Дефицит альфа1-антитрипсина

Существует множество наследственных заболеваний обмена веществ, которые могут оказывать патологическое воздействие на печень.

Существует множество наследственных заболеваний обмена веществ, которые могут оказывать патологическое воздействие на печень. Во многих случаях печеночный компонент этих заболеваний является лишь эпифеноменом более общего системного расстройства. Примерами таких эпифеноменов являются болезни накопления гликогена и липидов, при которых гепатомегалия является проявлением основного метаболического дефекта, хотя печень не обязательно является основным органом-мишенью. Однако есть три генетически обусловленных заболевания, при которых печень может быть основным органом-мишенью с проявлениями острого, подострого или хронического заболевания, которые могут проявиться в раннем или более позднем возрасте. Это наследственныйгемохроматоз (HH), серьезное заболевание,связанное сперегрузкой железом,болезнь Вильсона, генетическоезаболевание,связанное сперегрузкой медью, и альфа- 1.Дефицит -антитрипсина (α1-AT), нарушение, при котором нормальная обработка белка, продуцируемого печенью, нарушается в клетках печени.

В некоторых случаях осознание этих состояний вызвано подозрением, основанным на конкретном клиническом синдроме. В других случаях эти состояния должны быть исключены при возникновении неспецифических патологий печени, таких как повышенный уровень ферментов печени, гепатомегалия или ранее недиагностированная портальная гипертензия. В случае гемохроматоза подход к ранней диагностике продвинулся на один шаг дальше, с осознанием того, что маркеры перегрузки железом могут присутствовать в сыворотке крови задолго до развития заболевания печени. Эти главы будут посвящены обсуждению этих трех условий.

Некоторые ключевые концепции (вставка 1) являются общими для всех трех условий и требуют особого внимания с самого начала. Во-первых, хотя распознавание наследственных заболеваний печени часто является процессом исключения более общих причин (например, вирусов, алкоголя, аутоиммунитета), важно подчеркнуть, что понимание клинических особенностей этих метаболических заболеваний печени должно способствовать проактивной диагностике. оценка. Во-вторых, наследственное метаболическое заболевание печени может проявляться в детстве или может быть отложено до взрослой жизни, а в некоторых случаях может регрессировать после детства или подросткового возраста, а затем снова появиться в более позднем возрасте. В-третьих, с появлением молекулярных диагностических тестов фенотипическая оценка этих состояний теперь может быть дополнена в некоторых случаях генотипической оценкой. В-четвертых, наличие эффективных методов лечения,они оказали огромное влияние на прогноз метаболических заболеваний печени как в детстве, так и во взрослом возрасте, что еще раз подчеркивает важность ранней диагностики. Наконец, при некоторых состояниях (например, дефицит α1-AT, болезнь Вильсона) трансплантация печени корректирует первичную биохимическую аномалию в печени и эффективно лечит болезнь.

Вставка 1: Ключевые концепции

  1. Знание клинических особенностей наследственных метаболических заболеваний печени должно способствовать проактивной диагностической оценке.
  2. Клинические особенности некоторых наследственных метаболических заболеваний печени могут проявляться в детстве, исчезать в процессе роста и развития и вновь проявляться во взрослой жизни.
  3. Молекулярное диагностическое тестирование сделало доступным генотипическую оценку некоторых заболеваний в дополнение к фенотипическому диагнозу.
  4. Превентивное лечение может предотвратить развитие фенотипических осложнений при некоторых заболеваниях (например, наследственном гемохроматозе и болезни Вильсона), а ортотопическая трансплантация печени может быть излечивающей при других заболеваниях (например, при дефиците альфа1-антитрипсина и болезни Вильсона).

Определение

Дефицит альфа1-антитрипсина (α1-AT) является распространенным наследственным заболеванием, связанным с задержкой продуцируемого печенью белка α1-AT в печени и низкими уровнями α1-AT в сыворотке крови. В наиболее тяжелой форме дефицита α1-AT клинические признаки включают раннее начало эмфиземы, неонатального гепатита, хронического гепатита, цирроза и гепатоцеллюлярной карциномы. Однако фенотипическое проявление на протяжении всей жизни чрезвычайно изменчиво. Ген α1-AT расположен на хромосоме 14, и мутации в локусе ингибитора протеазы (PI) приводят к единственной аминокислотной замене (глутаминовая кислота на лизин 342), которая нарушает секрецию продукта мутантного гена, что приводит к сохранению α1 -АТ в гепатоците и низкий уровень α1-AT в сыворотке. Поскольку фенотип выражается аутосомным кодоминантным наследованием,каждый аллель отвечает за 50% уровня циркулирующего α1-AT. Описано около 100 аллельных вариантов, только некоторые из которых связаны с заболеванием печени. Аллель Z - это мутация, связанная с максимальным дефицитом α1-AT.

Эпидемиология

Частота этого патогенного аллеля PI Z в популяции европейского происхождения в США составляет от 0,01 до 0,02, при этом состояние гомозиготного дефицита затрагивает от 1 из 2000 до 7000 человек. Основной дефицит наблюдается в фенотипах PI ZZ, с косвенными эпидемиологическими подходами и более прямыми методами популяционного скрининга, согласно которым около 60 000 человек в США являются гомозиготными по этому фенотипу. В Скандинавии частота аллеля Z значительно выше, что приводит к одному PI ZZ на 1600 живорождений. Аллель PI Z характерен преимущественно для белых и редко встречается у афроамериканцев или азиатов. Существует множество других комбинаций аллелей, которые могут иметь клиническое значение, включая гетерозиготное состояние MZ и другие комбинации, такие как PI SZ,которые также связаны с дефицитом α1-AT в сыворотке.

Патофизиология

α1-AT является преобладающим сериновым ИП в крови, составляющим пик альфа1 при электрофорезе сывороточного белка. α1-AT действует путем ингибирования тканевых протеиназ, которые включают ферменты, такие как эластаза нейтрофилов, катепсин G и различные другие протеиназы. Это относительно низкомолекулярный белок, состоящий из 394 аминокислот и нескольких боковых углеводных цепей. α1-AT также является белком острой фазы, и его синтез может значительно увеличиваться в ответ на повреждение или воспаление.

Несмотря на свое название, α1-AT гораздо легче реагирует с эластазой нейтрофилов, чем с трипсином, во взаимоубийственном взаимодействии, которое обычно поддерживает адекватный защитный экран против эластолитической нагрузки эластазы нейтрофилов. Дефицит α1-AT сдвигает этот баланс в пользу эластолитического распада, чаще всего проявляющегося в виде эмфиземы.

Синтез α1-AT происходит в эндоплазматическом ретикулуме гепатоцита и подвергается множественным сложным свертываниям и вставкам боковых углеводных цепей. Генетические мутации, ответственные за дефицит α1-AT, могут мешать синтезу, экспорту из клетки и способности действовать в качестве ингибитора протеиназы.

Вариант Z является результатом единственной точечной мутации, приводящей к замене глутаминовой кислоты на лизин в положении 342. Полученный вариантный полипептид относительно нестабилен и полимеризуется в эндоплазматическом ретикулуме, что приводит к образованию периодических кислотно-Шиффовских (PAS) -положительных глобул. что можно увидеть на световой микроскопии. Только варианты α1-AT, которые приводят к этому типу полимеризации, связаны с усилением функционального дефекта, ведущего к повреждению клеток печени. Редкий «нулевой» вариант не характеризуется накоплением α1-AT в гепатоците и не связан с повреждением печени.

Напротив, полимеризация мутантного антитрипсина предотвращает его секрецию из гепатоцитов, так что только около 15% антитрипсина PI ZZ секретируется в плазму. И полимеризация, и редкий нулевой вариант приводят к нарушению функции, что увеличивает риск развития эмфиземы.

В локусе гена α1-AT было описано около 100 аллельных вариантов, что привело к сложной генетической классификации, основанной на фенотипических особенностях циркулирующего белка α1-AT. Наиболее распространенный вариант, PI M, присутствует примерно у 95% белого населения США и считается нормальным вариантом, связанным с нормальными уровнями функционального α1-AT в сыворотке крови. Только около 15 аллелей (включая дефицитные, дисфункциональные и нулевые аллели) связаны с заболеванием печени, заболеванием легких или кровоточащим диатезом. Аллели дефицита, такие как PI Z и PI S, могут приводить к снижению уровней циркулирующего α1-AT, но при полностью нормальном функционировании белков. Следовательно, фенотип MM определяется как проявление 100% концентрации циркулирующего α1-AT. Гетерозиготная комбинация MZ дает 50%, SZ 37,5%,и ZZ 15% от этого нормального значения MM. Примерно 95% всех состояний дефицита α1-AT, приводящих к клиническим проявлениям, составляют гомозиготы PI ZZ. Определенные аллели, такие как аллель S, либо в гомозиготном состоянии, либо связанные с аллелем M, по-видимому, не связаны с аномально полимеризованными молекулами внутри эндоплазматического ретикулума и не являются инкриминированными в развитии заболевания печени или легких, если только в сочетании с аллелем Z. Продукты этих различных аллелей обладают отличительными характеристиками при изоэлектрической фокусировке, что обеспечивает средства для специфической идентификации типов PI (см. Далее «Диагностика»).либо в гомозиготном состоянии, либо связанные с аллелем M, по-видимому, не связаны с аномально полимеризованными молекулами внутри эндоплазматического ретикулума и не считаются причиной развития заболевания печени или легких, если не сочетаются с аллелем Z. Продукты этих различных аллелей обладают отличительными характеристиками при изоэлектрической фокусировке, что обеспечивает средства для специфической идентификации типов PI (см. Далее «Диагностика»).либо в гомозиготном состоянии, либо связанные с аллелем M, по-видимому, не связаны с аномально полимеризованными молекулами внутри эндоплазматического ретикулума и не считаются причиной развития заболевания печени или легких, если не сочетаются с аллелем Z. Продукты этих различных аллелей обладают отличительными характеристиками при изоэлектрической фокусировке, что обеспечивает средства для специфической идентификации типов PI (см. Далее «Диагностика»).который предоставляет средства для конкретной идентификации типов PI (см. далее, Диагностика).который предоставляет средства для конкретной идентификации типов PI (см. далее, Диагностика).

Признаки и симптомы

Связь дефицита α1-AT и заболевания печени у детей была впервые описана в 1969 году Харви Шарпом из Университета Миннесоты. Многие последующие клинические исследования показали, что возникновение заболеваний печени при дефиците α1-AT является бимодальным, затрагивая детей в неонатальном или раннем младенчестве и, реже, взрослых в конце среднего возраста. В обеих этих группах гомозиготная форма дефицита α1-AT является лежащим в основе генетическим предопределением (Таблица 1).

Таблица 1: Клинические проявления дефицита альфа- 1- антитрипсина *

Дети взрослые люди
Неонатальный или детский гепатитХроническое обструктивное заболевание легких
Длительный холестаз в младенчествеХронический гепатит
ГепатоспленомегалияЦирроз с портальной гипертензией или без

нее. Гепатоцеллюлярная карцинома.

* Дефицит альфа1-антитрипсина также может протекать бессимптомно.

© 2002 Фонд клиники Кливленда.

Дети с дефицитом альфа- 1- антитрипсина в PI ZZ

Большая часть информации о клинических проявлениях дефицита α1-AT в этой популяции получена из опыта Скандинавии. Две трети новорожденных с дефицитом α1-AT имеют аномальные уровни ферментов печени, и примерно у 10% развивается стойкий холестаз в течение первого года жизни. Многие из этих младенцев, по-видимому, претерпевают спонтанную ремиссию, и только около 3% первоначально диагностированных новорожденных прогрессируют до фиброза или цирроза в детстве и подростковом возрасте. Тем не менее, тщательное наблюдение показало, что у многих из них постоянно наблюдается аномальный уровень ферментов печени.

У новорожденных с наиболее выраженной формой заболевания наблюдаются признаки острого неонатального гепатита с преимущественно конъюгированной гипербилирубинемией. Эта желтуха может сохраняться до 1 года с соответствующими признаками дефектного роста и следствием мальабсорбции жирорастворимых витаминов. Физические признаки включают гепатомегалию, спленомегалию и возможные признаки коагулопатии.

Взрослые с дефицитом альфа- 1- антитрипсина в PI ZZ

Большинство взрослых с дефицитом PI ZZ α1-AT идентифицируются по легочным симптомам и проявляют признаки и симптомы хронической обструктивной болезни легких, при этом эмфизема развивается примерно у 80–100% людей с этим фенотипом. Это состояние часто усугубляется курением сигарет. Эмфизема, связанная с дефицитом α1-AT, имеет отличительные особенности, включая раннее начало (в четвертом или пятом десятилетии жизни), преимущественное поражение оснований легких и панацинарную патологию. Напротив, люди с α1-AT-избыточной эмфиземой старше, с преимущественно апикальной и центрилобулярной эмфиземой.

Распространенность ассоциированного заболевания печени, вероятно, недооценивается, но от 10% до 40% этих взрослых могут иметь признаки цирроза. Риск цирроза печени повышается с возрастом, особенно у мужчин. В этих случаях мужчина старше 50 лет с признаками цирроза, портальной гипертензии или гепатоцеллюлярной карциномы без основной предрасполагающей причины должен вызывать подозрение на основной метаболический дефект, такой как гемохроматоз или дефицит α1-AT. Признаки заболевания печени, по-видимому, быстро прогрессируют при диагностике на этой стадии с высокой вероятностью смерти в течение 4 лет после выявления заболевания печени.

Гетерозиготный дефицит альфа- 1- антитрипсина

Ряд исследований подтвердил роль одного мутантного аллеля в развитии так называемого криптогенного заболевания печени у взрослых. Поскольку многие из этих гетерозиготных состояний связаны с промежуточным дефицитом α1-AT, необходимо будет провести проспективные исследования для оценки патофизиологических последствий гетерозиготного состояния. В педиатрии нет никаких указаний на какие-либо значительные отдаленные последствия гетерозиготного α1-AT. Однако у взрослых было высказано предположение, что наличие единственного аллеля Z может повышать восприимчивость или действовать синергетически с другими факторами риска заболевания печени. Эти связанные состояния включают хронический вирусный гепатит, алкогольную болезнь печени и неалкогольный стеатогепатит. Многие из этих синергических состояний могут быть связаны с воспалительной реакцией,что приводит к дальнейшим дефектам полимеризации и деградации α1-AT внутри гепатоцита.

Диагностика

Дефицит α1-AT является примером наследственного метаболического нарушения, при котором определение фенотипа также определяет генотип (вставка 2). Определение уровня α1-AT в сыворотке с помощью количественной иммунопреципитации не является достаточным доказательством для диагностики дефицита α1-AT. Это связано с тем, что уровни сыворотки могут быть ложно завышены в результате особенно сильного острофазового ответа этого белка. Следовательно, определение количественного уровня α1-AT необходимо сочетать с фенотипическим анализом. Это определяет фенотип вариантных белков PI в сыворотке и выполняется с помощью изоэлектрического фокусирования. Пациенты с наиболее тяжелой формой дефицита имеют аллельный вариант, который мигрирует в более высокую изоэлектрическую точку и может быть определен как фенотипы PI ZZ и, следовательно, предположительно как генотипы PI ZZ.Интерпретация электрофоретических паттернов при изоэлектрическом фокусировании будет определять гомозиготные или гетерозиготные состояния и определять конкретные мутантные аллели на основе их относительного положения между анодом и катодом. Наконец, молекулярно-генетические инструменты для определения дефекта в нуклеотидной кодирующей последовательности для каждого из дефектных аллелей были разработаны для популяционных исследований, но в настоящее время обычно не доступны в диагностических лабораториях.молекулярно-генетические инструменты для определения дефекта в нуклеотидной кодирующей последовательности для каждого из дефектных аллелей были разработаны для популяционных исследований, но в настоящее время обычно не доступны в диагностических лабораториях.молекулярно-генетические инструменты для определения дефекта в нуклеотидной кодирующей последовательности для каждого из дефектных аллелей были разработаны для популяционных исследований, но в настоящее время обычно не доступны в диагностических лабораториях.

Эпидемиологические соображения установили пороговое количество α1-AT, необходимое для защиты легких от эмфиземы. Этот защитный пороговый уровень составляет 80 мг / дл при радиальной диффузии и 11 мкМ по отношению к функциональной активности эластазы (нормальные значения, от 150 до 350 мг / дл или 20-53 мкМ, соответственно). У индивидуумов с PI ZZ уровни α1-AT в сыворотке группируются около среднего значения примерно 6 мкМ.

Американское торакальное общество и Европейское респираторное общество предоставили руководящие принципы, которые рекомендуют тестирование на дефицит α1-AT в следующих случаях: (1) эмфизема с ранним началом (моложе 45 лет); (2) эмфизема при отсутствии признанного фактора риска; (3) эмфизема с выраженной базилярной гиперлюценцией; (4) необъяснимое заболевание печени; (5) некротический панникулит; (6) антипротеиназный 3-положительный васкулит (C-ANCA-положительный васкулит); (7) семейный анамнез любого из следующего: эмфизема, бронхоэктазия, заболевание печени или панникулит; или (7) бронхоэктатическая болезнь без очевидной причины.

У пациентов с проявлениями заболевания печени биопсия печени для световой микроскопии и гистохимии и, возможно, электронная микроскопия полезны для определения стадии заболевания печени и для идентификации устойчивых к PAS диастазорезистентных глобул в гепатоцитах. У новорожденных глобулы могут быть нечеткими и плохо развитыми, но с возрастом они увеличиваются. В частности, у взрослых пациентов они могут быть связаны с портальным и перипортальным воспалением. Подтверждение природы глобул может быть получено с помощью иммуногистохимических методов с использованием иммунопероксидазы, связанной с антителом α1-AT. Наконец, расположение этих глобул внутри эндоплазматического ретикулума может быть подтверждено с помощью электронной микроскопии.

Вставка 2: Диагностические тесты на дефицит альфа1-антитрипсина

  • Определение количественного уровня сывороточного альфа1-антитрипсина и фенотипический анализ альфа1-антитрипсина методом изоэлектрического фокусирования
  • Генный анализ
  • Биопсия печени:
    • Световая микроскопия с оценкой устойчивых к диастазе, периодических кислот-Шифф-положительных глобул
    • Иммунохимия на альфа-1-антитрипсин
    • Электронная микроскопия

    © 2002 Фонд клиники Кливленда.

    Уход

    При запущенном и декомпенсирующем заболевании печени единственным доступным подходом является ортотопическая трансплантация печени (ОТП). Это наиболее частое наследственное заболевание, приводящее к трансплантации печени у детей. Как и при болезни Вильсона, результаты ОТП очень хорошие, а замена печени обеспечивает реципиенту фенотип донорского α1-AT.

    Новые подходы, которые могут влиять на секрецию α1-AT из гепатоцитов, могут оказаться полезными, но они находятся на экспериментальной стадии разработки. Наконец, хотя рассмотрение генной терапии может в конечном итоге обеспечить наиболее обнадеживающий подход к дефициту α1-AT, это должно быть достигнуто путем удаления аберрантного мутантного гена, что представляет собой значительную проблему.

    Поскольку дефицит α1-AT связан с вариабельной фенотипической экспрессией, разумно консультировать пациентов относительно всех других возможных источников поражения печени, таких как злоупотребление алкоголем. Аналогичный подход был принят для пациентов с травмой легких - они консультировали пациентов относительно вредных последствий курения.

    Аугментационная терапия относится к экзогенному вливанию очищенной объединенной человеческой плазмы α1-AT. Его можно давать еженедельно, раз в две недели или ежемесячно. Хотя это стало основой специфической терапии дефицита α1-AT с эмфиземой, метод не предлагает значительной помощи в улучшении повреждения печени. Исследования показали, что аугментация может уменьшить количество легочных инфекций, замедлить скорость снижения функции легких, снизить смертность и уменьшить скорость потери легочной ткани, что определяется сканированием компьютерной томографии (КТ).

    Итоги

    Результаты лечения, за исключением трансплантации печени, представляют собой противоречие между целями, когда они направлены на предотвращение заболеваний как печени, так и легких. Это связано с тем, что преимущества любого подхода, который увеличивает уровни α1-AT в сыворотке для защиты легких, не всегда могут обеспечить аналогичную защиту печени. Только трансплантация печени предлагает эффективное лечение этого состояния, корректируя фенотип реципиента и нормализуя циркулирующие уровни α1-AT.