Caratterizzazione biochimico-enzimatica dei difetti ereditari della beta ossidazione degli acidi grassi

Introduction.Fatty acid β-oxidation (FAO) disorders are a group of inherited metabolic diseases that can manifest in pediatric patients with hypoglycemic syndrome, hypertrophic cardiomyopathy, arrhythmias, sudden death, heart failure, acute myopathy with rhabdomyolysis, progressive chronic myopathy, and liver failure. The most common forms are medium-chain acyl-CoA dehydrogenase (MCAD) deficiency and very-long-chain acyl-CoA dehydrogenase (VLCAD) deficiency. Since the introduction of extended newborn screening (SNE) in 2017 in Piedmont and Valle D’Aosta, early diagnosis of FAO disorders has become possible for the entire newborn population, allowing the implementation of an effective and timely therapeutic strategy to prevent severe clinical complications. Objectives. The biochemical and genetic characterization of patients who tested positive in the ENS and were confirmed to have an FAO defect was performed. The main scientific objective was to define the correlation between genotype and clinical phenotype, the correlation between genotype and biochemical phenotype (residual enzymatic activity), the correlation between residual enzymatic activity and specific acylcarnitine concentrations observed in the SNE, and the comparison of clinical-biochemical outcomes in patients diagnosed before and after the introduction of SNE. Materials and Methods.Between May 2017 and December 2023, 190,614 newborns underwent ENS in our region. ENS identified 24 patients with FAO defects: 15 with MCAD deficiency, 5 with VLCAD deficiency, 1 with CPT1 deficiency, 1 with CPT2 deficiency, and 2 with SCAD deficiency. A second cohort of 10 patients, diagnosed pre-screening based on clinical presentation, was also analyzed: 6 with VLCAD deficiency, 2 with ETH-DH deficiency, 1 with LCHAD deficiency, and 1 with CPT2 deficiency. These patients underwent genetic and molecular analysis. In MCAD and VLCAD patients, enzymatic activity and specific blood acylcarnitine profiles were analyzed. The clinical outcome was assessed in terms of survival and complications. Results. The clinical outcomes of patients diagnosed through SNE were favorable, as early neonatal diagnosis prevented severe clinical complications associated with FAO defects, compared to the cohort of patients diagnosed later based on clinical presentation. Genotype-metabolic phenotype correlation analysis helped define the clinical-biological severity prognosis in MCAD and VLCAD defects. In these conditions, a correlation was established between neonatal blood concentrations of specific acylcarnitines (C8 for MCAD deficiency; C14:0 and C14:1 for VLCAD deficiency) and residual enzymatic activity. This correlation allowed for the precise identification of the most severe disease genotypes. These results demonstrate that biological and genetic markers for these two diseases not only provide a diagnostic definition but also a prognostic one, directly influencing therapeutic choices and strategies. Finally, the real incidence of these genetic diseases in the general population was established at 1 case per 8,000 births. Conclusions. The results of SNE in this large cohort of newborns demonstrated that, even for inherited fatty acid oxidation disorders, this strategy is essential for early diagnosis and effective prevention, with a significant impact on public health.

Introduzione. I difetti della beta-ossidazione degli acidi grassi (FAO) sono un gruppo di malattie ereditarie del metabolismo energetico che possono manifestarsi in età pediatrica con sindrome ipoglicemica, cardiomiopatia ipertrofica, turbe del ritmo, morte improvvisa, insufficienza cardiaca, miopatia acuta con rabdomiolisi, miopatia cronica progressiva e insufficienza epatica. Le forme più frequenti sono il deficit delle acil-CoA deidrogenasi a media catena (MCAD) e il deficit delle acil-CoA deidrogenasi a catena molto lunga (VLCAD). Con l’introduzione nel 2017 dello screening neonatale esteso (SNE) in Piemonte e Valle d’Aosta si può effettuare una diagnosi precoce dei FAO in tutta la popolazione neonatale e impostare una strategia terapeutica efficace e tempestiva finalizzata alla prevenzione delle complicanze. Obiettivi. È stata effettuata la caratterizzazione biochimica e genetica dei pazienti positivi allo SNE e per i quali è stato confermato un difetto di FAO. L’obiettivo principale consiste nella definizione della correlazione tra genotipo e fenotipo clinico e tra genotipo e fenotipo biochimico, ovvero l’attività enzimatica residua, della correlazione tra l’attività enzimatica residua e le concentrazioni delle acilcarnitine specifiche osservate allo SNE e il confronto fra l’outcome clinico-biochimico dei pazienti diagnosticati prima e dopo l’introduzione dello SNE. Materiali e metodi. Nel periodo maggio 2017-dicembre 2023 nella nostra Regione sono stati sottoposti a SNE 190614 neonati. Lo SNE ha permesso di identificare 24 pazienti con difetto di FAO, di cui 15 con difetto di MCAD, 5 con difetto di VLCAD, 1 con difetto di CPT1, 1 con difetto di CPT2 e 2 con difetto di SCAD. È stata analizzata anche una seconda coorte di 10 pazienti, diagnosticati in epoca pre-screening su base clinica, di cui 6 con difetto di VLCAD, 2 con difetto di ETH-DH, 1 con difetto di LCHAD e 1 con difetto di CPT2. I pazienti sono stati sottoposti ad analisi genetico-molecolare. Nei pazienti affetti da difetto di MCAD e VLCAD, è stata effettuata l’analisi dell’attività enzimatica e delle concentrazioni ematiche dei profili specifici di acilcarnitina. Per tutti i pazienti in studio è stato analizzato l’outcome clinico in termini di sopravvivenza e complicanze. Risultati. L’outcome clinico dei pazienti diagnosticati mediante SNE, come atteso, è stato favorevole, in quanto è stato possibile prevenire le complicanze, rispetto alla coorte dei pazienti diagnosticati in epoca più tardiva. L’analisi di correlazione genotipo-fenotipo metabolico ha permesso di definire la prognosi di severità clinico-biologica nei difetti di MCAD e di VLCAD. In queste due condizioni è stato possibile stabilire una correlazione fra le concentrazioni neonatali delle acilcarnitine specifiche (C8 per il difetto di MCAD; C14:0 e C14:1 per il difetto di VLCAD) e i valori di attività enzimatica.Tale correlazione ha permesso di definire con precisione i genotipi più severi di malattia. Questi risultati dimostrano che i markers biologici e genetici non solo permettono una definizione diagnostica, ma anche prognostica, con un impatto diretto nelle scelte e nelle strategie terapeutiche. Infine, è stato possibile stabilire la reale incidenza di queste malattie genetiche nella popolazione generale, che si è dimostrata essere di 1 caso ogni 8.000 nascite. Conclusioni. I risultati dell’applicazione dello SNE in questa ampia coorte di neonati ha permesso di dimostrare che, anche per i difetti ereditari di ossidazione degli acidi grassi, questa strategia è imprescindibile per una diagnosi precoce e per una prevenzione efficace, con una ricaduta molto importante in termini di salute pubblica.