Le nostre vie aeree sono ricoperte da un sottile strato di liquido (fluido periciliare) che facilita il movimento delle cilia, permettendo quella che viene definita funzione mucociliare, un meccanismo di difesa naturale molto importante per le vie aeree. Grazie alla funzione mucociliare, il film protettivo che ricopre e protegge le vie aeree viene continuamente rinnovato e tutte le impurità e gli agenti patogeni in esso intrappolati vengono rimossi. La quantità e la composizione del fluido periciliare sono regolate dall’azione concertata di diversi trasportatori e canali ionici espressi sulla membrana delle cellule epiteliali. In particolare, la proteina CFTR è responsabile della secrezione di cloruro e acqua attraverso l’epitelio. La sua attività è controbilanciata da quella del canale epiteliale del sodio (ENaC) responsabile dell’assorbimento di sodio e acqua. Nella fibrosi cistica il difetto di attività della proteina CFTR fa sì che la secrezione di cloruro sia fortemente diminuita. In parallelo, si assiste anche a un aumento dell’assorbimento del sodio mediato dal canale ENaC: ambedue i processi concorrono a diminuire l’idratazione delle vie aeree, compromettendo la funzione mucociliare.
Negli ultimi anni, la ricerca di nuove terapie per la fibrosi cistica si è focalizzata sui composti in grado di correggere il difetto di base associato a mutanti di CFTR, portando alla commercializzazione di due farmaci (Kalydeco e Orkambi) destinati a pazienti portatori di specifiche mutazioni. Lo sviluppo di farmaci in grado di correggere il difetto causato da altre mutazioni richiederà ulteriori tempo e risorse. Per questo motivo si è pensato di ricorrere ad approcci terapeutici indipendenti dal genotipo del paziente, quali la modulazione di altri canali epiteliali coinvolti nel trasporto di soluti e fluido, in particolare attivando canali alternativi per la secrezione del cloruro o inibendo il canale ENaC per l’assorbimento del sodio, così da favorire un aumento dell’idratazione delle vie aeree. Inibitori farmacologici di ENaC (ad es. l’amiloride) sono già utilizzati nell’uomo come farmaci diuretici, ma sembrano avere una scarsa efficacia terapeutica per quanto riguarda l’epitelio polmonare, dovuta alla loro breve durata di azione. Un’altra possibilità è invece quella di intervenire sui meccanismi di regolazione che stanno alla base dell’attivazione di ENaC. Infatti il canale ENaC ha una attività in genere molto bassa, in quanto tende ad autoinibirsi. Esistono però delle proteine, chiamate proteasi (enzimi), che agiscono come delle forbici, effettuando dei tagli all’interno di altre proteine. In particolare, esistono delle proteasi chiamate CAP (proteasi canale-attivanti) che sono in grado di fare un taglio su ENaC, determinando un aumento della sua attività. E’ stato dimostrato che le proteine CAP sono più abbondanti nelle vie aeree con fibrosi cistica, determinando quindi una maggiore attività di ENaC. L’inibizione delle CAP, tramite inibitori noti come aprotinina e camostat, consente tuttavia di ridurre l’attività basale di ENaC.
Recentemente, un gruppo di ricercatori irlandesi, coordinato dalla Dr. Martin, ha descritto una nuova molecola in grado di inibire le CAP ripristinando la corretta regolazione di ENaC e migliorando l’idratazione e la funzione mucociliare delle vie aeree fibrocistiche. Questa molecola, chiamata dagli autori QUB-TL1, ha delle caratteristiche chimiche molto interessanti. Infatti, è in grado di inibire in maniera specifica solo le proteasi di tipo CAP, mentre sembra essere inefficace nei confronti di proteasi di tipo diverso. La sua azione è irreversibile e questo vuol dire che l’attività delle CAP non viene ripristinata anche dopo che il composto è stato rimosso. Inoltre, questa molecola non è in grado di penetrare all’interno delle cellule, rimanendo sulla superficie esterna: quindi non solo rimane là dove è presente ENaC, ma minimizza anche il rischio di effetti secondari indesiderati dovuti all’inibizione di proteasi intracellulari.
Gli autori hanno utilizzato dei modelli cellulari di epitelio bronchiale con fibrosi cistica e di epitelio sano per valutare l’attività di taglio delle CAP e testare l’efficacia di QUB-TL1, concludendo che, nonostante nelle cellule con fibrosi cistica l’attività delle CAP sia aumentata, il trattamento con QUB-TL1 è in grado di diminuire sensibilmente l’attività delle CAP stesse, al pari degli inibitori noti aprotinina e camostat. Gli autori hanno poi rivolto la loro attenzione a una CAP della superficie cellulare, chiamata furina, che è particolarmente interessante perché non solo è implicata nella attivazione di ENaC, ma è anche responsabile dell’attivazione di un fattore di virulenza rilasciato da Pseudomonas aeruginosa, l’esotossina A, che causa importanti danni alle cellule delle vie respiratorie. Al contrario di aprotinina e camostat, che sono inefficaci contro questa proteasi, QUB-TL1 è in grado di inibire l’attività di furina, limitando il danno a carico delle cellule delle vie aeree di pazienti con fibrosi cistica. Al contempo, il trattamento con QUB-TL1 riduce il quantitativo di forma attiva di ENaC presente sulla superficie delle cellule epiteliali con fibrosi cistica, diminuisce l’attività del canale e riduce l’assorbimento del sodio, determinando un sensibile aumento dello spessore dello strato di fluido che copre le cellule epiteliali, e ripristinando quindi la corretta funzione mucociliare.
La possibilità di modulare l’attività di canali delle cellule epiteliali per aumentare l’idratazione delle vie aeree in fibrosi cistica è un approccio terapeutico molto importante, perché rivolto a tutti i pazienti indipendentemente dal loro genotipo, e soprattutto per quei pazienti che hanno mutazioni molto rare e ancora poco studiate. L’effetto benefico sull’idratazione delle vie aeree e sulla funzione mucociliare dell’inibizione dell’ENaC è stato dimostrato da diversi studi, fra cui quelli finanziati dalla FFC e diretti della Dr. Olga Zegarra-Moran. Questo studio apre adesso nuovi spiragli sulle modalità con cui è possibile inibire l’attività di ENaC, cioè non solo direttamente ma anche sfruttando i meccanismi a monte, che ne regolano fisiologicamente l’attivazione. Come nel caso dei composti che agiscono sul difetto di base dei mutanti di CFTR, anche per questi approcci alternativi arrivare allo sviluppo di un farmaco richiederà molte risorse e molto tempo, ma potrebbe portare a un sensibile ampliamento delle opportunità terapeutiche disponibili per i pazienti, utilizzabili anche in combinazione con farmaci mirati a correggere specifiche mutazioni di CFTR.
1. Reihill JA, Walker B, Hamilton RA, Ferguson TE, Elborn JS, Stutts MJ, Harvey BJ, Saint-Criq V, Hendrick SM, Martin SL. Inhibition of Protease-ENaC Signaling Improves Mucociliary Function in Cystic Fibrosis Airways. Am J Respir Crit Care Med. 2016 Mar 25.
