EXPERIENCE IN TREATING MITOCHONDRIAL NEUROGASTROINTESTINAL ENCEPHALOMYOPATHY

Massimiliano Filosto

Section for Neuromuscular Diseases and Neuropathies, University Hospital "Spedali Civili", Brescia

L’Encefalomiopatia Neurogastrointestinale Mitocondriale (MNGIE) è una sindrome rara, si manifesta usualmente in età giovanile, ha un’aspettativa di vita estremamente ridotta

circa 200 casi descritti al mondo età media alla diagnosi: 19 anni

età media al decesso: 37 anni

MNGIE

Il fenotipo è relativamente omogeneo, caratterizzato da: Disturbi gastrointestinali e cachessia

Ptosi palpebrale ed oftalmoparesi

Neuropatia periferica Leucoencefalopatia

MNGIE: fenotipo

Ereditarietà autosomica recessiva Mutazioni nel gene TYMP (22q13) che codifica per l’enzima TIMIDINA FOSFORILASI (TP)

TP è largamente espresso a livello del sistema gastroenterico, cervello, polmone, tessuto ematopoietico, fegato, linfonodi, placenta, etc

MNGIE: aspetti genetici

TP catalizza la fosforolisi di timidina e deossiuridina nelle corrispondenti basi azotate timina e uracile più 2-deossiribosio-1-fosfato

In assenza dell’enzima, l’alterazione del metabolismo dei nucleotidi causa accumulo di timidina e deossiuridina. consumo di ATP

presenza di basi anomale nel mtDNA

formazione di mutazioni puntiformi, delezioni multiple e deplezione del mtDNA

MNGIE: patogenesi

Accumulo dei metaboliti nei fluidi biologici (sangue e/o urine) plasma dThd >3 μmol/L dUrd >5 μmol/L urine dThd >2 μmol/mmol creatinina dUrd >0,8 μmol/mmol creatinina Ridotta o assente attività enzimatica TP <40 nmol timina x h-1 x (mg proteina)-1 Presenza di mutazioni nel gene TYMP

MNGIE: diagnosi

Scopi: evitare l’accumulo dei metaboliti ripristinare l’attività enzimatica

Emodialisi Dialisi Peritoneale Ambulatoriale Continua (CAPD) Trapianto allogenico di cellule staminali ematopoietiche (HSCT) Carriers con eritrociti Infusione di piastrine Terapia genica

MNGIE: terapia

In MNGIE: -Beneficio clinico sui sintomi gastrointestinali -Non modifiche dei livelli di nucleosidi -Più lungo follow-up: tre anni

Una sacca di soluzione dializzante (2 litri) immessa nell'addome dall'alto "per caduta" per mezzo di un catetere permanente. Trascorse 4-5 ore, il liquido viene convogliato per caduta (insieme alle «sostanze tossiche» in esso accumulate) in un'apposita sacca di scarico ed il ciclo riprende con una nuova sacca di soluzione dializzante.

Continuous ambulatory peritoneal dialysis (CAPD)

ML, 28.07.75

Inizio sintomi 2001- Diagnosi 2009 Durata dialisi peritoneale: sei mesi Metodi:CAPD 1200 mL di “1.5% glucose dialysis fluid” ogni

tre ore. Procedura di riempimento e svuotamento del peritoneo eseguita in 10 minuti dalla paziente stessa. Rimozione approssimativamente di 100 µmol di timidina e deossiuridina al giorno.

Risultati: CAPD ha ridotto frequenza ed intensità dei sintomi

gastrointestinali, in particolare borborigmi, vomito e dolori addominali.

In caso di mancata dialisi, la paziente sviluppava nuovamente i disturbi.

Nutrizione parenterale ancora necessaria. Non modifiche dell’esame neurologico. Non eseguito il dosaggio dei nucleosidi plasmatici ed urinari. Sospensione CAPD per “leaking” del fluido di dialisi dal

catetere, dolore nella sede di inserzione del catetere, frequenti ostruzioni dei cateteri e scarsa tolleranza da parte della paziente.

- Beneficio clinico sui sintomi gastrointestinali - Necessità di terapia continuativa - Scarsamente tollerato dalla nostra paziente

- Utile a breve termine quale trattamento transitorio

Conclusioni CAPD

J Halter, W M M Schüpbach, C Casali, R Elhasid, K Fay, S Hammans, I Illa, L Kappeler, S Krähenbühl, T Lehmann, H Mandel, R Marti, H Mattle, K Orchard, D Savage, C M Sue, D Valcarcel, A Gratwohl and M Hirano Allogeneic hematopoietic SCT as treatment option for patients with mitochondrial neurogastrointestinal encephalomyopathy (MNGIE): consensus conference proposal for a standardized approach Bone Marrow Transplantation 46, 330-337 (March 2011) | doi:10.1038/bmt.2010.100

HSCT

AHSCT for MNGIE International Collaborative Trial (AMICT)

MNGIE: international study group

37th Annual Meeting of the European Group for Blood and Marrow Transplantation

Allogeneic HSCT for mitochondrial neurogastrointestinal encephalomyopathy: the first promising effective treatment

option in an otherwise unrelenting progressive disease?

J. Halter, W.M.M. Schüpbach, C. Casali, R. Elhasid, F. Keith, D. Savage, D. Valcarcel, M. Collin et al.

MNGIE: international study group

ML, 28.07.75

Inizio sintomi 2001- diagnosi 2009 TMO da donatore volontario HLA 9/10 Data TMO 08/06/2010 Condizionamento: Fludarabina + Busulfano Profilassi GvHD: ATG (7.5 mg/kg) + MTX+CSA

Modesta ptosi palpebrale piu’ evidente a sinistra Deficit del muscolo retto laterale sinistro Ipotonia ed ipotrofia muscolare diffusa Deficit stenico ai 4 arti prevalentemente prossimale Ipoestesia superficiale e profonda agli arti inferiori ROT assenti agli arti inferiori Deambulazione autonoma Peso 49.5 Kg, altezza 173 cm Addome teso, meteorico, presenza di peristalsi non coordinata con alvo pervio a circa 1000 mL di feci liquide/die, emesi frequente (2-3 episodi a gg alterni), nausea persistente, addominalgie invalidanti

ML, 28.07.75

Metaboliti urinari: dThd 38.57; dUrd 75.86 (mmol/mol creat) Attività TP: 0 nmol/h/mg Analisi genetica TYMP: mutazione omozigote c.1160-1G>A Mutazione intronica che altera il sito accettore di splicing per l’esone 9, determina lo skipping di tale esone e la perdita di 47 amminoacidi nella proteina matura

PURINE E PIRIMIDINE URINARIE

020406080

100

preTMO

preTMO

preTMO 7 14 28 35 42 49 64 85 12

0

giorni

spet

trom

etri

a di

mas

sa

tand

em m

mol

/mol

cr

ea

deoxiuridina timidina

TIMIDINO FOSFORILASI

0

200

400

600

800

1000

1200

preTMO 31 54 91 121 191

giorni

nmol

/h/m

g-pr

ot

CHIMERISMO

020406080

100120

preTMO 20 36 48 62 77 91

…19

7

giorni

% d

onat

ore

Giorno 223: 819 nmol/h/mg

ML, 28.07.75 - post-trapianto

Variazioni RM encefalo: nessuna

Variazioni ENG: nessuna EON a distanza di 8 mesi dal HSCT: stazionarietà clinica Esame gastroenterologico a distanza di 8 mesi dal HSCT: miglioramento del dolore e della dismotilità, riduzione della frequenza delle

scariche diarroiche, riduzione della necessità di nutrizione enterale; ha iniziato alimentazione per os

ML, al + 330 da HSCT

GvHD Dal + 26 al + 82 GvHD tipo overlap syndrome cute + intestino grado III Dal + 200 ricomparsa GvHD tipo “overlap syndrome” cute+ intestino+ fegato, grado III

mPDN Budesonide 34 gg MSC 5 dosi Etanercept 8 dosi ECP CSA e MMF non tollerati HDmPDN + MTX+ Budesonide+ ECP+ UV a banda stretta

Infettivi Riattivazione CMV al + 44, al + 86 e al + 230 Candida albicans ricorrente al cavo orale

Ganciclovir

Deceduta in Settembre 2011 per shock settico

ML, 28.07.75 - post-trapianto

MMR, 22.10.88

Inizio sintomi 2008 - diagnosi 2010 TMO da donatore familiare HLA 10/10 Data TMO 11/10/2010 Condizionamento: Fludarabina + Busulfano Profilassi GvHD: ATG (5 mg/kg)+MTX+CSA

Diffusa atrofia muscolare. Marcia steppante bilaterale Grave deficit stenico alla dorsiflessione del piede bilateralmente e modesto deficit stenico agli arti superiori ed inferiori nei distretti prossimali Apallestesia delle dita dei piedi bilateralmente. ROT assenti Prove cerebellari corrette. Ptosi palpebrale, oftalmoparesi e severa ipoacusia mista bilaterale Peso 26.5 Kg, altezza 147 cm Addome trattabile, meteorico, peristalsi accentuata con alvo pervio a 3-4 scariche di di feci semiformate/die, emesi saltuaria (1 episodio ogni 2-3 gg). Si alimenta regolarmente con piccoli pasti + nutrizione parenterale di supporto.

MMR, 22.10.88

Metaboliti urinari: dThd 23.01 e dUrd 79.70 mmol/mol creat Attività TP: 0 nmol/h/mg Analisi genetica TYMP: mutazione omozigote c.1160-1G>A

PURINE e PIRIMIDINE URINARIE

0

20

40

60

80

100

preTMO preTMO preTMO 7 14 28

giorni

spet

trom

etri

a di

mas

sa

tand

em (m

mol

/mol

cr

ea)

deoxiuridina timidina

TIMIDINO FOSFORILASI

0

200

400

600

800

1000

preTMO 31

giorni

nmol

/h/m

g-pr

ot

CHIMERISMO

0

20

40

60

80

100

120

preTMO 18 29 36 50 63 78 92

giorni

% d

onat

ore

MMR, 22.10.88 – post trapianto

Variazioni RM encefalo: non testate

Variazioni ENG: nessuna EON a distanza di 3 mesi dal HSCT: stazionarietà clinica Esame gastroenterologico a distanza di 3 mesi dal HSCT: miglioramento del dolore e della dismotilità

MMR, 22.10.88 – post trapianto

GvHD

Non GvHD acuta Al + 92 GvHD tipo overlap syndrome cute grado I

mPDN ECP CSA

Infettivi

Riattivazione CMV al + 73

Ganciclovir

Gastro

Episodio subocclusivo di discreta entità al +56

Tp conservativa

Altro

A sei mesi: stato infiammatorio generalizzato; PRES; decesso

Steroidi

MMR, 22.10.88 – post trapianto

MMR, 22.10.88 – post trapianto

Stato infiammatorio generalizzato TNFRI nel plasma (GvHD attiva, attivazione T cellulare)

IFN gamma (GvHD attiva, infezioni)

E. Dander Università Milano-Bicocca

TNFRI Messina

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

25/10/2010 19/11/2010 14/12/2010 08/01/2011 02/02/2011 27/02/2011 24/03/2011 18/04/2011 13/05/2011 07/06/2011

Mean HD

0

500

1000

1500

2000

2500

25/10/2010 19/11/2010 14/12/2010 08/01/2011 02/02/2011 27/02/2011 24/03/2011 18/04/2011 13/05/2011 07/06/2011

IFNg

Mean HD

MMR, 22.10.88 – post trapianto

L’HSCT è efficace nel correggere i difetti biochimici ed, almeno a breve termine, stabilizza il decorso neurologico e migliora il quadro gastroenterologico

La procedura è gravata da effetti collaterali

gravi e potenzialmente letali Il decorso nei nostri pazienti è stato in

particolare condizionato da una grave GvHD ed una infezione gastroenterica intercorrente in un caso e da una devastante leucocencefalopatia nell’altro

Studi di efficacia, valutazione del rapporto

rischio-beneficio e long-term follow-up sono necessari per definire il ruolo potenziale dell’HSCT quale trattamento standard della MNGIE

Conclusioni HSCT

Quali le possibili cause dell’insuccesso terapeutico con HSCT?

Pazienti in stato troppo avanzato di malattia (fragili)?

Procedura trapiantologica ancora non ottimale dal punto vista tecnico?

Donor match <10/10

Quando proporre il trapianto?

Pazienti paucisintomatici? Pazienti in più gravi condizioni?

Qual è la migliore procedura HSCT? L’efficacia è duratura nel tempo?

Questioni aperte -1

Quando proporre il trapianto?

Pazienti paucisintomatici? Pazienti in più gravi condizioni?

Qual è la migliore procedura HSCT? L’efficacia è duratura nel tempo?

Questioni aperte -2

Allogeneic matched transplants for non malignancies

Protocolli trapianti malattie rare

Quando proporre il trapianto?

Pazienti paucisintomatici? Pazienti in più gravi condizioni?

Qual è la migliore procedura HSCT? L’efficacia è duratura nel tempo?

Questioni aperte -3

• AHSCT for MNGIE International Collaborative Trial (AMICT) study” • NIH grant • Coordinatore Dott. M. Hirano, Columbia University, New York

Studi collaborativi su grandi numeri

Carrier erythrocyte entrapped thymidine phosphorylase therapy (CEETPT)

Al paziente vengono prelevati circa 150 cc di sangue intero. L’enzima TP viene prodotto in cellule di E.Coli e purificato. Attraverso una procedura dialitica ipo-osmotica, l’enzima purificato viene incapsulato negli eritrociti del paziente (1020 unità di TP incapsulate in circa 2025 x 1010 eritrociti). Gli eritrociti contenenti l’enzima purificato vengono risospesi in un eguale volume di plasma filtrato del paziente. Il sangue ricco di enzima viene reinfuso al paziente per via endovenosa.

In MNGIE: -Un solo caso riportato, deceduto 1 mese dopo l’inizio della terapia -Miglioramento biochimico, con modifiche dei livelli di nucleosidi -Assenza di follow-up

Carrier erythrocyte entrapped thymidine phosphorylase therapy

Inizio sintomi 2006- diagnosi 2010 Inizio terapia novembre 2010 Prime 2 sedute a dose ridotta Infusioni a cadenza mensile

Ptosi palpebrale bilaterale Ipotrofia della loggia anteriore e posteriore della gamba, dell’eminenza tenar ed ipotenar Marcato deficit della dorsiflessione dei piedi (MRC 1/5) Ipoestesia superficiale e profonda a calza agli arti inferiori ROT assenti ai 4 arti Ipoacusia neurosensoriale Sindrome metabolica, caratterizzata da marcata ipertrigliceridemia e diabete mellito

P.S., 26.06.84

Metaboliti urinari: dThd 13.89 e dUrd 33.28 mmol/mol creat Attività TP: 0 nmol/h/mg Analisi genetica TYMP: mutazioni eterozigoti c.866A>C e c.1231_1243del GCTGGGGAGCCGC (p. A411S fs X99)

Carrier erythrocyte entrapped thymidine phosphorylase therapy

Oltre 18 mesi di terapia (18 infusioni) Miglioramento dell’equilibrio nella deambulazione Miglioramento della motilità fine delle dita (ha ripreso a suonare la chitarra) Miglioramento della tolleranza allo sforzo fisico Nessuna variazione di ROT, ptosi e motilità oculare Assenza di sintomi gastroenterici Miglioramento soggettivo della qualità di vita

Al momento, nessun evento avverso legato alla terapia

Conclusioni CEETPT

La CEETPT è efficace nel correggere i difetti biochimici ed, almeno a breve termine, stabilizza e forse migliora il quadro neurologico

La procedura necessita di infusioni periodiche Non sembrano esservi particolari effetti collaterali

e, dall’esperienza con altre patologie da deficit enzimatico, sembra essere sicura nel tempo

Studi di efficacia e long-term follow-up sono

necessari per definire il ruolo potenziale della CEETPT quale trattamento standard della MNGIE

La CEETPT potrebbe avere un ruolo determinante nei pazienti con controindicazioni al trapianto (gravità clinica, assenza di donatore) o come preparazione al trapianto

Centri coinvolti in Italia

Brescia M. Filosto Verona M. Scarpelli, P. Tonin

Valutazione clinica Definizione della severità clinica

Valutazione delle opzioni terapeutiche più adatte al caso

specifico

Gruppo multidisciplinare per la terapia dei pazienti MNGIE

Assicurare a tutti i pazienti affetti identiche possibilità di cura

Brescia Monza Alice Todeschini Attilio Rovelli Fabrizio Rinaldi Fabio Pavan Silvia Rota Francesca Santus Valentina Vielmi Alessandro Padovani Londra Bridget Bax Verona Mauro Scarpelli Paola Tonin Firenze Maria Alice Donati New York Salvatore DiMauro Michio Hirano Catarina Quinzii

LOMBARDIA