Lezioni di Neuropatologia

Neuropatologia

Modulo I (3CFU)

Prof. Fabio Blandini

Roberta Trovato

NEUROPATOLOGIA

Prof. F. Blandini (3CFU)

16/10/2019

Neurobiologia e neuropatologia delle malattie neurodegenerative malattie neurodegenerative

Si tratta di degenerazioni progressive, inarrestabili, di una o più aree cerebrali, spesso a carico di

popolazioni neuronali specifiche. A seconda dell’area colpita, si avranno diversi quadri clinici, con

sintomi motori o cognitivi, o entrambi.

Le malattie più frequenti sono:

• Malattia di Alzheimer

• Malattia di Parkinson

• Sclerosi laterale amiotrofica

• Malattia di Huntington

La malattia di Alzheimer è il disturbo neurodegenerativo più frequente nella popolazione generale.

• Oltre 26 milioni di persone colpite in tutto il mondo.

• La forma più comune di demenza irreversibile.

• L'età è il principale fattore di rischio per questa malattia: la probabilità di sviluppare AD

dopo i 65 anni raddoppia quasi ogni cinque anni.

La malattia di Parkinson è la seconda malattia neurodegenerativa più comune.

- È il disordine del movimento prototipico.

- Come in AD, l'età è il principale fattore di rischio per PD.

AD e PD: malattie della terza età

- AD colpisce circa il 2-3% della popolazione con età >65 anni e arriva al 15% degli over 85;

- PD colpisce circa l’1% della popolazione con età >65 anni e arriva al 3-5% degli over 85.

In una popolazione che tende costantemente ad invecchiare l’incidenza di queste due malattie è

destinata ad aumentare progressivamente.

Due concetti di epidemiologia da introdurre sono:

a) Prevalenza, è la proporzione di “eventi” presenti in una popolazione in dato momento (es.



% di soggetti con AD, rispetto al totale della popolazione, oggi in Italia misura statica);

b) Incidenza, è la proporzione di nuovi casi che si verificano in un popolazione in un dato

lasso di tempo (es.: % di soggetti che hanno sviluppato AD, rispetto al totale della

popolazione, nel 2016 misura dinamica).

Malattia di Parkinson: generalità 1

La m. di Parkinson (Parkinson’s

disease) viene descritta per la prima

volta nel 1817 da James Parkinson,

medico londinese, che conia il

termine di “shaking palsy” o

“paralysis agitans” (non più

utilizzato).

Si ha un progressivo invecchiamento

della popolazione e a ciò corrisponde

ad una maggiore frequenza della

malattia

Epidemiologia della malattia di parkinson

È una malattia tipica delle aree

industrializzate.

Sintomi motori (classici)

- Tremore: a riposo, inizialmente unilaterale;

- Rigidità: colpisce tutti i distretti muscolari; resistenza plastica alla mobilizzazione passiva;

- Bradicinesia: deambulazione a piccoli passi, micrografia, facies ipomimica, ipofonia;

- Instabilità posturale: difficoltà a mantenere l’equilibrio (rischio cadute);

- Atteggiamento “camptocormico” dal greco kamptos: piegare e kormos: tronco, cioè

piegamento del tronco.

A questi vanno aggiunti sintomi non legati al movimento, alcuni anche predittivi. 2

Seria difficoltà di

mantenere costante la

pressione arteriosa

In particolare, la costipazione colpisce fino all'80% dei pazienti con PD e può precedere

l'insorgenza dei sintomi motori per anni. La costipazione idiopatica è uno dei più forti fattori di

rischio per la malattia di Parkinson.

I corpi di Lewy possono anche essere trovati nel tratto gastrointestinale.

Il Parkinson può essere considerata come una malattia sistemica?

• PD è una malattia sporadica (nessun altro caso in famiglia);

• Tuttavia, il 5-10% dei casi è collegato a specifiche mutazioni genetiche à PD familiare

(monogenico);

• Prima mutazione identificata nel 1997: gene α-sinucleina (SNCA) PARK1;



• Il parkinson è una malattia genetica? Nella maggior parte dei casi no;

• Esiste un 10-15% di forme familiari legate a mutazioni di geni specifici. 3

"... Le varianti polimorfiche in SNCA, MAPT, LRRK2 e le mutazioni di perdita delle offese nel

GBA stanno emergendo come fattori di suscettibilità per la PD sporadica".

La malattia di Parkinson è una

malattia complessa, dal punto

di vista della sintomatologia,

molto più varia ed articolata di

quanto si pensasse fino a pochi

anni fa.

Il parkinson è una malattia

progressiva, che tende a

complicarsi col passare del

tempo.

PD: patologia dei nuclei della base

• Anatomia funzionale e sistemi di neurotrasmissione

• Ipotesi patogenetiche e meccanismi di danno neuronale

• Aspetti neuropatologici della malattia

• Terapia

• Modelli sperimentali e nuove ipotesi

1°elemento patognomonico : lesione

anatomo-patologica 4

Degenerazione progressiva della substantia nigra (pars compacta): scomparsa dei neuroni

dopaminergici contenenti melanina.

La SNc invia proiezioni dopaminergiche al corpo striato. Entrambi fanno parte del circuito dei

nuclei della base, che insieme al talamo motorio ed alla corteccia motoria regolano la corretta

esecuzione dei movimenti volontari.

La degenerazione della SNc provoca un deficit nigro-striatale di dopamina (Ehringer &

Hornykiewicz, 1960), cui fa seguito una cascata di alterazioni funzionali che conduce

all’espressione dei sintomi motori.

2° elemento patognomonico : presenza di inclusioni citoplasmatiche (c. di Lewy)

I corpi di Lewy

Morfologia

Inclusioni sferica, diametro 8–30 μm,

eosinofile.

• Core: parte densa, costituito da

aggregati granulari di proteine

ubiquitinate;

• Alone periferico: α-sinucleina

fibrillare e neurofilamenti.

Biochimica

I corpi di Lewy sono aggregati proteici composti da: α-sinucleina, torsinA, sinfilina-1,

neurofilamenti, componenti del sistema di degradazione proteica ubiquitina-proteasoma (ubiquitina,

parkina, subunità proteasomiche ed attivatori del proteasoma), heat shock proteins, quali HSP70 ed

HSP90, implicate nei processi di “folding”, trasporto e degradazione proteica.

α-sinucleina: passaggio dal "vecchio" al "nuovo" PD 5

L’α-sinucleina è una piccola

proteina (140 aa), struttura

dell'α-elica, abbondante nel

citoplasma e terminali

presinaptici dei neuroni

dopaminergici.

L' α-sinucleina può essere

"trasmessa" ai neuroni vicini:

vari meccanismi possono

mediare il trasferimento da

cellula a cellula dell' α-

sinucleina.

La presenza dei c. di Lewy non è limitata alla via nigro-striatale, ma interessa numerose aree non

dopaminergiche, con una progressione ascendente (staging) che inizia in fase precoce (pre-

sintomatica), a livello bulbare (man mano che la malattia progredisce i corpi di Lewy si trovano

sempre più in alto)- Studi effettuati da Braak.

Si tratta di una malattia complessa: il deficit dopaminergico comporta dei sintomi motori che, però,

rappresentano solo punta dell’iceberg dei sintomi della malattia di Parkinson.

Il fattore età

Si iniziano a perdere i neuroni SNc

con l'età, ma i sintomi della PD

non si manifestano fino a quando

la perdita neuronale non supera il

70-80% dei neuroni dopaminergici

totali. Ipoteticamente, se

vivessimo tutti 120 anni, tutti

svilupperebbero la PD.

PD: patologia dei nuclei della base 6

I gangli della base si trovano nel telencefalo basale e sono costituiti da 5 nuclei interconnessi: il

nucleo caudato, il putamen, il globus pallidus, la substantia nigra e il nucleo subtalamico.

Caudato-putamen o Striato

Nei primati, il nucleo caudato e il putamen sono parzialmente separati dalla capsula interna, ma

diversi ponti di cellule collegano i due nuclei, che sono simili in termini di caratteristiche

anatomiche e funzionali. Pertanto, le due strutture insieme sono generalmente indicate come corpo

striato o striato. Nei roditori lo striato si presenta come una struttura anatomicamente omogenea.

Le popolazioni neuronali che li caratterizzano sono: neuroni spinosi di proiezione (95% delle

cellule striatali totali) che usano l'acido gamma-amino-butirrico (GABA) come neurotrasmettitore.

Il GABA può essere colocalizzato, in alternativa, con la sostanza P/dinorfina, nei neuroni che

esprimono i recettori D1, o con l'encefalina nei neuroni che esprimono i recettori D2: queste due

sottopopolazioni sono costituite da neuroni di proiezione. Il rimanente 5% è rappresentato da

interneuroni aspinosi, principalmente contenenti acetilcolina.

Globo pallido

Due segmenti nei primati: globus pallidus mediale (interno) e globus pallidus laterale (esterno).

Nei roditori:

- Globo pallido mediale = nucleo entopeduncolare;

- Globo pallido laterale = globo pallido.

Entrambi i segmenti

pallidali sono popolati

da neuroni GABAergici

(co-localizzazione con

encefaline).

Substantia nigra

È costituita da due strutture distinte: 7

1) Un'area densamente popolata, pigmentata (melanizzata, con melanina) chiamata substantia

nigra pars compacta. I neuroni SNc usano principalmente la dopamina, come

neurotrasmettitore;

2) Una porzione adiacente di cellule sparse, situata ventralmente, denominata sostantia nigra

pars reticulata. Neuroni GABAergici.

Nucleo subtalamico

È popolato da neuroni glutammatergici ed è l'unico nucleo eccitatorio del circuito dei gangli della

base. La corteccia riceve segnali dal talamo

motorio, queste vengono poi incanalate

nello striato.

Si distinguono due vie:

- Via diretta

- Via indiretta.

Nel Parkinson lo striato rimane privato

della dopamina.

Il nucleo subtalamico diventa iperattivo

ed essendo un nucleo eccitatorio iper-

eccita i nuclei in uscita: pallido mediale

e pars reticolata. Questi

però sono nuclei inibitori, che essendo

iper-attivati iper-inibiscono il talamo

motorio gli input motori che arrivano alla

corteccia sono molto deboli. 8

L-DOPA E DOPAMINA

Esiste una terapia farmacologica sostitutiva.

La L-DOPA (3,4-diidrossi-l-fenilalanina o

levodopa) viene somministrata in associazione

con un inibitore periferico della DOPA

decarbossilasi (benserazide o carbidopa) per

bloccarne il catabolismo periferico. Una volta

nel cervello, viene trasformata in dopamina ed

utilizzata dai neuroni nigrostriatali superstiti.

Terapia (dopamino-agonisti + L-Dopa)

Spesso alla L-DOPA vengono associati a farmaci

in grado di stimolare direttamente i recettori per

la dopamina: i dopamino-agonisti, meno potenti

della L-DOPA.

Effetti collaterali a lungo termine:

- Efficacia ridotta ("logoramento");

- Fluttuazioni del motore ("on / off");

- Movimenti involontari (discinesie).

C’è la necessità di trovare terapie alternative alla L-DOPA, in grado di modificare il decorso della

malattia agendo sui meccanismi di morte neuronale: neuroprotezione o qualsiasi terapia che

modifichi il decorso della malattia (disease modifying therapy).

Patogenesi del Parkinson: principali ipotesi

- Neuroinfiammazione

- Stress ossidativo

- Deficit mitocondriale

Genetica e ambiente influenzano tutte queste condizioni.

M. di Parkinson e tossine ambientali

Si è ipotizzato che la via nigrostriatale potrebbe essere il bersaglio preferenziale di una serie di

tossine ambientali.

“... numerose classi di pesticidi furono introdotte nel corso del ventesimo secolo.

Sebbene il PD esistesse molto prima dell'introduzione di questi pesticidi, l'idea è che l'esposizione

ai pesticidi abbia contribuito all'aumento dell'incidenza della malattia. ".

M. di Parkinson e ambiente 9

Epidemiologia

Si pensa che:

- Residenza in aree rurali

- Agricoltura

- Consumo acqua di pozzo

Possano rappresentare un fattore di rischio per la malattia di Parkinson.

Nell’ambito della malattia di Parkinson è importante:

- Individuazione di target per trattamenti volti a modificare (rallentare, arrestare, ripristinare)

la progressione della degenerazione neuronale;

- Migliorare i trattamenti sintomatici;

- Identificazione dei marker per la diagnosi precoce;

- Identificazione di test per una misurazione affidabile della progressione della malattia.

I modelli sperimentali (sia in vivo che in vitro) possono aiutarci a soddisfare queste esigenze.

Modelli animali della malattia di parkinson

Il modello PD "perfetto" dovrebbe riprodurre:

1) Caratteristiche patologiche PD

a) Perdita cellulare nel SNc;

b) Aggregati citoplasmatici di α-sinucleina, eventualmente diffondendosi da una cellula

all'altra.

2) Evoluzione progressiva del danno neuronale e della neuroinfiammazione

3) Sintomi motori PD

4) Sintomi non motori del PD

5) Risposta ai farmaci anti-PD

Un tale modello non esiste, esistono, però, vari ordini di approssimazione.

Modelli animali (mammiferi) del morbo di Parkinson

Tre gruppi principali:

- Neurotossici

- Transgenici

- Prion-like 23/10/2019

Neuroni dopaminergici nella malattia di Parkinson: la vittima principale

Molecular imaging of PD - [18F] FPCIT PET (DAT presinaptico)

- Controllo: assorbimento normale

- Paziente PD, stadio iniziale: riduzione unilaterale

- Paziente PD, stadio avanzato: riduzione bilaterale

Il tracciante marcato si lega al trasportatore presinaptico della dopamina (DAT), in questo modo

permette di valutare la densità di dopamina nel terminale sinaptico. Nel corpo striato in uomo e

scimmia si distinguono bene caudato e putamen. I colori indicano la forza di legame con il

10

tracciante. In un paziente con parkinson in fase iniziale si nota un

coinvolgimento unilaterale.

Con questa metodica non si effettua la diagnosi ma si può accompagnare ad altri esami clinici

(riduzione dopaminergica, corpi di Lewy) che si basano più che altro su studi probabilistici.

Patogenesi del Parkinson: principali ipotesi

Perché ad un certo punto i neuroni iniziano a degenerare

così velocemente?

Il Parkinson è per definizione una malattia multifattoriale, è

un concetto trasversale a tutte le malattie neurodegenerative.

Le cause principali, per cui vi sono dimostrazioni

sperimentali, sono:

- Neuroinfiammazione

- Deficit mitocondriali

- Stress ossidativo

Patogenesi del Parkinson: deficit mitocondriali

Deficit del complesso I nella SNc di pz. Parkinsoniani (Parker, 1989; Schapira, 1990)

La disfunzione mitocondriale è un evento precoce in praticamente

tutte le malattie neurodegenerative comuni, tra cui il morbo di

Parkinson, il morbo di Alzheimer malattia, malattia di Huntington,

amiotrofica sclerosi laterale.

Nel caso del Parkinson gli studi si sono concentrati sul complesso I

della catena di trasporto elettronica. Perché?

MPTP di per sé non è tossica, convertito in

+

MPT che è la vera e propria tossina , entra

nei neuroni dopaminergici perché ha un’alta

affinità per DAT, entra nei mitocondri, lega

il complesso I, blocca la produzione di

energia e la cellula muore. Il complesso I è

stato studiato nelle piastrine.

MPTP viene utilizzato per creare modelli

sperimentali di PD: inibitori del complesso

enzimatico mitocondriale I, come MPTP e

rotenone, causano degenerazione

nigrostriatale e sintomi di PD negli

animali.

In immunoistochimica si valuta

l’immunoreattività della tirosina idrossilasi

nello striato (A) e SNc (B) di un MPTP 11

trattato scimmia, seguendo a destra, iniezione intracarotide o in striato e SNc di un topo reated, per

5 settimane, con rotenone sistemico.

Il concetto di compromissione mitocondriale nel PD si è evoluto da quando è diventato chiaro che i

mitocondri sono organelli dinamici. I mitocondri hanno la capacità di miccia (fusione), divisione

(fissione) e migrazione per fornire energia in tutti gli estesi processi neuronali.

- La fissione mitocondriale è richiesta nelle cellule in divisione per garantire l'ereditarietà di

mitocondri da cellule figlie, ma è anche importante durante la differenziazione, in risposta a

nuove richieste energetiche. La fissione mitocondriale è anche un processo normale in

cellule post-mitotiche come i neuroni.

- La fusione mitocondriale serve a mantenere una rete mitocondriale tubolare e ottimale

funzione mitocondriale. Una rete mitocondriale interconnessa può facilitare il trasferimento

del potenziale della membrana mitocondriale da cellulare ricco di ossigeno a povero di

ossigeno regioni.

Il fabbisogno energetico di assoni e terminali nervosi dipende dalla corretta distribuzione e funzione

mitocondriale. A livello terminale, i mitocondri sono fondamentali per il buffering del calcio e

l'energia per il mantenimento del pool vescicolare. I difetti di fusione/fusione limitano la motilità

mitocondriale, diminuiscono la produzione di energia, promuovono lo stress ossidativo, portano alla

2 +

delezione del mtDNA e compromettono il buffering di Ca .Tutte queste condizioni possono

portare alla morte neuronale 12

Praticamente tutte le proteine coinvolte nella forma genetica del Parkinson sono associate ai

mitocondri.

- LRRK2 (PARK8, forma dominante più

frequente) e α-sinucleina (PARK 1/4) PD)

sono stati trovati associati alla membrana

esterna dei mitocondri.

- DJ-1 (PARK7): proteina citosolica che può

traslocare ai mitocondri in caso di stress

antiossidante).

- PINK1 (PARK6): chinasi mitocondriale,

può localizzarsi sia al citoplasma che ai

mitocondri;

- Parkin (PARK2, forma recessiva più

frequente) è una proteina citosolica

(ubiquitina ligasi), ma può traslocarsi nei

mitocondri dopo la fosforilazione di PINK.

Il pathway PINK1/Parkin regola il controllo della qualità mitocondriale promuovendo la fissione

mitocondriale e,