Un importante lavoro pubblicato sul sito della rivista Autophagy prima della stampa, e ad opera di Valeria Raia, Luigi Maiuri, Guido Kramer e i loro collaboratori del gruppo Ierfc di Milano, apre nuove prospettive nell’individuazione di farmaci in grado di migliorare le condizioni dei pazienti FC e prevenire l’aggravamento del danno polmonare (1). Esso rappresenta un punto avanzato di sviluppo di ricerche iniziate da Maiuri e Raia alcuni anni fa e che fornivano, per la prima volta, elementi per concludere che la CFTR mutata impedisce lo sviluppo di un normale processo autofagico in cellule epiteliali (2).
Che cos’è l’autofagia? L’autofagia (termine derivato dal Greco “mangiare sè stessi”) è oggi riconosciuta come un meccanismo centrale per il rinnovamento dei diversi organelli cellulari e di degradazione di proteine (e altre macromolecole) alterate da processi patologici. In questo iniziale lavoro venne dimostrato che la CFTR mutata induce alterazioni a livello del reticolo endoplamico (riconducibili a quello che viene definito “stress” del reticolo endoplasmico) che comportano un’aumentata formazione di radicali dell’ossigeno e la conseguente modificazione e attivazione di un enzima, la transglutaminasi, che aggrega proteine favorendo il loro accumulo e inattivandone la funzione (2). Tra queste vi sono sia proteine che controllano negativamente l’induzione di un processo infiammatorio che una proteina, chiamata “beclin 1”, che regola positivamente i processi di autofagia. Il risultato di questa complessa serie di eventi è che l’appropriata veicolazione della CFTR alla membrana plasmatica viene inibita e, al tempo stesso, si innescano fenomeni (dovuti alla riduzione dell’autofagia) che favoriscono sia una precoce morte cellulare sia un’eccessiva risposta infiammatoria.§
In quest’ultimo lavoro su Autophagy (1), gli autori sviluppano loro precedenti osservazioni che la cistamina, un anti-ossidante che inibisce la transglutaminasi, ricostituisce un normale processo autofagico e favorisce la veicolazione della ΔF508-CFTR alla membrana plasmatica di cellule epiteliali facilitando l’azione di farmaci che potenziano la capacità di CFTR mutato di trasportare cloro (3). Tale sviluppo consiste nell’uso di una forma ridotta di cistamina, la cisteamina somministrata per via orale per migliorare la funzione di CFTR sia in modelli murini di fibrosi cistica che in un numero limitato di pazienti. E’ importante notare che la cisteamina è un farmaco approvato dall’agenzia statunitense FDA per il trattamento di una rara malattia d’accumulo lisosomiale, la cistinosi nefropatica. Questa malattia è causata da un difettivo trasporto di cistina attraverso la membrana dei lisosomi e comporta la formazione di precipitati di cistina in diversi tessuti. La cisteamina attraversa la membrana lisosomiale e complessandosi con la cistina ne favorisce l’estrusione dal lisosoma attraverso un altro trasportatore riducendone la tossicità. Il trattamento regolare e prolungato con cisteamina bitartrato (Cystagon) è stato riportato migliorare la crescita e ritardare lo sviluppo di danno renale nei bambini affetti da cistinosi.
In un primo gruppo di esperimenti gli autori dimostrano che il trattamento con cisteamina per cinque settimane di topi con la mutazione DeltaF508 riduce significativamente la loro mortalità, migliora il peso corporeo, determina un’aumentata espressione di CFTR a livello intestinale e riduce l’espressione di citochine pro-infiammatorie nel polmone. Inoltre, il trattamento di colture primarie di cellule epiteliali nasali ottenute da pazienti con la mutazione DeltaF508 con cisteamina determina, entro 18 ore, un marcato aumento dell’espressione di CFTR sulla membrana plasmatica che è accompagnato da un potenziamento della sua capacità di trasportare anioni. Significativamente, questi effetti sono accompagnati da un’aumentate espressione di beclin1, una proteina che induce il processo autofagico, e da ridotta espressione di SQTSM1, una proteina che inibisce l’autofagia. Un interessante osservazione di questo gruppo di studi è rappresentata dall’evidenza che l’effetto della cisteamina nelle colture primarie di cellule epiteliali FC è transiente, ma l’aggiunta di un flavonoide derivato dal the verde epigallocatechina gallato (Epinerve) prolunga l’azione della cisteamina anche dopo la rimozione di questa dal terreno di coltura.
La tappa finale di questo studio è costituita dal trattamento di dieci pazienti omozigoti per la mutazione DeltaF508 con cisteamina da sola per 4 settimane, con cisteamina in combinazione con epigallocatechina gallato per altre 4 settimane e con epigallocatechina gallato da solo per le ultime 4. Sono stati condotti diversi test per valutare l’effetto del trattamento: 1. Il trasporto di anioni (iodio) in cellule epiteliali nasali; 2. La concentrazione di NaCl nel sudore. 3. La quantità di due citochine pro-infiammatorie (TNF-alpha e CXCL8/IL-8) nell’espettorato. 4. L’analisi spirometrica della funzione polmonare. I primi tre gruppi di indagini hanno dimostrato un incoraggiante effetto del trattamento, con valori di trasporto dello iodio in cellule epiteliali nasali che raggiungono dopo 8-12 settimane livelli pari a circa il 25% rispetto quello di cellule normali, una diminuzione della concentrazione di Cloro di circa il 30% nel sudore di 7 pazienti e una riduzione significativa dei livelli di citochine nell’espettorato. Inoltre, la parziale correzione del difetto di trasporto di anioni in cellule epiteliali nasali è stata vista correlare con un aumentata espressione della forma matura, vale a dire quella che raggiunge la membrana plasmatica, di CFTR e un’aumentata espressione della proteina che promuove l’autofagia, beclin1. Tuttavia, nel numero limitato di pazienti studiati e trattati per periodi relativamente breve non è stato possibile mettere in evidenza un miglioramento della funzione polmonare. Questo studio rappresenta un significativo progresso per stabilire il principio che accumulo di CFTR mutata nel reticolo, stress del reticolo endoplasmico, produzione di citochine proinfiammatorie, produzione di radicali dell’ossigeno, inibizione dell’autofagia rappresentano processi integrati che aggravano le alterazione del folding della CFTR e della sua veicolazione alla membrana plasmatica, inducono una eccessiva infiammazione e favoriscono processi necrotici in cellule delle vie aeree. L’evidenza che la cisteamina interrompe questo circuito vizioso incoraggia gli sforzi per identificare farmaci che “correggendo” l’abnorme accumulo di DeltaF508 nel reticolo possano in realtà ricostituire un’omeostasi nelle cellule delle vie aeree che comporti anche lo spegnimento di un eccessivo processo infiammatorio e una ridotta mortalità cellulare.
1. De Stefano D, Villella VR, Esposito S, et al. 2014 Restoration of CFTR function in patients with cystic fibrosis carrying the F508del-CFTR mutation, Autophagy, in corso di stampa.
2. Luciani A, Villella VR, Esposito S, et al. 2010. Defective CFTR induces aggresome formation and lung inflammation in cystic fibrosis through ROS-mediated autophagy inhibition. Nat Cell Biol 12: 863-75
3. Luciani A, Villella VR, Esposito S, et al. 2012. Targeting autophagy as a novel strategy for facilitating the therapeutic action of potentiators on ΔF508 cystic fibrosis transmembrane conductance regulator. Autophagy 8: 1657-72.
