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Correlati molecolari e cellulari della rigenerazione nervosa umana: ADCYAP1/PACAP promuovono la crescita nervosa

La conoscenza dei correlati cellulari e molecolari della rigenerazione dei nervi è critica per comprendere il profilo temporale della rigenerazione stessa così come i terminanti di un recupero positivo.
Dati preclinici suggeriscono una complessa interazione di numerosi percorsi nella regolazione della rigenerazione nervosa, inclusa la segnalazione neuronale retrograda, successo della degenerazione Walleriana, cambi fenotipici delle cellule di Schwann (fattori di crescita, molecole di adesione cellulare come la nuregulina), cambi trascrizionali nelle cellule di Schwann e nei neuroni e traslazione locale di proteine al cono di crescita.
Mentre la rigenerazione nervosa è stata ampiamente studiata in modelli animali di danno nervoso periferico, lo studio dei determinanti della rigenerazione nervosa e la sua relazione con in recupero negli umani resta difficile per il limitato accesso ai tessuti e la carenza di trattamenti che promuovano la rigenerazione dei nervi. Al momento, gli studi fanno per lo più affidamento ai tempi di reinnervazione sensoriale o motoria, l’avanzamento del segno di Tinel e sul recupero dei potenziali d’azione in registrazioni elettrofisiologiche. Tramite questi studi è diventato evidente che la rigenerazione nervosa umana ha meno successo al confronto con quella identificata in esperimenti preclinici in roditori. Questo potrebbe essere attribuito alle distanze di rigenerazione più lunghe e alla degenerazione cronica negli umani, che è in contrasto con i modelli di rigenerazione acuta in piccole distanze comunemente studiati nei lavori preclinici.
Nella decade passata, biopsie seriali cutanee hanno fornito informazioni riguardo la rigenerazione di piccoli assoni sensitivi negli umani. Recentemente, le biopsie cutanee sono anche state utilizzate per ottenere informazioni sull’integrità della mielinizzazione e di larghe fibre nervose. Tuttavia, rimane una carenza di conoscenza riguardo i determinanti cellulari e molecolari della rigenerazione nervosa e la loro relazione con il recupero clinico e col dolore neuropatico negli umani.

In questo lavoro, gli autori hanno usato la sindrome del tunnel carpale (STC) come modello per lo studio della rigenerazione nervosa in umani dopo denervazione cronica. La STC è una delle poche condizioni neuropatiche che può essere trattata chirurgicamente. Pertanto, fornisce un modello unico per lo studio prospettico dei determinanti cellulari e molecolari della rigenerazione nervosa e la loro relazione con il recupero clinico e col dolore neuropatico negli umani. I pazienti sono stati profondamenti tipizzati prima e 6 mesi dopo la decompressione del tunnel carpale con elettrofisiologia, test quantitativi sensoriale, profilo dei sintomi e deficit funzionali. Utilizzando biopsie cutanee seriali sono stati determinati la reinnervazione post-operatoria del tessuto bersaglio sensitivo con istologia così come la firma molecolare associata alla rigenerazione con l’utilizzo del sequenziamento dell’RNA.
Questo ha rivelato che ADCYAP1 era il gene espresso più differenziato (most differentially expressed gene - DEG). ADCYAP1 codifica per PACAP che possiede funzioni pleiotrofiche, funziona come fattore neurotrofico, neuromodulatore e neurotrasmettitore. PACAP si lega ad alta affinità a tre recettori (PAC1, VPAC1 e VPAC2). Mentre PAC1 si lega in modo specifico a PACAP, i recettori VPAC possiedono uguale affinità per PACAP e VIP (peptide vasointestinale). È anche emerso che ADCYAP1 e i suoi recettori sono espressi in cellule staminali indotte pluripotenti umane (PSC) così come nella pelle umana, con PACAP e PAC1 specificamente espressi negli afferenti sensoriali umani. Esiste un corpo di evidenza predominantemente preclinica che implica ADCYAP1 e PACAP nella rigenerazione nervosa, attraverso una cascata di segnalazione con cAMP. Gli autori hanno pertanto studiato gli effetti di PACAP dato a neuroni PSC e trovato che potenzi la crescita neuronale in una forma dose dipendente. Un simile effetto rigenerativo degli agonisti selettivi di PAC1 suggerisce che la manipolazione di PACAP/PAC1 potrebbe avere un potenziale terapeutico nella rigenerazione sensoriale umana.

Si conosce poco riguardo i determinati molecolari e cellulari della rigenerazione nervosa negli umani. Utilizzando la STC come modello di sistema, gli autori hanno dimostrato un’ampia rigenerazione della funzione di fibre piccole e larghe a seguito della decompressione nervosa chirurgica; tuttavia, questo recupero rimane incompleto anche a 6 mesi dopo la chirurgia. C’era una significativa variazione individuale nel grado di reinnervazione cutanea e a livello di gruppo questa non ha raggiunto il livello osservato in individui controllo non affetti. È stata identificata una correlazione significativa tra la reinnervazione cutanea delle piccole fibre e la estensione nodale delle fibre sensitive mielinizzate, rispettivamente con sintomi e recupero funzionale a seguito della decompressione del tunnel carpale. Le analisi di espressione genica hanno identificato 31 DEG, con ACYPAP1 codificante PACAP il più fortemente up regolato. Interessate, l’espressione di ADCYAP1 era associata a un fenotipo di rigenerazione istologica.
La chirurgia del tunnel carpale ha migliorato grandemente i sintomi nella maggior parte dei pazienti (83%), in linea con precedenti risultai nel 75% dei pazienti. Il miglioramento soggettivo era accompagnato da un significativo miglioramento della funzione somatosensoriale per tutte le soglie di detezione, eccetto per la detezione del calore. Un deficit selettivo del recupero post-operatorio della detezione del calore era stato precedente riportato in pazienti affetti da neuropatie da intrappolamento inclusa la STC e la radiculopatia lombare. Mentre questo potrebbe essere attribuito a deficit più sottili della detezione del calore rispetto al freddo in STC, potrebbe anche essere spiegato da ritardo del recupero funzionale precedentemente osservato delle fibre C non mielinizzate al confronto con le fibre A.
Mentre è stato mostrato che PACAP sia significativamente up regolato a seguito della reinnervazione cutanea e che promuova la crescita assonale in un modello sensitivo nervoso umano, determinare l’esatta cascata di segnalazione di PACAP/PAC1 che induce la crescita nervosa andava al di là dello scopo di questo lavoro, ma potrebbe essere un interessante percorso per ricerche future. Precedenti lavori sperimentali suggeriscono che la crescita neuronale indotta sa PACAP sia dipendente da cAMP con almeno due percorsi coinvolti, uno dei quali è PKA-dipendente/ERK-indipendente e l’altro PKA-indipendente/ERK-dipendente. Data l’azione multimodale di cAMP, bersagliare a monte PACAP/PAC1 come trattamento per promuovere la rigenerazione nervosa in vivo potrebbe essere promettente. Lo sfruttamento di PACAP richiederà, tuttavia, considerazioni sulla somministrazione ideale dato che il trattamento sistemico può scatenare emicrania. Infatti, anticorpi che bloccano la funzione di PAC1 sono al momento sotto investigati per il trattamento dell’emicrania e dati i risultati di questo lavoro, si dovrò porre attenzione che alcuni trattamenti non intacchino la funzione nervosa sensoriale nel contesto di una coesistente neuropatia. Un modo per ottimizzare la somministrazione per promuovere la crescita nervosa di piccole fibre potrebbe essere lo sviluppo di piccole molecole di agonisti di PAC1 da somministrare localmente, cosa che è stata ottenuta per antagonisti di PAC1 e altre molecole che promuovono la crescita come GDNF.

Molecular and cellular correlates of human nerve regeneration: ADCYAP1/PACAP enhance nerve outgrowth

Georgios Baskozos, Oliver Sandy-Hindmarch, Alex J. Clark, Katherine Windsor, Pall Karlsson, Greg A. Weir, Lucy A. McDermott, Joanna Burchall, Akira Wiberg, Dominic Furniss, David L. H. Bennett and Annina B. Schmid

https://academic.oup.com/brain/article/143/7/2009/5870171

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