Lezioni di Neuropatologia

Neuropatologia modulo II (3 CFU) - Prof. Mauro Ceroni

Neurogenetica e neuropatologia

Prof. M. Ceroni (modulo II – 3 CFU) 07/10/2019

Storia della scoperta del prione

Jakob, anatomopatologo che ha contribuito alla definizione della malattia di Creutzfeldt-Jakob. Siamo in un momento molto particolare nello sviluppo della neurologia. I metodi tradizionali istologici permettevano di intravedere solo i corpi cellulari, senza dare alcun dettaglio sul resto (il neuropilo). Con la scoperta di Golgi (la colorazione con i sali d’argento), Golgi e Pavia diventano il centro della neuropatologia. Questa nuova tecnica ha permesso di distinguere diverse neuropatologie. Golgi ha individuato la causa delle malattie e sintetizzato i meccanismi patologici unitari mentre Pasteur ha messo le basi delle malattie infettive e per i vaccini (vaccino per la rabbia). Le malattie neurodegenerative sono malattie che Golgi non riuscì a caratterizzare tra le altre tipologie.

Sarchot ha studiato la SLA (sclerosi: indurimento, laterale: cordone laterale del midollo spinale; amiotrofico: gli arti) attraverso lo studio dei singoli muscoli scheletrici paralizzati fino all’autopsia del paziente. Toccando il cordone laterale del midollo spinale Sarchot era in grado di notare un indurimento della struttura. Questo è indicativo del motoneurone periferico.

Caso descritto da Jakob e Creutzfeldt

Jakob diede alla nuova entità nosografica le denominazione di Pseudosclerosi Spastica per la somiglianza con la pseudosclerosi di Strupell e Westphal, nome con cui era nota allora la malattia di Wilson (o malattia di degenerazione epatolenticolare, è una malattia geneticamente determinata, recessiva, in cui il paziente affetto riceve dai genitori portatori (fenotipicamente sani) la mutazione per il gene che codifica per il trasportatore del rame che agisce facendo uscire il rame dal neurone e dall’epatocita. In età avanzata questi soggetti sviluppano una malattia simil parkinsoniana che può essere curata, se presa per tempo, attraverso un chelante che lega gli ioni rame, contemporaneamente si fa adottare una dieta povera di rame e si somministra WILZIN, ioni zinco che competono con l’assorbimento degli ioni rame, in maniera da rendere minimo l’assorbimento del rame). Questa malattia, come tutte le malattie geneticamente trasmissibili è stata scoperta attraverso l’anamnesi (ricostruzione dell’albero genealogico: quanto e come si è distribuita la malattia).

Nella descrizione originale, Jakob impiegò anche il termine di Encefalopatia Diffusa per sottolineare la distribuzione non sistematica delle lesioni.

• Nel ’23 Jakob aggiunse la descrizione di altri due casi.
• Nel ’22 Spielmeyer propose per questa entità il nome di malattia di Creutzfeld-Jakob.
• Nel ’29 Heidenhain riportò tre casi di pazienti affetti da una sindrome caratterizzata clinicamente da demenza, segni extrapiramidali e, in due di essi, cecità corticale. Heidenhain, inoltre, fu il primo a descrivere, in uno dei tre casi, la spongiosi cerebrale, ritenuta poi caratteristica distintiva della malattia.
• Nel ’47 Wilson è stato il capostipite dei trattati di neurologia; nel suo trattato descrisse la sindrome di Jakob e la definì degenerazione cortico-striatale-spinale. Jones e Nevin presero le distanze dalla malattia di CJ e introdussero il termine Encefalopatia Spongiforme Subacuta, ritenendo possibile una causa vascolare.
• Nel ’68, May e Kirschbaum definiscono le varianti e la nosografia della malattia in due articoli e ne discutono la nosografia, ignorando completamente il lavoro di Gajdusek.

Che cos’è la malattia CJ?

Epidemiologia

• L’incidenza della CJ è rimarchevolmente costante in tutto il mondo: un caso per milione di abitanti;
• È così in Australia e Giappone in cui non esiste lo scrapie;
• È uguale in India dove la popolazione è largamente vegetariana.

Quadro clinico

Stadio prodromico:

• Malessere generale;
• Perdita di peso;
• Cefalea, dolori diffusi;
• Insonnia;
• Deterioramento mentale (disturbi mnesici, episodio confusionale acuto);
• Alterazione del comportamento, cambiamento della personalità;
• Mioclonie (scatti segmentali) generalmente localizzate agli arti superiori, talora generalizzate; possono essere scatenate da suoni o lampi di luce improvvisi;
• Disturbi del sistema extrapiramidale (ipertono, ipomimia, discinesie) (la demenza si accompagna ai disturbi motori, contrariamente all’Alzheimer), cerebellare;
• Paralisi di sguardo, amaurosi (variante di Heidenhain), atrofia ottica (la retina deriva dalla corteccia).

Stadio terminale:

• Stato di coma con postura decerebrata o decorticata;
• Decesso per complicazioni infettive.

Decorso:

• Subacuto con exitus in pochi mesi (2-4).

L’EEG è stato a lungo lo strumento più utile per la diagnosi di questa malattia. Si nota un’onda trifasica (detta pseudoperiodica). Il tracciato poi si impoverisce ulteriormente: non si seguono più i ritmi normali. La risonanza magnetica è stata utilizzata fin da subito anche se all’inizio si metteva in discussione l’utilità nell’individuare alterazioni di segnale nei nuclei della base. Inizialmente, infatti, non era considerata molto utile, adesso ci permette di distinguere subito un’ischemia (fasi precoci) e ci permette di capire quando e dove è avvenuta. Il coinvolgimento corticale è comune in sCJD, ma il coinvolgimento subcorticale isolato è raro: il segno dell’interessamento corticale è molto elevato ed è un segno che aiuta molto nella diagnosi.

Diagnosi di malattia di Creutzfeldt

• Clinica: deterioramento, mioclonie, segni piramidali ed extrapiramidali;
• Andamento: subacuto; peggioramento del deterioramento durante il ricovero;
• EEG: comparsa di attività periodica con onde di ampio voltaggio;
• RMN encefalo: quadro di atrofia diffusa. In fase precoce aumento di segnale nei nuclei della base e nella sostanza bianca periventricolare e nella corteccia posteriore specie in modalità DWI;
• Occorre escludere altre cause di encefalopatia subacuta;
• Un esame fondamentale è quello liquorale: nella CJ non vi è aumento delle cellule, vi può essere modesto danno di barriera, non vi è sintesi intratecale di IgG, si ritrova la proteina 14.3.3. Il liquor non ha alterazioni infiammatorie anche se è una malattia infettiva;
• Biopsia cerebrale: solo nel sospetto di altra patologia suscettibile di trattamento in quanto sono necessari trattamenti di sterilizzazioni diversi da quelli comuni;
• Conferma post-mortem attraverso:
  • Esame istologico;
  • Microscopia elettronica;
  • Purificazione della PrP.

Kuru

Kuru è il nome in lingua Fore dato da una popolazione indigena della Nuova Guinea a una malattia fatale che colpiva in prevalenza donne e bambini; il termine Kuru in quella lingua significa "tremare" e/o "essere spaventati". Per varie generazioni il Kuru rappresentò la causa più frequente di morte in un gruppo etnico ristretto ed isolato dell'altopiano della Nuova Guinea, che viveva in condizioni molto primitive di sviluppo (epoca della pietra) e parlava la stessa lingua Fore.

Quadro clinico

Fase prodromica:

• Cefalea, dolore articolare

Fase di stato:

• Sindrome cerebellare (tremore, disartria, difficoltà della deambulazione)
• Deterioramento mentale (lieve e tardivo)
• Segni piramidali ed extrapiramidali (lievi e tardivi)

Fase terminale:

• Astasia e abasia
• Anartria
• Disturbi della masticazione, deglutizione ed oculomozione
• Incontinenza sfinterica
• Stato cachettico e infezioni terminali

Epidemiologia

La malattia presentava un’alta prevalenza fra le donne e i bambini. La natura infettiva del Kuru venne da Gajdusek sospettata fin dall'inizio; tuttavia un iniziale tentativo di trasmettere la malattia ad animali convenzionali di laboratorio non sortì alcun effetto. Gajdusek considerò la possibilità che la malattia fosse determinata da fattori genetici o da intossicazione ambientale, ma entrambe queste condizioni erano difficili da dimostrare.

Le infezioni virali lente di Sigurdsson

Nella decade dal ’40 al ’50, questo ricercatore islandese venne chiamato dal governo del suo paese a salvare la principale fonte di reddito rappresentata dall’allevamento di ovini. Un’epidemia di Visna stava falcidiando le greggi islandesi. Sigurdsson scoprì che la malattia era dovuta ad un retrovirus da lui denominato lentivirus e che la patologia aveva caratteristiche singolari rispetto alle malattie infettive fino ad allora note:

• Incubazione prolungata da alcuni mesi fino a decine d’anni;
• Decorso clinico subacuto invariabilmente fatale;
• Lesioni patologiche confinate ad un solo organo dell’animale infetto;
• Ospite naturale ristretto ad una sola specie, con conseguente difficoltà di trasmissione a specie diverse.

Nel 1959 Hadlow segnala la somiglianza clinica ed anatomo-patologica tra Scrapie e Kuru e suggerisce l’induzione sperimentale del Kuru in primati da laboratorio. Nello stesso anno Klatzo sottolinea la somiglianza del quadro anatomo-patologico del Kuru con quello della malattia di Creutzfeldt-Jakob e pone le basi per la dimostrazione della trasmissibilità della malattia. Tra il 1966 e il 1968, Gibbs e Gajdusek trasmettono il kuru e la malattia di Creutzfeldt-Jakob (CJD) alla scimmia: le encefalopatie spongiformi umane sono malattie trasmissibili.

La trasmissione avveniva attraverso il rito funebre per la morte del capo famiglia o capo clan. Le donne e i bambini, in particolare, per assumere lo spirito del clan dovevano assumere il cervello del morto spalmandoselo sul corpo e mangiandolo dopo l’apertura della scatola cranica. L’agente penetrava attraverso il tubo digerente e le ferite cutanee. Gajdusek, quando sospettò ragionevolmente la trasmissibilità della malattia, spiegò ampiamente l’origine di essa alla popolazione di lingua Fore. Il rito venne interrotto in modo completo nel giro di poche settimane. Gajdusek poté analizzare la discesa della curva di incidenza del Kuru dimostrando un tempo di incubazione anche superiore ai 30 anni (azzeramento della curva).

Nel 1981 Masters, Gajdusek e Gibbs riescono a trasmettere per la prima volta alla scimmia la malattia di Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS), malattia ereditaria degenerativa caratterizzata da placche amiloidi cerebellari. Gli autori concludono che la GSS è un’encefalopatia spongiforme trasmissibile, eziologicamente correlata con la CJD. Anche questa malattia esclusivamente ereditaria è familiare.

Riassumendo, sulla natura della malattia di Creutzfeldt (triplice natura)

Siamo in grado di dire che CJD presenta:

• Forma sporadica (85-90%);
• Forma familiare (5-15%) con trasmissione di tipo autosomico dominante;
• Forma iatrogena, la trasmissione della malattia avviene attraverso il tessuto infetto (elettrodi per derivazione EEGrafica profonda; trapianti di cornea, di dura madre, di membrana timpanica; trattamento sostitutivo con estratti di ipofisi umana - epidemia tra bambini ipopituitarici che hanno subito un trattamento con l’ormone della crescita prelevato da ipofisi).

La trasmissione può essere sia orizzontale che verticale. Hanno tutti la stessa natura: alimentazione.

Lo scrapie (grattarsi il vello)

Fin dal 1700 gli allevatori inglesi erano a conoscenza di una malattia ad andamento epidemico che colpiva le pecore. Tale affezione era indicata col termine di “scrapie”. Nel 1775, visto il potenziale danno per gli allevamenti, la “House of Common” definisce lo scrapie un serio pericolo per l’economia rurale. Si scopre che è una malattia trasmissibile: nel 1899 Besnoit trasmette per la prima volta la malattia inoculando una pecora con estratto di cervello proveniente da un’altra pecora affetta da scrapie. Il periodo di incubazione è di 6 mesi e la natura infettiva della malattia viene messa in dubbio.

Tra il 1936 e il 1938 Cuillé e Chellé trasmettono lo scrapie ad una pecora attraverso l’inoculazione intraoculare di un estratto di midollo spinale di un’altra pecora affetta. La malattia compare 14 mesi dopo l’inoculo. I due autori stabiliscono che l’agente eziologico dello scrapie è un virus filtrabile (si utilizzano filtri per distinguere i batteri dai virus). Nel 1946 si verifica la trasmissione accidentale dello scrapie a migliaia di pecore in seguito alla contaminazione di un vaccino ad uso veterinario.

I dati epidemiologici sullo scrapie, la dimostrazione della trasmissibilità, l’impossibilità di isolare un battere o un fungo o un protozoo, la filtrabilità dell’agente e i dati sulle dimensioni minuscole dello stesso hanno fatto ritenere per lungo tempo che l’agente dello scrapie fosse un virus convenzionale. È in Inghilterra come abbiamo visto che il problema dello scrapie ovino è maggiormente avvertito: vi sono infatti 40 milioni di ovini nel Regno Unito. In particolare, il centro viene stabilito in Scozia: l’agente infettivo dello scrapie viene adattato ai topi con enorme vantaggio sulla rapidità e il basso costo degli esperimenti.

Ceppi diversi di scrapie

L’adattamento dell’agente infettivo dello scrapie ovino al topo conduce alla fondamentale scoperta che, attraverso passaggi seriati dell’agente nella stessa colonia di topi dello stesso inoculo, è possibile giungere all’isolamento di ceppi diversi di scrapie con caratteristiche che restano poi stabili nel tempo. Questa scoperta ha portato a credere che l’agente infettivo fosse un virus (es. variabilità nel ceppo dell’influenza). Si cerca allora di isolare il ceppo. Nel 1950 Wilson, Anderson e Smith ottengono ripetuti risultati positivi in esperimenti di trasmissione della malattia, raffinando le tecniche di studio dello scrapie sperimentale. Gli autori osservano la notevole resistenza dell’agente eziologico dello scrapie alle alte temperature ed alla formalina. Concludono che lo scrapie è una malattia infettiva dovuta ad un virus filtrabile di dimensioni indeterminate.

Nel 1954 Pattison trasmette lo scrapie dalla capra alla pecora. Egli dimostra che il periodo di incubazione, inizialmente lungo, si riduce progressivamente in seguito a passaggi seriali dell’infezione (si riduce il tempo di infezione perché quello che si inietta è la proteina di una specie che interagisce con la proteina di un’altra specie). Nel 1964 Pattison e Samson scoprono che l’agente dello scrapie è dializzabile con membrane i cui pori hanno diametro medio di 2.4 nm. Gli autori concludono che l’agente è di dimensioni estremamente piccole, non confrontabili con quelle di altri virus conosciuti: non può essere un virus. Sempre nel 1964 Pattison esegue una serie di esperimenti che dimostrano la notevole resistenza dell’agente dello scrapie in particolare alla formalina. Egli conclude, “It is likely that if the transmissible agent of scrapie is a living virus, it is a virus of a kind as yet unrecognized”.

Se non è un virus, di cosa si tratta?

Nel 1967 Hunter e Gibbons, notando la tenace associazione dell’agente con le membrane cellulari, suggeriscono che possa trattarsi di una glicoproteina, di un glicolipide o di un polisaccaride anomalo di membrana con capacità replicative. Tra il 1966 e il 1967 Alper e collaboratori pubblicano una serie di risultati che dimostrano come l’agente eziologico dello scrapie resista alle radiazioni ionizzanti e alla inattivazione da parte dei raggi UV. Poiché tali agenti fisici sono in grado di danneggiare irreparabilmente gli acidi nucleici distruggendo le informazioni in essi contenute, Alper conclude che l’agente dello scrapie si replica in assenza di un proprio genoma.

Nel 1972 Diener considera la possibilità che l’agente sia un viroide, cioè un acido nucleico (RNA, mRNA in grado di replicarsi però è troppo fragile) “nudo”, di dimensioni piccolissime (400-600 nucleotidi), come sono alcuni agenti infettivi del regno vegetale. Nel 1979 Dickinson e Outram propongono l’esistenza di un nuovo agente infettivo: il virino. Questo sarebbe costituito da una limitata quantità di acido nucleico e da componenti proteiche derivate dall’ospite. Tale modello viene ricavato per analogia dal virus del mosaico del tabacco e spiegherebbe l’assenza di risposta immunitaria nell’ospite.

Trasmissibilità

Quando venne dimostrata la trasmissibilità del Kuru e della CJ, già da svariati anni, i ricercatori inglesi studiavano l’agente infettivo dello scrapie, essi avevano stabilito ceppi adattati ai topi e determinato l’esistenza di ceppi diversi derivabili da un unico inoculo sulla base del tempo di incubazione e del quadro neuropatologico. Nel 1981, esaminando al microscopio elettronico omogenati ed estratti cerebrali di animali con scrapie e di controlli, Mertz, una tecnica di microscopia elettronica che lavorava in un laboratorio di New York, poté dimostrare la presenza, esclusivamente, negli estratti da cervello patologico, di formazioni che denominò scrapie associated fibrils (SAF): era stato scoperto un marker morfologico dello scrapie. Questa scoperta avviene qualche mese prima degli esperimenti di Prusiner.

Prusiner, nel 1982, studiando i criceti (hanno un tempo di incubazione di circa 2 mesi, e utilizza due gruppi di animali) prende posizione sulla possibile natura dell’agente dello scrapie e ne definisce le principali caratteristiche:

• È stabile a 90° per 30 minuti;
• Ha un basso peso molecolare (>= 50.000 Da – l’albumina è di circa 66.000);
• È resistente agli agenti in grado di danneggiare specificatamente gli acidi nucleici: nucleasi, idrossilammina, psoraleni, idrolisi catalizzata con ioni Zn²⁺, radiazioni;