ENCEFALO-MEDULLOPATIE DA BORDETELLA PERTUSSIS
Pubblicato da: EOS Rivista di Immunologia e Immunofarmacologia
Vol. XX - 2000 - n° 3 - pag 63-70. D. Fiore: I fattori
immunologici nalla patogenesi delle encefalo-medullopatie da B. Pertussis
INTRODUZIONE
Avendo trovato nel 95,47% di 92 pazienti con Sclerosi Multipla (SM);
una tossi-infezione da B. Pertussis ( vedi nota 1 )
e aspettandomi di trovare "negativi"
i pazienti con neuropatie diverse dalla SM, per confronto/verifica ho ricercato
gli anticorpi antipertosse in dieci pazienti neurologici in cui era stata
esclusa la SM (le diagnosi cliniche erano: Sclerosi Laterale Amiotrofica,
Sindrome Pseudobulbare, Malattia del Motoneurone, Distrofia Muscolare Neurogena,
Emiparkinson, Tetraparesi spastica, Sclerosi concentrica di Balò).
In tutti questi pazienti la risonanza magnetica (RMN) aveva escluso
la presenza di placche. La ricerca degli anticorpi anti-Bordetella (IgA
e IgG anti Haemoagglutinina Filamentosa; IgA e IgG anti Tossina Pertussica;
IgG e IgM totali), da me richiesta, ha dimostrato in tutti i casi una infezione
in atto da Bordetella Pertussis (Solito esempio di REFERTO + SM-Scan).
L'analisi dei risultati di queste ricerche suggerisce l'eziopatogenesi
di alcune encefalo-medullopatie finora non classificate. Dalle mie ricerche
precedenti ( vedi nota 1 )
risulta che, nella SM, il fattore ambientale è costituito
dalla Bordetella Pertussis; i fattori individuali sono: un difetto della
Barriera Muco-Ciliare e il fenotipo Astrociti produttori di Antigeni-HLA
di II classe. (Vedi: Sclerosi Multipla. Versione integrale 1993; Abstract
congresso SNO-2000).
Nella SM, ho chiamato in causa gli astrociti:
-
Per analogia a quanto è stato dimostrato negli animali di laboratorio.
Cioè che nella stessa Specie animale, l'encefalite allergica sperimentale
(EAS) può essere indotta solo in certe razze, non in altre ( vedi note 2, 3, 4 )
può essere indotta facilmente nei ratti Lewis, che hanno astrociti
produttori di Antigeni-HLA di II classe; non si riesce ad indurla nei Surmolotti
(comuni topi di chiavica) che hanno gli astrociti non-produttori di Antigeni-HLA
di II classe ( vedi nota 4 ).
-
Per i ruoli fisio-patologici (metabolico e immunologico) che gli astrociti
svolgono nel sistema nervoso centrale, SNC ( vedi nota 4 ).
Nella SM, le lesioni iniziali sono dovute alla precipitazione nel SNC dei
complessi immuni circolanti (costituiti dalle tossine pertussiche complessate
ai relativi anticorpi specifici): si spiegano le placche che caratterizzano
la malattia.
La dimostrazione che anche in altre neuropatie, diverse dalla SM, può
essere in atto una tossi-infezione da Bordetella Pertussis, oltre a proporre
questo batterio come possibile agente eziologico di tali patologie, porta
in primo piano il problema della loro patogenesi.
Perché in certe neuropatie pertussiche non si formano placche?
Per rispondere a questa domanda, ripartiamo dagli astrociti. Studiando
l'encefalite allergica sperimentale, abbiamo visto che le forme cliniche
e anatomopatologiche classiche di EAS, non si ottengono in tutte le razze
di una data Specie animale, ma solo in quelle con astrociti produttori
di Antigeni-HLA di II classe. Queste osservazioni assegnano agli Astrociti
un ruolo determinante nell'insorgenza dell'EAS classica, cioè nella
sua forma considerata modello animale della SM umana. Anche sugli astrociti
dell'Uomo sono stati dimostrati gli Antigeni del Complesso Maggiore di
Istocompatibilità (Antigeni-HLA di I e di II classe); ma, come nelle
altre Specie animali, dobbiamo aspettarci che alcuni individui abbiano
gli astrociti produttori, altri soggetti abbiano gli astrociti non-produttori
di Antigeni-HLA di II classe.
Nell'Uomo, gli astrociti svolgono numerosi ruoli attivi nel mantenimento
della fisiologia cerebrale normale ( vedi nota 4 ):
- hanno una posizione fondamentale nel ciclo metabolico di tutte le cellule
del SNC;
- regolano il bilancio del K nello spazio extracellulare;
- hanno sistemi ionici per il trasporto e lo scambio in coppia di Na e
H e di Cl e bicarbonati;
- contribuiscono al mantenimento dell’integrità della barriera emato-encefalica;
- svolgono il compito di Antigen Presenting Cells (APC);
- hanno recettori per la maggior parte dei neurotrasmettitori;
- sono determinanti nella regolazione della risposta immunitaria cerebrale;
- producono il fattore neurotrofico gliale (GDNF), che protegge dalla degenerazione
i neuroni e li stimola a produrre più dopamina (Le Scienze, n°
389, gennaio 2001, pag 25: Un lentivirus contro il Parkinson. Da: "Science", 27 - 10 - 2000).
Rinviando per dettagli a Giovanni Pellegri (Energia per il Cervello.
Le Scienze, n° 373, settembre 1999, 50-58), riassumo qui di seguito
l'essenziale del suo articolo. Nel cervello umano adulto il consumo totale
di ossigeno e la produzione di anidride carbonica sono identici: questo
dimostra che il cervello, contrariamente ad altri organi, utilizza esclusivamente
il glucosio come substrato energetico. Il cervello umano contiene circa
mille miliardi di cellule. Di queste solo il dieci per cento sono neuroni,
il rimanente 90% è costituito da cellule gliali; ma sono i neuroni
a consumare la maggior parte dell'energia necessaria al cervello (i neuroni
necessitano di un contributo energetico supplementare per far funzionare
la pompa sodio-potassio). Nei neuroni le riserve di substrati energetici
sono quasi inesistenti, perciò i neuroni dipendono da altri componenti
(cellule) per l'approvvigionamento energetico. Al contrario dei neuroni,
gli astrociti contengono buone riserve di zucchero sotto forma di glicogeno.
Per sfruttare questa opportunità energetica, il neurone deve
inviare segnali agli astrociti, peraltro dotati (sulla membrana cellulare)
di numerosi recettori per i neurotrasmettitori. Gli astrociti rispondono
alla presenza di neurotrasmettitori e/o di altre sostanze, elaborate esclusivamente
nelle zone attive del cervello, modulando il loro metabolismo energetico.
Si deve dire che «Più i neuroni sono attivi e più glucosio
è assorbito dagli astrociti». La cascata degli eventi inizia
quando il glutammato è liberato dai neuroni alle sinapsi in seguito
ad un impulso nervoso. Il glutammato liberato si lega ai recettori situati
sulla membrana cellulare del neurone post-sinaptico modulandone l'eccitabilità.
Il glutammato è immediatamente rimosso dagli spazi extracellulari
grazie a proteine di membrana specifiche, dette proteine trasportatrici
(una di queste è la ATPasi Na e K dipendente, che vedremo in seguito),
situate essenzialmente sugli astrociti.
All'interno dell'astrocita il glutammato è trasformato in glutammina
dalla glutammina-sintetasi, un enzima esclusivamente astrocitario. La glutammina
(principale precursore di GABA e glutammato ( vedi nota 4 ))
sarà in seguito
messa a disposizione dei neuroni che, ripercorrendo la reazione all'inverso,
potranno rifornire le vescicole sinaptiche di un nuovo deposito di neurotrasmettitore.
«Il trasporto del glutammato è effettuato in parallelo con
quello di ione sodio che, per evitare di accumularsi, deve essere espulso
dall'astrocita. Ciò avviene grazie alla pompa sodio-potassio che
è presente anche sulla membrana degli astrociti. Essa si attiverà,
consumando energia, ogni qualvolta l'astrocita capta glutammato. L'attivazione
della pompa sodio-potassio dell'astrocita è il segnale che indica
la presenza, nelle vicinanze, di neuroni attivi». Il funzionamento
della pompa necessita di ATP e l'attivazione della pompa è associata
a un'entrata di glucosio nella cellula (nell'astrocita) e all'attivazione
della via metabolica della glicolisi.
Il catabolismo cerebrale del glucosio comincia nell'astrocita, dove
il glucosio viene trasformato in lattato senza utilizzo di ossigeno e con
produzione di due molecole di ATP che serviranno al funzionamento della
pompa sodio-potassio dell'astrocita e alla trasformazione del glutammato
in glutammina. L'astrocita ottiene così due molecole di ATP per
ogni molecola di glucosio assorbita, mentre il neurone ottiene due molecole
di lattato per ogni molecola di glucosio assorbita dall'astrocita. Dalla
biochimica (dosaggio degli iso-enzimi della latticodeidrogenasi, LDH5 e
LDH1) si ha la conferma che i neuroni hanno il bagaglio enzimatico dei
consumatori di lattato (LDH1), mentre gli astrociti hanno il bagaglio enzimatico
dei produttori di lattato (LDH5). In conclusione, «I neuroni attivi
ricevono, come principale substrato energetico, il lattato prodotto dagli
astrociti».
Vediamo ora, in Kimelberg e Norenberg ( vedi nota 4 ),
qualche altra funzione degli astrociti:
- Il flusso di ioni Na+ e K+ dà origine al potenziale d'azione;
perciò il livello di questi ioni nella regione attorno ai neuroni
deve essere regolato con la massima precisione. Mentre negli altri tessuti
gli ioni extracellulari sono in una spazio pieno di liquido, tutto lo spazio
disponibile attorno ai neuroni è occupato dagli astrociti (dai prolungamenti
fibrosi degli astrociti); mentre nel liquido extracellulare c'è
un elevato contenuto di Na+ , gli astrociti hanno una elevata concentrazione
interna di K+.
- L'avventizia dei capillari cerebrali è costituita dai podociti
degli astrociti. La barriera emato-encefalica (BEE) è costituita
dalle cellule endoteliali della parete vasale, ma sono gli astrociti ad
indurre le cellule endoteliali a formare le giunzioni strette e a produrre
gli enzimi che caratterizzano la BEE. Questo carattere anatomo-funzionale
spiega perché un danno cerebrale spesso ha come conseguenza una
gliosi, cioè un aumento di dimensione e di numero degli astrociti
(astrociti reattivi), fino alla cicatrice gliale.
- Gli astrociti non solo non impediscono la ricrescita dell'assone
e la rimielinizzazione; pare che gli astrociti reattivi svolgano addirittura
funzione riparatrice: infatti, essi possono secernere molti fattori di
crescita dei neuroni (vedi: astrociti radiali, in embriogenesi).
Fin qui ho ricordato le principali funzioni "positive" degli astrociti;
ma essi esplicano anche funzioni che, in particolari circostanze, diventano
"negative", dannose per l'individuo in cui quelle circostanze si verificano.
Vediamone le meglio chiarite e documentate:
- Nel parkinsonismo dei tossicodipendenti da 1-metil-fenil-1,2,3,6-tetraidroperidina
endovena (MPTP) è stato dimostrato che l'agente tossico è
un metabolita del MPTP, l'MPP+ «che distrugge un gruppo particolare
di neuroni e causa il parkinsonismo. La trasformazione dello MPTP in MPP+
viene effettuata da un enzima della classe delle monoaminoossidasi che
è stato individuato negli astrociti».
- «L'acido chinolinico è un normale sottoprodotto del
triptofano; tuttavia esso può agire in modo dannoso su una certa
classe di recettori del glutammato presenti sui neuroni, sopprimendo quindi
i neuroni stessi. Si è ora dimostrato che l'enzima che sintetizza
l'acido chinolinico è presente soprattutto, o forse anche esclusivamente,
negli astrociti. In presenza di un'anomalia della quantità di enzima
nell'astrocita, l'acido chinolinico tossico potrebbe essere prodotto in
eccesso, portando alla soppressione di specifici neuroni e quindi ai sintomi
della corea di Hungtington».
- «Tra i diversi fattori responsabili della Sclerosi Laterale
Amiotrofica (SLA), il principale sembra essere rappresentato da un innalzamento
dei livelli di glutammato extracellulare ("fenomeno eccitotossico" confermato
in pazienti con SLA, nei quali è stato effettivamente dimostrato
un innalzamento dei livelli di glutammato).
Il glutammato viene rilasciato
nello spazio extracellulare dalle cellule nervose durante la normale attività
sinaptica, ma la rimozione di questo neurotrasmettitore è principalmente
a carico delle cellule astrocitarie vicine ai neuroni. Il mantenimento
dei livelli fisiologici di glutammato, e quindi la prevenzione di fenomeni
neurodegenerativi indotti da un suo accumulo eccessivo, dipende dalla presenza
sulle cellule astrocitarie di molecole (trasportatori di glutammato) che
rimuovono il glutammato dallo spazio extracellulare trasportandolo all'interno
degli astrociti ( vedi nota 37 )».
Le principali molecole trasportatrici di glutammato sono chiamate GLAST
(EAAT-1) e GLT-1 (EAAT-2). «Una chiara indicazione del coinvolgimento
dei trasportatori nella SLA è dimostrata dalla diminuzione di GLT-1
registrata in alcuni pazienti; così come la diminuzione di GLT-1
in topi è stata vista causare degenerazione dei motoneuroni e fenomeni
patologici simili a quelli misurati in pazienti affetti da SLA ( vedi nota 37 )».
Il GLT-1 ha ruolo preponderante nel prevenire la neurodegenerazione; ma
si è visto che l'espressione di GLT-1 e GLAST è controllata
dall'attività sinaptica: il meccanismo di regolazione della quantità
di queste molecole trasportatrici è dovuto a un fattore solubile
che viene rilasciato durante l'attività neuronale; in seguito alla
morte neuronale questo fattore viene a mancare, causando la diminuzione
dei trasportatori ( vedi nota 37 ).
Per il meccanismo di regolazione reciproca sopra
descritto: la morte dei neuroni riduce l'espressione dei trasportatori
astrocitari; un "fattore esogeno" che riduca o blocchi l'espressione delle
molecole trasportatrici degli astrociti provocherà la morte dei
neuroni ad essi collegati. Infine, una sofferenza astrocitaria comporterà
una minor produzione di " fattore neurotrofico gliale GDNF ", con conseguente
minor produzione di dopamina e morte neuronale.
Per gli scopi del nostro studio, dopo aver ricordato che l'EAS può
essere indotta nei Ratti Lewis (astrociti produttori di Antigeni-HLA di
II classe), non può essere indotta nei Surmolotti (astrociti non
produttori di Antigeni-HLA di II cl), aggiungo che in risposta a stimoli
flogogeni, ad es.: per azione del Lipopolisaccaride batterico LPS ( vedi nota 2 ),
gli astrociti producono Interleukina-1 ( vedi note 5,6 ) e Interleukina-6 (che, tra l'altro,
stimola la produzione di immunoglobuline) ( vedi nota 7 ). «Le cellule dell'endotelio
vascolare sono capaci di rispondere a particolari attivatori di origine
batterica (LPS) e citochine prodotte dalle cellule circostanti (nel nostro
caso, dagli astrociti) mediante l'espressione sulla membrana cellulare
di "recettori di adesione", cui si legano in modo efficace e specifico
i corrispondenti ligandi presenti sui fagociti circolanti ( vedi nota 8 )».
Pertanto, innescati dagli astrociti, si verificano nel SNC i fenomeni
generali che coinvolgono gli endoteli nelle sedi d'infiammazione ( vedi nota 9 ): «Molti
tessuti possono venire danneggiati dalla sepsi (presenza nel sangue o nei
tessuti di batteri o loro tossine); il probabile meccanismo del danno tissutale
è un danno diffuso dell'endotelio, con stravaso di liquidi e microtrombosi
che riducono l'utilizzazione di ossigeno e di substrati da parte dei tessuti
colpiti. I mediatori derivati dai leucociti e i trombi di fibrina-leucociti-piastrine
contribuiscono alla patogenesi di questo danno, ma anche l'endotelio vascolare
stesso svolge un ruolo attivo. Stimoli quali LPS e TNFalfa inducono le cellule
dell'endotelio vascolare a produrre e liberare citochine, molecole procoagulanti,
PAF, fattori di rilasciamento derivanti dall'endotelio (ossido nitrico)
e altri mediatori; inoltre le molecole di regolazione dell'adesione cellulare
promuovono l'adesione di neutrofili alle cellule endoteliali.
L'attivazione delle cellule endoteliali può anche promuovere
incremento della permeabilità, trombosi microvascolare, CID e ipotensione.
Inoltre, l'integrità vascolare può essere danneggiata dagli
enzimi dei neutrofili (come l'elastasi) e dai metaboliti tossici dell'ossigeno,
così che ne può derivare emorragia locale. Negli animali
il blocco dell'adesione dei leucociti alla superficie delle cellule endoteliali,
per es., con anticorpi monoclonali contro ICAM-1, può prevenire
la necrosi tissutale in risposta alla somministrazione di endotossina ( vedi nota 9 )».
Infine, «una conferma al ruolo determinante degli Antigeni-HLA
di II classe (quindi, degli astrociti) viene dalla dimostrazione che anticorpi
anti Antigeni-HLA di II classe sono in grado di diminuire efficacemente
i danni causati dall'EAS ( vedi nota 4 )». Questi dati confermano negli Astrociti
produttori di Antigeni-HLA di II classe il "secondo fattore individuale"
della SM (vedi: SM).
Come è stato ricordato al congresso SNO-2000, in condizioni normali:
giunzioni strette e ridotta espressione di molecole di adesione «limitano
il passaggio di molecole e cellule di origine ematica attraverso la barriera
emato-encefalica (BEE)» ed «è ormai largamente accettata
l'ipotesi che un danno alla BEE è un evento essenziale e precoce
nello sviluppo delle lesioni demielinizzanti nella SM ( vedi nota 10 )». Inoltre,
i livelli sierici di s-ICAM (molecole di adesione cellula-cellula, solubili)
e lo s-ICAM index sono risultati «significativamente più alti
in pazienti SM non trattati con corticosteroidi, che in 17 pazienti NIND
(malattie neurologiche non infiammatorie, tra cui anche 4 pazienti con
malattia del motoneurone) ( vedi nota 11 )».
Dei complessi immuni circolanti (CIC) sappiamo che tra i più
importanti fattori che ne provocano la precipitazione ci sono la loro dimensione
(precipitano tanto più facilmente quanto più sono grossi)
e l'alterazione anatomo-funzionale della parete vasale.
I complessi imuni costituiti dalle tossine pertussiche e dai relativi
anticorpi sono di dimensioni enormi (la Tossina Pertussica, o Lymphocytosis
Promoting Factor, consta di un Dominio-A e di un Dominio-B, che a sua volta
è costituito da un anello proteico cui sono agganciate cinque lunghe
catene proteiche); le tossine pertussiche hanno uno spiccato tropismo elettivo
per i neuroepiteli; l'integrità della barriera microvascolare cerebrale
dipende soprattutto dal "comportamento" degli astrociti.
Queste osservazioni suggeriscono che, come l'encefalite allergica sperimentale
può essere indotta solo negli animali con astrociti produttori di
Antigeni-HLA di II classe, così la formazione delle placche (caratteristiche
della SM) si potrà avere solo nei soggetti con astrociti produttori
di Antigeni-HLA di II classe.
A questo punto possiamo dare una risposta alla prima domanda: in soggetti
con astrociti non-produttori di Antigeni-HLA di II classe le tossine pertussiche
e gli anticorpi specifici formano comunque complessi immuni; ma, la BEE
rimane anatomo-funzionalmente integra e i complessi immuni non possono
precipitare nel SNC, non si formano placche.
Nelle neuropatie pertussiche senza placche, che fine fanno i complessi immuni che si formano anche in questi casi?
A mia conoscenza, esistono almeno due possibilità di toglierli
dalla circolazione:
- "Smantellamento" ad opera del Sistema Reticolo-Endoteliale (SRE) ( vedi nota 12 );
- Fenomeno di Arthus.
Il primo meccanismo non necessita di approfondimenti; il secondo entra
in causa perché, come abbiamo visto anche nella SM, le manifestazioni
cliniche delle tossi-infezioni da Bordetelle dipendono dal rapporto che
s'instaura tra Bordetella e Ospite-Uomo.
Abbiamo visto che la Pertosse è una "malattia di superficie"
(Davis B.D. et Altri: Microbiology. Third Edition 1980. 699) e che nella
stragrande maggioranza dei casi di SM è dimostrabile una rino-sinusite
cronica. Sappiamo dall'immunologia che la formazione e la precipitazione
dei complessi immuni può avvenire con diverse modalità caratteristiche:
in una di queste «gli anticorpi specifici (circolanti) vengono a
contatto con l'antigene localmente (sperimentalmente l'antigene viene iniettato
sottocute), con formazione locale di complessi immuni e reazione infiammatoria
limitata al tessuto od organo in cui tale contatto antigene-anticorpo è
avvenuto (reazione di Arthus) ( vedi nota 13 )».
Sappiamo anche che con antigeni proteici (tali sono le tossine pertussiche)
si formano complessi immuni solubili solo in eccesso di antigene ( vedi nota 14 ) e in
fortissimo eccesso di anticorpi ( vedi note 12, 13 ); per il fenomeno di zona, in moderato
eccesso di anticorpi, in zona di equivalenza e in modesto eccesso di antigene
si formano complessi immuni di grosse dimensioni, che precipitano in loco
( vedi nota 13 ) e attivano il Complemento ( vedi nota 12 ). Anche i complessi immuni contenenti tossine
pertussiche possono essere catabolizzati per due vie:
- nella sede della loro formazione e precipitazione, quindi nella parete
mucosa e sottomucosa delle prime vie respiratorie;
- come qualsiasi altro complesso immune circolante, tolti dalla circolazione
sanguigna dal SRE (macrofagi; cellule endoteliali specializzate che rivestono
i sinusoidi del fegato, della milza e del midollo osseo; cellule reticolari
dei tessuti linfatici e del midollo osseo).
Nel primo caso (per fenomeno di Arthus) il soggetto avrà una rino-sinusite,
che potrà cronicizzare. Nel secondo caso, i complessi immuni circolanti
saranno rimossi dal circolo dal SRE.
Nelle neuropatie pertussiche senza placche, a quali meccanismi bio-molecolari sono dovuti i danni al SNC?
Visto che, anche nei soggetti con un difetto della barriera muco-ciliare
e con astrociti non-produttori di Antigeni-HLA di II classe, una re-infezione
da Bordetella Pertussis comporta sempre e comunque il passaggio di tossine
al di qua della barriera mucosa, cosa succede a quel punto?
DISCUSSIONE
La risposta viene dalla biologia e dal potere patogeno delle principali
tossine delle Bordetelle.
Abbiamo già visto l'essenziale della biologia molecolare e della
fisiologia ( vedi note 4 - 35 ). A tanto, basterà aggiungere che:
- l'acido glutammico (principale neurotrasmettitore eccitatorio del SNC)
agisce su due famiglie di recettori, i recettori ionotropi e i recettori
metabotropici; questi recettori sono accoppiati ai vari sistemi effettori
tramite proteine G ( vedi nota 38 ).
- gli astrociti producono il fattore neurotrofico gliale (GDNF), che protegge
dalla degenerazione i neuroni e li stimola a produrre più dopamina
(Le Scienze, n° 389, gennaio 2001, pag 25: Un lentivirus contro il
Parkinson. Da: "Science", 27 - 10 - 2000)
Prima di studiare il potere patogeno delle singole tossine pertussiche,
ad integrazione di quanto ho già ripetutamente ricordato per spiegare
l'eziopatogenesi della SM e per capire quali rapporti si possano stabilire
tra le Bordetelle e l'Uomo dopo una reinfezione, vediamo come sono fatti
questi batteri e come si comportano in funzione dell'ambiente nel quale
devono vivere e sopravvivere. Siccome, poi, le Bordetelle (BB) producono
tossine in misura diversa nelle diverse fasi di sviluppo del batterio,
ricordo che, nelle culture, le BB si presentano in quattro "fasi", in ordine
di patogenicità decrescente:
- Fase-S (BB di 1a generazione): massima virulenza; provviste di capsula;
provviste di fimbrie o pili (alla loro estremità portano le adesine,
vere e proprie catene di ancoraggio per le molecole di adesione vasali
e tissutali); producono tutte le tossine.
- Fase intermedia, perdono la capsula ed assumono aspetto filamentoso.
- Fase-R: hanno perso quasi tutta la virulenza, hanno perso le fimbrie e
non producono più tutte le proteine di parete (non producono più
Haemoagglutinina Filamentosa), ma producono ancora Tossina Pertussica e
Lipopolisaccaride.
- Fase-L : si sono trasformate in Sferoplasti, capaci di rigenerare il batterio
della fase-S appena le condizioni ambientali tornino ad essere favorevoli.
In questa fase, la Bordetella perde completamente la parete esterna; si
riduce come un uovo che abbia la sola tunica albuginea (pellicola interna);
in queste condizioni è sensibile alle condizioni osmotiche ambientali.
Indipendentemente dalla fase culturale in cui si trovano:
- gli stipiti che hanno perso la capacità di produrre la Tossina Pertussica
(PT) e l'Adenilatociclasi (ADN-C) sono completamente apatogeni;
- gli stipiti che possono produrre ancora PT e ADN-C sono ancora virulenti
(La Placa M.: Principi di Microbiologia medica. Esculapio, Bologna 1995..341).
La B. Pertussis ( vedi nota 15 ) si alterna in due stati differenti, uno virulento e
l'altro avirulento; diventa rapidamente avirulenta (non atossica) quando
cresce a 25°C (vicino alla temperatura delle narici) piuttosto che
a 37°C. Il ritorno dallo stato avirulento allo stato virulento avviene
rapidamente a 37°C, controllato da un gene regolatore centrale. Quando
il batterio si trova a temperatura più bassa (25°C) vengono
inattivati 20 e più geni; viene interrotta (sospesa) la sintesi
di alcune tossine (della Haemoagglutinina filamentosa e di altri fattori
di virulenza) e non vengono più espressi determinati antigeni superficiali
(proteine di parete). La B. Pertussis ( vedi note 15 - 17 ) avverte i cambiamenti dell'ambiente
col meccanismo generale della trasduzione del segnale, comune ad altri
sistemi batterici (Coli, Vibrio, Corynebacterium, Salmonella, ecc.); converte
un segnale ambientale (ad es, cambiamenti di temperatura o di concentrazione
di magnesio o di acido nicotinico) in espressione (o in repressione) di
certi geni (regolazione globale): è il fenomeno della "modulazione
fenotipica" , che è reversibile.
Oltre che da questo meccanismo, la produzione dei fattori di virulenza
da parte della B. Pertussis è regolata anche dalle "variazioni di
fase" (mutazioni genetiche dovute all'inserimento nel DNA di un singolo
nucleotide nell'operone vir-bvg; mutazioni che si verificano con una frequenza
di una ogni diecimila generazioni), cui consegue la perdita di fattori
di virulenza noti e la mancata produzione di varie altre proteine della
membrana esterna, ancora ad azione non ben definita ( vedi nota 17 ). L'importanza di
quest'ultimo meccanismo emerge dal ricordare che il tempo medio di duplicazione
di una cellula batterica oscilla da 10 a 60 minuti (La Placa: Op. Cit..
96-99). «L'espressione di fattori di virulemza è regolata
dall'operone vir in modo tale che l'ingresso nella cellula ospite possa
indurre la produzione dei "componenti" richiesti al mantenimento e alla
determinazione della malattia ( vedi nota 17 )».
Vediamo ora quali sono e cosa fanno le principali tossine pertussiche.
Agglutinogeni
Proteine contenute nella parete cellulare. Sono 14 antigeni tipo-specifici;
permettono la classificazione in sierotipi, ma le Bordetelle hanno la capacità
di cambiare sierotipo in vitro e in vivo ( vedi nota 16 ).
Lipopolisaccaride (LPS).
Termostabile, di natura lipopolisaccaridica, è contenuto nella
parete cellulare; possiede gli effetti abituali del LPS (induce produzione
di Interleukina-1, febbre, ipotensione, reazione di Shwartzman), è
pirogenico; è molto attivo come adiuvante. È forte attivatore
policlonale aspecifico timo-indipendente dei linfociti B; innesca la reazione
bi-direzionale tra macrofagi e linfociti T-helper, con produzione di gamma-interferon
e Interleuchina-2; esalta l'attività fagocitaria, microbicida e
citocida dei macrofagi; può indurre sintesi prolungata e ciclica
di IgM, alternata a formazione di complessi immuni ( vedi nota 18 ).
Tossina pertussica (PT) o Lymphocytosis Promoting Factor (LPF).
Contenuta nella parete cellulare; è una tossina pantropa ( vedi nota 19 ).
Il LPF ( vedi note 20, 21 ) è una grossa proteina composta da un monomero A
(dominio-A) e da un oligomero B (dominio-B). Il Dominio-A (Subunità
1) è un enzima che lega il gruppo ADP-riboso alle proteine associate
ai nucleotidi (proteine G, o Proteine N), le quali sono coinvolte nella
traslocazione dei segnali attraverso la membrana delle cellule eucariote.
Il Dominio-B (costituito nell'ordine dalle subunità : S2 - S4 -
S5 - S4 - S3) riconosce e aggancia i recettori specifici presenti sulle
membrane cellulari. Il complesso tossina-recettore modifica l'assetto proteinico
della superficie cellulare, favorendo la traslocazione all'interno della
membrana del Dominio-A enzimaticamente attivo. Le proteine modificate dal
Dominio-A sono una famiglia di proteine di membrana (proteine G, o proteine
N) che, nelle cellule eucariote, legano il nucleotide guanosina-trifosfato
(GTP) e regolano l'attività di diversi enzimi cellulari, tra cui
l'Adenilato-ciclasi (Adn-c).
In particolare, Adn-c è regolata da due proteine G:
- Gs, che ne stimola l'attività;
- Gi , che ne inibisce l'attività.
Gs riceve segnali dai recettori di membrana stimolatori (Rs), che a loro
volta ricevono messaggi dagli ormoni stimolanti, presenti nel medium extracellulare.
Sono Rs i recettori beta-adrenergici. Gi riceve segnali dai recettori inibitori
Ri , che a loro volta ricevono messaggi dagli ormoni inibitori. Sono Ri,
ad es., i recettori alfa-adrenergici. La tossina pertussica agisce sulla
proteina Gi , che viene ADP-ribosilata e bloccata nella forma inattiva,
incapace di trasmettere l'impulso inibitore dai recettori Ri all'Adn-c;
le cellule attaccate dalle tossine-BB sono incapaci di inibire l'attività
dell'Adenilciclasi. L'attivazione dell'Adn-c ad opera degli ormoni stimolanti,
non più regolata da Gi , produce aumento eccessivo di AMPc intracellulare;
l'aumento dell'AMPc provoca alterazione dei flussi ionici trans-membrana
(in particolare: impossibilità ad aprire i canali del K+) e secrezione
attiva di elettroliti e di fluidi.
Si tratta di meccanismi non immunologici che già spiegano perchè
e come "nella SM ( vedi nota 22 ) la mielina dapprima si rigonfia e poi si sgretola in
sostanza amorfa". Inoltre, la presenza della tossina-BB sulla membrana
di oligodendrociti ed astrociti realizza "l'alterazione di membrana" considerata
causa nota e dimostrata di autoimmunità ( vedi note 23, 24 ):
si ha esposizione
di determinanti antigenici nuovi, estranei (Dominio-B della tossina PT)
ed esternalizzazione di determinanti antigenici propri, prima non esposti
(Antigeni-HLA di II classe). Il LPF promuove linfocitosi; è un potente
mitogeno. La linfocitosi, in vivo, è dovuta soprattutto a ridistribuzione
dei linfociti B e T (soprattutto dei T, che rimangono nel sangue circolante
perchè il fissarsi del LPF alla loro membrana li rende incapaci
di rientrare negli organi linfoidi). In vitro, per effetto del LPF: in
seconda giornata ed in presenza di Antigen Presenting Cells si ha proliferazione
linfocitaria, essenzialmente dei linfociti-T (effetto mitogeno pari a quello
della concanavalina-A, ma con meccanismi e recettori differenti e che può
esser prevenuto con siero anti Thy-1); dal terzo giorno compare una attività
citotossica (che può essere inibita da siero anti-LPF) sia verso
cellule allogeniche, che verso cellule singeniche e dello stesso individuo
( vedi nota 20 ); si arriva, cioè, alla autocitotossicità.
«Le vie di regolazione nelle quali sono state dimostrate proteine
G sensibili alla PT comprendono: - inibizione dell'Adn-c (evidentemente
l'Adn-c endocellulare); - attivazione di fosfolipasi; attivazione di canali
ionici. Mentre molti degli effetti della PT dipendono dalla ribosilazione
dell'ADP, è chiaro che l'oligomero legante (Dominio-B) può
stimolare alcune risposte dalla superficie cellulare come l'azione mitogena,
l’attivazione piastrinica e la produzione di effetti insulino-simili ( vedi nota 17 )».
In più occasioni ho detto che le tossina PT agisce ADP-ribosilando
in modo irreversibile la proteina Gi e che il risultato finale di questa
reazione porta ad un aumento incontrollato (eccessivo) dell'AMP-c intracellulare.
In realtà, questo è il danno "immediato", non l'unico, prodoto
dall'ADP-ribosilazione delle proteine accettrici ad opera delle tossine
pertussiche. Per una più completa visione di quello che succede
nei neuroni, negli astrociti e negli oligodendrociti attaccati da queste
tossine, vediamo prima sinteticamente il ruolo fisiologico della ADP-ribosilazione.
Triade dell'ADPR.
(Riassunto da SUZUKI Hisanori: Una triade di enzimi
dalle molteplici funzioni. Le Scienze. N° 335. Luglio 1996. 74-79).
Per dettagli, vedi anche Alberts: Biologia Molecolare. Ed 1995. 275-285.
L'adenosina-difosfo-ribosio (ADPR) è parte della molecola del
nicotinammide-adenin-dinucleotide (NAD; NAD+ se è ossidato), coenzima
di numerosi enzimi coinvolti in importanti reazioni di ossido-riduzione.
L'ADPR si può trovare come poli-ADPR, mono-ADPR e ADPR-ciclico.
La poli-ADP-ribosilazione è catalizzata dalla Poli-ADPR-polimerasi
(PARP): un enzima ubiquitario nelle cellule eucariote, localizzato prevalentemente
nei nuclei, particolarmente abbondante nel testicolo, nel cervello, nel
timo. La PARP utilizza come substrato il NAD+ , richiede ioni Zn++ come
cofattori e per l'attività dell'enzima è necessaria la presenza
di DNA con punti di rottura su singolo o doppio filamento. Quest'ultima
caratteristica è molto importante perché il ruolo fisiopatologico
dell'enzima è proprio quello di attivarsi prontamente quando si
verifichino danni al DNA.
La poli-ADP-ribosilazione è coinvolta in vari processi vitali
degli organismi:
- replicazione del DNA;
- riparazione del DNA;
- decondensazione della cromatina;
- ricombinazione del DNA;
- espressione genica;
- differenziazione cellulare;
- proliferazione delle cellule;
- trasformazione tumorale delle cellule.
Alla base dell'intervento della PARP in tutti questi processi è
un fattore comune: un DNA con punti di rottura. Sinteticamente: la PARP,
dopo aver riconosciuta una rottura nel DNA, vi si lega e si attiva; le
proteine cromosomiche prossime ai punti di rottura, PARP e istoni compresi,
vengono ADP-ribosilate e allontanate dal DNA; si ha un rilassamento della
superstruttura della cromatina, che facilita l'accesso degli enzimi di
riparazione del DNA (DNA-elicasi-A e DNA-topoisomerasi-I); sulle proteine
allontanate dal DNA intervengono gli enzimi degradativi che ne staccano
il poli-ADPR. Se i danni al DNA non sono stati troppo gravi, il risultato
finale di queste reazioni è la ricostituzione di una catena di DNA
"normale".
La mono-ADP-ribosilazione è catalizzata dalla mono-ADP-ribosil-transferasi
(ADPRT). Questo enzima idrolizza il NAD+ in nicotinammide e ADPR, poi trasferisce
quest'ultimo alle proteine accettrici, catalizzando in tal modo solo le
prime due reazioni della PARP. «Mentre l'unico enzima capace di formare
polimeri di ADP-ribosio è la PARP, la reazione di mono-ADP-ribosilazione
può essere catalizzata da diversi enzimi. Alcuni batteri producono
tossine che, una volta entrate nelle cellule bersaglio, catalizzano la reazione
di mono-ADP-ribosilazione a carico di proteine di importanza fondamentale
per le cellule, con effetti che portano spesso alla morte delle cellule
infettate». Queste tossine modificano specificamente uno dei seguenti
amminoacidi presenti nelle proteine cellulari: arginina, cisteina, istidina
e asparagina. Agiscono in questo modo le tossine: colerica, botulinica,
pertussica (fissa una molecola di ADPR a un residuo di cisteina della proteina
Gi ), difterica, dello Pseudomonas aeruginoso, del Bacillus cereus e dello
Stafilococco aureo. Il risultato finale è che le proteine modificate
dalla ADP-ribosilazione batterica non possono essere più polimerizzate;
viene a mancare la possibilità di riparare i danni al DNA (vedi
sopra, la funzione della PARP).
Il terzo componente della Triade è l'ADPR-ciclico. Questo prodotto
viene sintetizzato ad opera dell'enzima ADPR-ribosil-ciclasi (ADPR-C) a
partire dal NAD+ . L'enzima ADPR-C si trova in quasi tutte le cellule eucariote
ed è dimostrato che la funzione fisiologica principale dell'ADPR-ciclico
è quella di mediare il rilascio del Calcio dai depositi cellulari.
Oltre alla ADP-ribosilazione tossinica, altri meccanismi biochimici
collegati alla Triade dell'ADPR possono provocare danni irreparabili ai neuroepiteli.
Il glutammato in alte concentrazioni induce la morte dei neuroni del
SNC. Si è visto che nelle cellule trattate con glutammato il DNA
viene rapidamente frammentato, con conseguente aumento sproporzionato della
sintesi dell'ADPR negli acidi nucleici e morte cellulare. L'aumento del
poli-ADPR e la successiva morte cellulare non avvengono se, prima del glutammato,
le cellule sono incubate con inibitori della PARP. Si pensa che i danni
al DNA dei neuroni trattati con glutammato siano indotti dal monossido
di azoto (NO), prodotto dall'enzima NO-sintetasi, la cui attività
dipende dalla concentrazione intracellulare di ioni Ca++.
Emoagglutinina filamentosa (HAF).
Proteina delle fimbrie. All'estremità delle fimbrie sono montate
le "adesine", catene che si ancorano alle molecole di adesione vasali e
tissutali. La HAF è il fattore principale dell'adesione alle ciglia
vibratili dell'epitelio respiratorio e alle cellule neuroepiteliali (anche
l'ependima, da cui derivano i neuroepiteli, inizialmente è ciliato);
ma, all'arrivo del batterio sulle mucose, fattori di adesione (diversi
dalla HAF) sono espressi 4-6 ore prima che cominci la produzione della
HAF ( vedi nota 17 ).
Tossina dermonecrotica (TDN).
Termolabile, contenuta nel citoplasma. Nota anche come "tossina letale
del topo", la TDN è responsabile delle lesioni necrotiche che si
verificano in sede di iniezioni intradermiche di B. Pertussis nel topo;
con meccanismo sconosciuto, causa contrazione della muscolatura liscia
vascolare e conseguente necrosi ischemica ( vedi nota 17 ).
La TDN «si libera
dalla cellula batterica insieme ad alcune vescicole che si formano sulla
membrana batterica esterna ed a spese della medesima; agirebbe attraverso
una vasocostrizione probabilmente mediata (comunque, associata) ad inibizione
delle ATPasi Na+ e K+ dipendenti ( vedi nota 19 )». Una molecola di ATPasi può
idrolizzare 100 molecole di ATP in un secondo e per ciascuna molecola di
ATP idrolizzata sono pompati tre ioni Na+ fuori e due ioni K+ dentro la
cellula. Il gradiente di Na+ prodotto dalla pompa regola il volume cellulare
(attraverso effetti osmotici si ha rigonfiamento o raggrinzimento della
cellula) e viene sfruttato anche per il trasporto di zuccheri e aminoacidi
all'interno della cellula. Metà delle necessità energetiche
di una cellula animale viene consumata per far funzionare questa pompa:
«nelle cellule nervose elettricamente attive, che acquistano ripetutamente
piccole quantità di Na+ e perdono ripetutamente piccole quntità
di K+ durante la propagazione degli impulsi nervosi, questa quantità
si avvicina ai due terzi delle necessità energetiche delle cellule
( vedi nota 25 )».
Citotossina tracheale (CTT).
Piccolo peptide, probabilmente derivato
dal peptidoglicano (enorme polipeptide, è il principale componente
della parete batterica; è anche detto "mucopeptide batterico" o
"mureina" ( vedi nota 26 ). È un peptide che causa ciliostasi e alterazioni cellulari.
I gonococchi producono un composto simile, che agisce in modo analogo distruggendo
le cellule epiteliali ciliate delle trombe di Falloppio ( vedi nota 27 ). CTT è
specificamente tossica per le cellule ciliate in cui blocca la sintesi
di DNA, con meccanismo sconosciuto ( vedi nota 28 ).
(Vedi: Triade dell'ADPR).
«È un tetrapeptide disaccaride derivato dal peptidoglicano,
chiaramente in rapporto con molecole con attività simili di altri
batteri, identico allo sleep-promoting factor (fattore inducente il sonno)
isolato dal sistema nervoso dei mammiferi ( vedi nota 17 )».
Nel maiale alla colonizzazione
delle mucose delle prime vie respiratorie da parte della B. Bronchiseptica
«segue l'elaborazione di prodotti tossici che diffondono verso i
turbinati provocandovi alterazioni del metabolismo, specie dirette al deposito
di calcio. Inoltre, verrebbe anche elaborata una esotossina ad attività
dermonecrotica capace, da sola, di provocare sperimentalmente lesioni caratteristiche
a carico dei turbinati. Tali lesioni sono da riferire, piuttosto che ad
osteolisi, a difetti dell'osteogenesi che si esauriscono prima della scomparsa
della B. Bronchiseptica dalle cavità nasali e consentono la rigenerazione
talvolta totale delle ossa nasali ( vedi nota 29 )». La CTT induce produzione
di Interleukina-1 e di ossido nitrico ( vedi nota 17 ).
Secondo Michel-Briand ( vedi nota 20 ), la citotossina tracheale e la dermonecrotica
sono la stessa tossina. Possiamo parlare di una citotossina tracheo-dermonecrotica
(TD) e possiamo riassumere dicendo che la TD è un piccolo frammento
della mureina; si forma a spese della membrana batterica, ma deriva dal
citoplasma ( vedi nota 34 ). La TD, se è un componente citoplasmatico, è
prodotta anche dalle BB in fase III e IV; se non è una proteina,
non è immunogena. Allora: in soggetti con astrociti non-produttori
di Antigeni-HLA di II classe, nelle colonizzazioni delle mucose rino-sinusali
da parte delle Bordetelle:
- non si producono anticorpi anti TD;
- non si formano complessi immuni contenenti questa tossina;
- la TD, passata nel sangue, va a fissarsi alle cellule neuroepiteliali interferendo
con i sistemi neuronali e astrocitari di sintesi del DNA e con tutte le
reazioni mediate dalle ATPasi Na+ e K+ dipendenti.
L'aumento del Ca intracellulare, risultante dall'eccessivo aumento dell'AMP-c
(per azione della tossina PT) e dalle reazioni che portano all'ADPR-c (nei
tentativi di riparazione del DNA), attiva la NO-sintetasi calcio-dipendente,
per cui si ha anche un'abnorme produzione di monossido di azoto (già
segnalata come azione della tossina Citotracheale).
Fattore sensibilizzante alla istamina (HSF).
Contenuto nella parete cellulare; è importante perché
nell'Uomo inibisce la risposta chemiotattica dei neutrofili, che normalmente
svolgono il ruolo principale nella difesa contro le Bordetelle (difesa
che è quasi esclusivamente aspecifica). Pare si identifichi con
il LPF.
Antigene protettivo (SPA).
È l'Antigene Solubile di Pillemer, o anche Fattore Stromato-Adesivo.
È parte della membrana citoplasmatica. Dopo ultracentrifugazione
differenziale, SPA corrisponde ad una parte della frazione 21 S (contenente
il 60% di proteina, il 30% di lipide, il 2% di esosamina) e si ritrova
nei batteri di fase I e di fase III; ha la stessa mobilità elettroforetica
del HSF e del LPF ( vedi nota 30 ).
Secondo Christie ( vedi nota 31 ) non è in rapporto con
gli altri antigeni, salvo forse il HSF; si lega in modo irreversibile agli
stromi dei globuli rossi umani. Questi stromi sono costituiti da glicosfingolipidi
simili a quelli di membrana dei neuroepiteli e sappiamo che il glicosfingolipide
GM1 agisce come recettore di superficie e contribuisce al legame della
cellula col medium extracellulare e con le altre cellule. Il tropismo biochimico
e la solubilità del Fattore SPA potrebbero avere ruolo patogenetico
nelle neuropatie da colonizzazione stabile delle mucose ad opera delle
Bordetelle. Infatti, gli anticorpi anti-GM1, dimostrabili nella SLA (Tavolato
B.: Neuroimmunologia clinica. Il Pensiero Scientifico Editore. Roma 1993.
220-223) potrebbero esser rivolti contro glicosfingolipidi di membrana
"modificati antigenicamente" dalla presenza del fattore SPA "fissatosi
irreversibilmente" al GM1 dei neuroni.
Adenilatociclasi (ADN-C, Adn-c).
Le ADN-C batteriche sono di due tipi:
- incapaci di penetrare nelle cellule eucariote, quindi prive di effetti
tossinici nei mammiferi;
- capaci di penetrare nelle cellule eucariote, quindi tossiche nei mammiferi,
in cui provocano aumento incontrollabile di AMP-c ( vedi nota 32 ).
L'ADN-C della Bordetella Pertussis sembra avere una sequenza attiva simile
a quella del colera. Questa tossina si fissa ad un recettore specifico,
il GM1 ganglioside (mono-sialosil-ganglioside); quindi, gli anticorpi anti-GM1,
nella SLA, possono essere rivolti (oltre che contro il complesso GM1 +
Fattore SPA) contro il GM1 della membrana neuronale complessato con l'ADN-C
(per la conseguente modifica antigenica della membrana dei neuroni). L'ADN.C
agisce attivando una ADP-ribosil-transferasi della cellula bersaglio (quindi
agisce in tutte le cellule che possiedono questo enzima); quando l'Adn-c
è già fissata al recettore tissutale, la sua tossicità
non è neutralizzata dall'anticorpo ( vedi nota 33 ).
Enzima extracitoplasmatico
( vedi nota 17 ) in grado di interagire e penetrare nelle cellule dei mammiferi (eucariote);
all'interno della cellula bersaglio, in presenza di Ca++ , l'Adn-c viene
attivata dalla Calmodulina endogena per catalizzare la produzione di AMP-c
dall'ATP.
L'eccessivo aumento di AMP-c intracellulare può sfociare anche
nella compromissione delle funzioni leucocitarie. L'Adn-c appartiene alla
famiglia delle tossine batteriche RTX (RTX = repeats in toxins); è
un importante fattore di virulenza di molti batteri Gram-negativi ( vedi nota 36 ), di
cui sono esempi, oltre questa tossina pertussica, l'emolisina dell'E. Coli
e una tossina dello Pseudomonas Aeruginoso; è responsabile della
zona di emolisi associata alla B. Pertussis virulenta ( vedi nota 17 ). Mutanti che
non producono ADN-C non sono virulenti nei topini ( vedi nota 17 ).
Tenendo presente il potere patogeno delle principali tossine pertussiche
e sapendo che in eccesso relativo di antigene (tossine > anticorpi) una
parte delle tossine non precipiterà a livello rino-sinusale come
complesso immune , dobbiamo aspettarci che le tossine eccedenti, pervenute
in circolo (tutte le tossine pertussiche passano nel sangue), andranno
a fissarsi ai neuroni, agli astrociti ed agli oligodendrociti e su tutti
esplicheranno il loro potere patogeno: si spiegano i danni al SNC nelle
neuropatie senza placche. La forma clinica di malattia dipenderà:
- dal potere patogeno delle tossine "prevalenti", quindi dal ceppo di Bordetella
che colonizzerà le mucose rino-sinusali di quel soggetto e dal rapporto
Bordetella / Ospite che si stabilirà in quel paziente.
- dal fenotipo (cioè, dalle caratteristiche metaboliche e recettoriali)
dei neuroni, degli astrociti e degli oligodendrociti, coinvolti (preferenzialmente
danneggiati dalle tossine) nelle varie forme cliniche di neuropatie.
CONCLUSIONI
Tenendo sempre presente che le tossine pertussiche hanno tropismo elettivo
per tutti i neuroepiteli (si fissano a neuroni, astrociti ed oligodendrociti),
in soggetti con difetto di barriera muco-ciliare, una re-infezione da Bordetella
potrà dare:
- In indivudui con astrociti produttori di Antigeni-HLA di II classe:
la sclerosi multipla.
- In indivudui con astrociti non-produttori di Antigeni-HLA di II classe,
a seconda del rapporto tossine / anticorpi (fenomeno di zona, reazione
di Arthus) e a seconda del fenotipo (cioè, delle caratteristiche
metaboliche e recettoriali) dei neuroni coinvolti e preferenzialmente danneggiati
dalle tossine pertussiche, varie forme cliniche di neuropatie senza placche:
Sclerosi Laterale Amiotrofica, Sindrome Pseudobulbare, Malattia del Motoneurone,
Distrofia Muscolare Neurogena, Emiparkinson, Tetraparesi spastica, Sclerosi
concentrica di Balò.
Le sostanziali differenze patogenetiche esistenti tra i due tipi di neuropatie
da B. Pertussis (con placche, o, senza placche) comportano una notevole
differenza nelle aspettative di "recupero funzionale":
- nella SM (danni da precipitazione di complessi immuni, senza attacco diretto
delle tossine ai neuroepiteli), si arresterà il decorso della malattia
e la progressione della disabilità, si avrà un recupero funzionale,
più o meno importante, a seconda delle condizioni di partenza;
- nelle neuropatie senza placche (le tossine attaccano direttamente i neuroepiteli)
i danni, già in atto al momento della diagnosi eziologica, non saranno
riparati. In attesa di farmaci che "rimuovano" le tossine pertussiche già
fissate ai neuroepiteli (cfr: tossina difterica, fattore di elongazione
EF2, nicotinammide in eccesso), i benefici verranno dalla tempestività
con cui sarà posta la diagnosi eziologica e sarà instaurato
il trattamento antibiotico specifico.
In tutte le neuropatie non eziologicamente etichettabili, potendosi modificare
favorevolmente la prognosi (quoad vitam e quoad valetudinem) grazie alla
diagnosi eziologica precoce e alla conseguente terapia antibiotica specifica,
emerge l'obbligo di ricercare con metodiche adeguate anche gli anticorpi
anti Bordetella. (Vedere esempio di referto ed E-M Scan)
RIASSUNTO
Avendo trovato nel 95,47 % di 92 pazienti con Sclerosi Multipla (SM)
una tossi-infezione da B. Pertussis (Fiore D.: Sclerosi Multipla. Congresso
SNO-2000,.96-99), e aspettandomi di trovare "negativi" i pazienti con neuropatie
diverse dalla SM, per confronto/verifica ho ricercato gli anticorpi antipertosse
in 10 pazienti neurologici in cui era stata esclusa la SM (le diagnosi
cliniche erano: Sclerosi Laterale Amiotrofica, Sindrome Pseudobulbare,
Malattia del Motoneurone, Distrofia Muscolare Neurogena, Emiparkinson,
Tetraparesi spastica, Sclerosi concentrica di Balò). In tutti questi
pazienti la RMN aveva escluso la presenza di placche; in due aveva segnalato
una gliosi. La ricerca degli anticorpi anti-Bordetella Pertussis (IgA e
IgG anti Haemoagglutinina Filamentosa; IgA e IgG anti Tossina Pertussica;
IgG e IgM totali), da me richiesta, è risultata positiva in tutti
i casi (Vedere esempio di referto ed E-M Scan).
Come si spiegano questi risultati?
- A. Neuropatie con placche.
- L'encefalite allergica sperimentale (EAS) s'induce solo negli animali
con astrociti produttori di Antigeni-HLA di II classe. Nell'Uomo, gli astrociti
mantengono l'integrità della barriera emato-encefalica (avventizia;
giunzioni strette; enzimi protettivi); sono Antigen Presenting Cells; attivati
da LPS e Citochine, stimolano l'espressione delle molecole di adesione
(recettori di adesione) da parte dell'endotelio vasale; producono il fattore
neurotrofico gliale (GDNF), che protegge dalla degenerazione i neuroni
e li stimola a produrre più dopamina. Gli astrociti produttori di
Antigeni-HLA di II classe (attivati dalle tossine pertussiche) fanno esporre
agli endoteli microvasali le molecole di adesione; i complessi immuni circolanti
(CIC), formatisi per l'incontro dele tossine pertussiche con i relativi
anticorpi specifici, nei piccoli vasi cerebrali precipitano: si ha la SM
(danni da precipitazione di complessi immuni circolanti: placche).
- B. Neuropatie senza placche.
- È dimostrato che anticorpi anti Antigeni-HLA di II classe inibiscono
l'insorgenza dell'EAS e che molecole di adesione solubili (s-ICAM) si trovano
nella SM, non si trovano nelle NIND (neuropatie non-infiammatorie, compresa
la SLA).
Con astrociti non-produttori di Antigeni-HLA di II classe, l'endotelio
vasale non esprime molecole di adesione; i CIC non precipitano nei vasi
del SNC; non si formano placche. I complessi immuni che si formano anche
in questi casi: o restano in circolo e finiscono metabolizzati dal Sistema
Reticolo Endoteliale; oppure (formandosi in moderato eccesso di anticorpi,
in zona di equivalenza o in modesto eccesso di antigeni) precipitano nella
mucosa e nella sottomucosa delle prime vie aeree (Fenomeno di Arthus).
Le tossine pertussiche eccedenti (non complessate) attaccano direttamente
i neuroepiteli.
Delle tossine pertussiche:
- Il Lipopolisaccaride (LPS) è forte attivatore policlonale aspecifico
timo-indipendente dei linfociti B; innesca la reazione bi-direzionale tra
macrofagi e linfociti T-helper (produzione di gamma-interferon e Interleuchina-2);
esalta l'attività dei macrofagi; può indurre sintesi prolungata
e ciclica di IgM, alternata a formazione di immunocomplessi.
- La tossina pertussica (PT o LPF) promuove la linfocitosi; è un potente
mitogeno; si fissa ad una proteina Gi (inibitrice) che regola l'attività
di diversi enzimi cellulari, tra cui l'adenilatociclasi, che (non più
inibita dalla Gi ) produce: aumento eccessivo di AMPc, alterazione dei
flussi ionici trans-membrana (incapacità ad aprire i canali del
K+) e secrezione attiva di elettroliti e di fluidi.
- La tossina dermonecrotica/citotracheale (tossina letale nel topo) inibisce
l'ATPasi Na+ e K+ dipendente (la principale pompa ionica dei neuroepiteli);
è specificamente tossica per le cellule ciliate (vedi: embriogenesi
dei neuroepiteli), in cui blocca la sintesi del DNA.
- L'Antigene Solubile di Pillemer (SPA) si fissa in modo irreversibile ai
glicosfingolipidi di membrana dei globuli rossi (presenti anche sulla membrana
dei neuroepiteli: GM1).
- L'adenilatociclasi pertussica penetra nelle cellule eucariote; si fissa
ad un recettore di membrana specifico, il GM1; agisce attivando una ADP-ribosil-transferasi;
in presenza di Ca++ , viene attivata dalla calmodulina endogena e provoca
produzione eccessiva di AMPc; appartiene alla famiglia delle tossine RTX
(repeats in toxins).
- I danni, che le tossine pertussiche produrranno sui neuroepiteli, saranno
facilmente prevedibili ricordando che:
- l'acido glutammico agisce su due famiglie di recettori, i recettori ionotropici
e i recettori metabotropici, questi ultimi accoppiati ai sistemi effettori
proprio tramite le proteine G; l'ADP-ribosilazione di queste proteine ad
opera della tossina PT interferisce con il metabolismo del principale neurotrasmettitore
neuronale;
- gli astrociti hanno recettori per quasi tutti i neurotrasmettitori; stimolati
da un fattore solubile neuronale, regolano il metabolismo del glutammato;
regolano il bilancio del K extracellulare; soddisfano il metabolismo energetico
neuronale (assorbimento del glucosio; rifornimento di glutammina al neurone);
producono il " fattore neurotrofico di derivazione gliale, GDNF ", che
protegge i neuroni dalla degenerazione.
CONCLUSIONI
Tenendo sempre presente che le tossine pertussiche hanno tropismo elettivo
per tutti i neuroepiteli (neuroni, astrociti, oligodendrociti), in soggetti
con un difetto della barriera muco-ciliare, una re-infezione da Bordetella
potrà dare:
- In individui con astrociti produttori di Antigeni-HLA di II classe: la
sclerosi multipla.
- In individui con astrociti non-produttori di Antigeni-HLA di II classe,
a seconda del rapporto tossine / anticorpi (fenomeno di zona, reazione
di Arthus) e a seconda del fenotipo (cioè, delle caratteristiche
metaboliche e recettoriali) dei neuroni, degli astrociti e degli oligodendrociti
preferenzialmente danneggiati dalle tossine pertussiche, le varie forme
cliniche di neuropatie: Sclerosi Laterale Amiotrofica, Sindrome Pseudobulbare,
Malattia del Motoneurone, Distrofia Muscolare Neurogena, Emiparkinson,
Tetraparesi spastica, Sclerosi concentrica di Balò.
Le sostanziali differenze patogenetiche esistenti tra i due tipi di neuropatie
da B. Pertussis (con placche, o, senza placche) comportano una notevole
differenza nelle aspettative di "recupero funzionale":
- nella SM (danni da precipitazione di complessi immuni, senza attacco diretto
delle tossine ai neuroepiteli), si arresterà il decorso della malattia
e la progressione della disabilità; si avrà un recupero funzionale,
più o meno importante, a seconda delle condizioni di partenza;
- nelle neuropatie senza placche (le tossine attaccano direttamente i neuroepiteli)
i danni, già in atto al momento della diagnosi eziologica, non saranno
riparati. In attesa di farmaci che "rimuovano" le tossine pertussiche già
fissate ai neuroepiteli (cfr: tossina difterica, fattore di elongazione
EF2, nicotinammide in eccesso), i benefici verranno dalla tempestività
con cui sarà posta la diagnosi eziologica e sarà instaurato
il trattamento antibiotico specifico.
In tutte le neuropatie non eziologicamente etichettabili, potendosi modificare
favorevolmente la prognosi (quoad vitam e quoad valetudinem) grazie alla
diagnosi eziologica precoce e alla conseguente terapia antibiotica specifica,
emerge l'obbligo di ricercare con metodiche adeguate anche gli anticorpi
anti Bordetella (Referto; E-m Scan).
BIBLIOGRAFIA
- Fiore D.: Sclerosi Multipla: Volume Abstract del Congresso Nazionale dei
Neurologi, Neuroradiologi e Neurochirurghi Ospedalieri (SNO). Otranto-2000.
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