Normale gestione (renale) delle proteine a catena leggera

Le catene leggere (peso molecolare 22,000 d) sono polipeptidi sintetizzati dalle plasmacellule e assemblati con le catene pesanti per formare le varie classi di immunoglobuline, per esempio, immunoglobulina G (IgG), immunoglobulina M (IgM), e immunoglobulina A (IgA). Le cellule del plasma producono normalmente un leggero eccesso di catene leggere che vengono escrete o catabolizzate dal rene.

Le catene leggere sono divise in 2 classi principali basate sulla sequenza di aminoacidi nella porzione costante della catena polipeptidica e sono designate come kappa e lambda. Queste sono ulteriormente suddivise in almeno 10 sottotipi (4 kappa e 6 lambda) in base alla sequenza di aminoacidi nella regione variabile della catena polipeptidica. Le singole immunoglobuline hanno catene leggere kappa o lambda, ma non entrambe.

Le catene leggere kappa di solito esistono come monomeri (22.000 d) e sono quindi abbastanza piccole da essere filtrate attraverso il glomerulo, ma possono esistere come dimeri. Le catene leggere Lambda di solito esistono come dimeri (44.000 d) e, quindi, hanno meno probabilità di essere filtrate e comparire nelle urine. A volte, le catene leggere di tipo kappa o lambda possono formare tetrameri (88.000 d), che non vengono filtrati, e un paziente può avere proteinemia a catena leggera senza proteinuria a catena leggera.

Il rene è il principale sito di metabolismo delle proteine a catena leggera. Le proteine a catena leggera filtrate, riassorbite dalle cellule tubulari prossimali attraverso i recettori tandem megalina/cubilina, sono catabolizzate dagli enzimi lisosomiali. Questo processo è estremamente efficiente, e solo una quantità minima di proteine a catena leggera appare normalmente nelle urine.

Il metabolismo (catabolismo) di queste proteine a catena leggera filtrate dipende dalla normale funzione delle cellule tubulari prossimali, e un danno a queste cellule può provocare una maggiore escrezione di proteine a catena leggera nelle urine. Quindi, le proteine a catena leggera appaiono nelle urine in alta concentrazione quando la produzione di proteine a catena leggera è marcatamente aumentata o quando viene superata la capacità dei tubuli prossimali di riassorbire tutte le proteine filtrate.

Le catene leggere glomerulopatiche (G-LC) interagiscono con le cellule mesangiali e alterano l’omeostasi mesangiale in 2 modi diversi, a seconda che la G-LC provenga da un paziente con LCCDD o amiloidosi. Al contrario, le catene leggere tubulopatiche (T-LC) provenienti da pazienti con nefropatia da cast del mieloma non interagiscono significativamente con le cellule mesangiali e non alterano l’omeostasi mesangiale. Alcune di queste catene leggere sono tossiche per le cellule del tubulo prossimale e inducono citochine infiammatorie/proinfiammatorie che possono contribuire alla malattia renale nel mieloma.

Le proteine a catena leggera possono manifestarsi nelle urine a causa di quanto segue:

• proteinuria asintomatica a catena leggera
• Disfunzione tubulare prossimale (cioè, sindrome di Fanconi)
• Malattia da deposito di catena leggera (cioè, glomerulosclerosi nodulare o, raramente, glomerulonefrite)
• Nefropatia da colata
• Amiloidosi

Il punto isoelettrico (pI) della catena leggera può essere un importante determinante del suo potenziale di indurre danno renale. Le proteine con un pI relativamente alto (> 5,8-6) sembrano essere maggiormente associate all’insufficienza renale. Queste catene leggere hanno una carica cationica a pH acido delle urine nel nefrone distale. Questo permette loro di interagire con la mucoproteina anionica di Tamm-Horsfall, formando così dei getti ostruenti. Tuttavia, alcuni ricercatori non sono stati in grado di confermare la correlazione tra nefrotossicità e pI delle proteine a catena leggera.

Sindrome di Fanconi (disfunzione tubulare prossimale)

La sindrome di Fanconi è una disfunzione generalizzata del tubulo prossimale che comporta gradi variabili di spreco di fosfato, glucosio, aminoacidi e bicarbonato da parte del tubulo prossimale. Questo può verificarsi come un disordine ereditario (nei bambini) o come una forma acquisita. Le forme acquisite negli adulti sono di solito associate a paraproteinemie.

Le proteine a catena leggera sono catabolizzate nei tubuli prossimali, e la loro clearance varia inversamente alla clearance della creatinina. Un’aumentata concentrazione di catene leggere esercita un effetto tossico sulla funzione tubulare renale; a seconda del sito d’azione, ciò può provocare quanto segue:

• Sindrome di Fanconi (disfunzione tubulare prossimale)
• Acidosi tubulare renale distale
• Diabete insipido nefrogenico

Malattia da deposito di catene leggere

La malattia da deposito di catene leggere (LCDD) è una malattia sistemica causata dalla sovrapproduzione e dal deposito extracellulare di catene leggere monoclonali.

La deposizione non significa patogenicità. Lin e Gallo hanno descritto la deposizione di catene leggere simile alla LCDD tramite IF, ma senza o con solo scarsi depositi granulari densi di elettroni nella membrana tubulare di base, senza lesioni glomerulari o ispessimento della membrana tubulare di base. Quindi, la colorazione IF del LC da sola non dovrebbe essere considerata un criterio sufficiente per la diagnosi di MIDD che è associata a fibrosi locale.

In circa l’80% dei casi, questi depositi sono composti da catene leggere kappa, piuttosto che lambda, e sono granulari, e non formano fibrille o fogli beta-pleati e sono negativi per la colorazione rosso Congo, tioflavina T, o proteina sierica amiloide (SAP). La regione costante della catena leggera dell’immunoglobulina è depositata in questo disturbo, rispetto alle fibrille dell’amiloide AL che derivano dalla regione variabile delle catene leggere.

La patogenesi della glomerulosclerosi nella LCDD non è del tutto chiara, ma le catene Ig patogene stimolano le cellule mesangiali a secernere componenti della matrice extracellulare attraverso fattori di crescita, specialmente il fattore di crescita-beta trasformante, che agiscono come un autocoide e promuovono le cellule a produrre proteine della matrice, come collagene di tipo IV, laminina, fibronectina e tenascina.

Rene del mieloma (nefropatia da calco)

Più del 50% dei pazienti con mieloma multiplo muore per insufficienza renale, e un gran numero di queste morti sono erroneamente attribuite al cosiddetto rene del mieloma. Tuttavia, il rene da mieloma è solo una delle diverse cause di disfunzione renale nei pazienti con mieloma multiplo, in cui si osservano specificamente calchi proteici che ostruiscono i tubuli distali e i dotti collettori.

I fattori che potrebbero contribuire alla nefropatia da calchi del mieloma sono i seguenti:

1. La tossicità diretta delle catene leggere intatte per le cellule tubulari (rispetto alla deposizione di frammenti di catene leggere nella malattia da deposizione di catene leggere o nell’amiloidosi)
2. Formazione di complessi proteici nel nefrone distale
3. PH del fluido tubulare
4. Una riduzione del flusso plasmatico renale e della velocità di filtrazione glomerulare (es, diminuzione del flusso di urina)
5. Anomalie elettrolitiche sistemiche (es. ipercalcemia, iperuricemia, iperviscosità e disidratazione)

L’uso concomitante di uno dei seguenti farmaci può precipitare un danno renale acuto:

• Agenti di radiocontrasto
• Farmaci antinfiammatori non steroidei
• Inibitori dell’enzima di conversione dell’angiotensinainibitori dell’enzima di conversione o bloccanti del recettore dell’angiotensina

Amiloidosi

Adams ha probabilmente riconosciuto l’associazione di amiloidosi e mieloma multiplo nel 1872, ma Magnus-Levy suggerì una relazione tra la proteinuria di Bence Jones (BJP) e l’amiloidosi nel 1931.

Nel 1971, Glenner et al dimostrarono che le fibrille amiloidi di un paziente con amiloidosi primaria avevano una sequenza aminoacidica quasi identica alla porzione variabile delle catene leggere monoclonali (cioè le proteine di Bence Jones) e che le fibrille amiloidi potevano essere create dalle proteine di Bence Jones, stabilendo un legame definitivo tra le catene leggere immunoglobuliniche e un tipo di amiloide.

L’amiloide non è una singola sostanza, ma una famiglia di glicoproteine complesse di composizione variabile che subiscono una trasformazione (misfolding) per ottenere fibrille beta-pleate. Gli amiloidi hanno un’ultrastruttura caratteristica comune (fibrille non ramificate larghe 7,5-10 nm e di lunghezza indefinita) e proprietà tintoriali (birifrangenza verde quando colorate con rosso Congo e intensa fluorescenza giallo-verde con tioflavina T) e si legano alla sieroamiloide P (SAP). Diverse forme di amiloidosi sono riconosciute a seconda della natura della proteina precursore.

AL amiloide

Le catene leggere di immunoglobulina sono il principale costituente di queste proteine, che si trova in pazienti con amiloidosi primaria e mieloma multiplo. Tra i pazienti con mieloma multiplo, il 6-24% sviluppa amiloidosi. Al contrario, tra i pazienti che presentano un’amiloidosi primaria (AL), una percentuale sostanziale ha, o alla fine sviluppa, una discrasia delle plasmacellule con plasmacitosi nel midollo osseo, catene leggere di immunoglobuline nel siero e proteine di Bence-Jones.

A amiloide (SAA)

Il componente principale dell’amiloide AA è una proteina composta da 76 aminoacidi con un peso molecolare di 8500 d che non è collegata alle immunoglobuline. Questo tipo si trova in pazienti con amiloidosi secondaria associata a infezioni croniche o condizioni infiammatorie, come l’artrite reumatoide, la sifilide e l’osteomielite cronica.

Transtiretina (TTR; prealbumina)

Questa è transtiretina wild-type o non mutata nell’amiloidosi senile e una forma mutata nell’amiloidosi familiare.

Beta-2 microglobulina nell’amiloidosi legata alla dialisi

I fattori che determinano un deposito fibrillare o granulare di una data catena leggera monoclonale non sono chiari e sembrano dipendere dalle proprietà biochimiche o dalle catene leggere e dal fatto che siano intatte o in frammenti. È stato dimostrato che le catene leggere si auto-associano per formare aggregati ad alto peso molecolare che si depositano nei tessuti con o senza formazione di fibrille. La carica netta della proteina può essere un importante determinante del potenziale amiloidogenico.

Studi su modelli animali e studi in vitro di amiloidosi secondaria (AA) suggeriscono che in risposta a lesioni croniche, i monociti sono attivati e rilasciano l’interleuchina 1, che agisce sul fegato per indurre la sintesi di una proteina precursore designata come siero amiloide (SAA). La SAA viene poi degradata dai macrofagi sotto l’influenza di alcuni fattori di potenziamento, chiamati cofattori, come la componente P dell’amiloide del siero (SAP), i glicosaminoglicani e alcune apolipoproteine (E e J), e non è chiaro se questi cofattori si depositano durante la fibrillogenesi o dopo un evento fibrillogeno.