Nozioni di base, diagnostica e un nuovo approccio terapeutico molecolare

Avviare il test ECM

L’ipertensione polmonare (PH) colpisce circa l’1% della popolazione mondiale. È associata a una prognosi sfavorevole per i pazienti. Diverse cause provocano un aumento del postcarico del ventricolo destro, che può portare all’ingrossamento e all’ipertrofia del cuore destro con insufficienza cardiaca destra [1]. A seconda della causa scatenante del PH, si divide in cinque gruppi diversi. I pazienti che hanno una predisposizione genetica appartengono al gruppo 1 della PH, l’ipertensione arteriosa polmonare precapillare (PAH), e sono caratterizzati come pazienti con PAH ereditaria [2]. La PH precapillare è definita da una pressione media arteriosa polmonare (PAP) elevata di >20 mmHg e da una resistenza vascolare polmonare di >2 WU misurata nel catetere del cuore destro con una pressione di occlusione arteriosa polmonare (PAWP) normale ≤15 mmHg [1]. La PAH è una malattia rara con una prevalenza di circa 15-60 persone per milione [3]. A causa dell’iperproliferazione delle cellule della parete vascolare nelle sezioni precapillari della circolazione polmonare, la resistenza vascolare polmonare e la pressione arteriosa polmonare aumentano [4]. Una causa genetica si riscontra nell’85% dei casi di PAH familiare e in circa il 15–20% dei casi sporadici [5]. Le varianti di gran lunga più patogene (chiamate anche mutazioni) sono nel gene del recettore della proteina morfogenetica ossea 2(BMPR2). Inoltre, ad oggi sono stati descritti altri 17 geni che potrebbero essere causali per lo sviluppo della PAH [2,6]. Molti di questi geni fanno parte della via di segnalazione BMPR2, che quindi svolge un ruolo centrale nella patogenesi della malattia. Ad oggi, esistono tre diverse classi di sostanze approvate per il trattamento della PAH. Questi includono prostaglandine, antagonisti del recettore dell’endotelina, inibitori della fosfodiesterasi-5 o stimolatori della guanilato ciclasi. Gli ultimi due controllano la via di segnalazione dell’ossido nitrico. Tutti i farmaci approvati finora agiscono come vasodilatatori delle arterie polmonari. Al contrario, esiste un nuovo approccio terapeutico molecolare che, per la prima volta, amplifica la via di segnalazione BMPR2 e quindi affronta per la prima volta la causa della PAH.

Via di segnalazione BMPR2

Dresdale ha descritto per la prima volta un cluster familiare della malattia già nel 1954 [7]. Nelle famiglie con PAH autosomica dominante, nel 2000 è stato identificato un locus di collegamento sul cromosoma 2q31-32 [8] e sono state descritte mutazioni del gene BMPR2 [9–11]. Ad oggi, sono state scoperte più di 800 varianti patogene nel gene BMPR2 [12]. La maggior parte delle mutazioni è stata identificata in un solo paziente con PAH. Le mutazioni ricorrenti sono riassunte nella Figura 1.

Il gene BMPR2 codifica il recettore transmembrana della proteina morfogenetica ossea di tipo 2 (BMPR2). Fa parte della superfamiglia del fattore di crescita trasformante-beta (TGF-β), che svolge un ruolo significativo nella regolazione della crescita cellulare, della differenziazione, dell’omeostasi dei tessuti e dello sviluppo. Il recettore BMPR2 regola la crescita e la funzione dei vasi sanguigni, in particolare nei polmoni. L’espressione di BMPR2 è ridotta soprattutto nei portatori di mutazione BMPR2, ma anche nei pazienti con PAH senza mutazione BMPR2 [13,14]. Il recettore è attivato dalle proteine morfogenetiche ossee (BMP) che si legano come ligandi e innescano una cascata di segnalazione (Fig. 2).

Dopo che i ligandi si legano al recettore BMPR2, questo forma un complesso con un recettore di tipo 1 (ALK 1/2/3/6). Nella cascata di segnalazione coinvolta nella PAH, il complesso di BMPR2 con il recettore di tipo 1 ALK1 e il co-recettore endoglin è di particolare importanza. Segue la fosforilazione e l’attivazione delle proteine Mothers Against Decapentaplegic Homolog (SMAD) 1/5/8 all’interno della cellula e della proteina SMAD4. Insieme si spostano nel nucleo della cellula e agiscono come fattori di trascrizione (Fig. 2) . Lì controllano l’espressione di vari geni, che porta ad un aumento dell’apoptosi e all’inibizione della proliferazione cellulare.

Questa via di segnalazione antiproliferativa BMPR2 (chiamata anche via di segnalazione BMP-GDF) è in equilibrio con un’altra via di segnalazione pro-proliferativa della superfamiglia TGF-β. Nella PAH, l’omeostasi di queste due vie di segnalazione non è più presente e si verifica un aumento della proliferazione cellulare. La controparte della via di segnalazione BMPR2 è la via di segnalazione dell’attivina (chiamata anche via di segnalazione TGF-β-Activina-Nodale). Questo include altri ligandi, recettori di tipo 1 e 2 e proteine SMAD. I recettori transmembrana dell’attivina IIA o IIB formano un complesso con un recettore di tipo 1 (ALK 4/5/6), che viene attivato dal legame delle attivine. Invece delle proteine SMAD1/5/8, come nella via di segnalazione BMPR2, le SMAD2/3 sono responsabili della trasduzione del segnale. Questi si legano anche a SMAD4 e si spostano dal citoplasma al nucleo per attivare o inibire geni specifici. Il loro effetto sull’espressione genica è pro-proliferativo e quindi mostra un effetto completamente opposto alla via di segnalazione anti-proliferativa della BMPR2 descritta sopra.

Se questo equilibrio viene alterato da varianti patogene nei geni coinvolti, si passa a un modello di espressione pro-proliferativo (Fig. 2) . Le cellule muscolari lisce, le cellule endoteliali e i fibroblasti dei piccoli vasi polmonari iperproliferano. Questo può portare alla formazione delle cosiddette lesioni plessiformi, che possono essere accompagnate dall’occlusione completa delle arteriole polmonari, tra le altre cose.

Sotatercept, una trappola del ligando dell’activina

Sotatercept è un farmaco che affronta per la prima volta le cause molecolari della PAH. Si tratta di una “proteina di fusione Fc” costituita dal dominio extracellulare del recettore dell’attivina IIA e dal frammento Fc dell’immunoglobulina IgG1. Pertanto, lega tutti i ligandi che si legano anche al recettore dell’attivina IIA e viene chiamato trappola per ligandi dell’attivina. Lo squilibrio derivante dalla ridotta attività della via di segnalazione antiproliferativa BMPR2 nella PAH è corretto dall’inibizione della via di segnalazione pro-proliferativa dell’activina da parte del sotaterapeuta. [15] (Fig. 3).

Lo studio di fase 2 PULSAR ha valutato l’efficacia, la tollerabilità e la sicurezza di sotatercept nei pazienti con PAH. La resistenza vascolare polmonare, come endpoint primario, è stata ridotta di una media di 3 unità di legno (WU) a 24 settimane nei pazienti affetti da PAH già in terapia con due o tre farmaci [16]. Nel successivo studio STELLAR di fase 3, l’endpoint primario della distanza di cammino di 6 minuti è aumentato di una media di 34,4 m nel gruppo sotatercept rispetto al gruppo placebo [15]. Sulla base dei risultati promettenti, sotatercept è attualmente oggetto di quattro ulteriori studi di fase 3 controllati con placebo. La terapia con Sotatercept rappresenta un nuovo approccio che affronta i cambiamenti molecolari della PAH e amplierà le opzioni terapeutiche per questa malattia nel prossimo futuro.

Altri geni PAH

Oltre al gene BMPR2, altri 17 geni sono noti per essere causativi della PAH [17]. La Figura 4 mostra la frequenza dei diversi geni PAH.

Per esempio, i co-recettori di BMPR2, ALK1(ACVRL1) ed endoglin(ENG) [18,19], il ligando di BMPR2 BMP9(GDF2) [20] o il gene SMAD9 [21] possono essere alterati.

Le mutazioni del gene EIF2AK4 sono state descritte come causa della malattia veno-occlusiva polmonare (PVOD) e dell’emangiomatosi capillare polmonare, [22]. Entrambe le malattie appartengono alla PAH, ma differiscono clinicamente e fisiopatologicamente per il coinvolgimento primario delle venule o dei capillari postcapillari. Nella PAH idiopatica, invece, sono presenti alterazioni vascolari nelle arteriole precapillari. Una chiara distinzione tra PAH e PVOD è spesso molto difficile dal punto di vista clinico, ma significativa, in quanto la terapia con farmaci specifici per la PAH può portare all’edema polmonare e quindi a un deterioramento significativo nei pazienti con PVOD. I test genetici possono quindi contribuire a una diagnosi corretta e quindi a evitare un trattamento errato [2,23].

In alcune famiglie di PAH, oltre alle mutazioni nel gene BMPR2, sono state trovate alterazioni patogene coesistenti in un altro gene PAH. Solo i membri della famiglia con una seconda mutazione hanno sviluppato la PAH [24]. I pazienti con PAH dovuta a un difetto cardiaco congenito (PAH-CHD) presentano più spesso mutazioni del gene SOX17 [25]. La perdita di Sox17 in modelli animali ha provocato malformazioni vascolari e difetti cardiaci [26].

Considerando questi risultati insieme, è quindi importante che i test genetici dei pazienti con PAH o dei loro familiari includano tutti i 18 geni della PAH. Il metodo di scelta raccomandato per questo è il test del pannello genico PAH che utilizza il sequenziamento di nuova generazione [2]. Questo metodo è stato sviluppato a Heidelberg nel 2016 ed è attualmente considerato una procedura standard [27]. Mentre la stragrande maggioranza dei portatori di mutazioni aveva la PAH, in rari casi è stato possibile rilevare una variante patogena nel gene BMPR2 in pazienti con PH tromboembolica cronica o PH nella sarcoidosi [2].

Penetrazione della malattia

Il modello principale di ereditarietà della PAH è autosomico dominante con penetranza incompleta. Ciò significa che non tutti i portatori svilupperanno la PAH nel corso della loro vita. Per le varianti patogene di BMPR2, la penetranza è di circa il 30%. Le donne hanno più probabilità di sviluppare la malattia (42%) rispetto ai portatori maschi (circa 14%) [28]. È anche possibile che la malattia ‘salti’ una generazione e si manifesti di nuovo solo nella generazione successiva [29]. La penetranza ridotta è stata osservata anche in altri geni PAH [20]. Tuttavia, poiché ci sono meno famiglie con PAH ereditaria e un’alterazione genica in un altro gene PAH, non ci sono ancora informazioni precise sulla penetranza in questi geni. Nella forma familiare di PVOD o emangiomatosi capillare polmonare, la penetranza è vicina al 100% [30]. In questo caso, è presente un modello di eredità autosomica recessiva, cioè una variante patogena nel gene EIF2AK4 è stata ereditata da ogni coppia di genitori.

Il test genetico per la PAH è raccomandato nelle nuove linee guida sulla PH

I test genetici consentono una diagnosi accurata e aiutano a prevenire eventuali diagnosi errate. Questo è quindi raccomandato nelle nuove linee guida sulla PH, in particolare nei pazienti con PAH ereditaria, PAH idiopatica, PAH indotta da soppressori dell’appetito, PVOD, emangiomatosi capillare polmonare e pazienti con PAH associata a cardiopatia congenita, nonché nei bambini con PAH [1]. Il quadro clinico e la prognosi dei pazienti dipendono, tra l’altro, da fattori genetici. I pazienti con varianti patogene di BMPR2 sviluppano la PAH in età più giovane, sono più gravemente colpiti dal punto di vista emodinamico e hanno un rischio maggiore di morire prima o di richiedere un trapianto [31]. In questi pazienti, un monitoraggio più intensivo e un’escalation terapeutica più rapida potrebbero essere utili [2]. Inoltre, i test genetici sui parenti sani possono identificare i portatori di varianti patogene che hanno un rischio maggiore di malattia. Possono quindi beneficiare di uno screening annuale, che dovrebbe includere un esame ecocardiologico, poiché la diagnosi e il trattamento precoci possono anche migliorare la prognosi [32]. Le nuove linee guida affermano esplicitamente che ai parenti sani di famiglie con mutazioni genetiche dovrebbero essere offerti consulenza genetica e diagnostica [1]. Se i membri della famiglia risultano negativi alla mutazione familiare, hanno lo stesso rischio di sviluppare la PAH della popolazione normale e lo screening clinico non è necessario [1].

Procedura del test genetico

Dopo la consulenza genetica, i pazienti con PAH possono prelevare sangue EDTA e inviarlo a un centro specializzato in genetica della PAH, come quello di Heidelberg, con un modulo di richiesta compilato congiuntamente dal paziente e dal medico a temperatura ambiente. A Heidelberg, viene utilizzato il pannello genico basato sul sequenziamento di nuova generazione, sviluppato e brevettato appositamente per la PAH. Le linee guida raccomandano anche l’uso di un pannello di geni PAH come nuovo standard diagnostico [1]. La composizione genica del pannello dovrebbe essere rivista regolarmente e adattata alle ultime ricerche, aggiungendo i geni PAH appena scoperti.

Dopo l’identificazione delle varianti (probabilmente) patogene (mutazioni), ai parenti può essere offerto un test predittivo per la variante familiare, previa consulenza genetica.

Conclusione

A tutti i pazienti con diagnosi di PAH idiopatica, PAH ereditaria, PVOD, PAH indotta da soppressori dell’appetito, PAH con difetti cardiaci congeniti o PAH infantile, deve essere offerta una consulenza genetica e una diagnosi [1,2]. Questo test genetico dovrebbe includere tutti i geni PAH noti con un pannello di geni PAH basato sul sequenziamento di nuova generazione. Dalla scoperta del gene BMPR2 nel 2000, la comprensione della patogenesi della malattia è migliorata notevolmente. Con lo sviluppo di sotatercept, ora anche i pazienti affetti da PAH ne trarranno beneficio nel prossimo futuro. La PAH è un esempio eccellente del valore della ricerca delle cause nella ricerca di base, del trasferimento delle conoscenze nella routine clinica sotto forma di diagnostica genetica, fino allo sviluppo di nuovi approcci terapeutici.

Messaggi da portare a casa

L’ipertensione arteriosa polmonare è una malattia rara associata a una prognosi sfavorevole. È caratterizzata da un aumento della pressione arteriosa polmonare e della resistenza vascolare polmonare.
Alcuni pazienti sviluppano la malattia a causa di una predisposizione genetica. Nella maggior parte di questi pazienti, il gene BMPR2 è alterato. Tuttavia, le varianti patogene possono essere presenti anche in altri geni della via BMPR2 o in altre vie di segnalazione.
Sotatercept è il primo nuovo approccio all’ipertensione polmonare in fase di sviluppo clinico, in grado di rafforzare la via di segnalazione BMPR2.

Letteratura:

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