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Descubrimiento de la fenilcetonuria
La fenilcetonuria (PKU) había sido descrita en el año 1934 por el médico noruego Asbjorn Folling, nacido en una familia campesina de pocos recursos. Estudió química y luego medicina en Oslo. En 1928 recibió una beca de la Fundación Rockefeller para estudiar enfermedades metabólicas en Harvard, Yale, la Clínica Mayo y el Hospital Johns Hopkins. Regresó a Noruega y volvió a Estados Unidos en 1930 para trabajar en el laboratorio del Dr. Lawrence Henderson, un bioquímico y fisiólogo en la Universidad de Harvard. En 1934 volvió a Noruega, se residenció en Oslo con Gury Opsahl, con quien había contraído matrimonio en 1931; trabajaba como profesor de bioquímica y fisiología en la escuela veterinaria, con obligaciones docentes (2, 3).
Pearl S. Buck (1892-1973). Premio Nobel de Literatura (1934). En 1920 tuvo una hija, Carol, con discapacidad cognitiva severa cuya causa no se conocía. Pearl ocultó y sufrió la incertidumbre de no saber cuál era la enfermedad de su hija; libró una intensa e infructuosa batalla para que Carol aprendiera a leer y algo de música. Solo cuando Carol cumplió 40 años se le diagnosticó fenilcetonuria.
En 1950 Pearl publicó un libro, La niña que nunca creció, en el que narra la historia de. Carol Después de la publicación del libro fue una defensora de los niños con limitaciones y sirvió mucho a la causa de la divulgación y tamizaje de la fenilcetonuria.
Durante su estancia en Oslo recibió en la consulta a una pareja de apellido Engels, tenían dos hijos, la mayor era una niña de seis años y medio, descrita por sus padres como “muy inquieta, siempre yendo y viniendo de una cosa a otra, podía pronunciar algunas pocas palabras, le gustaba jugar sola o en compañía, disfrutaba la música, pues venía de una familia muy musical, comía sola con un apetito canino”. El hermano, más joven, tenía cuatro años y Folling lo describió así: “No sostiene la cabeza, no habla, expele algunos sonidos no articulados, llora, ríe y le gusta que le jueguen y lo entretengan. No tiene hábitos de limpieza, no come por sí mismo, no fija la mirada y tiene un nistagmo pronunciado” (3-5).
Los padres de los niños notaban un olor pronunciado en ambos, difícil de tolerar para el padre, quien sufría de asma.I Se narra que la madre Engels iba de médico en médico contándole que el pañal de su hijo olía diferente y un médico le sugirió que visitara al psiquiatra. Ellos habían consultado todos los especialistas a su alcance, habían ensayado medicina herbal, e incluso acudieron a un psíquico. Todos los esfuerzos resultaron sin éxito.
En 1934, el padre de los niños Engels le contaba a uno de sus amigos lo que tenían a sus hijos, y se mencionó el nombre del Dr. Folling, un experto en enfermedades metabólicas. Engels lo conocía, pues había sido su alumno en la escuela de dentistería. Los Engels, a través de un familiar, contactaron a Folling, quien aceptó ver los pacientes sin darles muchas esperanzas (2, 3).
Para diagnosticar la enfermedad de los hermanos Engels, Folling les practicó un examen físico y luego analizó su orina con un reactivo para cetonas: el cloruro férrico. Dicho examen, en caso de ser positivo, debía dar como resultado una coloración entre color vino tinto y púrpura. Contrario a lo esperado, el examen dio un color verde. Folling se dedicó a aislar el compuesto responsable del color verde y analizó 22 litros de orina que la madre Engels recogió diligentemente durante dos meses y medio. Después de seis semanas, Folling encontró que se trataba del ácido fenilpirúvico, al que sus colegas en el laboratorio apodaron como “el ácido idiótico”; hizo luego la prueba del cloruro férrico en 400 pacientes institucionalizados en el área de Oslo y encontró a otros ocho individuos que dieron positivo. Entre otras características, todos tenían una discapacidad cognitiva severa (2, 6, 7).
En 1934, Folling rápidamente sometió su artículo titulado “La imbecilidad fenilpirúvica” a una publicación científica alemana. Seis meses después de la primera cita con los pacientes Engels, salió la publicación (8). Folling, continuó buscando pacientes, esta vez en compañía del médico Lous Mohr y el estudiante Lars Rudd; identificaron 34 pacientes, provenientes de 22 familias distintas (8, 9).
Como Folling había propuesto que el defecto que producía la elevación del ácido fenilpirúvico era en el metabolismo del aminoácido fenilalanina, se requería un método para probar que “el ácido idiótico” provenía de la fenilalanina en los pacientes. Dos colegas suyos, Karl Closs y Sverre Dick Henriksen, se dieron a la tarea de identificar una bacteria que transformara la fenilalanina en ácido fenilpirúvico. Muy entusiasmados, encontraron que la bacteria Proteus vulgaris en el tubo de ensayo convertía fenilalanina pura en ácido fenilpirúvico, y usando sangre comprobaron que lo mismo sucedía en los pacientes fenilcetonúricos, hecho que demostraba que Folling tenía razón al afirmar que el ácido fenilpirúvico era un intermediario en el metabolismo de la fenilalanina (6).
Asbjorn Folling (1988-1973). Médico noruego. En 1934 descubrió la enfermedad fenilcetonuria en dos hermanos, un niño y una niña con discapacidad cognitiva severa, problemas en el comportamiento y olor a moho.
Folling propuso que la discapacidad en los nacientes se debía a que la fenilcetonuria era producida por acumulación del ácido fenilpirúvico, un compuesto que se produce en una vía alterna a la normal.
El mismo año Closs y Folling encontraron que el olor peculiar de los pacientes fenilcetonúricos era producido por el ácido fenilacético, otro de los compuestos que se excreta por la orina de quienes padecen esta enfermedad.
Folling —según relataba su hija— estuvo preocupado cuando ella era recién nacida, porque tenía ojos azules y eczemas, dos características de la fenilcetonuria. Decidió averiguar si era portador de la enfermedad. A través de un amigo consiguió fenilalanina a un precio muy elevado; la tomó y encontró evidencia de la presencia de ácido fenilpirúvico en su orina, lo que lo hacía candidato a ser portador, según su propia teoría. Más tarde, conoció que el organismo humano metaboliza solo los aminoácidos L y lo que él había tomado era una mezcla de L y D aminoácidos.II Los D aminoácidos no son metabolizados por los humanos y se excretan por la orina, lo que podría explicar la elevación de fenilpirúvico en su orina.
En 1965, usando el compuesto L fenilalanina pura, dio sobrecarga de ese aminoácido a algunos padres de pacientes fenilcetonúricos y encontró que efectivamente metabolizaban menos el exceso de aminoácido y excretaban en su orina concentraciones mayores de ácido fenilpirúvico en comparación con personas sin la enfermedad. Encontró, también para su tranquilidad, que sus niveles de ácido fenilpirúvico en la orina, después de la sobrecarga, eran menores que los niveles presentados por los padres de los pacientes fenilcetonúricos y que, por lo tanto, él no era portador de la fenilcetonuria. Esta prueba de sobrecarga con fenilalanina se utilizó para la detección de portadores hasta hace muy pocos años, cuando se implementaron las pruebas de biología molecular.
Folling, en su artículo inicial, no mencionó que el daño en el metabolismo de la fenilalanina era un error innato del metabolismo (8); sin embargo, en 1935 Archibal Garrod le solicitó la copia de sus trabajos, a lo que Folling contestó: “Estoy muy orgulloso de que el autor de Los errores innatos del metabolismo quiera tener una copia de cada artículo sobre la imbecilidad fenilpirúvica” (2), otro de los nombres con que se conoció la enfermedad. Relata el hijo de Folling que en el ático de su casa encontró una copia del artículo de Garrod sobre alcaptonuria, publicado en el año 1902 (7).
En 1937, George A. Jervis, uno de los grandes íconos en el campo de la fenilcetonuria, mientras trabajaba para el Departamento de Higiene de Nueva York, reportó cincuenta casos de discapacidad cognitiva asociados con la excreción elevada del ácido fenilpirúvico, hecho que determinó usando la prueba del cloruro férrico (10). Ese mismo año, Jervis propuso para esa enfermedad el nombre de “oligofrenia fenilpirúvica” (11). Sin embargo, Lionel Penrose, genetista inglés, propuso —y así se conoce actualmente— el nombre “fenilcetonuria” (12).
En 1947, Jervis publicó que usando el reactivo de Millon, que permite medir tirosina en una solución, había comprobado que los pacientes con fenilcetonuria no podían convertir fenilalanina en tirosina (13). En 1953, utilizando tejido hepático de dos pacientes fenilcetonúricos, Jervis demostró la ausencia de la fenilalanina hidroxilasa, enzima que cataliza esa conversión (14).
Tratamiento
Horst Bickel, médico entrenado en el laboratorio del profesor Guido Fanconi en Zúrich, en el año de 1954, cuando recién comenzaba su práctica en Cambridge, Inglaterra, recibió una paciente de dos años de edad llamada Sheila; después de realizar los exámenes pertinentes, Bickel constató en Sheila la presencia de una discapacidad cognitiva, con elevación de la fenilalanina en su orina, lo que confirmaba que se trataba de fenilcetonuria, diagnóstico que comunicó a los padres. La madre insistió vehemente que además de conocer la causa de la enfermedad de su hija, quería que la trataran.
Bickel, previamente, había visitado en Londres al doctor Louis Wolff, uno de los pioneros en el campo de la fenilcetonuria, quien le compartió un método que había desarrollado para remover la fenilalanina de la proteína. El Dr. Bickel describe así el tratamiento realizado a Sheila: “La niña de dos años era idiota, incapaz de pararse, sentarse o hablar; no mostraba interés en su alimento o en su entorno, y pasaba su tiempo gimiendo, llorando y golpeándose la cabeza. En esas condiciones decidimos tratarla con una dieta libre en fenilalanina”.
La dieta fue especialmente preparada hidrolizandoIII caseína y absorbiendo en el hidrolizado la fenilalanina y la tirosina con carbón activado, según las indicaciones que había recibido de Wolff. Luego, al hidrolizado se le agregó tirosina, cisteína y triptófano en cantidades apropiadas. “Después de cuatro meses de tratamiento, no se observaron efectos negativos en Sheila; había perdido un poco de peso, y el olor a moho, el ácido fenilpirúvico en la orina, habían desaparecido” (15).
Posteriormente, se encontró aminoaciduria generalizada, tal vez como consecuencia del aumento del catabolismo. Para evitarlo, introdujo bajas cantidades de proteína en forma de leche entera: 0,3-0,5 mg/d. “La paciente mejoró gradualmente. Aprendió a gatear, a pararse y a subir escaleras. Sus ojos se hicieron más brillantes, su pelo oscureció y no se golpeaba la cabeza ni lloraba continuamente como lo hacía antes de la dieta”. Los autores concluyeron que “a pesar de que está pendiente evaluar el grado de desarrollo mental, son inequívocos los beneficios de la dieta” (15-17). Este caso demostró los efectos benéficos de la dieta en una paciente que ya había sufrido daños neurológicos.
Bickel no midió el cociente intelectual en su paciente, pero el Dr. Wolff, que seguía interesado en los efectos de la dieta en la fenilcetonuria, en 1955 publicó el estudio realizado en tres pacientes tratados con dieta, en los cuales hizo pruebas psicométricas, y documentó un incremento en el cociente intelectual en los pacientes tratados (17).
Horst Bickel (1918-2000). Médico alemán, quien trató por primera vez en Cambridge una paciente con fenilcetonuria, usando leche en la que químicamente se había removido la fenilalanina.
La paciente mejoró notablemente su comportamiento y se detuvo el curso de la enfermedad. Fue el comienzo del tratamiento nutricional de este y otros errores innatos del metabolismo.
Seymour Kaufman, mientras trabajaba en el Instituto Nacional de Salud en Estados Unidos (NIH), aisló la enzima fenilalanina-hidroxilasa y encontró que antes de purificar la enzima, esta tenía actividad, pero cuando la purificaba, no convertía fenilalanina en tirosina, por lo que propuso la existencia de un factor necesario para su actividad, que se perdía en el proceso de purificación. Luego, el mismo Kaufman propuso que no todas las elevaciones anormales en la fenilalanina (hiperfenilalaninemias) eran causadas por la deficiencia en fenilalanina-hidroxilasa, sino que también podrían ser ocasionadas por la deficiencia en un cofactor necesario para la actividad de la enzima que se perdía en su proceso de purificación (18).
En 1957, en The Lancet, se reportó una nueva variante de las hiperfenilalaninemias con enfermedad neurológica progresiva que no respondía a la restricción dietaria de la fenilalanina. Luego, en 1958, el Dr. Kaufman caracterizó ese cofactor como BH4 y lo calificó como un cofactor necesario para la actividad de la enzima (19).
Actualmente, se sabe que el cofactor BH4 se sintetiza mediante una serie de reacciones, y que en el corto proceso de su síntesis se han encontrado tres defectos enzimáticos. En esencia, cada uno constituye un error innato del metabolismo independienteIV (figura 3-1).
El cofactor BH4, que participa en la reacción de transformación de fenilalanina en tirosina, se convierte en BH2, que es trasformado nuevamente en BH4 por medio de la enzima dihidrobiopterina reductasa (figura 3-1). Se conocen dos defectos enzimáticos en la reutilización de BH4 a partir de BH2. En los pacientes el BH4 no se recupera, como sí sucede en las personas no fenilcetonúricas. El defecto se trata suministrando BH4 permanentemente.
El BH4 es un cofactor utilizado en muchas reacciones, entre ellas, la síntesis de los neurotransmisores L-Dopa y serotonina a partir del triptófano. Por lo tanto, los pacientes deficientes en la síntesis o reutilización de este cofactor presentan desórdenes neurológicos, aunque en su mayoría responden bien al tratamiento con BH4 o sapropterina (nombre genérico del medicamento). Dos investigadores que han contribuido mucho al estudio y tratamiento de estos desórdenes han sido Richard Koch, en Estados Unidos, quien público el papel de esa coenzima en el metabolismo de la fenilalanina, y Nenad Blau, cuyo laboratorio ha sido centro de referencia mundial para el estudio de las hiperfenilalaninemias por deficiencia en cofactores (20-25).
Figura 3-1. Camino metabólico para la utilización de la fenilalanina, aminoácido esencial. En verde, la ruta normal; en amarillo, vías alternas cuando hay un bloqueo por deficiencia en la fenilalanina hidroxilasa (PAH). El cofactor BH4 es necesario para la actividad de la PAH. Se conocen tres defectos en sus vías de síntesis.
Los defectos en el metabolismo del BH4 se descubrieron en pacientes con hiperfenilalaninemia que no respondían a la restricción de fenilalanina y que tenían deterioro neurológico progresivo, a pesar del control estricto de la dieta. Hasta el momento se han descubierto cuatro defectos en la síntesis y dos en la reutilización del BH4. Su diagnóstico se hace midiendo estos metabolitos en la orina (20-22). El tratamiento de estos defectos no es fácil para el paciente y requiere el suministro de cofactores y de neurotransmisores, no obstante, muchos de ellos con deficiencia de BH4 han logrado llegar a edad avanzada. La sintomatología depende de la severidad del defecto genético. Estos defectos son mucho menos frecuentes que la fenilcetonuria clásica (23-25).
Los pacientes que reciben BH4 deben ser monitoreados con frecuencia para garantizar que sus niveles de fenilalanina estén dentro de los rangos recomendados cuando se producen cambios en el peso o el estilo de vida (26).
Avances en el tratamiento de la fenilcetonuria
Dependiendo de la concentración del aminoácido y teniendo en cuenta que la concentración normal de fenilalanina en plasma no supera los 2 mg/dl, las hiperfenilalaninemias pueden clasificarse en benignas: < 6 mg/dl; leves: 6 a 12 mg/dl; moderadas: 12 a 20 mg/dl; y las de > 20 mg/dl se clasifican como fenilcetonuria. Las elevaciones < 12 mg/dl ordinariamente no se tratan, excepto si es una mujer en estado de embarazo. La dieta es individualizada. Se debe hacer un monitoreo frecuente de los niveles del aminoácido para ajustar la ingesta de fenilalanina de acuerdo con los requerimientos de cada paciente (20, 24).
El manejo terapéutico de la fenilcetonuria ha sido muy efectivo para prevenir el daño neurológico y otros síntomas, y ha servido de modelo para el tratamiento de otros errores innatos del metabolismo. Tratándose de un aminoácido esencial, su excesiva restricción afecta el crecimiento, especialmente en la infancia, periodo importante en el neurodesarrollo. Por este motivo, diferentes países han elaborado guías sobre los niveles recomendados de fenilalanina en personas fenilcetonúricas. Estos deben ajustarse según la edad para permitir el normal crecimiento de los individuos. Para ello existen suplementos comerciales especiales libres de fenilalanina, preparados mezclando los aminoácidos presentes en las proteínas, con excepción de la fenilalanina, o a través de la remoción directa del aminoácido, usando el método empleado inicialmente por Woolf y Bickel (17, 15), o tratando la proteína con una enzima extraída de un microorganismo que convierte la fenilalanina en tirosina. El sabor de esos suplementos nutricionales es poco agradable, pero con ellos se puede garantizar el suministro adecuado de los aminoácidos correspondientes. Las dietas libres de aminoácidos usualmente son suplementadas con ácidos grasos, minerales y vitaminas. Para mejorar su palatabilidad se recomienda suministrar esas fórmulas mezcladas con leche materna, que es baja en fenilalanina y de mejor sabor.
La comida debe estar compuesta por alimentos de muy baja concentración de fenilalanina como son los carbohidratos, grasas, algunas frutas, y vegetales; o por cantidades controladas de alimentos naturales con contenido medio de fenilalanina como las espinacas, brócoli, pan y pastas especiales, complementados con la fórmula libre de fenilalanina (27).
No deben consumir alimentos ricos en fenilalanina como carnes, pescados, derivados lácteos, huevos, arroz y maíz. El endulzante artificial aspartamo está formado en un 50 % por fenilalanina, por lo que está contraindicado en pacientes fenilcetonúricos.
La adherencia al tratamiento en niños usualmente no es muy problemática mientras los padres tengan el control de la dieta. En el caso de pacientes fenilcetonúricos adolescentes, varios estudios que han seguido los niveles de la fenilalanina han demostrado poca adherencia debido al mal sabor de las fórmulas libres de fenilalanina, sumado al gusto por la comida rápida y los malos hábitos alimenticios, propios de esas edades. No obstante, para ayudar a estos pacientes, existen en el mercado de muchos países una serie de alimentos como pastas, pizzas, panes, chocolates, gelatinas o compotas que son más gratos al paladar. Sin embargo, esto eleva el precio de una dieta, de por sí ya muy costosa.
Para mejorar la adherencia al tratamiento se han ensayado estrategias como recomendar al paciente tener a la semana un día flexible, en el cual se les permite consumir alimentos que sean más de su gusto y que contengan niveles no muy elevados de fenilalanina.
¿Qué pasa si se interrumpe el tratamiento? Por algún tiempo se creyó que la restricción se debía mantener solo durante la época de desarrollo neurológico del niño y que luego se podía descontinuar. En Estados Unidos se recomendaba la dieta estricta hasta los siete años y luego se dejaba al paciente una dieta libre, pero se detectó que los pacientes que descontinuaban la restricción, al ser adultos, presentaban desórdenes de movimiento, problemas dermatológicos y de comportamiento tales como irritabilidad e hiperactividad, por lo que la recomendación actual es mantener la dieta de por vida. Otro problema que se ha observado es que los pacientes que por cualquier razón han dejado la dieta tienen mucha dificultad para retomarla después de algún tiempo (28, 29).
La respuesta a la dieta puede ser muy distinta en diferentes individuos, a pesar de que los niveles de fenilalanina sean iguales al comienzo del tratamiento. Usando espectroscopia por resonancia magnética in vivo y midiendo la proporción de transporte del aminoácido a través de la barrera hematoencefálica, se ha observado que la velocidad de dicho transporte es la responsable de las elevadas concentraciones del aminoácido en el cerebro y de los pobres resultados en la escala de inteligencia en personas fenilcetonúricas. La dieta muy baja en proteína conlleva el riesgo de deficiencia nutricional, lo que hace necesario el seguimiento permanente del paciente, midiendo los niveles sanguíneos de fenilalanina y monitoreando su desarrollo físico, neurológico, intelectual y de comportamiento (28), señalando la necesidad de individualizar la dieta en los pacientes.
En los últimos 10 años se ha introducido el uso del glicomacropéptido (GMP), una proteína derivada del suero de la leche que es pobre en fenilalanina y rica en valina, isoleucina y treonina. El GMP comercial es suplementado con tirosina, triptófano, arginina, cisteína e histidina, como coadyuvante de la dieta restringida en fenilalanina. Cuando el GMP se consume al desayuno, produce saciedad en comparación con las dietas basadas en la mezcla de aminoácidos y además tiene mejor sabor que las fórmulas libres de fenilalanina. Existe también la posibilidad de preparar una gran variedad de bebidas y comidas usando el GMP (30, 31). Otro avance reciente en el tratamiento es el uso de aminoácidos neutros de cadena larga (LNAA, por sus siglas en inglés). La fenilalanina es transportada de la sangre al cerebro por medio de un transportador presente en la barrera hematoencefálica, que además de la fenilalanina, aminoácido por el cual tiene una alta afinidad, transporta tirosina, triptófano, metionina, isoleucina, valina, leucina e histidina, llamados LNAA. La patología en el cerebro en pacientes fenilcetonúricos está relacionada con el hecho de que el transporte exagerado de fenilalanina impide el trasporte normal al cerebro de los demás LNAA, que necesitan las células cerebrales para las síntesis de proteínas y de los neurotransmisores dopamina y serotonina (32, 33). Es llamativo que este efecto de competencia entre la fenilalanina y los LNAA se postuló en 1950, pero el suplemento con LNAA se comenzó a usar en Dinamarca solo desde 1994 para tratar a pacientes adultos que tenían una pobre adherencia al tratamiento. El tratamiento con dietas ricas en LNAA se recomienda en adolescentes con pobre adherencia a la dieta y en pacientes con diagnóstico tardío. No se recomienda para tratar las pacientes durante el embarazo o los niños que no han completado el desarrollo neurológico (34, 35).
Desde hace varias décadas se ha intentado tratar la fenilcetonuria con una enzima exógena, la fenilalanina liasa, presente en plantas y levaduras, y que convierte la fenilalanina en bajas cantidades de amonio y ácido transcinámico. Este último se transforma —en los humanos— en ácido hipúrico, un compuesto no tóxico que se excreta por la orina. Su uso fue propuesto en 1976 (36). La enzima inyectada disminuía los niveles de fenilalanina, pero inducía la producción de anticuerpos y su actividad disminuía con el tiempo; para reducir la inmunogenicidad se han usado varias estrategias, tales como recubrirla con gelatina, conjugarla con polietilenglicol e introducirla en glóbulos rojos, en prebióticos, o inyección subcutánea. Hace unas décadas se hicieron ensayos inmovilizando la enzima en “reactores”, una especie de filtros (parecidos en su diseño a los que se usan para remover las impurezas de la gasolina en los carros) a través del cual se pasaba extracorpóreamente la sangre del paciente (37). Ensayos más recientes en ratones con enzima extraída de levadura y enzima recombinante han mostrado su efectividad para disminuir las concentraciones plasmáticas de la fenilalanina (38). A pesar de que se han hecho estudios clínicos fase I, II y IIIV usando la enzima acoplada a polietilenglicol, ha sido imposible evitar la producción de anticuerpos, las reacciones alérgicas en la piel, mareo y dolores articulares.
Todos estos métodos son paliativos y el paciente además tiene que hacer dieta de por vida. La ciencia ha buscado en la terapia génica una solución que repare permanentemente el defecto en el gen. Aunque se han logrado avances significativos, también se han presentado tropiezos técnicos y fraudes científicos, descritos en el capítulo once de este libro.
Una pregunta importante es: ¿qué beneficios tiene la dieta en individuos en los que el diagnóstico se ha realizado cuando son adultos? En un estudio hecho con 34 adultos que tuvieron diagnóstico tardío y que presentaban severos desórdenes en el comportamiento, los resultados mostraron dificultades para establecer una dieta restrictiva, pero los pacientes que lograron una adherencia a la dieta mostraron beneficios significativos en su calidad de vida, comportamiento y problemas dermatológicos. Los resultados en el desarrollo cognitivo fueron muy heterogéneos y se correlacionaron con los niveles cerebrales de fenilalanina medidos por espectroscopia de resonancia magnética (39).
