Nuovi possibili protocolli terapeutici per bambini con patologie mitocondriali

I °Convegno NazionaleLe Malattie Mitocondriali: dalla

diagnosi alla gestione quotidiana.Lo stato della ricerca, le terapie,

i diritti dei malati.

Roma, 21-22 maggio 2011

Dr. Diego Martinelli

U.O.C. di Patologia Metabolica, Dipartimento di Pediatria, Ospedale Pediatrico Bambino Gesù, Roma

Principali limitazioni

•Quadri clinici simili connessi a mutazioni di differenti geni•Mutazioni nello stesso gene→ differenti quadri clinici•Difetto della catena respiratoria (CR) può causare differenti malattie•Scarsità di modelli animali •Difficoltà di un modello genetico, es. mutazioni mtDNA mutazioni

Approcci terapeuticiTargetAge-related mitochondrial decline,

mitochondria-associated neurodegenerative disorders (AD, PD, ALS)

StrategyIncreasing mitochondrial biogenesis

(eg SIRT1 by CR or PR/methionine R)

TargetDecreased mitochondrialNumber or activity

StrategyIncreased mitochondrial biogenesis

TargetROS hypersensitivity

StrategyIncreasing antioxidant defenses (eg NAC)

TargetEg Mitochondrial

encephalomyopathy

StrategyStroke prevention

(eg arginine)

TargetSuperoxide overproduction

StrategyAntioxidant supplementation(eg idebenone)

TargetCoQ10 deficiency

StrategyCoQ10 supplementation

TargetMitochondrial RC dysfunction

Strategy- Increase mitochondrial biogenesis(eg ketogenic/HF diet, bezafibrates)

- Antioxidant plus energy provider(eg CoQ10, lipoic acid, creatine, carnitine)

Apoptoic cell

deathROS

Organic dysfunction

RC impairment

Decreased mitochondria

number or activity

O2

Ruolo della modulazione nutrizionale

La restrizione calorica (RC) una riduzione del 20–40% aumenta la durata di vita > 40% o più: non ancora confermata negli umani!

La RC la produzione di ROS, attiva la funzione, la biogenesi e la respirazione mitocondriale

attraverso

sirtuin 2 (Sir2)-related proteins (SIRT1) PPAR-γ co-activator α > attiva i geni della biogenesi mitocondriale PGC-1α → aumenta respirazione mitocondriale e β-ossidazioneSIRT1 attiva neuroprotezione

Benefici della restrizione calorica nei mammiferi

Overespressione di PGC-1α vita mediamigliore resistenza fisica marker di stress ossidativo expressione di catalasi e SOD

la RC capacità ossidativa modificando l’equilibrio redox

il rischio della produzione di H202 shift dal catablismo dei carboidrati verso la b-ossidazione

contenuto proteico (RP)?

RP del 40% 20% lifespan topo (versus 40% del RC). del 40% di metionina = effetto su lifespan di 40% RP METIONINA aminoacido chiave della RP?

Terapia nutrizionale: ”nutraceuticals”

malnutrizione frequente e spesso severa nelle malattie mitocondriali ridotta introduzione/eccesivo consumo

Obiettivi• apporti nutrizionali ottimali per migliorare le condizioni cliniche e la qualità di vita• la produzione di energia e/o la biogenesi mitocondriale

Strategie modulazione degli apporti (ad es. contenuto di grassi) composti che stimolano SIRT1/PGC-1α. micronutrienti (vitamine e cofattori)

Modulazione dei macronutrienti per aumentare la biogenesi mitocondriale

RC e RPpro induzione della biogenesi mitocondriale

contro RC non è compatibile per i bambini

pro dieta isocalorica iperlipidica effetti benefici pz con deficit CP-1

( -ossidazione elettroni ETF bypassando CP-1

dieta iperlipidica topo aumento della biogenesi mitocondriale nei muscoli ( mtDNA e ossidazione acidi grassi)acidi grassi stimolano PPAR espressione della proteina PGC-1α

Effetti benefici dieta chetogena! (substrati alternativi SNC, PUFA, attivazione dei PPAR-α)

Trattamento antiepiletticoBenefici nel difetto di PDH

Stimolazione della biogenesi mitocondriale

la modulazione della via PPAR/PGC1-α e di SIRT1 attraverso specifici stimolatori sembra pertanto promettente per il trattamento delle malattie mitocondriali

Evidenze: Upregulation di PGC-1α la fosforilazione ossidativa in linee cellulari con mutazioni mtDNA

espressione di PGC-1a ritarda la comparsa dei sintomi e aumenta la durata di vita in un modello murino di difetto di COXIl Bezafibrato, agonista di PPAR, attività enzimatica e livello di proteine mitocondriali in fibroblasti con difetto fosforilazione ossidativa.Il Resveratrol, uno stimolatore di SIRT1, sembra promettente, ma mancano dati sperimentali

Micronutrienti: Coenzima Q10Coenzima Q10 (CoQ10 o Ubiquinone):un lipide a sintesi endogena (piccola quota nella dieta) con funzione di shuttle di elettroni

E’ componente della CR e scavenger dei ROS;az. antiapoptotica.

Nei rari difetti di biogenesi di CoQ10 può alleviare i sintomi

Numerose evidenze su linee cellulari di aumento dose-dipendente di ATP sintesi; report aneddotici nei pazienti (Marriage BJ,2004)

in corso un RCT, contro placebo, in doppio cieco, per verificarne l’efficacia (Kerr et al, 2009)

Micronutrienti: Idebenone

Idebenone, forma sintetica del CoQ10, è in grado di attraversare più efficacemente la barriera emato-encefalica.Antiossidante e carrier di elettroni, dai CP-I e CP-II al CP-III

Efficace in trials terapeutici in pz con Atassia di Friedreich (Rustin P , 1999), una malattia AR, affine ai RCD.

Efficace sulla componente cardiologica della malattia

un recente RCT contro placebo suggerisce benefici dose-dipendenti anche sulla componente neurologica (Di Prospero NA, 2007)

Non è in grado di riprodurre l’effetto positivo del CoQ10 nei difetti primari di biosintesi.Evidenze di efficacia nell’Atrofia ottica di Leber (LHON)→miglioramento funzione visiva (Mashima et al, 2000)

N-Acetil-Cisteina

N-Acetil Cisteina (NAC), precursore del glutatione, essenziale per equilibrio redox e buffer dei sulfidi

•Emergente trattamento per Encefalopatia etilmalonica da mutazioni in ETHE1→diossigenasi del zolfo della matrice mitocondriale•Tossicità multiorgano da accumulo di idrogeno solforato (H2S), soprattutto a livello vascolare e cerebrale

•Diarrea emorragica, porpora petecchiale, acrocianosi, progressivo danno neurologico•NAC + battericida Metronidazolo , efficace nel topo ETHE1-•Miglioramento clinico e neuroradiologico in 5 bambini trattati Viscomi C et al, Nat Med 2010

L-Arginina

L-arginina: substrato della ossido nitrico-sintetasi (NOS) produzione ossido nitricoEfficacia nella MELAS in fase acuta e come profilassi degli episodi stroke-like

Kubota et al, 2004;Koga et al, 2005); Alterata funzione endoteliale delle arteriole cerebrali?Elementi comuni agli episodi emicranici e possibile compresenza MELAS ed

emicrania

•R.L.,15 aa,maschio•Mutazione  3243 A>G tRNA(Leu) •Episodi Stroke-like mensili•L-Arginina in terapia continuativa•Neurontin come profilassi

emicranica e Sumatriptan sc nella

fase acuta •Rapida risoluzione attacco

emicranico dopo 30 minuti•Riduzione degli episodi

Altri micronutrienti

La Vitamina A è un regolatore chiave della funzione mitocondriale in vitro, suggerendo la sua possibilità di impiego

Altri cofattori della RC: nicotinamide (Vit B3), tiamina (VitB1), riboflavina (Vit B2), succinato. Riboflavina promettente in una forma di leucoencefalopatia infantile da difetto di SDHAF1, un assemblatore del complesso II (Ghezzi et al, Nat Gen 2009)

•A.A., femmina, 7aa, mut SDHAF1•Leucoencefalopatia scatenata da episodio infettivo•Tetraparesi spastco–distonica ed epilessia•Severa riduzione del CII (71%)•NPMDS: score 34 (section I-III) e 15 (section IV) •Riboflavina (3,3 mg/kg/die)•Dopo 6 mesi NPMDS score 28 (S I-III) e 7(S IV)•Notevole riduzione crisi epilettiche •Progressi sviluppo piscomotorio

Altri micronutrienti

Altri accettori di elettroni: MENADIOLO DIFOSFATO E VITAMINA C

Transitori effetti positivi in una donna con MERRF e difetto del Complesso III resistenza all’esercizio e dei risultati della Spettroscopia 31PNon evidenze di efficacia per nessun altro accettore di elettroni

Supplementazione di CREATINA monidrato 2 trial randomizzati:1) effetti positivi in una coorte di pazienti gravi (Tarnopolsky MA,1997) 2) non significativi benefici una coorte più larga di pazienti meno severi (Klopstock T)

“Mitochondrial cocktail”: un recente RCT in 16 pz ha evidenziato effetti benefici (↓ lattato, ↑ forza muscolare) di terapia combinata con tre composti (CoQ10,creatina e acido lipoico) con differenti meccanismi di azione

Antiossidanti di nuova generazione

EPI-743, prodotto dalla EDISON Pharmaceuticals, strutturalmente e funzionalmente equivalente al Coenzima Q10, autorizzato dalla FDA in USA per trattamento RCD su base di urgenza.

EPI-743 previene la morte cellulare con un EC50 di ~ 25nM in colture primarie di cellule di pz con S.Leigh da SURF-1.

Analoghi risultati su cellule di pz con A. di Friedreich, atrofia ereditaria di Leber e difetti biogenesi CoQ10.

di circa il 20% score alla NPMDS in pz con S. Leigh

funzionalità motoria, funzioni cognitive, qualità del sonno e QoL

nessun effetto collaterale su oltre 650 giorni-paziente di trattamento (Marzo 2010)

Antiossidanti di nuova generazione:esperienza OPBG

J.M.T., femmina, attualmente 3aa 4 mesi

S. di Leigh

severa ipotonia, nistagmo, grave ritardo psicomotorio,disfagia

Mut c.841_842CT in omozigosi gene SURF 1

Pre-terapia

score del 25% (Sezione I-III) e del 62% (Sezione IV) alla NPMDS

score 45% alla GMFM

alimentazione e qualità del sonno

funzioni cognitive, attenzione, resistenza alle infezioni

Post-terapia

In corso Trial pilota prospettico Open-Label su 10 bambini con S. di Leigh

Dopo 6 mesi di trattamento

Criteri di inclusione: •Diagnosi di S. di Leigh:

•Lesioni simmetriche bilaterali dei gangli della base •Acidosi lattica•Presenza di mutazioni causative S.di Leigh:

•Entrambi i sessi•Età 2-18 anni•Score combinato maggiore o uguale a 15 alla NPMDS•Ematocrito con un valore normale per l’età •Espressione di un consenso informato•Presenza di una persona che garantisca una compliance con lo studio•Completa astensione dopo le prime 2 settimane dall’uso di altri integratori o antiossidanti.

Durata dello studio: tre mesi per l’arruolamento, sei mesi per raggiungimento endpoint efficacia

Endpoint primari di efficacia:Newcastle (Pediatric) Mitochondrial Disease Scale section I-III, Newcastle (Pediatric) Mitochondrial Disease Scale section IV and PedsQL NM module Endpoint secondary di efficacia: Neurological -motor function: GMFMIntensità e qualità del sonno: polisonnografia e questionari dedicati Esame nutrizionaleParametri biochimici dello stato ossidoreduttivo.