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L´eziologia dello Spettro Autistico

genetica, ambiente, epigenetica


Autore:
Roberto Sacco
Policlinico Universitario Campus Biomedico

L´autismo presenta sottogruppi significativi da un punto di vista eziopatogenetico; “endofenotipi”, ossia tratti quantitativi di natura morfologica, elettrofisiologica, biochimica, immunologia, neuroradiologica, dotati di familiarità, ereditabilità, associazione con la patologia complessa di interesse. Ricerche future dovranno spiegare come queste influenzano il neurosviluppo, il comportamento e l´apprendimento e indicare le possibili opzioni terapeutiche.



L´autismo rappresenta un complesso disturbo pervasivo dello sviluppo caratterizzato dalla compromissione del linguaggio, della comunicazione e dell´interazione sociale, così come da modelli comportamentali ripetitivi e stereotipati, che compaiono prima dei 3 anni di età. (APA, 1994).


La nostra comprensione sulla patogenesi dell´autismo è ancora lontana dall´essere soddisfacente, nonostante nelle ultime due decadi vi siano stati sforzi notevoli per chiarire le basi genetiche e neurobiologiche della condizione. Da un lato, le diagnosi categoriche rappresentano solo una facile approssimazione di cui ci si serve nell´ambito della complessità clinica dei “disturbi dello spettro autistico” (ASD), un continuum dimensionale che va da minimi tratti autistici all´autismo conclamato (Piven et al., 1997).


Le comorbidità con epilessia e ritardo mentale, presenti rispettivamente nel 30% e nell´80% dei pazienti autistici, offre un livello ulteriore di complessità clinica (Fombonne, 1999; Tuchman & Rapin, 2002). D´altro canto, nonostante l´ereditabilità sia presente in più del 90% dei casi, un grado inaspettato di complessità è anche riscontrato a livello genetico. Infatti, questi importanti contributi genetici includono l´eterogeneità interindividuale, rare mutazioni “de novo” di tipo patogenetico, varianti comuni a numerosi loci che conferiscono suscettibilità o protezione, fenocopie, penetranza incompleta, instabilità genomica spesso accompagnata da mosaicismo germinale dei genitori, interazioni gene-gene e gene-ambiente (Persico & Bourgeron, 2006; Lintas & Persico, 2009).


Un terzo livello di complessità è rappresentato dalle basi neuroanatomiche della condizione. In generale, anomalie dello sviluppo, che conducono più tardi all´autismo, si verificano precocemente, come una ridotta apoptosi e/o eccessiva proliferazione cellulare, anomalie della migrazione cellulare, differenziazione e sinaptogenesi (Bauman & Kemper, 2005; Miller et al., 2005; DiCicco-Bloom et al.., 2006; Persico & Bourgeron 2006); dopo la nascita queste anomalie possono determinare una crescita eccessiva del corpo e del cranio in un ampio sottoinsieme di pazienti (Lainhart et al., 2006; Courchesne et al., 2007; Sacco et al., 2007). Comunque, studi neuroanatomici “post-mortem” hanno svelato un estremo grado di eterogeneità, senza che due cervelli mostrassero anomalie interamente sovrapponibili a livello microscopico. Insomma, il coinvolgimento del sistema nervoso centrale è accompagnato da segni e sintomi sistemici come la macrosomia (Lainhart et al., 2006; Sacco et al., 2007), disreattività immunitaria, anomala permeabilità intestinale con sintomi gastrointestinali (D´Eufemia et al., 1997) e peptiduria renale (Reichelt et al., 1997).


Queste anormalità sistemiche non sono semplici da collegare ai risultati neuropatologici, le basi genetiche e i sintomi comportamentali. Gli approcci “omici” dell´intero genoma, cioè lo studio comprensivo di tutti i geni e la loro funzione attraverso genomica, epigenomica, trascrittomica, proteomica, metabolomica, propongono una strategia alternativa ad ampio raggio, libera da ipotesi “a priori”, che può offrire un´utile informazione specialmente nei complessi disordini poligenici come ASD. L´avvento delle tecnologie dei “microarray” ha contribuito significativamente al progresso dell´approccio “omico”. Il numero degli studi pubblicati focalizzati sui disordini neuropsichiatrici è ancora relativamente limitato, ma è destinato ad aumentare rapidamente.


Per avviarci verso una classificazione degli “autismi” fondata sulla fisiopatologia, si è cercato di identificare sottogruppi di pazienti relativamente omogenei dal punto di vista eziopatogenetico. Questi studi hanno essenzialmente perseguito due strategie diverse ma complementari, ossia la definizione di endofenotipi specifici e lo studio della genetica. Da un lato, si è cercato di identificare degli “endofenotipi”, ossia tratti quantitativi di natura morfologica, elettrofisiologica, biochimica, immunologia, neuroradiologica, e così via, dotati di (a) familiarità, (b) ereditabilità, (c) associazione con la patologia complessa di interesse (Gottesman & Gould, 2003).


Alcuni tra i più comuni esempi di endofenotipi presenti in sottogruppi di pazienti autistici sono la macrocefalia/macrosomia (Sacco et al., 2007), la presenza di piccoli dismorfismi o malformazioni (Tripi et al., 2008), elevati livelli plasmatici di serotonina (Piven et al., 1991), bassi livelli plasmatici di ossitocina o di melatonina (Melke et al., 2008), un´anormale escrezione di soluti urinari (Reichelt et al., 1981; Sacco et al., 2010), alterati parametri immunitari (Serasella et al., 2009).


Dall´altro, è noto come l´autismo rappresenti il disturbo psichiatrico più “genetico”, cioè quello con le più alte stime di ereditabilità (>90%), e con un rischio di ricorrenza tra fratelli e sorelle di bambini autistici pari al 5-6% per il disturbo autistico ed al 15% circa per tratti dello spettro autistico, cioé superiore di ben 10-30 volte rispetto all´incidenza del 2-6:1.000 nati registrata nella popolazione generale (per “review” sulla genetica dell´autismo, vedi Persico & Bourgeron, 2006, ed Abrahams & Geschwind, 2008).


Studi di linkage e di associazione hanno identificato numerosi geni di suscettibilità posti in varie regioni cromosomiche, specialmente 2q, 7q, 15q e sul cromosoma X. Anche la presenza di tratti di spettro in molti familiari di primo grado suggerisce l´esistenza di un importante componente genetica nei ASD (Piven et al., 1997; Wheelwright et al., 2010).


Il recente avvento delle tecnologie di analisi genomica basate sui microarray ha enormemente aumentato la capacità di identificare delezioni e duplicazioni. Le “copy number variants” (CNV) sono microdelezioni e microduplicazioni di almeno 1000 paia di basi, ma abitualmente di dimensione tra 1 kb e 2 Mb. Non sono evidenziabili tramite le abituali tecniche di cariotipizzazione, mentre sono invece rilevabili mediante tecniche quali l´array-Comparative Genome Hybridization (CGH), oppure microarray per polimorfismi a singolo nucleotide (SNP), che rispettivamente utilizzano come sonde dei Bacterial Artificial Chromosomes (BAC) oppure degli oligonucleotidi ordinati in un microarray. Queste metodiche stimano il numero di alleli sulla base dell´intensità del segnale proveniente da ogni singole sonda.


La presenza di una delezione può inoltre essere suggerita dalla presenza di una serie di SNP in omozigosi. E´ importante notare che l´affidabilità dei microarray è maggiore per le delezioni rispetto alle duplicazioni, perchè l´intensità del segnale proveniente da un allele è inferiore del 50% rispetto a quella prodotta da 2 alleli, mentre 2 alleli sono inferiori solo del 33.3% rispetto a 3 alleli. Inoltre microdelezioni e microduplicazioni potenzialmente patogene devono essere confermate mediante una seconda tecnica (abitualmente la PCR quantitativa).


Il ruolo dei CNVs nell´autismo è stato oggetto di vari recenti articoli di “review” (Merikangas et al., 2009; Weiss, 2009). In generale, gli studi iniziali suggerivano l´esistenza di un´associazione tra autismo e CNV, presenti in media nel 6%-10% dei pazienti contro l´1%-3% dei controlli; questo dato veniva interpretato come derivante da una patologica instabilità genomica. In realtà studi successivi non hanno confermato un eccesso quantitativo di CNV, mentre appare più importante la localizzazione dei CNV, che nell´autismo colpiscono più spesso regioni geniche codificanti, quindi funzionalmente attive: alcuni tra i geni colpiti sono coinvolti in fenomeni critici per il neurosviluppo, quali la sinaptogenesi, la proliferazione cellulare, l´ubiquitinazione, il segnale mediato da GTPasi/Ras (Merikangas et al., 2009; Weiss, 2009). Rivedremo molti di questi loci nella disamina degli autismi monogenici di più recente identificazione.


Talvolta risulta difficile definire se in un paziente autistico un CNV rappresenti la vera causa di condizione, un fattore di rischio, oppure un fenomeno casuale e non correlato alla patologia. A causa di questa difficoltà nel distinguere CNV patogenetici da CNV benigni, un pannello di esperti ha recentemente emesso un “consensus statement” nel quale si forniscono alcune linee guida, sottolineando soprattutto la maggiore sicurezza nel definire patogenetici i CNV de novo, ossia presenti nel bambino affetto ma assenti in ambedue i genitori (Miller et al., 2010).


La maggior parte dei CNV patogenetici si ritrova in un singolo paziente, sia per dimensione, sia per localizzazione cromosomica. Sono state tuttavia descritte alcune sindromi da CNV ricorrenti, ossia microduplicazioni e microdelezioni identiche o quantomeno molto simili presenti in vari pazienti (Merikangas et al., 2009; Weiss, 2009). I CNV patogenetici spesso (ma assolutamente non in tutti i casi) si associano a malformazioni, dismorfismi facciali, sintomi neurologici, autismo oppure semplici tratti di spettro, se non addirittura disturbi comportamentali al di fuori dello spettro autistico, spesso presenti nei fratelli e sorelle che condividono lo stesso CNV con un individuo autistico.


Allo stato attuale, solo il 10% circa dei casi può essere inquadrato negli autismi sindromici ed un altro 7-15% può essere spiegato come conseguenza di CNV o mutazioni rare.


Il restante l´80% dei pazienti rimane nell´alveo dell´autismo “idiopatico” o “primario”, che sappiamo avere una importante base genetica.


Alcuni ritengono che quasi tutti i casi di autismo altro non siano se non i portatori di mutazioni o CNV rari, se non addirittura “privati”, e che solo il sequenziamento del genoma del singolo paziente potrà condurci ad una conoscenza approfondita della eziopatogenesi del disturbo nello specifico del singolo paziente (Baxbaum, 2009).


Altri studiosi ritengono che anche la coincidenza in un unico individuo di molte varianti genetiche comuni possa causare la condizione direttamente o indirettamente, ad esempio abbassando la soglia di sensibilità ad agenti ambientali patogeni.


Esula dagli scopi di questa presentazione rivedere i dati relativi alle basi genetiche dell´autismo idiopatico, specialmente in riferimento alle varianti genetiche comuni (il “background genetico”) in grado di conferire vulnerabilità pur non causando direttamente la condizione (per review vedi Persico e Bourgeron, 2006, nonché Abrahams e Geschwind 2008).


L´evidenza sperimentale attualmente disponibile chiama maggiormente in causa i geni Reelin (RELN), protooncogene MET, recettore per l´ossitocina (OXTR), contactin-associated protein-like 2 (CNTNAP2), engrailed 2 (EN2), recettore β3 per il GABA (GABRB3), trasportatore della serotonina (SLC6A4) e subunità β3 dell´integrina (ITGB3).


In una prospettiva applicativa, per i prossimi anni potrà ancora essere più semplice stimare il rischio di autismo a partire da alcune varianti genetiche comuni ben conosciute (per un primo esempio di questo approccio, veri Carayol et al., 2010), piuttosto che cercare di identificare tutte le molteplici mutazioni rare o CNV in grado di causare la condizione.


Comunque la definizione dell´esatta patogenesi dell´autismo nel singolo paziente è destinata a divenire progressivamente più importante, mano a mano che il sequenziamento dell´intero genoma di un individuo entrerà nel corrente uso clinico. Una ulteriore spinta in questa direzione proviene dai risultati sorprendenti che nuovi trattamenti farmacologici mirati stanno evidenziando in modelli animali di sindrome da X fragile, sindrome di Rett ed aploinsufficienza del gene PTEN, persino in topi nei quali il trattamento viene avviato in età adulta (Zhou et al., 2009; Dölen et al., 2007; Tropea et al., 2009). Questi inattesi successi sperimentali dimostrano come una crescente comprensione della patogenesi molecolare degli autismi possa portare alla definizione di interventi farmacologici mirati, in grado di migliorare i sintomi dell´autismo e non solo le comorbidità.


Studi di espressione neuropatologici, immunologici e dell´intero genoma eseguiti “post-mortem” e in vivo, documentano collettivamente due principali disfunzioni di natura immunitaria nell´autismo, ovvero (a) una basale iperespressione di citochine proinfiammatorie insieme a una riduzione delle risposte immunitarie acquisite e innate scatenate da uno stimolo, e (b) la presenza di autoanticorpi verso antigeni self localizzati nel SNC (Cohly & Panja, 2005).


Il pattern di espressione presente nella maggior parte dei cervelli autistici ha documentato un evento autoimmune in fase tardiva piuttosto che una risposta autoimmune acuta o un´attivazione immune non-specifica presente in malattie neurodegenerative (Garbett et al., 2008).


La presenza della componente immunitaria innata o acquisita, insieme con modelli animali che dimostrano anormalità del neurosviluppo scatenate da infezioni virali mediate dall´iperespressione di citochine materne durante la gravidanza, plausibilmente focalizza l´attenzione su un fattore scatenante potenzialmente virale per la precoce insorgenza di un processo autoimmune cronico che porta a un neurosviluppo alterato e a un´attivazione persistente del sistema immunitario nel cervello dei pazienti autistici.


Ricerche future dovranno spiegare come queste anomalie immunitarie sopraggiungono e com´è si mantengono, svelare il meccanismo attraverso il quale influenzano il neurosviluppo, il comportamento e l´apprendimento sia a breve che a lungo termine, e indicare le possibili opzioni terapeutiche capaci di contrastare i principali processi patologici dell´autismo.


Di genetica, ambiente ed epigenetica nell´ASD si parlerà al convegno: Tutti i colori dello Spettro, 13-15 giugno 2014, Roma.



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