Progressione di malattia e neuroprotezione nella malattia di Parkinson: il ruolo del neuroimaging funzionale.
Roberto Ceravolo,
Dipartimento di Neuroscienze-Clinica Neurologica, Università di Pisa
(IV Congresso Nazionale Parkinson Italia, Viareggio, 22-23 aprile 2004)

Nel contesto delle terapie sperimentali , il termine neuroprotezione si riferisce ad interventi miranti a rallentare o arrestare la progressione della degenerazione neuronale mediante interferenze con i meccanismi patogenetici della morte cellulare; per "neurosalvataggio" si intende l'intervento terapeutico capace di normalizzare cellule neuronali "malate" in quanto lesionate, ma non ancora morte e pertanto rivitalizzabili. Nel caso della malattia di Parkinson (mP) ancora poco si sa circa l'eziologia e il ruolo relativo di fattori genetici ed ambientali; tuttavia qualunque sia la causa ultima, una varietà ampia di meccanismi sono stati implicati nella patogenesi della mP, che vanno dallo stress ossidativo, alla neurotossicità degli amminoacidi eccitatori, dalla generazione dei radicali liberi, a processi auto-immunitari e all'apoptosi. Tali meccanismi patogenetici sono accelerati dall'accumulo di ferro e verosimilmente dalla levodopa. Anche difetti della catena respiratoria mitocondriale e del sistema di trasporto della dopamina sono stati identificati come potenziali cause di disfunzione nigro-striatale . In breve le strategie neuroprotettive possono essere schematizzate come segue:1) Eliminazione di radicali liberi, 2) Inibizione del rilascio di glutammato; 3) Inibizione della sintesi di ossido nitrico; 4) Inibizione di fenomeni ossidativi; 5) Stimolazione del Complesso I mitocondriale; 6) Blocco dei canali di calcio di membrana; 7) Utilizzo di agenti anti-apoptotici.
La tomografia ad emissione di singolo fotone (SPECT) e la tomografia ad emissione di positroni (PET) costituiscono metodiche per valutare "in vivo" le modificazioni neuronali dopaminergiche della mP, consentendo di valutare la gravità della malattia in relazione al grado di degenerazione neuronale e la sua progressione nel tempo.
La SPECT con [123I]ß o FP-CIT è tecnica assai sensibile nel rilevare variazioni del sistema dopaminergico anche in fase pre-sintomatica, tanto che è possibile mettere in evidenza una precoce riduzione di uptake bilaterale a livello dei putamen anche quando i pazienti presentano ancora, nelle fasi iniziali, disturbi motori unilaterali (1). Questa capacità di identificazione di casi pre-clinici può essere di grande utilità in soggetti a rischio, come quelli con una forte familiarità, e potrà avere implicazioni ancora più rilevanti in futuro se farmaci saranno in grado di rallentare o addirittura correggere il processo neurodegenerativo. La SPECT con [123I]ß o FP-CIT può essere utilizzata per studiare il grado di degenerazione delle fibre dopaminergiche nigro-striatali e, quindi, può misurare in termini quantitativi la gravità della malattia cosa non sempre facile sulla base dei soli criteri clinici. E' stata inoltre riportata una stretta correlazione tra i valori di uptake del ligando e la durata e la gravità della malattia valutata secondo tali comuni scale cliniche . La quantificazione del deficit del sistema dopaminergico nigro-striatale ha ovviamente una implicazione importante nell'esame della progressione di malattia consentendo l'analisi della storia naturale della stessa e la valutazione ed il monitoraggio obiettivo di terapie neuroprotettive presenti e future nella mP. In particolare è stato riportato che il declino annuale di uptake striatale di [123I]ß-CIT è del 8-12 % in pazienti con mP stabile, mentre si osserva una più rapida caduta annuale dell'uptake striatale del tracciante in soggetti con durata inferiore a 2 anni rispetto ai pazienti con più lunga storia di malattia (2).

La PET con 18F-Dopa costituisce uno strumento obiettivo di valutazione della progressione di malattia (3). Sulla base di vari studi, oggi è possibile estrapolare che il periodo preclinico, ossia dall'inizio del processo neurodegenerativo alla comparsa dei sintomi, è di circa 5-10 anni. L'interessamento putaminale è precoce e precede l'esordio clinico, tanto che in soggetti con emi-mP è stato evidenziato un coinvolgimento anche del putamen ipsilaterale, con un maggior interessamento delle strutture dorsali rispetto alle ventrali.
All'inizio dei sintomi i pazienti affetti da mP mostrano una riduzione di circa il 30% dell'uptake di FD nel putamen controlaterale alla sintomatologia clinica. Lo studio con 18F-Dopa pertanto ha la notevole potenzialità di riconoscere una disfunzione nigrale subclinica in soggetti a rischio per mP, quali sono ad esempio soggetti affetti da tremore isolato posturale e/o di riposo, che sovente sviluppano nel giro di alcuni anni una mP conclamata.
E' oggi noto che all'origine di alcuni alberi genealogici con mP familiare ci siano mutazioni del gene per l'alfa-sinucleina, e il quadro clinico dei membri affetti è pressoché indistinguibile da quello della mP sporadica. Il pattern di funzionalità dopaminergica nigro-striatale in queste forme ereditarie, così come nelle più rare mutazioni del gene parkina, è del tutto sovrapponibile a quello della mP sporadica.
La PET con 18F-Dopa consente di riconoscere nell'ambito di queste famiglie i soggetti con parkinsonismo pre-clinico. In una ampia casistica lo studio PET con 18F-Dopa ha rivelato in oltre un terzo dei familiari asintomatici una disfunzione dopaminergica nigrostriatale in fase pre-clinica sotto forma di ridotto uptake del tracciante al livello del putamen rispetto al valore normale (4).

La PET con 18F-Dopa ha fornito inoltre un importante contributo nella definizione del ruolo della genetica nella mP sporadica. Infatti il riscontro di sempre nuove mutazioni genetiche rende ragione di una parte sempre più significativa dei casi di mP familiare, tuttavia il ruolo dell'ereditarietà nel determinismo eziologico delle forme molto più diffuse di mP sporadica rimane controverso. Gli studi su gemelli rappresentano classicamente un modello di studio per valutare l'influenza dei fattori ereditari nelle malattie. PET con 18F-Dopa è stata eseguita in coppie di gemelli omozigoti e dizigoti, in cui uno fosse parkinsoniano e l'altro clinicamente sano, con il risultato che mentre nelle coppie dizigotiche il pattern dopaminergico nigro-striatale nel gemello sano risulta normale, nelle coppie omozigotiche, nel 60% dei gemelli clinicamente sani, è stata riscontrata una disfunzione dopaminergica nigro-striatale subclinica. Un'osservazione longitudinale per 7 anni ha infine rafforzato tale dato, poiché 4 (su 18 coppie) gemelli omozigoti clinicamente sani alla prima osservazione hanno in seguito sviluppato una mP clinica, a fronte di nessun caso segnalato tra le coppie di gemelli dizigoti (16 coppie). Tale dato, suggerisce un ruolo sostanziale per l'ereditarietà, verosimilmente a carattere multifattoriale, nella mP sporadica (5) ed enfatizza la capacità predittiva della disfunzione dopaminergica nigro-striatale della PET con 18F-Dopa. L'insorgenza delle manifestazioni cliniche si verificherebbe pertanto in corrispondenza di una riduzione dell'uptake di 18F-Dopa putaminale del 30% circa rispetto ai valori normali. Studi longitudinali hanno evidenziato che la perdita di neuroni dopaminergici nigrostriatali avviene con un ritmo approssimativo del 4-12 % annuo, con una finestra utile per l'identificazione dei casi preclinici di solo pochi anni . In particolare è stato dimostrato che il decremento per anno del valore medio di uptake del tracciante è del 9% rispetto al basale in pazienti affetti da mP con più lunga durata ; viceversa casi precoci di mP (con durata < 2 anni) hanno un declino annuale 4 volte più rapido dei casi stabili (6).
Nel complesso tale metodica costituisce uno strumento potenzialmente cruciale per valutare l'inizio del processo degenerativo in soggetti a rischio genetico o ambientale per mP, e l'efficacia di trattamenti farmacologici nel rallentare la progressione della malattia (espressa in termini di riduzione dell'uptake della 18F-Dopa).
Inoltre questa indagine funzionale consente di valutare l'efficacia di terapie sintomatiche. In particolare la metodica permette di analizzare l'efficacia in vivo di farmaci la cui azione principale è di prolungamento della durata d'azione della levodopa, quali gli inibitori delle Catecol-O-Metil-Transferasi (COMT), risultato terapeutico particolarmente importante per i pazienti che presentino fluttuazioni motorie. In tal caso l'analisi dei dati di uptake della 18F-Dopa deve essere estesa per un periodo di tempo più lungo dello studio di routine, mirando tale indagine alla valutazione del metabolismo della levodopa. Nel caso di inibitori delle COMT in grado di agire sia a livello periferico che centrale il metabolismo della levodopa, e quindi della 18F-Dopa è rallentato, questo permettendo una stabilizzazione delle concentrazioni sinaptiche del neurotrasmettitore, una maggiore durata di azione, ed efficacia terapeutica sulle fluttuazioni motorie da trattamento cronico con levodopa (7).
Nel complesso tali metodiche costituiscono uno strumento potenzialmente cruciale per valutare l'inizio del processo degenerativo in soggetti a rischio genetico o ambientale per mP, e l'efficacia di trattamenti neuroprotettivi (espressa in termini di riduzione dell'uptake della 18F-Dopa o del ligando del trasportatore dopaminergico).
La validità di tale strumento obiettivo di monitoraggio è inoltre rafforzata dal fatto che la terapia cronica con farmaci dopaminomimetici non influenza significativamente l'uptake striatale del tracciante. Per quanto riguarda il ligando del trasportatore dopaminergico è stato dimostrato che né l'infusione di alte dosi di levodopa (8), né la somministrazione cronica di dopaminoagonisti modifica l'uptake striatale del tracciante. Inoltre è stato osservato che il declino annuale di uptake striatale di [123I]ß-CIT in un gruppo di pazienti in terapia dopaminergica risulta sovrapponibile a quello di un gruppo di pazienti senza terapia. Per ciò che concerne la 18F-Dopa, poiché il suo metabolismo segue la stessa via del prodotto freddo, non vi è interazione significativa con i dopamino-agonisti. La non significativa interferenza da parte di dosaggi terapeutici di levodopa con l'uptake striatale di 18F-Dopa è stata di recente riportata (9) anche se in merito ulteriori studi saranno necessari. In conclusione tali metodiche di indagine molecolare consentono un monitoraggio obiettivo perché quantitativo, riproducibile ed affidabile, e relativamente scevro di interferenze connesse con la terapia sintomatica, e pertanto rappresentano uno strumento ideale per la valutazione dell'efficacia di supposte terapie neuroprotettive.

Dopamino-agonisti e neuroprotezione.
Particolare enfasi negli ultimi anni è stata posta attorno al ruolo neuroprotettivo dei farmaci dopaminoagonisti. I meccanismi d'azione di tale classe di farmaci sono molto ampi e comprendono: a) l'inibizione (D2 agonisti) della sintesi, rilascio e metabolismo di dopamina (meccanismo auto-recettore mediato), con riduzione dei radicali liberi;b)riduzione del danno nigro-striatale prodotto dalla somministrazione cronica di levodopa attraverso metaboliti ossidativi tossici; c) meccanismo antiossidante mediante eliminazione di radicali liberi e ossido nitrico, inibizione della perossidazione lipidica ed incremento dell'attività degli enzimi antiossidanti; d) espressione di proteine anti-apoptotiche (in colture cellulari). I dati provenienti dai trials clinici hanno dimostrato che la monoterapia o il precoce trattamento con dopaminoagonisti ritarda la necessità di levodopa e minimizza il rischio di complicanze motorie, ed inoltre la sostanziale equivalenza rispetto alla levodopa come terapia sintomatica (studi in monoterapia con pramipexolo e ropinirolo), limitatamente agli stadi I eII di malattia e per un periodo di tempo pari a circa 3 anni. Tuttavia le molteplici e crescenti evidenze cliniche non provano che i dopamino-agonisti sono in grado di rallentare la progressione di malattia. Questa preziosissima informazione deriverà esclusivamente da studi molecolari con indagini PET e SPECT seriate nel tempo, con l'obiettivo di monitorare la progressione di malattia in differenti condizioni terapeutiche. I risultati di alcuni di questi studi sono già disponibili (9,10), mentre per altri trial e/o per più lunghi follow-up bisognerà attendere ancora qualche anno.
Conclusioni.
Gli studi di neuroimaging funzionale possono pertanto offrire un metodo obiettivo di valutazione della progressione di malattia, permettendo così di evitare una serie di problemi e di fattori confondenti connessi con gli studi clinici. Tuttavia gli studi con PET e SPECT forniscono indicatori di funzione del terminale dopaminergico piuttosto che direttamente della densità delle cellule nigrali, e pertanto, così come le valutazioni cliniche, anch'esse sono potenzialmente influenzate da meccanismi compensatori molecolari e/o di circuito. A causa dell'eterogeneità rappresentata dalla mP, gli studi con PET o SPECT e supposti agenti neuroprotettivi richiedono sufficientemente ampie coorti di pazienti per fornire potere statistico tale da compensare l'ampia variabilità inter-individuale nella velocità di progressione della malattia.

Bibliografia.
1. Seibyl JP, Marek KL, Quinlan D, e coll. Decreased single photon emission computed tomography [123I]beta-CIT striatal uptake correlates with symptom severity in Parkinson's disease. Ann Neurol 1995; 38: 589-598.
2. Winogrodzka A, Bergmans P, Booij J, van Royen A, Janssen AGM, Wolters ECh. 123I-FP- CIT SPECT is a useful method to monitor the rate of dopaminergic degeneration in ealry-stage Parkinson's disease. J Neural Transm 2001; 108: 1011-1019.
3. Vingerhoets FJC, Snow BJ, Lee CS e coll. Longitudinal fluorodopa positron emission tomographic studies of the evolution of idiopathic parkinsonism. Ann Neurol 1994; 36: 759-764.
4. Piccini P, Morrish PK, Turjanski N e coll. Dopaminergic function in familial Parkinson's disease: a clinical and 18F -dopa positron emission tomography study. Ann Neurol 1997; 41: 222-229
5. Piccini P, Burn DJ, Ceravolo R, Maraganore D, Brooks D.J. The role of inheritance in sporadic Parkinson's disease: evidence from a longitudinal study of dopaminergic function in twins. Ann Neurol 1999; 45: 577-82.
6. Morrish PK, Rakshi JS, Bailey DL, Sawle GV, Brooks DJ. Measuring the rate of progression and estimating the preclinical period of Parkinson's disease with 18F-Dopa PET. J Neurol Neurosurg Psychiatry 1998; 64: 314-319.
7. Ceravolo R, Piccini P, Bailey DL, Jorga KM, Bryson H., Brooks DJ. 18F-dopa PET evidence that tolcapone acts as a central COMT inhibitor in Parkinson's disease. Synapse 2002; 43: 201-207.
8. Innis RB, Marek KL, Sheff K, Zoghbi S, Castronuovo J, Seibyl JP. Effect of treatment with levodopa/carbidopa o selegiline on striatal dopamine transporter SPECT imaging with [123I]beta-CIT. Mov Disord 1999;©ob 14: 436-442.
9. Parkinson Study Group. Dopamine transporter brain imaging to assess the effects of pramipexole vs levodopa on Parkinson disease progression. JAMA 2002: 287: 1653-1661
10. Whome AL, Watts RL, Stoessl J, et al. Slower progression of Parkinson's disease with ropinirole versus L-dopa: the REAL-PET study. Ann Neurol. 2003; 54: 93-101.