Normaler (renaler) Umgang mit leichtkettigen Proteinen

Leichtketten (Molekulargewicht 22,000 d) sind Polypeptide, die von Plasmazellen synthetisiert und mit den schweren Ketten zu den verschiedenen Klassen von Immunglobulinen zusammengefügt werden, z. B. Immunglobulin G (IgG), Immunglobulin M (IgM) und Immunglobulin A (IgA). Plasmazellen produzieren normalerweise einen leichten Überschuss an leichten Ketten, die entweder ausgeschieden oder von der Niere abgebaut werden.

Leichtketten werden auf der Grundlage der Aminosäuresequenz im konstanten Teil der Polypeptidkette in zwei Hauptklassen eingeteilt und als kappa und lambda bezeichnet. Diese werden auf der Grundlage der Aminosäuresequenz in der variablen Region der Polypeptidkette in mindestens 10 Subtypen (4 Kappa und 6 Lambda) unterteilt. Einzelne Immunglobuline haben entweder Kappa- oder Lambda-Leichtketten, aber nicht beide.

Kappa-Leichtketten liegen in der Regel als Monomere (22.000 d) vor und sind daher klein genug, um durch den Glomerulus gefiltert zu werden, sie können aber auch als Dimere vorliegen. Lambda-Leichtketten liegen in der Regel als Dimere (44.000 d) vor und werden daher mit geringerer Wahrscheinlichkeit gefiltert und erscheinen im Urin. Manchmal können Leichtketten vom Kappa- oder Lambda-Typ Tetramere (88.000 d) bilden, die nicht gefiltert werden, und ein Patient kann eine Leichtkettenproteinämie ohne Leichtkettenproteinurie haben.

Die Niere ist der Hauptort des Metabolismus von Leichtkettenproteinen. Die gefilterten leichtkettigen Proteine, die von den proximalen Tubuluszellen über die Tandem-Megalin/Cubilin-Rezeptoren rückresorbiert werden, werden durch lysosomale Enzyme abgebaut. Dieser Prozess ist äußerst effizient, so dass normalerweise nur eine winzige Menge leichtkettiger Proteine im Urin erscheint.

Der Metabolismus (Katabolismus) dieser gefilterten leichtkettigen Proteine hängt von der normalen Funktion der proximalen Tubuluszellen ab, und eine Schädigung dieser Zellen kann zu einer erhöhten Ausscheidung leichtkettiger Proteine im Urin führen. Daher treten leichtkettige Proteine im Urin in hoher Konzentration auf, wenn entweder die Produktion leichtkettiger Proteine deutlich erhöht ist oder wenn die Fähigkeit der proximalen Tubuli, alle gefilterten Proteine zu resorbieren, überschritten wird.

Glomerulopathische leichtkettige Proteine (G-LC) interagieren mit Mesangialzellen und verändern die mesangiale Homöostase auf zwei verschiedene Arten, je nachdem, ob G-LC von einem Patienten mit LCCDD oder Amyloidose stammt. Im Gegensatz dazu interagieren die tubulopathischen Leichtketten (T-LC) von Patienten mit myelombedingter Nephropathie nicht signifikant mit Mesangialzellen und verändern die mesangiale Homöostase nicht. Einige dieser Leichtketten sind toxisch für proximale Tubuluszellen und induzieren entzündliche/proinflammatorische Zytokine, die zur Nierenerkrankung bei Myelom beitragen können.

Leichtkettenproteine können aus folgenden Gründen im Urin nachgewiesen werden:

• Asymptomatische Leichtkettenproteinurie
• Proximale tubuläre Dysfunktion (d. h. Fanconi-Syndrom)
• Leichtkettenablagerungskrankheit (d. h. noduläre Glomerulosklerose oder, selten, Glomerulonephritis)
• Gegossene Nephropathie
• Amyloidose

Der isoelektrische Punkt (pI) der leichten Kette kann eine wichtige Determinante für ihr Potenzial zur Auslösung von Nierenschäden sein. Proteine mit einem relativ hohen pI-Wert (> 5,8-6) scheinen eher mit Nierenversagen in Verbindung gebracht zu werden. Diese leichten Ketten haben bei saurem Urin-pH im distalen Nephron eine kationische Ladung. Dadurch können sie mit dem anionischen Tamm-Horsfall-Mucoprotein interagieren und so verstopfende Abdrücke bilden. Einige Forscher waren jedoch nicht in der Lage, die Korrelation zwischen Nephrotoxizität und pI der Leichtkettenproteine zu bestätigen.

Fanconi-Syndrom (proximale tubuläre Dysfunktion)

Das Fanconi-Syndrom ist eine allgemeine Funktionsstörung des proximalen Tubulus, die zu einem unterschiedlichen Grad an Phosphat-, Glukose-, Aminosäure- und Bikarbonatverlust im proximalen Tubulus führt. Dies kann als erbliche Störung (bei Kindern) oder als erworbene Form auftreten. Erworbene Formen bei Erwachsenen sind in der Regel mit Paraproteinämien verbunden.

Leichtkettige Proteine werden in den proximalen Tubuli abgebaut, und ihre Clearance variiert umgekehrt zur Clearance von Kreatinin. Eine erhöhte Konzentration von Leichtketten hat eine toxische Wirkung auf die Funktion der Nierentubuli; je nach Wirkungsort kann dies Folgendes zur Folge haben:

• Fanconi-Syndrom (proximale tubuläre Dysfunktion)
• Distale renale tubuläre Azidose
• Nephrogener Diabetes insipidus

Leichtkettenablagerungskrankheit

Die Leichtkettenablagerungskrankheit (LCDD) ist eine systemische Erkrankung, die durch die Überproduktion und extrazelluläre Ablagerung von monoklonalen Leichtketten verursacht wird.

Ablagerung bedeutet nicht gleich Pathogenität. Lin und Gallo haben Ablagerungen von Leichtketten beschrieben, die in der IF der LCDD ähneln, aber keine oder nur spärliche granuläre, elektronendichte Ablagerungen in der tubulären Basalmembran aufweisen, ohne glomeruläre Läsionen oder Verdickung der tubulären Basalmembran. Daher sollte die IF-Färbung von LC allein nicht als ausreichendes Kriterium für die Diagnose einer MIDD angesehen werden, die mit einer lokalen Fibrose einhergeht.

In etwa 80 % der Fälle bestehen diese Ablagerungen aus Kappa- und nicht aus Lambda-Leichtketten, sind körnig, bilden keine Fibrillen oder Beta-Faltblätter und sind negativ für Kongorot-Färbung, Thioflavin T oder Serumamyloidprotein (SAP). Bei dieser Störung lagert sich die konstante Region der leichten Immunglobulinkette ab, im Gegensatz zu den Fibrillen des AL-Amyloids, die aus der variablen Region der leichten Ketten stammen.

Die Pathogenese der Glomerulosklerose bei LCDD ist nicht vollständig geklärt, aber pathogene Ig-Ketten stimulieren Mesangialzellen zur Sekretion von extrazellulären Matrixkomponenten durch Wachstumsfaktoren, insbesondere den transformierenden Wachstumsfaktor-beta, der als Autokoid wirkt und die Zellen zur Produktion von Matrixproteinen wie Kollagen Typ IV, Laminin, Fibronektin und Tenascin anregt.

Myelom-Niere (Gipsnephropathie)

Mehr als 50 % der Patienten mit Multiplem Myelom sterben an Nierenversagen, und ein großer Teil dieser Todesfälle wird fälschlicherweise der so genannten Myelom-Niere zugeschrieben. Die Myelomniere ist jedoch nur eine von mehreren Ursachen für eine Nierenfunktionsstörung bei Patienten mit multiplem Myelom, bei der insbesondere proteinhaltige Ablagerungen beobachtet werden, die die distalen Tubuli und Sammelkanäle verstopfen.

Zu den Faktoren, die zur Myelom-Gussnephropathie beitragen können, gehören die folgenden:

1. Die direkte Toxizität der intakten Leichtketten für die Tubuluszellen (im Vergleich zur Ablagerung von Leichtkettenfragmenten bei der Leichtkettenablagerungskrankheit oder Amyloidose)
2. Proteinkomplexbildung im distalen Nephron
3. PH-Wert der Tubulusflüssigkeit
4. Eine Verringerung des Nierenplasmaflusses und der glomerulären Filtrationsrate (d. h, verminderter Urinfluss)
5. Systemische Elektrolytanomalien (z. B. Hyperkalzämie, Hyperurikämie, Hyperviskosität und Dehydratation)

Die gleichzeitige Anwendung einer der folgenden Substanzen kann eine akute Nierenschädigung beschleunigen:

• Radiokontrastmittel
• Nichtsteroidale Antirheumatika
• Angiotensin-Umwandlungsenzyminhibitoren oder Angiotensinrezeptorblocker

Amyloidose

Adams erkannte wahrscheinlich 1872 den Zusammenhang zwischen Amyloidose und Multiplem Myelom, aber Magnus-Levy schlug 1931 einen Zusammenhang zwischen Bence-Jones-Proteinurie (BJP) und Amyloidose vor.

1971 wiesen Glenner et al. nach, dass Amyloidfibrillen von einem Patienten mit primärer Amyloidose eine Aminosäuresequenz aufwiesen, die fast identisch mit dem variablen Teil monoklonaler leichter Ketten (d. h. Bence-Jones-Proteine) war, und dass Amyloidfibrillen aus Bence-Jones-Proteinen gebildet werden konnten, wodurch eine eindeutige Verbindung zwischen leichten Immunglobulinketten und einer Art von Amyloid hergestellt wurde.

Amyloid ist keine einzelne Substanz, sondern eine Familie komplexer Glykoproteine von unterschiedlicher Zusammensetzung, die sich zu beta-gefalteten Fibrillen umwandeln (fehlfalten). Amyloide haben eine gemeinsame charakteristische Ultrastruktur (unverzweigte Fibrillen von 7,5-10 nm Breite und unbestimmter Länge) und färbende Eigenschaften (grüne Doppelbrechung bei Färbung mit Kongorot und intensive gelb-grüne Fluoreszenz mit Thioflavin T) und binden an Serum-Amyloid P (SAP). Je nach Art des Vorläuferproteins werden verschiedene Formen der Amyloidose unterschieden.

AL-Amyloid

Immunglobulin-Leichtketten sind der Hauptbestandteil dieser Proteine, der bei Patienten mit primärer Amyloidose und multiplem Myelom gefunden wird. Von den Patienten mit multiplem Myelom entwickeln 6-24 % eine Amyloidose. Umgekehrt hat ein erheblicher Anteil der Patienten mit primärer (AL-)Amyloidose eine Plasmazelldyskrasie mit Plasmozytose im Knochenmark, Immunglobulin-Leichtketten im Serum und Bence-Jones-Proteinen oder entwickelt diese.

AA-Amyloid (SAA)

Der Hauptbestandteil des AA-Amyloids ist ein Protein, das aus 76 Aminosäuren mit einem Molekulargewicht von 8500 d besteht und nicht mit Immunglobulinen verwandt ist. Dieser Typ findet sich bei Patienten mit sekundärer Amyloidose im Zusammenhang mit chronischen Infektionen oder Entzündungen wie rheumatoider Arthritis, Syphilis und chronischer Osteomyelitis.

Transthyretin (TTR; Präalbumin)

Bei der senilen Amyloidose handelt es sich um Wildtyp oder nicht mutiertes Transthyretin, bei der familiären Amyloidose um eine mutierte Form.

Beta-2-Mikroglobulinin bei dialysebedingter Amyloidose

Die Faktoren, die bestimmen, ob es sich um eine fibrilläre oder granuläre Ablagerung einer bestimmten monoklonalen Leichtkette handelt, sind unklar und scheinen von den biochemischen Eigenschaften der Leichtketten und davon abhängig zu sein, ob sie intakt oder in Fragmenten vorliegen. Es hat sich gezeigt, dass sich die leichten Ketten selbst assoziieren und Aggregate mit hohem Molekulargewicht bilden, die sich im Gewebe mit oder ohne Fibrillenbildung ablagern. Die Nettoladung des Proteins kann eine wichtige Determinante des amyloidogenen Potenzials sein.

Studien an Tiermodellen und In-vitro-Untersuchungen der sekundären (AA-)Amyloidose deuten darauf hin, dass als Reaktion auf eine chronische Verletzung Monozyten aktiviert werden und Interleukin 1 freisetzen, das auf die Leber einwirkt, um die Synthese eines als Serumamyloid (SAA) bezeichneten Vorläuferproteins zu induzieren. SAA wird dann von Makrophagen unter dem Einfluss bestimmter fördernder Faktoren, so genannter Kofaktoren, wie der Serum-Amyloid-P-Komponente (SAP), Glykosaminoglykanen und bestimmten Apolipoproteinen (E und J), abgebaut. Es ist unklar, ob sich diese Kofaktoren während der Fibrillogenese oder nach einem fibrillogenen Ereignis ablagern.