I maialini con fibrosi cistica si stanno rivelando come il modello animale più vicino alla malattia dell’uomo: essi sviluppano, come nell’uomo, una malattia polmonare importante. Sono cuccioli fatti nascere da coppie di maiali nei quali, con interventi di ingegneria genetica è stato abolito il gene CFTR in uno dei due cromosomi della coppia n. 7 (quindi eterozigoti per la mancanza del gene). Questi animali hanno già fornito informazioni molto importanti su come si originano le alterazioni più importanti di questa malattia ed in particolare quelle che si manifestano nei bronchi e nei polmoni.
Sono stati pubblicati da poco sulla prestigiosa rivista Nature (1) i risultati di uno studio che dà una interpretazione abbastanza convincente di come si avvia nel malato FC la malattia broncopolmonare e suggerisce una possibile strada per contrastarla precocemente. Questi animali nel giro di alcuni mesi dopo la nascita sviluppano spontaneamente tutte le caratteristiche del polmone FC: infezione, infiammazione delle vie aeree, rimodellamento dei tessuti, accumulo di muco e ostruzione delle vie aeree. Benchè alla nascita essi non presentino alcuna di queste caratteristiche, tuttavia già manifestano un difetto di difesa contro i batteri. Gli autori di questo studio infatti avevano in precedenza instillato Staphylococcus aureus nella vie aeree degli animali e quattro ore più tardi trovarono molti più batteri nei maialini FC che nei maialini sani di controllo. Bisognava dare spiegazione di questa marcata differenza.
Gli esperimenti condotti sono alquanto complessi ma possono essere riassunti in maniera quasi elementare. Una griglia d’oro opportunamente trattata veniva ricoperta di batteri (Stafilococco aureo) e posta sulla superficie della trachea dei maialini sia FC che non-FC di poche ore di vita. Nei non FC lo Stafilococco veniva ucciso completamente mentre negli animali FC solo la metà dei batteri venivano uccisi. Risultati analoghi erano ottenuti in vitro da colture cellulari primarie derivate dalle vie aeree degli animali, anche testando Pseudomonas aeruginosa. Questi risultati dimostrano che il liquido di superficie delle vie aeree (chiamato ASL = Airway Surface Liquid) uccide rapidamente i batteri ma che la fibrosi cistica ne compromette tale funzione (“killing”). Dato il metodo adottato (la griglia rendeva i batteri indipendenti da altri fattori possibili, salvo quelli dipendenti dal contenuto dell’ASL), sia in vivo che in vitro, secondo gli autori, il difetto di killing in FC doveva dipendere o da una ridotta quantità di fattori antibatterici contenuti nel liquido di superficie o da una inibizione della loro funzione. Ma essi non trovarono differenze tra FC e non-FC nella presenza di fattori antibatterici (come ad esempio lisozima e lattoferrina) nell’ASL e pensarono che altre fossero le differenze nella composizione dell’ASL. Dopo aver testato molte sostanze, l’unica differenza riscontrata tra FC e non-FC risultò essere il pH, che era assai più basso (e quindi con effetto di maggiore acidità) nelle vie aeree dei maialini FC rispetto a quelle dei non-FC. A quel punto alcuni esperimenti dimostrarono che abbassando il pH nelle colture di vie aeree dei maialini non-FC si perdeva la capacità di killing dei batteri, mentre aumentandolo nei maialini FC si normalizzava la capacità di uccidere i batteri.
A questo punto i risultati ottenuti sul difetto di eradicazione batterica in FC si collegavano direttamente alle mutazioni del gene CFTR. CFTR è un canale “anionico”, cioè fa passare attraverso la membrana apicale delle cellule epiteliali ioni (elettroliti) con carica elettrica negativa: non solo il cloro (Cl-) ma anche il bicarbonato (HCO3-). Questi anioni lavorano assieme alla secrezione di ioni idrogeno (H+) per regolare il pH del liquido di superficie epiteliale. Il difetto di secrezione di HCO3- rende basso il pH dell’ASL in FC e questa relativa acidità compromette la funzione di uccisione batterica.
Gli autori non escludono che altri difetti potrebbero coesistere per dare l’avvio o sviluppare in seguito la malattia polmonare FC ma questo del basso pH appare essere il movente primo che consente alle vie aeree FC di venire colonizzate precocemente da batteri e quindi precocemente esposte ad infezione. L’infiammazione, l’accumulo di muco, la compromissione della clearance mucociliare, l’ostruzione bronchiale la destrutturazione polmonare verrebbero dopo come conseguenza di questa primaria ridotta capacità delle vie aeree FC di uccidere i batteri che ad esse naturalmente afferiscono o di ridurne la vitalità, causa l’eccessiva acidità del liquido di superficie che compromette la funzione antibatterica delle numerose sostanze di difesa in esso contenute.
Come fase conclusiva di questo studio, è stato dimostrato che aerosolizzando in vivo le vie aeree dei maialini FC con bicarbonato, si otteneva un sensibile aumento della loro capacità di killing batterico. Tutto questo lascerebbe intendere una possibile strada per correggere precocemente il pH delle vie aeree FC , con lo scopo di prevenire l’infezione iniziale, forse attraverso appunto l’inalazione di bicarbonato.
Se si dovesse fare qualche congettura sulle possibili applicazioni di quanto viene suggerito da questi risultati, è ragionevole pensare che la prospettiva da prendere eventualmente in considerazione sia quella di trattare con aerosol di bicarbonato i bambini con FC iniziando molto precocemente, quando l’infezione respiratoria non si sia già consolidata e non si siano già messe in moto le sue complicanze broncopolmonari. Sarebbe la colonizzazione e l’infezione iniziale quella da prevenire, se mai fosse possibile far pervenire a tutto l’albero respiratorio (o a gran parte di esso) del bambino piccolo FC con vie aeree ancora integre il rimedio anti-acido. Probabilmente più difficile sarebbe modificare le condizioni di acidità di superficie epiteliale quando l’infezione fosse cronicizzata e l’ostruzione delle vie aeree fosse di per sé ostacolo alla diffusione della correzione del pH. Come sempre, il passaggio dalle evidenze sperimentali , anche quelle derivate dai modelli animali, alle applicazioni cliniche richiede supplementi di ricerca. Certamente i risultati di questo studio aprono prospettive terapeutiche, tutte peraltro da pensare, accanto ai tentativi di correggere la proteina CFTR difettosa, che rimane comunque la causa prima anche del difetto di killing batterico.
1. Pezzulo AA, et al. Reduced airway surface pH impairs bacterial killing in the porcine cystic fibrosis lung. Nature 2012;187:109-115
