I polimorfismi della ferroportina.

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secreta, in risposta all'ingestione del cibo, può contribuire ai disordini del ferro osservati nella NAFLD.

4.2 I polimorfismi della ferroportina.

L’epcidina, esercita la sua influenza sul metabolismo del ferro attraverso la down-regulation dell’esportazione del ferro mediata dalla Ferroportina (FPN). La ferroportina (FPN), conosciuta anche come IREG1 o MTP1 è una proteina transmembrana altamente conservata che è essenziale nell'acquisizione e nel trasporto del ferro. La proteina è formata da 571 amminoacidi con dodici domini transmembrana ed entrambe le estremità N- e C- terminali, poste nel lato citosolico. La proteina ferroportina viene codificata dal gene SLC40A1 che è localizzato sul cromosoma 2 (2q32). Il gene è formato da 1713 nucleotidi ed otto esoni, le mutazioni finora conosciute si sono verificate a livello degli esoni 1, 3, 5, 6, 7 e 8. La proteina FPN è stata ritrovata nelle diverse cellule che esportano il ferro in forma ionica. Questa proteina, è principalmente espressa sulla membrana basolaterale degli enterociti maturi oltre che sulla membrana dei macrofagi della milza, fegato e midollo osseo. La proteina si ritrova anche sulla superficie degli epatociti, sulla membrana basale del sinciziotrofoblasto placentare e sulla membrana tissutale. In misura minore, si ritrova anche nelle vescicole sinaptiche, nella barriera ematoencefalica e nelle cellule endoteliali vascolari. La ferroportina, si trova sulle superfici cellulari ed è fondamentale nell’omeostasi del ferro sistemico essendo il principale esportatore di ferro dalle cellule verso il flusso sanguigno. La ferroportina, media sia il riciclo del ferro che è stato recuperato dagli eritrociti danneggiati o senescenti che dai macrofagi, indirizzandolo verso il flusso sanguigno oltre a regolare anche il trasporto del ferro dagli enterociti duodenali verso la transferrina plasmatica.

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Fino ad oggi, sono state descritte almeno quarantacinque mutazioni del gene SLC40A1 in persone di etnia diversa. Nella maggior parte dei casi, il polimorfismo FPN è il risultato di una mutazione missense come ad es A77D anche se, in alcuni casi, la mutazione è dovuta alla delezione di una base,come ad es Val162del. In base agli studi effettuati sulla popolazione sana si è notato una variazione di queste mutazioni che va da un minimo dell’1% ad un massimo dell’11,6%. La mutazione del gene FPN promuove la sintesi di una proteina con una alterata sequenza amminoacidica, a cui segue una inadeguata risposta da parte dell’epcidina che porta verso una difettosa omeostasi del ferro con conseguenze biochimiche e cliniche. La normale omeostasi del ferro, richiede una stretta corrispondenza tra il ferro che viene assorbito attraverso la dieta alimentare e quello di cui necessita l’organismo per soddisfare le proprie esigenze. E’ stato notato che la diminuzione della sintesi dell’epcidina o l’alterazione dell’asse epcidina-FPN conduce verso un sovraccarico di ferro. Alcune mutazioni del gene FPN, hanno influito negativamente sul riciclo del ferro disturbando pertanto l’omeostasi del ferro. La malattia della ferroportina descritta anche come emocromatosi ereditaria di tipo IV, HFE 4 (Online Mendeliana Inheritance in Man, OMIM numero 606069), a differenza dell’emocromatosi ereditaria, è una malattia autosomica dominante caratterizzata dall’accumulo di ferro nei macrofagi del sistema reticoloendoteliale in cui il knockout del gene FPN altera l’assorbimento del ferro nel duodeno (Cazzola et al., 2005).

Le varianti fenotipiche della ferroportina possono essere classificate in due gruppi. In un gruppo, si ha la riduzione della funzione di esportatrice di ferro e di resistenza all’epcidina probabilmente a causa della localizzazione della FPN stessa sulla membrana plasmatica (ad esempio, FPN Q248H). Nel secondo gruppo, le varianti della FPN si localizzano sulla superficie della membrana plasmatica, conservano la funzione di esportazione anche se le cellule hanno

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ridotto la degradazione indotta dall’epcidina. Sia la riduzione che l’aumento della funzione di esportazione attraverso la FPN, possono portare ad una deregolazione del metabolismo del ferro con conseguenze cliniche. Le complicazioni biochimiche indotte dalla malattia della FPN, sono caratterizzate da variazioni sia delle concentrazioni di ferritina sierica che della saturazione della transferrina.

Il ferro svolge un ruolo importante nella virulenza patogena e nella difesa dell’ospite. Durante l'infezione sistemica o l’infiammazione, si ha una riduzione della sideremia come parte del meccanismo di difesa non specifico dell’ospite contro gli agenti patogeni. Questa riduzione, viene mediata attraverso l’epcidina in seguito al legame con la FPN che, a sua volta, si trova sulla membrana dei macrofagi. Dopodichè, i macrofagi fagocitano gli eritrociti senescenti bloccando in tal modo l'esportazione del ferro che era stato recuperato dai globuli rossi. Di conseguenza, il sequestro del ferro porta sia all’ipoferremia che al suo accumulo nei macrofagi. Mentre l’ipoferritinemia limita la crescita dei patogeni extracellulari, il ferro che è stato trattenuto nei macrofagi favorisce i batteri intracellulari che necessitano del ferro per la loro crescita, come ad esempio il

Mycobacterium tuberculosis. Gli studi in vitro, hanno dimostrato che la

rimozione della FPN attraverso l’aggiunta di una maggiore quantità di epcidina nei macrofagi che erano stati infettati con batteri intracellulari stimola la crescita dei patogeni. D'altra parte, è stato comprovato che l’esaurimento del ferro intracellulare tramite una sovraespressione della FPN sulla superficie cellulare o il trattamento con chelanti del ferro limitava la crescita batterica intracellulare nei macrofagi. Johnson et al. hanno fornito la prova del ruolo fondamentale della FPN nell’immunità mediata dai macrofagi (Johnson et al., 2010). Nel loro studio, la sovraespressione della FPN ostacola in modo significativo la crescita intracellulare del M. tuberculosis nelle fasi iniziali dell'infezione. Nei macrofagi caratterizzati da una sovraespressione della FPN

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c'era una bassissima produzione di ossido di azoto, rispetto alle cellule di controllo con una normale espressione di FPN, quando le cellule erano state stimolate con il liposaccaride o l’infezione da M. tuberculosis. L’espressione della FPN modula la trascrizione di HIV-1. Xu et al., negli esperimenti effettuati sulle cellule 293T, hanno osservato che l'espressione della FPN era stata associata negativamente con la replicazione virale (Xu et al., 2010). Paradkar e colleghi hanno suggerito che le mutazioni responsabili dell’alterazione della funzione esportatrice della FPN possono influenzare la risposta dell'ospite nei confronti degli agenti patogeni: i macrofagi derivanti dal modello di topo

flatiron caratterizzato da una mutazione FPN H32R che porta alla ritenzione del

ferro cellulare hanno supportato una forte infezione da C. psittaci rispetto ai macrofagi che erano stati isolati dagli animali FPN wild-type. Questo effetto è stato abrogato attraverso l'aggiunta di chelanti del ferro. In un altro esperimento, Chlosta et al., hanno dimostrato che la sovraespressione della FPN si riscontra negli stati di esaurimento del ferro intracellulare ed anche nella diminuzione della crescita intracellulare della Salmonella, nei macrofagi dei topi J774 (Chlosta et al., 2006). Pochi sono stati gli studi epidemiologici che hanno indagato sulla relazione che intercorre tra le varianti della FPN e le infezioni. In uno studio pilota condotto in Sud Africa, i ricercatori hanno constatato quattro polimorfismi dell’SLC40A1 sono stati associati ad una maggiore suscettibilità nei confronti del M. tuberculosis mentre un solo SNP proteggeva dal rischio di infezione. Un altro gruppo di ricerca ha descritto l’esistenza di una associazione tra la variante FPN Q248H e le concentrazioni sieriche del fattore TNF-α (tumor necrosis factor-α) ed il fattore MIF (macrophage migration inhibitor factor). I soggetti eterozigoti, con FPN Q248H avevano concentrazioni significativamente più basse di TNF-α e MIF, rispetto ai soggetti con FPN wild- type. In uno studio trasversale condotto su donne adulte infettate dall’HIV, Masaisa e colleghi hanno studiato quale influenza il polimorfismo FPN Q248H esercitasse

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sui livelli del ferro e sulla concentrazione dell’epcidina (Masaia et al., 2012). Gli autori hanno riferito che i soggetti Q248H avevano una scarsa concentrazione di epcidina in circolo ed una maggiore concentrazione di ferritina sierica rispetto ai pazienti FPN wild-type. È stato interessante notare che i soggetti con FPN Q248H erano maggiormente soggetti alle infezioni da M.tuberculosis polmonare mentre le infezioni da Pneumocystis jiroveci non erano imputabili alle quantità variabili delle cellule CD4 o al trattamento antiretrovirale. I risultati di questo studio supportano l'ipotesi che FPN Q248H possa modulare la risposta dell'ospite alle infezioni batteriche, anche se questo studio è stato fatto in una ristretta coorte di pazienti con FPN Q248H (n = 12). Nelle biopsie duodenali dei pazienti affetti dalla NAFLD senza deposito di ferro epatico, l’espressione della FPN uguagliava quella dei soggetti sani di controllo, mentre si riduceva nei pazienti affetti dalla NAFLD con accumulo di ferro. In supporto di queste scoperte, è stata evidenziata una riduzione dell’assorbimento del ferro proveniente dalla dieta nei pazienti con DIOS. Pertanto, l'obesità è stata identificata come un fattore di rischio in grado di favorire l’insorgenza di una alterata risposta per il ferro assunto attraverso la dieta, forse a causa di una scarsa espressione della FPN nel duodeno.