Dobór alfa1-antytrypsyny

Istnieje wiele dziedzicznych chorób metabolicznych, które mogą mieć patologiczny wpływ na wątrobę. W wielu przypadkach, składnik wątroby tych chorób jest tylko epifenomenem bardziej uogólnionych zaburzeń systemowych. Przykładem takich epifenomenów są choroby spichrzeniowe glikogenu i lipidów, w których hepatomegalia jest przejawem podstawowego defektu metabolicznego, chociaż wątroba nie musi być głównym narządem docelowym. Istnieją jednak trzy choroby uwarunkowane genetycznie, w których wątroba może być głównym narządem docelowym, z objawami ostrej, podostrej lub przewlekłej choroby, które mogą się ujawnić we wczesnym lub późniejszym okresie życia. Są to dziedziczna hemochromatoza (HH), główne zaburzenie przeładowania żelazem, choroba Wilsona, genetyczne zaburzenie przeładowania miedzią i niedobór alfa1-antytrypsyny (α1-AT), zaburzenie, w którym normalne przetwarzanie białka produkowanego przez wątrobę jest zakłócone w komórce wątroby.

W niektórych przypadkach świadomość tych warunków jest spowodowana podejrzeniem na podstawie specyficznego zespołu klinicznego. W innych przypadkach schorzenia te muszą być wykluczone w obliczu niespecyficznych nieprawidłowości związanych z chorobą wątroby, takich jak podwyższone stężenie enzymów wątrobowych, hepatomegalia lub wcześniej nierozpoznane nadciśnienie wrotne. W przypadku hemochromatozy podejście do wczesnej diagnostyki poszło o krok dalej, ze świadomością, że markery przeładowania żelazem mogą być obecne w surowicy na długo przed rozwojem choroby wątroby. W tych rozdziałach skupimy się na omówieniu tych trzech schorzeń.

Pewne kluczowe pojęcia (Ramka 1) są wspólne dla wszystkich trzech schorzeń i należy je podkreślić na samym początku. Po pierwsze, chociaż rozpoznanie dziedzicznej choroby wątroby jest często procesem wykluczającym bardziej powszechne przyczyny (np. wirusy, alkohol, autoagresja), ważne jest, aby podkreślić, że świadomość cech klinicznych tych metabolicznych chorób wątroby powinna promować proaktywną ocenę diagnostyczną. Po drugie, dziedziczne metaboliczne choroby wątroby mogą ujawnić się w dzieciństwie lub mogą być opóźnione aż do wieku dorosłego, a w niektórych przypadkach mogą ustąpić po okresie dziecięcym lub młodzieńczym, aby pojawić się ponownie w późniejszym okresie życia. Po trzecie, wraz z pojawieniem się molekularnych testów diagnostycznych, fenotypowa ocena tych schorzeń może być obecnie uzupełniona w niektórych przypadkach o ocenę genotypową. Po czwarte, wraz z dostępnością skutecznych metod leczenia nastąpił dramatyczny wpływ na rokowanie w metabolicznych chorobach wątroby zarówno w dzieciństwie, jak i w życiu dorosłym, co dodatkowo podkreśla znaczenie wczesnej diagnostyki. Wreszcie, w kilku schorzeniach (np, niedobór α1-AT, choroba Wilsona), przeszczepienie wątroby koryguje pierwotną nieprawidłowość biochemiczną w wątrobie i skutecznie leczy chorobę.

Back to Top

Definicja

Niedobór alfa1-antytrypsyny (α1-AT) jest częstym dziedzicznym zaburzeniem związanym z zatrzymaniem produkowanego przez wątrobę białka α1-AT w wątrobie i niskim poziomem α1-AT w surowicy. W najcięższej postaci niedoboru α1-AT klinicznie występują: wczesna rozedma płuc, zapalenie wątroby u noworodków, przewlekłe zapalenie wątroby, marskość wątroby i rak wątrobowokomórkowy. Jednakże ekspresja fenotypowa w ciągu całego życia jest bardzo zmienna. Gen dla α1-AT jest zlokalizowany na chromosomie 14, a mutacje w locus inhibitora proteazy (PI) prowadzą do pojedynczej substytucji aminokwasowej (kwas glutaminowy na lizynę 342), która upośledza wydzielanie zmutowanego produktu genu, co prowadzi do zatrzymania α1-AT w hepatocycie i niskiego poziomu α1-AT w surowicy. Ponieważ fenotyp jest wyrażony przez dziedziczenie autosomalne kodominujące, każdy allel jest odpowiedzialny za 50% poziomu krążącego α1-AT. Opisano około 100 wariantów allelicznych, z których tylko niektóre są związane z chorobami wątroby. Allel Z jest mutacją związaną z maksymalnym niedoborem α1-AT.

Back to Top

Epidemiologia

Częstość występowania tego patogennego allelu PI Z w populacji amerykańskiej pochodzenia europejskiego wynosi od 0,01 do 0,02, przy czym homozygotyczny stan niedoboru dotyczy 1 na 2000 do 7000 populacji. Największy niedobór występuje w fenotypie PI ZZ, przy czym pośrednie podejścia epidemiologiczne i bardziej bezpośrednie populacyjne metody przesiewowe szacują, że około 60 000 osób w Stanach Zjednoczonych jest homozygotycznych dla tego fenotypu. W Skandynawii częstość występowania allelu Z jest znacznie wyższa, co skutkuje występowaniem jednego PI ZZ na 1600 żywych urodzeń. Allel PI Z występuje głównie u białych, rzadko u Afroamerykanów i Azjatów. Istnieje wiele innych kombinacji alleli, które mogą mieć znaczenie kliniczne, w tym stan heterozygotyczny MZ i inne kombinacje, takie jak PI SZ, które są również związane z niedoborem α1-AT w surowicy.

Back to Top

Patofizjologia

α1-AT jest dominującym PI serynowym we krwi, odpowiadającym za pik alfa1 w elektroforezie białek surowicy. α1-AT funkcjonuje poprzez hamowanie proteinaz tkankowych, które obejmują enzymy takie jak elastaza neutrofilowa, katepsyna G i różne inne proteinazy. Jest to stosunkowo małocząsteczkowe białko, składające się z 394 aminokwasów i kilku węglowodanowych łańcuchów bocznych. α1-AT jest również białkiem ostrej fazy, a jego synteza może znacznie wzrosnąć w odpowiedzi na uraz lub zapalenie.

Pomimo swojej nazwy, α1-AT reaguje znacznie łatwiej z elastazą neutrofilów niż z trypsyną, we wzajemnie samobójczej interakcji, która normalnie utrzymuje odpowiedni ekran ochronny przed elastolitycznym obciążeniem elastazy neutrofilów. Niedobór α1-AT przesuwa tę równowagę na korzyść rozkładu elastolitycznego, najczęściej objawiającego się jako rozedma płuc.

Synteza α1-AT zachodzi w retikulum endoplazmatycznym hepatocytu i ulega wielu złożonym fałdom i wstawkom łańcuchów bocznych węglowodanów. Mutacje genetyczne odpowiedzialne za niedobór α1-AT mogą zaburzać syntezę, eksport z komórki i zdolność do funkcjonowania jako inhibitor proteazy.

Wariant Z wynika z pojedynczej mutacji punktowej prowadzącej do zastąpienia kwasu glutaminowego lizyną w pozycji 342. Powstały polipeptyd wariantowy jest stosunkowo niestabilny i ulega polimeryzacji w retikulum endoplazmatycznym, w wyniku czego powstają kuleczki periodic acid-Schiff (PAS)-dodatnie, które można zobaczyć w mikroskopie świetlnym. Tylko warianty α1-AT, które prowadzą do tego typu polimeryzacji, są związane z defektem wzmocnienia funkcji prowadzącym do uszkodzenia komórek wątroby. Rzadki wariant „zerowy” nie charakteryzuje się akumulacją α1-AT w obrębie hepatocytu i nie jest związany z uszkodzeniem wątroby.

W przeciwieństwie do tego, polimeryzacja zmutowanej antytrypsyny zapobiega jej wydzielaniu z hepatocytu, tak że tylko około 15% antytrypsyny PI ZZ jest wydzielane do osocza. Polimeryzacja i rzadki wariant zerowy powodują defekt utraty funkcji, co zwiększa ryzyko rozwoju rozedmy płuc.

Opracowano około 100 wariantów allelicznych w locus genu α1-AT, co skutkuje złożoną klasyfikacją genetyczną opartą na cechach fenotypowych krążącego białka α1-AT. Najczęstszy wariant, PI M, występuje u około 95% białej populacji Stanów Zjednoczonych i jest uważany za wariant normalny, związany z prawidłowym stężeniem funkcjonalnego α1-AT w surowicy. Tylko około 15 alleli (obejmujących allele niedoborowe, dysfunkcyjne i zerowe) jest związanych z chorobami wątroby, płuc lub skazą krwotoczną. Allele niedoboru, takie jak PI Z i PI S, mogą powodować obniżone poziomy krążących α1-AT, ale z całkowicie prawidłowo funkcjonującymi białkami. Fenotyp MM jest zatem określany jako przejawiający 100% stężenie krążącego α1-AT. Heterozygotyczna kombinacja MZ daje 50%, SZ 37,5%, a ZZ 15% tej normalnej wartości MM. Około 95% wszystkich stanów niedoboru α1-AT prowadzących do wystąpienia objawów klinicznych stanowią homozygoty PI ZZ. Niektóre allele, takie jak allel S, w stanie homozygotycznym lub w połączeniu z allelem M, nie wydają się być związane z nieprawidłowo spolimeryzowanymi cząsteczkami w retikulum endoplazmatycznym i nie zostały obciążone w rozwoju chorób wątroby lub płuc, chyba że w połączeniu z allelem Z. Produkty tych różnych alleli mają charakterystyczne cechy w ogniskowaniu izoelektrycznym, które zapewnia środki do specyficznej identyfikacji typów PI (patrz dalej, Diagnoza).

Back to Top

Objawy i symptomy

Związek niedoboru α1-AT i choroby wątroby u dzieci został po raz pierwszy opisany w 1969 roku przez Harveya Sharpa na Uniwersytecie Minnesoty. W wielu późniejszych badaniach klinicznych zaobserwowano, że występowanie choroby wątroby w niedoborze α1-AT jest bimodalne, dotyczy dzieci w okresie noworodkowym lub we wczesnym niemowlęctwie oraz, rzadziej, dorosłych w późnym okresie średniego życia. W obu tych grupach homozygotyczna postać niedoboru α1-AT jest podstawową determinantą genetyczną (tab. 1).

Dzieci z niedoborem PI ZZ alfa1-antytrypsyny

Większość informacji na temat obrazu klinicznego niedoboru α1-AT w tej populacji pochodzi z doświadczeń w Skandynawii. Dwie trzecie noworodków z niedoborem α1-AT ma nieprawidłowe poziomy enzymów wątrobowych, a u około 10% rozwija się trwała cholestaza w ciągu pierwszego roku życia. Wiele z tych noworodków wydaje się ulegać spontanicznej remisji, a tylko u około 3% pierwotnie zdiagnozowanych noworodków dochodzi do zwłóknienia lub marskości wątroby w dzieciństwie i wieku młodzieńczym. Niemniej jednak, staranny nadzór ujawnił, że u wielu z nich utrzymują się nieprawidłowe poziomy enzymów wątrobowych.

Noworodki z najpełniej wyrażoną postacią choroby wykazują dowody ostrego noworodkowego zapalenia wątroby, z dominującą sprzężoną hiperbilirubinemią. Żółtaczka ta może utrzymywać się nawet do 1 roku, z towarzyszącymi jej dowodami wadliwego wzrostu i konsekwencją upośledzenia wchłaniania witamin rozpuszczalnych w tłuszczach. Objawy fizyczne obejmują hepatomegalię, splenomegalię i możliwe oznaki koagulopatii.

Dorośli z niedoborem PI ZZ alfa1-antytrypsyny

Większość dorosłych z niedoborem PI ZZ α1-AT jest identyfikowana na podstawie objawów płucnych i wykazuje oznaki i objawy przewlekłej obturacyjnej choroby płuc, z rozedmą płuc rozwijającą się u około 80% do 100% osób z tym fenotypem. Stan ten jest często nasilany przez palenie papierosów. Rozedma płuc związana z niedoborem α1-AT ma charakterystyczne cechy, w tym wczesny początek (w czwartej lub piątej dekadzie życia), dominujące zajęcie podstaw płuc i patologię panacynarną. W przeciwieństwie do tego, osoby z rozedmą płuc z niedoborem α1-AT są starsze, z przewagą rozedmy koniuszkowej i centralnej.

Powszechność związanej z tym choroby wątroby została prawdopodobnie niedoszacowana, ale 10% do 40% tych dorosłych może mieć dowody na marskość wątroby. Ryzyko marskości wątroby wzrasta wraz z upływem lat, szczególnie u mężczyzn. W takich przypadkach u mężczyzny w wieku powyżej 50 lat z objawami marskości wątroby, nadciśnienia wrotnego lub raka wątrobowokomórkowego, u którego nie występuje żadna inna predysponująca przyczyna, należy podejrzewać wady metabolizmu, takie jak hemochromatoza lub niedobór α1-AT. Cechy choroby wątroby wydają się być szybko postępujące w przypadku rozpoznania na tym etapie, z dużym prawdopodobieństwem zgonu w ciągu 4 lat od rozpoznania choroby wątroby.

Heterozygotyczny niedobór alfa1-antytrypsyny

Liczba badań potwierdziła rolę pojedynczego zmutowanego allela w rozwoju tak zwanej kryptogennej choroby wątroby u dorosłych. Ponieważ wiele z tych heterozygotycznych stanów jest związanych z pośrednim niedoborem α1-AT, konieczne będzie przeprowadzenie badań prospektywnych w celu oceny patofizjologicznych konsekwencji stanu heterozygotycznego. Na arenie pediatrycznej nie ma żadnych przesłanek wskazujących na istotne długoterminowe konsekwencje heterozygotycznego niedoboru α1-AT. U dorosłych natomiast sugeruje się, że obecność pojedynczego allelu Z może zwiększać podatność lub działać synergistycznie z innymi czynnikami ryzyka chorób wątroby. Te powiązane warunki obejmują przewlekłe wirusowe zapalenie wątroby, alkoholową chorobę wątroby i niealkoholowe stłuszczeniowe zapalenie wątroby. Wiele z tych synergistycznych stanów może być związanych z odpowiedzią zapalną, co prowadzi do dalszych defektów w polimeryzacji i degradacji α1-AT w hepatocycie.

Back to Top

Diagnostyka

Niedobór α1-AT jest przykładem dziedzicznego zaburzenia metabolicznego, w którym definicja fenotypu określa również genotyp (Ramka 2). Oznaczenie poziomu α1-AT w surowicy metodą immunoprecypitacji ilościowej jest niewystarczającym dowodem na rozpoznanie niedoboru α1-AT. Wynika to z faktu, że stężenie tego białka w surowicy może być fałszywie podwyższone w wyniku szczególnie silnej odpowiedzi ostrej fazy tego białka. Dlatego oznaczenie ilościowego poziomu α1-AT musi być połączone z analizą fenotypową. Określa ona fenotyp wariantów białek PI w surowicy i jest wykonywana metodą ogniskowania izoelektrycznego. Pacjenci z najcięższą postacią niedoboru mają wariant alleliczny, który migruje do wyższego punktu izoelektrycznego i może być określony jako fenotyp PI ZZ, a zatem przez wnioskowanie jako genotyp PI ZZ. Interpretacja wzorów elektroforetycznych na ogniskowaniu izoelektrycznym określi stan homozygotyczny lub heterozygotyczny oraz zdefiniuje specyficzne zmutowane allele w oparciu o ich względną pozycję pomiędzy anodą i katodą. Wreszcie, molekularne narzędzia genetyczne do definiowania defektu w sekwencji kodującej nukleotyd dla każdego z wadliwych alleli zostały opracowane dla badań populacyjnych, ale nie są obecnie rutynowo dostępne w laboratoriach diagnostycznych.

Epidemiologiczne rozważania ustanowiły progową ilość α1-AT niezbędną do ochrony płuc przed rozedmą. Ten ochronny poziom progowy wynosi 80 mg/dL metodą dyfuzji radialnej i 11 μM w odniesieniu do aktywności funkcjonalnej elastazy (wartości prawidłowe, odpowiednio 150 do 350 mg/dL lub 20-53 μM). U osób z PI ZZ poziomy α1-AT w surowicy skupiają się wokół średniej wartości około 6 μM.

American Thoracic Society i European Respiratory Society przedstawiły wytyczne, które zalecają badanie w kierunku niedoboru α1-AT w następujących przypadkach: (1) rozedma o wczesnym początku (młodsza niż 45 lat); (2) rozedma przy braku rozpoznanego czynnika ryzyka; (3) rozedma z wybitną hiperlucencją podstawną; (4) niewyjaśniona choroba wątroby; (5) martwicze zapalenie tkanki łącznej; (6) antyproteinazowe 3-dodatnie zapalenie naczyń (C-ANCA positive vasculitis); (7) rodzinne występowanie któregokolwiek z poniższych: rozedma płuc, bronchiektoza, choroba wątroby lub zapalenie oskrzeli (panniculitis); lub (7) bronchiektoza bez wyraźnej przyczyny.

W przypadku pacjentów z objawami choroby wątroby, biopsja wątroby w celu wykonania mikroskopii świetlnej i histochemicznej oraz ewentualnej mikroskopii elektronowej jest cenna dla oceny choroby wątroby i identyfikacji PAS-dodatnich kuleczek opornych na diastazę w hepatocytach. U noworodków globulki te mogą być niewyraźne i słabo rozwinięte, ale z wiekiem ich liczba wzrasta. Szczególnie u dorosłych pacjentów mogą one być związane z zapaleniem wrotnym i okołowrotnym. Potwierdzenie charakteru globulek może być uzyskane za pomocą technik immunohistochemicznych, z użyciem immunoperoksydazy sprzężonej z przeciwciałem α1-AT. Wreszcie, lokalizacja tych globulek w obrębie retikulum endoplazmatycznego może być potwierdzona za pomocą mikroskopii elektronowej.

Back to Top

Leczenie

W zaawansowanej i ulegającej dekompensacji chorobie wątroby jedynym dostępnym sposobem postępowania jest ortotopowe przeszczepienie wątroby (OLT). Jest to najczęstsze zaburzenie dziedziczne prowadzące do przeszczepienia wątroby u dzieci. Podobnie jak w chorobie Wilsona, wynik OLT jest bardzo dobry, a zastąpienie wątroby zapewnia biorcy fenotyp α1-AT dawcy.

Najnowsze metody, które mogą mieć wpływ na wydzielanie α1-AT z hepatocytu, mogą okazać się pomocne, ale są one na etapie rozwoju eksperymentalnego. Wreszcie, chociaż rozważenie terapii genowej może ostatecznie zapewnić najbardziej obiecujące podejście do niedoboru α1-AT, będzie to musiało być osiągnięte poprzez usunięcie aberrantnego zmutowanego genu, co będzie stanowiło znaczne wyzwanie.

Ponieważ niedobór α1-AT jest związany ze zmienną ekspresją fenotypową, rozsądne jest doradzanie pacjentom w odniesieniu do wszystkich innych możliwych źródeł uszkodzenia wątroby, takich jak nadużywanie alkoholu. Podobne podejście przyjęto w przypadku pacjentów z uszkodzeniem płuc – doradzanie pacjentom w zakresie szkodliwych skutków palenia tytoniu.

Terapia augmentacyjna odnosi się do egzogennego wlewu oczyszczonego, połączonego ludzkiego osocza α1-AT. Może być podawana raz w tygodniu, dwa razy w tygodniu lub raz w miesiącu. Chociaż stało się to podstawą specyficznej terapii w niedoborze α1-AT z rozedmą płuc, technika ta nie oferuje znaczącej pomocy w poprawie uszkodzenia wątroby. Badania sugerują, że augmentacja może zmniejszyć liczbę infekcji płuc, spowolnić tempo spadku czynności płuc, zmniejszyć śmiertelność i zmniejszyć tempo utraty tkanki płucnej określone przez tomografię komputerową (CT).

Back to Top

Wyniki

Wyniki leczenia, z wyjątkiem przeszczepienia wątroby, powodują konflikt celów, gdy ich celem jest zapobieganie zarówno chorobom wątroby, jak i płuc. Dzieje się tak dlatego, że korzyści płynące z każdego podejścia, które zwiększa stężenie α1-AT w surowicy w celu ochrony płuc, nie zawsze mogą zapewnić podobną ochronę wątroby. Jedynie przeszczep wątroby oferuje skuteczne leczenie tego schorzenia poprzez korektę fenotypu biorcy i normalizację krążących poziomów α1-AT.

Podsumowanie

• Niedobór alfa1-antytrypsyny (α1-AT) jest dziedzicznym zaburzeniem wątroby spowodowanym zaburzeniem wydzielania α1-AT przez hepatocyt, o różnych cechach fenotypowych.
• Najcięższe postacie charakteryzują się noworodkowym zapaleniem wątroby, przewlekłym zapaleniem wątroby, marskością wątroby, rakiem wątrobowokomórkowym i wczesną rozedmą płuc.
• Opracowano około 100 wariantów allelicznych genu α1-AT. Wariant Z jest wariantem związanym z najcięższymi cechami fenotypowymi.
• Diagnozę potwierdza analiza fenotypowa form wariantowych α1-AT w surowicy, a w przypadku wystąpienia objawów choroby wątroby – biopsja wątroby z oceną immunohistochemiczną i ultrastrukturalną.
• Leczenie polega na przeszczepieniu wątroby w przypadku zdekompensowanej choroby wątroby oraz na terapii wspomagającej w celu złagodzenia objawowej rozedmy płuc i zapobiegania jej.
• Przeszczep wątroby leczy defekt metaboliczny w niedoborze α1-AT.

Back to Top

Sugerowane lektury

1. Oświadczenie Amerykańskiego Towarzystwa Chorób Klatki Piersiowej/Europejskiego Towarzystwa Oddechowego: Standards for the diagnosis and management of individuals with alpha-1 antitrypsin deficiency. Am J Respir Crit Care Med 2003;168:818-900.
2. Berg NO, Eriksson S: Liver disease in adults with alpha-1-antitrypsin deficiency. N Engl J Med 1972;287:1264-1267.
3. Carrell RW, Lomas DA: Alpha 1-antytrypsin deficiency-a model for conformational diseases. N Engl J Med 2002;346:45-53.
4. Fischer HP, Ortiz-Pallardo ME, Ko Y, et al: Chronic liver disease in heterozygous alpha 1-antitrypsin deficiency PiZ. J Hepatol 2000;33:883-892.
5. Perlmutter DH: The cellular basis for liver injury in alpha 1-antitrypsin deficiency. Hepatology 1991;13:172-185.
6. Perlmutter DH: Clinical manifestations of alpha 1-antitrypsin deficiency. Gastroenterol Clin North Am 1995;24:27-43.
7. Rosen HR: Choroby wątroby związane z niedoborem alfa 1-antytrypsyny. In Rosen HR, Martin P (eds): Metabolic Liver Disease: Clinics in Liver Disease, vol. 2. Philadelphia, WB Saunders, 1998, pp 175-185.
8. Sharp HL, Bridges RA, Krivit W, Freier EF: Cirrhosis associated with alpha-1-antitrypsin deficiency: A previously unrecognized inherited disorder. J Lab Clin Med 1969;73:934-939.
9. Stoller JK, Aboussouan LS: Alpha1-antitrypsin deficiency. Lancet. 2005;365:2225-2236.

Back to Top

.