TRIMESTRALE SCIENTIFICO

Anno IV - n. 4, Dicembre 2010

Guest EditorBaroukh Maurice AssaelDirettore Centro Fibrosi Cistica Regione Veneto - Verona

Fibrosi cistica:un solo gene, ma varie ipotesi patogenetiche

IL PROBLEMAPoco dopo la scoperta del gene CFTR, Anderson et al. (1991) annunciavano che la proteina sintetiz-

zata aveva le caratteristiche di un trasportatore del cloruro, attivato da AMPc. Ciò sembrava suffi-

ciente a spiegare la fisiopatologia della malattia e la patogenesi del danno nei diversi tessuti.

Inoltre, rendeva conto del difetto di base identificato nelle ghiandole sudoripare e dell’aumentata

concentrazione di cloro nel sudore, utilizzata da anni nella diagnosi della fibrosi cistica. Il cerchio

sembrava chiudersi.

Ma, come spesso accade in biologia, si sono aperti nuovi problemi. La CFTR si è rivelata non essere

un semplice (per quanto complicato) canale del cloro. Essa serve a trasportare diversi altri compo-

sti, fra cui il glutatione ed il bicarbonato, ed è oggi considerata anche una proteina regolatrice, in

grado di controllare il funzionamento di altri canali. La CFTR possiede anche funzioni a livello intra-

cellulare, dato che partecipa alla regolazione del pH di sottopopolazioni lisosomiali.

Anche se il difetto genetico è uno solo, nelle cellule CF sono state riconosciute diverse alterazioni

e il quadro si va veramente complicando. Sappiamo che sono alterati il metabolismo degli sfingoli-

pidi, degli acidi grassi essenziali e vari aspetti della risposta infiammatoria. Non è facile ricondurre

tutti i fenomeni patologici della fibrosi cistica a un unico quadro patogenetico. __> continua a pag. 3

Disidratazione isosmotica del liquido periciliare

Una malattia da accumulo? Il ruolo degli sfingolipidi e della ceramide nella fibrosi cistica

Bicarbonato. Ritorno alla mucoviscidosi?

Conclusioni

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Anno IV, N. 4 - Dicembre 2010

Periodico trimestrale a carattere scientificoRegistrazione Tribunale di Milano n. 341 del 28/05/2007

EditoreSINERGIE Edizioni Scientifiche S.r.l.Via la Spezia, 1 - 20143 MilanoTel./Fax 02 58118054E-mail: redazione@edizionisinergie.com

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Direttore responsabileMauro Rissa

RedazioneSinergie Edizioni Scientifiche S.r.l.

Guest EditorBaroukh Maurice AssaelDirettore Centro Fibrosi Cistica Regione Veneto - Verona

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FC Strumenti ed evidenze è una rivista monografica, trimestrale, dedicata al mondo della fibrosi cistica.Essa si prefigge di trattare argomenti solitamente “meno battuti” dal mondo medico e di offrire, quindi,un contributo originale a chi si occupa della cura dei pazienti o dell’organizzazione dell’assistenza.

FC Strumenti ed evidenze si propone quindi come strumento per la ricerca clinica e per la valutazione deisistemi assistenziali della fibrosi cistica.

La rivista contiene articoli elaborati internamente dalla redazione con il contributo di esperti del settore, alivello nazionale ed internazionale.

Ogni numero viene curato da un Guest editor che ne garantisce la validità scientifica e la completezza.

L’editore sarà lieto di accogliere proposte ed eventuali contributi per la redazione di numeri monograficiche verranno valutati dalla redazione.

Sono anche accettati contributi di esperti che vogliano proporsi come Guest editor di una monografia.

Le proposte possono essere inviate a redazione@edizionisinergie.com

Pubblicazione con l’egida della

Finito di stampare nel mese di Novembre 2010

Anno IV - n. 4, 2010

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L’ipotesi della disidratazione isosmotica del liquidopericiliare è stata sviluppata dal gruppo di Ric Boucherall’Università della North Carolina a Chapel Hill. Inoltre 15 anni di lavoro, questa ipotesi si è progressiva-mente arricchita di un’impressionante messe di datisperimentali che hanno aperto la strada a ipotesi tera-peutiche e nuovi farmaci sono ora giunti in fase avan-zata di sperimentazione clinica. L’ipotesi si basa sulla considerazione che le cigliapresenti sull’epitelio respiratorio sono immerse in ungel il cui volume viene determinato dalla celluladell’epitelio bronchiale attraverso un trasporto diacqua ed elettroliti. In condizioni normali, il mucoprodotto dalle cellule caliciformi non sarebbe mai incontatto diretto con le ciglia, ma verrebbe fatto scor-rere sul liquido periciliare dal movimento delleciglia. Boucher e coll hanno dimostrato che il liquidopericiliare nella fibrosi cistica è povero di acqua,quindi è di volume ridotto. La capacità di clearancemucociliare sarebbe scarsa perché verrebbe menol’azione “lubrificante” del liquido periciliare sotto-stante al muco. Ciò porterebbe al ristagno dellesecrezioni, creando un microambiente favorevolealla colonizzazione batterica. Fondamentale, in questa ipotesi, è la capacità dellaCFTR di regolare il canale epiteliale del sodio (ENaC)anch’esso presente sulla membrana apicale delle cel-lule epiteliali bronchiali. In condizioni normali, lo stato

di idratazione delle secrezioni respiratorie viene rego-lato da un movimento di elettroliti cui consegue unospostamento osmotico di acqua. In questi movimenti,il sodio gioca il ruolo principale, non diversamente daquanto avviene nel tubulo renale. Esso viene riassor-bito dalla cellula epiteliale respiratoria a livello apica-le, attraverso ENaC e viene escreto dalla cellula alivello baso-laterale, attraverso la pompa del sodio(Na-K ATPasi).Quando il liquido periciliare richiede maggiore idrata-zione, in condizioni normali, viene inibito l’ENaC eattivato un meccanismo elettrochimico di secrezionedi cloruro (ione negativo) attraverso due canali apica-li: CFTR e canale del cloro attivato dal calcio (CaCC=cal-cium activated choride channel). Per mantenerel’elettroneutralità, la secrezione del cloruro vienebilanciata dal passaggio paracellulare dello ione posi-tivo Na+. L’aumento di NaCl nel liquido periciliare atti-ra acqua per gradiente osmotico.Nel caso della fibrosi cistica, l’assenza funzionale diCFTR comporta una mancata inibizione dell’ENaC,quindi anche in condizioni di relativa disidratazionedel liquido periciliare il sodio continua a essere rias-sorbito, con conseguente riassorbimento paracellularedi cloro e sottrazione osmotica di acqua dal liquidopericiliare.I dati che corroborano questa ipotesi sono oramainumerosi. Innanzitutto, il gruppo di Boucher è riu-

Disidratazione isosmotica del liquido periciliare

Le varie ipotesi dovrebbero essere in grado direndere conto della peculiare suscettibilità alleinfezioni da Pseudomonas, della grande variabi-lità di espressione clinica in diversi organi, comepure delle diverse alterazioni metabolicheriscontrate. Oltre a costituire una vera sfida per la comprensionedella malattia, un’ipotesi patogenetica potrebbe per-

mettere lo sviluppo di strategie terapeutiche. Infatti,già oggi, sono proposti alcuni tentativi che rispondo-no a specifiche ipotesi. In questo numero, prenderemo in considerazionealcune delle ipotesi patogenetiche che, negli ultimianni, sono state corroborate da importanti dati speri-mentali e che hanno aperto prospettive terapeutichetalora contrastanti.

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prima della comparsa delle lesioni bronchiali, il chesembra molto sensato (Ratjen F et al., 2008; Zhou Z etal., 2008).Ma più di ogni altro, vale l’esempio della soluzionesalina ipertonica che si è dimostrata uno strumentoimportante nel trattamento della malattia polmonare,per via aerosolica, e che si basa proprio sull’ipotesidella disidratazione del liquido periciliare.L’iperosmolarità della soluzione inspirata bilancereb-be l’iper-riassorbimento di sodio da parte della cellu-la epiteliale, mantenendo elevato il volume del liqui-do periciliare e facilitando lo scorrimento delle secre-zioni mucose.La figura 1 rappresenta l’ipotesi sostenuta dai lavoridel gruppo di Boucher, dell’Università della NorthCarolina, secondo cui, nella fibrosi cistica, la clearan-ce del muco sarebbe alterata a causa della disidrata-zione isosmotica del liquido periciliare: (a) in condi-zioni normali il liquido periciliare verrebbe arricchi-to/impoverito di acqua seguendo il trasporto nettodi cloruro di sodio. Il riassorbimento del sodio attra-verso il canale epiteliale del sodio (ENaC) costituisceil meccanismo traente, favorito dal riassorbimentoparacellulare di cloruro. Di converso, l’apertura delcanale CFTR, secerne cloruro e inibisce ENaC. Perosmosi, l’acqua segue i soluti attraverso una viaparacellulare; (b) nella fibrosi cistica l’assenza diCFTR impedisce di regolare il funzionamento delcanale del sodio che resta in un permanente stato diattivazione. I cloruri seguono passivamente il sodioper via paracellulare. Ne consegue un eccessivo rias-sorbimento di acqua per gradiente osmotico, respon-sabile della riduzione di volume del liquido pericilia-re. Ciò provoca l’aderenza del muco alla superficieepiteliale con perdita di efficienza della clearancemucociliare; (c) immagini confocali del liquido disuperficie sull’epiteliale normale e FC; (d) colture tis-sutali fissate all’osmio dopo 24 ore. Nel caso dimucosa normale le ciglia sono distese mentre, incaso di mucosa CF, esse sono schiacciate e a direttocontatto dello strato di muco per il ridotto volumedel liquido periciliare.

scito a misurare direttamente l’osmolarità del liqui-do periciliare prodotto da colture cellulari in mono-strato, mostrando che esso è isosmolare, cioè che ilriassorbimento di acqua e sodio avviene contempo-raneamente, lasciando invariata l’osmolarità.Questa dimostrazione è importante perché ha defi-nitivamente accantonato un’ipotesi degli anni 1990secondo la quale la concentrazione di NaCl nel liqui-do periciliare era aumentata e responsabile di unambiente iperosmolare, sfavorevole all’azione disostanze antibatteriche naturali come le defensine.Gli esperimenti di Boucher hanno poi permesso dimisurare direttamente il volume di liquido pericilia-re prodotto da colture di cellule epiteliali respirato-rie (Figura 1) dimostrando che esso è ridotto. Infine,ed è forse l’aspetto più interessante, il gruppo diBoucher è riuscito a produrre un ceppo murino che“iperesprime” la subunità beta dell’ENaC e cheriproduce diversi aspetti della patologia polmonaredella fibrosi cistica, pur senza avere mutazioni nelgene CFTR.Il modello che deriva dalle esperienze del gruppo delNorth Carolina attribuisce un ruolo fondamentale,quindi, all’interazione CFTR-ENaC nella patogenesi deldanno polmonare.Oltre ad avere una forte coerenza interna e ad esserecorroborata da molti dati sperimentali, questa ipotesicomporta immediate conseguenze terapeutiche.Classico è l’esempio dell’amiloride, molecola che inibi-sce ENaC, donde il suo effetto diuretico a livello deltubulo renale. Nella fibrosi cistica, questo farmaco èstato sperimentato per via aerosolica per inibire ilriassorbimento del sodio mediato dall’ENaC nelle vierespiratorie, evitando effetti sistemici. È vero che irisultati clinici sono stati dubbi, ma ciò è spiegabile inbase ad un effetto farmacologico presente, ma effi-mero (Pons G et al., 2000; Bowler IM et al., 1995;Knowles MR et al. 1990). Analoghi chimici dell’amilo-ride, con attività farmacologica di maggiore persisten-za, potrebbero avere più successo. Di recente, è statodimostrato che l’amiloride potrebbe avere comunqueun effetto terapeutico importante se somministrata

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nosina (ADO). Sulla membrana cellulare esistono recet-tori purinergici di tipo PY2 e Ab2 che rispondono ad ATPe ADO e regolano sia ENaC che il canale del cloro calciodipendente (CaCC). In assenza funzionale di CFTR, l’ade-nosina stimola ENaC, mentre i recettori PY2 inibisconoENaC e CaCC. Il complesso equilibrio compensa soloparzialmente il difetto di CFTR. Boucher ha anche sostenuto che il ruolo dell’ATP su irecettori P2Y2 e sull’attività dell’ENaC sarebbe molto

Affinamento dell’ipotesi

Boucher ha poi ulteriormente affinato la propria ipote-si considerando che esistono diverse vie di stimolazio-ne della secrezione di cloro e del controllo dell’ENaC(Figura 2). Una di esse, molto importante, vede prota-gonista l’ATP. La molecola, prodotta dalla stessa cellulaepiteliale respiratoria serve da regolatore autocrino,viene secreta e metabolizzata in ADP ----> AMP ----> ade-

Figura 1

Normal CF

7 µm7 µm

t = 0 h

t = 24 h

(c)

(d)

(b)(a)60 µm/s

0 µm/s

pO2

H2OH2O

Na+

Na+

Cl-Mucus layer

PCL

CFTR(-)ENaC

H2O Cl-

Cl-

Normal CF

t = 24 h

7 µm

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Cosa questa ipotesi non spiega

Innanzitutto, essa non è applicabile ad altri organi. Ineffetti, nel pancreas e nelle cellule duttali epaticheCFTR agisce come un canale del bicarbonato, il cuiruolo non viene considerato dall’ipotesi di Boucher. Insecondo luogo, non è chiarita la peculiarità delle infe-zioni da Pseudomonas. Altri dati sostengono che ilmicroambiente che si determina nell’interfaccia liqui-do periciliare/muco tenderebbe ad essere povero diossigeno e a favorire la formazione di colonie diPseudomonas produttrici di arginato, difficilmentepenetrabili dagli antibiotici (Worlitzsch D et al., 2002).Questa ipotesi, collaterale a quella di Boucher, nonspiega però perché nella fibrosi cistica non predomi-nino infezioni da altri microaerobi.

più importante alla base polmonare che agli apici eciò spiegherebbe perché, nella fibrosi cistica, lamalattia polmonare inizi tipicamente agli apici. Mapassare dal molecolare al clinico non è sempre facile.La figura 2 illustra la complessa organizzazione deimeccanismi di membrana che regolano il trasporto disodio. In particolare, in questa seconda ipotesi delgruppo di Boucher, giocherebbero un ruolo il recettorepurinergico P2Y2 che risponde all’ATP e il recettore A2bche risponde all’adenosina (ADO). In condizioni norma-li, il recettore P2Y2 inibisce l’ENaC e stimola il canaledel cloruro calcio-dipendente (CaCC) mentre il recetto-re adenosinico stimola CFTR. In assenza di CFTR il recet-tore adenosinico stimola direttamente l’ENaC. Questaipotesi ha portato allo sviluppo di farmaci (come ildenufosol) in grado di stimolare i recettori P2Y2.

Figura 2. Da Lazarowski et al., 2009

Shear stressADOAMPADPATP

(a)

(b) (c)

(e)(d)

ATP ADOCaCCCFTTENaC

P2Y2A2b

ATP ADOCaCC

CFTR

ENaCP2Y2 A2b

Na+ Cl- Cl-H2O

NL

CF

ATP

ATP

ATP

Na+ Cl-H2O

CFTR

TRENDS in Molecular Medicine

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to come il difetto di attività della CFTR comportiuna ridotta acidificazione di vescicole intracellula-ri. Nel 2006 si è anche dimostrato che la CFTR con-tribuisce all’acidificazione dei fagolisosomi macro-fagici (Di A et al., 2006). CFTR sembra in grado dicontrollare l’influsso di cloruro nei lisosomi che

Una affascinante ipotesi patogenetica, di tutt’altrotenore, è basata sul ruolo degli sfingolipidi e dellaceramide, e ha recentemente ricevuto un grandeimpulso e forse aperto la strada a nuove prospet-tive terapeutiche. Essa si può far risalire agli studidi Barasch et al. che, nel 1991, avevano dimostra-

Una malattia da accumulo? Il ruolo degli sfingolipidi e dellaceramide nella fibrosi cistica

Figura 3. Le figure illustrano (a, b, c) l’effetto di trattamenti farmacologici con antidepressivi triciclici, sostanze in grado di ridurre l’attività della sfingomielinasi acida. I farmaci sono stati somministrati per via aerosolica a topi che presentano il difetto genetico della fibrosi cistica e sono in grado di ridurre l’attività dell’enzima nelle vie respiratorie, ridurre la concentrazione di ceramide e ridurre la produzione del mediatore dell’infiammazione interleuchina 8 (IL-8).

CF

MH

H

+ A

mitrip

tylin

e

CF

MH

H

+ Trim

ipra

min

e

CF

MH

H

+ D

esip

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CF

MH

H

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dip

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CF

MH

H

+ S

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line

CF

MH

H

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e

CF

MH

H

+ C

hlo

rpro

thix

ene

untreated

WT CFMHH

Asm

act

ivity

(pm

ol/m

in/m

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n) 400

300

200

100

A

CF

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Cera

mid

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ion

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gram

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)

12.5

10.0

7.5

5.0

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CF

MH

H

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CF

MH

H

+ Trim

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min

e

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H

+ Flu

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H

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ene

untreated

WT CFMHH

IL-1

β (µ

g/g

lung

pro

tein

)

5

4

3

2

1

C

B

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servono da contro-ione per bilanciarel’effetto della pompa protonica. Undeficit di CFTR limita l’accumulo di pro-toni e quindi la possibilità di raggiun-gere pH inferiori a 5-6, con la conse-guenza di ridurre la capacità batterici-da dei macrofagi alveolari. È stato soprattutto il gruppo di Gulbinsa riprendere e sviluppare l’ipotesi, conimportanti contributi sperimentali.L’idea di questi ricercatori si basa sulfatto che cellule della mucosa respira-toria CF, sia ottenute da pazienti che damodelli sperimentali, mostrano unaccumulo di ceramide che dipendedallo sbilanciamento degli enzimiendolisosomiali responsabili della suasintesi e del suo metabolismo: la sfin-gomielinasi acida e la ceramidasi.Infatti, a pH acidi viene garantitol’equilibrio fra i due sistemi enzimaticie mantenuta una concentrazione fisio-logica di ceramide. Invece, a pH menoacidi, condizione che si verifica nelcaso della fibrosi cistica, l’equilibrio frasintesi e metabolismo si sposta deter-minando un accumulo di ceramide,fino a provocare necrosi cellulare ereazione infiammatoria. I frammenti diDNA liberati costituiscono il fattorefavorente l’adesione di Pseudomonas.Questa ipotesi è corroborata da varidati sperimentali. La concentrazione diceramide è stata misurata direttamen-te nell’epitelio respiratorio umano e inmodelli sperimentali. Vi sono dati sulpH lisosomiale in cellule CF. È statamisurata l’attività della sfingomielinasiacida e della ceramidasi. La riduzionedell’attività della sfingomielinasiacida, provocata con manipolazionegenetica di ceppi murini privi di CFTR,

Tabella 1. Ipotesi patogenetiche elaborate dal gruppo di Gulbins

Wild-type cell

AcuteP. aeruginosa infection

Asm-activation,Ceramide-release

- Internalisation- Focal cell death- Controlled release of cytokines

Asm-deficient cell

AcuteP. aeruginosa infection

Noceramide-

release

- No Internalisation- No cell death- Uncontrolled release of cytokines

Cftr-deficient cell

Prior to infection

Increasedpulmonaryceramide

- Inflammation- Cell death and DNA-deposits- Increased infection susceptibility

Figura 4. Effetti della ceramide nella fibrosi cistica. L’alcalinizzazione delle vescicole intracellulari, per lo più di lisosomi secretori nelle cellule CF provoca uno sbilanciamento delle attività delle sfingomielinasi e delle ceramidasi acide. L’aumento del pH a circa 6 riduce l’attività delle sfingomielinasi, che rilascia ceramide da sfingomielina, sono del 30-40% mentre l’attività delle ceramidasi, che consumano ceramide, viene ridotta di oltre 90%. Ne consegue un accumulo di ceramide, sostanza in grado di indurre morte cellulare con conseguente deposizione di DNA nelle vie aeree, infiammazione cronica dimostrata dall’accumulo di neutrofili, macrofagi e citochine proinfiammatorie come IL1 e IL8 e di aumentare la suscettibilità alle infezioni da P aeruginosa. L’inibizione genetica o farmacologica della sfingomielinasi acida normalizza i livelli di ceramide e riduce la morte cellulare, l’infiammazione e la componente infettiva (da Becker et al, 2010)

Ruolo della ceramide nella fibrosi cistica

Infiammazione, suscettibilità alle infezioni

Sfingomielina Sfingosina

-95%-35%

Accumulodi ceramide

Ceramidasi acidaSfingomielinasiacida

CF pH delle vescicole: 5.9

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da con altre evidenze sperimentali. La prima, piùflagrante contraddizione è con i dati del gruppo diDanuta Radzioch e coll. i quali hanno costruitoun’ipotesi alternativa, paradossalmente, basatasulla misurazione di una ridotta concentrazione diceramide, anziché sul suo eccessivo accumulo nellacellula CF (Guilbault C et al., 2008; Saeed Z et al.,2008; Guilbault C et al., 2009). È pur vero che sem-brerebbe possibile dipanare una simile contraddi-zione, ma, in un caso, il danno alla cellula CF sem-bra risolvibile con farmaci che riducono la concen-trazione di ceramide (per Gulbins, l’amitriptilina),nell’altro, con farmaci che la aumentano (perRadzioch, la fenretinide). In secondo luogo, bisognerebbe essere in grado diconciliare l’ipotesi di Gulbins con un quadro in realtàmolto complesso del ruolo della ceramide nella bio-logia cellulare. La ceramide, infatti, entra nella costi-tuzione e nella funzionalità dei cosiddetti raft, areespecifiche della membrana cellulare che fungono darecettore e da sistema di signalling in risposta a unaserie di stimoli di natura infettiva. La ceramide pre-sente nei raft controlla il meccanismo di apoptosiutile nella difesa fisiologica dall’infezione daPseudomonas. Queste nuove acquisizioni complica-no enormemente le funzioni attribuite alla ceramidee aprono prospettive che non possiamo qui analizza-re. Ma, sostanzialmente, non è facile una loro inte-grazione con l’ipotesi di Gulbins, basata sul “sempli-ce” accumulo intralisosomiale di ceramide.

riduce l’accumulo di ceramide, l’entità dell’infezioneda Pseudomonas e prolunga la sopravvivenza deglianimali sottoposti a infezione sperimentale. Infine,l’uso di farmaci in grado di inibire la sfingomielina-si acida ha gli stessi effetti sull’accumulo di cerami-de e sull’infezione da Pseudomonas e riduce drasti-camente la mortalità in animali da esperimentoCFTR-/- sottoposti a infezione.L’ipotesi del gruppo di Gulbins apre la strada all’usodi farmaci in grado di inibire l’attività della sfingo-mielinasi acida, caratteristica posseduta dagli anti-depressivi triciclici, farmaci di ampio uso, pur se intutt’altro contesto. In effetti, Gulbins e coll. hannodimostrato sperimentalmente che l’amitriptilina ola desipramina o altri antidepressivi triciclici hannoimportanti effetti nella prevenzione dell’accumulodi ceramide, nella prevenzione dell’infezione daPseudomonas e nella riduzione della rispostainfiammatoria della cellula CF esposta all’infezioneda Pseudomonas (Figura 3, Figura 4, Tabella 1).Simili constatazioni hanno aperto la strada ai primistudi clinici sugli effetti della somministrazione pervia aerosolica di amitriptilina a pazienti. Ma i datisono, per ora, molto preliminari.

Cosa questa ipotesi non spiega

Per quanto corroborata da una impressionanteserie di dati sperimentali e da una forte coerenzaconcettuale, l’ipotesi di Gulbins e coll. non si accor-

Ceramide, amitriptilina e fibrosi cisticaBibliografia minimaTeichgräber Volker, Ulrich Martina, Endlich Nicole, Riethmüller Joachim, Wilker Barbara, De Oliveira-Munding Cheyla Conceição, van Heeckeren Anna M, Barr Mark L, von Kürthy Gabriele, Schmid Kurt W,Weller Michael, Tümmler Burkhard, Lang Florian, Grassme Heike, Döring Gerd, Gulbins Erich. Ceramideaccumulation mediates inflammation, cell death and infection susceptibility in cystic fibrosis. Nat Med.2008;14:382-91.Becker KA, Riethmüller J, Lüth A, Döring G, Kleuser B, Gulbins E. Acid sphingomyelinase inhibitors norma-lize pulmonary ceramide and inflammation in cystic fibrosis. Am J Respir Cell Mol Biol. 2010;42:716-24.

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prodotto ha caratteristiche anomale. Si è ritenuto cheesso sia disidratato, ma, sostiene Quinton, l’idratazionedella secrezione è diversa nel pancreas o nel dottobiliare rispetto a quanto avviene nel polmone, cioè conla partecipazione del canale epiteliale del sodio. Quindi,l’ipotesi di Boucher, sostenuta per l’epitelio respiratorio,non sembra estrapolabile ad altri organi.Un’ipotesi alternativa a quella di Boucher, o almenocomplementare ad essa, potrebbe basarsi su quantoosservato a livello pancreatico. Innanzitutto, il coinvol-gimento pancreatico nella fibrosi cistica (mucoviscido-si) ha un chiaro rapporto con le mutazioni del geneCFTR. Senza bisogno di ricorrere a modelli che coinvol-gano geni modificatori, lo stato di sufficienza o insuffi-cienza pancreatica corrisponde assai bene al tipo di

Paul Quinton è stato lo scopritore del difetto di basedella fibrosi cistica. Egli stesso affetto dalla malattia ericercatore di formazione ha individuato il difettosotrasporto di cloro nei dotti sudoripari.Il suo contributo alla ricerca sulla propria malattia èstato, quindi, determinante. Egli ha recentementeproposto un nuovo modello patogenetico che,almeno per l’autorevolezza di chi lo formula, meritaattenzione.Quinton riparte da vecchie ipotesi sull’abnorme costitu-zione del muco, in un certo senso ridando peso alladenominazione di “mucoviscidosi”. Nessuno, eglisostiene, ha però mai ben dimostrato la presenza diun’anomalia biochimica delle mucine, eppure in tutti gliorgani (polmone, pancreas, dotti biliari) affetti, il muco

Bicarbonato. Ritorno alla mucoviscidosi?

Figura 5. Ruolo del bicarbonato nella formazione del muco in condizioni normali e nella fibrosi cistica.Lo schema, proposto da Quinton si basa sul ruolo del canale CFTR a livello delle cellule dei dotti pancreatici e biliari. La mancata secrezione di bicarbonato nella fibrosi cistica impedirebbe l’apertura dei ponti costituiti da ioni calcio che mantengono le mucine addensate all’interno della cellula. Il muco risultante sarebbe molto denso e difficilmente trasportabile dal movimento ciliare.

Completed mucin

expansion

Impaired mucin

expansion

MucoviscidosisCa2+ condensedmucins in granule

Normal

+HCO3-

No HCO3-,cystic fibrosis

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+Ca2+

Ca2+Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+Ca2+

Ca2+

CaHCO3+CaHCO3+

CaHCO3+CaHCO3+

CaHCO3+

CaHCO3+ CaHCO3+

CaHCO3+ CaHCO3+

CaHCO3+

CaHCO3+

CaCO2

CaCO2

CaCO2

CaCO2

CaCO2

CaCO2

CaCO2

Ca2+Ca2+

Ca2+

Ca2+ Ca2+

Ca2+

Ca2+Ca2+Ca2+

Ca2+Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

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di calcio. L’ipotesi valorizza, quindi, la funzione delCFTR come canale del bicarbonato (oltre che del cloro).Sarebbe la mancata secrezione di bicarbonato a provo-care la particolare densità delle mucosità nella fibrosicistica e ciò, almeno in parte, indipendentemente dalcontrollo di ENaC o della secrezione del cloro che purepotrebbe contare a livelli di altri organi, come ovvia-mente nel sudore.

Cosa questa ipotesi non spiega

L’ipotesi è in sé attraente, essa non spiega, tuttavia, imiglioramenti almeno dimostrati a livello sperimenta-le da farmaci che agiscono su ENaC o sulla concentra-zione di ceramide e che non sembrano agire sullasecrezione di bicarbonato. Non spiega, poi, il meccani-smo responsabile dell’infezione da Pseudomonasaeruginosa.

mutazione CFTR. La distinzione fra mutazioni PI (coninsufficienza pancreatica) o PS (con sufficienza) harapidamente seguito l’identificazione del gene CFTR.Questo canale regola a livello pancreatico la secre-zione di bicarbonato. Infatti, il test di secrezione deibicarbonati dal pancreas è stato anche usato a scopodiagnostico. A ciò si deve aggiungere la considerazio-ne che le mucine sono sempre secrete assieme albicarbonato. Normalmente, i gel di mucine sono con-tenuti in granuli molto densi nelle cellule mucipare inpresenza di elevate concentrazioni di calcio che neimpediscono l’espansione. Le attuali teorie sostengonoche lo scambio di calcio con altri ioni positivi (Na, H)permetta di ridurre la forza dei legami, facilitandol’espansione delle mucine. L’ipotesi di Quinton sostie-ne che l’espansione delle mucine nell’atto della lorosecrezione dipenda dalla presenza di bicarbonato chesequestra il calcio formando carbonato e bicarbonato

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Conclusionismi biochimici compromessi dal difetto di base. I datitestimoniano di importanti avanzamenti nella ricerca dibase, ma possono lasciare perplessi, data la contraddit-torietà delle ipotesi, tutte suffragate da studi sperimen-tali molto promettenti. Sembra chiaro che un ruolodecisivo avranno gli studi clinici controllati che solisaranno in grado di dimostrare il ruolo specifico che unmeccanismo patogenetico gioca nella fibrosi cistica.

Abbiamo preso in considerazione alcune delle ipotesipatogenetiche della fibrosi cistica. Il quadro si potrebbeulteriormente complicare se si volesse introdurre nelloscenario l’attivazione, da più autori dimostrata, deimeccanismi infiammatori oppure il ruolo di geni modi-ficatori nella patogenesi del danno respiratorio o epati-co. Ci siamo soffermati sugli aspetti che più condiziona-no oggi la ricerca farmacologica orientata ai meccani-

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Anno IV - n. 4, 2010

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