Cistinuria nei Cani e Gatti: Cosa Sappiamo Dopo Quasi 200 Anni?

By Simona Kovaříková, Petr Maršálek, and Kateřina Vrbová

Astratto

La cistinuria, come errore innato del metabolismo, è un problema diffuso in tutto il mondo ed è stata segnalata in diverse razze canine e feline. Il trasporto transepiteliale della cistina è mediato dal trasportatore COLA e la mutazione dei geni che codificano questo trasportatore può causare cistinuria. L’urolitiasi associata ai tipici segni clinici può essere la conseguenza clinica della cistinuria. La mutazione che causa la cistinuria e la modalità di ereditarietà sono state determinate solo in alcune razze canine. Ciò rende la cistinuria difficile da controllare e ne riduce gradualmente la prevalenza. Nei gatti, la cistinuria si verifica solo raramente.

Lo scopo di questa rassegna è riassumere le attuali conoscenze sulla cistinuria canina e felina tratte dai rapporti scientifici disponibili. La cistinuria è un difetto metabolico ereditario caratterizzato da un’anomalia del trasporto intestinale e renale degli aminoacidi in cui sono coinvolti la cistina e gli aminoacidi dibasici ornitina, lisina e arginina (COLA). A un normale pH urinario, ornitina, lisina e arginina sono solubili, ma la cisteina forma un dimero, la cistina, che è relativamente insolubile, con conseguente precipitazione di cristalli. Le mutazioni nei geni che codificano il trasportatore COLA e le modalità di ereditarietà sono state identificate solo in alcune razze canine. I cani cistinurici possono formare uroliti (soprattutto nel tratto urinario inferiore) che sono associati a sintomi clinici tipici. La prevalenza dell’urolitiasi da cistina è molto più alta nei Paesi europei (fino al 14% secondo i rapporti recenti) rispetto al Nord America (Stati Uniti e Canada), dove è di circa l’1-3%. La cistinuria può essere diagnosticata attraverso il rilevamento dell’urolitiasi di cistina, della cristalluria di cistina, della valutazione dell’aminoaciduria o utilizzando test genetici. La gestione della cistinuria è finalizzata alla rimozione o alla dissoluzione dell’urolito, che può essere ottenuta mediante modifiche della dieta o trattamento medico. Nei cani con cistinuria androgeno-dipendente è utile la castrazione. Nei gatti, la cistinuria si verifica meno frequentemente rispetto ai cani.

1. Introduzione

La cistinuria è una malattia ereditaria caratterizzata da un alterato riassorbimento della cistina nel tubulo prossimale del nefrone e nell’epitelio gastrointestinale. Il trasporto difettoso coinvolge anche gli altri aminoacidi dibasici ornitina, lisina e arginina. Il termine COLA (cistina, ornitina, lisina, arginina) viene utilizzato per tutti questi aminoacidi. Tuttavia, solo

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Biblioteca nazionale di medicina Centro nazionale per le informazioni biotecnologiche

Pubmed

Paola Scarpa, Editore accademico

Pubblicato online 2021 agosto 19

Kovaříková S, Maršálek P, Vrbová

K. Cystinuria in Dogs and Cats: Cosa sappiamo dopo quasi 200 anni? Animals (Basilea). 2021 Aug 19;11(8):2437. doi: 10.3390/ ani11082437. PMID: 34438894; PMCID: PMC8388795.

Simona Kovaříková

Dipartimento di protezione e benessere degli animali e sanità pubblica veterinaria, Facoltà di Igiene ed Ecologia Veterinaria, Università di Scienze Veterinarie, 612 42 Brno, Repubblica Ceca

Petr Maršálek

Dipartimento di Protezione e Benessere Animale e Sanità Pubblica Veterinaria, Facoltà di Igiene ed Ecologia Veterinaria, Università di Scienze Veterinarie, 612 42 Brno, Repubblica Ceca

Kateřina Vrbová

Facoltà di Medicina Veterinaria, Università di Scienze Veterinarie, 612 42 Brno, Repubblica Ceca

Le cellule epiteliali sono un tipo di cellula che riveste l’interno e l’esterno delle superfici del corpo. Si trovano sulla pelle, sui vasi sanguigni e sugli organi, compreso il tratto urinario.

“I trasporti attraverso una cellula epiteliale possono essere suddivisi in quelli che non richiedono una proteina e quelli che sono mediati da una proteina”.

(J. D. Stockard, Il rene di Seldin e Giebish, 2013) la cistinuria provoca urolitiasi perché questi aminoacidi dibasici sono relativamente solubili nelle urine, nonostante possano raggiungere concentrazioni elevate nelle urine degli animali affetti.

Dimero una molecola o un complesso molecolare costituito da due molecole identiche legate tra loro.

Gli uroliti (noti anche come calcoli) sono aggregati solidificati di cristalloidi minerali e non minerali che si formano nelle vie urinarie.

I tubuli prossimali sono responsabili del riassorbimento di circa il 65% del carico filtrato e della maggior parte, se non della totalità, degli aminoacidi, del glucosio, dei soluti e delle proteine a basso peso molecolare filtrati. I tubuli prossimali svolgono anche un ruolo chiave nella regolazione dell’equilibrio acido-base, riassorbendo circa l’80% del bicarbonato filtrato. (vedi diagramma sotto).

Nell’uomo, la cistinuria fu descritta per la prima volta da Wollaston nel 1810, quando estrasse un grosso cistolite da un suo paziente. Lo chiamò ossido cistico, perché riteneva che avesse tali proprietà chimiche e che il calcolo avesse avuto origine dalla parete della vescica. Anche se in seguito fu dimostrato che non si trattava di un ossido né di un prodotto secreto dalla vescica urinaria, una volta isolato, l’amminoacido fu chiamato cistina in riconoscimento di questa storica scoperta. Nel 1908, Sir Archibald Garrod propose la cistinuria come una condizione che potrebbe essere un errore innato del metabolismo e Dent e Rose ipotizzarono che la cistinuria fosse un errore innato del trasporto della cistina.

La presenza di uroliti di cistina nei cani è stata segnalata nel 1823 e quindi la cistinuria è stata il primo errore innato del metabolismo canino riportato. Oggi la cistinuria è una malattia diffusa in tutto il mondo e, secondo i rapporti dei laboratori di analisi urolitica veterinaria, colpisce più di 170 razze canine. La cistinuria non è un problema solo di cani e gatti. Infatti, è stata segnalata anche in altri canidi, felini o furetti. Lo scopo di questa revisione è riassumere le attuali conoscenze sulla cistinuria nel cane e nel gatto.

2. Eziopatogenesi della cistinuria

La cistina è un aminoacido non essenziale contenente zolfo, composto da due molecole dell’aminoacido cisteina. La cistina viene assorbita attraverso la parete dell’intestino tenue ed è normalmente presente in basse concentrazioni nel plasma. Gli aminoacidi plasmatici sono filtrati liberamente dal glomerulo. In condizioni normali, oltre il 99% di questi aminoacidi viene riassorbito nei tubuli renali prossimali. Il riassorbimento di cistina, ornitina, lisina e arginina è mediato dal trasportatore COLA.

2.1. Trasportatore COLA

L’epitelio intestinale è un componente critico della barriera intestinale. Composto da un singolo strato di cellule epiteliali intestinali (IEC) tenute insieme da giunzioni strette, questa delicata struttura impedisce il trasferimento di microrganismi nocivi, antigeni e tossine dal lume intestinale alla circolazione. (Williams et al., Epithelial Cell Shedding and Barrier Function, 2015, Sage Vetrinary Pathology)

Un omodimero proteico è formato da due proteine identiche. Un eterodimero proteico è formato da due proteine

Il trasportatore COLA (b0,+), inizialmente ritenuto un eterodimero, è probabilmente un eterotetramero formato da due eterodimeri costituiti dalle subunità rBAT (catena pesante extracellulare, codificata da SLC3A1, famiglia di trasportatori di soluti 3 membro 1) e b0,+AT (catena leggera, codificata da SLC7A9, famiglia di trasportatori di soluti 7 membro 9) unite da un ponte disolfuro. Questo sistema è il principale effettore del riassorbimento della cistina nel rene. Il sistema di trasporto apicale b0,+ media l’afflusso di aminoacidi dibasici e cistina in cambio di aminoacidi neutri. La subunità b0,+AT ha 12 domini transmembrana tipici dei trasportatori di membrana cellulare ed eterodimerizza esclusivamente con rBAT per for- mare il trasportatore di aminoacidi COLA. Mutazioni in rBAT o b0,+AT possono causare cistinuria. Nelle persone sono state identificate 133 mutazioni in SLC3A1 e 95 mutazioni in SLC7A9. Le mutazioni riportate includono nonsense, missense, splicing, frameshifts e grandi riarrangiamenti di sequenza.

Lo stesso difetto è presente nelle cellule epiteliali dell’intestino tenue e si verifica un’alterazione del trasporto degli aminoacidi COLA dal tratto gastrointestinale, ma ciò è di scarsa rilevanza in quanto gli aminoacidi vengono assorbiti principalmente come piccoli peptidi. Ad eccezione della lisina, questi aminoacidi sono classificati come non essenziali e tutti e quattro questi aminoacidi dibasici possono essere assorbiti nelle loro forme dipeptidiche dal tratto gastrointestinale. Pertanto, la cistinuria non è associata a malnutrizione proteica o a carenza di aminoacidi COLA. Tuttavia, può essere associata a disturbi di altri aminoacidi. A quattro Bulldog inglesi e a un Bassotto in miniatura con cistinuria è stata diagnosticata una carenza di carnitina e taurina durante la partecipazione a uno studio clinico che valutava la gestione dietetica dell’urolitiasi da cistina. In tre di questi cani, sono state perse quantità eccessive di carnitina nelle urine, ma l’escrezione urinaria di taurina rientrava nell’intervallo di riferimento nonostante la carenza di taurina nel plasma. Ciò può essere spiegato dal fatto che la cistina è un aminoacido precursore e l’aumento dell’escrezione renale di cistina può influire negativamente sulla sintesi di taurina.

2.2. Aspetti genetici

Nell’uomo, la cistinuria è stata classificata fenotipicamente in due tipi: Il tipo A è causato da difetti in SLC3A1 ed è ereditato in modo autosomico recessivo, con eterozigoti che hanno una normale escrezione urinaria di cistina. Il tipo B è causato da varianti di SLC7A9 ed è autosomico dominante con penetranza incompleta, con gli eterozigoti che presentano un grado variabile di iperescrezione di cistina, alcuni entro il range fisiologico.

Nei cani, la prima descrizione genetica della cistinuria è stata condotta sui Terranova ed è stata suggerita un’eredità autosomica recessiva. Successivamente, è stata descritta la mutazione nonsense C-to-T nell’esone 2 del gene SLC3A1. Questa mutazione agisce come un codone di stop precoce, precludendo la produzione della proteina rBAT e portando alla perdita di b0,+. In quella relazione, sono stati esaminati cani cistinurici di altre razze (Lapphund svedese, Bassotto, Pointer tedesco a pelo corto, Setter irlandese, Jack Russel Terrier, Corgi) ed è stata osservata l’eterozigosi al locus SLC3A1 o la mancanza di mutazioni nella regione codificante del gene SLC3A1. Questo risultato indica che la cistinuria è geneticamente eterogenea nei cani.

Omotetramero a sinistra ed eterotetramero a destra

Mutazione di splice, alterazione genetica nella sequenza del DNA che si verifica al confine tra un esone e un introne (sito di splice). (Dizionario NCI)

Un codone di stop è una sequenza di tre nucleotidi (un trinucleotide) nel DNA o nell’RNA messaggero (mRNA) che segnala l’arresto della sintesi proteica nella cellula. (Istituto Nazionale di Ricerca sul Genoma Umano)

Le cornici di lettura aperte (ORF) sono definite come intervalli di sequenza di DNA tra i codoni di inizio e di fine. (Argomenti di Science Direct)

Le sostituzioni di base sono il tipo più semplice di mutazione a livello genico e comportano lo scambio di un nucleotide con un altro durante la replicazione del DNA. (Nature)

Brons et al. (2013) hanno condotto uno studio sulle mutazioni associate alla cistinuria in varie razze di cani e, in base ai loro risultati, hanno stabilito un nuovo sistema di classificazione della cistinuria canina. Nei cani cistinurici di razza Labrador Retriever e Labrador mix, la guanina eliminata nel codone GGC causa uno spostamento della struttura di lettura aperta, portando a un codone di stop prematuro 41 codoni più tardi. Questo porta a un troncamento della proteina rBAT a 157 aminoacidi invece di 784. La terminazione precoce causa probabilmente un decadimento accelerato dell’RNA e una sintesi proteica ridotta o nulla. La mutazione è stata identificata in una forma autosomica recessiva della malattia che è fenotipicamente e geneticamente simile a quella precedentemente descritta nei Terranova. Solo i Labrador Retriever omozigoti erano cistinurici (sia maschi che femmine, indipendentemente dallo stato di castrazione) e sviluppavano calcoli di cistina nelle prime fasi della vita, anche se più frequentemente e più precocemente nei maschi. I Labrador Retriever eterozigoti per questa mutazione nonsense non mostravano né segni di malattia del tratto urinario né test al nitroprussiato positivo.

Nei cani Australian Cattle con cistinuria, è stata riscontrata una delezione eterozigote di sei basi nell’esone 6 del gene SLC3A1. La stessa delezione omozigote di 6 bp è stata riscontrata in un cane meticcio cistinurico. Secondo la determinazione genetica della razza, questo cane era composto per un quarto da Barboncino, Chihuahua e Shih-tzu e per l’ultimo quarto da diverse altre razze, ma senza alcuna traccia di Australian Cattle Dog. Tutti i cani Australian Cattle, maschi e femmine, omozigoti o eterozigoti per questa mutazione erano cistinurici. I maschi omozigoti hanno mostrato segni clinici (ostruzione uretrale) più precocemente rispetto agli eterozigoti. Pertanto, la cistinuria nei cani Australian Cattle è ereditata come tratto autosomico dominante.

Nei Pinscher in miniatura è stata rilevata una mutazione di una singola base (mutazione missenso) nell’esone 9 del gene SLC7A9. Essa causa la sostituzione di una grande arginina idrofila e carica positivamente con un residuo di glicina molto piccolo e idrofobo. Tutti i Miniature Pinscher cistinurici esaminati in questo studio sono risultati eterozigoti per questa mutazione. La sequenza esonica del gene SLC3A1 non ha indicato alcuna mutazione. Questi risultati documentano l’eterogeneità della cistinuria canina.

Nel cane, la cistinuria è stata storicamente suddivisa in due tipi: il tipo I, che si riferisce a una mutazione in un gene SLC3A1 con eredità autosomica recessiva, e la cistinuria non di tipo I, che è associata a un grado più lieve di cistinuria e che si osserva nei maschi maturi intatti di varie razze. Il nuovo sistema di classificazione descrive la cistinuria di tipo I con eredità autosomica recessiva, il tipo II con eredità autosomica dominante e il tipo

III con eredità limitata al sesso. Il coinvolgimento del gene SLC3A1 è indicato con l’aggiunta di A, e analogamente B indica mutazioni in SLC7A9 (Tabella 1).

Table 1

Classification system for cystinuria according to Brons et al. 2013 [26].

Phenotype Type I-A Type II-A Type II-B Type III

Mode of inheritance Autosomal recessive Autosomal dominant Autosomal dominant Sex limited

Gene SLC3A1 SLC3A1 SLC7A9 Undetermined

Sex Males and females Males and females Males and females Intact adult males

Androgen dependence No No No Yes

COLA μmol/g creatinine * homozygous ≥8000 ≥8000 ≤4000 heterozygous ≤500 ≥3000 ≥700

Breeds Newfoundland Landseer Labrador Australian Cattle Dog Miniature Pincher

* normal ≤ 500 μmol/g creatinine.

Mastiff and related breeds Scottish Deerhound Irish Terrier

La cistinuria di tipo III (androgeno-dipendente) si verifica solo nei maschi intatti, si manifesta più tardi nella vita rispetto ai Terranova, è meno grave ed è associata a concentrazioni variabili di cistina nelle urine. Questo tipo di cistinuria è segnalato nei Mastiff, nei Bulldog francesi e inglesi, nei Basset Hound e negli Irish Terrier. Una mutazione nonsense di SLC3A1 sembra essere associata alla cistinuria nei Mastiff e nelle razze affini, ma non negli Irish Terrier o negli Scottish Deerhound. La causa di questa dipendenza dagli androgeni è attualmente sconosciuta.

Tuttavia, nella maggior parte delle razze colpite, la mutazione che causa la cistinuria non è stata determinata. In diverse razze, il sequenziamento degli esoni di SLC3A1 e SLC7A9 non ha identificato alcuna mutazione di base. Pertanto, sono necessari ulteriori studi su varie razze affette per individuare la mutazione e determinare la modalità di ereditarietà.

3.

3.1.

La cistinuria di per sé non provoca urolitiasi e molti cani cistinurici non formano uroliti. I principali fattori coinvolti nella formazione degli uroliti comprendono la sovrasaturazione dell’urina con minerali calculogeni che determinano la formazione di cristalli, gli effetti degli inibitori e dei promotori urinari della cristallizzazione, l’aggregazione e la crescita dei cristalli. La formazione di uroliti di cistina è influenzata principalmente dal pH dell’urina. La cistina è relativamente insolubile a livelli di pH fisi-

Tabella 2 ologico di 5-7, con un livello di pKa pari a 8,3. Fino a pH 7, la solubilità della cistina è di circa 250 mg/L, mentre a un livello di pH dell’urina di 7,5 raddoppia a 500 mg/L e triplica a pH 8 o superiore.

3.2. Prevalenza dell’urolitiasi da cistina

La prevalenza dell’urolitiasi da cistina nei cani varia in base alla posizione geografica e al tempo (i dettagli sono specificati nella Tabella 2).

Prevalence of cystine urolithiasis in dogs by region and characteristics of affected dogs in various studies.

English Bulldog (OR 44.2), Newfoundland (OR 12.6), Dachshund (OR 7.6), Chihuahua (OR 5.6), Miniature Pinscher (OR 9.3), Welsh Corgi (OR 5.0) b

Mastiff (OR 52.7), Australian Cattle Dog (OR 30.8), Pitbull Terrier (OR 12.9), Rottweiler (OR 11.9), English Bulldog (OR 10.1), Bulldog (OR 9.1) c

Females: Pitbull Terrier, crossbreed, Newfoundland

For full table please see original file online.