Effetti di Kuvan sulla secrezione di melatonina

Contesto: la fenilchetonuria (PKU) è una condizione genetica dovuta alla mancanza di uno degli enzimi chiave della degradazione della fenilalanina (Phe). L'enzima mancante è la fenilalanina idrossilasi (PAH). A causa della carenza dell'enzima, il Phe plasmatico è molto elevato rispetto ad altri aminoacidi plasmatici. Questo rapporto anormale, cioè Phe rispetto a ciascuno degli altri grandi amminoacidi neutri (LNAA) che vengono trasportati nel cervello come precursori dei neurotrasmettitori attraverso il trasportatore comune LAT1, è probabile che contribuisca alle carenze dei neurotrasmettitori negli individui con PKU. I pazienti che non limitano l'assunzione di Phe sviluppano ritardo mentale e disturbi neuropsicologici. Il trattamento della PKU è stato storicamente limitato alla restrizione dell'assunzione di Phe, che significa restrizione proteica.

La FDA ha recentemente approvato un nuovo farmaco, Kuvan, una forma sintetica di tetraidrobiopterina (BH4) prodotta da BioMarin Pharmaceutical Inc., per i pazienti con PKU. Kuvan è un cofattore per PAH, tirosina idrossilasi e triptofano idrossilasi. I pazienti con PKU in genere vengono sottoposti a una prova di Kuvan della durata di un mese per determinare se rispondono al farmaco, il che significa che la fenilalanina nel sangue diminuisce di oltre il 30%. Coloro che non rispondono di solito non continuano Kuvan, tuttavia il nostro recente studio (HS 08-00147) ha mostrato che i pazienti con PKU classica che non rispondono a Kuvan hanno dimostrato un miglioramento nei loro comportamenti disadattivi, suggerendo alcuni effetti di Kuvan nel sistema SNC senza ridurre il sangue concentrazioni di fenilalanina (Moseley et al, manoscritto in preparazione). Sette soggetti che non hanno risposto a Kuvan con livelli di Phe nel sangue più bassi hanno avuto aumenti significativi della tirosina nel sangue dopo 6 mesi (p=0,015), insieme al miglioramento degli indici di internalizzazione e di comportamento maladattivo generale di Vineland a 12 mesi (p=0,032 e 0,049, rispettivamente). Kaufman ha riferito che Kuvan alla dose di 20 mg/kg/giorno ha aumentato i livelli di BH4 nel liquido cerebrospinale (1). Sulla base di queste osservazioni, è probabile che Kuvan abbia alcuni effetti sul metabolismo dei neurotrasmettitori.

L'integrazione di grandi aminoacidi neutri (LNAA) come alimento medico è stata utilizzata in Europa negli ultimi 25 anni e si ritiene che sia efficace nel trattamento di pazienti affetti da PKU. Nell'articolo di Shindeler et al. (2), 16 individui (7 maschi e 9 femmine; età compresa tra 11 e 45 anni) hanno partecipato allo studio che consisteva in 4 settimane di wash-out e 4 fasi di due settimane (con dieta a basso contenuto di fenilalanina e con/senza LNAA, e senza dieta povera di fenilalanina e con/senza LNAA). Nessun effetto avverso specifico è riportato nell'articolo. In passato è stata effettuata una terapia con aminoacidi neutri di grandi dimensioni per il trattamento della PKU (3). LNAA è utilizzato principalmente per adolescenti e adulti che non possono aderire alla dieta standard a ridotto contenuto di phe. Il trattamento LNAA è stato approvato per i pazienti con PKU proprio come altre formule speciali. I nostri studi precedenti hanno dimostrato la carenza di serotonina nel cervello, come evidenziato dalla bassa secrezione notturna di melatonina e dalla ridotta dopamina urinaria rispetto ai controlli, e che l'integrazione con LNAA migliora, ma non normalizza questi marcatori.

Razionale: si ritiene che i pazienti con PKU siano carenti di tirosina e triptofano a livello del tessuto cerebrale a causa dei rapporti anomali fe/tirosina e fe/triptofano. Precedenti studi hanno mostrato bassi livelli di serotonina nel liquido cerebrospinale negli individui con PKU e alcuni miglioramenti sono stati osservati dopo l'integrazione di triptofano (4). Il nostro studio precedente ha suggerito che la carenza di triptofano nel tessuto cerebrale è stata dimostrata dalla bassa secrezione notturna di melatonina e dalla 6-sulfatossimelatonina, che è un metabolita stabile della melatonina (5). L'integrazione con LNAA ha comportato un certo miglioramento della secrezione di melatonina, tuttavia, la secrezione di melatonina nei pazienti con PKU su LNAA era ancora significativamente inferiore rispetto al gruppo di controllo. L'integrazione di Kuvan può attivare la tirosina cerebrale e le idrossilasi del triptofano (6), con conseguente miglioramento della secrezione notturna di melatonina e delle concentrazioni di melatonina e dopamina nelle urine. Integrando LNAA, una maggiore quantità di aminoacidi precursori dei neurotrasmettitori sarà trasportata nel cervello e la tirosina cerebrale attivata e le idrossilasi del triptofano da parte di Kuvan agiranno su questi precursori per produrre neurotrasmettitori, cioè serotonina e dopamina. Questi effetti sinergici possono aumentare i livelli di melatonina e dopamina avvicinandoli ai livelli di controllo.

Obiettivi dello studio: mostrare prove scientifiche del miglioramento del metabolismo dei neurotrasmettitori tra cui serotonina e dopamina in pazienti con PKU trattati solo con LNAA, solo Kuvan e Kuvan e LNAA.

Obiettivi: Questo studio avviato dallo sperimentatore ha tre obiettivi: (1) valutare se l'integrazione di tetraidrobiopterina (Kuvan) ha effetti benefici sulla secrezione di melatonina e sui livelli di dopamina nelle urine in individui con PKU quando sono e non sono trattati con grandi amminoacidi neutri; (2) Dimostrare gli effetti sinergici dell'integrazione con LNAA e della terapia Kuvan nel miglioramento del metabolismo dei neurotrasmettitori in individui con PKU; e (3) raccogliere le informazioni pilota necessarie per progettare uno studio più ampio e multicentrico di questi interventi, qualora i risultati di questi studi pilota indichino che è giustificato un ulteriore studio.

Metodologia dello studio: questo studio sarà condotto su pazienti adulti con PKU in quattro fasi di 4 settimane: fase I (aminoacidi neutri di grandi dimensioni/LNAA), fase II (Washout), fase III (solo Kuvan) e fase IV (Kuvan e LNAA ). L'integrazione di Kuvan sarà regolata per fornire 20 mg/kg/giorno. La terapia con LNAA è adattata alle istruzioni del produttore (le compresse totali di LNAA sono 1/2 X BW kg). L'ultimo giorno di ogni fase, i soggetti rimarranno per circa 14-18 ore durante la notte presso il CTU presso l'USC University Hospital. I campioni di sangue verranno raccolti ogni 2 ore dalle 19:00 alle 7:00. La prima urina minzionale verrà raccolta il giorno della dimissione (ai pazienti verrà chiesto di urinare alle 23:00 e verrà raccolta la prima urina minzionale).

Il sangue verrà raccolto in un tubo superiore rosso (5 ml) attraverso una linea IV che è bloccata con soluzione salina durante il periodo di studio. Evitare l'emolisi raccogliendo il sangue attraverso una linea IV in una vena periferica ragionevolmente grande. Il sangue verrà lasciato coagulare per 45 minuti a temperatura ambiente (18-28 C) e protetto dalla luce (una luce fioca o una luce gialla < 100 lux). Il siero sarà raccolto e conservato a -20 C fino a quando non sarà sottoposto ad analisi per la melatonina plasmatica e gli amminoacidi plasmatici. Il campione di prima minzione da 20 ml di urina sarà raccolto in due provette lisce (10 ml per ciascuna provetta) e conservato in un congelatore (-20 C) fino a quando non verrà sottoposto ad analisi per la dopamina e la 6-sulfatossimelatonina.

Questo è uno studio in aperto. Durante tutte e quattro le fasi di 4 settimane, i soggetti continueranno a seguire la loro dieta ipoproteica. Le compresse LNAA non sono considerate medicinali, ma rientrano nella categoria degli alimenti medicinali; esempi includono cibi a basso contenuto proteico. Le compresse LNAA saranno fornite dalla produzione LNAA (Applied Nutrition). Kuvan verrà assunto per via orale con la colazione e le compresse di LNAA verranno assunte con i pasti tre volte al giorno.