Il ruolo delle cellule Natural Killer nella Sclerosi Laterale Amiotrofica: cause, approfondimenti e future soluzioni.

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS), is a progressive neurodegenerative disease, determined by the gradual degeneration of motor neurons with consequent paralysis of voluntary and non-voluntary muscles, resulting in the death of the subject often due to respiratory problems in the absence of effective treatments. The precise causes of ALS are still unknown, although genes related to the disease have been identified. In the last 20 years the role of the immune system in the development of ALS has been investigated, especially as regards the role of Natural Killer (NK) cells which can then be exploited as a therapeutic target. NK cells are present in high concentrations in the peripheral blood of ALS patients and are able to act on the Central Nervous System (CNS) by creating a proinflammatory microenvironment that favors the death of motor neurons, speeding up the progression of ALS. Three studies have been reported in the following paper, with the aim of deepening knowledge on the subject. In particular, we will analyze in detail the leading role of NK cells in relation to ALS, with a look at possible future therapeutic implications through the tofacitinib approach. The first study was conducted through the analysis of surface markers expressed on NK cells. Single nucleotide polymorphisms specifically associated with NK cell-related immune traits were analyzed in a GWAS study by Mendelian randomization (RM) method, finding that higher expression levels of CD16-CD56+ and HLA-DR+ on NK cells are associated with a lower risk of ALS. The second study investigates the role of gender and age on NK cells in ALS in mouse models and in ALS patients and controls. NK cells were deleted in the SOD1G93A ALS mouse model resulting in data stratification of survival and neuroinflammation by gender and age. NK cell depletion extended survival only in female ALS mice, with gender-specific effects on spinal cord microglia. In humans, however, NK cell numbers, NK cell subpopulations, and surface markers are prospectively analyzed in blood, comparing ALS subjects and controls. The results were combined with the slope of the ALS-R functional rating scale and stratified by gender and age. Results show that age influenced the associations between the Revised ALS Functional Rating Scale (ALS-R) and NKG2D and NKp46 markers, while gender influenced the association with NKp30. To date, there are no effective drugs for ALS, and for this reason the third study chosen evaluates Tofacitinib, a small pharmaceutical molecule capable of performing various functions including blocking the JAK/STAT pathway and the proinflammatory cytokine IL-15, decreasing NK cells in the peripheral blood of ALS patients and slow down the death of motor neurons. In the study the ability to suppress the cytotoxicity of NK cells and cytokines is tested, the ability to protect neurons from NK cell cytotoxicity is evaluated, the pharmacokinetics on mouse models is studied, the bioavailability of the drug with specific gender differences and the relationship drug availability related to dosage. In conclusion, the study shows how tofacitinib can be a valid therapeutic option for ALS.

La sclerosi laterale amiotrofica (SLA), è una malattia neurodegenerativa progressiva, determinata dalla graduale degenerazione dei motoneuroni con conseguente paralisi dei muscoli volontari e non, determinando la morte del soggetto spesso a causa di problemi respiratori in assenza di cure efficaci. Le cause precise della SLA sono ancora sconosciute, sebbene siano stati identificati dei geni correlati con la malattia. Nell’ultimo 20ennio è stato approfondito il ruolo del sistema immunitario nello sviluppo della SLA, soprattutto per quanto riguarda il ruolo delle cellule Natural Killer (NK) che possono poi essere sfruttate come bersaglio terapeutico. Le cellule NK sono presenti in alte concentrazioni nel sangue periferico dei pazienti SLA e sono in grado di agire sul Sistema Nervoso Centrale (SNC) creando un microambiente proinfiammatorio che favorisce la morte dei motoneuroni velocizzando la progressione della SLA. Nel seguente elaborato sono stati riportati tre studi, con lo scopo di approfondire le conoscenze sulla tematica. In particolare, analizzeremo nel dettaglio il ruolo protagonista delle cellule NK in relazione alla SLA, con uno sguardo a possibili futuri risvolti terapeutici tramite l’approccio con Tofacitinib. Il primo studio è stato condotto tramite l’analisi dei marcatori di superficie espressi sulle cellule NK. Tramite metodo di randomizzazione mendeliana (RM) sono stati analizzati i polimorfismi a singolo nucleotide, in uno studio GWAS, specificamente associati ai tratti immunitari correlati alle cellule NK, scoprendo che livelli di espressione più elevati di CD16-CD56+ e HLA-DR+ su cellule NK sono associati ad un minore rischio di SLA. Il secondo studio approfondisce il ruolo del genere e dell’età sulle cellule NK nella SLA in modelli murini e su pazienti SLA e controlli. Le cellule NK sono state delete nel modello murino SLA SOD1G93A con conseguente stratificazione dei dati, su sopravvivenza e neuroinfiammazione, in base a genere ed età. La deplezione delle cellule NK ha esteso la sopravvivenza solo nei topi SLA femmina, con effetti genere specifici sulla microglia del midollo spinale. Nell’uomo invece, numero di cellule NK, sottopopolazioni di cellule NK e marcatori di superficie, vengono analizzati in modo prospettico nel sangue, paragonando soggetti SLA e controlli. I risultati sono stati combinati con la pendenza della scala di valutazione funzionale SLA-R e stratificati per genere ed età. I risultati mostrano che l’età ha influenzato le associazioni tra la scala di valutazione funzionale SLA rivista (SLA-R) e marcatori NKG2D e NKp46, il genere invece l’associazione con NKp30. Ad oggi non esistono farmaci efficaci per la SLA, e per questo il terzo studio scelto valuta il Tofacitinib, una piccola molecola farmaceutica capace di svolgere svariate funzioni tra cui bloccare la via JAK/STAT e la citochina proinfiammatoria IL-15, diminuire le cellule NK nel sangue periferico dei pazienti SLA e rallentare la morte dei motoneuroni. Nello studio vengono testate la capacità di sopprimere la citotossicità delle cellule NK e delle citochine, viene valutata la capacità di proteggere i neuroni dalla citotossicità delle cellule NK, viene studiata la farmacocinetica su modelli murini, la biodisponibilità del farmaco con differenze genere specifiche ed il rapporto della disponibilità del farmaco relazionata al dosaggio. Lo studio, in conclusione, mostra come il Tofacitinib possa essere una valida opzione terapeutica per la SLA.