Fundamentos, diagnóstico e uma nova abordagem terapêutica molecular

A hipertensão pulmonar (HP) afecta aproximadamente 1% da população mundial. Está associada a um mau prognóstico para os doentes. Diferentes causas provocam um aumento da pós-carga do ventrículo direito, que pode levar ao aumento e hipertrofia do coração direito com insuficiência cardíaca direita. Em função do desencadeamento da PH, divide-se em cinco grupos diferentes. Alguns doentes desenvolvem a doença devido a uma predisposição genética. Na maioria destes doentes, o gene BMPR2 está alterado.

A hipertensão pulmonar (HP) afecta aproximadamente 1% da população mundial. Está associada a um mau prognóstico para os doentes. Diferentes causas provocam aumento da pós-carga do ventrículo direito, o que pode levar ao aumento e hipertrofia do coração direito com insuficiência cardíaca direita [1]. Em função do desencadeamento da PH, divide-se em cinco grupos diferentes. Os doentes que têm uma predisposição genética pertencem ao grupo 1 da HP, hipertensão arterial pulmonar pré-capilar (HAP), e são caracterizados como doentes com HAP hereditária [2]. A HP pré-capilar é definida por uma pressão arterial média pulmonar (PAP) elevada de >20 mmHg e resistência vascular pulmonar de >2 WU medida no cateter cardíaco direito com pressão de oclusão arterial pulmonar (PAWP) normal ≤15 mmHg [1]. A HAP é uma doença rara com uma prevalência de aproximadamente 15-60 pessoas por milhão [3]. Devido à hiperproliferação das células da parede vascular nas secções pré-capilares da circulação pulmonar, a resistência vascular pulmonar e a pressão arterial pulmonar aumentam [4]. Uma causa genética é encontrada em 85% dos casos de HAP familiar e em cerca de 15-20% dos casos esporádicos [5]. De longe, as variantes mais patogénicas (também chamadas mutações) encontram-se no gene do recetor 2 da proteína morfogenética óssea(BMPR2). Além disso, foram descritos até à data 17 outros genes que podem ser causadores do desenvolvimento da HAP [2,6]. Muitos destes genes fazem parte da via de sinalização BMPR2, que desempenha assim um papel central na patogénese da doença. Até à data, existem três classes diferentes de substâncias aprovadas para o tratamento da HAP. Estes incluem prostaglandinas, antagonistas dos receptores da endotelina, inibidores da fosfodiesterase-5 ou estimuladores da guanilato ciclase. Os dois últimos controlam a via de sinalização do óxido nítrico. Todos os medicamentos aprovados até à data actuam como vasodilatadores das artérias pulmonares. Em contrapartida, existe uma nova abordagem terapêutica molecular que, pela primeira vez, amplifica a via de sinalização BMPR2 e, assim, aborda pela primeira vez a causa da HAP.

Via de sinalização BMPR2

Dresdale descreveu pela primeira vez um grupo familiar da doença já em 1954 [7]. Em famílias com HAP autossómica dominante, foi identificado em 2000 um locus de ligação no cromossoma 2q31-32 [8] e foram descritas mutações no gene BMPR2 [9–11]. Até à data, foram descobertas mais de 800 variantes patogénicas no gene BMPR2 [12]. A maioria das mutações foi identificada em apenas um doente com HAP. As mutações recorrentes estão resumidas na Figura 1.

O gene BMPR2 codifica o recetor transmembranar do recetor da proteína morfogenética óssea tipo 2 (BMPR2). Faz parte da superfamília do fator de crescimento transformador-beta (TGF-β), que desempenha um papel significativo na regulação do crescimento celular, da diferenciação, da homeostase dos tecidos e do desenvolvimento. O recetor BMPR2 regula o crescimento e a função dos vasos sanguíneos, nomeadamente nos pulmões. A expressão de BMPR2 está reduzida principalmente nos portadores da mutação BMPR2, mas também em doentes com HAP sem a mutação BMPR2 [13,14]. O recetor é ativado por proteínas morfogenéticas ósseas (BMPs) que se ligam como ligandos e desencadeiam uma cascata de sinalização (Fig. 2).

Depois de os ligandos se ligarem ao recetor BMPR2, este forma um complexo com um recetor de tipo 1 (ALK 1/2/3/6). Na cascata de sinalização envolvida na HAP, o complexo de BMPR2 com o recetor de tipo 1 ALK1 e o co-recetor endoglin é de particular importância. Segue-se a fosforilação e a ativação das proteínas Mothers Against Decapentaplegic Homolog (SMAD) 1/5/8 no interior da célula e da proteína SMAD4. Em conjunto, deslocam-se para o núcleo da célula e actuam como factores de transcrição (Fig. 2) . Aí controlam a expressão de vários genes, o que leva a um aumento da apoptose e à inibição da proliferação celular.

Esta via de sinalização antiproliferativa BMPR2 (também designada por via de sinalização BMP-GDF) está em equilíbrio com outra via de sinalização pró-proliferativa da superfamília TGF-β. Na HAP, a homeostase destas duas vias de sinalização já não está presente e ocorre um aumento da proliferação celular. A contrapartida da via de sinalização BMPR2 é a via de sinalização Activin (também designada por via de sinalização TGF-β-Activin-Nodal). Isto inclui outros ligandos, receptores de tipo 1, tipo 2 e proteínas SMAD. Os receptores transmembranares IIA ou IIB da activina formam um complexo com um recetor de tipo 1 (ALK 4/5/6), que é ativado pela ligação das activinas. Em vez das proteínas SMAD1/5/8, como na via de sinalização BMPR2, as SMAD2/3 são responsáveis pela transdução de sinal. Estes também se ligam ao SMAD4 e deslocam-se do citoplasma para o núcleo para ativar ou inibir genes específicos. O seu efeito na expressão genética é pró-proliferativo e, portanto, mostra um efeito completamente oposto à via de sinalização anti-proliferativa BMPR2 descrita acima.

Se este equilíbrio for perturbado por variantes patogénicas nos genes envolvidos, muda para um padrão de expressão pró-proliferativo (Fig. 2) . As células musculares lisas, as células endoteliais e os fibroblastos dos pequenos vasos pulmonares hiperproliferam. Isto pode levar à formação das chamadas lesões plexiformes, que podem ser acompanhadas, entre outras coisas, por uma oclusão completa das arteríolas pulmonares.

Sotatercept, uma armadilha de ligandos de activina

O Sotatercept é um medicamento que aborda pela primeira vez as causas moleculares da HAP. Trata-se de uma “proteína de fusão Fc” que consiste no domínio extracelular do recetor IIA da activina e no fragmento Fc da imunoglobulina IgG1. Assim, liga-se a todos os ligandos que também se ligam ao recetor IIA da activina e é, por isso, designado por armadilha de ligandos da activina. O desequilíbrio resultante da atividade reduzida da via de sinalização antiproliferativa BMPR2 na HAP é corrigido pela inibição da via de sinalização pró-proliferativa activina pelo sotatercept [15] (Fig. 3).

O estudo de fase 2 PULSAR avaliou a eficácia, tolerabilidade e segurança do sotatercept em doentes com HAP. A resistência vascular pulmonar, como ponto final primário, foi reduzida numa média de 3 unidades de madeira (WU) às 24 semanas em doentes com HAP que já estavam a receber terapia com dois ou três medicamentos [16]. No ensaio STELLAR de fase 3 subsequente, o objetivo primário da distância percorrida em 6 minutos foi aumentado numa média de 34,4 m no grupo do sotatercept em comparação com o grupo do placebo [15]. Com base nos resultados promissores, o sotatercept está atualmente a ser investigado em mais quatro ensaios de fase 3 controlados por placebo. A terapêutica com sotatercept representa uma nova abordagem que aborda as alterações moleculares na HAP e irá alargar as opções de tratamento desta doença num futuro próximo.

Outros genes PAH

Para além do gene BMPR2, sabe-se que 17 outros genes são causadores de HAP [17]. A Figura 4 mostra a frequência dos diferentes genes PAH.

Por exemplo, os co-receptores de BMPR2, ALK1(ACVRL1) e endoglina(ENG) [18,19], o ligando BMPR2 BMP9(GDF2) [20] ou o gene SMAD9 [21] podem ser alterados.

Foram descritas mutações no gene EIF2AK4 como causa da doença veno-oclusiva pulmonar (PVOD) e da hemangiomatose capilar pulmonar, [22]. Ambas as doenças pertencem à HAP, mas diferem clínica e fisiopatologicamente pelo envolvimento primário das vénulas ou capilares pós-capilares. Na HAP idiopática, por outro lado, existem alterações vasculares nas arteríolas pré-capilares. Uma distinção clara entre HAP e DPOV é frequentemente muito difícil do ponto de vista clínico, mas significativa, uma vez que a terapêutica com medicamentos específicos para a HAP pode levar a edema pulmonar e, por conseguinte, a uma deterioração significativa nos doentes com DPOV. Os testes genéticos podem, por conseguinte, contribuir para um diagnóstico correto e, assim, evitar um tratamento incorreto [2,23].

Em algumas famílias de HAP, foram encontradas alterações patogénicas coexistentes noutro gene da HAP, para além das mutações no gene BMPR2. Apenas os membros da família com uma segunda mutação desenvolveram HAP [24]. Os doentes com HAP devido a um defeito cardíaco congénito (HAP-DCC) eram mais propensos a ter mutações do gene SOX17 [25]. A perda de Sox17 em modelos animais resultou em malformações vasculares e defeitos cardíacos [26].

Tendo em conta estes resultados, é importante que o teste genético dos doentes com HAP ou dos seus familiares inclua os 18 genes da HAP. O método de escolha recomendado para este efeito é o teste do painel de genes da HAP utilizando a sequenciação de nova geração [2]. Este método foi desenvolvido em Heidelberg em 2016 e é atualmente considerado um procedimento normalizado [27]. Embora a grande maioria dos portadores de mutações tenha HAP, em casos raros, uma variante patogénica causadora de doença no gene BMPR2 também pode ser detectada em doentes com PH tromboembólica crónica ou PH na sarcoidose [2].

Penetrância da doença

O principal padrão de hereditariedade da HAP é autossómico dominante com penetrância incompleta. Isto significa que nem todos os portadores desenvolverão HAP durante a sua vida. Para as variantes patogénicas do BMPR2, a penetrância é de cerca de 30%. As mulheres são mais susceptíveis de desenvolver a doença (42%) do que os homens portadores (cerca de 14%) [28]. Também é possível que a doença “salte” uma geração e só se manifeste novamente na geração seguinte [29]. A penetrância reduzida também foi observada noutros genes PAH [20]. No entanto, como há menos famílias com HAP hereditária e uma alteração genética noutro gene da HAP, ainda não há informações precisas sobre a penetrância destes genes. Na forma familiar de DPOV ou hemangiomatose capilar pulmonar, a penetrância é próxima de 100% [30]. Aqui, está presente um padrão de hereditariedade autossómico recessivo, ou seja, uma variante patogénica no gene EIF2AK4 foi herdada de cada par parental.

Teste genético para HAP recomendado nas novas directrizes para a HP

Os testes genéticos permitem um diagnóstico exato e ajudam a evitar possíveis erros de diagnóstico. É, por isso, recomendada nas novas directrizes de HP, particularmente em doentes com HAP hereditária, HAP idiopática, HAP induzida por supressores do apetite, DPO, hemangiomatose capilar pulmonar e doentes com HAP em cardiopatias congénitas, bem como em crianças com HAP [1]. O quadro clínico e o prognóstico dos doentes dependem, entre outras coisas, de factores genéticos. Os doentes com variantes patogénicas do BMPR2 desenvolvem HAP numa idade mais jovem, são mais gravemente afectados hemodinamicamente e têm um maior risco de morrer mais cedo ou de necessitar de transplante [31]. Nestes doentes, uma monitorização mais intensiva e um escalonamento mais rápido da terapêutica podem ser benéficos [2]. Além disso, os testes genéticos de familiares saudáveis podem identificar portadores de variantes patogénicas que têm um risco aumentado de doença. Podem então beneficiar de um rastreio anual, que deve incluir um exame ecocardiológico, uma vez que o diagnóstico e o tratamento precoces podem também melhorar o prognóstico [32]. As novas directrizes indicam explicitamente que aos familiares saudáveis de famílias com mutações genéticas deve ser oferecido aconselhamento e diagnóstico genético [1]. Se os membros da família apresentarem resultados negativos para a mutação familiar, têm o mesmo risco de desenvolver HAP que a população normal e o rastreio clínico não é necessário [1].

Procedimento dos testes genéticos

Após o aconselhamento genético, pode ser colhido sangue EDTA de doentes com HAP e enviado para um centro especializado em genética, como o de Heidelberg, com um formulário de pedido preenchido conjuntamente pelo doente e pelo médico à temperatura ambiente. Em Heidelberg, é utilizado o painel de genes baseado na sequenciação de nova geração, que foi especialmente desenvolvido e patenteado para a HAP. As directrizes também recomendam a utilização de um painel de genes da HAP como um novo padrão de diagnóstico [1]. A composição genética do painel deve ser regularmente revista e adaptada à investigação mais recente, acrescentando genes HAP recentemente descobertos.

Após a identificação de variantes (provavelmente) patogénicas (mutações), podem ser oferecidos aos familiares testes preditivos para a variante familiar após aconselhamento genético prévio.

Conclusão

A todos os doentes diagnosticados com HAP idiopática, HAP hereditária, DPO, HAP induzida por supressores do apetite, HAP com defeitos cardíacos congénitos ou HAP infantil deve ser oferecido aconselhamento genético e diagnóstico [1,2]. Este teste genético deve incluir todos os genes conhecidos da HAP com um painel de genes da HAP baseado na sequenciação de nova geração. Desde a descoberta do gene BMPR2 em 2000, a compreensão da patogénese da doença melhorou muito. Com o desenvolvimento do sotatercept, isto irá agora beneficiar também os doentes com HAP num futuro próximo. A HAP é um excelente exemplo do valor da procura de causas na investigação fundamental, da transferência de conhecimentos para a rotina clínica sob a forma de diagnósticos genéticos, até ao desenvolvimento de novas abordagens terapêuticas.

Mensagens Take-Home

• A hipertensão arterial pulmonar é uma doença rara associada a um mau prognóstico. Caracteriza-se por um aumento da pressão arterial pulmonar e da resistência vascular pulmonar.
• Alguns doentes desenvolvem a doença devido a uma predisposição genética. Na maioria destes doentes, o gene BMPR2 está alterado. No entanto, as variantes patogénicas podem também estar presentes noutros genes da via BMPR2 ou noutras vias de sinalização.
• O Sotatercept é a primeira nova abordagem à hipertensão pulmonar em desenvolvimento clínico que pode reforçar a via de sinalização BMPR2.

Literatura:

1. Humbert M, Kovacs G, Hoeper M, et al.: 2022 ESC/ERS Guidelines for the diagnosis and treatment of pulmonary hypertension: Developed by the task force for the diagnosis and treatment of pulmonary hypertension of the European Society of Cardiology (ESC) and the European Respiratory Society (ERS). Endorsed by the International Society for Heart and Lung Transplantation (ISHLT) and the European Reference Network on rare respiratory diseases (ERN-LUNG). European Heart Journal 2022, 43(38): 3618–3731; doi: 10.1093/eurheartj/ehac237.
2. Eichstaedt CA, Belge C, Chung WK, et al.: Genetic counselling and testing in pulmonary arterial hypertension -A consensus statement on behalf of the International Consortium for Genetic Studies in PAH. Eur Respir J 2023; 61(2): 2201471; doi: 10.1183/13993003.01471-2022.
3. Peacock AJ, Murphy NF, McMurray JJ, et al.: An epidemiological study of pulmonary arterial hypertension. Eur Respir J 2007; 30(1): 104–109; doi: 10.1183/09031936.00092306.
4. Machado RD, Koehler R, Glissmeyer E, et al.: Genetic association of the serotonin transporter in pulmonary arterial hypertension. Am J Respir Crit Care Med 2006; 173(7): 793–797; doi: 10.1164/rccm.200509-1365OC.
5. Pfarr N, Szamalek-Hoegel J, Fischer C, et al.: Hemodynamic and clinical onset in patients with hereditary pulmonary arterial hypertension and BMPR2 mutations. Respir Res 2011; 12: 99; doi: 10.1186/1465-9921-12-993163544.
6. Morrell NW, Aldred MA, Chung WK, et al.: Genetics and genomics of pulmonary arterial hypertension. Eur Respir J 2019; 53(1); doi: 10.1183/13993003.01899-2018.
7. Dresdale DT, Michtom RJ, Schultz M: Recent studies in primary pulmonary hypertension, including pharmacodynamic observations on pulmonary vascular resistance. Bull N Y Acad Med 1954; 30(3): 195–207.
8. Grünig E, Janssen B, Mereles D, et al.: Abnormal pulmonary artery pressure response in asymptomatic carriers of primary pulmonary hypertension gene. Circulation 2000; 102(10): 1145–1150.
9. Deng Z, Morse JH, Slager SL, et al.: Familial primary pulmonary hypertension (gene PPH1) is caused by mutations in the bone morphogenetic protein receptor-II gene. Am J Hum Genet 2000; 67(3): 737–744; doi: 10.1086/303059.
10. Lane KB, Machado RD, Pauciulo MW, et al.: Heterozygous germline mutations in BMPR2, encoding a TGF-beta receptor, cause familial primary pulmonary hypertension. Nat Genet 2000; 26(1): 81–84; doi: 10.1038/79226.
11. Thomson JR, Machado RD, Pauciulo MW, et al.: Sporadic primary pulmonary hypertension is associated with germline mutations of the gene encoding BMPR-II, a receptor member of the TGF-beta family. J Med Genet 2000; 37(10): 741–745.
12. Southgate L, Machado RD, Gräf S, Morrell NW: Molecular genetic framework underlying pulmonary arterial hypertension. Nat Rev Cardiol 2000; 17(2): 85–95; doi: 10.1038/s41569-019-0242-x.
13. Atkinson C, Stewart S, Upton PD, et al.: Primary pulmonary hypertension is associated with reduced pulmonary vascular expression of type II bone morphogenetic protein receptor. Circulation 2002; 105(14): 1672–1678.
14. Theobald V, Benjamin N, Seyfarth HJ, et al.: Reduction of BMPR2 mRNA Expression in Peripheral Blood of Pulmonary Arterial Hypertension Patients: A Marker for Disease Severity? Genes (Basel) 2022; 13(5): 759; doi: 10.3390/genes13050759.
15. Hoeper MM, Badesch DB, Ghofrani HA, et al.: Phase 3 Trial of Sotatercept for Treatment of Pulmonary Arterial Hypertension. N Engl J Med 2023; doi: 10.1056/NEJMoa2213558.
16. Humbert M, McLaughlin V, Gibbs JSR, et al.: Sotatercept for the treatment of pulmonary arterial hypertension: PULSAR open-label extension. Eur Respir J 2023; 61(1); doi: 10.1183/13993003.01347-2022.
17. Eichstaedt CA, Sassmannshausen Z, Shaukat M, et al.: Gene panel diagnostics reveals new pathogenic variants in pulmonary arterial hypertension. Respir Res 2022; 23: 74.
18. Chaouat A, Coulet F, Favre C, et al.: Endoglin germline mutation in a patient with hereditary haemorrhagic telangiectasia and dexfenfluramine associated pulmonary arterial hypertension. Thorax 2004; 59(5): 446–448.
19. Trembath RC, Thomson JR, Machado RD, et al.: Clinical and molecular genetic features of pulmonary hypertension in patients with hereditary hemorrhagic telangiectasia. N Engl J Med 2001; 345(5): 325–334; doi: 10.1056/NEJM200108023450503.
20. Gräf S, Haimel M, Bleda M, et al.: Identification of rare sequence variation underlying heritable pulmonary arterial hypertension. Nat Commun 2018; 9(1): 1416; doi: 10.1038/s41467-018-03672-4.
21. Nasim MT, Ogo T, Ahmed M, et al.: Molecular genetic characterization of SMAD signaling molecules in pulmonary arterial hypertension. Hum Mutat 2011; 32(12): 1385–1389; doi: 10.1002/humu.21605.
22. Eyries M, Montani D, Girerd B, et al.: EIF2AK4 mutations cause pulmonary veno-occlusive disease, a recessive form of pulmonary hypertension. Nat Genet 2014; 46(1): 65–69; doi: 10.1038/ng.2844.
23. Best DH, Sumner KL, Smith BP, et al.: EIF2AK4 Mutations in Patients Diagnosed with Pulmonary Arterial Hypertension. Chest 2017; 151: 821–828; doi: 10.1016/j.chest.2016.11.014.
24. Eichstaedt CA, Song J, Benjamin N, et al.: EIF2AK4 mutation as «second hit» in hereditary pulmonary arterial hypertension. Respir Res 2016; 17(1): 141; doi: 10.1186/s12931-016-0457-x.
25. Zhu N, Welch CL, Wang J, et al.: Rare variants in SOX17 are associated with pulmonary arterial hypertension with congenital heart disease. Genome Med 2018; 10(1): 56; doi: 10.1186/s13073-018-0566-x.
26. Lange AW, Haitchi HM, LeCras TD, et al.: Sox17 is required for normal pulmonary vascular morphogenesis. Dev Biol 2014; 387(1): 109–120; doi: 10.1016/j.ydbio.2013.11.018.
27. Song J, Eichstaedt CA, Rodríguez Viales R, et al.: Identification of genetic defects in pulmonary arterial hypertension by a new gene panel diagnostic tool. Clin Sci (Lond) 2016; 130(22): 2043–2052; doi: 10.1042/CS20160531.
28. Larkin EK, Newman JH, Austin ED, et al.: Longitudinal analysis casts doubt on the presence of genetic anticipation in heritable pulmonary arterial hypertension. Am J Respir Crit Care Med 2012; 186(9): 892–896; doi: 10.1164/rccm.201205-0886OC.
29. Pfarr N, Fischer C, Ehlken N, et al.: Hemodynamic and genetic analysis in children with idiopathic, heritable, and congenital heart disease associated pulmonary arterial hypertension. Respir Res 2013; 14(1): 3; doi: 10.1186/1465-9921-14-3.
30. Weatherald J, Dorfmüller P, Perros F, et al.: Pulmonary capillary haemangiomatosis: a distinct entity? Eur Respir Rev 2020; 29(156); doi: 10.1183/16000617.0168-2019.
31. Evans JD, Girerd B, Montani D, et al.: BMPR2 mutations and survival in pulmonary arterial hypertension: an individual participant data meta-analysis. Lancet Respir Med 2016; 4(2): 129–137; doi: 10.1016/s2213-2600(15)00544-5.
32. Montani D, Girerd B, Jais X, et al.: Screening for pulmonary arterial hypertension in adults carrying a BMPR2 mutation. Eur Respir J 2021; 58: 2004229; doi: 10.1183/13993003.04229-2020.

InFo PNEUMOLOGIE & ALLERGOLOGIE 2023; 5(3): 12–16