PROTEIN C A.Univ.Prof. Dr. Paul KNÖBL

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1 PROTEIN C A.Univ.Prof. Dr. Paul KNÖBL Medizinische Universität Wien Klinik für Innere Medizin 1 Abteilung für Hämatologie und Hämostaseologie Allgemeines Krankenhaus der Stadt Wien paul.knoebl@meduniwien.ac.at

2 PROTEIN C: Geschichte Entdeckung 1960 von Eberhard Mammen Autoprothrombin II-A = natürliches Antikoagulans weitere Charakterisierung von Stenflo 1976 Zusammenhang mit F V und F VIII Inaktivierung Klinische Bedeutung: Griffin 1981; Esmon 1981 Assoziation mit Thromboseneigung Hereditäerer Protein C Mangel Entdeckung der Protein C Resistenz / F V Leiden Mutation Dahlbäck, 1993; Bertina, 1994 Zusammenhang mit Sepsis: Fourrier 1992

3 PROTEIN C: Charakterisierung Vitamin K abhängige Serin-Protease Synthese in der Leber als Zymogen Strukturhomologien zu anderen Vitamin K abhängigen Proteinen Molekulargewicht 62 kd zwei-kettiges Protein aus 419 Aminosäuren Plasmakonzentration 63 nm = 4 µg/ml = 1,0 U/ml = 100 % Halbwertszeit unter physiologischen Bedingungen ca. 6-8 h Aktivierung durch Thrombin-Thrombomodulin-Komplex zu aktiviertem Protein C (APC)

4 PROTEIN C: Struktur-Homologien Faktor X Protein C

5 PROTEIN C: Proteinstruktur FVa F VIIIa FVa Thrombomodulin Protein S Thromboodulin EPCR Phospholipide leichte Kette schwere Kette Serinprotease Aktivierungspeptid EGF-2 EGF-1 GLA (9) Propeptid Signalpeptid

6 PROTEIN C: Aktivierung Aktivierung von Protein C durch Thrombin, gebunden an Endothelständige Rezeptoren (Thrombomodulin und EPCR) Unterschiedliche Verteilung: Thrombomodulin vor allem in der Mikrozirkulation EPCR in größeren Gefäßen Bei Aktivierung Abspaltung eines 12 Aminosäuren-Peptides APC Plasmakonzentration ca. 40 pm, enge Korrelation mit Zymogenkonzentration Halbwertszeit wenige Minuten

7 ANTI-APOPTOTISCH ZYTOPROTEKTIV ENDOTHELZELLEN MONOZYTEN Vitamin K ANTI-INFLAMMATION tissue factor expression BLUT- GERINNUNG THROMBO PROTEIN S ANTI-COAGULATION VIIIa Va PROTEIN C ZYMOGEN ACTIVATED PROTEIN C THROMBIN THROMBOMODULIN THROMBIN EPCR PRO-FIBRINOLYSE TAFI FIBRIN ENDOTHELZELLE PAI FIBRINOLYSE

8 AKTIVIERTES PROTEIN C: Funktionen ANTIKOAGULATION Hemmung von F Va und F VIIIa, gemeinsam mit Kofaktor Protein S Spaltung von F Va an Arg506 und Arg306 Spaltung von F VIIIa an Arg 562 und Arg362 PROFIBRINOLYTISCH durch Bindung von Plasminogen-Aktivator Inhibitor-1 (PAI-1) indirekte profibrinolytische Wirkung ANTI-INFLAMMATORISCH über EPCR-mediierte Mechanismen Supprimierung der Endotoxin-induzierte Zytokinproduktion Hemmung von NFkB durch EPCR direkte antiinflammatorische Wirkung von Thrombomodulin und EPCR Hemmung der Apoptose von Endothelzellen Aktivierung von PAR-1

9 PROTEIN C: Kinetik

10 Angeborener Protein C Mangel Homozygoter (schwerer) Protein C Mangel: Neonatale Purpura fulminans Heterozygoter (leichter) Protein C Mangel: Thromboseneigung Coumarin-Nekrosen

11 Erworbener Protein C Mangel Hepatopathie (Synthesestörung) Vitamin K Mangel / Orale Antikoagulantientherapie Sepsis / disseminierte intravasale Gerinnung

12 Protein C bei Sepsis Verminderte Plasmaspiegel Verbrauch durch Abbau nach Aktivierung Degradation durch proteolytische Enzyme (Elastase) verminderte Bildung durch geschädigte Leber Verminderte Aktivierung Downregulation und Abspaltung von Thrombomodulin an geschädigter/aktivierter Endothelzelle Downregulation und Abspaltung von EPCR an geschädigter/aktivierter Endothelzelle Verminderung von freiem Protein S Erhöhung der Plasmakonzentration von C4b-binding Protein durch Akut-Phasen Reaktion Ausfall der Kofaktor-Aktivität für aktiviertes Protein C Störung der anti-inflammatorischen Wirkung von Protein C Downregulation und Abspaltung von EPCR an geschädigter/aktivierter Endothelzelle Hypofibrinolyse Blockierung von PAI-1 durch aktiviertes Protein C

13 INTRAVASCULÄRE FIBRIN-DEPOSITION HYPOPERFUSION MULTI ORGANVERSAGEN TOD Hemmung der Fibrinolyse PAI-1 FREI- SETZUNG INSUFFIZIENTE FIBRIN DEGRADATION TAFI LEUKOZYTEN ADHÄSION UND DIAPEDESE FREISETZUNG VON DESTRUKTIVEN ENZYMEN BARRIERE- STÖRUNG Flüssigkeitstransfer ÖDEME ENDOTHELZELLEN Proinflammatorische Zytokine Bakterielle Toxine MONONUKLEÄRE LEUKOZYTEN ANTI- KOAGULANTIEN VERSAGEN Antithrombin Protein C VASO- DILATATION SEPTISCHER SCHOCK TISSUE FACTOR EXPRESSION FIBRIN- BILDUNG GERINNUNG THROMBIN Generierung APC

14 Protein C bei Sepsis Folgen der Dysfunktion des Protein C Systems bei Sepsis Störung des hämostatischen Gleichgewichts - Hyperkoagulation und Fibrindeposition in der Mikrozirkulation Kontrollverlust in der Regulation der Hämostase Progression der systemischen Gerinnungsaktivierung zur Verbrauchskoagulopathie Ausfall der anti-inflammatorischen Wirkungen Progression der Zytokinproduktion Multi-Organ Versagen Verbrauchskoagulopathie Purpura fulminans

15 PURPURA FULMINANS Mikrothrombosierung des Kapillarstromgebietes mit Zellnekrosen, nachfolgender Einblutung und begleitender inflammatorischer Reaktion

16 PURPURA FULMINANS Bei bestimmten Infektionen (z.b. Meningokokkensepsis; Pneumokokken, gramnegative Sepsis, etc.) Wahrscheinlich abhängig von genetischem Repertoire des Patienten (TLR-, PAI-Polymorphismen, etc.) Assoziiert mit Verbrauchskoagulopathie und Zusammenbruch des Protein C Systems Assoziiert mit Organnekrosen Oft fulminanter Verlauf mit hoher Letalität innerhalb weniger Stunden Häufig Spätschäden (Nekrosen, Amputationen, etc.)

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19 Purpura fulminans - Behandlungsalgorithmus PURPURA FULMINANS typische Hautläsionen / Nekrosen ja Schock? nein Routinelabor (PTZ,PTT,TZ, Fibrinogen,AT, D-Dimer,Thrombozyten) Schocktherapie: Volumen und Katecholamine Intubation, Hydrocortison Antibiotika Gerinnungsstatus inkl. Protein C Akt. mehrmals tägl. ja DIC? nein ja DIC? nein Gerinnungsstatus inkl. Protein C Akt. ja Protein C nein Substitution: Protein C (Ziel: Plasmaspiegel 100%) Thrombozyten (Ziel: >30 G/l) Fibrinogen (Ziel: >80 mg/dl) Plasma (Antithrombin) (UFH) Substitution: Protein C (Ziel: Plasmaspiegel 100%) oder Aktiviertes Protein C Antikoagulation: Standardheparin (Ziel: APTT 80 Sek.) Protein C Mangel Kongenital Cumarintherapie Lupus-Antikoagulans Autoantikörper Substitution: Protein C (Ziel: Plasmaspiegel >50%) Andere Gründe: Protein S Mangel Purpura Schönlein Henoch Thrombotischthrombopenische Purpura Hämangiomatose ja Purpura Fulminans rückgebildet? Beobachtung + weitere Diagnostik: Lumbalpunktion, Kulturen, Serologie, CT, Fundoskopie, etc. nein Antikoagulation (LMWH) P.Knöbl, A.Veldman, 2007

20 Protein C als Therapeutikum Aktiviertes rekombinantes Protein C Xigris Eli Lilly plasmatisches Protein C Zymogen Ceprotin Baxter

21 Xigris Adjuvante Therapie der schweren Sepsis (zusätzlich zur Standard-Therapie) 24 µg/kg/h für 4 Tage Strenge Einschlußkriterien und Kontraindikationen

22 PROWESS Studie randomisierte, doppelblinde, placebokontrollierte, multizentrische Studie 1690 Patienten mit schwerer Sepsis aktiviertes rekombinantes humanes Protein C Drotregocin alpha activated XIGRIS Mortalität nach 28 d: 30,8 % (Placebo) vs. 24,7 % (apc); P=0,005 Relative Todesrisikoreduktion: 19,4 % (CI 6,6 30,5) 16 Behandlungen notwendig um 1 zusätzliches Leben zu retten.

23 Xigris

24 Xigris Blutungskomplikationen 4,0 p=0,024 3,5% p=0,06 Xigris Prozent Patienten 3,0 2,0 1,0 2,4% 1,0% 2,0% Placebo 0,0 Infusion (4 Tage) Beobachtungszeit (28 Tage)

25 Xigris : kinische Studien bei Sepsis Dosisfindung 131 Pat. CCM 2001 Zulassungsstudie 1728 Pat. PROWESS NEJM 2001 signif. besser bei schwerer Sepsis Open label 2378 Pat. ENHANCE CCM 2005 ähnliche Daten wie Prowess Leichte Sepsis 2200 Pat. ADDRESS NEJM 2005 kein Unterschied zu Placebo Pädiatrische Sepsis (offen) 83 Pat. Pediatrics 2004 ähnliche Daten wie Prowess Purpura fulminans (offen) 42 Pat. ThrombHaemost 1999 Pädiatrische Sepsis (randomisiert) 400 Pat. RESOLVE Lancet 2007 kein Unterschied zu Placebo Kombination mit Heparin 901 Pat. n.p. (?) Acute lung injury läuft Längere Infusionszeit läuft EXTEND.

26 Ceprotin Substitutionstherapie bei angeborenem Protein C Mangel erworbener Protein C Mangel: Purpura Fulminans Coumarin-Nekrosen

27 Ceprotin : Studien Angeborener Protein C Mangel: 16 Publikationen / 27 Pat. Sepsis / Purpura fulminans: 14 Publikationen / 129 Pat. Coumarin-Nekrosen: 3 Publikationen / 3 Pat. Stand: 2004

28 Ceprotin : Landmark study 36 Patienten mit Meningokokkensepsis Behandlung mit Ceprotin-Dauerinfusion Mortalität prognostiziert (Glasgow Meningococcal Prognostic Score) 50 % Studienkollektiv 8 % Amputationsrate 30 % 12 % (6.5 % bei frühzeitiger Therapie)

29 Ceprotin bei Purpura fulminans: eigene Daten % (19 56) 50 % (34 81) 58 sec. (36 78) 133 mg/dl ( ) 54 µg/ml ( ) 59 % (25 91) 63 G/l (19 151) 18 G/l (4 28) Median (range) Protein C:Act. Schellongowski et al., 2006 PTZ APTT Fibrinogen D-dimer Antithrombin Platelets Leukocytes

30 Ceprotin bei Purpura fulminans: eigene Daten 2.0 Protein C Activity (U/ml) DURTION OF CEPROTIN THERAPY (Mean±STD) 150 D-dimer (µg/ml) DURTION OF CEPROTIN THERAPY (Mean±STD) Platelets (G/l) Antithrombin Activity (U/ml) Means ± SEM Fibrinogen (mg/dl) Schellongowski et al., Patienten mit massiver Purpura fulminans

31 Protein C: zukünftige Entwicklungen Acute lung injury Ischämie / Reperfusions-Schaden Ischämischer Insult Disseminierte intravasale Gerinnung Entzündliche Darmerkrankungen Bestrahlungs-Schäden Veno-occlusive disease Endothelzell-Schaden Inflammation Gerinnungsaktivierung Fibrin-Deposition