Stress nell’infanzia e modificazione dei geni in età pediatrica Romens SE, McDonald J, Svaren J, Pollak SD. Associations Between Early Life Stress and Gene Methylation in Children. Child development. 2014 in corso di pubblicazione, (online dal 24 luglio 2014) Background Bambini esposti a elevati livelli di stress hanno una probabilità di sviluppare disturbi dell’umore, ansietà, condotta aggressiva, difficoltà nella gestione delle esperienze emotive e delle relazioni interpersonali, difficoltà scolastiche, dell’apprendimento, della memoria, delle funzioni esecutive o stili di vita non salutari lungo tutto l’arco della vita. Scopi Esaminare la metilazione degli esoni 1F del gene NR3C1 (gene codificante il recettore per il cortisolo e i glucocorticoidi) in bambini con esperienza di importante stress durante l’infanzia a causa di una forma di abuso da maltrattamento accertato dai Servizi di Protezione dell’Infanzia (Child Protective Service). Metodi Reclutamento di 56 bambini di età 11-14 anni di cui 18 presentavano una diagnosi di maltrattamento fisico avvenuta durante l’infanzia. È stata esaminata la metilazione del gene codificante il recettore per i glucocorticoidi (NR3C1) dal DNA genomico estratto da un campione di sangue intero. I risultati sono stati confrontati con il livello di metilazione dello stesso gene di un gruppo di bambini di controllo senza diagnosi di maltrattamento. Nell’analisi sono state considerate variabili come l’età, il sesso, l’etnia, lo stato socio economico. Risultati Nel confronto con il gruppo di controllo, i bambini con diagnosi di pregresso maltrattamento fisico presentavano livelli significativamente più elevati di metilazione nel sito CpG 3 (p=0.01), CpG 6 (p=0.05) e CpG 7 (p=0.05) dell’esone 1F. Variabili come età sesso e appartenenza etnica non presentavano particolari influenze. Un confronto più specifico tra due sottogruppi con uguale stato socioeconomico confermava le differenze di metilazione tra i bambini maltrattati e non; in particolare nel sito CpG 3 (p=0.004), CpG5 (p=0.01), CpG 6 (p=0.04), mentre nel sito CpG 2 si rilevava una diminuzione di metilazione Figura 1: percentuale di metilazione media (con deviazione (p=0.048) (Figura 1) standard) dell’esone 1F edl gene NR31C in un gruppo di 18 bambini maltrattati e in un gruppo di 38 bambini di controllo (Da: Romens SE et al. Child Development 2014 online first)
Conclusione I bambini che subiscono un maltrattamento fisico durante l’infanzia presentano livelli di metilazione del gene codificante il recettore per il cortisolo più elevati, in particolare, la metilazione del sito CpG3 dell’esone 1F codificante il fattore di crescita neurale (NGFI-A, nerve growth factor - conosciuto anche come Early Growth Response 1, EGR1), implicato in numerose funzioni biologiche dello sviluppo cerebrale.
Commento È noto che i glucocorticoidi giocano un ruolo fondamentale nella gestione dello stress fisico, emotivo e sociale attraverso una complessa rete neuroormonale che vede coinvolto anche il sistema immunitario. Gli studi che valutano la relazione tra stress, capacità genitoriale e cervello sono molto avanzati nell’animale da esperimento, soprattutto in specie con elevata socialità come i topi, dove non mancano dati sperimentali che mettono in relazione stile genitoriale e regolazione epigenetica dell’asse ipotalamo-ipofisi-surrene della prole. In situazione sperimentale, nel topolino con elevato stress per scarso cergiving avviene una elevata metilazione del gene codificante il recettore per il cortisolo riducendo così il Early Growth Response 1 e di conseguenza la quantità di recettori per i glucocorticoidi nell’ippocampo: il risultato finale è una disorganizzazione del comportamento e nella risposta allo stress. Nella nostra specie, fino ad oggi, abbiamo avuto conferme indirette di questo meccanismo epigenetico: il dato autoptico di elevati livelli di metilazione del gene NR3C1 nel tessuto cerebrale di adulti morti suicidi con una storia di abuso infantile, o in leucociti di adulti con disturbi di personalità, depressione e disturbo bipolare con il comune denominatore di una storia di abuso infantile. Anche nel sangue del cordone ombelicale è stata ritrovata questa alterazione se la mamma aveva presentato depressione [Oberlander TF et al. Prenatal exposure to maternal depression, neonatal methylation of human glucocorticoid receptor gene (NR3C1) and infant cortisol stress responses. Epigenetics 2008;3:97-106]: lo stato di metilazione del gene NR3C1 del neonato si è dimostrato sensibile allo stato d’umore prenatale della mamma, rilevando in questi bambini un significativo aumento del cortisolo salivare nei primi mesi di vita. Questo di Romens e coll. è il primo studio che rivela una associazione tra stress cronico da maltrattamento e elevati livelli di metilazione con conseguente modificazione dell’espressione dei geni codificanti il recettore del cortisolo che avviene durante l’età pediatrica; il fatto di essere stata eseguita in epoca pediatrica, elimina fattori confondenti come lo stato lavorativo, il matrimonio e il livello di istruzione, tipici dell’età adulta. Il ricercare una metilazione nei leucociti e non nel cervello (le tecniche odierne richiederebbero un prelievo di tessuto cerebrale, eticamente inammissibile) non permette con sicurezza di affermare che tale modificazione epigenetica rilevata in tessuti periferici sia presente contestualmente all’interno del Sistema Nervoso Centrale, anche se alcuni recenti dati sperimentali permettono di sostenere questa tesi. È comunque confermato l’influsso dello stress cronico sul sistema immunitario infantile. Questa ricerca, inoltre, supporta la teoria che i geni umani possano essere “accesi” o “spenti” a seconda delle esperienze di vita, anche oltre il periodo fetale, riconoscendo un nuovo modello molecolare fisiopatologico nell’insorgenza di una psicopatologia (figura 2). Fig. 2. Epigenetica della risposta allo stress. L’esposizione a elevati stress durante alcuni momenti critici di sviluppo, in particolare in età prenatale e prima infanzia, può avere conseguenze a lungo termine sulla qualità della salute mentale. L’asse ipotalamo.ipofisisurrene integra la risposta allo stress dall’inizio della vita fino alla vecchiaia e, allo stesso tempo è plasmato dalle prime esperienze della vita. Da: Hoffmann A, Spengler D. DNA memories of early social life. Neuroscience. 2014;264:64-75
Si conosce ancora poco della complessità di questi meccanismi epigenetici che formano una vera e propria memoria nel DNA delle nostre più intense e intime esperienze. Non sappiamo ancora se queste modificazioni genetiche persistono lungo tutto l’arco della vita e quali sono i periodi di sviluppo più sensibili per queste modificazioni. L’impossibilità di costruire sperimentazioni con trial randomizzati controllati richiede l’impegno a produrre ricerche sperimentali traslazionali con conclusioni non sempre facili da trasporre nella clinica. Le potenziali conseguenze di uno stress tossico in età pediatrica sulla salute mentale e fisica in età adulta è rilevante. La ricerca di marker di riconoscimento di elevati livelli di stress nel bambino come le variazioni del gene NR3C1 o, ad esempio, la misurazione dei livelli di cortisolo nel capello [Karlén J et al Maternal influence on child HPA axis: a prospective study of cortisol levels in hair. Pediatrics. 2013;132(5):e1333] sono momenti necessari per comprendere la biologia molecolare alla base di molti disturbi dello sviluppo. Molte malattie dell’età adulta dovrebbero essere viste come disordini che iniziano già dalle prime fasi della vita e che si amplifica in un contesto ambientale di inequità, povertà, discriminazione o maltrattamento. Ed i pediatri dovrebbero essere protagonisti nel traslare queste ricerche scientifiche in progettazioni e sperimentazioni di nuovi modelli di prevenzione, riconoscimento precoce di uno stress tossico, e valorizzazione dello sviluppo a partire dai primi momenti della vita di un bambino [Shonkoff JP et al. The lifelong effects of early childhood adversity and toxic stress. Pediatrics. 2012 Jan;129(1):e232-46].