MicroRNA e molecole proteiche come biomarcatori dei sottotipi clinici di SLA

Background: La SLA è una malattia rara, neurodegenerativa che colpisce i motoneuroni del midollo spinale, del tronco e della corteccia motoria. La perdita dei motoneuroni porta ad atrofia muscolare, debolezza muscolare, fascicolazioni e spasticità. Circa due terzi dei pazienti con SLA presentano una forma spinale della malattia che comincia sia dagli arti superiori che inferiori e sintomi associati a stanchezza con atrofia muscolare. Un terzo dei pazienti presentano un esordio bulbare della malattia che si manifesta inizialmente con disartria e disfagia per solidi e liquidi (paralisi bulbare progressiva). Nella maggior parte dei casi la forma spinale porta a decesso dopo 3-5 anni mentre la paralisi bulbare dopo una media di 2-3 anni. L'incidenza della SLA è riportata maggiore negli uomini che nelle donne. Il sesso influenza alcune caratteristiche fenotipiche della malattia tra cui l'età e il sito d'esordio e alcune caratteristiche cliniche. Gli effetti dell'esercizio fisico e della riabilitazione in pazienti affetti da SLA sono ancora dibattuti: se un paziente è inattivo, la perdita di allenamento e il disuso portano all’atrofia muscolare, che si va a sommare alla debolezza e all'atrofia muscolare causata dalla denervazione e dalla degenerazione dei motoneuroni. I microRNA (miRNA) sono piccole molecole di RNA (19-24 nucleotidi) a singolo filamento, non codificanti, altamente conservati nel corso dell'evoluzione che regolano finemente l'espressione genica a livello post-trascrizionale. L’up-regolazione di uno specifico microRNA determina un decremento dell’espressione del prodotto proteico corrispondente. Scopo: L'obiettivo di questo lavoro è l’identificazione di nuovi biomarcatori molecolari e biochimici che facilitino lo studio dei vari sottotipi di SLA, che diano informazioni su insorgenza e gravità di malattia e che possano essere utilizzati come indicatori di risposta in trials clinico-riabilitativi. Abbiamo studiato i livelli di espressione dei miRNA muscolo-specifici e infiammatori/angiogenici e altre molecole proteiche (Miostatina/Follistatina). L’analisi dei miRNA è stata comparata con la morfometria delle fibre muscolari. Nel siero, in particolare, abbiamo indagato le differenze tra pazienti ad esordio spinale e pazienti ad esordio bulbare mentre, nel muscolo, abbiamo analizzato le differenze tra maschi e femmine e tra pazienti con diversa età d'esordio. Metodi: In 14 pazienti SLA (10 spinali e 4 bulbari) abbiamo misurato i livelli sierici dei miRNA muscolo-specifici miR-1, miR-206, miR-133a/b, miR-27a e dei miRNA infiammatori miR-155, miR-146a, miR-221 e miR-149* e l'espressione della Miostatina e della Follistatina, due fattori regolatori antagonisti della crescita muscolare. L'analisi morfometrica delle fibre è stata correlata all'atrofia muscolare misurata con parametri biochimici molecolari. In 16 biopsie muscolari di pazienti SLA (9 maschi e 7 femmine) sono stati analizzati i livelli dei myomiRNA e dei miRNA infiammatori. I livelli circolanti dei myomiRNA sono stati analizzati anche in 12 pazienti SLA (8 maschi e 4 femmine) dopo trattamento riabilitativo di 8 settimane. Risultati: Nei pazienti SLA c'è un incremento significativo (p<0.005) dei livelli sierici del miR-206, miR-133 mentre il miR-27a è significativamente (p<0.005) ridotto confrontato con i controlli e anche tra pazienti spinali e bulbari. Il rapporto Miostatina/Follistatina risulta più alto nei pazienti SLA rispetto ai controlli, simili dati si riscontrano in pazienti SLA ad esordio bulbare rispetto a pazienti con esordio spinale. I pazienti con SLA bulbare presentano un grado più alto di atrofia muscolare rispetto ai pazienti con SLA spinale documentato dall'analisi morfometrica delle fibre. Nelle biopsie muscolari di pazienti SLA tutti i miRNA presi in esame risultano fortemente up-regolati (p<0.0001) nei pazienti rispetto ai controlli ad eccezione del miR-149*. Vi è una up-regolazione significativa (p<0.0001) di tutti i miRNA nei maschi rispetto alle femmine e nei pazienti con una età d'esordio sotto i 55 anni rispetto al gruppo di pazienti più vecchi. Dopo 8 settimane di riabilitazione tutti i myomiRNA risultano down-regolati. Conclusioni: I microRNA e altre molecole proteiche (Miostatina/Follistatina) risultano particolarmente down-regolati nei pazienti con SLA bulbare, suggerendo così il risultato di un processo atrofico muscolare più rapido e diffuso. Le differenze osservate nei sottogruppi di pazienti SLA, nel siero e nelle biopsie muscolari, potrebbero suggerire un possibile ruolo differenziale dei miRNA negli eventi patogenetici della malattia dei motoneuroni. Inoltre i nostri dati suggeriscono che i myomiRNA rappresentano possibili indicatori di recupero muscolare in risposta alla riabilitazione.