scaffold 5-sulfonamidopirazolico, esemplificata dal composto 82 (figura 23).
3.3. NEUROINFIAMMAZIONE COME TARGET.
La presenza di infiammazione nel ASD è un concetto che sta ricevendo grande
attenzione. La neuroinfiammazione sta emergendo come un elemento comune
in numerosi disturbi neurologici e neuropsichiatrici come la schizofrenia, il
disturbo bipolare e la depressione. Così è sorto il dubbio se la
neuroinfiammazione potesse essere un meccanismo che contribuisce allo
sviluppo del ASD e se essa è un processo causale o reattivo. L'ipotesi di un ruolo
dell'infiammazione precoce (prenatale) nell'eziologia del ASD era inizialmente
basata sull'alta correlazione del ASD con l'insorgenza di epidemie virali
evidenziate da numerosi studi epidemiologici. Da allora, è stato dimostrato che le
infezioni materne virali e batteriche e le malattie autoimmuni, sono associate
allo sviluppo del ASD. Durante lo sviluppo cerebrale, citochine e chemochine, che
contribuiscono a modulare la migrazione delle cellule gliali e neurali, la
differenziazione e la maturazione sinaptica, sono espresse a livelli molto bassi.
L'attivazione materna del sistema immunitario aumenta i livelli nel sangue
materno di specifiche chemochine e/o citochine cerebrali che potrebbero
raggiungere il cervello fetale e influenzare lo sviluppo cerebrale del feto. Ad
89
cordone ombelicale è stato correlato a complicanze perinatali. Inoltre, non è
noto quanto sia permeabile agli anticorpi lo sviluppo della BEE e come gli
anticorpi materni possano raggiungere il cervello fetale.
Studi clinici e post-mortem mostrano che nel ASD i processi infiammatori non
sono limitati al periodo perinatale. Infatti, le condizioni infiammatorie croniche e
la risposta anormale alle infezioni sono state descritte in bambini e adulti con
ASD. [111] I processi infiammatori anormali possono essere un fattore eziologico
del ASD che influenza il comportamento e altri sintomi durante la vita dei
pazienti, come dimostrato dall'astrogliosi e dall'attivazione microgliale, insieme
ad una maggiore espressione di mediatori pro-infiammatori, come IL-6, TNF-α ,
TGF-β1, IFN-γ, IL-8 e altri geni associati alla risposta immunitaria nel cervello e
nel liquido cerebrospinale. [112]
La fisiopatologia degli astrociti può essere critica nella progressione dei disturbi
dello sviluppo neurologico. Le astroglia organizzano l'architettura cerebrale,
nutrono le sinapsi e percepiscono l'attività sinaptica, partecipano alla
neurotrasmissione, all'accoppiamento metabolico dei neuroni-astrociti e alla
secrezione delle citochine. Di conseguenza, gli astrociti influenzano tutti i
processi associati allo sviluppo, alla maturazione e all'invecchiamento del
cervello. Le cellule microgliali sono, d'altra parte, le cellule immunitarie nel
sistema nervoso centrale che rilevano il danno al sistema nervoso, secernono
citochine e controllano la neuroinfiammazione. Pertanto, un'anomala attivazione
90
eliminazione della sinapsi può essere cruciale nei disordini dello sviluppo
neurologico, incluso il ASD.
Sono stati proposti diversi target neuroinfiammatori per lo sviluppo di nuove
strategie terapeutiche che bersagliano la neuroinfiammazione nel ASD.
Oltre ad avere un ruolo nella plasticità sinaptica sopra discusso, il recettore
mGlu5 è coinvolto nella modulazione degli effetti neurotrofici, nonché nella
proliferazione e nelle risposte infiammatorie delle cellule gliali. I recettori mGlu5
si trovano sulla microglia, dove sono coinvolti nella comunicazione neuronale-
gliale e contribuiscono al mantenimento dell'omeostasi neuronale controllando il
rilascio e l'assorbimento di glutammato da parte degli astrociti. È stato
dimostrato che nelle colture primarie di microglia, l'agonista selettivo del
recettore mGlu5 (RS)-2-cloro-5-idrossifenilglicina (CHPG) può attenuare
l'attivazione microgliale e la neurotossicità associata in seguito all'esposizione al
lipopolisaccaride (LPS). Di conseguenza, studi su modelli murini dimostrano che
l'attivazione del recettore mGlu5 ha effetti neuroprotettivi inibendo l'attivazione
e la proliferazione della microglia. Quindi, ci sono evidenze sperimentali che gli
agonisti del mGlu5 possono ridurre i possibili processi neuroinfiammatori nel
ASD. Tuttavia, considerando il ruolo complesso dei recettori mGlu nell'eccitabilità
neuronale e l'interconnessione tra i recettori metabotropici e ionotropici del
glutammato, sono necessari ulteriori studi per chiarire se la somministrazione
91
convulsioni, e se i PAM di mGlu5 possono anche esercitare effetti neuroprotettivi
inibendo l'attivazione microgliale.
È stato proposto che l'attivazione dell'infiammasoma attraverso il recettore Toll-
simile TLR3 o le vie mediate da TLR4, possano essere alla base dell’attivazione di
modelli animali ben noti di ASD, come LPS- o poly (I:C)- o gruppo B di
streptococco indotto dal sistema immunitario materno. TLR3 e TLR4 sono
espressi negli astrociti e nella microglia e sembra che la risposta degli astrociti
agli agonisti TLR3 e TLR4 dipenda dalla presenza di microglia funzionale. A livello
molecolare, l'attivazione di TLR4 da parte dell'agonista LPS è correlata
all'aumentata produzione di citochine/chemochine infiammatorie e ROS
mediante attivazione del pathway di NFκB.
La modulazione della via di segnalazione di TLR4 è stata recentemente proposta
come un nuovo approccio terapeutico per ridurre il carico infiammatorio nei
bambini con ASD. È stata studiata la via di segnalazione di TLR4 nelle cellule T
periferiche dei pazienti con ASD. L'espressione di TLR4 è sovraregolata nei
bambini con ASD rispetto ai controlli normali. L'attivazione della segnalazione
TLR4 è stata associata ad una maggiore espressione di NOX-2 e alla produzione di
ROS, che è stata ridotta dall'inibizione della via di segnalazione di NFκB. Questi
risultati sono in accordo con precedenti studi che riportano che la stimolazione di
cellule mononucleate del sangue periferico di bambini ASD con LPS, ha
aumentato la produzione di citochine pro infiammatorie, e che l'espressione di
92
Recentemente, la delucidazione della struttura cristallina del complesso formato
da TLR4 e proteine accessorie, ha supportato fortemente i progressi nella
progettazione di piccole molecole antagoniste di TLR4. Sono state descritte e
studiate diverse classi di antagonisti del TLR4 in diversi modelli di infiammazione
periferica o centrale. Tra questi, i derivati β-amminoalcoolici 87 e 88 (figura 25) si
sono dimostrati efficaci soppressori dell'attivazione di TLR4 con buone proprietà
di solubilità e di PK. [113] Il composto 89 (TAK-242, figura 25) sopprime
l'attivazione del TLR4 bloccando la formazione di complessi di proteine TLR4-
accessorie e quindi l'attivazione delle vie correlate alla produzione di citochine
pro-infiammatorie. Il composto 89 è stato in grado di ridurre la
neuroinfiammazione nella corteccia frontale del ratto dopo lo stress. Ad oggi non
sono stati riportati dati su modelli animali di ASD. È stato anche riportato che gli
antidepressivi triciclici, come i composti 90 (amitriptilina), 91 (mianserina) e 92
(desimipramina, figura 25) hanno mostrato vari gradi di inibizione sull'attivazione
del TLR4 in diverse linee cellulari, incluse le cellule microgliali BV-2 murine.
Oltre al ruolo nella modulazione della plasticità sinaptica e al rilascio di OT, la
serotonina può anche avere un ruolo nella modulazione della
neuroinfiammazione. La serotonina funziona non solo come fattore neurotrofico
93
Figura 25– (A) Struttura degli agonisti TLR4.
(B) Antidepressivi triciclici che possono inibire l’attivazione del TLR4.
Infatti, essa modula un'ampia varietà di funzioni immunitarie, come
l’infiammazione, la fagocitosi, la migrazione delle cellule T e la produzione di
citochine. Ad oggi, l'interconnessione tra effetti serotonergici e anomalie delle
risposte immunitarie nei fenotipi autistici non è stata chiarita. Alti livelli di 5-HT
possono influenzare direttamente la risposta innata ed adattativa del sistema
immunitario, ed influenzare la sovrapproduzione di citochine e chemochine, che
a loro volta possono entrare nel cervello influenzando la maturazione neuronale
nelle fasi di sviluppo. Un aumento del reuptake porta a livelli ridotti di 5-HT, che
sono importanti per il corretto funzionamento del sistema immunitario. D'altra
parte, l'aumentata espressione di citochine pro-infiammatorie regola la funzione
SERT attraverso la via di segnalazione MAPK p38 e induce cambiamenti
94
relazione tra trasmissione serotoninergica e sistema immunitario può aprire
nuove prospettive terapeutiche per affrontare i deficit comportamentali nel ASD.
Partendo dall'osservazione che i bambini con ASD mostrano livelli aumentati di
neurotensina (NT) nel siero, Patel et al. hanno riportato che la NT è in grado di
attivare colture primarie di microglia ottenute dal cervello umano, così come la
linea di cellule microgliali umane immortalizzate SV40. [114] Hanno dimostrato
che NT aumenta l'espressione genica e il rilascio della citochina proinfiammatoria
IL-1β e le chemochine CXCL8, CCL2 e CCL5 attivando la sortilina e non i recettori
neurotensinici 1 o 2. La sortilina è un recettore di membrana di tipo I
appartenente alla famiglia di recettori di selezione delle proteine 10 della
proteina vacuolare (VPS10P) ed è principalmente espressa nel SNC durante lo
sviluppo embrionale e i processi infiammatori. Su tali basi, è stato suggerito che
l'inibizione della sortilina possa fornire nuovi approcci terapeutici per il ASD.
Tuttavia, alterare la segnalazione della sortilina potrebbe indurre diversi effetti
avversi a causa del suo importante ruolo in numerose funzioni fisiologiche. I
ricercatori di Lundbeck hanno recentemente individuato una piccola molecola
inibitore della sortilina, il composto 93 (AF38469, figura 26) che è biodisponibile
per via orale. Tuttavia, il composto mostra una scarsa esposizione al SNC a causa
della presenza nella molecola di un gruppo carbossilico, e quindi non è utile
studiare la biologia della sortilina nel sistema nervoso centrale in vivo. In uno
studio successivo, utilizzando approcci di progettazione di farmaci fragment-
95
N-sostituito, come template per lo sviluppo di inibitori della sortilina perché
agisce come isostero di un acido carbossilico e consente interazioni cruciali con la
sortilina. I composti 94 e 95 sono stati identificati come inibitori della sortilina
che permeano le cellule, anche se con una potenza modesta (figura 26).
Figura 26 – Struttura degli inibitori della sortilina.
Le metalloproteinasi di matrice (MMP) sono un gruppo di proteasi coinvolte nei
processi di neuroinfiammazione e neurosviluppo e, in quanto tali, sono
probabilmente coinvolte nell'eziopatologia del ASD. Ad esempio, le MMP
possono promuovere o sopprimere l'infiammazione attraverso la proteolisi di
citochine e chemochine. Tuttavia, nonostante la plausibilità biologica del
coinvolgimento delle MMP nel ASD sia assodata, sono necessarie ulteriori
indagini in questo ambito. È interessante notare che i topi senza il gene FMR1
mostrano un'espressione troppo elevata di MMP-9 nel cervello che può essere
down-regolata per trattamento con il composto 96 (minociclina, figura 27), un
antibiotico tetraciclinico con attività inibitrice di MMP-9. La downregulation di
MMP-9 salva la morfologia della colonna vertebrale dendritica immatura e il
96
un'elevata attività plasmatica di MMP-9. Così, studi clinici successivi hanno
dimostrato che i livelli di attività di MMP-9 possono essere ridotti mediante la
somministrazione del composto 96 e che, in alcuni casi, i cambiamenti
nell'attività di MMP-9 erano positivamente associati a miglioramenti delle misure
cliniche. Questi risultati potrebbero essere rilevanti anche per il ASD poiché sono
stati riportati aumenti di MMP-9 in campioni di liquido amniotico in casi di ASD.
[115] Quindi, gli inibitori di MMP-9 potrebbero essere utilizzati per il trattamento
del ASD. Sono stati fatti diversi sforzi per sviluppare inibitori selettivi delle MMP,
portando all'identificazione di diverse classi chimiche di inibitori. Per quanto
riguarda gli inibitori di MMP-9, tuttavia, il composto 96 è l'unica piccola molecola
in grado di attraversare la BEE, ad oggi disponibile.
97
4. CONCLUSIONI E PROSPETTIVE FUTURE
[4]Negli ultimi anni sono stati resi disponibili sempre più dati relativi all'eziologia del
ASD. Con la scoperta della neurobiologia che sta alla base del ASD, la terapia
farmacologica mirata sta diventando sempre più praticabile, almeno in teoria.
L'altissima variabilità clinica ed eziologica tra individui con ASD indica che nessun
trattamento specifico andrà bene per tutti i pazienti con ASD. L'identificazione
delle cause genetiche del ASD è risultata difficoltosa, poiché si ritiene che il ASD
sia poligenico. Tuttavia, l'ipotesi "molti geni, pathways comuni" suggerisce che i
molti geni associati al ASD possano convergere, attraverso diversi meccanismi
molecolari, su processi comuni nel cervello responsabili dei sintomi principali del
ASD. La delucidazione di questi percorsi comuni porterà probabilmente allo
sviluppo di terapie per trattare i sintomi principali del ASD. Tuttavia, per stimare
se un target potrebbe essere utile per ampi gruppi di pazienti è importante
capire in che modo le diverse eziologie convergano su specifici meccanismi
molecolari e come si differenziano nei circuiti del cervello, nello sviluppo
cognitivo e nei sintomi comportamentali.
Modelli animali di forme sindromiche e non sindromiche di ASD hanno
notevolmente migliorato la comprensione dei pathways biochimici coinvolti nel
ASD e hanno fornito l'opportunità di studiare i cambiamenti dello sviluppo o
l'espressione di varianti genetiche in diverse aree del cervello e di manipolare
98
animali non riescono a riprodurre molti aspetti del ASD a causa delle differenze
tra le specie e del possibile contributo dell'epigenetica nella patofisiologia del
ASD. Inoltre, alcune regioni neocorticali colpite nell'uomo non sono ottenibili dal
cervello di topo, e lo sviluppo del cervello dei topi non riflette perfettamente lo
sviluppo del cervello umano. Pertanto, gli studi clinici sull’uomo sono cruciali per
comprendere i contributi genetici e non genetici al ASD e per convalidare
potenziali bersagli farmacologici. A tale riguardo, la tecnologia iPSC sta fornendo
uno straordinario strumento alternativo per colmare il divario traslazionale tra
modelli animali e studi clinici umani per lo studio dei disturbi cerebrali dell’uomo
attraverso la produzione scalabile e manipolabile di cellule neurali umane
derivate direttamente dai pazienti con ASD. I recenti progressi nella tecnologia
iPSC e nelle tecniche di differenziazione neurale in vitro hanno permesso di
caratterizzare funzionalmente i neuroni e di analizzare lo sviluppo corticale
durante la differenziazione neurale contribuendo alla comprensione dei
meccanismi patogenetici del ASD e di identificare i biomarcatori molecolari per
un trattamento medico personalizzato del paziente.
Come illustrato in questa tesi, la disfunzione sinaptica sta ricevendo molta
attenzione. Lo squilibrio tra la trasmissione eccitatoria e inibitoria è un
meccanismo comune nel ASD ed è responsabile dell'apprendimento e della
memoria, dei deficit cognitivi, sensoriali, motori e delle convulsioni. Lo squilibrio
E/I può essere corretto agendo sui recettori mGlu, NMDA o GABA o inibendo la
99
all'identificazione di molecole che bersagliano i recettori mGlu, NMDA e GABA
che sono entrati in fase di studio clinico. Sono stati identificati candidati
promettenti quali i inibitori della GSK-3β. Lo sviluppo di modulatori allosterici
altamente selettivi o il targeting dei percorsi intracellulari a valle dei recettori
glutammatergici può aprire nuove prospettive terapeutiche per migliorare la
neuroplasticità senza indurre neurotossicità.
Un'altra strategia per correggere la disfunzione della sinapsi è bersagliare le
anormalità nella morfologia e nella densità della colonna vertebrale dendritica.
L'mTOR è probabilmente il target più studiato e promettente e gli inibitori 60 e