Con la ricerca che avanza, sempre più di frequente si riescono a individuare nel sangue «orme», i biomarcatori, lasciate dalle malattie finora «imprendibili»: come, per esempio, il Parkinson e l’Alzheimer. Seguendo queste tracce, è possibile arrivare il prima possibile a una loro individuazione precoce. Quando, probabilmente, gli interventi terapeutici risulterebbero più efficaci.
GFAP come Marcatore Promettente
Va in questa direzione la scoperta effettuata da un gruppo di scienziati dell’Edith Cowan University di Perth (Australia), mirata alla formulazione della diagnosi di malattia di Alzheimer attraverso un esame del sangue. Gli scienziati ricordano che la proteina Gfap si trova normalmente nel cervello, ma viene rilasciata nel sangue quando quest’ultimo viene danneggiato dai primi segni dell’Alzheimer. Malattia che colpisce 35 milioni di persone nel mondo e che oggi viene identificata con esami del fluido spinale o con la scansione cerebrale.
Il responsabile del gruppo di ricercatori, Ralph Martins (direttore del Centro di eccellenza per la ricerca e la cura della malattia di Alzheimer della Perth University), commenta: «I biomarcatori nel sangue potrebbero diventare delle alternative concrete ai più costosi e invasivi metodi oggi in uso per fare una diagnosi precoce della malattia. Scoprire l'Alzheimer per tempo potrebbe permettere interventi medici più efficaci e indicazioni di stili di vita che possano allontanare lo sviluppo dell’Alzheimer».
Quanto hanno scoperto a Perth potrebbe essere «rivoluzionario», afferma Martins, perché «l’esame del sangue di cui parliamo potrebbe essere definito e valido in pochi anni. Lo studio ha coinvolto 100 adulti di età compresa tra 65 e 90 anni: tutti senza alcun sintomo della malattia di Alzheimer all’inizio della ricerca. È così emerso che gli individui con maggiori depositi di beta amiloide, avevano livelli più elevati di Gfap nel plasma. Da qui l'ipotesi: e se fossimo di fronte a un indicatore precoce della malattia? L’obbiettivo, adesso, è seguire queste persone negli anni, in modo da poter valutare l’efficacia del dosaggio del marcatore Gfap.
Massimo Tabaton, docente di neurologia all’Università di Genova, premette al suo commento sullo studio australiano, una visione d’insieme sull’Alzheimer: «Le terapie contro la beta amiloide sono fallite nei pazienti, anche se somministrate in fase molto iniziale. Detto questo, non si può escludere che abbiano un’efficacia se avviate nella lunga fase preclinica che precede l’esordio della malattia, anche di diversi decenni.
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Il Ruolo della Beta Amiloide
Lo stato attuale sui marcatori di sostanza beta amiloide è il seguente. «La forma più aggressiva della beta amiloide è la 42, che tende ad accumularsi più di quanto non faccia la più diffusa forma 40. Nel liquido cerebrospinale la AB 42 diminuisce, soprattutto nel rapporto 42/40. La diminuzione può avvenire già vent’anni prima dell’esordio dei sintomi, come è stato dimostrato in soggetti ancora sani, portatori di mutazioni genetiche che producono la malattia intorno alla quarta decade di vita».
Continua Tabaton: «Negli ultimi anni una nuova tecnica (Simoa, ndr) ha consentito di quantificare i picogrammi di Ab nel plasma, evitando così la puntura lombare. Quanto allo studio condotto all’Università di Perth, Tabaton osserva: «Gli autori hanno analizzato nel plasma la Gfap, una proteina degli astrociti (cellule del sistema nervoso a forma di stella, ndr), in soggetti risultati sani dal punto di vista cognitivo, dopo una Pet. Dopodiché, hanno analizzato nel plasma il rapporto Ab 42/40. I risultati indicano che l’aumento di Gfap concorda sia con la positività della Pet sia con la diminuzione del rapporto Ab 42/40».
Il giudizio complessivo su questa ricerca? «Importante, senz’altro», conclude il docente genovese. Quest’esame potrà arrivare presto nella pratica clinica? «Non si può dire, ma è probabile, dopo che altre ricerche l’avranno validato.
GFAP e Sclerosi Laterale Amiotrofica (SLA)
Proseguono le ricerche per individuare nuovi elementi biologici, con metodiche non invasive, per comprendere a fondo la SLA e da qui la possibilità di mettere a punto i trattamenti terapeutici. Ora è la volta, anche se a livello soltanto sperimentale (quindi non ancora disponibile nella comune pratica clinica) della proteina gliale fibrillare acida, in sigla “GFAP”. La ricerca intitolata “Livelli sierici di proteina acida fibrillare gliale in pazienti con sclerosi laterale amiotrofica”, presentata in un poster al recente congresso milanese della Società Italiana di Neurologia, è stata premiata e successivamente pubblicata dalla rivista scientifica Annals of Clinical and Translational Neurology.
Spiega il Dott. Federico Verde: Si tratta di uno dei nostri consueti lavori di neurochimica, cioè di dosaggio di biomarcatori proteici sui liquidi biologici, soprattutto liquor e sangue (siero o plasma), in questo caso siero. Ricordo che il più delle volte noi analizziamo molecole specifiche del sistema nervoso centrale (SNC) perché è in quella sede che avvengono i processi patologici che studiamo. Per definizione il liquido biologico dove è più semplice dosare queste sostanze è il liquor, per ovvie ragioni (prossimità anatomica alle strutture in degenerazione). Ma per ottenere il liquor serve una puntura lombare che è invasiva e ha alcune controindicazioni.
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Tuttavia queste molecole possono essere dosate anche in periferia, cioè nel sangue, ma per farlo servono tecnologie con alta sensibilità analitica, per esempio quella di cui disponiamo noi (single-molecule array o Simoa). Occorre, dicevo, un'alta sensibilità analitica perché queste molecole, che provengono dal SNC, si trovano nel sangue solo in bassa concentrazione. In particolare questa volta abbiamo studiato la GFAP, sigla di proteina gliale fibrillare acida, che è un filamento intermedio (un tipo di proteina strutturale) che si trova negli astrociti.
Gli astrociti sono cellule non-neuronali del SNC, sono molto abbondanti, sono in primis cellule di supporto nei confronti dei neuroni, in effetti hanno varie funzioni (per esempio supporto trofico/energetico verso i neuroni, rimozione prodotti del metabolismo, mantenimento omeostasi del liquido interstiziale, mantenimento integrità barriera emato-encefalica). È noto da studi di laboratorio che gli astrociti sono coinvolti nella patogenesi della SLA.
GFAP è stata però poco studiata in liquor e sangue di pazienti con SLA, è più studiata nell'Alzheimer. Prima del nostro lavoro c'erano unicamente un recente lavoro e pochi altri su GFAP nel sangue dei pazienti con SLA. Noi abbiamo trovato livelli di GFAP lievemente aumentati nel siero (sangue) dei pazienti con SLA in confronto a controlli neurologicamente sani.
Inoltre abbiamo visto che i livelli di GFAP non correlano con caratteristiche motorie della malattia (distribuzione della debolezza nei muscoli del corpo, prevalenza di segni del primo o del secondo motoneurone, rate di progressione della malattia, livello di deficit funzionale, stadio anatomo-clinico o funzionale della malattia), ma sono associati con aspetti diversi della SLA e cioè soprattutto con deficit cognitivi, essendo in particolare più alti nei pazienti aventi deficit di memoria in aggiunta a sindrome neuromuscolare.
Inoltre i livelli sierici di GFAP tendono a essere più alti nei pochi pazienti con SLA che hanno anche disturbi dei movimenti oculari, una evenienza infrequente/atipica nella malattia. Abbiamo studiato anche parametri respiratori e abbiamo osservato che i livelli di GFAP sono più alti nei pazienti con maggiori disturbi ventilatori notturni, espressi da due indici calcolati mediante polisonnografia notturna (indice di desaturazione di ossigeno e indice di apnea/ipopnea).
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Infine abbiamo visto che i livelli sierici di GFAP sono negativamente correlati con la velocità di filtrazione glomerulare (funzione renale), probabilmente perché la molecola viene eliminata dal sangue attraverso il rene. Meno il rene funziona bene, più sono alti i livelli ematici della proteina GFAP.
Questo ha senso, ma pone un problema, che vale anche per altri biomarcatori ematici. Essi hanno il vantaggio di richiedere un semplice prelievo di sangue (in confronto a puntura lombare), ma sono, o possono essere, influenzati da funzione renale. Di questo andrà tenuto conto in studi futuri ma anche nell'ambito di una possibile applicazione futura del biomarcatore in ambito di ricerca clinica, per esempio nell'ambito dei protocolli randomizzati controllati per nuovi trattamenti sperimentali.
Questo è probabilmente l'ambito nel quale un marcatore come GFAP potrebbe trovare la sua applicazione più utile: segnalarci il livello di attivazione (o in generale di alterazione) degli astrociti e pertanto segnalarci l'entità del loro coinvolgimento nella fisiopatologia di un dato caso di SLA, segnalarci, - mediante, ipoteticamente, una riduzione del suo livello ematico in un prelievo fatto successivamente nel corso dello studio sperimentale - se un dato trattamento terapeutico ha determinato una riduzione del contributo di queste cellule allo sviluppo e all'evoluzione della malattia, e, se sì, quale entità questo contributo ha avuto.
Al contrario, l'incremento di GFAP nel siero dei pazienti con SLA in confronto ai controlli è troppo lieve per fare di GFAP un potenziale biomarcatore diagnostico. A questo fine esistono marcatori migliori, seppur non ottimali (neurofilamenti). Non avrebbe quindi senso che i pazienti desiderassero di sapere il loro livello ematico di GFAP, perché al momento questa determinazione non avrebbe un'utilità pratica. Lo studio aggiunge comunque un piccolissimo pezzo di nuova conoscenza nell'ambito della fisiopatologia della SLA e dei biomarcatori neurochimici per questa malattia.
GFAP e Sclerosi Multipla
Le concentrazioni di proteina fibrillare acida della glia (sGFAP) e/o di catena leggera dei neurofilamenti (sNfL) nel siero sono associate alla progressione della malattia nei pazienti con sclerosi multipla (SM), e possono perciò avere un valore prognostico? La risposta è affermativa, secondo un articolo apparso su “JAMA Neurology”, firmato da Stephanie Meier, dell’Università di Basilea, in Svizzera, e colleghi.
La sGFAP è risultata più fortemente associata alla progressione della malattia rispetto alla sNfL, un dato che ha implicazioni cliniche per la gestione dei pazienti e lo sviluppo di nuovi farmaci. Uno studio prospettico condotto in 8 centri in Svizzera. I dati sono stati acquisiti nella coorte longitudinale svizzera della SM (SMSC). Lo SMSC è uno studio prospettico multicentrico condotto in 8 centri in Svizzera.
Per questo studio nidificato, i partecipanti dovevano soddisfare i seguenti criteri di inclusione: coorte 1, pazienti con SM e disabilità stabile o in peggioramento e punteggi EDSS simili , senza ricadute durante l’intero follow-up; coorte 2, tutti i pazienti dello studio SMSC che avevano iniziato e proseguito il trattamento di deplezione delle cellule B (cioè, ocrelizumab o rituximab). Sono stati coinvolti 355 pazienti, di cui 103 (29,0%) nella coorte 1 (età mediana, 42,1 anni; 73 pazienti di sesso femminile) e 252 (71,0%) nella coorte 2 (età mediana, 44,3 anni; 156 pazienti di sesso femminile) e 259 controlli sani con un’età mediana di 44,3 anni e 177 individui di sesso femminile (68,3%).
I livelli di sGFAP nei controlli sono aumentati in funzione dell’età (1,5% per anno; p< 0,001), erano inversamente correlati al BMI (-1,1% per unità di BMI; p= 0,01) ed erano più alti del 14,9% nelle donne rispetto agli uomini (p= 0,004). Nella coorte 1, i pazienti con SM progressiva in peggioramento hanno mostrato livelli di sGFAP più alti del 50,9% rispetto a quelli con SM stabile dopo un aggiustamento aggiuntivo di sNfL, mentre l’aumento del 25% di sNfL è scomparso dopo un aggiustamento aggiuntivo di sGFAP.
Una sGFAP più elevata al basale era associata a un’accelerazione della perdita di volume cerebrale della materia grigia (per raddoppio: 0,24% all’anno; p< 0,001) ma non della perdita di materia bianca. I livelli di sGFAP sono rimasti invariati durante le esacerbazioni della malattia rispetto alle fasi di remissione. Nella coorte 2, i punteggi z mediani (IQR) di sGFAP erano più alti nei pazienti che sviluppavano un futuro peggioramento confermato della disabilità rispetto a quelli con disabilità stabile (1,94 vs.
Gli Astrociti e la GFAP
Gli astrociti sono le cellule più numerose del SNC, possiedono un soma di dimensioni inferiori rispetto ai neuroni e prolungamenti che conferiscono alla cellula il caratteristico aspetto stellato. Queste cellule si dividono in fibrose e protoplasmatiche: le prime sono prevalentemente localizzate nella sostanza bianca, hanno un corpo di dimensioni ridotte e possiedono numerosi prolungamenti lunghi e sottili; le seconde sono invece caratteristiche della sostanza grigia e presentano un certo numero di rozzi prolungamenti che formano sottili ramificazioni, creano una fitta rete che dà alla cellula un aspetto spongiforme.
Inizialmente le arborizzazioni degli astrociti sono sovrapposte a quelle degli astrociti adiacenti, successivamente però vi è una retrazione delle ramificazioni distali e quindi si definiscono territori occupati da singoli astrociti; tuttavia le ramificazioni terminali sono in stretto contatto reciproco grazie a giunzioni gap che consentono la rapida propagazione di segnali intercellulari, in questo modo le attività del singolo astrocita influenzano e sono influenzate dagli altri.
GFAP nella Retinopatia Diabetica
La retinopatia diabetica (RD) è, nei Paesi sviluppati, tra le principali cause di cecità prevenibile. Gli attuali trattamenti mirano alle fasi tardive della RD, quando l’acuità visiva però è già stata significativamente compromessa.
La RD è stata considerata per lungo tempo una patologia della retina esclusivamente microcircolatoria; tuttavia, le ricerche attuali suggeriscono che la neurodegenerazione retinica, che porta ad un significativo assottigliamento dello strato delle cellule nervose della retina, possa essere un evento precoce nella patogenesi della RD ed influenzare lo sviluppo di anomalie microvascolari. L’apoptosi neuronale e l’attivazione della glia (GA, glial activation) sono le più importanti caratteristiche istologiche della neurodegenerazione retinica. La GA è la risposta generale alla lesione delle cellule gliali ed è caratterizzata da un’espressione anomala della proteina fibrillare acida della glia (GFAP).
Questa proteina è espressa, nella retina normale, principalmente da astrociti e in minima parte dalle cellule di Müller. Nella condizione diabetica, si verifica la situazione inversa, le cellule di Müller acquisiscono un’importante immunoreattività alla GFAP, mentre gli astrociti perdono progressivamente l’espressione della GFAP.
Va sottolineato che le cellule di Müller, le principali cellule gliali della retina, producono fattori capaci di modulare il flusso sanguigno, la permeabilità vascolare e la sopravvivenza cellulare. Questi processi si verificano in prossimità dei vasi sanguigni della retina, per cui, una lesione in queste cellule assume un ruolo essenziale nella patogenesi delle anomalie precoci del microcircolo e nella compromissione neurovascolare della retina.
Lo studio di Sundstrom e colleghi, ha identificato, mediante un approccio proteomico, le principali proteine e vie metaboliche coinvolte nelle prime fasi della RD. Lo studio si è focalizzato sull’analisi delle proteine più rilevanti legate a pathways neuroregolatori e neurodegenerativi unici per ciascuno dei tre gruppi (retine di controllo e retine diabetiche con e senza GA), con particolare attenzione alle proteine e ai percorsi condivisi con le malattie neurodegenerative del sistema nervoso centrale. Sono state identificate 2190 proteine in totale, in tutti i gruppi.
Per valutare l’associazione delle proteine identificate con i pathways di segnalazione neurologica, i ricercatori hanno selezionato le vie più significative appartenenti alla categoria definita “Neurotrasmettitori ed altri segnali del sistema nervoso“. Con questo approccio è stata identificata, in ciascun gruppo, la presenza o l’assenza di vie coinvolte nelle funzioni cellulari neuroregolatorie. In generale, è stata osservata un’omologia significativa tra tutti e tre i gruppi con un totale di 73 pathways condivisi (il 58% del totale).
Nel gruppo di controllo non diabetico (C), i pathways definiti “Ruolo Neuroprotettivo del THOP1 nelle malattie di Alzheimer” e “Risposta delle proteine non ripiegate” erano presenti in modo univoco. Nel gruppo retine diabetiche con GA (D) erano più presenti i pathways “Degradazione della dopamina” e “Segnalazione di Parkinson”; mentre, nel gruppo retine diabetiche senza GA (DþGFAP) i pathway più presenti erano “Segnale della neuregulina”, ” Potenziamento sinaptico a lungo termine ” e “Processamento amieloide”.
Lo studio ha identificato un totale di 35 percorsi correlati alla neurodegenerazione o alla neuroregolazione specificamente rappresentati in un singolo gruppo (C, D e DþGFAP). Il lavoro ha evidenziato non solo cambiamenti del proteoma che si verificano nelle prime fasi della RD, ma anche, in base al grado di immunoreattività della GFAP in ogni gruppo, in che modo questi processi variano con la gravità della malattia.
Dunque, una migliore comprensione della patogenesi della RD consentirebbe lo sviluppo di strategie preventive e interventistiche più efficaci contro gli stadi iniziali della malattia, prima che i danni microvascolari e la compromissione visiva si realizzino. Gli studi sulla neurodegenerazione della retina diabetica potrebbero, inoltre, aprire le strade per la comprensione dei processi neurodegenerativi che si verificano nel sistema nervoso centrale dei pazienti diabetici.
GFAP come Spia nei Traumi Cranici
Quando è necessario intervenire con un tempestivo intervento chirurgico, entro le prime 24 ore, a seguito di un trauma cranico? Se finora i medici si sono basati su dati clinici e radiologici per rispondere a questa domanda, in un futuro non molto lontano potranno trovare un valido supporto anche dalle analisi ematiche.
Un biomarker nel sangue, infatti, rappresenterebbe una vera e propria spia, capace di identificare le lesioni traumatiche cerebrali più gravi, su cui è necessario intervenire a livello neuro-chirurgico entro 24 ore, per salvare la vita ai pazienti. Si tratta dei trauma cranici come quelli che possono verificarsi durante attività sportive, allenamenti militari o per altri incidenti, compresi quelli stradali.
I ricercatori hanno confrontato i dati emersi dalle analisi di tre biomarkers ed hanno scoperto che uno solo - quello che segnala la presenza della cosiddetta GFAP (la proteina acida fibrillare gliale) - era significativamente elevato, se misurato entro 30-60 minuti dall’ incidente. Il test ha così indicato velocemente i pazienti in gravi condizioni da operare al più presto nella maggior parte dei casi.
Lo studio, a firma di Linda Papa dell’ Orlando regional medical center della Florida, spiega che la presenza ad alte concentrazioni di GFAP ha dimostrato un’accuratezza diagnostica nel 98-99% dei casi nell’ indicare una lesione cerebrale traumatica con rischi di morte. La diagnosi è stata confermata dalle tac cerebrali. Pubblicato su ‘Jama Network‘, lo studio suggerisce di usare questo esame del sangue ‘salvavita’ anche in ambiti pre-ospedalieri, ossia durante i trasporti in ambulanza, nelle strutture sportive o militari dove in vari casi si verificano questi incidenti.
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