WORK UP SULLE DISTROFIE CORNEALI STROMALI

Diagnosi clinica e strumentale delle distrofie corneali stromali

Luca AvoniOspedale Maggiore Bologna

Banca delle cornee dell’Emilia RomagnaSOI Maggio 2013

DIAGNOSI

CLINICA

Analisi genetica

Istologia

Microscopia confocale

OCT

Corneal stromal dystrophiesMacular corneal dystrophy Granular corneal dystrophy Lattice corneal dystrophiesAvellino

macular corneal dystrophy cloudy regions usually first appear within a hazy

stroma of both corneas during adolescence, but the opacities may become apparent in early infancy or as late as the sixth decade. Over time, the non-transparent areas progressively merge as the entire corneal stroma gradually becomes cloudy, causing severe visual impairment usually before the fifth decade. The bilateral corneal opacities progressively extend through the entire thickness of the central and peripheral corneal stroma. The corneal stroma is thinner than normal

India, Saudi Arabia, Iceland and parts of the USA

MCD involves Descemet membrane and the corneal endothelium in addition to the corneal stroma.

DISTROFIA CORNEALE MACULARE

Distrofia corneale di Groenouw tipo II

Rappresenta la distrofia stromale corneale meno comune in cui l’errore congenito sistemico del metabolismo del cheratan solfato ha solo manifestazioni corneali.

E’ stata suddivisa nei tipi I, IA e II, a seconda della presenza o assenza del cheraton solfato antigenico (aKS) nel siero e nella cornea, sebbene la morfologia corneale sia identica.

Malattia rara a prevalenza non conosciuta; in alcune comunità la prevalenza raggiunge 1 su 500 abitanti.

L’esordio della malattia è fra i 5 e 9 anni, con riscontro con riscontro di aree di opacità di densità variabile, progressive, bilaterali dello stroma corneale, che si estendono dalla membrana di Bowman alla membrana di Descemet.

DISTROFIA CORNEALE MACULARE

La sensibilità corneale può essere ridotta e si possono verificare erosioni corneali ricorrenti che provocano fotofobia ed episodi di dolore. Lo stroma corneale è più sottile che nella norma.

L’acuità visiva si riduce significativamente dalla quarta

decade di vita, a causa dell’eventuale confluire delle opacità corneali e dell’eventuale coinvolgimento a tutto spessore dello stroma fino al limbus. Coinvolti centro e periferia della cornea

La malattia è ereditaria a trasmissione autosomica recessiva.

Histopathology The histopathology of MCD is characteristic.

Intracytoplasmic accumulations occur within the keratocytes and corneal endothelium, but the corneal epithelium is spared. The accumulations stain positively with histochemical stains for glycosaminoglycans, such as periodic acid-Schiff, alcian blue, metachromatic dyes, and possess an affinity for colloidal iron The accumulations also stain with the periodic acid-Schiff/thiocarbohyrazide/silver proteinate and the periodic acid-methenamine silver techniques. Intracytoplasmic vacuoles are a distinct ultrastructural feature of the keratocytes and with appropriate tissue fixation delicate fibrillogranular material can be discerned within the vesicles. Some corneal endothelial cells contain similar material. Numerous electron-lucent lacunae are randomly distributed throughout corneas and some lacunae are filled with clusters of abnormal sulfated chondroitinase ABC non-susceptible proteoglycan filaments.

Istologia

Accumuli di collagene, ravvicinati in modo anormale a livello delle lamelle corneali, e un’ anomala aggregazione dei glicosaminoglicani che colorano con Alcian blu.

Transmission electron micrograph Transmission electron

micrograph of the corneal stroma showing remnant of a keratocyte distended with fibrillogranular material and cellular debris. Some extracellular debris is also present amongst the collagen lamellae

Transmission electron micrograph Transmission electron

micrograph of the cytoplasm of a keratocyte showing fibrillogranular material within membrane bound tubules

Scanning electron micrograph Scanning electron

micrograph of a section through the corneal stroma showing an accumulation of abnormal material between the collagen lamellae in the location of a keratocyte.

Scanning electron micrograph Scanning electron

micrograph of the corneal endothelium showing the surface profiles of the nuclei as well as numerous much smaller nodules caused by cytoplasmic accumulations of glycosaminoglycans within the corneal endothelium

Transmission electron micrograph Transmission electron

micrograph of the deep corneal stroma, Descemet membrane and the corneal endothelium. This portion of the corneal endothelium contains fibrillogranular material within numerous vacuoles and a distinct vacuolated band is evident in Descemet membrane beneath the most posterior part of this layer

Scanning electron micrograph Scanning electron

micrograph through a part of Descemet membrane showing a honeycomb appearance due to spaces where abnormal material was lost during tissue processing.

Genetics Mutations in the CHST6 gene are responsible for most cases of MCD, but all cases of

MCD can not be explained by mutations in the coding region of CHST6, by major deletions or insertions in the upstream region, or by splice site mutations which create or destroy signals for exon-intron splicing. Marked allelic heterogeneity in CHST6 has been documented in different populations throughout the world. The most frequent abnormalities are missense and nonsense single nucleotide polymorphisms (SNPs) in CHST6 that alter a conserved amino acid. Insertional or deletional defects in the region between the CHST5 and CHST6 genes account for some cases. More than 125 CHST6 mutations have been identified in subjects with MCD from different countries (Britain, France, Iceland, India, Italy, Japan, Saudi Arabia, USA, and Vietnam). Heterozygous mutations have been detected in exon 3 of CHST6 in most families and almost all of them are associated with another heterozygous mutation in the coding region of CHST6 on the other chromosome. Other MCD causing mutations are nucleotide insertions or deletions in the coding region of CHST6 that cause frameshift changes as well as a few deletions or substitutions upstream between CHST5 and CHST6. The molecular basis for the different immunophenotypes remains to be determined and a molecular genetic study of MCD in Saudi Arabia found identical CHST6 mutations in families with MCD type I, IA and II. A recent study has recognized several atypical immunophenotypes and found no relationship to specific mutations in CHST6

Granular corneal dystrophy (GCD) Groenouw type I

Multiple small white discrete irregular-shaped sharply demarcated spots that resemble bread crumbs or snowflakes become apparent beneath Bowman zone in the superficial central corneal stroma. They initially appear within the first decade of life and may be evident by 3 years of age. The opaque spots are often arranged in lines and with time they gradually enlarge and become more numerous. In children the external corneal surface is smooth, but in adults it often becomes uneven. While some patients have only a few corneal granules, others eventually have many and the cornea becomes markedly opaque. Visual acuity is more or less normal.

Granular corneal dystrophy (GCD) Groenouw type I

By the end of a second decade, many opacities are present in the central and superficial cornea but rarely in the deep stroma. Intervening tissue between the opacities and in the peripheral 2–3 mm of the cornea usually remains crystal clear. The opaque spots eventually extend throughout the central two-thirds of the cornea. The stromal deposits do not move after they form. Subtle differences in the clinical appearance of the discrete corneal opacities permit two types of GCD to be recognized: GCD type I (GCD1) and GCD type II (GCD2). GCD2 tends to have fewer corneal deposits that GCD1 and the corneal deposits in GCD2 sometimes resemble a combination of GCD and LCD.

DISTROFIA GRANULARE Distrofia corneale granulare.Distrofia corneale di

Groenouw tipo I

Trattasi di una malattia corneale caratterizzata dalla presenza di piccole opacità biancastre a livello dello stroma corneale anteriore assiale visibili alla lampada a fessura.

La malattia è rara a prevalenza non nota. Maschi e femmine sono affetti in ugual misura. AD. L’esordio della malattia è nel giovane adulto; si evidenziano piccoli depositi biancastri, ben delimitati che ricordano i fiocchi di neve o le briciole, centralmente nello stroma anteriore. Le lesioni sono multiple, progressive e bilaterali. La forma di tali opacità è ben definita e possono assumere forma a disco, ciambella, nodulare, clava, puntiforme. La graduale confluenza è causa di deficit visivo ed in genere tale deficit si verifica tra la terza e la quinta decade di vita. La cornea periferica solitamente non è coinvolta. Possono verificarsi anche se non molto frequentemente ricorrenti lesioni epiteliali dolorose con secondarie opacizzazioni e vascolarizzazioni.● Criteri diagnostici La diagnosi rimane clinica e strumentale..● Istologia Mostra depositi ialini amorfi che colorano in rosso brillante con il tricromo

Masson.● Terapia Cheratoplastica lamellare o occasionalmente penetrante, a secondadella profondità della opacità stromale.

microscopy Granular corneal

dystrophy. Light microscopy of cornea showing abnormal eosinophilic deposits in the corneal stroma. Hematoxylin and eosin stain.

Genetics GCD usually has an autosomal dominant mode of inheritance, but rarely occurs

sporadically due to de novo mutations or perhaps even mosaicism. In some families the mutant gene is completely penetrant, but in others the penetrance is incomplete. The mutation rate for GCD has been estimated to be about 0.3/1,000,000 in the Danish population. Inter-familial differences and intra-familial similarities occur. When both parents have GCD their offspring may be homozygous for the TGFBI mutation and develop an unusually severe corneal dystrophy with larger corneal opacities and an earlier onset than heterozygous cases. One family study suggests that persons heterozygous and homozygous for the TGFBI gene are phenotypically identical, but genetic mutations were not performed in this instance. Numerous mutations in TGFB1 have been found in clinically and histopathologically distinct phenotypes, but GCD1 results from a p. Arg555Trp mutation, whereas GCD2 is the effect of a p. Arg124His mutation in the TGFBI gene.

C.R. 86 anni F

R.L. 62 anni M

R.D. 26 anni M

DISTROFIA CORNEALE RETICOLARE · Amiloidosi corneale

· Distrofia tipo lattice

La distrofia corneale reticolare è una malattia a trasmissione autosomica dominante, che consiste nella deposizione di amiloide nello stroma corneale e negli spazi subepiteliali, configurando il caratteristico quadro di piccoli accumuli sferoidali uniti da un reticolato di linee. Ne derivano erosioni corneali e un deterioramento progressivo dell’acuità visiva. Da un punto di vista genetico, si possono distinguere due tipi: il tipo I, senza il coinvolgimento di ulteriori tessuti e organi, e il tipo II, associato a una amiloidosi sistemica.

Un’altra classificazione si basa sul quadro clinico e in tal caso la distrofia reticolata viene distinta in: Distrofia reticolata tipo I (Biber-Haab-Dimmer), Distrofia reticolata tipo II (Sindrome di Meretoja) e Distrofia reticolata tipo III e IIIA.

DISTROFIA RETICOLATA TIPO 1 (BIBER-HAAB-DIMMER) Autosomica dominante (AD), con il locus del gene su

5q31

Avviene verso la fine della prima decade con erosioni ricorrenti che precedono i cambiamenti tipici dello stroma. E’pertanto possibile che, inizialmente, sfugga alla diagnosi.

Si verifica la comparsa di macchioline biancastre di forma rotondeggiante nello stroma anteriore che successivamente vanno incontro ad una progressione e coalescenza in fini linee, simili a una tela di ragno, ramificate che formano un reticolato, meglio visibili con la retroilluminazione. Inoltre, si verifica una diffusione profonda e verso l’esterno che risparmia la periferia corneale. L’opacizzazione generalizzata conduce a un progressivo deficit visivo e può talora mascherare le fini linee reticolate.

Istologia: mostra sostanza amiloide che colora con rosso Congo, presenta metacromasia con viola cristallino e birifrangenza attraverso polaroid.

Terapia: è spesso necessario un trattamento con cheratoplastica perforante o lamellare prima della sesta decade.

Hematoxylin and eosin stain deposits of eosinophilic

amyloid in corneal stroma.

DISTROFIA RETICOLATA TIPO 2 (SINDROME DI MERETOJA)

AD, con il locus del gene su 9q34

Avviene nella mezza età con paralisi faciale progressiva e coinvolgimento corneale.

Le erosioni ricorrenti sono meno frequenti rispetto alla reticolata tipo 1.

Le linee reticolate sono fini, corte, disseminate in maniera casuale. Inoltre, sono più rade e delicate, con un orientamento più radiale rispetto alla distrofia reticolata tipo 1. Le manifestazioni sistemiche comprendono la neuropatia bilaterale progressiva cronica e periferica, disartria, cute secca ed estremamente molle e pruriginosa, un’espressione caratteristica del volto “a maschera”, labbra protrudenti e orecchie pendule.

L’amiloidosi può anche coinvolgere reni e cuore.

Istologia Mostra depositi di amiloide nello stroma corneale e negli altri distretti coinvolti.

Trattamento Avviene mediante cheratoplastica lamellare o perforante; può essere necessario nella settima decade, ma è correlato all’insorgenza di complicanze quali infezioni ricorrenti conseguenti alla cheratopatia da esposizione.

DISTROFIA RETICOLATA TIPO 3-3A

Ereditarietà: si presume sia autosomico-recessivo (AR), mentre quella del tipo 3A è AD con il locus del gene su 5q31 per entrambe.

Origini e diffusione

Avviene tra la quarta e la sesta decade con deficit visivo, ma le erosioni ricorrenti sono poco comuni.

Si apprezzano linee spesse e filamentose che si estendono da limbus a limbus intervallate da una minima opacizzazione. Vi può essere una grossolana asimmetria oppure le lesioni possono essere una grossolana monolaterali e comparire saltuariamente.

La progressione è rapida se la cornea è sottoposta a traumi, anche se minimi.

Trattamento: Con la cheratoplastica lamellare o perforante è inevitabile.

DISTROFIA DI AVELLINO· Distrofia combinata granulare-reticolare della cornea.

Distrofia corneale caratterizzata da alterazioni istopatologiche tipiche della distrofia granulare che di quella reticolare. Dal punto di vista clinico si riscontrano: depositi stremali anteriori bianco-grigiastri; lesioni reticolari dello stroma.

E’ una malattia rara a prevalenza non nota. Maschi e femmine sono affetti in eguale misura. Si caratterizza per tre segni fondamentali: depositi stromali anteriori bianco-grigiastri; lesioni reticolari situate nello stroma medio fino a quello posteriore; opacità stremali anteriori. Dal punto di vista istopatologico sono presenti le lesioni caratteristiche sia della distrofia granulare che di quella reticolare. Nella distrofia granulare si ritrovano opacità multiple bilaterali, progressive, centrali, anteriori, abitualmente grigie e/o bianche. La forma di tali opacità è ben definita e può essere a disco, ciambella, clava, nodulare, puntiforme. Nella distrofia reticolare si osservano nella zona centrale della cornea opacità lineari fini che formano un fitto reticolato e opacità nodulari che rendono torbido lo stroma. In questa forma combinata le lesioni sono di diametro maggiore che nella forma tipo lattice isolata. L’esordio della malattia è nel giovane adulto. In genere il deficit dell’acuità visiva si verifica tra la terza e la quinta decade di vita.E’ una malattia genetica a trasmissione autosomica dominante. E’ bene ricordare che la distrofia di Avellino, reticolata tipo I e granulare, sono correlate a un singolo locus del cromosoma 5q epossono quindi rappresentare forme cliniche diverse di un medesima Entità. La diagnosi rimane clinica e strumentale. Non esiste al momento un test genetico di conferma diagnostica.Terapia E’ indicata la cheratoplastica perforante negli stadi tardivi, ma sonopossibili recidive.

CONFOSCAN In vivo laser confocal microscopic findings of corneal stromal dystrophies.

Kobayashi A, Fujiki K, Fujimaki T, Murakami A, Sugiyama K.

Source Department of Ophthalmology, Kanazawa University Graduate School of Medical Science, 13-1 Takara-machi, Kanazawa-shi, Ishikawa-ken 920-8641, Japan. kobaya@kenroku.kanazawa-u.ac.jp

Abstract

OBJECTIVE: To investigate in vivo laser confocal microscopic findings of genetically mapped corneal stromal dystrophies and their relationship to histopathologic findings.

METHODS: Seven patients with Avellino corneal dystrophy, 2 patients with lattice corneal dystrophy, and 2 patients with macular corneal dystrophy were examined genetically and using slitlamp biomicroscopy and in vivo laser confocal microscopy. Corneal specimens obtained after surgery in selected patients were histopathologically studied.

CONFOSCAN RESULTS: In Avellino corneal dystrophy (Arg124His mutation of human transforming

growth factor beta-induced gene [TGFBI]), highly reflective granular materials with irregular edges were observed in the superficial stroma. In lattice corneal dystrophy (Arg124Cys and Leu527Arg mutations of TGFBI), highly reflective branching filaments of variable width were observed in the stroma. In macular corneal dystrophy (Ala217Thr mutation of the carbohydrate sulfotransferase gene [CHST6]), homogeneous reflective materials with dark striaelike images were observed throughout the stroma. All confocal findings correlated well with histopathologic findings.

CONCLUSIONS: In vivo laser confocal microscopy is capable of high-resolution visualization of characteristic corneal microstructural changes related to 3 types of genetically mapped corneal stromal dystrophies. The use of laser confocal microscopy may be valuable in the differential diagnosis of corneal stromal dystrophies, especially when diagnosis is otherwise uncertain.