Neuroanatomia funzionale e molecolare: implicazioni comportamentali per le differenze di genere

A. De Bartolomeis

Laboratorio di Psicobiologia e Psicofarmacoterapia, Dipartimento di Neuroscienze e di Scienze del Comportamento, Area Funzionale di Psichiatria Facolt� di Medicina e Chirurgia, Universit� di Napoli "Federico II"

Parole chiave:— Dimorfismo sessuale – Diergismo – Imprinted genes – Identit� sessuale – Neurosviluppo – Ormoni sessuali – Sry transcript – Brain mapping – Isomorfismo animale
Key words:— Sexual dimorphism – Diergism – Imprinted genes – Sexual identity – Neurodevelopment – Sexual hormons – Sry transcript – Brain mapping – Animal isomorphism

Introduzione

L’emergenza di correlati molecolari e genomici del comportamento, l’avvento di nuove tecnologie di imaging molecolare del sistema nervoso centrale in ed ex vivo, il ricorso a metodologie di bridging nell’animale da esperimento come il modeling transgenico e la creazione di animali con knock-out genico hanno consentito la progressiva specificazione di differenze anatomofunzionali e molecolari di genere nel sistema nervoso centrale dei mammiferi.

Sulla scorta di tali differenze strutturali e funzionali implicazioni comportamentali rilevanti sono state in alcuni casi dimostrate e in altri suggerite sia nei mammiferi inferiori sia nei primati inclusa la specie umana  (1,2).

Tali correlazioni appaiono particolarmente promettenti per le possibili inferenze di ordine psicopatologico e per la identificazione di possibili presupposti biologici e molecolari di una psicopatologia differenziale di genere (3).

La complessit� morfofunzionale delle differenze di genere del sistema nervoso centrale si compendia nella diade terminologica e operativa di dimorfismo-diergismo. Dimorfismo sessuale sottende differenze di ordine anatomico, istologico e citologico nel sistema nervoso centrale nei due sessi; il termine diergismo sessuale fa riferimento invece a differenze di natura molecolare e fisiologicamente rilevanti nei due sessi  (1).

La doppia specificazione dimorfismo-diergismo per individuare differenze di genere del sistema nervoso centrale � tuttavia non esaustiva sulla base delle recenti scoperte di controllo genomico differenziale del neurosviluppo e della possibilit� che strutture e funzioni del sistema nervoso centrale dei mammiferi di rilevante interesse anatomofunzionale e con possibili correlati molecolari siano sotto il controllo di specifici set genomici di derivazione paterna o materna e mutuamente esclusivi (partenogenia-androgenia genomica)  (4,5).

Contribuisce a determinare un ulteriore livello di complessit� nelle differenze di genere morfologiche, funzionali e molecolari nel sistema nervoso centrale l’osservazione sperimentale che numerosi aspetti del neurosviluppo sono sotto il controllo differenziale di molecole non steroidee e non ormonali (6).

Infine non deve essere trascurata la possibilit� che esperienze precoci nell’epoca perinatale e giovanile possano modulare in maniera differenziale nei due sessi aspetti morfofunzionali del sistema nervoso centrale: tale ipotesi per la quale esistono indicazioni nell’animale da esperimento (rich-enviroment mediated synaptic plasticity)  (6,7) appare particolarmente suggestiva alla luce della recente scoperta di potenzialit� replicative del neurone in et� postnatale anche nella specie umana, contraddicendo pertanto i postulati del dogma centrale (Tab. I).

Tab. I.
Criteri centrali della neurobiologia costituenti per analogia con la biologia molecolare del gene il cosiddetto “dogma centrale” e contraddetti dalle recenti osservazioni di neurogenesi nell’adulto.
Ore neurobiology criteria constituting, similarly to molecular biology of the gene, the so called “central dogma”, and contradicted by recent observations of neurogenesis in the adult

Una possibile dissezione del problema � compendiabile nelle seguenti domande:

1) Come il sesso (genere) influenza il sistema nervoso centrale;

2) Esiste un dimorfismo sessuale prima della differenziazione sessuale?

3) Sono il neurosviluppo e la maturazione encefalica differenti nei due sessi?

4) Quale dimorfismo sessuale � sperimentalmente dimostrabile nel sistema nervoso centrale?

5) Quali sono gli effetti degli ormoni sessuali sulla neuroanatomia del SNC e quali gli effetti differenziali di genere nell’invecchiamento?

Il principio unificatore prescelto per la specificazione di una possibile descrizione anatomofunzionale e differenziale di genere del sistema nervoso centrale � la trasversalit� dei meccanismi cellulari e molecolari di maturazione encefalica durante il neurosviluppo, nell’et� adulta e nell’invecchiamento con possibili modalit� “diergiche” temporali (concetto di eterocronia dei meccanismi di controllo del neurosviluppo nei due sessi), topografiche e di metaplasticit� neuronale, utilizzando evidenze sperimentali derivanti da studi nell’uomo e di bridging molecolare nell’animale da esperimento che illustrano le differenti possibili variabili di tipo genomico, ormonale e ambientale che controllano e modulano tali meccanismi.

Contro i postulati di genere. Verso una
riconcettualizzazione dei criteri morfofunzionali dell’identit� sessuale

L’importanza di fattori neuroanatomofunzionali e delle variabili genomiche ed epigenetiche responsabili della modulazione degli stessi ha assunto recentemente particolare rilievo nella revisione dei criteri di specificazione morfologica e funzionale correlati all’identit� sessuale. Tale riconcettualizzazione che contraddice i canonici postulati di genere pur se valutata con cautela � utile per comprendere quali possano essere le implicazioni comportamentali e psicopatologiche che rendono rilevante la specificazione laddove sperimentalmente dimostrabile di criteri neuroanatomofunzionali e molecolari nei due sessi. Esemplificativa dell’importanza anche clinica della riconcettualizzazione di cui sopra � il caso clinico qui di seguito riportato.

Nel marzo del 1997 Diamond e Sigmundson  (8) pubblicarono uno studio di follow-up su di un case report divenuto classico nella letteratura pediatrica e sessuologica e avente come soggetto un individuo con normale corredo cromosomico XY che all’et� di circa otto mesi sub� accidentalmente ablazione del pene durante intervento chirurgico per fimosi. Ai genitori del piccolo paziente (riportato nella letteratura del caso con il nome fittizio di John) i consulenti dell’�quipe medica della Johns Hopkins University di Baltimore raccomandarono, in accordo con i postulati seguiti a quel tempo in casi analoghi di precoce ed acquisita anomalia dei genitali, che il paziente fosse cresciuto come una bambina e pertanto egli fu sottoposto a orchiectomia e chirurgia preparatoria per la successiva creazione di vagina fu cos� che il piccolo John si prepar� a divenire Joan.

Nel corso degli anni nonostante i tentativi esperiti da educatori e genitori John-Joahn manifesto sempre una insopprimibile tendenza a sviluppare comportamenti e attitudini proprie del suo sesso biologico.

Dal racconto della madre: “As soon he had the surgery, the doctor said I should now start treating him as a girl, doing girl things, and putting him in girl’s clothes. But that was a disaster. I put this beatiful little dress on him … and he immediately tries to rip it off. I think he knew it was a dress and that it was for girls and he wasn’t a girl”  (8).

Esemplificativo dell’impatto che possibili inferenze di ordine neuroanatomico, funzionale e molecolare possono avere sulla psicologia dell’identit� sessuale � il caso clinico descritto che rappresenta una seria sfida ai postulati canonici dell’orientamento sessuale  (9):

postulato 1: neutralit� dell’orientamento psicosessuale alla nascita

postulato 2: connessione intima tra sviluppo psicosessuale “normale” e caratteri sessuali primari.

Uno egli aspetti fisiopatologici pi� controversi che il caso clinico ricordato propone � l’origine dell’identificazione sessuale e della differenziazione sessuale del cervello e del comportamento.

La teoria dominante della differenziazione sessuale del cervello nei mammiferi e segnatamente nei primati stabilisce che differenze significative nell’anatomia e funzione dell’encefalo derivano dall’azione degli steroidi gonadali durante la vita embrionale e fetale. Nella teoria classica della differenziazione encefalica nei due sessi un ruolo predominante spetterebbe alla “responsivit�” di talune strutture cerebrali agli androgeni e in particolare al testosterone che avrebbe un effetto trigger (quindi di iniziatore e non di unico modulatore) nella determinazione di un pattern maschile di sviluppo neuronale. Di contro la mancata azione del testosterone sul sistema nervoso centrale durante le fasi di neurosviluppo embrionale e fetale (e come verr� successivamente discusso di “neurosviluppo-regressione” postpuberale) sarebbe responsabile della determinazione di un pattern di tipo “femminile” del neurosviluppo stesso  (6).

Questo schema dicotomico deriva dalla trasposizione nel neurosviluppo dei meccanismi di maturazione gonadale (sviluppo dei dotti di Wolff; persistenza/regressione dei dotti di Muller).

Pi� recentemente una differente e per molti versi provocativa ipotesi, di cui iniziano ad emergere evidenze sperimentali significative, individua in meccanismi non -ormonali e in molecole non steroidee l’inizio della differenziazione gonadale  (10,11). Tale ipotesi � stata proposta anche per i meccanismi di differenziazione sessuale del sistema nervoso centrale e si basa sull’esistenza di un controllo “genetico” non ormonale del neurosviluppo. Allo stato attuale delle evidenze sperimentali esistono quantomeno due modalit� differenti di organizzazione neuronatomofunzionale differenziale nei due sessi su base non primariamente ormonale: regolazione del neurosviluppo da parte di SRY transcript e regolazione del neurosviluppo e della differenziazione neuronale da parte di imprinted genes  (5) (Tab. II).

Tab. II.
Meccanismi oltre la modulazione steroidea coinvolti nella differenziazione e nel dimorfismo di genere del sistema nervoso centrale.
Mechanisms other than steroid modulation involved in differentiation and gender dimorphism in the central nervous system.

Sry transcript: evidenze sperimentali per la differenziazione sessuale del neurosviluppo

SRY transcript codifica per una DNA -binding protein che riconosce elementi responsivi nella regione del promoter di specifici geni target a loro volta di rilevanza funzionale nella differenziazione sessuale 10. Tale proteina fa parte della famiglia di DNA binding proteins nota con l’acronimo di SOX e apparentemente correlate con precoci eventi di differenziazione tissutale.

La sequenza nucleotidica che corrispondente a SRY � localizzata sul cromosoma Y dei mammiferi (di contro quella per il gene SOX � localizzata sul cromosoma X).

Tra i geni target della proteina specificata dall’SRY transcript vi � l‘aromatasi che � nota essere per espressa con modalit� dimorfiche nelle gonadi fetali. La funzione di SRY sembrerebbe quella di regolare l’aromatasi e altri geni ritenuti essenziali nell’iniziare la differenziazione gonadica.

Evidenze cliniche e sperimentali che supportano un ruolo chiave di SRY nella differenziazione gonadica possono cos� riassumersi:

a) Mutazioni nel gene SRY nell’uomo produce in individui con corredo cromosomico XY la presenza di gonadi e fenotipo femminile

b) Di contro la traslocazione di SRY al cromosoma X � responsabile della comparsa di testicoli e fenotipo maschile in soggetti con corredo cromosomico XX

c) Topi con mutazione “o” (ovvero defettivi per il gene SRY) e cromosomi sessuali XY presentano lo sviluppo di ovaie.

d) Topi XX transgenici che esprimono (in questo caso in maniera abnorme) il gene SRY sviluppano di contro i testicoli 6.

Espressione genica di SRY � stata individuata mediante PCR (polymerase chain reaction) nel tessuto nervoso centrale di uomo e di topo 11.

Allo stato attuale delle conoscenze non � stato stabilito con certezza se anche nel sistema nervoso centrale cos� come a livello gonadale tale transcritto genico sia funzionalmente attivo e possa rivestire come nelle gonadi un ruolo primario nella determinazione del dimorfismo di genere. Esistono tuttavia suggestive prove in vitro che sostengono questa ipotesi. Ad esempio quando dissociate in cultura cellule mesencefaliche o ipotalamiche di ratto provenienti da embrioni di sesso femminile esprimono una serie di marker dopaminergici in maniera differenziale rispetto a culture cellulari mesencefaliche o ipotalamiche provenienti da embrioni maschili. In particolare culture mesencefaliche di derivazione femminile presentano un pi� elevato numero di neuroni tirosina idrossilasi positivi (che evolveranno verosimilmente verso completa maturazione cellulare di tipo dopaminergico) e presentano una pi� elevata sintesi di dopamina rispetto alle cellule derivate da embrioni maschili. Poich� tale dimorfismo citologico e molecolare di genere si verifica gi� prima del 13o giorno di svilupppo fetale quando non ha ancora avuto inizio una specifica azione steroidea e non � possibile individuare ancora livelli dimorfici di ormoni sessuali (che si iniziano a evidenziare solo a partire dal 18o giorno di vita fetale) � plausibile che meccanismi non correlati direttamente alla funzione steroidea sessuale devono essere invocati per spiegare tali differenze fenotipiche di genere 12. Il prodotto genico di SRY se dimostrato essere funzionalmente attivo nel sistema nervoso centrale cos� come lo � a livello gonadale appare un forte candidato alla induzione di tale dimorfismo neuronale di genere 12.

In conclusione caratteri fenotipici a lungo attribuiti all’ azione o modulazione di ormoni sessuali, appaiono invece poter riconoscere meccanismi molecolari di tipo non ormonale differenziali nei due sessi, tale affermazione non deve tuttavia intendersi come una restrizione dei meccanismi di controllo ormonali steroidei sul lo sviluppo del sistema nervoso centrale la cui importanza � da tempo riconosciuta ma come l’individuazione di meccanismi cooperativi multipli determinanti lo shaping differenziale di genere.

Dimorfismo genico e comportamento nell’animale da esperimento: imprinted genes

La possibilit� che differenze di genere possano implicare un dimorfismo genico rilevante per lo sviluppo del sistema nervoso centrale e che possa esistere un dimorfismo sessuale (di genere) prima della differenziazione sessuale promana dalla relativa recente scoperta e analisi delle funzioni degli “imprinted genes”.

Il fenomeno dell’imprinting genico � decisamente in opposizione con il dogma centrale della genetica mendeliana per cui un determinato gene specifica un fenotipo e la funzione corrispondente indipendentemente dall’origine della derivazione materna o paterna del gene stesso. L’imprinting genico stabilisce viceversa l’esistenza di specifici set di geni la cui funzione nelle fasi dello sviluppo (anche del sistema nervoso centrale) � profondamente diversa dipendendo la stessa dalla derivazione materna o paterna dei geni ereditati 13.

Tale principio che appare nettamente in contrasto con le leggi classiche della ereditariet� rappresenta di fatto un emergente innovativo concetto nella biologia molecolare del gene per le implicazioni nel dimorfismo del neurosviluppo e per la portata delle conseguenze di ordine evoluzionistico che da esso promanano 4.

Lo studio del ruolo degli imprinted genes ha consentito di evidenziare che il genoma di origine materna e quello di origine paterna possono contribuire in maniera “sbilanciata” o ineguale sul neurosviluppo e sull’emergenza e modulazione dei comportamenti nell’animale.

In particolare nei roditori cellule della linea embrionale di derivazione materna (o partenogenetiche) contribuiscono primariamente alla genesi delle strutture corticali e striatali mentre cellule di derivazione paterna (o androgenetiche) contribuiscono prevalentemente allo sviluppo di strutture diencefaliche quali l’ipotalamo 14

Di notevole interesse e solo apparentemente paradossale � inoltre la dimostrazione sperimentale che comportamenti sessuali orientati possano essere correlati all’espressione genica di geni imprinted di provenienza dal sesso opposto, ad esempio: comportamenti di tipo “maternale” verso la prole ( preparazione del nido, allattamento) correlabili a geni di “derivazione” paterna.

In questo senso esemplare � l’espressione funzionale del gene Peg3 in mammiferi e segnatamente in roditori.

Peg3 � un gene di derivazione paterna o (androgenetico) espresso in numerose regioni del sistema nervoso centrale e segnatamente nell’ipotalamo la cui corrispondente proteina presenta caratteristiche di sequenza e strutturali (“zinc-finger motiv”) suggestive di una proteina AP-1 DNA binding di probabile rilevanza nella trasduzione del segnale intraneuronale.

Una mutazione del gene Peg3 indotta in topi transgenici determina nelle femmine un ritardo della crescita e una sensibile alterazione dei comportamenti di tipo maternale nei confronti della progenie 5. Studi di neuroanatomia funzionale e comportamentale hanno rivelato che l’area preottica mediale, l’ipotalamo e il nucleo della stria terminale rivestono un ruolo cruciale nell’emergenza, sviluppo e modulazione dei comportamenti parentali e segnatamente di tipo materno. � stato ipotizzato che il gene Peg3 sia intimamente coinvolto nell’organizzazione neuroanatomofunzionale di tali regioni del sistema nervoso centrale e che una mutazione nello stesso gene come quella indotta negli animali transgenici defettivi per Peg3 possa contribuire a una disregolazione delle normali connessioni funzionali di tali aree anatomiche. Si � ipotizzato inoltre che mutazioni in Peg3 possano essere responsabili di un’anomala “programmazione” delle popolazioni cellulari ipotalamiche sintetizzanti ossitocina: gli animali con tale mutazione presentano infatti un’evidente diminuizione della secrezione di latte.

In conclusione l’esistenza di una specializzazione genomica derivante dalla unicit� di espressione monoallellica cio� di derivazione paterna (androgenetica) o materna (partenogenetica) indica una specifica modalit� di influenza a livello molecolare e neuroanatomofunzionale del genere sullo sviluppo del sistema nervoso centrale e pu� far ipotizzare l’esistenza, solo apparentemente paradossale, di un dimorfismo sessuale prima della differenziazione sessuale stessa. Ulteriori studi in tal senso appaiono cruciali per meglio specificare il ruolo degli imprinted genes nella regolazione epigenetica del comportamento nei mammiferi.

Neurosviluppo e dimorfismo sessuale

Una questione chiave nello studio del dimorfismo sessuale del SNC � rappresentata dalla possibilit� di una dinamica differenziale di genere nei meccanismi di regolazione della neurogenesi il cui risultato esiterebbe in differenze morfologiche e funzionali nel sistema nervoso centrale quantizzabili con metodiche in vivo ed ex vivo.

In questo senso suggestivo appare lo studio di Caviness e Coll. 15 evidenziante su un campione di 30 soggetti di et� compresa tra sette e undici ani (maschi/femmine 15/15) e su un campione di 20 soggetti adulti un volume encefalico nei soggetti di sesso femminile e in et� adolescenziale uguale al 93% del volume dei soggetti maschi di pari et�.

Lo studio condotto con risonanza magnetica individua un contributo primario della sostanza bianca e dell’intera massa cerebellare nella determinazione delle differenze volumetriche tra i due generi.

La dissezione molecolare dei meccanismi implicati nello sviluppo del sistema nervoso centrale dei mammiferi e segnatamente nella genesi e maturazione delle strutture corticali ha consentito di individuare taluni dei geni possibilmente implicati nella fisiopatologia dei disturbi del comportamento per i quali � stata proposta un’alterazione del neurosviluppo (Tab. III).

Tab. III.
Stadi del neurosviluppo e principali geni ricoinvolti nei relativi meccanismi di regolazione/modulazione dalla neurogenesi alla metaplasticit� neuronale.
Stages of neurodevelopment and principal genes involved in the respective mechanisms of regulation/modulation from neurogenesis to neuronal metaplasticity.

Da tale studi emerge un ruolo fondamentale nei meccanismi molecolari del neurosviluppo correlati ai processi di maturazione, pruning e sopravvivenza cellulare nella configurazione (“shaping“) della morfologia e funzione del sistema nervoso centrale.

Alla luce di tali inferenze di ordine molecolare una cauta interpretazione dei risultati di imaging strutturale in vivo ricordati pu� ricercarsi: a) nella possibile anticipazione nel sesso femminile dei meccanismi di maturazione encefalica, b) maggiore differenza della massa encefalica tra et� adulta e et� infantile nel sesso femminile rispetto al sesso maschile, c) dalla possibilit� che i meccanismi di pruning sarebbero verosimilmente meno pronunciati nel sesso femminile in confronto a soggetti di pari et� di sesso maschile.

Consistente con tali interpretazioni � anche lo studio di Reiss e Coll. 16: l’analisi volumetrica di immagini acquisite con risonanza magnetica ad elevata risoluzione in un campione di 85 soggetti (64 femmine e 21 maschi) di et� compresa tra 5 e 17 anni evidenziava un volume cerebrale del 10% pi� elevato nei soggetti di sesso maschile. L’incremento della sostanza grigia corticale veniva individuato come principale responsabile del maggiore volume cerebrale nei maschi supportando l’ipotesi che differenze nel volume encefalico possano almeno in parte ascriversi, sotto il profilo morfometrico, a differenze nella densit� neuronale. Possibili correlazioni tra volume cerebrale e Q.I. venivano analizzate mediante stepwise regression, utilizzando l’et� come variabile indipendente, per determinare quali quale delle tre variabili (morfometriche) residue (volume della sostanza grigia, volume della sostanza bianca e volume del CSF) avrebbe predetto significativa varianza dell’IQ in un subcampione di 69 soggetti (57 femmine e 12 maschi) per i quali erano disponibili dati di testistica specifica. Rimossi gli effetti di genere ed et� solo il volume della sostanza grigia era in grado di predire modesta ma significativa (15%) variazioni del Q.I. (maggiore volume totale della sostanza grigia pi� elevato scores al Q.I.). Analisi di regressione gerarchica evidenziava che sia la componente grigia corticale sia la componente sottocorticale del volume di sostanza grigia predicevano significativa variazione nel Q.I., in contrasto con altre osservazioni 16 indicanti assenza di significativo effetto della sostanza grigia sottocorticale.

Correlazioni tra volume dell’encefalo e Q.I. appaiono tuttavia di gran lunga pi� complesse e non semplicisticamente riducibili alle sole specificazioni neuroanatomiche e morfometriche di cui sopra. Infatti studi su soggetti con patologie neurogenetiche (ad esempio con sindromi NF-1 X-fragile) associate a aumento della massa cerebrale sottendono pi� complesse interazioni tra morfometria encefalica e disturbi cognitivi 17-19.

Recentemente studi di HR-MRI (Risonanza Magnetica ad elevata risoluzione) hanno evidenziato in vivo nell’uomo meccanismi di sviluppo eterocrono (maturazione di differenti lobi cerebrali a tempi diversi) della corteccia cerebrale indicando un incremento della sostanza grigia, maggiore nel sesso maschile rispetto a quello femminile, dall’et� infantile all’adolescenza 20 e una riduzione post-adolescenziale della sostanza grigia durante il periodo di presunto aumento della mielinizzazione 21.

Tali osservazioni appaiono essere consistenti con modalit� solo apparentemente di tipo “regressivo” aventi come finalit� la ridefinizione delle connessioni neuronali attraverso meccanismi di “synaptic pruning” 22 16.

Meccanismi multipli convergenti, simultanei o successivi, e non escludentisi in modo reciproco quali necrosi cellulare mediata da meccanismi di eccitotossicit�, apoptosi e morte cellulare programmata sono stati ipotizzati quali meccanismi putativamente coinvolti nel processo di pruning e di survival cellulare determinanti il modellamento (“shaping“) del sistema nervoso centrale con modalit� differenziali nei due sessi.

Dimorfismo anatomofunzionale di genere nel sistema nervoso centrale dell’adulto

Suggestivo per le possibili implicazioni correlate alla dicotomia di genere del neurosviluppo e modelling delle strutture corticali � il recente studio di Nopoulos e Coll. 23 di misurazione con metodica di imaging automatizzata dei volumi totale dell’encefalo e dei volumi parziali dei lobi frontale, parietale, temporale ed occipitale in un campione di 84 soggetti (42 M e 42 F) di et� compresa fra 18 e 48 anni. Lo studio individuava tra nei soggetti di sesso femminile rispetto ai soggetti di sesso maschile un aumentato rapporto tra area della superficie corticale e volume corticale non evidenziando viceversa differenze statisticamente significative di spessore corticale, forma dei solchi, e forma dei giri. Questo risultato suggerisce la presenza di un pi� elevato grado di encefalogiria nel sesso femminile in soggetti normali.

La possibilit� che nell’adulto differenze neuroanatomiche e morfologiche di genere riflettano un dimorfismo sessuale dei rapporti tra sostanza grigia (e altres� della sostanza bianca e liquido cerebrospinale) e volume totale dell’encefalo � un’ipotesi attraente ma poco esplorata.

Schlapfer e Coll. 24 hanno dimostrato con RMN una maggiore espressione della sostanza grigia nella corteccia prefrontale dorsolaterale (+ 23%) e nel giro temporale superiore (+ 13,2%) in soggetti di sesso femminile rispetto a soggetti di sesso maschile. Da taluni autori � stato ipotizzato che la specificit� regionale di tali differenze nella distribuzione della sostanza grigia nei due sessi possa sottendere le differenze di flusso cerebrale osservate nei due sessi in taluni studi con tomografia da emissione di positroni. Tuttavia tale correlazione appare attualmente prematura in considerazione dei risultati contrastanti della letteratura.

Sotto questo profilo merita particolare attenzione per la rigorosit� della metodologia di test-retest utilizzata, l’analisi di putative differenze metaboliche di genere condotta da Volkow e Coll. 25. Questi autori hanno evidenziato con PET e [18 F] Fluorodeossiglucosio una significativa e riproducibile al test-retest differenza di genere nel cervelletto con valori di metabolismo pi� elevati nel sesso femminile.

Differenze di metabolismo cerebrale nei due sessi sono stati altres� esplorate seppure in maniera limitata in condizioni di attivazione funzionale.

L’aspetto probabilmente pi� paradigmatico anche per le implicazioni pi� estese del fenomeno di lateralizzazione legato al genere � rappresentato dall’analisi di putative differenze di lateralizzazione nei due sessi nella funzione del linguaggio.

Cruciali appaiono in questo senso due studi. Il primo condotto da Shaywitz 26 e Coll. con echo-planar fMRI (risonanza magnetica funzionale) su 38 soggetti destrimani (19 maschi e 19 femmine) durante prove ortografiche (riconoscimento di lettere), fonologiche (rime) e semantiche (categorie semantiche) evidenziava nei soggetti di sesso maschile un’attivazione selettiva del giro inferiore frontale durante le prove fonologiche laddove nei soggetti di sesso femminile la distribuzione delle aree di attivazione appariva pi� estesa senza la localizzazione discreta osservata nel pattern metabolico dei soggetti maschi.

Nello studio di Schlosser 27 invece si individuavano in prove di fluenza verbale solo lievi asimmetrie di deattivazione parietale nei soggetti di sesso maschile, pi� accentuate a destra, di contro i soggetti della coorte femminile mostravano una piccola regione di attivazione corteccia orbitofrontale di destra.

Correlate al dimorfismo di genere nella lateralizzazione del linguaggio sono le evidenze di una neuroanatomia differenziale di genere della patologia dislessica. Sono state recentemente utilizzate metodiche di modeling nell’animale da esperimento che pur se da interpretarsi con grande cautela rappresentano una suggestiva modalit� di esplorazione a livello anatomofunzionale e molecolare del possibile substrato patomorfologico del disturbo 28. Studi epidemiologici, di imaging in vivo, e postmortem hanno infatti individuato una pi� elevata prevalenza della dislessia nel sesso maschile in confronto al sesso femminile e la possibilit� che un dimorfismo di specifiche aree corticali possa sottendere a livello anatomico e di circuiti neuronali tale differente incidenza. In particolare studi postmortem hanno identificato ectopie e alterazioni corticali citoarchitettoniche (cortical scares) nell’encefalo di pazienti dislessici 29 30.

Tali alterazioni rivelano un pattern di rappresentazione e distribuzione differente nel sesso maschile e femminile: nell’encefalo di soggetti maschili il principale tipo di anomalia citoarchitettonica � la microdisgenesia ovvero cluster di neuroni a “posizionamento anomalo” predominati nello strato molecolare dell’emisfero di sinistra. Di contro l’encefalo di soggetti dislessici di sesso femminile rivela in tessuto post-mortem solo rari cluster ectopici e senza la presenza di una lateralizzazione sinistra degli stessi. Problemi inerenti la numerosit� dei campioni studiati, il rapporto mancinismo/lateralizzazione delle anomalie rappresentano fattori confondenti gli studi post-mortem sulla dislessia; gli studi in vivo con MRI, PET e fMRI hanno a tutt’oggi confrontato prevalentemente soggetti maschi affetti da dislessia e soggetti normali di controllo non valutando differenze anatomiche o anatomofunzionali in soggetti dislessici di sesso diverso.

Tuttavia l’associazione (che ovviamente non pu� identificarsi con meccanismo causale) tra maggiore incidenza nel sesso maschile della dislessia e presenza di pi� elevato grado e lateralizzazione di microdisgenesia � fortemente suggestiva di una regolazione differenziale nei due sessi della formazione e pattern di cluster neuronali ectopici, pertanto studi di lesione sono stati condotti nell’animale da esperimento nel tentativo di replicare tale comparsa differenziale delle formazioni ectopiche.

Danno neuronale indotto in epoca neonatale da ischemia focale o da iperfrigerazione determina nell’animale da esperimento (ratto) la comparsa di ectopie corticali e di microgiria a livello dello strato molecolare simili a quelle individuate nell’encefalo di soggetti dislessici, e aspetto pi� importante in relazione alla comparsa di alterazioni differenziali nei due sessi, tali lesioni determinano anomalie nelle dimensioni degli elementi neuronali del nucleo genicolato mediale solo nei ratti maschi ma non in quelli di sesso femminile. Tali anomalie sono rappresentate da uno shifting della popolazione cellulare normale in relazione alla diminuizione di cellule con diametro maggiore e aumento delle cellule con diametro minore 31. Anche le conseguenze di tale danno neuronale indotto in et� neonatale sono differenti nell’animale adulto in relazione al sesso. Infatti i ratti maschi con lesione corticale manifestano deficit di “processamento” dello stimolo uditivo che non si evidenzia di contro nelle femmine 32.

Infine con riferimento a meccanismi di neurosviluppo e neurodegenerazione differenziali nei due sessi e inferenze filogenetiche della lateralizzazione che � intrinsecamente connessa con gli aspetti anatomofunzionali del linguaggio vocalizzazione e rappresentazione dello stimolo uditivo � la modalit� di sviluppo nei roditori del cosiddetta Area Dimorfica Sessuale (Sexual Dimorphic Area, SDA) 33.

Misurazioni stereologiche di tale struttura neuroanatomica rivelano che nel gerbil maschio l’SDApc (Sexual Dimorphic Area pars compacta) di sinistra presenta a partire dal terzo giorno di vita postnatale un progressivo incremento di volume che non � dato di osservare nei soggetti femminili di pari et�. Il “labeling” di cellule dell’SDApc con bromodeossiuridina (BrdU) che viene incorporata nel DNA della cellula durante la mitosi indica che esiste una migrazione di cellule della microglia dalla periferia verso il centro dell’SDA con la funzione di fagocitare cellule apoptotiche che si sono andate formando nel periodo postnatale quale risultato dei meccanismi di pruning neonatale. � stato ipotizzato che i meccanismi di pruning sarebbero nel maschio di gerbil meno accentuati che nella femmina e nel maschio a sinistra meno accentuati che a destra risultando un maggiore volume della struttura di sinistra 33 34.

Diergismo neurotrasmettitoriale: regolazione differenziale di genere della sintesi di

neurotrasmettitori centrali

Studi di neurotrasmissione funzionale in vivo hanno fatto recentemente apparizione in letteratura. Esemplificativo di questo approccio allo studio delle differenze neuroanatomofunzionali di genere � la misurazione del rate di serotonina in vivo nel sistema nervoso centrale utilizzando tomografia ad emissione di positroni e 11C metil-triptofano come tracer in un campione di 15 soggetti (8 maschi e 7 femmine) di et� compresa tra 18 e 35 anni, in condizioni basali e dopo deplezione acuta di triptofano 35. Il risultato di tale approccio evidenzia un rate di sintesi di serotonina significativamente pi� elevato (+ 53%) in soggetti di sesso maschile rispetto ai soggetti di sesso femminile. � interessante speculare su le possibili implicazioni tra rate di serotonina nelle donne e la pi� elevata incidenza di disturbo depressivo unipolare nel sesso femminile nonch� in meccanismi differenziali di turnover della serotonina centrale nei due sessi.

Se, nell’uomo, solo recentemente con l’avvento di nuove strategie della tomografia ad emissioni di positroni � stato possibile indagare differenze di genere nella sintesi dei neurotrasmettitori centrali, nell’animale da esperimento e in modelli di isomorfismo farmacologico tali differenze sono state studiate e individuate in diversi sistemi neurotrasmettitoriali.

Il sistema colinergico rivela significative differenze nei roditori nei due sessi.

L’enzima colina-acetiltransferasi (ChAT) � pi� sensibile (in termini di riduzione percentuale dell’attivit� enzimatica) all’azione di composti inibitori o promuoventi l’azione enzimatica nei ratti femmina rispetto ai ratti maschi 36.

Tale maggiore sensibilit� ha interessanti correlati di isomorfismo farmacologico nella Flinder Sensitive Line (FSL) di ratti. Le femmine FSL infatti risultano pi� sensibili rispetto ai maschi agli effetti di agonisti colinergici rappresentando un modello “naturalistico” di Multiple Chemical Sensitivity Syndrom (MCS) 37.

Da rilevare inoltre che sotto il profilo comportamentale i ratti FSL manifestano specifici comportamenti di tipo anergico che anche se in maniera ovviamente riduzionistica, e con le limitazione insite negli isomorfismi animali, vengono considerati modello animale di depressione 38.

Dimorfismo sessuale � stato riportato anche per i recettori muscarinici (M1-M4) nell’ipotalamo di ratti di sesso femminile che dimostrano un pi� elevato e significativo numero di binding sites in confronto a ratti maschi di medesima et� 39.

Differenze di genere inerenti il sistema colinergico si concretizzano altres� nell’esistenza di diergismo di genere in relazione a meccanismi di apprendimento di prove “spaziali” (spatial skills) nell’animale da esperimento 2.

A un significativo differente numero di recettori muscarinici in aree sessualmente dimorfiche quali l’amigdala e l’ippocampo � stato attribuito il diergismo di genere di funzioni mnesiche 2.

Il sistema dopaminergico presenta multipli livelli di diergismo di genere.

Ad esempio numerosi anche se tutt’altro che definitivi studi sono stati condotti sull’effetto degli estrogeni sui meccanismi dopaminergici centrali e in particolare sul putativo effetto antagonista dopaminergico degli estrogeni.

In riferimento a meccanismi di regolazione del neurosviluppo un evidente diergismo di genere � stato individuato recentemente nel sistema dopaminergico in risposta alla modulazione da parte di composti dotati da elevata “dopamino-tropismo” in fasi precoci di organizzazione del sistema nervoso centrale. In particolare, per le rilevanti implicazioni anche di ordine clinico e comportamentale nell’uomo modelli di isomorfismo farmacologico che mimano la condizione di esposizione prenatale alla cocaina sono di specifico interesse 41.

� stato dimostrato infatti che l’esposizione nei ratti prenatale alla cocaina determina effetti metabolici, sulla neurotrasmissione dopaminergica e comportamentali nei due sessi e pi� evidenti nella prole di sesso femminile, indicando una complessiva maggiore vulnerabilit� del sistema dopaminergico nel sesso femminile all’azione della cocaina durante lo sviluppo del sistema nervoso centrale 42.

Infine considerate le rilevanti implicazioni del sistema mesocorticolimbico nei meccanismi di sensitizzazione nei mammiferi a seguito di somministrazione di cocaina, differenze di genere nella modulazione e risposta dei sistemi dopaminergici centrali deve altres� tener conto delle dimostrate differenze anatomofunzionali del sistema limbico nei due sessi 43.

Ruolo degli ormoni sessuali nella modulazione anatomofunzionale del sistema nervoso centrale. Focus sui meccanismi di involuzione fisiologica

Verranno considerati in questo paragrafo le implicazioni degli ormoni sessuali nella genesi di alcune forme di dimorfismo e diergismo di genere con specifico riferimento al ruolo esplicato dagli estrogeni nel meccanismo dell’invecchiamento fisiologico.

Effetti attivazionali transitori ed effetti organizzativi permanenti degli ormoni sessuali sono stati individuati nell’uomo.

Elevati livelli di testosterone durante il secondo trimestre di vita prenatale sembrerebbero determinare un’accentuazione della lateralizzazione destra e della rappresentazione emisferica del linguaggio in soggetti di sesso femminile all’et� di 10 anni 44.

Elevati livelli di androgeni in donne con sindrome CAH (esposizione a livelli inusuali elevati di androgeni androgeni) determinerebbero un aumento della frequenza di mancinismo e dell’abilit� di rappresentazione spaziale 45.

Viceversa esposizione prenatale a dietilstilbestrolo (DES) in individui di sesso maschile determinerebbe una riduzione delle funzioni centrali di lateralizzazione 46.

Un emergente capitolo delle differenze neuroanatomofunzionali di genere � rappresentato dal ruolo nei due sessi degli effetti neurotrofici e protettivi degli estrogeni nel SNC e delle possibili implicazioni sulle strutture encefaliche a livello morfologico delle variazioni di tali ormoni con l’et�.

Quantizzazione in vivo delle modificazioni della girificazione nell’uomo e dei suoi determinanti differenziali nei due sessi sono state recentemente ottenute in vivo.

In particolare tali studi hanno determinato che a partire dal quarto decennio di vita circa esistono modificazioni morfologicamente apprezzabili dei solchi corticali che tendono ad appiattirsi con concomitante e progressiva riduzione dello spessore della corteccia. Tali modificazioni risultano essere significativamente pi� accentuate nel sesso maschile 47. Esiste un eterocronia nei due sessi nella comparsa di tali alterazioni essendo le stesse pi� precoci nell’uomo.

Dalla dimostrazione di modificazioni differenziali di genere della superficie corticale nel corso dell’involuzione fisiologica promanano importanti quesiti.

Quali i possibili meccanismi molecolari alla base di tale meccanismo differenziale di tipo regressivo? Quale il meccanismo dell’eterocronia di comparsa delle regressioni anatomiche nei due sessi?

Un putativo meccanismo molecolare che appare suggestivo per le implicazioni anche eventualmente terapeutiche oltre che fisiopatologiche che ne scaturiscono � rappresentato dal potenziale neuroprotettivo a dagli effetti di tipo neurotrofico degli estrogeni nel corso della vita e ovviamente con modalit� preferenziali nel sistema nervoso centrale del sesso femminile.

Tra le funzioni sperimentalmente evidenziabili degli estrogeni sui circuiti neuronali vanno ricordate 48:

1 – effetto promuovente la crescita dei neuriti;

2 – modulazione della sinaptogenesi con formazione di nuove sinapsi;

3 – protezione dal danno e morte cellulare indotte da fenomeni di tipo ossidativo;

4 – induzione dell’espressione di neurotrofine;

5 – induzione o aumentata espressione dei transcritti di colina acetiltransferasi (ChAT) in neuroni colinergici.

In particolare va ricordato che a livello delle strutture basali del forebrain nei mammiferi sono espressi nel sistema colinergico sia a livello neuronale sia a livello gliale entrambi i tipi di recettori per gli estrogeni (ER-a e ER-b) 49 nonch� elevati livelli di aromatasi citocromo P-450 responsabile della conversione di testosterone in 17-b-estradiolo 50. Pertanto considerate tali evidenze anatomo molecolari � plausibile che gli estrogeni possano avere un effetto trofico diretto di tipo morfologico e funzionale sul sistema colinergico centrale nei mammiferi, uomo incluso.

Inoltre esistono evidenze sperimentali nell’animale di laboratorio sul ruolo degli estrogeni nei meccanismi di cross-talk tra sistema colinergico e sistema NGF (Nerve Growth Factor)-correlati. Ad esempio il gene per il fattore neurotrofico BDNF (Brain Derived Neurotrophic Factor) contiene una sequenza nel promoter omologa alla regione responsiva di geni target degli estrogeni 51. Di contro prove sperimentali dimostrano che l’NGF aumenta l’affinit� dei recettori per gli estrogeni in espianti di forebrain di ratto 52.

In conclusione esistono numerose dimostrazioni suggestive del putativo ruolo svolto dagli estrogeni nel promuovere i meccanismi di trofismo neuronale e nell’indicare questa classe di molecole almeno in parte come candidata nei meccanismi protettivi e differenziali di genere nel sistema nervoso centrale durante l’invecchiamento. Altre inferenze molecolari devono necessariamente tenersi in conto per evitare un riduzionismo dei meccanismi di modulazione dell’invecchiamento neuronale differenziale nei due sessi e ulteriori studi sono in questo senso necessari. In particolare le recenti osservazioni sperimentali dell’esistenza di meccanismi di neurogenesi nell’individuo adulto 53 54 appaiono suggestive per inferenze su possibili meccanismi differenziali di regolazione della neurogenesi nei due sessi, il rapporto con il ruolo protettivo degli estrogeni e le implicazioni per una fisiopatologia differenziale di genere dell’invecchiamento.

Conclusioni

Le inferenze comportamentali e fisiopatologiche derivanti dalle osservazioni, sperimentali e di isomorfismo animale consentono di individuare discrete differenze di genere nella anatomia funzionale e molecolare del sistema nervoso centrale nei mammiferi e di estendere con cautela alla luce dei risultati di brain imaging e della clinica tali inferenze all’uomo.

1. L’organizzazione del sistema nervoso centrale appare modulata in maniera differenziale nei due sessi attraverso meccanismi ormonali steroidei sotto il controllo gonadale, meccanismi non ormonali (SRY transcript regulation) e genomici.

2. L’imprinting genomico emerge quale meccanismo fondamentale di tipo non mendeliano per la regolazione della formazione di strutture discrete del sistema nervoso centrale determinando in maniera solo apparentemente paradossale l’esistenza di un identit� morfologica di genere prima della comparsa della differenziazione sessuale.

3. Meccanismi del neurosviluppo appaiono caratterizzati per una specificit� di genere e per modalit� diergiche anche temporali dei fattori promuoventi e modulanti il neurosviluppo (eterocronia di genere).

4. Differenze neuronatomofunzionali e strutturali nonch� della regolazione neurotrasmettitoriale sono sperimentalmente evidenziabili nell’individuo adulto e putativamente suscettibili anche dopo il completamento del neurosviluppo di meccanismi di reshaping sulla base delle recenti dimostrazioni di neurogenesi ippocampale e corticale nell’animale adulto e in contraddizione con il dogma centrale della non replicabilit� del neurone.

5. Modalit� differenziali di genere sono evidenziabili con metodiche di imaging in vivo nell’invecchiamento “fisiologico” del sistema nervoso centrale sottendendo putativi meccanismi molecolari di risposta ai fenomeni di morte cellulare (eccitotossicit�, apoptosi e morte cellulare programmata) e in particolare di modulazione e di controllo ormonale gonadico differenti nei due sessi.

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