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2. MALATTIE ENDOCRINE E METABOLICHE

14. LE PORFIRIE

Gruppo di disordini dovuti a deficit enzimatici a carico della via biosintetica dell'eme.

Sommario:

Introduzione
La via biosintetica dell'eme
Controllo della biosintesi dell'eme
Eziologia e patogenesi
Classificazione
Indagini di laboratorio


Vengono prodotti livelli eccessivamente elevati di porfirine o dei loro precursori (p. es., l'acido d-aminolevulinico [d-AminoLevulinic Acid, ALA] e il porfobilinogeno [PBG]), i quali si accumulano nei tessuti e vengono escreti nelle urine e nelle feci. Le manifestazioni patologiche dipendono pressoché interamente dai loro effetti sul sistema nervoso e sulla cute.

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La via biosintetica dell'eme

L'eme, un pigmento contenente ferro, è il componente funzionale non proteico delle emoproteine, le quali sono presenti in tutti i tessuti.

La via biosintetica dell'eme è illustrata nella Fig. 14-1. Gli otto differenti enzimi che catalizzano le tappe sequenziali di questa via metabolica sono numerati da 1 a 8 nella Fig. 14-1 e vengono brevemente descritti qui di seguito. Il primo enzima e gli ultimi tre si trovano nei mitocondri; gli enzimi intermedi sono localizzati nel citosol.

1. L'ALA sintetasi, il primo enzima della via biosintetica dell'eme, catalizza la condensazione della glicina e del succinil-coenzima A per formare ALA. L'enzima è localizzato nella membrana mitocondriale interna e richiede la presenza del cofattore 5 piridossal-fosfato. Geni differenti codificano per l'ALA sintetasi eritroide e per quella non eritroide.

2. L'ALA deidratasi, un enzima citosolico, converte due molecole di ALA in un monopirrolo, il PBG, mediante la rimozione di due molecole di acqua. Il piombo inibisce l'attività dell'ALA deidratasi allontanando lo zinco (metallo essenziale per l'attività enzimatica) dall'enzima. Il più potente inibitore di questo enzima è il succinilacetone, un analogo strutturale dell'ALA che si trova nelle urine e nel sangue dei pazienti affetti da tirosinemia ereditaria.

3. La PBG deaminasi catalizza la condensazione di quattro molecole di PBG per formare un tetrapirrolo lineare, l'idrossimetilbilano (HydroxyMethylBilane, HMB). Esistono due isoenzimi della PBG deaminasi; uno è presente esclusivamente nelle cellule eritroidi e l'altro si trova in quelle non eritroidi. Le due isoforme della PBG deaminasi sono codificate da differenti RNA messaggeri (mRNA) che vengono trascritti da un singolo gene tramite trascrizione e splicing alternati.

L'uroporfirinogeno III cosintetasi catalizza la formazione di uroporfirinogeno III dall'HMB. Questo passaggio prevede un riarrangiamento intramolecolare che inverte l'orientamento dell'anello D (l'anello pirrolico terminale situato all'estremità destra della molecola dell'HMB mostrata nella Fig. 14-1), seguito dalla chiusura della molecola macrociclica con formazione di uroporfirinogeno III. Quando questo enzima è carente, l'HMB può andare incontro alla chiusura spontanea del macrociclo senza inversione dell'anello D, con formazione di uroporfirinogeno I.

4. L'uroporfirinogeno decarbossilasi, un enzima citosolico, catalizza la decarbossilazione sequenziale delle quattro catene laterali carbossimetiliche dell'uroporfirinogeno III (una porfirina octacarbossilica) per formare eptacarbossilporfirina, esacarbossilporfirina, pentacarbossilporfirina e, infine, coproporfirinogeno III (una tetracarbossilporfirina). Questo enzima può inoltre metabolizzare l'uroporfirinogeno I in coproporfirinogeno I.

5. La coproporfirinogeno ossidasi, un enzima mitocondriale delle cellule dei mammiferi, catalizza la rimozione del gruppo carbossilico e di due atomi di idrogeno dai gruppi propionici degli anelli pirrolici A e B del coproporfirinogeno III per formare gruppi vinilici nelle medesime posizioni, così da ottenere il protoporfirinogeno. Questo enzima non è in grado di metabolizzare il coproporfirinogeno I.

6. L'ossidazione del protoporfirinogeno IX a protoporfirina IX è mediata dalla protoporfirinogeno ossidasi, che catalizza la rimozione di sei atomi di idrogeno dal nucleo del porfirinogeno.

7. La ferrochelatasi catalizza l'inserimento del ferro nella molecola della protoporfirina, il passaggio finale della via biosintetica dell'eme. L'enzima non è specifico per il ferro e può catalizzare l'inserimento nella molecola anche di altri metalli, come lo zinco.

8. I prodotti intermedi di questa via metabolica sono contenuti all'interno delle cellule e quindi in condizioni normali vengono escreti solo in piccole quantità. Essi differiscono notevolmente l'uno dall'altro per dimensioni molecolari, solubilità e altre caratteristiche. L'ALA, il PBG e i porfirinogeni (esaidroporfirine, cioè porfirine allo stato chimico ridotto) sono incolori e privi di fluorescenza. La protoporfirina, l'intermedio finale della via metabolica, è l'unico intermedio a essere una porfirina ossidata. Le porfirine allo stato ossidato appaiono rossastre ed emanano fluorescenza quando vengono esposte alla luce ultravioletta a elevata lunghezza d'onda. I porfirinogeni che fuoriescono nel liquido extracellulare vanno incontro ad autossidazione e vengono escreti principalmente come porfirine. Tuttavia, nelle urine possono essere escreti quantitativi apprezzabili di coproporfirinogeno non ossidato. L'ALA, il PBG, l'uroporfirina e le epta-, esa- e pentacarbossilporfirine sono idrosolubili e vengono escrete principalmente con le urine. La coproporfirina (una tetracarbossilporfirina) viene escreta con le urine e con la bile. L'arderoporfirina (una porfirina tricarbossilica) e la protoporfirina (una porfirina dicarbossilica) sono scarsamente idrosolubili e perciò non possono essere escrete dai reni. Se si accumulano nel midollo osseo o nel fegato, esse compaiono nel plasma, vengono captate dal fegato e vengono escrete nella bile e nelle feci.

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Controllo della biosintesi dell'eme

L'eme viene sintetizzato per la maggior parte nel midollo osseo, dove viene incorporato nell'emoglobina (che è una proteina di trasporto dell'ossigeno), e nel fegato, dove viene incorporato nei citocromi (che sono proteine di trasporto degli elettroni). I citocromi più abbondanti nel fegato sono gli enzimi del citocromo P-450 deputati alla metabolizzazione dei farmaci e di numerose altre sostanze chimiche endogene ed esogene (v. Cap. 43).

La biosintesi dell'eme è controllata in maniera diversa nel fegato e nel midollo osseo. Nel fegato, essa ha velocità limitata ed è regolata principalmente dal suo primo enzima, l'ALA sintetasi (v. Fig. 14-1, enzima 1). L'attività di questo enzima nelle cellule epatiche è normalmente molto bassa, ma aumenta drasticamente in seguito all'induzione della sua sintesi che si verifica quando il fegato deve produrre una maggiore quantità di eme. La sintesi dell'enzima è sottoposta inoltre al sensibile meccanismo di retrocontrollo rappresentato dal contenuto cellulare di eme libero e si riduce quando quest'ultimo è alto. Alcuni farmaci e ormoni hanno la capacità di indurre gli epatociti a sintetizzare maggiori quantitativi di ALA sintetasi, eme e citocromo P-450.

Nel midollo osseo, l'eme viene sintetizzato negli eritroblasti e nei reticolociti che ancora possiedono i mitocondri, mentre gli eritrociti circolanti non contengono mitocondri e non possono sintetizzarlo. La biosintesi dell'eme nelle cellule eritroidi è regolata almeno in parte dal processo di captazione cellulare del ferro. Le cellule del midollo osseo esprimono forme eritroido-specifiche di alcuni enzimi della via biosintetica. L'ALA sintetasi eritroido-specifica è regolata da un elemento dell'mRNA responsivo

al ferro e ciò spiega in parte la regolazione tessuto-specifica della sintesi dell'eme per la formazione di emoglobina.

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Eziologia e patogenesi

I geni per tutti gli otto enzimi della via biosintetica dell'eme sono stati clonati e sequenziati ed è stata identificata la loro localizzazione cromosomica (v. Tab. 14-1). Mutazioni della forma eritroido-specifica dell'ALA sintetasi sono state identificate in alcuni casi di anemia sideroblastica legata al cromosoma X. Le porfirie e i disordini a esse correlati sono dovuti a deficit degli altri sette enzimi e le mutazioni a carico dei geni per questi enzimi sono state caratterizzate in dettaglio. Sebbene ciascun tipo di porfiria ereditaria sia associata con il deficit di uno specifico enzima, i soggetti affetti da una determinata carenza enzimatica sono probabilmente portatori di mutazioni diverse nel gene per l'enzima, a meno che essi non appartengano alla stessa linea familiare. In altre parole, queste malattie sono eterogenee a livello molecolare.

Quando un enzima della sintesi dell'eme è carente, il suo substrato specifico e altri precursori dell'eme si possono accumulare nel midollo osseo o nel fegato. Questi precursori compaiono quindi in quantità eccessive nel sangue, vengono trasportati in altri tessuti e vengono escreti nelle urine e nelle feci.

Alcune porfirie, soprattutto quelle che causano un aumento dei precursori precoci ALA e PBG, danneggiano i nervi, provocando la comparsa di sintomi molteplici come il dolore addominale e la debolezza muscolare, la quale può progredire fino alla paralisi. I meccanismi patogenetici alla base dei disturbi neurologici sono stati soltanto ipotizzati, così come gli effetti dell'eccesso di prodotti intermedi della via biosintetica dell'eme o della riduzione della sintesi dell'eme a livello del sistema nervoso. Non è stato dimostrato che l'ALA e gli altri composti della via biosintetica dell'eme siano neurotossici e la carenza di eme all'interno del sistema nervoso in queste malattie è anch'essa ancora da dimostrare. Di conseguenza, la causa esatta rimane tuttora sconosciuta.

Le porfirie in cui si ha un aumento delle porfirine come l'uroporfirina, la coproporfirina e la protoporfirina nei tessuti e nel plasma provocano fotosensibilità. Quando le porfirine vengono illuminate a una lunghezza d'onda di circa 400 nm in presenza di O2, esse generano una forma carica instabile dell'ossigeno, chiamata ossigeno singoletto, che è in grado di danneggiare i tessuti. La cute è particolarmente suscettibile al fenomeno, essendo il tessuto più esposto alla luce.

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Classificazione

Le porfirie vengono classificate nel modo più accurato sulla base dei deficit enzimatici specifici. Altri tipi di classificazione sono basati sulle caratteristiche cliniche principali; essi sono utili dal punto di vista clinico, ma possono presentare sovrapposizioni. Le porfirie acute provocano l'insorgenza di sintomi neurologici che generalmente hanno un andamento intermittente. Le porfirie cutanee causano fotosensibilità della cute. La porfiria acuta intermittente, la porfiria da deficit di ALA deidratasi, la coproporfiria ereditaria e la porfiria variegata costituiscono le porfirie acute. La porfiria cutanea tarda, la coproporfiria ereditaria, la porfiria variegata, la protoporfiria eritropoietica, la porfiria eritropoietica congenita e la porfiria epato-eritropoietica costituiscono le porfirie cutanee. Nelle porfirie epatiche e in quelle eritropoietiche, i precursori in eccesso provengono rispettivamente soprattutto dal fegato e dal midollo osseo.

In questo capitolo vengono trattate per prime le tre porfirie più comuni, seguendo l'ordine degli enzimi carenti della via biosintetica dell'eme (v. Tab. 14-2). Le porfirie meno comuni vengono discusse separatamente e in maniera più sintetica, anch'esse in base all'ordine della carenza enzimatica.

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Indagini di laboratorio

I sintomi delle porfirie sono simili a quelli di molte altre patologie. Alcuni test di laboratorio sono sensibili e specifici per la diagnosi delle porfirie e i loro risultati sono notevolmente alterati quando queste malattie si trovano in fase attiva. Tuttavia, per poter fornire informazioni diagnostiche accurate nel caso si sospetti una porfiria, i test devono essere adeguatamente selezionati e interpretati. La cosa migliore è fare affidamento su un numero ristretto di test di screening sensibili e specifici (v. Tab. 14-3). Nella maggior parte delle situazioni, i test di screening per una porfiria acuta possono essere ridotti al dosaggio dell'ALA e del PBG nelle urine. Il test di Watson-Schwartz è di tipo qualitativo e viene ancora ampiamente utilizzato per individuare un eccesso urinario di PBG. Un metodo che ha incontrato grande favore per l'identificazione rapida di un eccesso di PBG nelle urine prevede l'impiego di un kit costituito da una siringa di plastica contenente una resina a scambio anionico. Il metodo quantitativo della colonna ionica di Mauzerall e Granick deve essere utilizzato per sottoporre a verifica i risultati positivi di un test di screening per il PBG e per identificare l'eccesso di ALA. Quando si ha il sospetto di una porfiria cutanea, si può misurare la porfirina plasmatica. Le determinazioni degli enzimi eritrocitari sono test di secondo livello che non vengono eseguiti di routine, a meno che uno dei test di screening non sia risultato alterato. Anche i dosaggi delle porfirine urinarie, fecali ed eritrocitarie sono da considerare come test di seconda linea; essi non sono specifici (cioè risultano alterati anche in altre condizioni cliniche) e di conseguenza non sono molto adatti per lo screening (v. Tab. 14-3).

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