemia mieloide cronica....................................................................................... 90 Lezione numero 12 – Prof. Santoro....................................................................................................... 95 Leucemia mieloide cronica - 2..................................................................................................................... 95 Lezione numero 13 – Prof. Santoro..................................................................................................... 100 Neoplasie mieloproliferative..................................................................................................................... 100 Lezione numero 14 – Prof. Santoro..................................................................................................... 103 Leucemia mieloide acuta (AML) e APL...................................................................................................... 103 Lezione numero 15 – Prof. Santoro..................................................................................................... 107 Leucemia promielocitica acuta e alterazioni epigenetiche nell’AML........................................................ 107 Lezione numero 16 – Prof. Santoro..................................................................................................... 111 Altre mutazioni causative di AML............................................................................................................. 111 Lezione numero 17 – Prof. Santoro..................................................................................................... 118 Neoplasie linfoidi: ALL e CLL...................................................................................................................... 118 Lezione numero 18 – Prof. Santoro..................................................................................................... 126 3 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale Neoplasie linfoidi: linfomi non Hodgkin.................................................................................................... 126 Lezione numero 19 – Prof. Feliciello.................................................................................................... 131 Fisiopatologia della tiroide e ipertiroidismo.............................................................................................. 131 Lezione numero 20 – Prof. Feliciello.................................................................................................... 138 Iportiroidismo e tiroiditi............................................................................................................................ 138 Lezione numero 21 – Prof. Fusco/Santoro........................................................................................... 143 Tumori della tiroide................................................................................................................................... 143 Lezione numero 22 – Prof. Feliciello.................................................................................................... 151 Fisiopatologia delle paratiroidi................................................................................................................. 151 Lezione numero 23 – Prof. Feliciello.................................................................................................... 157 Fisiopatologia del surrene: Cushing, iperaldosteronismo, ICSP, iperplasia surrenale congenita.............. 157 Lezione numero 24 – Prof. Feliciello.................................................................................................... 166 Feocromocitoma....................................................................................................................................... 166 Lezione numero 25 – Prof. Feliciello.................................................................................................... 170 Disordini del GH......................................................................................................................................... 170 Neoplasie dell’adenoipofisi e SIADH.................................................................................................... 176 Lezione numero 26 – Prof. Santoro..................................................................................................... 179 Carcinoma della prostata.......................................................................................................................... 179 Lezione numero 27 – Prof. Veneziani................................................................................................... 187 Patologie dell’apparato genitale femminile: amenorrea e patologie dell’ovaio...................................... 187 Lezione numero 28 – Prof. Veneziani................................................................................................... 193 Patologie dell’apparato genitale femminile: patologie dell’utero............................................................ 193 Lezione numero 29 – Prof. Veneziani................................................................................................... 200 Carcinoma della mammella...................................................................................................................... 200 Lezione numero 30 – Prof. Santoro..................................................................................................... 205 Carcinoma ereditario della mammella...................................................................................................... 205 Lezione numero 31 – Prof. Veneziani................................................................................................... 211 Cirrosi epatica, ittero e tumori epatici...................................................................................................... 211 Lezione numero 32 – Prof. Santoro..................................................................................................... 219 Carcinoma pancreatico............................................................................................................................. 219 Lezione numero 33 – Prof. Carlomagno............................................................................................... 224 Carcinoma gastrico................................................................................................................................... 224 Lezione numero 34 – Prof. Melillo....................................................................................................... 231 Carcinoma colorettale (CRC)..................................................................................................................... 231 Lezione numero 35 – Prof. Melillo ……………………………………………………………………………………………………….241 Carcinomi del colon associati ad infiammazione cronica.......................................................................... 241 4 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale Malattie polmonari: fibrosi cistica............................................................................................................ 246 Lezione numero 37 – Prof. Santoro..................................................................................................... 251 Malattie polmonari: deficit di α1-antitripsina (enfisema polmonare) e IPF............................................. 251 Lezione numero 38 – Prof. Santoro..................................................................................................... 255 Carcinoma polmonare............................................................................................................................... 255 Lezione numero 39 – Prof. Carlomagno............................................................................................... 261 Malattia del rene policistico...................................................................................................................... 261 Lezione numero 40 – Prof. Carlomagno............................................................................................... 267 Carcinoma renale...................................................................................................................................... 267 Lezione bonus 2022 – prof. Melillo…………………………………………………………………….………………………………….275 Immunità e immunoterapia nel cancro……………………………………………………………………………………………………..275 Lezione numero 41 - Prof. Carlomagno…………………………………………………………………………………………………280 Errori congeniti del metabolismo di amminoacidi.................................................................................... 278 Lezione numero 42 – Prof. Carlomagno............................................................................................... 284 Errori congeniti del metabolismo di carboidrati....................................................................................... 284 Lezione numero 43 – Prof. Carlomagno............................................................................................... 293 Errori congeniti del metabolismo di purine e pirimidine........................................................................... 293 Lezione numero 44 – Prof. Carlomagno e Feliciello.............................................................................. 301 Altre alterazioni metaboliche: Obesità, diabete mellito e diabete insipido.............................................. 301 Lezione numero 45 – Prof. Santoro..................................................................................................... 316 Malattie da accumulo lisosomiale............................................................................................................ 316 Malattia di Von Gierke................................................................................................................................... 320 Altra alterazione metabolica: malattia di Wilson......................................................................................... 321 5 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale Lezione numero 1 – Prof. Carlomagno Sangue e HSC Il sangue è un tessuto liquido che costituisce circa l'8% del peso corporeo (circa 5L) ed è formato da una parte corpuscolata (45%) e dal plasma (55%); la percentuale di volume occupata dalla parte corpuscolata del sangue prende il nome di ematocrito ed è un parametro molto importante per misurare l’integrità delle cellule e specialmente dei globuli rossi. La parte corpuscolata consta di: 1. eritrociti → 4.2-6.2 milioni/mm3 o μl, costituiscono più del 99% di tutte le cellule del sangue; 2. leucociti → 4.500-11.000/mm3 o μl; 3. piastrine → 150.000-400.000/mm3 o μl. Il plasma è invece costituito da acqua (91%), proteine (7%) e altri costituenti come ioni, gas, ormoni e nutrienti (2%). Il plasma è da non confondersi con il siero, cioè con il plasma privato di fibrinogeno e fattori di coagulazione. Per effettuare una valutazione sulla “qualità” del sangue si procede ovviamente ad effettuare un prelievo, il sangue viene poi fatto sedimentare spontaneamente o tramite centrifugazione in modo tale da ottenere una separazione in tre strati: 1. plasma → strato più superficiale, è di colore giallastro per via della presenza di proteine, nel caso di pazienti con dislipidosi questo strato può essere biancastro poiché i lipidi assorbono la luce a diverse lunghezze d’onda; 2. buffy coat → globuli bianchi e piastrine, questo strato fa da interfaccia tra plasma e globuli rossi; 3. globuli rossi. È importante sottolineare che alcuni analiti vanno dosati nel plasma e altri nel siero, quindi qualora ci sia bisogno di indagare il plasma piuttosto che il siero bisogna trattare il campione di sangue con un anticoagulante come l’EDTA, un chelante del calcio (se si centrifuga sangue non trattato con anticoagulanti la prima fase sarà siero). 6 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale Osservando il sangue centrifugato è possibile ricavare informazioni utili, infatti l’ematocrito è funzione sia del numero che della dimensione cellulare, ad esempio in caso di anemia microcitopenica l’ematocrito è ridotto poiché i globuli rossi sono più piccoli del normale. Maggiori informazioni si ottengono dall’analisi dello striscio di sangue: si mette una goccia di sangue su un vetrino portaoggetto, con un secondo vetrino si struscia il sangue distribuendolo in modo uniforme sul vetrino e successivamente lo si osserva al microscopio distinguendo i vari elementi corpuscolati. Generalmente lo striscio di sangue si usa per analizzare le componenti cellulari mentre il sangue centrifugato serve principalmente al dosaggio di analiti plasmatici. ERITROCITI I globuli rossi sono cellule: 1. anucleate e prive di organuli citoplasmatici; 2. a forma di disco biconcavo (per massimizzare gli scambi gassosi) e ricche di emoglobina. Circa l’1% delle cellule in circolo possiedono residui di organuli citoplasmatici come i mitocondri e i ribosomi e vengono definiti reticolociti, entro 24 h i reticolociti perdono anche questi residui e diventano eritrociti maturi che sopravvivono circa 120 giorni. Ogni globulo rosso contiene circa 300 milioni di molecole di emoglobina e, poiché ogni molecola di emoglobina può legare quattro molecole di ossigeno, ogni eritrocita veicola circa 1,2x109 molecole di ossigeno. I globuli rossi sono dotati di sistemi di tamponamento dei ROS in modo tale da permettere il mantenimento dell’omeostasi del potenziale redox (alterazioni del potenziale redox possono provocare anemia emolitica e ridurre l’emivita degli eritrociti). I reticolociti sono importantissimi nella diagnosi differenziale delle anemie, esse possono essere dovute a: diminuita produzione di globuli rossi → la quantità di reticolociti in circolo risulta diminuita; aumentata distruzione dei globuli rossi → la quantità di reticolociti in circolo risulta aumentata per via di una maggiore sintesi di globuli rossi volta a compensare il processo di emocateresi. Il processo di emocateresi avviene soprattutto nella milza (precisamente nella polpa rossa), qui gli eritrociti passano attraverso i sinusoidi splenici e se alterati nella forma vengono fagocitati dai macrofagi. LEUCOCITI I globuli bianchi svolgono un’azione di difesa e hanno emivite differenti, ad esempio i neutrofili vicino pochi giorni mentre le cellule della memoria tutta la vita. I globuli bianchi si dividono in: granulociti o leucociti polimorfonucleati → comprendono neutrofili, eosinofili e basofili. I vari tipi di cellule si distinguono secondo le proprietà tintoriali dei granuli citoplasmatici che si colorano di rosa violetto nei neutrofili, rosa pallido negli eosinofili e blu scuro nei basofili. Il nucleo dei neutrofili è plurilobato (da 2 a 5 lobi), mentre gli altri sono bilobati. La percentuale dei vari tipi di leucociti determina la formula leucocitaria; agranulociti → monociti e linfociti. PIASTRINE Le piastrine rappresentano gli elementi corpuscolati più piccoli, sono prive di nucleo, presentano granuli che contengono i fattori della coagulazione e hanno un’emivita che va tra i 5 e 9 giorni. ESAME EMOCROMOCITOMETRICO – Emocromo L’emocromo valuta la quantità delle cellule presenti nel sangue. Per valutare i globuli bianchi si osserva la formula leucocitaria, essa consiste nel conteggio di tutti i globuli bianchi presenti nel sangue e può essere espressa sia come percentuale dei vari tipi cellulari rispetto al totale che come numero assoluto. Quando si considera la percentuale di leucociti bisogna fare attenzione poiché si potrebbero trarre conclusioni errate: se si osserva un aumento della percentuale dei neutrofili si potrebbe infatti affermare che c’è una diminuzione percentuale degli altri globuli bianchi però per avere conferma di ciò c’è bisogno di una variazione anche in numero assoluto. 7 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale Nella valutazione dei globuli rossi l’emocromo fornisce indicazioni riguardo: 1. numero di globuli rossi; 2. quantità di Hb totale espressa in g/dL; 3. ematocrito → volume occupato dai globuli rossi, esso è funzione sia del numero che della dimensione delle cellule; 4. volume cellulare medio (MCV) → indica la dimensione media di ciascun eritrocito e si esprime in femtolitri; 5. quantità di Hb media per globulo rosso (MCH) → espressa in picogrammi; 6. concentrazione media di Hb per globulo rosso (MCHC) → indica non solo quanta emoglobina c’è in ciascun globulo rosso ma anche lo stato di idratazione delle cellule, in alcune anemie l’MCHC risulta aumentato per via della disidratazione della cellula; 7. distribuzione della popolazione eritrocitaria (RDW) → è un parametro importante in alcuni tipi di anemia che inducono diseritropoiesi (globuli rossi di forme diverse). L’emocromo valuta questo parametro effettuando un grafico di distribuzione basato sulle dimensioni dei due assi maggiori dei globuli rossi, se essi hanno tutti la stessa dimensione si concentrano in una sola area del grafico mentre se sono di forme diverse si distribuiscono in più aree. L’RDW va a misurare la distribuzione degli eritrociti e ha un valore tanto alto quante sono le differenti forme degli eritrociti; l’anisopoichilocitosi è tipica delle talassemie e un aumento dell’RDW permette di capire che il paziente produce eritrociti con difficoltà e che essi hanno forma e dimensioni variabili. Infine, l'emocromo dà anche delle indicazioni circa le piastrine, in particolar modo il volume medio delle piastrine (MPV). ESERCIZIO (foto di riferimento a fine lezione) Nell’immagine si osservano i valori dell’emocromo di un paziente, da una prima oservazione si nota che il paziente è una donna poiché gli uomini possiedono un numero maggiore di globuli rossi rispetto alle donne. La paziente in questio è anemica, lo stato di anemia è definibile come uno stato in cui si osserva una riduzione di emoglobina ma non del numero di eritrociti. Esistono alcune forme di anemia in cui la riduzione di Hb è dovuta ad una diminuzione del numero dei globuli rossi ed è il caso della donna in esame, la paziente presenta anche alterazioni della formula leucocitaria: i neutrofili sono molto alti e ciò indica che c’è un’infezione batterica in atto. Osservando la formula leucocitaria si nota che i valori percentuali dei linfociti risultano essere fuori range però questa alterazione è una conseguenza dell’aumentata presenza di neutrofili poiché i valori assoluti di linfociti sono corretti (→ dimostrazione pratica del perché bisogna sempre guardare sia i valori percentuali che quelli assoluti quando si legge una formula leucocitaria). 8 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale L’anemia e l’infezione non sono una sfortunata coincidenza, quando c’è un’infezione l’anemia è conseguenza sia del fatto che viene ridotta la produzione di eritrociti da parte del midollo osseo a favore di una maggiore produzione di cellule mieloidi che del fatto che l’assorbimento del ferro viene ridotto. EMOPOIESI L’emopoiesi è il processo grazie a cui, a partire da una cellula staminale, si generano tutte le cellule del sangue. L’emopoiesi è un processo estremamente importante e controllato ed implica, oltre alla sintesi di cellule, il fatto che solo elementi maturi vengono immessi in circolo (→ in caso di leucemia un campanello d’allarme è la presenza in circolo dei blasti). Le sedi in cui avviene l’emopoiesi cambiano durante le varie fasi della vita: vita embrionale (0-2 mesi) → sacco vitellino; vita fetale precoce (2-5 mesi) → fegato e milza (le cellule staminali ematopoietiche del fegato e della milza in età post-natale sono inattive ma in condizioni di forte diseritropoiesi possono riattivarsi causando l’eritropoiesi extramidollare); vita fetale tardiva (5-9 mesi) → fegato e midollo osseo in tutte le ossa; vita neonatale → fegato in misura ridotta e midollo osseo in tutte le ossa; vita adulta → midollo osseo dello scheletro assiale (anche, sterno, vertebre, coste e cranio). Nel midollo osseo sono presenti i precursori delle varie linee cellulari in varie percentuali: serie granulopoietica → il 54%, i granulociti hanno un’emivita minore rispetto agli altri elementi cellulari e per questo è necessaria una maggiore produzione di queste cellule. La chemioterapia, oltre a colpire le cellule tumorali, colpisce anche le cellule ad alto rate proliferativo come quelle del midollo o della mucosa gastrointestinale e questo giustifica alcuni effetti collaterali sperimentati dai pazienti come diarrea e diminuzione dei granulociti (specialmente neutrofili); serie eritropoietica → 26%; serie linfopoietica → il 17,5%; serie trombopoietica → 0,1%. Durante l’emopoiesi la cellula staminale multipotente va incontro ad una divisione asimmetrica e genera una cellula da cui poi avranno origine i due progenitori, quello della linea mieloide e quello della linea linfoide, da cui originano tutte le cellule del sangue. (Aggiunta del revisore: la simmetria di una divisione cellulare deve essere pensata rispetto al tipo di cellula che si genera, se la divisione è simmetrica si generano due cellule uguali – ad esempio due staminali o due differenziate – mentre se la divisone è asimmetrica si generano due cellule diverse di cui una è staminale e l’altra è differenziata.) 9 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale Nel midollo si osservano delle isole eritrocitarie che contengono i precursori cellulari e un macrofago centrale che fornisce il ferro necessario per la sintesi di Hb, attorno alle isole si trovano poi i precursori delle altre linee cellulari (granulocitaria, linfocitaria, monocitaria e megacariocitaria); inoltre il midollo è caratterizzato dalla presenza di sinusoidi che permettono il rallentamento del flusso sanguigno e l’ingresso delle cellule mature in circolo. CELLULE STAMINALI EMOPOIETICHE Le HSC sono cellule staminali adulte multipotenti che vanno incontro ad esaurimento con l’avanzare dell’età. La funzione delle HSC è quella di mantenere costante ed equilibrato il fenomeno dell’emopoiesi, garantendo la produzione dei vari tipi cellulari; grazie a questo tipo di cellule sono state ricavate la maggior parte delle informazioni riguardanti le cellule staminali perché le HSC, sebbene risiedano nel midollo, possono essere circolanti e quindi facilmente isolabili a fini di ricerca. I fattori di crescita che promuovono la proliferazione delle cellule staminali ematopoietiche sono: 1. SCF (stem cell factor) → ligando di c-KIT (è un RTK); 2. FLT3-ligand → ligando di FLT3 (FLK2, è un RTK). 10 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale Le HSC sono in grado di compiere divisioni: asimmetriche → si producono una cellula staminale e una cellula progenitrice, queste cellule hanno un alto rate proliferativo e si definiscono TAC (transit amplifying cells, si ritiene che sotto stimoli adeguati le TAC possano revertire a HSC). Le TAC si dividono dando vita a cellule che successivamente differenzieranno nelle varie linee cellulari; simmetriche → si producono altre cellule staminali per espandere il pool staminale, sono tipiche delle HSC giovani. Man mano che i progenitori intraprendono il processo di commitment si verificano delle variazioni dei markers di superficie e queste variazioni permettono di definire i vari stadi di differenziamento delle cellule, ad esempio le cellule ad alta potenzialità staminale sono LIN- e CD34+. Lo studio delle cellule staminali ha rivoluzionato la medicina tanto da portare a correggere la classificazione di Bizozzero (→ divisone delle cellule in labili, stabili e perenni) poiché sono state isolate cellule staminali che si attivano in seguito agli stimoli adeguati anche in tessuti ritenuti perenni, come ad esempio il tessuto nervoso, o stabili, come ad esempio il tessuto muscolare. Data la loro importanza, le HSC si trovano in un compartimento midollare che ha un’organizzazione tale da proteggerle dagli ostecolasti e nutrirle che prende il nome di nicchia midollare. Le nicchie midollari in cui si trovano le HSC sono ricche di osteoblasti e di cellule endoteliali, inoltre nel midollo sono presenti anche adipociti che forniscono energia per l’emopoiesi e cellule mesenchimali che costituiscono un reticolo che protegge le HSC. Le HSC sono caratterizzate dall’espressione di markers come HOX e GATA, essi sono fattori trascrizionali che mantengono la staminalità. Inoltre, nelle cellule staminali sono attivi i pathway di Wnt e Notch in quanto essi permettono alle cellule staminali di conservare le caratteristiche che le rendono tali. L’esistenza delle HSC è stata dimostrata tramite un esperimento in cui un topo viene irradiato con radiazioni ionizzanti che distruggono le cellule del midollo. Il topo irradiato perde il suo midollo, successivamente gli viene somministrata una sospensione di cellule provenienti da midollo, milza e sangue che contiene: 1. progenitori cellulari e le cellule differenziate → sono in grado di dividersi un certo numero di volte ma, mancando la divisione asimmetrica, non c’è la produzione di HSC; 2. HSC → le poche cellule HSC presenti nel sangue effettuano un processo di homing e ripopolano sia il midollo che la milza e svolgono il loro compito, infatti se si esamina la milza del topo si osservano delle colonie spleniche dette CFUS (colony formation unit spleen) che contengono tutti i precursori delle cellule del sangue. Passando dai progenitori alle cellule terminalmente differenziate la capacità proliferativa diminuisce mentre il livello di differenziamento aumenta. Le HSC sono cellule con un rate proliferativo molto basso, in virtù di questa caratteristica esse sono individuabili grazie all’utilizzo della timidina triziata, un composto genotossico che non ha ridottissimi effetti dannosi sulle HSC per via del loro basso rate proliferativo mentre uccide le cellule progenitrici. 11 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale I precursori eritroidi possono essere indotti a proliferare dall’eritropoietina (EPO): a basse concentrazioni di EPO si formano delle colonie derivanti dalla cellula CFU-E (Colony Forming Unit-Erythroid), ad alte concentrazioni invece le colonie sono molto più grandi (dette colonie a scoppio) e derivano dalle cellule BFU-E (Burst Forming Units-Erythroid). Le cellule CFU-E e BFU-E sono cellule appartenenti a diversi stadi proliferativi della linea eritroide; dal precursore mieloide origina un precursore comune sia alla linea megacariocitica che a quella eritrocitica e da quest’ultimo si forma una cellula ad alta capacità proliferativa che è la BFU-E, la BFU-E successivamente differenzia e si trasforma in CFU-E che ha una capacità proliferativa molto più ridotta. Le cellule HSC non sono tutte uguali come si pensava, ciò significa che da ciascuna HSC si genera uno specifico lineage cellulare. Le HSC subiscono delle waves di differenziamento che fanno sì che alcune cellule prediligano determinati lineage. Precedentemente si pensava che da ciascuna HSC derivasse una TAC che poteva differenziare in tutti i possibili tipi di cellula in base agli stimoli ricevuti, oggi invece si sa che questo non è vero poiché le HSC stesse rispondono diversamente agli stimoli e generano delle TAC già parzialmente indirizzate verso la differenziazione in un determinato tipo cellulare. Ad esempio, una cellula TAC già indirizzata verso la linea megacariocitica produce per l’80% megacariociti e per il 20% cellule di un diverso lineage e ciò è dovuto al fatto che la cellula possiede uno specifico set di recettori ed esprime un programma di controllo genico che è causa della preferenzialità di differenziazione. Tutto ciò non era ovvio in un primo momento perché in un soggetto sano l’emopoiesi è bilanciata, tuttavia in seguito a particolari eventi si può osservare la veridicità di questo modello: 1. soggetti trapiantati → i soggetti che hanno subito un trapianto di midollo talvolta presentano degli squilibri dell’ematopoiesi poiché hanno ricevuto un set di HSC che differenzia preferenzialmente verso un certo lineage e meno verso un altro, come conseguenza di ciò alcuni pazienti possono essere anemici perché hanno ricevuto poche HSC già pre-indirizzate verso il lineage eritroide; 2. soggetti anziani → manifestano una condizione detta ematopoiesi clonale che porta alla maggiore produzione di monociti rispetto alle altre cellule del sangue. I motivi dell’eterogeneità tra le HSC sono: estrinseci → le cellule sono accolte all’interno di nicchie differenti e il microambiente può influenzare l’espressione di particolari recettori per fattori di crescita o particolari molecole di adesione cellula- cellula/cellula-matrice; intrinseci → o mutazioni o alterazioni epigenetiche che modulano l’espressione dei recettori per le citochine; o alterazioni metaboliche; o divisione asimmetrica delle cellule e conseguente segregazione differente dei fattori di trascrizione in ciascuna cellula; o numero di divisioni cellulari (nel senso che la cellula HSC di divisione in divisione ha perso la capacità di differenziare verso un certo lineage ma ha conservato quella di differenziare verso un altro, probabilmente questo è il motivo per cui i soggetti anziani mostrano 12 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale monocitosi: le cellule HSC hanno conservato meglio la capacità di dare monociti piuttosto che altri tipi cellulari). FATTORI DI CRESCITA I fattori di crescita sono glicoproteine che agiscono su recettori di membrana come gli RTK o i recettori JAK- STAT, questi recettori a loro volta attivano vari pathway come quello di PI3K-Akt o di Ras-MAPK e favoriscono il differenziamento o la divisione cellulare. I fattori di crescita possono sia agire su tutti i precursori che essere lineage specifici ed essi agiscono tramite diverse modalità: 1. gerarchica → per ottenere un certo tipo di cellula bisogna esporre il precursore alla giusta sequenza di fattori di crescita; 2. sinergistica → per ottenere un certo tipo di cellula c’è bisogno che i fattori di crescita si combinino in modo tale da indurre il differenziamento verso il citotipo desiderato (ad esempio la combinazione di SCF, IL-3 e GM-CSF dà un risultato diverso a seconda dell’ultimo componente aggiunto al cocktail: se si aggiunge EPO si ottengono globuli rossi mentre se si aggiunge trombopoietina si ottengono piastrine); 3. additiva → per ottenere il differenziamento verso un certo tipo cellulare c’è bisogno di combinare più citochine in modo da potenziare l’effetto finale (ad esempio SCF deve agire assieme a IL3 e FLT3- L). I fattori di crescita stimolano proliferazione, differenziamento, maturazione, attivazione funzionale e inibiscono l’apoptosi. Un esempio di fattore di crescita che agisce nell’emopoiesi è il G-CSF (granulocyte- colony stimulating factor), il quale fa sì che dal precursore mieloide si abbiano i granulociti. Il G-CSF: stimola la proliferazione; blocca il differenziamento a monocita in favore di quello a granulocita polimorfonucleato; sopprime l’apoptosi; induce la lobatura del nucleo nell’ambito della maturazione cellulare; induce l’attivazione funzionale quindi promuove la fagocitosi, la secrezione e l’attività citotossica. 13 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale ESPERIMENTO SULLE CELLULE STAMINALI EMATOPOIETICHE Un esperimento che chiarisce il fatto che le HSC non diano un certo tipo di cellula con la stessa frequenza è stato svolto all’Harvard Stem Cell Institute. Nell’esperimento si inserisce all’interno di cellula HSC un transgene costruito in modo tale da andare incontro a ricombinazione spontanea producendo, a seconda delle porzioni coinvolte nella ricombinazione, una diversa proteina fluorescente (GFP, YFP, RFP e BFP) che rende le cellule tracciabili. Se la teoria secondo cui ogni HSC dà vita con la stessa frequenza alle varie cellule del sangue fosse vera, allora all’esame citofluorimetrico si dovrebbe osservare che un certo gruppo di cellule (ad esempio i monociti) emette tutte e quattro le fluorescenze nella stessa proporzione; ciò che invece si osserva è che per specifici tipi cellulari c’è un colore espresso maggiormente, quindi la cellula che HSC che esprime, ad esempio, GFP dà preferenzialmente vita ad un certo tipo di cellula. La preferenzialità delle varie HSC a dare un certo tipo di cellula si mantiene anche trapiantando il midollo dal topo in esame a tre diversi topi precedentemente irradiati, a dimostrazione che la prefenzialità verso un certo lineage non è casuale. Chiaramente, il colore assegnato ad ogni linea cellulare è totalmente casuale e varia da topo a topo perché dipende da quale tipo di cellula riceve un determinato transgene. 14 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale Nell’ambito della stessa ricerca, sono state selezionate cellule HSC di colore giallo (coorte 1.Y) e di colore rosso (coorte 1.R) dai topi trattati con i transgeni e si è analizzato quali cellule differenziate derivano dalle HSC di quel determinato colore. Se l’ipotesi secondo cui una cellula HSC dà con la stessa frequenza tutte le cellule del sangue fosse vera, ciascuna cellula rossa e gialla dovrebbe dare ogni cellula del sangue con la stessa percentuale. Dall’analisi si osservano i seguenti dati: coorte 1.Y → le cellule HSC gialle rappresentano il 12%, se la teoria fosse vera in ciascuna linea (CLP, GMP, B cells e Granulocytes) dovrebbe esserci il 12% di cellule gialle però ciò non trova alcun riscontro pratico perché dalle cellule gialle derivano principalmente le cellule B (42%); coorte 1.R → le cellule HSC rosse rappresentano il 23%, se la teoria fosse vera in ciascuna linea (CLP, GMP, B cells e Granulocytes) dovrebbe esserci il 23% di cellule rosse però ciò non trova alcun riscontro pratico perché dalle cellule rosse derivano principalmente i granulociti (61%). Il motivo per cui ciascuna cellula HSC tende a dare origine a cellule appartenenti ad uno specifico lineage è da ricercarsi, tra le altre cose, anche nell’epigenetica; infatti, i ricercatori hanno dimostrato che le cellule che danno vita a cellule del lineage linfoide presentano i geni tipici della linea mieloide metilati (quindi silenziati) e il contrario accade per le cellule che danno vita a cellule del lineage mieloide. 15 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale 16 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale Lezione numero 2 – Prof. Carlomagno Eritropoiesi L’eritropoiesi è il processo che porta alla formazione degli eritrociti. Ogni secondo il nostro corpo produce 2 milioni di eritrociti, queste cellule derivano da un progenitore indifferenziato ad alta capacità replicativa che prende il nome di BFU-E; la cellula BFU-E impiega cinque giorni per trasformarsi in reticolocita, il reticolocita è un globulo rosso immaturo che presenta residui di alcuni organelli (ribosomi, RE) e permane nel midollo osseo per 24h, successivamente viene immesso in circolo e dopo altre 24h diventa un eritrocita maturo. La HSC genera un progenitore mieloide comune (CMP) da cui originano due cellule: 1. MEP → progenitore della linea megacariocitaria/eritrocitaria; 2. GMP → progenitore della linea granulocitaria/monocitaria. Dal MEP origina poi la cellula BFU-E, questa cellula è dotata di grande capacità proliferativa ed è stimolata da elevate concentrazioni di EPO a formare delle colonie definite a scoppio poiché costituite da molte cellule. La cellula BFU-E, successivamente, si trasforma in CFU-E, la sua capacità proliferativa si riduce e la cellula è stimolata da basse dosi di EPO. Gli stadi successivi del differenziamento sono: 1. proeritroblasto/normoblasto; 2. eritroblasto basofilo; 3. eritroblasto policromatico; 4. eritroblasto ortocromatico; 5. reticolocita; 6. globulo rosso maturo. La sintesi di Hb ha inizio allo stadio di proeritroblasto e continua ad un rate sempre maggiore fin quando la cellula non espelle il nucleo; nel caso di talassemie c’è uno squilibrio precoce della sintesi di Hb che porta ad eritropoiesi inefficiente. All’interno del midollo osseo sono presenti le isole eritrocitarie, esse sono formate da circa 50/60 precursori eritrocitari ai vari stadi di differenziamento e da un macrofago che: permette l'organizzazione istologica dell’isola; regola le interazioni che promuovono proliferazione e differenziamento, introducendo una serie di fattori di crescita; 17 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale fagocita gli organelli e il nucleo che vengono estromessi dai precursori e fornisce il ferro per la sintesi di emoglobina. L’eritropoiesi è principalmente stimolata dall’EPO, questo fattore di crescita agisce diversamente in base allo stadio differenziativo delle cellule: 1. cellule più indifferenziate → attiva GATA2 che induce proliferazione; 2. cellule più differenziate → attiva GATA1 che induce la sintesi di Hb. L’eritropoietina (EPO) è una glicoproteina di 33 KDa, con un’emivita di circa 5 ore. L’EPO viene prodotta dalle cellule peritubulari renali e in piccola parte dal fegato e agisce sui precursori eritrocitari determinando la sintesi di Hb, di proteine non emoglobiniche e l’aumento del transito dei progenitori della linea rossa attraverso il loro ciclo maturativo. L’EPO viene prodotta grazie allo stimolo ipossico, l’ipossia infatti attiva il fattore di trascrizione HIF-1 che promuove la trascrizione di una serie di geni soprattutto legati all’attivazione della risposta angiogenetica. Una volta giunta nel midollo, EPO agisce sia sui precursori degli eritrociti che sui macrofagi e sugli osteoclasti in modo da attivarli e provocare il riassorbimento dell’osso per far spazio alle cellule del sangue; in caso di anemie molto severe l’EPO viene continuamente prodotta e la sua alta concentrazione può causare alterazioni scheletriche, inoltre un dato importante da cui tenere conto è che la continua stimolazione da parte di EPO è in grado spostare il normale rapporto di precursori mieloidi/eritroidi da 3:1 a 1:1. Spesso EPO viene somministrata a pazienti anziani con insufficienza renale, infatti questi pazienti non sono in grado di produrre quantità sufficienti di EPO e di conseguenza sono anemici. L’EPO viene talvolta somministrata illegalmente anche agli atleti per migliorarne le performance (c’è maggiore resistenza allo sforzo), tuttavia questa pratica è pericolosa perché quantità eccessive di EPO aumentano la viscosità del sangue e il rischio di trombosi. I test antidoping si basano sul fatto che l’EPO endogena e l’EPO esogena differiscono per alcuni siti di glicosilazione e quindi è possibile determinare se c’è stata un’assunzione volontaria (si può usare un test ELISA per determinare se c’è EPO esogena); gli atleti talvolta cercano di aumentare in modo fisiologico la quantità di EPO allenandosi in alta montagna. L’esistenza di EPO fu dimostrata tramite l’esperimento di Reissmann su ratti parabiotici, cioè ratti con una circolazione in comune. L’esperimento di Reissmann consiste nel causare ipossia in uno solo dei due topi, in seguito a questo evento sia nel topo ipossicoche in quello in condizioni di normossia aumenta l’eritropoiesi e ciò dimostra l’esistenza di un fattore circolante che regola il processo e tramite il sangue viene veicolato anche al secondo topo. Il recettore dell’eritropoietina è un omodimero ricco di strutture β-planari che presenta un singolo tratto transmembrana, EPO-R non è dotato di attività chinasica ma è associato a delle tirosin-chinasi intracellulari della famiglia di JAK, in particolare a JAK2. A seguito del legame con l’EPO, il recettore dimerizza, JAK2 si attiva e fosforila una serie di Tyr che costituiscono dei docking sites per proteine coinvolte nei pathway di: STAT5, Ras/MAPK, PI3K/Akt e NFkB. L’attivazione di questi pathway porta all’espressione di geni responsivi ad EPO che promuovono la proliferazione, specialmente di BFU-E, e il differenziamento con conseguente produzione di Hb. Il pathway di EPO è autoregolato poiché in seguito all’attivazione del gene vengono trascritti i geni dei regolatori negativi del patwhay SOCS1, SOCS3 e CIS. 18 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale La produzione di EPO varia in base alla presenza di ossigeno: normossia → la prolilidrossilasi idrossila la HIF-1𝛼 che viene riconosciuto da VHL, poliubiquitinato e degradato; ipossia o carenza di ferro → HIF-1α non viene idrossilato, forma un complesso con HIF-β e trasloca nel nucleo. La carenza di ferro è una condizione che porta alla stabilizzazione di HIF perché: 1. il ferro è un cofattore della prolilidrossilasi; 2. la carenza di ferro attiva delle proteine dette IRP che bloccano la traduzione dell’mRNA di HIF, tuttavia il ridotto funzionamento della prolilidrossilasi si riflette in un aumento della concentrazione della proteina. Il fatto che la prolilidrossilasi necessiti di ferro per funzionare è un meccanismo di conservazione poiché in caso di mancanza di ferro l’HIF si stabilizza e induce la sintesi di EPO, in questo modo in caso di anemie sideropeniche il midollo si attiva per compensare anche se il quantitativo di EPO prodotta in questo caso è minore rispetto a quella prodotta in caso di ipossia. Nel midollo osseo l’eritropoiesi è regolata dalle proteine della famiglia del TGF-β. I recettori attivati dalle proteine della famiglia del TGF-β sono: recettori del TGF-β I e II → entrambi hanno attività Ser/Thr chinasica, funzionano sia come omodimeri che come eterodimeri e talvolta si associano ad un corecettore privo di attività chinasica; recettori delle activine. Una proteina che fa parte della famiglia del TGF- β è GDF11, questa proteina viene prodotta in caso di difetti dell’eritropoesi, dovuti ad esempio alla talassemia, e regola negativamente il processo poichè attiva il pathway di segnalazione di SMAD2/3. L’importanza del pathway di SMAD2/3 nell’eritropoiesi è dimostrata dal fatto che l’utilizzo di farmaci che bloccano GDF11 e i recettori per le activine riescono a riequilibrare l’eritropoiesi in soggetti talassemici o affetti da sindromi mielodisplastiche (MDS), esempi di farmaci che si sono dimostrati utili nel trattamento delle talassemie sono il luspatercept e il sotatercept che agiscono come recettori decoy che legano GDF11 e le activine ma non sono in grado di trasdurre il segnale. 19 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale FATTORI RICHIESTI NELL’ERITROPOIESI Durante il processo di eritropoiesi sono necessari vari fattori, come ad esempio: ferro → costituente di Hb; vitamina B6 → coenzima nella sintesi dell’eme; vitamina C → agente riducente che facilita l’assorbimento di ferro; vitamina B12 e acido folico → agiscono a livello dello stesso pathway e servono per la produzione di purine, pirimidine e aminoacidi. L’acido folico è un donatore di gruppi metilici (CH3) e viene ricaricato di questi gruppi dalla vitamina B12; vitamina E → coenzima per il metabolismo della membrana eritrocitaria; riboflavina; amminoacidi → sintesi di emoglobina e proteine non emoglobiniche. FERRO L’organismo contiene circa 4-6 g di ferro distribuiti sia in proteine che contengono eme (Hb, mioglobina, citocromi) che in proteine che non contengono eme (ferritina, transferrina, emosiderina) e squilibri nella sua concentrazione si manifestano ad esempio in caso di anemia sideropenica (→ carenza) o in caso di emocromatosi (→ eccesso). Il ferro in forma libera è molto poco, ciò è dovuto al fatto che esso può spontaneamente cedere o donare elettroni portando alla formazione di ROS. Il ferro non si trova mai in forma libera, ma sempre legato a qualcosa: o si trova nelle proteine di cui fa parte oppure, quello che non viene utilizzato per la produzione delle proteine, viene immagazzinato a livello intracellulare dalla ferritina e a livello extracellulare dalla transferrina. Nei casi in cui ci sia un aumento di ferro che non viene legato dalla transferrina si manifesta danno d’organo dovuto a stress ossidativo. In condizioni di eccesso di ferro non è possibile eliminarlo dall’organismo, per ristabilire la giusta concentrazione di ferro in caso di concentrazione di ferro aumentata è possibile: 1. produrre più ferritina; 2. ridurre l’assorbimento di ferro a livello intestinale tramite l’epcidina. Il ferro viene introdotto all’interno dell’organismo con la dieta e viene assorbito a livello duodenale, viene immesso nel sangue dove circola assieme alla transferrina e raggiunge i tessuti (principalmente fegato e midollo osseo). Nel midollo osseo il ferro viene usato per sintetizzare Hb e viene poi reintrodotto in circolo all’interno degli eritrociti maturi; dopo 120 giorni gli eritrociti vengono captati dal sistema reticoloendoteliale di fegato e milza, i globuli rossi vengono distrutti e il ferro viene recuperato. Per generare circa 20 mL di sangue (→ eritrociti) bisogna utilizzare circa 20 mg di ferro, di questi 20 mg: 19 mg vengono riciclati tramite il processo di emocateresi; 1 mg viene assorbito dall’esterno. Con la dieta vengono assunti circa 20-25 mg di ferro sia eminico che non eminico e di questi se ne assorbono circa 1-2 mg, ciò accade perché il ferro eminico e quello non eminico hanno destini diversi. Il ferro non eminico si stacca dalle proteine con cui è complessato per via del pH acido dello stomaco e della pepsina, per la maggior parte tende a precipitare e non viene riassorbito. Inoltre, qualora non precipitasse, comunque non verrebbe riassorbito perché non si trova nello stato di ossidazione corretto (Fe++) per essere riconosciuto dal trasportatore DMT1 (trasportatore di metalli divalenti) che riconosce solo il ferro ferroso. Il ferro eminico viene assorbito dall’enterocita, una volta all’interno della cellula l’enzima eme ossidasi separa lo ione dalla proteina e: 1. la proteina viene riciclata; 2. lo ione esce dal versante baso-laterale della cellula attraversando la ferroportina, l’unico trasportatore cellulare in grado di estrudere il ferro. 20 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale In caso di bassa espressione di ferroportina, il ferro viene immagazzinato nella cellula legato alla ferritina e liberato nello spazio extracellulare con la desquamazione dell’enterocita. La ferroportina è generalmente complessata con due proteine: efestina (nell’enterocita) o ceruloplasmina (nell’epatocita). Il ruolo di queste due proteine è convertire il ferro ferroso (Fe2+) in ferro ferrico (Fe3+) per renderlo disponibile al legame con la transferrina e permetterne l’immissione nel circolo sanguigno. L’azione di efestina e ceruloplasmina è indispensabile perché la transferrina è in grado di legare il ferro solo nello stato Fe3+ (ferrico), inoltre ogni molecola di transferrina può trasportare fino a due atomi di ferro. Il ferro immesso in circolo legato alla transferrina viene assorbito dalle cellule destinatarie (tutte le cellule dell’organismo presentano il recettore della transferrina perché il ferro è uno ione indispensabile) tramite endocitosi mediata da recettore, la vescicola endocitica si fonde con vescicole intracellulari a pH acido e la variazione del pH provoca il distacco dello ione dal recettore e il riciclo del recettore stesso. L’epcidina è importante nell’omeostasi del ferro poiché, in caso di alte concentrazioni di ferro, l’epcidina media l’internalizzazione e degradazione della ferroportina provocando una riduzione sia dell’uptake del ferro che del suo riciclo poiché la ferroportina è espressa anche sui macrofagi coinvolti nel processo di emocateresi. VITAMINA B12 Un altro elemento cruciale per l’eritropoiesi è la vitamina B12 (cobalamina), essa è composta da un anello corrinico (formato a sua volta da quattro anelli pirrolici) e da una serie di radicali (-CN, -CH3, -OH) di cui il più importante è il metile. La vitamina B12 viene assunta esclusivamente tramite cibi di origine animale poiché è prodotta da microorganismi commensali, inoltre è molto labile e può inattivarsi in seguito a cottura prolungata e ad alta temperatura dell’alimento. L’assorbimento della vitamina B12 è reso possibile dall’esistenza del fattore intrinseco prodotto dalle cellule parietali dello stomaco, questa proteina forma un complesso con la vitamina e il complesso viene assorbito a livello dell’ileo terminale; la vitamina B12 è assorbita anche tramite un meccanismo passivo ma questo è poco efficace. Una volta immessa nel sangue, la vitamina B12 viene trasportata al fegato dalla transcobalamina II. 21 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale La carenza di vitamina B12 può causare difetti dell’eritropoiesi e causare una malattia nota come anemia perniciosa. I pazienti affetti presentano anticorpi anti-parete gastrica che attaccano le cellule parietali causando una riduzione del fattore intrinseco; l’anemia è definita perniciosa perché in passato non c’erano cure, oggi si tratta fornendo vitamina B12 per via parenterale o per via orale in altissime concentrazioni per facilitarne l’assorbimento passivo. La vitamina B12 è coinvolta in una reazione che converte la omocisteina in metionina attraverso la donazione di un gruppo metilico da parte del metiltetraidrofolato che si trasforma in tetraidrofolato. Quest’ultimo deve però essere trasformato in metiltetraidrofolato e ciò avviene tramite la cessione di un gruppo metilico da parte della metilcobalamina. Un’altra reazione importante in cui è coinvolta la vitamina B12 è la conversione del metilmalonil-CoA in succinil-CoA. In effetti, la vitamina B12 ha un’azione direttamente connessa con l’azione dell’acido folico. ACIDO FOLICO L’acido folico è costituito da una pteridina coniugata con acido para-aminobenzoico, l’unione di queste due molecole forma l’acido pteroico; l’acido pteroico successivamente può essere mono- o poliglutammato costituendo la molecola finale. L’acido folico viene sintetizzato dalle piante e viene assunto con la dieta in forma monoglutammata. Dopo l’assunzione l’acido folico viene ridotto dall’enzima diidrofolato reduttasi a tetraidrofolato, il tetridrofolato viene metilato in posizione 5 o 10 e viene utilizzato come donatore di gruppi metilici in varie reazioni. Un esempio di reazione è quella omocisteina-metionina, questa reazione è molto importante perché l’omocisteina è un amminoacido che non viene utilizzato per la sintesi proteica e che risulta dannoso per via del gruppo solforico che tende a creare danno ossidativo (infatti l’iperomocisteinemia è un fattore di rischio per l’aterosclerosi) e a causare fenomeni trombotici poiché i gruppi -SH promuovono la formazione di ponti disolfuro tra le catene di fibrina creando un coagulo difficile da degradare. Inoltre, l’acido folico è coinvolto anche nella sintesi delle purine e nella conversione della deossiuridina- monofosfato in deossitimina-monofosfato. 22 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale In assenza di acido folico e di vitamina B12 oltre all’iperomocistinemia si manifesta anche carenza di nucleotidi, i pazienti che presentano carenza di folati e vitamina B12 presentano anemia megaloblastica perché i precursori eritrocitari non riescono a proliferare efficientemente a causa della carenza di nucleotidi che li porta a dividersi meno volte di quanto succede normalmente. A seguito della ridotta proliferazione dei precursori degli eritrociti vengono prodotti meno globuli rossi e quelli prodotti sono più grandi poiché il precursore effettua un numero minore di divisioni cellulari e giunge alla maturità con un volume cellulare più grande del previsto. La carenza di acido folico e di vitamina B12 è drammatica nelle prime fasi dell’embriogenesi in quanto l’impossibilità a proliferare può determinare difetti di sviluppo come, ad esempio, la spina bifida in cui non si ha la chiusura del tubo neurale. Oramai è prassi dare un supplemento di vitamina B12 e acido folico alle gestanti e ciò ha ridotto drammaticamente l’incidenza di spina bifida. STRUTTURA E FUNZIONE DEGLI ERITROCITI Gli eritrociti godono di un’elevata elasticità: considerando che la maggior parte dei capillari sono più piccoli del massimo diametro di un eritrocita (8 𝜇m), per passare attraverso questi capillari gli eritrociti devono modificare la propria forma e l’elasticità della membrana gli permette di farlo. Gli eritrociti da eliminare vengono riconosciuti a causa di alterazioni della membrana e la perdita di alcune proteine di membrana costituisce un segnale di fagocitosi. Nella sferocitosi, infatti, i globuli rossi perdono prematuramente alcune proteine di membrana e pertanto hanno un’emivita molto più breve. In generale, le caratteristiche della membrana eritrocitaria sono: 1. flessibilità e resistenza alle forze tangenziali; 2. le proteine costituiscono il 50% della membrana e sono prevalentemente proteine integrali, tra queste sono importanti: a. glicoforina A → proteina trans-membrana di 131 aa (banda 4.1); b. canali ionici; c. anchirina e banda 4.1 → formano punti di ancoraggio; d. banda 4.3 → trasportatore di anioni 3. i lipidi costituiscono circa il 40% della membrana; 4. i carboidrati costituiscono circa il 10% della membrana; 5. sulla superficie della membrana sono presenti gli antigeni (AB0, Mn e Rh) che determinano i gruppi sanguigni. La capacità di deformarsi è dovuta a particolari proteine di membrana connesse a proteine del citoscheletro come la glicoforina C e la banda 4.2; a loro volta queste proteine sono ancorate ad un reticolo di spectrina (composto da molecole di α- e β-spectrina) grazie all’anchirina oppure alla banda 4.1. Nel sito di ancoraggio c’è anche l’actina che connette il tutto al citoscheletro. Inoltre, la membrana dell’eritrocita contiene anche canali ionici come la pompa Na/K e Ca/Mg che sono fondamentali per il mantenimento dell’omeostasi elettrolitica dell’eritrocita. Infatti, in condizioni in cui vengono perse porzioni di membrana (e con essa i canali ionici), l’eritrocita si disidrata e aumenta l’MCHC (concentrazione media di Hb per globulo rosso). La β-spectrina è presente sotto tutta la membrana del globulo rosso e forma un vero e proprio reticolo insieme alla α-spectrina ed è proprio questo reticolo a fornire elasticità alle cellule. Tuttavia, man mano che la cellula invecchia, la membrana subisce dei danni e ad un certo punto non è più in grado di mantenere la forma del globulo rosso, il globulo rosso diventa sferico e viene fagocitato dai macrofagi. 23 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale EMOGLOBINA L’emoglobina è una proteina globulare costituita da quattro catene, la proteina esiste in varie forme diverse ma quella di riferimento è l’emoglobina A: essa è formata da due catene α e due catene β, ciascuna dotata del suo gruppo eme; l’eme si lega alla globina in modo diretto grazie all’istidina prossimale e in modo indiretto grazie al legame stabilito con l’istidina distale e al legame stabilito dalle catene di acido propionico con la globina. All’interno di Hb le catene formano dei legami α-β, quindi in caso di carenza di una delle catene la struttura tridimensionale della proteina viene meno (anche se in caso di α talassemia possono formarsi molecole di emoglobina formate da quattro catene β, HbH). L’emoglobina è una molecole estremamente versatile che è in grado di cedere ossigeno/legare anidride carbonica e viceversa a seconda delle pressioni parziali dei gas. La curva di saturazione dell’emoglobina ha un andamento sigmoide, l’andamento sigmoide è dovuto al fatto che Hb passa da una conformazione meno affine all’ossigeno ad una più affine man mano che lega ossigeno. La variazione di affinità della proteina è definita legame cooperativo, questo è un fenomeno di allosterismo positivo. Il risultato del legame cooperativo è che: nel polmone → la pO2 è alta e l’ossigeno si lega rapidamente all’emoglobina che contemporaneamente scarica CO2; nei tessuti → la pO2 è bassa e l’ossigeno si separa dall’emoglobina che contemporaneamente carica CO2. L’affinità di Hb per i gas è influenzata anche dall’effetto Bohr: a pH basso, alta temperatura e alte concentrazioni di CO2 (tessuti periferici) → diminuisce l’affinità di Hb per l’ossigeno in modo da rilasciarlo nei tessuti, la curva di saturazione si sposta verso destra e nei tessuti periferici Hb è saturata circa al 30%; a pH “alto”, “bassa” temperatura e basse concentrazioni di CO2 (capillari polmonari) → aumenta l’affinità di Hb per l’ossigeno in modo da legarlo, la curva di saturazione si sposta verso sinistra e nei capillari polmonari Hb è saturata circa al 70%. Inoltre, l’affinità di Hb per l’ossigeno è anche regolata dal 2,3-bisfosfoglicerato (DPG) che viene prodotto in caso di ipossia o diminuzione di pO2 ambientale e diminuisce l’affinità di Hb per l’ossigeno migliorando l’ossigenazione dei tessuti. Un ulteriore elemento che modula le attività di Hb è il legame tra la molecola e la CO2, legame che induce un cambio conformazionale nell’emoglobina riducendo l’affinità per l’O2. (NB: la prof fa intendere che l’effetto Bohr riguardi il pH, la temperatura e la concentrazione di 2,3-DPG. In realtà l’effetto Bohr è unicamente l'effetto del pH o dell'anidride carbonica sulla dissociazione dell'ossigeno). Hb esiste in due forme patologiche: 1. metaemoglobina → è una forma molto rara e pericolosa che consiste in un gruppo eme che lega il ferro ferrico (Fe+++) invece che il ferro ferroso (Fe++), questa forma di emoglobina è presente in caso di forte stress ossidativo o in caso di deficit genetico dell’enzima metaemoglobina reduttasi NADH-dipendente e il problema di questa emoglobina è che non è in grado di legare l’ossigeno e quindi i pazienti soffrono di ipossia tissutale; 24 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale 2. carbossiemoglobina → si forma in caso di avvelenamento da monossido di carbonio, il CO compete con l’ossigeno per il legame con Hb ed è molto più affine (200 volte) rispetto all’ossigeno quindi anche in questo caso il soggetto va incontro a grave ipossia. Sintesi di emoglobina durante lo sviluppo Nei vari momenti della vita di un essere umano si susseguono varie forme di emoglobina, ognuna con le proprie caratteristiche. Ad esempio, l’emoglobina fetale è estremamente affine con l’ossigeno poiché deve essere in grado di sottrarlo all’emoglobina materna, questa è una caratteristica positiva per il feto perchè in questo modo si garantisce il giusto apporto di ossigeno ma per un organismo adulto è necessaria un’emoglobina che non sia così affine all’ossigeno perché altrimenti non sarebbe semplice ossigenare i tessuti. I geni che codificano per le globine si sono duplicati nel corso dell’evoluzione e sono codificati su: 1. cromosoma 16 → ospita il cluster genico delle α-globine: a. 2 geni per le α globine → espressi sia nella vita fetale che in quella adulta; b. 1 gene per la globina ζ → prende il posto della catena α nell’Hb embrionale; c. 2 pseudogeni. 2. cromosoma 11 → ospita il cluster genico delle β-globine: a. 1 gene per la catena ϵ → catena β-like espressa nell’emoglobina embrionale; b. 2 geni per la catena γ (Gγ, Aγ); c. 1 gene per la catena δ; d. 1 gene per la catena β; e. 2 pseudogeni. Esistono tre tipi di Hb embrionale: 1. Hb Gower 1 → 2 catene ζ e 2 catene ϵ; 2. Hb Gower 2 → 2 catene α e 2 catene ϵ; 3. Hb Portland → 2 catene ζ e 2 catene γ. L’emoglobina fetale (HbF) è invece formata da 2 catene α combinate a 2 catene γ. Dopo la nascita si verifica uno switch che porta alla produzione dell’emoglobina adulta: 1. HbA1→ 2 catene α e 2 catene β; 2. HbA2 → 2 catene α e 2 catene δ, questo tipo di Hb rappresenta la minoranza perché il promotore del gene δ non è particolarmente forte. Nell’adulto circa il 97% di emoglobina è HbA, il 2.5% è HbA2 e lo 0.5% è HbF, poichè non in tutti i soggetti lo switch avviene in maniera completa. In alcune aree del pianeta in cui la malatia è endemica, c’è diffusione di talassemie e anemia falciforme poiché queste emoglobinopatie forniscono un vantaggio ai soggetti eterozigoti (i globuli rossi malati sono inospitali per il P. falciparum). 25 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale Una variante strutturale di Hb rara ma molto frequente in Italia è l’emoglobina lepore, essa è un tetramero formato da 2 catene α e due catene β-like ottenute dalla fusione del gene β con il gene δ. A seconda della ricombinazione che avviene tra i due geni può formarsi: 1. Hb lepore → fusione del promotore della δ globina con il gene della β globina, il rate di produzione è basso poiché il gene δ fornisce solo il 2,5% delle catene globiniche e di conseguenza il paziente è talassemico; 2. Hb anti-lepore → fusione del promotore della β globina con il gene della δ globina. Osservando l’andamento dell’espressione dei geni delle globine è possibile capire come mai i soggetti affetti da β-talassemia o anemia falciforme manifestino i primi sintomi qualche mese dopo la nascita: durante la fase embrionale e fetale le catene β non sono espresse, dunque non ci sono alterazioni visibili. Dopo la nascita si verifica lo switch dell’espressione delle catene globiniche e in un soggetto sano inizia la produzione di grandi quantità di HbA1 formata da 2 catene α e 2 catene β. In un soggetto β-talassemico o affetto da anemia falciforme questo non succede poiché ci sono alterazioni a carico della catena β, l’unica Hb circolante è HbA2 formata da 2 catene α e 2 catene δ e ciò rende ragione dei sintomi; tuttavia, nel caso in cui il soggetto esprima ancora tracce dell’emoglobina fetale i sintomi sono meno severi. La persistenza dell’emoglobina fetale si verifica nel caso in cui ci sia un mancato funzionamento di BCL11A, una proteina facente parte di un complesso trascrizionale che regola l’espressione genica. BCL11A blocca l’espressione delle globine fetali e attiva quella della β globina, quindi se si riuscisse a bloccare la sua azione nei soggetti β-talassemici o affetti da anemia falciforme si riuscirebbe a mitigare i sintomi perché verrebbe mantenuta l’espressione dell’emoglobina fetale. Sulla base di queste informazioni si è cercato di intervenire in due modi: 1. bloccando gli attivatori di BCL11A: KFL1 e MYB → questa strategia terapeutica è stata abbandonata perché KFL1 e MYB sono coinvolte in moltissimi processi e la loro inattivazione può portare più danni che benefici; 2. bloccando BCL11A → sono state proposte due strategie: i. utilizzo di molecole che interferiscono con l’espressione di BCL11A, ad esempio short hairpin- RNA; ii. editing del gene di BCL11A alterandone i siti di legame al DNA, in questo modo la proteina non è in grado di bloccare l’espressione delle catene γ e di attivare quella delle catene β. A febbraio 2021 sono stati pubblicati i risultati di un trial clinico basato su questi due approcci, entrambi i trial si basano su cellule staminali umane manipolate geneticamente e reimpiantate nei pazienti. 26 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale Per indurre l’espressione dell’emoglobina fetale in pazienti affetti da talassemia e anemia falciforme si somministra idrossiurea. Quando un bambino nasce, l’espressione delle catene γ si riduce poiché c’è una variazione dell’equilibrio ossidreduttivo dovuta all’esposizione del neonato all’alta pO2 atmosferica e questo evento porta all’attivazione di KLF1, MYB e BCL11A. L’idrossiurea trova utilità nel trattamento dei pazienti affetti da talassemia e anemia falciforme perché è un forte fattore riducente e riesce a ristabilire la sintesi delle catene γ, tuttavia non sempre è efficace e quindi l’azione su BCL11A è preferibile. Fisiologicamente, i globuli rossi hanno una forma a disco biconcavo ma in caso di malattia possono esserci delle alterazioni di: 1. dimensione → globuli rossi microcitici o macrocitici (ad esempio per carenza di acido folico e vitamina B12); 2. forma → globuli rossi sferocitici, a falce, a lacrima, depranociti; 3. colore → ipo- o ipercromici. In caso di eterogeneità di dimensione dei globuli rossi si parla di anisocitosi, se c’è eterogeneità di forma di parla di poichilocitosi; in alcune patologie, come nelle talassemie, i globuli rossi sono caratterizzati da aniso- poichilocitosi. 27 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale Lezione numero 3 – Prof. Carlomagno Anemie: emolitiche e falciforme L’anemia è una condizione che porta alla riduzione dell’ematocrito (massa circolante di cellule della linea rossa) e dell’emoglobina. Spesso, nei pazienti con tratto talassemico il numero dei globuli rossi è aumentato perché precursori dei globuli rossi si dividono fino a raggiungere una certa concentrazione di Hb e quindi ci sono più globuli rossi ma di dimensioni minori ed è per questo che lo stato di anemia non è correlato al numero di globuli rossi. Il tratto talassemico si individua perché il globulo rosso è microcitico, ipocromico ed ha un contenuto di Hb leggermente diminuito. Nell’emocromo di un paziente talassemico sono alterati i seguenti parametri: 1. Hb → leggermente diminuita; 2. Anemia lieve; 3. MCV → diminuito; 4. MCH → diminuito. È importante fare diagnosi differenziale tra tratto talassemico e anemia sideropenica, cosa non facile in quanto in entrambi i casi l’anemia è di tipo microcitico e ipocromico. L’importanza della diagnosi differenziale deriva dal fatto che in caso di tratto talassemico una donna potrebbe partorire un figlio malato se il suo partner è portatore del tratto a sua volta, rischio che invece non si corre nel caso dell’anemia sideropenica. La riduzione di Hb in circolo comporta ipossia nei tessuti periferici e per valutarne lo stato si assume che la pressione parziale dell’ossigeno è funzione della quantità di Hb in circolo. Le anemie possono essere classificate in base a: 1. meccanismo → perdita di globuli rossi, aumento della distruzione, diminuzione della produzione; 2. morfologia dei globuli rossi; 3. colore dei globuli rossi → è indicativo della quantità di Hb. In passato le anemie si dividevano in principalmente in base alla morfologia e al colore dei globuli rossi in microcitiche, macrocitiche, ipocromiche, normocromiche e così via, questa classificazione è utile per definire i vari tipi di anemie ma la classificazione più usata è quella che si basa sul meccanismo di anemizzazione: 1. anemie dovute a emorragia; 2. anemie dovute a emolisi; 3. anemie dovute a difetto di produzione. Ovviamente, le anemie possono essere dovute anche alla combinazione di più meccanismi; ad esempio, le talassemie sono sia anemie emolitiche che anemie da alterata produzione di globuli rossi. I sintomi del paziente anemico sono dovuti al poco apporto di ossigeno ai tessuti e sono: fatica, capogiri, sincope e ipotensione dovuta alla vasodilatazione. Il paziente anemico, anche in condizione di riposo, attiva dei meccanismi per aumentare l’ossigenazione dei tessuti e uno di questi è quello di aumentare la frequenza cardiaca, talvolta la frequenza può aumentare così tanto da causare angina e infarto perché anche il tessuto cardiaco è scarsamente ossigenato. 28 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale Inoltre, esistono anche sintomi tipici di pazienti affetti da specifiche forme di anemia. Ad esempio, nel caso di anemia emolitica il paziente presenta: splenomegalia ed epatomegalia dovute al fatto che questi organi lavorano di più per distruggere i globuli rossi; cambio di colorazione delle feci dovuto ad un aumento della produzione di bilirubina; ittero dovuto all’accumulo di depositi di bilirubina a livello della sclera e della cute. Bisogna notare che la spleno- e l’epatomegalia possono essere dovute, oltre che ad un aumento dell’emocateresi, anche all’attivazione dell’emopoiesi extramidollare dovuta all’eritropoiesi inefficace. ANEMIE DA PERDITA EMATICA Le anemie da perdita ematica si dividono in acute e croniche. Nelle anemie acute i sintomi dipendono da: 1. quantità di sangue perso → se si perde molto sangue bisogna preoccuparsi di ristabilire la volemia al più presto e solo successivamente si valuta se fare una trasfusione per ristabilire la concentrazione di Hb; 2. tipo di emorragia → nel caso di emorragia esterna il paziente deve essere supportato con una terapia marziale (somministrazione di ferro) per permettere l’eritropoiesi, nel caso di un’emorragia interna non c’è bisogno perché il ferro verrà riassorbito. La condizione di anemia cronica si instaura, soprattutto nei pazienti giovani, perché c’è carenza di ferro. Se invece si presenta all’osservazione un paziente maschio adulto con anemia sideropenica bisogna cercare lesioni del tratto gastrointestinale (anche ulcere) poiché queste possono essere responsabili della carenza di ferro dovuta sia alla continua perdita di ferro per emorragia che al mancato riassorbimento intestinale; le analisi del caso consistono nella ricerca di sangue occulto e indagini endoscopiche. ANEMIE EMOLITICHE Le anemie emolitiche sono caratterizzate da una prematura distruzione dei globuli rossi (→ aumento dell’emolisi), solitamente questo tipo di anemia si accompagna a: aumento dei livello di EPO e conseguentemente dell’eritropoiesi, quindi ci sono più reticolociti in circolo; aumento dei livelli dei metaboliti dell’emoglobina. Se il midollo è in grado di compensare la perdita di eritrociti può non esserci lo stato di anemia ma solo gli altri sintomi. L’emolisi può essere sia intravasale che extravasale. L’emolisi extravasale è tipica di alcune forme ereditarie di anemia emolitica e si verifica principalmente a livello dei sinusoidi splenici, dove i globuli rossi vengono sequestrati e fagocitati, e in parte avviene anche nel fegato. Solitamente l’emolisi extravasale si accompagna ai seguenti sintomi: 1. splenomegalia → segno tipico delle anemie emolitiche extravasali, è assente in quelle intravasali; 2. anemia; 3. ittero → si manifesta perché i macrofagi degradano quantità maggiori di eme e si forma più bilirubina del normale, l’eccesso di bilirubina non viene smaltito e quindi si accumula nei tessuti e nelle sclere; 4. sovraccarico di ferro → si manifesta nelle forme più gravi perché, così come nel caso della talassemia, c’è un’eritropoiesi compensatoria e ciò richiede maggiori quantità di ferro e di conseguenza si riduce l’espressione dell’epcidina in modo tale da massimizzare il funzionamento della ferroportina. L’anemia con emolisi intravasale è molto rara e spesso si associa ad agenti infettivi o tossici, inoltre è più dannosa perché la rottura dei globuli rossi si verifica all’interno dei vasi sanguigni e il gruppo eme entra in circolo provocando danno endoteliale di tipo ossidativo. 29 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale In caso di emolisi intravasale, generalmente, c’è una perdita di ferro che non sempre è compensata e le caratteristiche tipiche che si accompagnano a questa condizione sono: 1. emoglobinemia → presenza di grandi quantità emoglobina libera nel plasma a causa dell’emolisi intravasale, si individua solo in seguito alle analisi del sangue. Nel sangue, normalmente, l’aptoglobina lega le piccole quantità di emoglobina libera presenti nel sangue per via dell’emolisi intravasale spontanea che avviene fisiologicamente, nel momento in cui l’emolisi è troppo estesa però l’aptoglobina non è in grado di svolgere il suo compito e quindi si manifesta emoglobinemia; 2. emoglobinuria → presenza di emoglobina libera nelle urine, è una conseguenza diretta dell’emoglobinemia ed è evidente anche senza particolari indagini poiché le urine diventano di colore scuro. Il colore rosso è dovuto al fatto che il complesso emoglobina-aptoglobina non viene filtrato dal glomerulo mentre l’emoglobina è in grado di filtrare e quindi arriva nelle urine. Spesso in caso di emolisi i pazienti manifestano colestasi e calcoli biliari a causa di un aumento dell’escrezione di bilirubina e urobilinogeno. ANEMIA FALCIFORME – sickle cell anemia L'anemia falciforme è una patologia ereditaria a trasmissione autosomica recessiva molto diffusa in Africa e in India. Dato che l’anemia falciforme è una malattia autosomica recessiva, i soggetti eterozigoti sono “portatori sani” e quindi non hanno sintomi di particolare importanza mentre i soggetti omozigoti sono affetti da anemia severa. La mutazione che causa l’anemia falciforme riguarda il codone 6 della β-globina e nello specifico è una mutazione che provoca la sostituzione dell’amminoacido acido glutammico con la valina (E6V), questa mutazione è definita “non conservativa” poiché le caratteristiche chimiche di E e V sono completamente diverse: E è un amminoacido polare e carico negativamente mentre V è un amminoacido apolare ed idrofobico. L’anemia falciforme è inclusa in un gruppo più vasto di patologie prende il nome di “malattie falciformi/sickle cells diseases”, queste malattie sono caratterizzate tutte da mutazioni della β-globina che provocano la falcizzazione del globulo rosso. Altre mutazioni, particolarmente frequenti in Africa e in India, che provocano la falcizzazione del globulo rosso sono: E6K → HbC, l’emoglobinopatia causata da questa variante spesso peggiora se il soggetto presenta una mutazione HbS in eterozigosi; E22Q → HbD; E121Q → HbD punjab, è una variante di HbD; E121K → HbO. In caso di mutazione della β-globina i globuli rossi cambiano forma perché la valina, nell’emoglobina che non lega l’ossigeno, tende a formare dei legami idrofobici e causa la polimerizzazione dell’emoglobina in lunghe catene che formano delle strutture fibrose dette corpi tattoidi che causano la deformazione del globulo rosso; tutto ciò invece non accade quando l’emoglobina è nella forma ossigenata poiché in quel caso si verifica un cambio di conformazione che nasconde la valina dall’ambiente circostante ed impedisce la formazione dei corpi tattoidi. 30 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale La falcizzazione, tuttavia, è un fenomeno reversibile: quando i globuli rossi giungono negli alveoli polmonari l’emoglobina cambia forma perché lega l’ossigeno, la valina viene nascosta e quindi i corpi tattoidi si disgregano. Il globulo rosso a falce, anche detto drepanocita, viene captato dai macrofagi splenici (perché non è abbastanza deformabile) e distrutto, tuttavia il problema in caso di anemia falciforme non è legato all’anemia emolitica ma alle conseguenze acute della falcizzazione: i pazienti vanno incontro a crisi di vaso-occlusione principalmente di vasi piccoli e appartenenti a distretti dove la circolazione è più lenta (ad esempio zone infiammate, midollo o milza) e la conseguenza è l’ischemia tissutale. La vaso-occlusione è il frutto di complesse interazioni tra le cellule del sangue con: 1. fattori plasmatici → i fattori della coagulazione contribuiscono alla formazione del trombo; 2. fattori endoteliali → le cellule endoteliali vengono danneggiate in seguito all’emolisi intravasale. Attenzione! Nell’anemia falciforme l’emolisi è extravasale perché c’è un aumento di emocateresi però in caso vaso-occlusione si manifesta anche emolisi intravasale e questa è molto importante perché è direttamente responsabile del danno ai vasi sanguigni che diventano più proni alla formazione di placche aterosclerotiche che, a loro volta, peggiorano ancora di più la condizione di vaso-occlusione in cui versa il paziente. Ricapitolando, la patogenesi dell’anemia falciforme segue le seguenti tappe: 1. cala la saturazione dell’ossigeno, si formano i corpi tattoidi e i globuli rossi cambiano forma. Inoltre, il continuo ciclo di ossigenazione e deossigenazione dell’emoglobina porta i globuli rossi a subire costantemente modifiche strutturali che li danneggiano fino a renderli incapaci di acquistare nuovamente la forma a disco biconcavo; 2. i globuli rossi a falce: a. occludono i vasi, questo causa ischemia e la successiva riperfusione provoca il rilascio di DAMPs e l’attivazione dell’infiammazione sterile; b. vanno incontro ad emolisi liberando eme, il ferro viene ossidato e a sua volta induce danno ossidativo (l’ossidazione del ferro porta alla produzione di radicali) potenziando la risposta infiammatoria sterile. 31 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale Le complicanze dell’anemia falciforme sono numerosissime poiché il paziente può subire infarti in diversi distretti corporei. Tuttavia, la condizione peggiore è la sindrome toracica acuta (acute chest syndrome): questa sindrome è caratterizzata da insufficienza polmonare acuta (nota: credo che più che insufficienza sia danno/injury, l’acronimo ALI sta per acute lung injury) dovuta alla presenza, all’interno dei capillari alveolari, di globuli rossi a falce che non sono più in grado cambiare forma. Questa condizione può essere peggiorata dalla presenza nel sangue di grasso e frammenti di precursori midollari che aggravano l’infiammazione e l’occlusione del vaso. Ciò che si verifica successivamente è l’emolisi intravasale che porta a: 1. formazione di un trombo; 2. edema interstiziale dovuto a stasi ematica, infiammazione e attivazione dei neutrofili; 3. evoluzione dell’edema interstiziale in edema polmonare (i neutrofili si spostano nel lume dell’alveolo) e formazione di una membrana ialina a livello alveolare → si verifica nei casi più gravi. Al livello di gravità dell’edema interstiziale e polmonare si associa una sempre minore ossigenazione dei tessuti che esaspera ancor di più la formazione di agglomerati di globuli rossi a falce. Epidemiologia La distribuzione dell’anemia falciforme è totalmente sovrapponibile con i territori in cui la malaria è endemica: Africa tropicale, bacino del Mediterraneo e India; addirittura, in alcune zone la prevalenza degli eterozigoti arriva al 40% della popolazione. La particolare diffusione di questa malattia è dovuta al cosiddetto “vantaggio dell’eterozigote”: l’anemia falciforme è più frequente nelle zone dove la malaria è endemica perchè i soggetti eterozigoti per la mutazione che causa l’anemia falciforme sono più “resistenti” alla malaria poiché P. falciparum si replica difficilmente nei globuli rossi a falce (anche detti drepanociti). L’anemia falciforme ha diversi nomi a seconda delle zone dell’Africa che si prendono in considerazione, alcune tribù la chiamano con dei nomi onomatopeici che fanno riferimento alle crisi di dolore che i bambini avevano a causa della micro-occlusioni, altre tribù invece la chiamano “malattia di colui che non si sveglierà domani” proprio perché può essere associata a morte improvvisa. 32 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale Le aree indicate precedentemente non sono caratterizzate solo dall’alta prevalenza di alleli HbS ma anche dall’alta prevalenza di alleli β-talassemici e quindi è probabile che nascano degli individui eterozigoti composti che presentano su un cromosoma la mutazione che causa HbS e sull’altro la mutazione che causa la β-talassemia. Il risultato della combinazione di queste due mutazioni è che i pazienti eterozigoti composti hanno una sintomatologia molto simile a quella degli omozigoti poiché, differentemente dagli altri eterozigoti, non possiedono un allele completamente normale per la β-globina e quindi possono essere considerati come degli emizigoti per quel gene (è come se possedessero una sola copia malata). Altre popolazioni in cui c’è un’alta frequenza di anemia falciforme sono quella italiana (specialmente a Napoli e, in generale, in Campania) e quella afroamericana, infatti circa 1 afroamericano su 12 presenta tratto falciforme (eterozigote per HbS) a fronte di 1 afroamericano su 500 affetto. Fino a qualche anno fa, nelle zone dove vi era un’alta percentuale di portatori di tratto talassemico o di anemia falciforme, prima o durante la gravidanza veniva prescritta l’elettroforesi dell’emoglobina per verificare la presenza della mutazione mentre oggi si procede sequenziando il DNA. L’elettroforesi veniva usata come strategia diagnostica poiché HbA e HbS migrano con diverse velocità su un gel elettroforetico poiché la E6V causa una variazione del punto isoelettrico. In alcuni pazienti spesso si osserva la persistenza di HbF, che possiede anch’essa un diverso profilo di migrazione elettroforetica, poiché in alcune cellule BFU-E non si verifica lo switch γ-β operato da BCL11A e si è visto che i globuli rossi che portano HbF non vanno incontro a lisi perché sono più stabili. Da quanto detto segue logicamente che la persistenza dell’emoglobina fetale si è conservata come “tratto positivo” da possedere in caso di β-talassemia e anemia falciforme per via del suo effetto compensatorio (è un fattore modificatore) e quindi nelle stesse aree in cui è più alta la prevalenza di queste malattie è anche più alta la prevalenza della persistenza di HbF. L’effetto compensatorio dell’espressione di HbF nei pazienti affetti da AF o β-talassemia è tale che alcune terapie in fase di sperimentazione mirano proprio ad indurre la sua espressione. I fattori modificatori che regolano il fenotipo del paziente affetto da anemia falciforme sono sia genetici che ambientali. I fattori modificatori genetici includono: 1. persistenza di HbF → tanto più è espressa HbF, più lieve è il fenotipo del paziente per via della ridotta falcizzazione. Negli eterozigoti, la presenza di HbF interrompe il processo di falcizzazione perché HbS non è abbastanza concentrata da causare la formazione dei corpi tattoidi e inoltre riduce anche l’anemia poiché impedisce l’emolisi; 2. dosaggio di α-globine → i pazienti α-talassemici/con tratto α-talassemico hanno un fenotipo meno severo perché la riduzione di α-globine causa una diminuzione della sintesi di emoglobina che quindi ha una capacità minore di formare i corpi tattoidi perché, di nuovo, non c’è abbastanza HbS da permetterlo; 3. aplotipo → il contesto genico in cui si trova la mutazione E6V influenza il fenotipo, infatti in diverse parti del mondo il gene della β-globina possiede una sequenza leggermente diversa e si è visto che in pazienti di origine araba o indiana la malattia è meno severa rispetto a pazienti provenienti dal Sudafrica o dall’Africa centrale perché cambia il rate di espressione del gene (se il paziente ha un aplotipo che induce una maggiore espressione della β-globina tende a subire più eventi di falcizzazione e tutto ciò che ne deriva). 33 Federico II A.A. 2020/21 Fisiopatologia generale I fattori modificatori ambientali sono: 1. fattori climatici e metereologici → nelle zone molto ventose gli eventi acuti sono più frequenti; 2. altitudine → in alta montagna i pazienti manifestano crisi acute poiché il livello di ossigenazione diminuisce e i globuli rossi falcizzano; 3. infezioni → determinano riduzione dell’ossigeno; 4. qualità dell’aria → l’inquinamento tendenzialmente è un fattore di rischio però nel caso del CO la situazione è particolare perché questo gas ha un’altissima affinità per Hb e la stabilizza nella sua conformazione ossigenata e ciò diminuisce i fenomeni di falcizzazione e giustifica l’utilizzo di basse dosi di questo gas a scopo terapeutico. Terapie Tra le possibili terapie, quella più utilizzata in occidente è la trasfusione (nei Paesi più poveri è difficile fare trasfusioni) perché riduce i fenomeni di vaso-occlusione, l’anemia e la probabilità di infarti; tuttavia, bisogna sempre tenere a mente che le trasfusioni ripetute possono causare alloimmunizzazione del paziente (si formano anticorpi contro gli antigeni presenti sulle cellule del sangue) e per questo stesso motivo è anche preferibile trasfondere il sangue da un donatore della stessa etnia del paziente ricevente. Altre terapie puntano all’induzione dell’espressione di HbF e alcune di esse si basano sull’utilizzo dell’idrossiurea, un agente riducente che inibisce la ribonucleotide reduttasi e che viene usato come agente chemioterapico in caso di neoplasie (ad esempio in caso di policitemia vera). Ad oggi non è chiaro come l’idrossiurea attivi HbF, alcune ipotesi sono: 1. i precursori eritrocitaria che esprimono HbF sono più resistenti all’azione dannosa dell’idrossiurea; 2. alla nascita, il bambino è esposto ad un ambiente più ossidante rispetto a quello della placenta e quindi, abbassando il potenziale redox con un agente riducente, si possono ricreare delle condizioni simili a quelle pri