Normal (renal) hantering av proteiner med lätta kedjor
Lätta kedjor (molekylvikt 22,000 d) är polypeptider som syntetiseras av plasmaceller och sätts samman med tunga kedjor för att bilda de olika klasserna av immunoglobuliner, t.ex. immunoglobulin G (IgG), immunoglobulin M (IgM) och immunoglobulin A (IgA). Plasmacellerna producerar normalt ett litet överskott av lätta kedjor som antingen utsöndras eller kataboliseras av njurarna.
Lätta kedjor delas in i 2 huvudklasser baserat på aminosyrasekvensen i den konstanta delen av polypeptidkedjan och betecknas som kappa och lambda. Dessa delas vidare in i minst 10 subtyper (4 kappa och 6 lambda) baserat på aminosyrasekvensen i den variabla delen av polypeptidkedjan. Enskilda immunglobuliner har antingen kappa- eller lambda-ljuskedjor, men inte båda.
Kappa-ljuskedjor existerar vanligen som monomerer (22 000 d) och är därför tillräckligt små för att filtreras genom glomerulus, men de kan existera som dimerer. Lambda-lättkedjor existerar vanligtvis som dimerer (44 000 d) och är därför mindre benägna att filtreras och dyka upp i urinen. Ibland kan lätta kedjor av antingen kappa- eller lambda-typ bilda tetramerer (88 000 d), som inte filtreras, och en patient kan ha lättkedjeproteinemi utan lättkedjeproteinuri.
Njuren är den viktigaste platsen för metabolism av lättkedjeproteiner. De filtrerade lättkedjeproteinerna, som återabsorberas av de proximala tubulära cellerna via tandem megalin/cubilinreceptorerna, kataboliseras av lysosomala enzymer. Denna process är ytterst effektiv och endast en mycket liten mängd ljuskedjeprotein förekommer normalt i urinen.
Metabolism (katabolism) av dessa filtrerade ljuskedjeproteiner är beroende av att de proximala tubulära cellerna fungerar normalt, och skador på dessa celler kan resultera i ökad utsöndring av ljuskedjeproteiner i urinen. Därför förekommer lättkedjeproteiner i hög koncentration i urinen antingen när produktionen av lättkedjeproteiner är markant ökad eller när de proximala tubuliens förmåga att återabsorbera allt filtrerat protein överskrids.
Glomerulopatiska lättkedjor (G-LC) interagerar med mesangiala celler och förändrar den mesangiala homeostasen på 2 olika sätt, beroende på om G-LC kommer från en patient med LCCDD eller amyloidos. Däremot interagerar de tubulopatiska lätta kedjorna (T-LC) från patienter med myelomgjuten nefropati inte signifikant med mesangiala celler och förändrar inte den mesangiala homeostasen. Vissa av dessa lätta kedjor är toxiska för proximala tubuliceller och inducerar inflammatoriska/proinflammatoriska cytokiner som kan bidra till njursjukdom vid myelom.
Lättkedjeproteiner kan manifesteras i urinen på grund av följande:
-
Asymtomatisk lättkedjeproteinuri
-
Proximal tubulär dysfunktion (dvs. Fanconis syndrom)
-
Lättkedjeavlagringssjukdom (dvs. nodulär glomeruloskleros eller, sällan, glomerulonefrit)
-
Cast nephropathy
-
Amyloidos
Den isoelektriska punkten (pI) för den lätta kedjan kan vara en viktig bestämningsfaktor för dess potential att inducera njurskador. Proteiner med en relativt hög pI (> 5,8-6) verkar ha större sannolikhet att förknippas med njursvikt. Dessa lätta kedjor har en katjonisk laddning vid surt pH i urinen i det distala nefronet. Detta gör att de kan interagera med det anjoniska Tamm-Horsfall-mukoproteinet och därigenom bilda obstruerande avgjutningar. Vissa forskare har dock inte kunnat bekräfta korrelationen mellan nefrotoxicitet och pI hos de lätta kedjeproteinerna.
Fanconis syndrom (proximal tubulär dysfunktion)
Fanconis syndrom är en generaliserad dysfunktion i den proximala tubulären som resulterar i varierande grader av fosfat-, glukos-, aminosyra- och bikarbonatförlust genom den proximala tubulären. Detta kan förekomma som en ärftlig sjukdom (hos barn) eller som en förvärvad form. Förvärvade former hos vuxna är vanligen förknippade med paraproteinemi.
Lättkedjeproteiner kataboliseras i de proximala tubuli och deras clearance varierar omvänt med clearance av kreatinin. Ökad koncentration av lätta kedjor utövar en toxisk effekt på den renala tubulära funktionen; beroende på verkningsstället kan detta resultera i följande:
-
Fanconis syndrom (proximal tubulär dysfunktion)
-
Distal renal tubulär acidos
-
Nefrogen diabetes insipidus
Light chain deposition disease
Light chain deposition disease (LCDD) är en systemsjukdom som orsakas av överproduktion och extracellulär avlagring av monoklonala lätta kedjor.
Deposition innebär inte patogenicitet. Deposition av ljuskedjor som liknar LCDD genom IF men med inga eller endast sparsamma granulära elektrontäta avlagringar i det tubulära basalmembranet utan glomerulära lesioner eller förtjockning av det tubulära basalmembranet har beskrivits av Lin och Gallo. Därför bör inte enbart IF-färgning av LC betraktas som ett tillräckligt kriterium för diagnos av MIDD som är associerad med lokal fibros
I cirka 80 % av fallen består dessa avlagringar av kappa, snarare än lambda, lätta kedjor och är granulära och bildar inte fibriller eller beta-plisserade ark och är negativa för Kongorödfärgning, tioflavin T eller serumamyloidprotein (SAP). Den konstanta regionen av immunoglobulinets lätta kedja deponeras vid denna sjukdom, jämfört med de fibriller av AL-amyloid som härrör från den variabla regionen av de lätta kedjorna.
Patogenesen för glomeruloskleros vid LCDD är inte helt klar, men patogena Ig-kedjor stimulerar mesangialcellerna att utsöndra extracellulära matriskomponenter genom tillväxtfaktorer, särskilt transforming growth factor-beta, som fungerar som en autokoid och främjar cellerna att producera matrisproteiner, t.ex. kollagen av typ IV, laminin, fibronectin och tenascin.
Myelomnjure (cast nephropathy)
Mer än 50 % av patienterna med multipelt myelom dör av njursvikt, och ett stort antal av dessa dödsfall tillskrivs felaktigt så kallad myelomnjure. Myelomnjure är dock bara en av flera orsaker till njurdysfunktion hos patienter med multipelt myelom, där specifikt proteinösa avgjutningar observeras som blockerar de distala tubuli och samlingsgångarna.
Faktorer som kan bidra till myelomgjutningsnefropati är bland annat följande:
- Den direkta toxiciteten hos de intakta lätta kedjorna för tubulära celler (jämfört med deposition av fragment av lätta kedjor vid sjukdom med nedfall av lätta kedjor eller amyloidos)
- Proteinkomplexbildning i det distala nefronet
- Tubulärt vätske-pH
- En minskning av det njurplasmaflödet och den glomerulära filtrationshastigheten (dvs, minskat urinflöde)
- Systemiska elektrolytavvikelser (t.ex. hyperkalcemi, hyperurikemi, hyperviskositet och dehydrering)
Genomgående användning av något av följande kan påskynda akut njurskada:
-
Radiokontrastmedel
-
Icke-steroida antiinflammatoriska läkemedel
-
Angiotensin-converting enzyme inhibitors or angiotensin receptor blockers
Amyloidos
Adams kände förmodligen igen sambandet mellan amyloidos och multipelt myelom 1872, men Magnus-Levy föreslog ett samband mellan Bence Jones proteinuri (BJP) och amyloidos 1931.
1971 visade Glenner et al att amyloidfibriller från en patient med primär amyloidos hade en aminosyrasekvens som var nästan identisk med den variabla delen av monoklonala lätta kedjor (dvs. Bence Jones-proteiner) och att amyloidfibriller kunde skapas från Bence Jones-proteiner, vilket etablerade en definitiv koppling mellan immunglobulinlätta kedjor och en typ av amyloid.
Amyloid är inte en enda substans utan en familj av komplexa glykoproteiner med varierande sammansättning som genomgår omvandling (felveckning) till betafibriller. Amyloiderna har en gemensam karakteristisk ultrastruktur (icke-förgrenade fibriller som är 7,5-10 nm breda och obegränsat långa) och tinctoriella egenskaper (grön dubbelbristning vid färgning med Kongoröd och intensiv gulgrön fluorescens med thioflavin T) och binder till serumamyloid P (SAP). Flera former av amyloidos känns igen beroende på prekursorproteinets natur.
AL amyloid
Immunoglobulinljuskedjor är den viktigaste beståndsdelen i dessa proteiner, som återfinns hos patienter med primär amyloidos och multipelt myelom. Av patienter med multipelt myelom utvecklar 6-24 procent amyloidos. Omvänt har en betydande andel av patienterna med primär (AL) amyloidos en plasmacellsdyskrasi med plasmacytos i benmärgen, immunoglobulinljuskedjor i serum och Bence-Jones-proteiner, eller utvecklar dem så småningom.
AA amyloid (SAA)
Huvudkomponenten i AA-amyloid är ett protein som består av 76 aminosyror med en molekylvikt på 8500 d som inte är besläktad med immunoglobuliner. Denna typ finns hos patienter med sekundär amyloidos i samband med kroniska infektioner eller inflammatoriska tillstånd, såsom reumatoid artrit, syfilis och kronisk osteomyelit.
Transthyretin (TTR; prealbumin)
Det rör sig om vildtyp eller omuterat transthyretin vid senil amyloidos och en muterad form vid familjär amyloidos.
Beta-2 mikroglobulinin dialysrelaterad amyloidos
Faktorerna som avgör om det är fråga om en fibrillär eller granulär avlagring av en viss monoklonal lättkedja är oklara och tycks bero på de biokemiska egenskaperna eller lättkedjorna och om de är intakta eller i fragment. Lättkedjorna har visat sig självassociera för att bilda aggregat med hög molekylvikt som deponeras i vävnaderna med eller utan fibrillbildning. Proteinets nettoladdning kan vara en viktig faktor för den amyloidogena potentialen.
Studier på djurmodeller och in vitro-studier av sekundär (AA) amyloidos tyder på att som svar på kronisk skada aktiveras monocyter och frisätter interleukin 1, som verkar på levern för att inducera syntesen av ett prekursorprotein som betecknas som serumamyloid (SAA). SAA bryts sedan ned av makrofager under påverkan av vissa förstärkande faktorer, så kallade kofaktorer, som serumamyloid P-komponent (SAP), glykosaminoglykaner och vissa apolipoproteiner (E och J), och det är oklart om dessa kofaktorer deponeras under fibrillogenesen eller efter en fibrillogenisk händelse.