Introduzione
Il completamento del progetto genoma umano è stato un pietra miliare per la conoscenza medica, fornendo le informazioni necessarie per comprendere le caratteristiche uniche di ogni individuo.1 La conseguenza logica di questa conoscenza sarebbe quella di poter applicare specifici test diagnostici e trattamenti a ciascun paziente in base alle proprie informazioni genetiche individuali. Questa nuova forma di assistenza medica si chiama medicina personalizzata.,2 Tuttavia, nonostante i grandi progressi che hanno portato alla conoscenza del genoma umano, la sua traduzione in trattamenti diagnostici e personalizzati è stata inferiore al previsto. Attualmente, si stanno facendo passi in questa direzione con due importanti iniziative: systems biology3 e pharmacogenetics.,4 L’obiettivo finale di queste iniziative è quello di sviluppare una pratica medica personalizzata alle caratteristiche di ogni individuo in grado di prevedere l’insorgenza o il decorso di una particolare malattia, consentire l’elaborazione di adeguate strategie di prevenzione e, infine, consentire al paziente di partecipare al processo decisionale. Questo è stato chiamato medicina P4.5
La fibrosi cistica (CF) rimane la malattia genetica più comune e letale tra i caucasici., Essa si verifica ad un tasso di 1 a 2500-6000 neonati, a seconda della regione e dall’origine etnica, e in una percentuale di portatori sani, che varia tra 1:20 e il 37,6 In Spagna, grazie alla progressiva introduzione di programmi di screening neonatale in diverse comunità, una minore incidenza di fibrosi cistica è ora visto che è stato precedentemente stimato nel 2009, cioè, 1/4430 nati vivi in Galizia, 1/4339 in Castiglia-Leon, 1/5376 in Murcia, 1/5840 in Catalogna, e 1/6602 nelle Isole Baleari.7 Si stima che ci siano 70000 malati di CF in tutto il mondo.,8 La malattia è causata da mutazioni nel gene che codifica per il regolatore di conduttanza transmembrana della fibrosi cistica della proteina regolatrice (CFTR), un canale del cloruro coinvolto nel rilascio di adenosina trifosfato e nella regolazione di altri canali di trasporto ionico. Questa proteina è espressa in cellule epiteliali respiratorie, pancreas, vie biliari, ghiandole sudoripare e sistema genito-urinario., La sua alterazione porta ad un’anomalia nel trasporto di ioni, in modo che i pazienti producano muco denso e appiccicoso che intasa i dotti dell’organo in cui si trova e quindi l’alterazione presenta effetti multisistemici che determinano l’ampia gamma di manifestazioni cliniche di CF. Nonostante i grandi progressi nel trattamento della CF che hanno portato a una sopravvivenza più lunga (la mediana attuale è stimata in 37,5 anni),9 c’è ancora molta strada da fare per garantire che i pazienti con CF abbiano una quantità e una qualità di vita simili a quella dei soggetti senza la malattia., In questo contesto, sono necessari nuovi trattamenti per ridurre la morbilità e aumentare la sopravvivenza.
CF è un esempio di una malattia ben posizionata per sfruttare la medicina personalizzata. Da un lato, è una malattia monogenica, causata dalle mutazioni in un gene specifico. La fisiopatologia dell’entità è ben caratterizzata e gli obiettivi terapeutici sono chiari. Inoltre, la diagnosi della malattia richiede test genetici per l’identificazione del tipo di malattia, quindi l’esatto difetto genetico è determinato in ciascun caso.,10
Allo stato attuale, due approcci molto diversi sono mirati a correggere il difetto di base: la terapia genica, volta a correggere l’alterazione genetica, e la terapia molecolare, volta a correggere il difetto funzionale a livello proteico. Il focus della terapia genica è l’introduzione di copie geniche normali nelle vie aeree dei pazienti con CF. Comporta l’inserimento di un vettore virale ricombinante, il cui DNA è stato estratto e sostituito dal nuovo DNA terapeutico. Il vettore virale funge da veicolo per inserire il nuovo DNA nella cellula bersaglio., Fino ad oggi sono stati utilizzati vari tipi di virus, come adenovirus o lentivirus. Inoltre, sono state sviluppate anche particelle non virali, come nanoparticelle in grado di inserire DNA.11 Tuttavia, i risultati finora sono stati scarsi, perché la durata dell’espressione del gene introdotto è stata breve con entrambi i tipi di vettori.12 Il Consorzio di terapia genica del Regno Unito sta sviluppando uno studio clinico di fase II per valutare l’efficacia clinica di un vettore di DNA plasmidico/liposomiale ottimizzato.13 L’obiettivo di reclutamento è di 130 pazienti e i risultati sono attesi nel 2014 (NCT01621867).,14
D’altra parte, la terapia diretta a ripristinare la funzione della proteina CFTR ha avuto più successo. Negli ultimi anni, i risultati stanno cominciando a venire attraverso i farmaci che agiscono direttamente sulla proteina CFTR. Infatti, nel gennaio 2012, il primo farmaco per correggere i difetti di mutazione Gly551Asp è stato commercializzato negli Stati Uniti. Nelle sezioni seguenti esamineremo le informazioni disponibili sui progressi della medicina personalizzata per la CF e i trattamenti disponibili volti a correggere il difetto che causa la malattia a livello proteico., In questo riesame verrà utilizzata la nomenclatura utilizzata per la descrizione delle mutazioni geniche CFTR sviluppate dalla Human Genome Variation Society15.
Mutazioni e difetto proteico
La CF è una malattia ereditaria autosomica recessiva, quindi la mutazione deve essere presente in entrambe le copie del gene CFTR per essere influenzata. Ad oggi, oltre 1900 mutazioni del gene CFTR associate alla malattia sono state identificate nella sequenza codificante, nell’RNA messaggero o in altri elementi. Le mutazioni nel gene CFTR sono disponibili per la consultazione nel database delle mutazioni della fibrosi cistica.,16 La prima mutazione descritta, e la più comune a livello mondiale, è Phe508del, ma ci sono altre mutazioni specifiche con frequenza variabile tra diversi gruppi etnici. In Spagna, la frequenza media della mutazione Phe508del è tra il 50% e il 60% di tutti i cromosomi studiati, il secondo più frequente è Gly542X con 4% -8%, seguito da Asn1303Lys nel 2% -4% dei casi. Le mutazioni descritte fino ad oggi sono classificate in sei tipi o classi in base al meccanismo che causa la malattia.17 Questi tipi di mutazioni sono riassunti in Fig. 1., Le mutazioni di classe I portano ad un codone di arresto prematuro nell’RNA messaggero che impedisce la traduzione della proteina completa. Pertanto, la proteina prodotta è breve e non funzionante. Le mutazioni di classe II codificano una proteina strutturalmente anormale e misfolded che viene rimossa dal reticolo endoplasmatico prima di raggiungere la superficie cellulare. La mutazione più comune in CF, Phe508del, appartiene a questo gruppo. Nel caso di mutazioni nelle classi da III a VI, le proteine raggiungono la superficie cellulare, ma non funzionano correttamente. Le mutazioni di classe III causano una ridotta attivazione del canale, quindi i canali rimangono chiusi., Le mutazioni di classe IV causano una diminuzione della conduttanza ionica attraverso il canale. Le mutazioni di classe V codificano proteine minori con conseguente riduzione della quantità di CFTR nella superficie cellulare, in modo che si verifichi una certa funzione, ma a un livello ridotto. Infine, le mutazioni di classe VI portano a un’emivita ridotta a causa dell’instabilità proteica e possono anche danneggiare la regolazione dei canali CFTR vicini nella superficie cellulare.
Tipi di mutazioni nella fibrosi cistica.
Modulatori CFTR
Tre classi principali sono state identificate nello sviluppo di farmaci per la riparazione della proteina CFTR.11 Il primo gruppo sono soppressori prematuri del codone di arresto (mutazioni di classe I). Questi farmaci impediscono l’identificazione di questo codone di arresto prematuro, in modo che la sintesi proteica possa continuare fino al completamento. Il secondo gruppo sono i correttori CFTR. Questi composti sono progettati per correggere i difetti nel trasporto della proteina piegata (mutazioni di classe II) alla membrana cellulare, dove può essere in grado di funzionare quasi normalmente., Il terzo gruppo è costituito dai cosiddetti potenziatori CFTR. Questi sono farmaci progettati per indirizzare la proteina CFTR sulla superficie cellulare al fine di migliorare la sua funzione. Pertanto, questi potenziatori possono agire su mutazioni di classe III, IV, V e VI. Attualmente sono in fase di studio numerose molecole che utilizzano questi diversi meccanismi, una delle quali ha già raggiunto il mercato: Ivacaftor (VX-770) è un potenziatore CFTR approvato negli Stati Uniti nel gennaio 2012 per il trattamento di pazienti CF di età superiore ai 6 anni che presentano la mutazione Gly551Asp.,
Trattamenti di mutazione di classe I
Circa il 10% dei casi di CF è causato da mutazioni di classe I. I primi farmaci usati per questa classe erano gli aminoglicosidi. Parecchi anni fa, la gentamicina è stata riferita per avere la capacità di mascherare il codone prematuro di arresto che impedisce la sintesi della proteina di CFTR. Ciò si ottiene mediante l’inserimento di un amminoacido che consente al ribosoma di continuare a leggere il gene, producendo una proteina a lunghezza intera. Studi preclinici hanno dimostrato che la proteina potrebbe essere sintetizzata in un modello murino e il 35% della funzione proteica è stata recuperata in vitro.,18,19 L’effetto della somministrazione endovenosa di gentamicina è stato valutato in due studi su pazienti affetti da FC con vari tipi di mutazioni di classe I. Uno è stato condotto negli Stati Uniti in cinque pazienti, 20 e un altro comprendeva 18 pazienti in Francia.21 Tuttavia, sebbene la risposta sia stata positiva, i risultati variavano ampiamente, quindi il beneficio non era universale. Inoltre, i problemi di tossicità con gli aminoglicosidi hanno contribuito a un profilo sfavorevole.
Un’alternativa sintetica è ataluren (PTC124; PTC Therapeutics, South Plainfield, NJ, USA)., Questa è una molecola progettata per consentire ai ribosomi di leggere le informazioni genetiche mentre “salta” il codone di arresto prematuro, producendo una proteina CFTR funzionale.La farmacocinetica di ataluren è stata dimostrata in modelli animali e in studi di fase II. In due piccoli studi preliminari, 23, 24 un gruppo di pazienti con FC trattati con ataluren orale ha mostrato un miglioramento delle anomalie elettrofisiologiche della malattia, con un aumento del numero di cellule nel naso che esprimono la proteina sulla loro superficie., Successivamente, un altro piccolo studio su 19 pazienti ha valutato diverse dosi di ataluren somministrate per via orale ogni 8h, con miglioramenti nell’attività CFTR e nei parametri clinici e un buon profilo di sicurezza.25 I risultati di uno studio clinico di fase III di ataluren che non erano ancora stati formalmente pubblicati sono stati riportati nella Conferenza sulla fibrosi Cistica nordamericana 2012. Un totale di 238 pazienti di età superiore ai 6 anni sono stati randomizzati a ricevere ataluren 10, 10, 20 mg/kg o placebo ogni 8 ore per 48 settimane., Non sono state osservate differenze significative nel FEV1 in ataluren rispetto al placebo dopo 48 settimane di trattamento (-2,5% ataluren vs -5,5% placebo, P=ns). Quando stratificato da uso antibiotico nebulizzato cronico, c’era una differenza del 6,7% nel cambiamento medio dopo 48 settimane a favore di ataluren per i pazienti non trattati con tobramicina, mentre non c’era differenza nel cambiamento di FEV1 in quelli che ricevevano tobramicina nebulizzata. Qualcosa di simile si è verificato con la percentuale di esacerbazioni, in cui la differenza tra entrambi i gruppi era significativa., Quando stratificati, i pazienti nel gruppo ataluren non trattati con tobramicina nebulizzata hanno mostrato una diminuzione percentuale delle esacerbazioni del 43% rispetto al gruppo placebo. Differenza di potenziale nasale e test di cloruro di sudore non hanno mostrato alcuna differenza tra i gruppi, indipendentemente dall’uso di antibiotici nebulizzati. Gli autori hanno concluso che i benefici erano maggiori nei pazienti che non ricevevano terapia antibiotica cronica con aminoglicoside nebulizzato, ipotizzando che tobramicina e ataluren interagissero a livello ribosomiale, producendo antagonismo se usati contemporaneamente.,26
Trattamenti di mutazione di classe II
Le mutazioni di classe II, essendo la mutazione più frequente della malattia (Phe508del), sono presenti in un gran numero di pazienti affetti da CF, rendendoli un obiettivo primario nella ricerca sulla CF. Sono state studiate varie molecole, la maggior parte delle quali sono state sviluppate da Vertex Pharmaceuticals Inc. Il primo composto correttore, lumacaftor (VX-809), ha mostrato una buona efficacia in vitro, migliorando il trasporto del cloruro nel 14%.,27 Tuttavia, i risultati sono stati alquanto deludenti nei pazienti, perché i miglioramenti nella concentrazione di cloruro nel sudore erano molto piccoli (7mmol/l) e non ci sono stati cambiamenti nel potenziale nasale.28
Gli effetti del potenziatore CFTR ivacaftor (VX-770), un farmaco per mutazioni di classe III (vedere descrizione sotto), sono stati studiati anche in pazienti che erano omozigoti per Phe508del. I risultati dello studio DISCOVER mostrano che ivacaftor non è associato a un miglioramento significativo del FEV1, della qualità della vita o del numero di esacerbazioni rispetto al placebo.,29
Poiché lumacaftor può aiutare la consegna di Phe508del-CFTR alla superficie cellulare e ivacaftor aumenta il tempo di apertura e la conduzione del cloruro attraverso la cellula epiteliale, il miglioramento del difetto sottostante Phe508del può essere possibile con la combinazione di entrambe le molecole. Studi in vitro di ivacaftor e lumacaftor combinati in epiteli respiratori con mutazione Phe508del hanno dimostrato che lumacaftor aumenta il trasporto di cloruro di CFTR del 15% da solo e quando viene aggiunto ivacaftor, il trasporto aumenta fino a quasi il 30%., Questa combinazione di farmaci è stata studiata in uno studio di fase II in pazienti con mutazione Phe508del. I risultati completi non sono stati ancora pubblicati, ma i dati iniziali suggeriscono un effetto benefico sulla funzione polmonare in Phe508del omozigote, ma non in eterozigosi.30 Due studi clinici in pazienti omozigoti di 12 anni o più per la mutazione Phe508del sono in fase di sviluppo per valutare la combinazione di ivacaftor e lumacaftor; questi sono gli studi TRAFFIC (NCT01807923)31 e TRANSPORT (NCT01807949)32. I risultati potrebbero consentire a circa la metà della popolazione di CF di ricevere una terapia modulante CFTR., Tuttavia, sono necessari studi per valutare l’effetto della terapia di combinazione in individui eterozigoti Phe508del.
Un’altra alternativa è il correttore composto VX-661, e gli studi sono attualmente in corso. La sua efficacia viene testata da sola e in combinazione con ivacaftor (VX-770) e i risultati saranno presto disponibili (NCT01531673).33
Trattamenti di mutazione di classe III
Ivacaftor (VX-770) è un potenziatore CFTR che modula la funzione della proteina anormale.,34 Questa molecola è stata originariamente progettata per migliorare la funzione CFTR in colture di cellule epiteliali respiratorie che trasportano una singola mutazione Gly551Asp.34 È il primo farmaco approvato negli Stati Uniti e in Europa per il trattamento della CF in pazienti portatori della mutazione Gly551Asp. Dopo che la capacità di ivacaftor di migliorare il trasporto del cloruro attraverso la membrana cellulare è stata dimostrata in vitro, i primi studi di fase II sono stati condotti su 39 pazienti.In questo studio, la funzione della proteina CFTR è migliorata tre giorni dopo l’inizio del trattamento, raggiungendo concentrazioni di cloruro nel sudore fino a livelli normali., Con questi risultati, sono seguiti altri due studi clinici: lo studio STRIVE, in 144 pazienti di età pari o superiore a 12 anni36 e lo studio ENVISION, comprendente 52 bambini di età compresa tra 6 e 11 anni.Entrambi gli studi hanno incluso pazienti con almeno una mutazione Gly551Asp e FEV1 tra il 40% e il 105% che sono stati inizialmente seguiti per un periodo di 14 giorni e poi randomizzati a ricevere 150 mg di ivacaftor orale o placebo due volte al giorno per un periodo di 48 settimane., Dopo aver completato 48 settimane di trattamento, ai pazienti è stata data l’opportunità di continuare in uno studio longitudinale in aperto, lo studio PERSIST (NCT01117012),38 per 96 settimane.
In STRIVE, i pazienti del gruppo ivacaftor hanno avuto un miglioramento del 10,6% del FEV1 (endpoint primario) a partire dal giorno 15 di trattamento, che è stato mantenuto durante lo studio di 48 settimane. Inoltre, è stata osservata una diminuzione della concentrazione di cloruro nel sudore (media: -48,7 mmol/L), con una migliore qualità della vita, una riduzione del 55% delle esacerbazioni e un aumento di peso di 2,7 kg.,
I risultati dello studio ENVISION coincidono in gran parte con quelli dello studio negli adolescenti e negli adulti, con la differenza che la qualità della vita non ha raggiunto la differenza statistica. Gli effetti avversi osservati più frequentemente nel gruppo di trattamento in entrambi gli studi STRIVE e ENVISION sono state infezioni del tratto respiratorio superiore, congestione nasale, mal di gola, capogiri ed eruzioni cutanee., I risultati preliminari dopo le prime 12 settimane dello studio PERSISTONO rivelano che i miglioramenti nella funzione polmonare (FEV1), i sintomi respiratori e l’aumento di peso tra i pazienti trattati con ivacaftor vengono mantenuti durante questo periodo. Inoltre, il sottogruppo di pazienti che sono passati da placebo a ivacaftor al basale in PERSIST ha mostrato un miglioramento del 10,8% del FEV1 a 15 giorni e del 13% a 12 settimane, insieme a una riduzione delle esacerbazioni.,Nonostante i buoni risultati ottenuti con ivacaftor nel trattamento della mutazione Gly551Asp nei bambini di età superiore ai 6 anni e negli adulti a 48 settimane, alcuni problemi rimangono da risolvere. In primo luogo, il farmaco non è stato testato nei bambini sotto i 6 anni. Tuttavia, sembra ragionevole correggere il difetto prima che si verifichi un danno irreversibile, considerando che il coinvolgimento polmonare inizia prima dei sei anni. Una sperimentazione in questa fascia di età è attualmente in corso (NCT01705145).40 In secondo luogo, un’altra alternativa sarebbe quella di provare anche altre mutazioni di classe III., A questo proposito, studi in vitro su altre nove mutazioni hanno mostrato risultati molto simili, 41 quindi è ragionevole aspettarsi risultati simili nei pazienti. È in corso uno studio clinico di fase III in pazienti di età superiore a 6 anni con altre mutazioni di classe III (studi KONTINUE e KONNECTION; NCT01614470).42,43 In terzo luogo, sebbene non sia disponibile alcun trattamento per il resto delle classi di mutazione (IV–VI), i potenziatori di CFTR possono essere ugualmente utili in questi casi., A questo proposito è in corso uno studio clinico per valutare l’efficacia di ivacaftor nella mutazione Arg117His di classe IV (studio KONDUCT; NCT01614457).Infine, l’efficacia e la sicurezza a lungo termine di ivacaftor oltre le 48 settimane non sono state ancora stabilite. Lo studio osservazionale G551D (GOAL; NCT01521338) 45 è uno studio osservazionale in pazienti di età superiore ai 6 anni trattati con ivacaftor., Ha lo scopo di riportare l’efficacia e la sicurezza di ivacaftor a lungo termine, insieme ad altri risultati di interesse che includono mediatori infiammatori nell’espettorato, nella clearance mucociliare e nel pH gastrointestinale. I risultati sono attesi alla fine del 2013.
Conclusioni
La CF è un esempio di una malattia ben posizionata per sfruttare la medicina personalizzata. Attualmente, due approcci molto diversi mirano a correggere il difetto di base: la terapia genica volta a correggere l’alterazione genetica e la terapia con molecole volte a correggere il difetto funzionale a livello proteico., Quest’ultimo sta cominciando a mostrare risultati promettenti per varie molecole in fase di sviluppo, e uno di loro (ivacaftor) è già commercializzato per la mutazione Gly551Asp classe III, con ottimi risultati nei bambini di età superiore ai 6 anni, adolescenti e adulti. L’obiettivo finale è quello di fornire trattamenti correttori e potenziatori per tutti i pazienti CF indipendentemente dalla loro mutazione. Come i risultati di queste e altre nuove molecole appaiono, è probabile che una molecola specifica o combinazione sarà necessaria per ogni paziente, a seconda delle loro mutazioni esistenti., In ogni caso, il futuro è promettente e sono stati fatti passi importanti per ottenere un trattamento che agisca efficacemente sulla causa di questa malattia.
Conflitti di interesse
Gli autori non dichiarano conflitti di interesse.