Kevytketjuisten proteiinien normaali (munuaisten) käsittely

Kevytketjut (molekyylipaino 22,000 d) ovat plasmasolujen syntetisoimia polypeptidejä, jotka yhdistyvät raskaiden ketjujen kanssa muodostaen immunoglobuliinien eri luokkia, esimerkiksi immunoglobuliini G:tä (IgG), immunoglobuliini M:ää (IgM) ja immunoglobuliini A:ta (IgA). Plasmasolut tuottavat normaalisti lievää ylijäämää kevyitä ketjuja, jotka joko erittyvät tai katabolisoituvat munuaisissa.

Kevyet ketjut jaetaan kahteen pääluokkaan polypeptidiketjun vakio-osassa olevan aminohapposekvenssin perusteella, ja ne nimetään kappaksi ja lambdaksi. Nämä jaetaan edelleen vähintään 10 alatyyppiin (4 kappa ja 6 lambda) polypeptidiketjun muuttuvan alueen aminohapposekvenssin perusteella. Yksittäisillä immunoglobuliineilla on joko kappa- tai lambda-kevytketjuja, mutta ei molempia.

Kappa-kevytketjut esiintyvät yleensä monomeereinä (22 000 d) ja ovat siksi riittävän pieniä suodattumaan glomeruluksen läpi, mutta niitä voi esiintyä myös dimeereinä. Lambda-kevytketjut ovat yleensä dimeerejä (44 000 d), joten niiden suodattuminen ja esiintyminen virtsassa on epätodennäköisempää. Toisinaan joko kappa- tai lambda-tyyppiset kevytketjut voivat muodostaa tetrameerejä (88 000 d), jotka eivät suodattuisi, ja potilaalla voi olla kevytketjuproteinemia ilman kevytketjuproteinuriaa.

Munuaiset ovat tärkein kevytketjujen proteiinien aineenvaihduntapaikka. Suodatetut kevytketjuiset proteiinit, jotka proksimaaliset tubulussolut reabsorboivat tandem-megaliini/kubiliinireseptorien kautta, kataboloivat lysosomaalisten entsyymien avulla. Tämä prosessi on erittäin tehokas, ja virtsaan joutuu normaalisti vain pieni määrä kevytketjuista proteiinia.

Tämän suodatettujen kevytketjuisten proteiinien metabolia (katabolia) riippuu proksimaalisten tubulussolujen normaalista toiminnasta, ja näiden solujen vaurioituminen voi johtaa kevytketjuisten proteiinien lisääntyneeseen erittymiseen virtsaan. Näin ollen kevytketjuisia proteiineja esiintyy virtsassa suurina pitoisuuksina joko silloin, kun kevytketjuisten proteiinien tuotanto on selvästi lisääntynyt, tai silloin, kun proksimaalisten tubulusten kyky imeä uudelleen kaikki suodatettu proteiini ylittyy.

Glomerulopatiaa aiheuttavat kevytketjut (G-LC) ovat vuorovaikutuksessa mesangiaalisolujen kanssa ja muuttavat mesangiaalista homeostaasiaa kahdella erilaisella tavalla riippuen siitä, onko G-LC peräisin potilaasta, jolla on LCCDD-tauti vaiko ampidoottisuus. Sitä vastoin tubulopaattiset kevytketjut (T-LC), jotka ovat peräisin potilaista, joilla on myelooman valettu nefropatia, eivät ole merkittävästi vuorovaikutuksessa mesangiaalisolujen kanssa eivätkä muuta mesangiaalista homeostaasia. Jotkin näistä kevytketjuista ovat myrkyllisiä proksimaalisille tubulussoluille ja indusoivat tulehduksellisia/proinflammatorisia sytokiineja, jotka voivat osaltaan vaikuttaa myelooman munuaissairauteen.

Kevytketjuiset proteiinit voivat ilmetä virtsassa seuraavista syistä:

• Oireeton kevytketjuinen proteinuria
• Proksimaalinen tubulaarinen toimintahäiriö (ts. Fanconin oireyhtymä)
• Kevytketjuinen kerrostumissairaus (ts. nodulaarinen glomeruloskleroosi tai harvoin, glomerulonefriitti)
• Cast-nefropatia
• Amyloidoosi

Kevytketjun isoelektrinen piste (pI) voi olla tärkeä tekijä, joka määrittää sen potentiaalin aiheuttaa munuaisvaurioita. Proteiinit, joiden pI on suhteellisen korkea (> 5,8-6), näyttävät olevan todennäköisemmin yhteydessä munuaisten vajaatoimintaan. Näillä kevyillä ketjuilla on kationinen varaus virtsan happamassa pH:ssa distaalisessa nefronissa. Tämän ansiosta ne voivat olla vuorovaikutuksessa anionisen Tamm-Horsfall-mukoproteiinin kanssa, jolloin ne muodostavat tukkeutuvia valumia. Jotkut tutkijat eivät kuitenkaan ole pystyneet vahvistamaan korrelaatiota nefrotoksisuuden ja kevytketjuisten proteiinien pI:n välillä.

Fanconin oireyhtymä (proksimaalisen tubuluksen toimintahäiriö)

Fanconin oireyhtymä on proksimaalisen tubuluksen yleistynyt toimintahäiriö, joka johtaa vaihtelevan asteiseen fosfaatin, glukoosin, aminohappojen ja bikarbonaattien tuhlaukseen proksimaalisen tubuluksen kautta. Tämä voi esiintyä perinnöllisenä häiriönä (lapsilla) tai hankittuna muotona. Aikuisilla hankittuihin muotoihin liittyy yleensä paraproteinemioita.

Kevytketjuiset proteiinit katabolisoituvat proksimaalisissa tubuluksissa, ja niiden puhdistuma vaihtelee käänteisesti kreatiniinipuhdistuman kanssa. Kevytketjujen suurentunut pitoisuus vaikuttaa toksisesti munuaistubulusten toimintaan; vaikutuskohdasta riippuen tämä voi johtaa seuraaviin seurauksiin:

• Fanconin oireyhtymä (proksimaalinen tubulaarinen toimintahäiriö)
• Distaalinen munuaistubulaarinen asidoosi
• Nefrogeeninen diabeteksen insipidus

Valoketjujen laskeutumissairaus

Valoketjujen laskeutumissairaus (LCDD, Light Chain Deposition Disease) on systeeminen sairaus, joka johtuu monoklonaalisten valoketjujen ylituotannosta ja ekstrasellulaarisesta laskeutumisesta.

Kerrostuminen ei tarkoita patogeenisuutta. Lin ja Gallo ovat kuvanneet IF:n perusteella LCDD:tä muistuttavan valoketjujen laskeuman, mutta jossa tubulaarisessa tyvikalvossa ei ole granulaarisia elektronitiheitä laskeumia tai niitä on vain niukasti ilman glomerulaarisia leesioita tai tubulaarisen tyvikalvon paksuuntumista. Näin ollen pelkkää LC:n IF-värjäytymistä ei pitäisi pitää riittävänä kriteerinä paikalliseen fibroosiin liittyvän MIDD:n diagnoosille.

Noin 80 %:ssa tapauksista nämä kerrostumat koostuvat pikemminkin kappa- kuin lambda-kevytketjuista ja ovat granulaarisia, eivätkä muodosta fibrillejä tai beetalevyjä, ja ne ovat negatiivisia Kongon punavärjäyksen, tioflaviini T:n tai seerumin amyloidiproteiinien (SAP) suhteen. Immunoglobuliinin kevytketjun vakioalue kerrostuu tässä häiriössä verrattuna AL-amyloidin fibrilleihin, jotka ovat peräisin kevytketjujen muuttuvasta alueesta.

Glomeruloskleroosin patogeneesi LCDD:ssä ei ole täysin selvä, mutta patogeeniset Ig-ketjut stimuloivat mesangiaalisoluja erittämään solunulkoisen matriksin komponentteja kasvutekijöillä, erityisesti transformoivalla kasvutekijä-beetalla, jotka toimivat autokoidina ja edistävät soluja tuottamaan matriksin proteiineja, kuten tyypin IV kollageeniä, laminiineja, fibronektiineja ja tenassiinia.

Myelooman munuainen (valettu nefropatia)

Myelooman multippelia myeloomaa sairastavista potilaista yli 50 % kuolee munuaisten vajaatoimintaan, ja suuri osa näistä kuolemantapauksista johtuu virheellisesti niin sanotusta myelooman munuaisesta. Myeloomamunuaiset ovat kuitenkin vain yksi monista multippelia myeloomaa sairastavien potilaiden munuaisten toimintahäiriön syistä, joissa havaitaan nimenomaan proteiinipitoisia valukappaleita, jotka tukkivat distaaliset tubulukset ja keräilykanavat.

Tekijöitä, jotka saattavat myötävaikuttaa myelooman kipsinefropatiaan, ovat muun muassa seuraavat:

1. Terveiden kevytketjujen suora toksisuus tubulussoluille (verrattuna kevytketjujen fragmenttien laskeutumiseen kevytketjujen laskeumataudissa tai amyloidoosissa)
2. Proteiinikompleksien muodostuminen distaalisessa nefronissa
3. Tubulusnesteen pH
4. Munuaisen plasmavirtauksen väheneminen ja glomerulaarinen suodatusnopeuden pieneneminen (ts, virtsavirtauksen väheneminen)
5. Systeemiset elektrolyyttipoikkeavuudet (esim. hyperkalsemia, hyperurikemia, hyperviskositeetti ja dehydraatio)

Minkä tahansa seuraavan samanaikainen käyttö voi saostaa akuuttia munuaisvauriota:

• Radiokontrastiaineet
• Ei-steroidiset tulehduskipulääkkeet
• Angiotensin-konvertoivan entsyymin estäjät tai angiotensiinireseptorin salpaajat

Amyloidoosi

Adams tunnisti todennäköisesti amyloidoosin ja multippelin myelooman yhteyden vuonna 1872, mutta Magnus-Levy ehdotti Bence Jonesin proteinurian (BJP) ja amyloidoosin välistä yhteyttä vuonna 1931.

Vuonna 1971 Glenner ym. osoittivat, että primaarista amyloidoosia sairastavan potilaan amyloidifibrilleillä oli aminohapposekvenssi, joka oli lähes identtinen monoklonaalisten kevyiden ketjujen (eli Bence Jones -proteiinien) muuttuvan osan kanssa, ja että Bence Jones -proteiineista voitiin luoda amyloidifibrillejä, mikä osoitti immunoglobuliinien kevyiden ketjujen ja erään amyloidityypin välillä olevan selvän yhteyden.

Amyloidi ei ole yksittäinen aine, vaan koostumukseltaan vaihtelevien monimutkaisten glykoproteiinien perhe, jotka muuntuvat (misfolding) beetafibrilleistä. Amyloideilla on yhteinen tyypillinen ultrastruktuuri (haarautumattomat fibrillit, jotka ovat 7,5-10 nm leveitä ja epämääräisen pituisia) ja tinktoriset ominaisuudet (vihreä kaksoiskäyrävärjäytyminen, kun niitä värjätään Kongon punaisella, ja voimakas kellanvihreä fluoresenssi, kun niitä värjätään tioflaviini T:llä), ja niillä on yhteinen ominaispiirre, ja ne sitoutuvat seerumin amyloidi P:hen (SAP). Useita amyloidoosin muotoja tunnistetaan riippuen esiasteproteiinin luonteesta.

AL-amyloidi

Immunoglobuliinin kevytketjut ovat näiden proteiinien pääkomponentti, jota tavataan potilailla, joilla on primaarinen amyloidoosi ja multippeli myelooma. Multippelia myeloomaa sairastavista potilaista 6-24 %:lle kehittyy amyloidoosi. Sitä vastoin primaarista (AL) amyloidoosia sairastavista potilaista huomattavalla osalla on tai heille kehittyy lopulta plasmasolujen dyskrasia, johon liittyy plasmasytoosi luuytimessä, immunoglobuliinien kevyet ketjut seerumissa ja Bence-Jonesin proteiinit.

AA-amyloidi (SAA)

AA-amyloidin pääkomponentti on 76 aminohaposta koostuva proteiini, jonka molekyylipaino on 8500 d ja joka ei liity immunoglobuliineihin. Tätä tyyppiä esiintyy potilailla, joilla on kroonisiin infektioihin tai tulehdustiloihin, kuten nivelreumaan, syfilikseen ja krooniseen osteomyeliittiin, liittyvä sekundaarinen amyloidoosi.

Transtyretiini (TTR; prealbumiini)

Seniilissä amyloidoosissa transtyretiini on villiintynyt tai mutaatioita vailla oleva ja familiaalisessa amyloidoosissa mutaantunut.

Beta-2-mikroglobuliinin dialyysiin liittyvä amyloidoosi

Tekijät, jotka määräävät, onko kyseessä tietyn monoklonaalisen kevytketjun fibrillaarinen vai granulaarinen laskeuma, ovat epäselviä, ja ne näyttävät riippuvan biokemiallisista ominaisuuksista tai kevytketjuista ja siitä, ovatko ne ehjiä vai fragmentteja. Valoketjujen on osoitettu assosioituvan itsestään muodostaen korkean molekyylipainon aggregaatteja, jotka laskeutuvat kudoksiin joko fibrillien muodostumisen yhteydessä tai ilman sitä. Proteiinin nettovaraus voi olla tärkeä amyloidogeenisen potentiaalin määräävä tekijä.

Eläinmalleilla tehdyt tutkimukset ja in vitro -tutkimukset sekundaarisesta (AA) amyloidoosista viittaavat siihen, että kroonisen vamman seurauksena monosyytit aktivoituvat ja vapauttavat interleukiini 1:tä, joka vaikuttaa maksaan indusoidakseen seerumin amyloidiksi (SAA) kutsutun esiasteproteiinin synteesin. Tämän jälkeen makrofagit hajottavat SAA:ta tiettyjen tehostavien tekijöiden, niin sanottujen kofaktoreiden, kuten seerumin amyloidi P-komponentin (SAP), glykosaminoglykaanien ja tiettyjen apolipoproteiinien (E ja J) vaikutuksesta, ja on epäselvää, laskeutuvatko nämä kofaktorit fibrillogeneesin aikana vai fibrillogeenisen tapahtuman jälkeen.