Difetti ereditari del ciclo dell’urea: correlazioni clinico-biochimico-funzionali

BACKGROUND: the urea cycle disorders (UCDs) are rare diseases caused by the deficiency of specific enzymes that are part of the ureagenesis metabolic pathway. The consequence of these deficits is the accumulation of ammonium that is extremely toxic to our bodies and, if not disposed of quickly, can lead to coma. Defects in the urea cycle can be classified into two groups: deficits in mitochondrial enzymes (N-acetyl-glutamate synthetase, carbamylphosphate synthetase, ornithine transcarbamylase) and deficits in cytoplasmic enzymes (arginine-succinate synthetase, arginine-succinate lyase and arginase). The aim of this study is to define the clinical, biochemical, and functional characteristics of a cohort of patients with UCD who were diagnosed in the regional referral center for Hereditary Metabolic Diseases at OIRM. METHODS: 33 patients were diagnosed by family or neonatal screening, or clinical suspicion, and were followed prospectively from our center. The diagnosis was confirmed biochemically by evaluation of amoniemia, determination of plasma amino acid profile, and finally by quantification of urinary excretion of orotic acid. All patients underwent molecular genetic investigation for random mutations in genes encoding urea cycle enzymes. Finally, each patient was assigned a phenotypic class (neonatal or late-onset LO), based on the age of onset of first symptoms correlated with hyperammoniemia. RESULTS: all patients with CPS1-D and ASL-D had neonatal onset, unlike OTC-D and ASS-D. High values of not only ammonium but also glutamine (about 2479 µmol/l) were found in all patients with neonatal onset. Only 55% of patients died, a significantly lower rate than in previous studies. This was made possible by timely dialysis therapy and subsequent liver transplantation within 5 years of age. Finally, molecular analysis revealed more severe mutations in neonatal onset patients than in LO patients. Regarding the latter, we analyzed a heterogeneity of clinical manifestations, belonging to the neurological, gastroenterological and psychiatric domains, and could see that the level of amoniemia at diagnosis was lower than in neonatal onset patients, but still 5 times higher than in a healthy child. Finally, we analyzed in more detail the clinical manifestations and genotype of females with OTC-D. DISCUSSION: Our study confirms the heterogeneity of these inherited disorders. We demonstrated the existence of a correlation between biochemical and genetic data and the severity of the clinical picture. The importance of glutamine as an indispensable marker in the differential diagnosis of neonatal hyperammonemias was highlighted. The crucial role of dialysis treatment in urgency, to be carried out in a timely manner, has emerged, and finally it is evident that liver transplantation represents the therapeutic option associated with the best possible outcome. Finally, by comparing the clinical picture of our patients with their genotype, it was possible to conclude that all mutations found in male patients with neonatal onset are indeed severe and correlate exclusively with this type of presentation.

BACKGROUND: i difetti del ciclo dell’urea (UCD) sono malattie rare causate dalla carenza di specifici enzimi facenti parte della via metabolica dell’ureagenesi. La conseguenza di questi deficit è l’accumulo di ammonio estremamente tossico per il nostro organismo che, se non smaltito velocemente, può portare al coma. I difetti del ciclo dell’urea possono essere classificati in due gruppi: i deficit degli enzimi mitocondriali (N-acetil-glutammato sintetasi, carbamilfosfato sintetasi, ornitina transcarbamilasi) e i deficit degli enzimi citoplasmatici (arginino-succinato sintetasi, arginino-succinato liasi e arginasi). L’obiettivo di questo studio è rappresentato dalla definizione delle caratteristiche cliniche, biochimiche e funzionali di una coorte di pazienti affetti da UCD, che sono stati diagnosticati nel centro regionale di riferimento per le Malattie Metaboliche Ereditarie presso l’OIRM. METODI: 33 pazienti sono stati diagnosticati tramite screening famigliare o neonatale, o in seguito a sospetto clinico e sono stati seguiti prospetticamente del nostro centro. La diagnosi è stata confermata in sede biochimica mediante la valutazione di ammoniemia, la determinazione del profilo plasmatico degli amminoacidi e infine tramite la quantificazione dell’escrezione urinaria dell’acido orotico. Tutti i pazienti sono stati sottoposti ad indagine genetico-molecolare per la ricerca di mutazioni casuali nei geni codificanti gli enzimi del ciclo dell’urea. Infine a ogni paziente è stata assegnata una determinata classe fenotipica (neonatale o late-onset LO), basata sull’età di insorgenza dei primi sintomi correlabili all’iperammoniemia. RISULTATI: tutti i pazienti affetti da CPS1-D e ASL-D hanno avuto un esordio neonatale, a differenza dell’OTC-D e dell’ASS-D. In tutti i pazienti a esordio neonatale sono stati riscontrati valori elevati, oltre che di ammonio, anche di glutammina (circa 2479 µmol/l). Solo il 55% dei pazienti è andato incontro a exitus: una percentuale nettamente inferiore rispetto a studi precedenti. Ciò è stato reso possibile grazie alla tempestività della terapia dialitica e al successivo trapianto di fegato entro i 5 anni di età. L’analisi molecolare ha infine rilevato mutazioni più severe nei pazienti ad esordio neonatale rispetto ai pazienti LO. Per quanto concerne questi ultimi, abbiamo analizzato un’eterogeneità di manifestazioni cliniche, appartenenti all’ambito neurologico, gastroenterologico e psichiatrico e abbiamo potuto constatare come il livello di ammoniemia alla diagnosi sia inferiore rispetto ai pazienti ad esordio neonatale, ma comunque 5 volte superiore rispetto a un bambino sano. Infine abbiamo analizzato più nel dettaglio le manifestazioni cliniche e il genotipo delle femmine affette da OTC-D. DISCUSSIONE: il nostro studio conferma l’eterogeneità di queste patologie ereditarie. Abbiamo dimostrato l’esistenza di una correlazione tra i dati biochimico e genetici e la gravità del quadro clinico. È stato messo in luce l’importanza della glutammina come marker indispensabile nell’ambito della diagnosi differenziale delle iperammoniemie neonatali. È emerso il ruolo cruciale del trattamento dialitico in urgenza, da effettuare tempestivamente ed infine è evidente come il trapianto di fegato rappresenti l’opzione terapeutica associata al miglior outcome possibile.