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Lo stress ossidativo nello spettro autistico

Intervista con Claudio De Felice e Joussef Hayek


di David Vagni

Secondo gli studi più recenti l´autismo e più in generale lo spettro autistico deve la sua eziologia ad una componente genetica raramente riducibile al malfunzionamento di un singolo gene, ma al contributo di diverse anomalie genetiche in interazione tra loro e con l´ambiente.
Diversi studi si stanno svolgendo riguardo il ruolo dell´ambiente nello sviluppo di condizioni dello spettro autistico e sondano il possibile contributo di agenti infettivi, sostanze chimiche, ormoni, farmaci, deficit nutrizionali ed altri fattori come l´età dei genitori, complicanze durante il parto e lo stress.




L´individuazione di fattori di rischio ambientali potrebbe consentire la prevenzione e probabilmente la messa a punto di terapie per ridurre od evitare le problematiche che colpiscono questa condizione.


Molte sostanze chimiche sono sotto accusa e di alcune ne abbiamo già parlato, ultimamente un gruppo di ricercatori italiani ha svolto due studi.


Il primo studio “Non-protein-bound iron and 4-hydroxynonenal protein adducts in classic autism” identifica un deficit nel processo di ossidoriduzione con un conseguente sbilanciamento tra stress ossidativo e le naturali difese antiossidanti. Il secondo studio “Di(2-ethylhexyl)phthalate and Autism Spectrum Disorders” identifica una categoria di composti, gli ftalati che aumentano notevolmente il rischio di sviluppare un disturbo dello spettro autistico. Gli ftalati sono sostanze usate nell´industria chimica come plastificanti e quindi largamente diffusi in molti oggetti di uso comune.


SpazioAsperger ha intervistato due ricercatori che hanno partecipato ad entrambi gli studi, il Dott. Claudio De Felice dell´ Unità di Terapia Intensiva Neonatale, Policlinico “Le Scotte” di Siena e il Dott. Joussef Hayek dell´Unità di Neuropsichiatria Infantile, Ospedale Universitario AOUS, Siena.



Può spiegare ai nostri lettori cosa si intende per "stress ossidativo" e quali sono le ipotesi a riguardo relativamente all'eziologia dell'autismo?


Un certo grado di stress ossidativo (SO) è presente in tutti gli organismi viventi aerobi, cioè che utilizzano ossigeno (O2), specie umana ovviamente compresa. Per questo si parla di doppia faccia dell´O2: da una parte ci da la vita e dall´altra è ritenuto indirettamente responsabile di molte nostre malattie e, secondo una teoria molto accreditata, dell´invecchiamento e quindi della durata stessa della nostra sopravvivenza. Il termine “stress ossidativo” è stato introdotto per identificare tutte quelle circostanze in cui l´equilibrio tra stato pro-ossidante e antiossidante è spostato a favore delle ossidazioni. Una condizione di SO s´instaura quando, nell´organismo, è presente un eccesso di specie chimiche reattive dell´ossigeno (ROS), secondario ad un´aumentata produzione delle stesse, e/o ad una ridotta efficienza dei fisiologici sistemi di difesa antiossidante. I ROS così prodotti possono danneggiare le principali componenti cellulari, tra cui i lipidi di membrana. Sebbene potenzialmente pericolosi, i ROS (soprattutto il perossido di idrogeno, H2O2, e l´anione superossido) possono essere prodotti fisiologicamente negli organismi che vivono in presenza di ossigeno e giocare un importante ruolo nel signaling (segnalazione n.d.R.) intracellulare, nella regolazione trascrizionale (la trascrizione è il processo mediante il quale le informazioni contenute nel DNA vengono trascritte in una molecola complementare di RNA portando, nel caso di geni codificanti, alla produzione di proteine N.d.R.) e nella risposta immunitaria. E´ noto che la formazione di ROS può essere incrementata da fattori esogeni, quali l´esposizione a radiazioni ionizzanti, al fumo di sigaretta, a farmaci, a xenobiotici e a chemioterapici; a cambiamenti della pressione parziale dell´ossigeno. L´H2O2 e l´O2•− sono molecole di per sé poco reattive; la loro pericolosità è dovuta al fatto che questi composti possano reagire con eventuali metalli di transizione (ferro, rame) presenti in forma non legata a proteine, e dare luogo al radicale idrossile, il più potente ossidante presente nei sistemi biologici, mediante la reazione di Fenton e il cosiddetto ciclo di Haber-Weiss. Il ferro rappresenta un fattore essenziale per la crescita degli esseri viventi e rappresenta il più importante metallo di transizione presente nell´organismo. Normalmente il ferro è trasportato, utilizzato ed immagazzinato in specifiche proteine, in modo tale da prevenire o minimizzare le interazioni con i ROS. L´esposizione a tali specie chimiche reattive, ha determinato, negli organismi eucarioti, lo sviluppo di una serie di meccanismi di difesa in grado di detossificare i ROS e riparare i danni di natura ossidativa al DNA, ai lipidi e alle proteine. I principali enzimi ad attività antiossidante sono rappresentati dalla superossido dismutasi (SOD), catalasi, glutatione perossidasi (GSH-Px) e tioredossina, mentre i fattori non enzimatici più importanti sono il glutatione, i flavonoidi e le vitamine. E´ noto che un corretto bilanciamento tra sostanze ossidanti ed antiossidanti (il cosiddetto equilibrio ossido riduttivo o equilibrio redox) è essenziale per numerose funzioni fisiologiche. Infatti molte proteine coinvolte nelle catene di trasduzione intracellulare del segnale (recettori, chinasi e fosfatasi, fattori di trascrizione) sono estremamente sensibili a minime alterazioni dell´equilibrio. Alterazioni di minore entità hanno solitamente un significato fisiologico, di “modulazione” (per esempio nella proliferazione e nel differenziamento cellulare), mentre gli squilibri maggiori finiscono facilmente per produrre disfunzioni, danno cellulare, apoptosi o necrosi (morte cellulare n.d.R.). E´ quindi evidente che un´efficiente funzione difensiva è essenziale per la sopravvivenza. Infatti, i modelli sperimentali knock-out (modelli animali in cui alcuni geni sono stati disattivati artificialmente n.d.R.) per geni mitocondriali essenziali nella risposta antiossidante (tra cui la glutatione perossidasi 4, la tioredossina 2 e la superossido dismutasi 2) presentano mortalità precoce.


Recentemente la ricerca si è focalizzata sul ruolo dei ROS a livello neuronale e del sistema nervoso, data l´evidenza di marker di SO nelle malattie neurodegenerative (e “neuro-regressive” in generale) e di mutazioni patogene in proteine antiossidanti di difesa. Rispetto agli altri organi, il cervello presenta una maggiore vulnerabilità al danno da ROS a causa della elevata concentrazione intrinseca di lipidi insaturi, dell´elevato metabolismo, degli elevati livelli di ferro cellulare a fronte dei livelli relativamente ridotti di enzimi deputati all´eliminazione di radicali liberi. Per questo motivo, da tempo si sospetta un ruolo dello SO nella patogenesi dell´autismo.


Se ho ben capito esistono due filoni di indagine. Uno consiste nell'analizzare le deficienze di antiossidanti e l'altro nell'individuare marker di stress ossidativo. In qualche misura quindi nel primo caso si individuano del fattori di rischio per il verificarsi del secondo. Deficit di antiossidanti possono provocare danni a livello neurologico anche in assenza di marker da stress ossidativo? E' possibile, a livello fenotipico, distinguere una persona che ha subito un forte stress ossidativo legato ad una sovraesposizione da una che invece ha avuto una esposizione nella norma ma ha difetti a livello di antiossidanti? In parole povere è possibile comprendere quando lo stress ossidativo è "causa" e quando "conseguenza" dell'autismo? E' probabile che sia entrambe?


Le domande sono stimolanti, ma purtroppo risposte definitive e precise finora non esistono. Teoricamente deficit di antiossidanti senza aumento dei pro-ossidanti potrebbero provocare un danno neurologico causato da stress ossidativo, ma la situazione che si osserva in pratica è una combinazione fra i due elementi: marker di SO che aumentano in combinazione con difese antiossidanti che si riducono. Non è possibile finora distinguere a livello fenotipico un pazienti con deficit isolato di antiossidanti da un paziente con aumento isolato di pro-ossidanti: la spiegazione più semplice probabilmente risiede nel fatto che questi due elementi non esistono in forma isolata. Uno dei problemi che i ricercatori devono affrontare ogni volta che riscontrano uno sbilanciamento ossidativo è capire se si tratta di un fenomeno “primario” (= causa) o “secondario” (epifenomeno). E´ praticamente impossibile stabilire un rapporto di causa-effetto in ambito di una ricerca clinica. Per questo scopo è fondamentale disporre di modelli animali sperimentali della patologia che siano validi. Nonostante i numerosi tentativi di sviluppare modelli animali di autismo la ricerca è da considerare tuttora in corso.


Quanta parte dell'aumento odierno di diagnosi di ASD è imputabile al cambiamento dei criteri diagnostici e quanto alle modificate condizioni di vita (come l'aumento dell'inquinamento, l'uso di prodotti chimici, etc.)?


Una analisi molto precisa di questo problema è stata eseguita dalla prof.ssa Martha Herbert del Massachussets General Hospital di Boston: possiamo stimare che del noto aumento di prevalenza di ASD (da 1:5000 a metà degli anni ´70 a 1:110 nel 2009) circa +200% di aumento sia dovuto alla variazione dei criteri diagnostici e alla maggiore consapevolezza del problema, mentre resta da spiegare il restante + 400% di aumento della frequenza di ASD nella popolazione dentro il quale possono rientrare i fattori esogeni fra i quali quelli che lei correttamente ci segnala.


Lo stress ossidativo non riguarda solo l'autismo ma è un potenziale fattore di rischio di diverse patologie, sia neurologiche che relative ad altri sistemi corporei, da questo punto di vista, nei bambini ASD con alto stress ossidativo, avete evidenziato particolari co-morbidità?


Verissimo. L´analogia fra ASD e altre patologie neuro-regressive ci ha in effetti condotto ad esaminare dal punto di vista ossidativo patologie neurologiche di alto impatto sociale quali l´Alzheimer e la sclerosi multipla: le indagini sono attualmente in corso, con risultati preliminari che sono estremamente incoraggianti. D´altra parte, non abbiamo finora riscontrato co-morbidità particolari per i pazienti autistici in funzione del grado di stress ossidativo, ma per questo tipo di analisi sarà ovviamente indispensabile uno studio epidemiologico condotto su ben più vasta scala.


Farmaci come antiepilettici, neurolettici, stabilizzatori dell'umore, etc.. come influenzano lo stress ossidativo nei pazienti?


E´ noto che alcuni antiepilettici (VPA e CBZ in particolare) possono parzialmente influenzare il livello di stress ossidativo. Nei nostri studi non abbiamo però riscontrato correlazioni significative derivanti dall´uso dei farmaci utilizzati dai pazienti.


Ci può descrivere rapidamente quali marker siete andati a studiare nei vostri studi ed il loro ruolo a livello neurologico?


Esistono numerosi marker attualmente disponibili per misurare lo stress ossidativo in clinica. In questo particolare studio abbiamo misurato il ferro libero (non complessato a proteine) (NPBI), gli addotti proteici del 4-idrossi-nonenale (4-HNE-PAs) e i livelli di glutatione (GSH). Le inviamo, per completezza, una nostra tabella che spiega il significato dei vari marker di stress ossidativo ed una che sintetizza le attuali conoscenze relative allo stress ossidativo e alle difese antiossidanti nello Spettro Autistico.


Avete trovato qualche nesso tra la profondità della sintomatologia autistica, quoziente intellettivo e livello di questi marker?


Non abbiamo finora evidenziato correlazioni significative fra gravità dell´autismo e livello dei marker di stress ossidativo. Una possibile spiegazione è la presenza di un effetto “tutto-o-nulla” (presenza/assenza di sbilanciamento ossidativo).


Immaginiamo una famiglia in cui esiste già una persona autistica con un difetto in alcuni antiossidanti. Pensa che in futuro, magari collegando la biologia degli antiossidanti a marker genetici, sarà possibile cercare di prevenire l'autismo nei fratelli cercando di ridurre l'esposizione ad agenti ossidativi o attraverso l'integrazione con farmaci antiossidanti studiati ad hoc?


Si ha spesso l´impressione che la ricerca scientifica e la vita quotidiana dei pazienti corrano su binari, anche se paralleli, piuttosto differenti: i ricercatori si ritengono possessori di superpoteri che ci consentono di scoprire cose sempre nuove e affascinanti, mentre le famiglie vedono dall´esterno tutta questa attività scientifica come una chiocciola che arranca troppo lentamente sul terreno. Il nostro studio non fa naturalmente eccezione a questa regola generale. Tuttavia conoscere l´importanza dello stress ossidativo in questa patologia ci può aiutare da una parte ad immaginare scenari con diete ricche di antiossidanti e ben bilanciate nel rapporto degli acidi grassi polinsaturi omega 6/omega 3) e dall´altra spingerci a studiare l´effetto degli antiossidanti a livello molecolare per tentare identificare le vie di controllo genetico dello stress ossidativo che possono, in un futuro che immaginiamo molto meno lontano rispetto ad eventuali terapie geniche, diventare interessanti target terapeutici e/o utili per la prevenzione.


Grazie mille.


Grazie a Voi per l´interesse nei confronti della nostra ricerca!
Cordialmente,
Claudio De Felice e Joussef Hayek.
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