RICERCA ITALIANA     

Danno cardio-vascolare precoce in bambini ed adolescenti obesi :la identificazione di markers di rischio metabolici e/o genetici rende possibile la diagnosi precoce e può migliorare la qualità della vita futura.

Seconda Università degli Studi di Napoli

Abstract

La patologia cardiovascolare rappresenta la causa di circa il 45% dei decessi che avvengono nei paesi Occidentali. Fra tutti i fattori di rischio l'obesità emerge oggi con proporzioni epidemiche. L'obesità, ad esordio in età evolutiva, è uno dei più seri problemi di salute pubblica nelle società industrializzate con prevalenza che cresce rapidamente negli USA, in Europa e nel resto del mondo. L'obesità infantile è gravata, inoltre, da una serie di complicanze che si manifestano già durante l'età giovanile. Dati recenti dimostrano che segni precoci di aterosclerosi, alterazioni strutturali e funzionali cardiache che includono anche l’ipertrofia ventricolare sinistra, possono essere presenti già in bambini ed adolescenti obesi.Lo strain rate nuova tecniche ecocardiografiche recentemente adottata è in grado di studiare la deformazione miocardica e di valutare la funzione cardiaca in bambini sani ed in bambini con cardiopatie congenite. Il danno cardiovascolare, sembra essere la conseguenza di uno stato di resistenza insulinica. Una significativa associazione tra i livelli di insulina e la massa del ventricolo sinistro suggerisce che possano essere proprio gli elevati livelli di insulina a influenzare la relazione tra obesità ed alterazioni della geometria e della funzione del ventricolo sinistro. La disfunzione endoteliale rappresenta un marker precoce di aterosclerosi.
Tutti i geni codificanti per proteine coinvolte nella regolazione della secrezione e dell'azione dell'insulina, se mutati, possono contribuire ad incrementare l'insulino resistenza. Tali polimorfismi possono essere localizzati sia nelle regioni codificanti che in quelle regolatorie dei geni e possono essere presenti, anche se con frequenze differenti, sia in pazienti con insulino resistenza che nella popolazione sana. Molte altre molecole sono coinvolte nella modulazione della sensbilità insulinica e nello sviluppo di patologie cardiovascolari. Pertanto, lo studio delle loro varianti genetiche può fornire un importante contributo nello comprensione fisiopatologica della genesi del danno cardiovascolare.
L'obiettivo generale della presente ricerca è quello di verificare la prevalenza, in una popolazione di bambini ed adolescenti obesi di origine caucasica e residenti in Campania, di alterazioni dell'omeostasi glicemica e/o di alterazioni cardiovascolari. Particolare attenzione sarà posta nell'individuazione dei meccanismi che, in vivo ed in vitro conducono alla insulino resistenza ed ai legami tra essa e la patologia cardio-vascolare così come al potenziale ruolo svolto, nel contesto patogenetico, da specifici pattern genetici.
Verrà altresì verificata la possibile reversibilità dell'alterazione metabolica e cardiovascolare a seguito di perdita di peso ottenuta mediante un programma ad hoc.
Lo studio si propone di:
1) Individuare la reale incidenza delle seguenti alterazioni metaboliche (iperinsulinemia, resistenza insulinica, intolleranza glicidica o diabete tipo 2.)
2) Identificare l'incidenza di alterazioni strutturali o funzionali del muscolo cardiaco, di ipertensione e di disfunzione endoteliale e ricercare un legame tra esse ed i livelli di insulino-sensibilità.
3) Studiare in vitro il legame metabolico tra insulino-sensibilità e danno endoteliale.
4) Analizzate le varianti polimorfiche di una serie di geni correlati all’insulino resistenza, all’obesità, alle patologie cardiovascolari ed alla comprasa di danno d’organo correlato.
6) Verificare se la perdita di peso è in grado di far regredire le lesioni presenti e se,in soggetti che non fossero complianti con il programma di perdita di peso vi sia una stabilizzazione o una progressione del danno. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Laura Perrone Seconda Università degli Studi di NAPOLI

Obiettivo del Programma di Ricerca

L'obiettivo generale della presente ricerca è quello di verificare la prevalenza, in una popolazione di bambini ed adolescenti obesi di origine caucasica e residenti in Campania, di alterazioni dell'omeostasi glicemica e/o di alterazioni cardiovascolari. Particolare attenzione sarà posta nell'individuazione dei meccanismi che, in vivo ed in vitro conducono alla insulino resistenza ed ai legami tra essa e la patologia cardio-vascolare così come al potenziale ruolo svolto, nel contesto patogenetico, da specifici pattern genetici.
Verrà altresì verificata la possibile reversibilità dell'alterazione metabolica e cardiovascolare a seguito di perdita di peso ottenuta mediante un programma ad hoc della durata di sei mesi.
Traguardi specifici della ricerca saranno:
1) Individuare la reale incidenza delle seguenti alterazioni metaboliche (iperinsulinemia, resistenza insulinica, intolleranza glicidica e diabete tipo 2).
2) Identificare l'incidenza di alterazioni strutturali e/o funzionali del muscolo cardiaco, di ipertensione e di disfunzione endoteliale e ricercare un legame tra esse ed i livelli di insulino-sensibilità.
3) Studiare in vitro il legame metabolico tra insulino-sensibilità e danno endoteliale.
4) Analizzate le varianti polimorfiche di una serie di geni correlati all’insulino resistenza, all’obesità, alle patologie cardiovascolari ed alla comparsa di danno d’organo correlato. I geni studiati saranno:
- Resistina
- FABP2
- IL-6
- PPRGamma
- Lipasi epatica
- Angiotensin-converting enzyme
- Angiotensinogen
- Apolipoprotein AV
- Aldosterone synthase
- Endothelial nitric oxide synthase
- Apolipoprotein B,
- Adrenoreceptor alpha2A,
- Angiotensin II receptors type 2
- Beta2-adrenergic receptor
- G-protein beta
- Insulin Receptor Substrate
- Angiopoietin-like proteins.
5) Verificare se la perdita di peso è in grado di far regredire le lesioni presenti e se,in soggetti che non fossero complianti con il programma di perdita di peso vi sia una stabilizzazione o una progressione del danno.
Il rilevamento di molteplici parametri clinici e di laboratorio, utilizzando metodiche molto affidabili e con tecnologie aggiornate, perfettamente riproducibili, permetterà di identificare un fenotipo-genotipo a rischio di complicanze metaboliche e cardiovascolari dell'obesità insorta in età evolutiva.
Pertanto lo studio potrebbe rendere più appropriato l'approccio clinico all'obesità ad insorgenza nell'età evolutiva. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

La patologia cardiovascolare rappresenta la causa di circa il 45% dei decessi che avvengono nei paesi Occidentali. Fra tutti i fattori di rischio l'obesità emerge oggi con proporzioni epidemiche. L'obesità è uno dei più seri problemi di salute pubblica nelle società industrializzate con prevalenza che cresce rapidamente negli USA, in Europa e nel resto del mondo (1). In età evolutiva il sovrappeso è raddoppiato negli ultimi dieci anni interessando entrambi i sessi e senza differenze di razze, etnie o gruppi socio economici.
In Italia, secondo i dati pubblicati dall'ISS e dall'ISTAT, il 4 % dei bambini sono obesi e il 20 % in sovrappeso. Il problema interessa soprattutto la fascia di età fra i 6 ed i 13 anni e i maschi rispetto alle femmine. La regione con più alto numero di bambini obesi è la Campania (36%) mentre il numero più basso è in Valle d'Aosta (14,3 %).
Tale fenomeno è particolarmente preoccupante se si considera che l'obesità che si sviluppa in età infantile conduce molto spesso all'obesità in età adulta (2). L'obesità infantile è gravata, inoltre, da una serie di complicanze che si manifestano già durante l'età giovanile. Tutto ciò rappresenta un problema rilevante poiché molti di questi processi che conducono alla morbilità e mortalità sono lenti e cronici. Se questi processi iniziano molto precocemente la morbilità e la mortalità possono intervenire anche in età giovanile.
Per esempio più del 60% dei bambini tra 5 e 10 anni di età hanno almeno un fattore di rischio per patologia cardiovascolare quale ipertensione, iperinsulinemia o dislipidemia ed il 25% presentano due o più fattori di rischio (3-5). Dati recenti dimostrano che segni precoci di aterosclerosi, alterazioni strutturali e funzionali cardiache che includono anche l’ipertrofia ventricolare sinistra, possono essere presenti già in bambini ed adolescenti obesi(6). Pertanto una malattia che in passato veniva considerata una patologia dell’adulto si dimostra oggi essere patologia anche del bambino.
Insieme all'aumentata prevalenza di obesità nei bambini, anche l'ipertensione arteriosa pediatrica sta subendo uno spostamento epidemiologico. Si è sempre ritenuto che l'ipertensione nei bambini fosse una condizione relativamente rara, più comunemente associata a malattie renali. Attualmente quella secondaria a malattie renali incide meno rispetto alla forma idiopatica. Nella pratica pediatrica, il tipico paziente iperteso è rappresentato da un adolescente sano ma obeso e con storia familiare di ipertensione e una predisposizione etnica alla malattia ipertensiva.
L’obesità è stata associata a patologia cardiaca, dilatazione ventricolare sinistra, aumento dello stress della parete ventricolare sinistra e ipertrofia compensatoria eccentrica del ventricolo sinistro. Numerosi studi hanno riportato la presenza di anomalie della funzione diastolica non associate a disfunzione sistolica e con un ampio spettro di alterazioni cardiovascolari minori. Il rilevamento di queste manifestazioni subcliniche potrebbe essere importante perché un trattamento in grado di farle regredire potrebbe essere efficace nel prevenire la malattia.
Nuove tecniche ecocardiografiche sono state recentemente introdotte in grado di studiare la deformazione miocardica e di valutare la funzione cardiaca indipendentemente dalle variazioni di pre e post carico. Questi nuovi parametri (lo strain rate imaging) sono stati recentemente proposti come forti indici di contrattilità miocardia (7-14).
Lo Strain rate imaging, che riflette la deformazione miocardica regionale, è stato sviluppato calcolando il gradiente di velocità miocardico. Lo Strain rate è indipendente dal movimento cardiaco globale, dalla rotazione cardiaca o dal movimento indotto dalla contrazione di segmenti miocardici adiacenti.
Lo strain rate si dimostra in grado di valutare la funzione miocardica in bambini sani ed in bambini con cardiopatie congenite. Inoltre, esso è in grado di cogliere alterazioni precoci della funzione sistolica in adulti con ipertensione, diabete, obesità, o sindrome metabolica ancora in presenza di una normale frazione di eiezione.
Il danno cardiovascolare, sia inteso come alterazione miocardia del ventricolo sinistro che come ipertensione, sembra essere la conseguenza di uno stato di resistenza insulinica.
Un gran numero di studi hanno esplorato la relazione tra livelli pressori ed azione insulinica. Tali studi hanno confermato che essa (misurata attraverso l'utilizzo di un suo surrogato come l'iperinsulinemia a digiuno) può precedere la comparsa di una franca ipertensione. La sequenza temporale opposta, cioè la comparsa dell'ipertensione in una epoca precedente a quella della comparsa dell'insulina resistenza non è mai stata documentata. L'insulino resistenza è accompagnata di solito da una iperinsulinemia compensatoria. Sia a livello cellulare che di organo, sia l'insulino resistenza (attraverso la regolazione del metabolismo del calcio intracellulare nella muscolatura liscia)sia l'iperinsulinemia (attraverso il riassorbimento del sodio a livello renale e lo stimolo del tono adrenergico) possono rappresentare un meccanismo in grado di interferire con il controllo della pressione (15-17).
Un aumento della massa ed un'alterazione della geometria del ventricolo sinistro così come una preclinica riduzione della contrattilità miocardica sono stati associati all'entità del grasso corporeo (18, 19). Una significativa associazione tra i livelli di insulina e la massa del ventricolo sinistro, osservata in alcuni studi condotti su bambini ed adolescenti obesi, suggerisce che possano essere proprio gli elevati livelli di insulina a influenzare la relazione tra obesità ed alterazioni della geometria e della funzione del ventricolo sinistro (20). Una possibile cascata di eventi che possano giustificare l'effetto dell'insulina sul muscolo cardiaco è la seguente: l'obesità determina iperinsulinemia che a sua volta stimola il sistema nervoso simpatico, determina ipertensione durante l'esercizio fisico e ciò può infine condurre ad un incremento della massa del ventricolo sinistro. Tuttavia è possibile ipotizzare che, nei bambini ed adolescenti obesi, le alterazioni miocardiche ora discusse possano non essere conseguenza dell'ipertensione, ma piuttosto secondarie a danno metabolico del miocardio conseguenza diretta della riduzione della sensibilità insulinica. Infatti, dati ottenuti su modelli animali dimostrano come l'obesità e l'insulino resistenza causino alterazioni sia nel metabolismo degli acidi grassi a livello miocardico sia a carico dell'efficienza cardiaca, intesa come rapporto tra lavoro cardiaco e consumo di ossigeno da parte del miocardio e come tali alterazioni siano alla base di quegli eventi che conducono ad un peggioramento delle capacità contrattili del ventricolo sinistro (21). In particolare, l'obesità e la conseguente riduzione della sensibilità insulinica, determinando un incremento dell'ingresso all'interno delle cellule miocardiche degli acidi grassi liberi spingono il metabolismo miocardico all'utilizzo prevalente di tali acidi grassi (22-24). Altri dati dimostrano che l'incrementata disponibilità di acidi grassi e l'aumento del contenuto di lipidi nella cellula miocardica predispongono il miocardio stesso a subire un danno conseguenza di aumento dello stress ossidativo. Tali osservazioni sono state recentemente confermate in uno studio condotto su giovani donne obese in cui sono state dimostrate simili alterazioni del metabolismo miocardico, associate ad alterazioni dell'efficienza e della struttura del muscolo cardiaco (25). Anche in questo caso il cambiamento del metabolismo miocardico verso un sempre maggior uso degli acidi grassi era direttamente associato ad un incremento della insulino resistenza dando forza all'idea secondo la quale una progressiva riduzione della sensibilità insulinica ed un'alterazione del metabolismo miocardico siano alla base della disfunzione contrattile miocardica osservata nell'obesità.
La disfunzione endoteliale rappresenta un marker precoce di aterosclerosi (26)ed è un predittore indipendente di eventi cerebro-cardiovascolari negli adulti (27). Essa è caratterizzata da una ridotta biodisponibilità di NO, mentre è documentabile un aumento dei fattori vasocostrittori di origine endoteliale.
Mentre nell’adulto è da tempo documentata la correlazione fra obesità ed aterosclerosi, nei bambini sono molto recenti i dati a tale proposito.
L'insulina, in condizioni fisiologiche, promuove la vasodilatazione endotelio-mediata, infatti essa stimola la produzione di NO attraverso una via che coinvolge varie molecole: il substrato del recettore insulinico di tipo 1 (IRS-1), la fosfatidil-inositolo-3-chinasi (PI-3k), l’enzima Akt e infine la ossido nitrico sintasi endoteliale (eNOS). Tale meccanismo è disfunzionante in condizioni di insulino-resistenza, pertanto la ridotta biodisponibilità di NO, può potenziare l'azione pro-aterogena dell'insulina.
Diversi studi hanno stabilito il coinvolgimento dell’angiotensina II (Ang II) e del suo recettore di tipo 1 (AT1) nella disfunzione endoteliale e nell’ insulino-resistenza. E’ stata, inoltre, dimostrata un’interazione tra il sistema renina-angiotensina (SRA) ed il segnale insulinico (28).
Il gruppo appartenente all'Unità III ha recentemente dimostrato che l’esposizione di cellule endoteliali umane prelevate da vena ombelicale (HUVEC) ad Ang II determinava una inibizione della produzione insulino-indotta di NO. Questo evento era associato ad una riduzione della fosforilazione nei residui tirosinici 612 e 632 di IRS-1, due siti fondamentali per il legame della subunità p85 di PI-3K con conseguente ridotta attivazione dell’enzima e quindi anche di Akt ed e-NOS. Tale effetto inibitorio dell’Ang II veniva annullato da un bloccante del recettore AT1 (29).
I meccanismi molecolari, tuttavia, sono molto complessi e molto resta ancora da scoprire, soprattutto per quanto attiene l’interazione insulina-angiotensina 2. Sia gli elevati livelli di insulina che un incremento della insulino-resistenza giocano un ruolo cruciale nel determinismo del danno cardiovascolare e della disfunzione endoteliale nei soggetti obesi.
La patogenesi dell'insulino resistenza è studiata da molti anni (30, 31). L'accumulo di acidi grassi liberi nel fegato, negli adipociti, e particolarmente nel muscolo scheletrico, interferendo con i meccanismi intracellulari innescati dall'insulina, è la causa primitiva dell'insulino resistenza (31). Inoltre, il fegato diventa resistente all'insulina anche per quanto riguarda la capacità di tale ormone di sopprimere la produzione epatica di glucosio. Tutto ciò fa si che il fegato diventi una "fabbrica produttrice di grassi" con tutti gli effetti collaterali prevedibili, tra cui l'ipertrigliceridemia. A loro volta gli adipociti resistenti all'insulina incrementano la lipolisi con conseguente incremento dei lipidi circolanti. A seguito dell'insulino resistenza il pancreas deve incrementare la sua produzione di insulina per mantenere la glicemia nella norma.
Tutti i geni codificanti per proteine coinvolte nella regolazione della secrezione e dell'azione dell'insulina, se mutati, possono contribuire ad incrementare l'insulino resistenza. Tali polimorfismi possono essere localizzati sia nelle regioni codificanti che in quelle regolatorie dei geni e possono essere presenti, anche se con frequenze differenti, sia in pazienti con insulino resistenza che nella popolazione sana (32-33). Tra i geni coinvolti nella modulazione della secrezione insulinica alcuni neuropeptidi appartenenti all'asse melanocortinico (POMC ed MC4R) sono stati associati ad iperinsulinemia e sono stati suggeriti come un possibile legame tra l'obesità e l'insulino resistenza nei i bambini obesi (26-31). Il nostro gruppo è impegnato nello screening molecolare di tali geni (Finanziamento PRIN 04/06, Titolo: Analisi molecolare dei geni del sistema melanocortinico in soggetti con obesità ad esordio precoce od alterazioni della condotta alimentare, valutazione del rapporto genotipo-fenotipo).
Recenti studi hanno suggerito l’associazione tra i polimorfismi del gene della resistina e l’obesità, l’insulino-resistenza e la pressione arteriosa. La resistina è un ormone prodotto dagli adipociti coinvolto nell’omeostatsi glicemica attraverso la regolazione della sensibilità insulinica (34-35). Altri studi hanno dimostrato l’effetto statisticamente significativo della variazione del gene FABP2 (intestinal fatty acid-binding protein 2) (36) e del gene dell’interleukina-6 sui livelli di sensibilità insulinica.
Vi sono alcuni geni che possono influenzare, non solo la sensibilità insulinica, ma anche il manifestarsi di danno cardiovascolare, alcuni in maniera protettiva come il polimorfismo Pro12Ala del gene PPR-gamma (peroxisome proliferator activated receptor gamma) (37), altri aumentando il rischio come il polimorfismo Gly972Arg dell'IRS-1(insulin receptor substrate-1), molecola chiave nella traduzione del segnale insulinico o il polimorfismo I/D del gene ACE (angiotensin converting enzyme) che risulta associato non solo ad insulino resistenza ma anche a danno d’organo (38). Molte altre molecole sono coinvolte nella modulazione della sensbilità insulinica e nello sviluppo di patologie cardiovascolari. Pertanto, lo studio delle loro varianti genetiche può fornire un importante contributo nello comprensione fisiopatologica della genesi del danno cardiovascolare.
Inoltre, la diversa suscettibilità allo sviluppo del danno cardio-circolatorio potrebbe essere determinata da differenze nel patrimonio genetico,capace di interferire con la secrezione insulinica e la sua sensibilità, sui processi proliferativi a livello di cuore e vasi, sulla funzione endoteliale e sui meccanismi proinfiammatori, così come avviene per la comparsa dell’ipertensione arteriosa, dell’aumento della massa ventricolare e del danno endoteliale
Alterazioni delle proteine angiopoietin-like possono rappresentare una altra causa che può indurre insulino resistenza.
Recentemente sono state identificate alcune molecole con una struttura simile a quella delle angiopoietine. Sono stati identificati 6 componenti di questa famiglia di proteine angiopoietin-like (da Angptl1 a Angptl6). Con l'eccezione di Angptl5, le altre sono state identificate sia nel topo che nell'uomo. Nessuna di queste proteine si lega ai recettori delle angiopoietine (TIEI1 o TIEI2), il che ne suggerisce una funzione differente (39). Nell'uomo Angptl1 e Angptl2 sono espresse nel piccolo intestino, nel colon, ovaio, utero, milza e cuore, mentre l'espressione di Angptl3 e Angptl6 è limitata al fegato e quella di Angptl4 al fegato ed al tessuto adiposo. Angptl3, Angptl4 e Anptl6 sono presenti nella circolazione sistemica il che suggerisce per esse una funzione endocrina. Sia Angptl3 che Angptl4 appaiono coinvolte nella regolazione dell'immagazzinamento e della scissione dei lipidi con incremento del rilascio degli acidi grassi liberi e del glicerolo da parte degli adipociti; ciò causa un accumulo di trigliceridi nei muscoli, in particolare quelli scheletrici, il che a sua volta produce un incremento della resistenza insulinica (40).
Il ruolo di Agptl6 è stato studiato nei topi carenti di tale proteina. Essi sviluppano una marcata obesità se sottoposti a dieta normale. Inoltre, sia i depositi di grasso viscerale che sottocutaneo appaiono significativamente aumentati con incremento delle dimensioni degli adipociti (40). In tali topi è inoltre osservato un cospicuo incremento dei lipidi nel fegato e nel muscolo scheletrico associato ad iperinsulinemia ed aumento dell'insulino resistenza (41).
Concludendo, l'effetto diretto prodotto da Angptl3, Angptl4 e Angptl6 sul tessuto adiposo e sul muscolo scheletrico suggerisce per queste proteine prodotte dal fegato un ruolo preminente nella regolazione dell'omeostasi metabolica, dell'insulino resistenza e, probabilmente, delle sue complicanze. <<<