Homocistinúria e metabolismo da homocisteína : tratamento com creatina e fenilcetonúria como modelos

Abstract

Homocistinúria é um grupo de erros inatos do metabolismo (EIM) que resultam em aumento marcante dos níveis de homocisteína (Hcy). As causas mais comuns são homocistinúria clássica (HCU), com incidência estimada em ao menos 0.29 a 1 a cada 100,000 indivíduos, e as deficiências de cblC e MTHFR. Já o termo hiperhomocisteinemia refere-se ao aumento de Hcy total (tHcy) que pode ser de origem genética, ambiental, ou multifatorial. Uma importante porção da Hcy é formada em consequência da síntese endógena de creatina (Cre), que requer a incorporação de um grupo metil doado no processo de metabolismo de metionina (Met). Além disso, a Cre é descrita com potencial antioxidante. Pacientes com fenilcetonúria (PKU) tem seu tratamento baseado em restrição dietética de fenilalanina (Phe) e uso de fórmula metabólica. Com base na dieta pobre em proteínas esses pacientes estão em risco de desenvolver deficiência de Met e vitamina B12, aumentando consequentemente níveis de Hcy e ácido metilmalônico (MMA). Objetivos: 1) Caracterizar aspectos epidemiológicos, clínicos e bioquímicos de homocistinúrias; 2) Avaliar o papel da Cre como novo tratamento das homocistinúrias; 3) Avaliar o metabolismo da Hcy em PKU, de forma a propor novos mecanismos fisiopatológicos para a doença. Métodos: Etapa 1: revisão de literatura acerca das formas mais comuns de homocistinúria, comparando suas apresentações clínicas e bioquímicas. Etapa 2: análise de dados clínicos de 72 pacientes brasileiros (60 famílias) com HCU provenientes das cinco regiões do país. Etapa 3: estimativa da incidência mundial de HCU com base no número de heterozigotos, aplicando regras de equilíbrio de Hardy-Weinberg, para as 25 mutações mais comuns no gene CBS, presentes em bancos de dados genômicos. Etapa 4: análise de marcadores inflamatórios e de estresse oxidativo em cultivo celular de células comerciais. Resultados: Etapa 1: a manifestação bioquímica comum à HCU e às deficiências de cblC e MTHFR é o acúmulo de tHcy. Os outros aminoácidos sulfurados apresentam perfis diversos e até inversos. Alguns achados clínicos comuns dentre as homocistinúrias, são atraso no desenvolvimento e convulsões, bem como eventos tromboembólicos. No entanto, as complicações do sistema nervoso central (SNC) diferem em uma ampla variedade de apresentações e 4 severidades e são aparentemente menos pronunciadas na HCU. Etapa 2: nos pacientes brasileiros com HCU, manifestações oculares foram as mais precoces e prevalentes, bem como a principal suspeita diagnóstica. Observou-se maior prevalência de pacientes não responsivos à piridoxina, e uma pequena porção dos pacientes não responsivos manteve os níveis de Hcy indicados (<100umol/L). Os tratamentos mais comuns foram respectivamente: piridoxina, ácido fólico, betaína, vitamina B12 e dieta restrita em Met associada ao uso de fórmula metabólica. Etapa 3: conforme a frequência de heterozigotos para CBS no banco de dados gnomAD, a incidência mundial de HCU foi calculada em aproximadamente 0,38:100.000 indivíduos. Etapa 4: observamos que o conteúdo intracelular de Cre aumentou nos grupos tratados, e no grupo de células saudáveis após o tratamento houve uma redução de CAT, SOD, SH e DCFH, mas não houve diferença estatística, provavelmente devido ao pequeno número amostral. Etapa 5: o tratamento de pacientes PKU com fórmula metabólica reduz os níveis de tHcy. Nenhum dos pacientes com PKU apresentou valores de tHcy acima da faixa normal, indicando que não há deficiências evidentes de folato ou vitamina B12 entre os pacientes em tratamento, provavelmente devido ao enriquecimento das fórmulas metabólicas com estes compostos. Nas pacientes grávidas, os níveis de Phe e Hcy foram menores durante a gestação indicando melhor aderência ao tratamento. Conclusões: Há pouca sobreposição nas apresentações bioquímicas e clínicas das três formas mais comuns de homocistinúria, o que nos faz questionar se a própria Hcy é o principal metabólito patogênico. Apresentamos o panorama clínico mais abrangente da HCU já realizado no Brasil. Observa-se que a maioria dos pacientes apresenta fenótipo grave, o que sugere subdiagnóstico das formas de HCU atenuadas/responsivas à piridoxina. O grande número de indivíduos analisados e a cobertura populacional do banco de dados utilizado nos dão grande precisão na estimativa de incidência da HCU, que é um distúrbio tratável. Nossos resultados apoiam a implementação da triagem neonatal na Europa (~0,72:100.000) e na América Latina (~0,45:100.000). A Cre tem o potencial de reduzir marcadores de estresse oxidativo. Em pacientes com PKU o acompanhamento clínico e adesão ao tratamento dietético são muito importantes. O acompanhamento dos pacientes deve abordar a adequação da ingestão de proteínas, além de monitorar os níveis de Phe e os aminoácidos plasmáticos, Hcy e MMA, que devem ser avaliados para detectar a deficiência de vitamina B12, especialmente antes da concepção, para minimizar os riscos para o feto.

Introduction: Homocystinuria is a group of inborn errors of metabolism (EIM) that result in marked increase in homocysteine (Hcy) levels. The most common causes are classical homocystinuria (HCU), with an estimated incidence of to be between 0.29 and 1:100,000 individuals, and deficiencies of cblC and MTHFR. The term hyperhomocysteinemia refers to the increase in total Hcy (tHcy) levels that may be due to genetic, environmental, or multifactorial. An important portion of Hcy is formed as a consequence of endogenous creatine (Cre) synthesis, which requires methyl groups donated in the methionine (Met) metabolism process. In addition, Cre is described with antioxidant potential. Patients with phenylketonuria (PKU) have their treatment based on dietary restriction of phenylalanine (Phe) and use of metabolic formula. Because of the low protein diet these patients are at risk of developing Met and vitamin B12 deficiency, thereby increasing levels of Hcy and methylmalonic acid (MMA). Objectives: 1) To characterize epidemiological, clinical and biochemical aspects of homocystinuria; 2) To evaluate the role of Cre as a new treatment for homocystinuria; 3) To evaluate the metabolism of Hcy in PKU, in order to propose new pathophysiological mechanisms for the disease. Methods: Phase 1: literature review on the most common forms of homocystinuria, comparing its clinical and biochemical presentations. Phase 2: clinical data analysis of 72 Brazilian patients (60 families) with HCU from the five regions of the country. Phase 3: estimation of the worldwide incidence of HCU based on the number of heterozygotes, applying Hardy-Weinberg equilibrium rules, for the 25 most common mutations in the CBS gene, present in genomic databases. Phase 4: analysis of inflammatory and oxidative stress markers in cell culture of immortalized commercial cells, control (n = 3) and cells with remethylation defect (n = 6) treated with Cre. Phase 5: analysis of Phe, tHcy, MMA, vitamin B12, Met, tyrosine, leucine, isoleucine and valine levels in plasma of 25 PKU patients. Results: Phase 1: the common biochemical manifestation to HCU and deficiencies of cblC and MTHFR is the accumulation of tHcy. The other sulfur amino acids have different and even inverse profiles. Some common clinical findings among homocystinurias are development delay and seizures, as well as thromboembolic events. However, central 6 nervous system complications differ in a wide variety of presentations and severities, and are apparently less pronounced in HCU. Phase 2: In Brazilian HCU patients, ocular manifestations were the earliest and most prevalent, as well as the main diagnostic suspicion. A higher prevalence of patients non responsive to pyridoxine was observed, and a small portion of nonresponsive patients maintained the indicated tHcy levels (<100umol/L). The most common treatments were: pyridoxine, folic acid, betaine, vitamin B12 and restricted diet in Met associated with the use of metabolic formula. Phase 3: according to the frequency of heterozygotes for CBS in the gnomAD database, the worldwide incidence of HCU was estimated at approximately 0.38:100,000 individuals. Phase 4: we observed that the intracellular content of Cre increased in the treated groups, and in the group of healthy cells after the treatment there was a reduction of CAT, SOD, SH and DCFH, but there was no statistical difference, probably due to the small sample. Phase 5: Treatment of PKU patients with metabolic formula reduces tHcy levels. None of the patients with PKU presented tHcy values above the normal range, indicating that there are no evident deficiencies of folate or vitamin B12 among the patients under treatment, probably due to the enrichment of metabolic formulas. In pregnant patients, Phe and tHcy levels were lower during gestation indicating better adherence to the treatment. Conclusions: There is little overlap in the biochemical and clinical presentations of the three most common forms of homocystinuria, which makes us question whether Hcy itself is the main pathological metabolite. We present the most extensive clinical picture of the HCU already performed in Brazil. It is observed that the majority of the patients present severe phenotype, which suggests underdiagnosis of HCU forms attenuated / responsive to pyridoxine. The large number of individuals analyzed and the population coverage of the database used give us great accuracy in estimating the incidence of HCU, which is a treatable disorder. Our results support the implementation of neonatal screening in Europe (~0.72:100,000) and in Latin America (~0.45:100,000). Cre has the potential to reduce oxidative stress markers. In patients with PKU, clinical follow-up and adherence to dietary treatment are very important. Patient follow-up should address adequacy of protein intake, as well as monitoring Phe levels and plasma amino acids, Hcy and MMA, which should be evaluated for vitamin B12 deficiency, especially prior to conception, to minimize risks to the fetus.