23.3 Phenylketonurie (PKU)

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1 ANGEBORENE STOFFWECHSELSTÖRUNGEN MIT BEHANDLUNG DURCH EIWEISSMODIFIZIERTE DIÄTEN 23.3 Phenylketonurie (PKU) F. Lagler 1. Einleitung Die essentielle Aminosäure Phenylalanin (Phe) wird für die Synthese von Proteinen und die Hydroxylierung zu Tyrosin benötigt. Die exogene Zufuhr aus der Nahrung und der Abbau endogener Polypeptide vor allem aus Muskelgewebe decken den Bedarf. Individuell und situationsabhängig kann der Anteil der einzelnen Vorgänge am gesamten Phenylalaninumsatz variieren. Bei Stoffwechselgesunden wird ein Phenylalanin- Gleichgewicht mit relativ konstanten Konzentrationen eingestellt. Vor allem die ausgeprägte Aktivitätsregulierung der Phenylalaninhydroxylase ist hierfür bedeutend. Das Enzym katalysiert den Umsatz von Phenylalanin zu Tyrosin, welcher ca % des Phenylalaninabbaus ausmacht (Donlon et al., 2007; Elsas et al., 2006). Bei Störungen der Phenylalaninhydroxylierung akkumuliert Phenylalanin im Organismus und wird über alternative Stoffwechselwege zu den Phenylketonen, Phenylpyruvat, Phenyllaktat und Phenylacetat abgebaut, die im Urin ausgeschieden werden (siehe Abb. 1). Phenylketonurie (PKU) bezeichnet die genetisch bedingte Phenylalaninhydroxylasedefizienz, die zu Hyperphenylalaninämie und unbehandelt zu schwerster neurologischer Symptomatik führt. Die PKU ist mit einer Inzidenz von etwa 1 : 5000 die häufigste angeborene Störung im Stoffwechsel der Aminosäuren. 2. Historischer Hintergrund Erkenntnisse, die erstmals im Bereich der PKU gewonnen wurden waren häufig historische Meilensteine für das Verständnis angeborener Stoffwechselerkrankungen im Allgemeinen. Asbjörn FØlling (FØlling, 1934) und Lionel Penrose (Penrose, 1935) haben mit der PKU ( Imbezillitas phenylpyruvica ) erstmals eine autosomal rezessiv vererbte metabolische Störung als Ursache einer Entwicklungsretardierung beschrieben. George A. Jervis konnte 1947 zeigen, dass der klinischen Symptomatik eine Defizienz des Enzyms Phenylalaninhydroxylase zu Grunde liegt (Jervis, 1947). Wenig später gelang es dem Kinderarzt Horst Bickel 1953, eine PKU- Patientin mittels phenylalaninarmer Diät erfolgreich zu behandeln (Bickel et al., 1953). Dies war die erste wirksame diätetische Behandlung einer angeborener Stoffwechselerkrankungen. Das therapeutische Prinzip wird heute auf zahlreiche Erkrankungen angewandt entwickelte Robert Guthrie einen Früherkennungstest für die Phenylketonurie (Guthrie-Test), der auf einem mikrobiologischen Verfahren zur semiquantitativen Bestimmung von Phenylalanin im Blut beruht (Guthrie et al., 1963). Er ermöglichte fortan die prospektive Behandlung. Der Test war wegweisend für die Entwicklung des Neugeborenenscreenings auf PKU und eine Vielzahl anderer metabolischer Erkrankungen, wie es heute in den meisten europäischen Ländern, in Nordamerika und anderen Regionen routinemäßig bei Neugeborenen durchgeführt wird beschrieb Shigeo Kure erstmals, dass durch Verabreichung von Tetrahydrobiopterin in pharmakologischen Dosen die Hyperphenylalaninämie bei einzelnen Patienten mit PAH- Defizienz vermindert werden kann (Kure et al., 1999). In der Folgezeit, zeigte sich dass ein erheblicher Anteil (50 70 %) der PKU-Patienten BH 4 - responsiv sind (Burton et al., 2007; Desviat et al., 2004; Fiori et al., 2005; Levy et al., 2007; Matalon et al., 2005; Michals-Matalon, 2008; Muntau et 785 Buch 4.indb :19:45

2 Kap F. Lagler al., 2002; Perez-Duenas et al., 2004; Shintaku et al., 2005). 3. Definition Eine Plasmaphenylalaninkonzentration über 2 mg/dl (120 μmol/l) mit einer Phenylalanin/Tyrosin-Ratio über 3 wird als Hyperphenylalaninämie bezeichnet. Sie entsteht entweder durch eine Funktionseinschränkung des Enzyms Phenylalaninhydroxylase (PAH) oder durch einen Mangel an Tetrahydrobiopterin (BH 4 ), dem Cofaktors der Phenylalaninhydroxylase. 4. Biochemie und Pathomechanismus der Neurotoxizität Die insuffiziente Phenylalaninhydroxylierung führt zur Akkumulation des Substrates Phenylalanin und zur Depletion des Produktes Tyrosin. Durch die Hyperphenylalaninämie kommt es zu toxisch erhöhten Phenylalaninkonzentrationen im Gehirn, die das neurochemische Gleichgewicht und dadurch die Myelinisierung, die intrazerebrale Proteinsynthese und die Synapsenbildung erheblich stören. Andere Aminosäuren wie Tyrosin, Tryptophan, Methionin und verzweigtkettige Aminosäuren, die dieselben Transportmechanismen (z. B. large neutral aminoacid transporter 1, LAT1) wie Phenylalanin nutzen, werden nur unzureichend in das Gehirn aufgenommen. Sie stehen somit für die Bildung von Neurotransmittern, Katecholaminen und Proteinen nicht ausreichend zur Verfügung. Die systemische Tyrosindepletion scheint diese Synthesevorgänge zusätzlich zu beeinträchtigen. Die akute Hyperphenylalaninämie verursacht reversible psychische Veränderungen und kognitive Einschränkungen. Persistierende Phenylalanin-Toxizität führt jedoch zur irreversiblen Zerstörung von Gehirnstrukturen, wobei das ZNS im frühen Kindesalter am stärksten gefährdet ist (Donlon et al., 2007). 5. Häufigkeit und Vererbung In Europa ist die Hyperphenylalaninämie mit einer Inzidenz von etwa 1: 5000 die häufigste genetische Störung des Aminosäuremetabolismus. Etwa 98 % der Betroffenen weisen einen Defekt der Phenylalaninhydroxylase auf, bei etwa 2 % sind Biosynthese oder Regeneration des Cofaktors Tetrahydrobiopterin (BH 4 ) ursächlich. Sekundäre Hyperphenylalaninämien spielen eine untergeordnete Rolle. Die erblichen Formen folgen einem autosomal rezessiven Erbgang. Der Phenylalaninhydroxylase-Defizienz liegen Mutationen im PAH-Gen auf Chromosom 12 zu Grunde. Insgesamt sind weltweit mehr als 500 verschiedene Mutationen beschrieben, die Heterozygotenfrequenz liegt bei ca. 1: 40. Die meisten Patienten sind compound-heterozygot, das heißt sie tragen zwei unterschiedliche Mutationen (Donlon et al., 2007; Muntau et al., 2000). 6. Differentialdiagnose Man unterscheidet primär genetisch bedingte Hyperphenylalaninämien und sekundär erworbene Hyperphenylalaninämien. Etwa 98 % der angeborenen Hyperphenylalaninämien werden durch einen Defekt der Phenylalaninhydroxylase verursacht. Die übrigen Patienten haben eine von insgesamt vier hyperphenylalaninämischen Formen der atypischen PKU. Diese werden durch Störungen der Synthese oder Regeneration von Tetrahydrobiopterin (BH 4 ), dem natürlichen Cofaktor der PAH verursacht (siehe Abb. 3). Patienten mit PAH-Defizienz weisen generell keinen BH 4 -Mangel auf, dennoch sind % davon BH 4 -responsiv (Levy et al., 2007; Fiori et al., 2005; Matalon et al., 2005; Shintaku et al., 2005; Desviat et al., 2004; Perez-Duenas et al., 2004; Muntau et al., 2002; Muntau et al., 2000). Diese Unterform der PAH-Defizienz sollte als eigene Entität betrachtet werden, jedoch liegt noch keine allgemein akzeptierte Modifikation der klassischen Einteilung genetisch bedingter Hyperphenylalaninämien vor (siehe Tabelle 1). 786 Buch 4.indb :19:45

3 Phenylketonurie (PKU) Tabelle 1. Klassifikation der angeborenen Hyperphenylalaninämien: Die Klassifikation erfolgt anhand der Plasmaphenylalaninkonzentrationen vor Therapiebeginn. Angegeben ist außerdem die Enzymaktivität der PAH in Prozent, bezogen auf Referenzpersonen modifiziert nach Mutau et al. (Muntau et al., 2000) Klassische Phenylketonurie Milde Phenylketonurie Milde Persistierende Hyperphenylalaninämie Atypische Phenylketonurie Plasmaphenylalanin vor Therapie > μmol/l (> 20 mg/dl) > 600 μmol/l (> 10 mg/dl) < 600 μmol/l (< 10 mg/dl) 150 >1200 μmol/l (2,5 >20 mg/dl) Aktivität der PAH < 1 % 1 3 % 3 10 % Normal Sekundäre Hyperphenylalaninämien ohne begleitende Hypertyrosinämie kommen als transitorische, Unreife-bedingte Hyperphenylalaninämie bei Frühgeborenen, durch Medikamenteneinnahme oder bei Niereninsuffizienz vor. Sekundäre Hyperphenylalaninämien mit Hypertyrosinämie treten im Rahmen primärer Störungen des Tyrosinstoffwechsels, bei schweren Hepatopathien, unter eiweißreicher Kost bei Frühgeborenen oder bei parenteraler Infusion von Aminosäurelösungen auf. 7. Klinische Symptomatik der klassischen Phenylketonurie Die typische Symptomatik der Phenylketonurie tritt nur bei unbehandelten Patienten auf. Durch ein systematisches Neugeborenenscreening können die Patienten einer prospektiven Behandlung zugeführt werden, bevor sie Krankheitszeichen entwickeln. Bei unbehandelten Patienten treten etwa im Alter von 5 6 Monaten erste Zeichen einer statomotorischen Entwicklungsretardierung auf. Häufig haben die Kinder aufgrund der verminderten Melaninsynthese aus Tyrosin blonde Haare und blaue Augen und Tabelle 2. Klinische Symptome der unbehandelten Phenylketonurie (nach Mönch et al., 2006; Muntau et al. 2000) Häufig geistige Retardierung (z. T. Intelligenzquotient < 50) statomotorische Retardierung Mikrocephalie EEG-Veränderungen zerebrale Krampfanfälle Hyperaktivität übersteigerte Sehnenreflexe häufiges Erbrechen Hypopigmentierung (blonde Haare, blaue Augen) Seborrhoe und Ekzeme mäuseurinartiger Geruch Seltener mandibuläre Prognathie weitauseinanderstehende Zähne Zahnschmelzhypoplasie Katarakte Minderwuchs einen auffälligen mäuseurinartigen Geruch sowie Ekzeme als Folge der gesteigerten Phenylketonausscheidung in Urin und Schweiß. Das klinische Bild wird von den oft progredient verlaufenden neurologischen Symptomen bestimmt (siehe Tabelle 2). Die Ausprägung der Symptome ist interindividuell sehr variabel. Allgemein gilt jedoch, dass eine hohe PAH-Restaktivität und niedrige Phenylalaninkonzentrationen mit einem geringeren Risiko für eine geistige Behinderung assoziiert sind. Umfangreiche Untersuchungen von unbehandelten Erwachsenen mit persistierender Hyperphenylalaninämie und Plasmaphenylalaninkonzentrationen unter 600 μmol/l haben im Vergleich zu gesunden Kontrollen keine Unterschiede in neurologischen, feinmotorischen und intellektuellen Fähigkeiten ergeben (Weglage et al., 1997). Patienten mit milder oder klassischer PKU hingegen entwickeln mit hoher Wahrscheinlichkeit neurologische Symptome, wenn ihre Plasmaphenylalaninkonzentrationen z. B. durch ungenügende diätetische Behandlung dauerhaft über dem therapeutischen Bereich (siehe Tabelle 3) liegen. 787 Buch 4.indb :19:46

4 Kap F. Lagler Alter in Jahren Laboruntersuchungen 1 klinische Untersuchungen 1 Plasma-Phe in mg/dl (μmol/l) < 1 alle 1 2 Wochen alle 3 Monate 0,7 4,0 (42 240) 1 9 alle 2 4 Wochen alle 3 6 Monate 0,7 4,0 (42 240) alle 4 Wochen alle 6 Monate 0,7 15,0 (42 900) > 15 alle 2 3 Monate alle 6 12 Monate < 20 (< 1.200) Tabelle 3. Altersabhängige Empfehlungen der APS zu Untersuchungsintervallen und anzustrebende Plasmaphenylalanin- Konzentrationen 1 bei instabiler Stoffwechsellage sind meist häufigere Kontrollen erforderlich Die Ursachen für die interindividuell sehr unterschiedlichen Auswirkungen erhöhter Phenylalaninkonzentrationen sind nicht geklärt (Mönch et al., 2006; Muntau et al., 2000). 8. Diagnostik Das Neugeborenenscreening auf angeborene Stoffwechselkrankheiten ermöglicht mit beinahe hundertprozentiger Sensitivität die Erkennung von Patienten mit angeborener Hyperphenylalaninämie. Heute wird überwiegend die tandem-massenspektrometrische Quantifizierung von Phenylalanin und Tyrosin im Blut eingesetzt. Am dritten Lebenstag wird eine kapilläre Blutprobe auf eine Filterkarte aufgebracht und umgehend in das zuständige Screeningzentrum geschickt. Als auffällig gelten Phenylalaninkonzentrationen über 120 μmol/l mit einer Phenylalanin/Tyrosin-Ratio über 3. Eine umgehende stationäre Aufnahme in ein Stoffwechselzentrum ist erforderlich, wenn die Konzentration über 420 μmol/l liegt oder sich ein Wert zwischen 120 μmol/l und 420 μmol/l in einer Kontrolluntersuchung bestätigt. Noch vor Beginn der Therapie sollte ein BH 4 -Belastungstest, die Bestimmung der Pterine im Urin und die Quantifizierung der Dihydropteridin-Reduktase (DHPR)- Aktivität in Vollblut (Filterkarte) durchgeführt werden. Diese Untersuchungen zeigen, ob eine klassische PKU (PKU), eine milde PKU (MPK), eine milde persistierende Hyperphenylalaninämie (MHP) oder eine atypische PKU vorliegt und ob die Patienten BH 4 -responsiv sind. Nach einer allgemein akzeptierten Definition besteht BH 4 -Responsivität, wenn die Plasmaphenylalaninkonzentration nach 20 mg/kg BH 4 p. o. um mindestens 30 % sinkt. Milde und schwere Formen der atypischen PKU können durch Bestimmung der Pterine, Folate und Neurotransmitter im Liquor differenziert werden (Liebl et al., 2002; Blau, 2006; Dudesek et al., 2001) (siehe Abb. 2). Patienten mit MHP werden nicht behandelt. Die Betreuung durch Stoffwechselexperten ist dennoch erforderlich, um dauerhaft unbedenkliche Phenylalaninkonzentrationen und eine regelrechte Entwicklung sicher zu stellen. Patientinnen müssen zudem frühzeitig so geschult werden, dass eine maternale PKU (siehe unten) vermieden wird. 9. Therapie 9.1. Therapeutisches Prinzip Die PKU-Therapie entspricht einer phenylalaninarmen Diät, die sowohl Hyperphenylalaninämien als auch Mangelernährungszustände vermeiden soll. Durch Einschränkung der Zufuhr an natürlichem Eiweiß, wird nur so viel Phenylalanin aufgenommen, dass die Plasmaphenylalaninkonzentration im angestrebten Bereich liegt. Die Einnahme von synthetischen Aminosäuremischungen mit Vitaminen, Mineralien und Spurenelementen soll Nährstoffdepletionen vorbeugen. Aufgrund der geringeren biologischen Wertigkeit des Proteins aus Aminosäurehydrolysaten liegt der Gesamtproteinbedarf bei der semisynthetischen Diät höher; ansonsten gelten auch für PKU-Patienten die 788 Buch 4.indb :19:46

5 Phenylketonurie (PKU) allgemeinen Empfehlungen für die tägliche Nährstoff- und Mikronährstoffzufuhr. Die individuell optimale Phenylalaninzufuhr wird als Phenylalanintoleranz bezeichnet und meist in mg/kg/tag angegeben. Sie ist vor allem von der PAH-Restaktivität, aber auch vom Proteinund Energiegesamtumsatz abhängig. In Phasen starken Wachstums oder hoher körperlicher Aktivität kann die Phe-Toleranz deutlich über dem persönlichen Durchschnitt liegen. Katabole Situationen wie Infekte und prolongiertes Fasten führen zu geringerer Phe-Toleranz. Anhand regelmäßiger Plasmaphenylalaninbestimmungen muss die Phenylalaninzufuhr immer wieder an die aktuelle Phenylalanintoleranz angepasst werden (siehe Tabelle 3) Praktische Umsetzung Tabelle 4. Exemplarischer Ernährungsplan eines 3 Jahre alten PKU-Patienten mit 15 kg Körpergewicht Frühstück Gewicht in g Phenylalaningehalt in mg Eiweißarmes Brot Nuss-Nugat- Creme Oranensaft P-AM II 12 0 Zwischenmahlzeit 1 Banane Apfelsaft Mittagessen Kartoffeln Karotten Erbsen Apfelsaft P-AM II 12 0 Zwischenmahlzeit 2 Apfel geschält Abendessen Eiweißarmes Brot Butter 10 4 Tomaten P-AM II 12 0 Limonade Süßigkeiten Wassereis (Capri) 10 Wurde die Diagnose Phenylketonurie gestellt, so muss die Therapie innerhalb der ersten drei Lebenswochen begonnen werden um Intelligenzeinbußen zu vermeiden. Die eingehende Information über das Krankheitsbild und die intensive Schulung der Eltern sollte unbedingt durch erfahrene Ärzte und Diätologen erfolgen, da widersprüchliche Informationen die ohnehin große psychische Belastung der Eltern unnötig erhöhen könnten. Bereits von Beginn des stationären Aufenthaltes an sollten die Eltern lernen, wie die Diät berechnet und zubereitet wird und wie kapillär Blut entnommen wird, damit später eine optimale ambulante Betreuung möglich ist. Neugeborene mit ausgeprägter Hyperphenylalaninämie erhalten zunächst ausschließlich phenylalaninfreie Säuglingsnahrung. Sobald die Plasmakonzentrationen unter 600 μmol/l liegen, werden geringe Mengen Muttermilch oder Standardsäuglingsnahrung in die Diät aufgenommen. Je nach Phe-Toleranz kann Muttermilch z. B. die Hälfte der gesamten Nahrungszufuhr ausmachen. Der Rest wird mit Spezialnahrung abgedeckt. Mit Einführung der Beikost wird die praktische Durchführung der Diät deutlich anspruchsvoller. Eiweißreiche Nahrungsmittel wie Fleisch, Fisch, Milch und Milchprodukte müssen vollständig gemieden werden. Speisen mit geringerem Phenylalaningehalt dürfen nur in genau berechneten Mengen verzehrt werden. Die strenge Proteinrestriktion schränkt die Auswahl extrem ein, daher wurden Speziallebensmittel 789 Buch 4.indb :19:47

6 Kap F. Lagler mit niedrigem Proteingehalt entwickelt. Es stehen sowohl verzehrfertige, eiweißarme Spezialprodukte (Brote, Kekse, Fruchtriegel, Cerealien, Pizzaboden, Nudelgerichte) als auch Lebensmittel für die weitere Verarbeitung (PKU-Milch, -Mehl-, -Ei-Ersatz, -Nudeln) zur Verfügung. Der Diätplan für einen Patienten mit geringer Phe- Toleranz wird meist eine Kombination aus phenylalaninarmen natürlichen Lebensmitteln (vor allem Gemüse und Obst) und Spezialprodukten beinhalten (siehe Tabelle 4) Therapieempfehlungen Die deutsche Arbeitsgemeinschaft für Pädiatrische Stoffwechselerkrankungen (APS) empfiehlt die in Tabelle 3 aufgeführten, Plasmaphenylalaninkonzentrationen. Diese Vorgaben zielen auf eine optimale Entwicklung und intellektuelle Leistungsfähigkeit bei möglichst geringer Einschränkung der Lebensqualität ab. Während im frühen Kindesalter aufgrund der Gefahr für irreversible cerebrale Schäden eine sehr strenge Einstellung zwingend ist, kann ab dem juvenilen Alter die Diät mäßig liberalisiert werden. Eine Beendigung der Diät im Erwachsenenalter kann nicht empfohlen werden, da langfristig mit neurologischen Symptomen zu rechnen ist Therapieoptimierung & Problemlösung Phasen mit unerwünscht hohen Plasmaphenylalaninkonzentrationen sind unvermeidbar, sie müssen jedoch so gut wie möglich minimiert werden. Als Ursachen kommen eine erhöhte Phenylalaninzufuhr aber auch katabole Stoffwechsellagen z. B. bei Infekten oder unzureichender Energie- oder Phenylalanin- bzw. Proteinzufuhr in Frage. In solchen Situationen sollte die Plasmaphenylalaninkonzentration häufiger durchgeführt werden als bei stabiler Einstellung, um das Ausmaß und die Dynamik der Hyperphenylalaninämie erfassen zu können. Die Analyse eines detaillierten Diätprotokolls, üblicherweise über drei repräsentative Tage, gibt weiteren Aufschluss. Durch Beurteilung der körperlichen Entwicklung und regelmäßige Quantifizierungen der Plasmaaminosäuren kann eine Proteinmalnutrition frühzeitig erfasst werden. Ketonkörper im Urin weisen auf eine katabole Stoffwechsellage hin. Bleiben gezielte Gegenmaßnahmen erfolglos, so könnte auch eine Non-Compliance zugrunde liegen und weitere Schulungsmaßnahmen erforderlich sein. In besonders schwierigen Situationen haben sich stationäre Kuraufenthalte (z. B. Mutter-Kind- Kuren) bewährt. Bei strenger Diät wird der Bedarf an Mikronährstoffen vor allem durch die angereicherten Aminosäuremischungen gedeckt. Inkonsequente Einnahme der Mischungen, z. B. aufgrund des unangenehmen Geschmackes, kann daher zur Unterversorgung mit Kalzium, Vitamin B12, Spurenelementen und langkettigen, mehrfach ungesättigten Fettsäuren führen. Juvenile und erwachsene Patienten mit gelockerter Diät, setzen oft eigenständig die Supplemente ab und entwickeln in der Folge Mangelzustände. Eine genaue Berechnung der Mikronährstoffzufuhr und Bestimmungen von Gesamteiweiß, Natrium, Kalzium, Phosphat, Magnesium, Eisen, Harnstoff, alkalische Phosphatase, Selen, Zink und Carnitin in Blut bzw. Serum ist bei allen Patienten in etwa jährlichen Abständen sinnvoll Alternative Therapien Die Etablierung der diätetischen Behandlung verbesserte die Prognose der Patienten enorm. Die Diät ist jedoch mit erheblichen Einschränkungen, psychosozialen Belastungen und Risiken für Mangelernährung verbunden. Sie wird nur von wenigen Patienten perfekt durchgeführt, so dass der Therapieerfolg in der Praxis meist suboptimal ist. Alternative Behandlungsmöglichkeiten wären daher sehr wünschenswert. Trotz intensiver Bemühungen konnte bisher die Diät nicht vollständig ersetzt werden. Es gibt jedoch einige viel versprechende Ansätze. 790 Buch 4.indb :19:47

7 Phenylketonurie (PKU) Gentherapie Die Gentherapie ist wie bei vielen angeborenen Erkrankungen prinzipiell sehr attraktiv. Probleme mit der Sicherheit des Gentransfers, der Dauerhaftigkeit der PAH-Expression und der Verfügbarkeit ausreichender BH 4 -Konzentrationen bei PAH-Expression in nicht-hepatischem Gewebe sind bislang ungelöst. Eine Umsetzung in die Praxis ist daher in naher Zukunft nicht zu erwarten (Ding et al., 2004; Sarkissian, 2006) Lebertransplantation und Leberrepopulation Die orthotope Lebertransplantation ist wirksam. Aufgrund der möglichen Komplikationen und der Knappheit an Spenderorganen, kann sie jedoch nicht als Alternative zur diätetischen Therapie empfohlen werden (Sarkissian, 2006; Vajro et al., 1993). Die therapeutische Leberrepopulation durch Transplantation von isolierten Hepatozyten oder Stammzellen ist wesentlich weniger invasiv. Hepatozyten wurden experimentell und bei einzelnen Patienten mit anderen Stoffwechselerkrankungen bereits erfolgreich transplantiert. Limitierend ist hier vor allem die Abstoßung der körperfremden Zellen (Burlina, 2004) Enzymersatztherapie Die Substitution von PAH ist aus mehreren Gründen relativ problematisch. Isolierung und Aufreinigung großer Mengen sind aufwendig, das substituierte Enzym kann nur bei adäquaten BH 4 -Konzentrationen funktionieren und wird vom Immunsystem rasch degradiert. Eine mögliche Alternative zum nativen Enzym scheint die Phenylalaninammoniumlyase (PAL) zu sein. Die PAL ist ein pflanzliches Enzym, das Phenylalanin durch nicht-oxidative Deaminierung zu trans-cinnamat und Ammoniak umsetzt. Die Reaktionsprodukte fallen dabei in unbedenklichen Konzentrationen an. PAL lässt sich durch Expression in nicht-invasiven Escherichia coli Bakterien kostengünstig produzieren. Langfristig wird eine orale Therapie angestrebt. Bisher gelingt es jedoch noch nicht, das Enzym ausreichend gegen die Degradation durch enterale Proteasen zu schützen. Mit subkutan verabreichter PAL gibt es bereits sehr gute Ergebnisse. Durch Konjugation des Enzyms mit mehreren Polyethylenglykol-Molekülen, kann die immunologische Abwehrreaktion auf das körperfremde Protein zumindest bei PKU-Mäusen erheblich reduziert werden. Klinische Daten fehlen jedoch bislang, so dass eine Zulassung in näherer Zukunft nicht zu erwarten ist (Sarkissian, 2006) Große neutrale Aminosäuren (LNAA) Valin, Leucin, Tryptophan und Tyrosin passieren wie Phenylalanin über LAT1-Transporter die Blut-Hirn-Schranke. Die Verabreichung großer Mengen dieser Aminosäuren soll zu kompetitiver Inhibition der zerebralen Phenylalaninaufnahme und folglich zu einer verminderten Neurotoxizität bei Hyperphenylalaninämie führen (Andersen et al., 1976; Sarkissian, 2006). Aufgrund fehlender Evidenz für die Wirksamkeit wird diese Therapie von der Arbeitsgemeinschaft für Pädiatrische Stoffwechselerkrankungen nicht empfohlen (Burgard et al., 2008) Tetrahydrobiopterin (BH 4 ) Tetrahydrobiopterin, der Cofaktor der PAH kann in pharmakologischen Dosen bei PKU-Patienten die Plasmaphenylalaninkonzentration senken und die PAH-Aktivität sowie die Phenylalanintoleranz steigern (Muntau et al., 2002). Milde PKU und milde persistierende Hyperphenylalaninämie sind meistens mit BH 4 -Responsivität assoziiert, während Patienten mit klassischer PKU nur selten ansprechen. Insgesamt geht man von % Respondern aus (Burton et al., 2007; Desviat et al., 2004; Fiori et al., 2005; Levy et al., 2007; Matalon et al., 2005; Michals-Matalon, 2008; Muntau et al., 2002; Perez-Duenas et 791 Buch 4.indb :19:47

8 Kap F. Lagler al., 2004; Shintaku et al., 2005). Der zugrunde liegende Wirkmechanismus ist noch nicht vollständig geklärt. Folgende Hypothesen werden aktuell diskutiert: 1) Korrektur der veränderte Enzymkinetik der PAH, 2) Stabilisierung des Enzyms gegen Degradation, 3) Verbesserung der Faltung der PAH (Chaperon-artige Wirkung). Das synthetische Tetrathydrobiopterin, Sapropterin-Dihydrochlorid ist als Kuvan (Tabletten a 100 mg) in den USA seit Dezember 2007 auf dem Markt und ist damit die einzige, zugelassene Arzneimitteltherapie für PKU. In Europa wird die Marktzulassung voraussichtlich in Kürze erteilt. Die BH 4 -Responsivität sollte mittels BH 4 -Belastungstest nachgewiesen werden. Eine Dauertherapie wird üblicherweise mit 10 mg/kg/tag begonnen. Es kann sinnvoll sein, die Dosis im Bereich von 5 20 mg/kg p. o. individuell anzupassen. Behandlungsziel ist eine höhere Phenylalanintoleranz, d. h. stabile Plasmaphenylalaninkonzentration im therapeutischen Zielbereich trotz gesteigerter Zufuhr an natürlichem Protein. Der vollständige Verzicht auf eine Phenylalaninrestriktion wird allenfalls in Ausnahmefällen möglich sein, obschon eine erhebliche Erleichterung der Diät bei vielen Patienten erwartet werden kann (persönliche Erfahrungen und Kommunikation mit behandelnden Stoffwechselexperten). Kuvan scheint nach derzeitiger Datenlage verträglich und sehr sicher zu sein. Häufige unerwünschte Wirkungen wie Kopfschmerzen, Diarrhö, Bauchschmerzen, Infekte der oberen Luftwege, Hals- und Rachenschmerzen, Erbrechen und Übelkeit wurden im Rahmen der Zulassungsstudien etwa so häufig beobachtet wie unter Plazebo (US Food and Drug Administration, 2008). Problematisch ist neben der relevanten Zahl an Non-Respondern auch der hohe Preis des Produktes. Laut Hersteller ist ein Listenpreis von etwa 29 Dollarcent pro mg vorgesehen, damit würde die Therapie eines 30 kg schweren Kindes durchschnittlich etwa USD pro Jahr kosten. 10. Prognose In einer großen klinischen Studie zur Entwicklung von Kindern mit gestörtem Phenylalaninmetabolismus im Schul- und frühen Jugendalter (Deutsche PKU Verbundstudie) (Burgard et al., 1999) zeigte sich, dass bei frühzeitig begonnener und konsequent durchgeführter Diät eine nahezu normale körperliche und geistige Entwicklung zu erwarten ist. Die schulische Karriere gut behandelter PKU-Patienten war von Normalkollektiven nicht zu unterscheiden. Entscheidend für die intellektuelle Entwicklung ist die metabolische Einstellung in den ersten 6 Lebensjahren. 11. Maternale PKU Als maternale PKU bezeichnet man die Embryo- Fetopathie, die durch erhöhte Phenylalaninkonzentrationen bei schwangeren Patientinnen mit MHP, MPK oder PKU verursacht wird Klinische Symptomatik Klinisch besteht Ähnlichkeit zur alkoholinduzierten Embryo-Fetopathie. Mentale Retardierung, Mikrozephalie, Minderwuchs und Herzvitien sind die häufigsten Symptome. Daneben treten tracheo-ösophageale, enterale und urogenitale Malformationen sowie Kolobome, Katarakte und Lippen-Kiefer-Gaumenspalten auf (Muntau et al., 2000; Trefz, 2006) Prävention der maternalen PKU Junge Patienteninnen und Ihre Familien sollten frühzeitig und sorgfältig an die Thematik herangeführt werden. Es sollte vermittelt werden, dass die Geburt eines gesunden Neugeborenen für Patientinnen mit strenger Stoffwechseleinstellung möglich ist, aber eine Schwangerschaft ohne adäquate Therapie unbedingt vermieden werden muss. Das Auftreten der maternalen PKU ist vor allem von der Stoffwechseleinstellung der 792 Buch 4.indb :19:47

9 Phenylketonurie (PKU) Schwangeren in den ersten 20 Gestationswochen abhängig. Während der gesamten Schwangerschaft sollten stabile Plasmaphenylalaninkonzentrationen zwischen 42 und 240 μmol/l und Tyrosinwerte über 80 μmol/l erzielt werden (Trefz, 2006). Dies bereitet häufig Schwierigkeiten, wenn die erwachsenen Patientinnen an eine leichtere oder wie bei MHP an keine Diät gewöhnt waren. Es empfiehlt sich daher, bei bestehendem Kinderwunsch die Behandlung schrittweise zu intensivieren. Erst wenn die Patientin über mehrere Wochen bis Monate stabil im Zielbereich eingestellt ist, sollte die Konzeptionsverhütung eingestellt werden. Plasmaphenylalaninkonzentrationen müssen während der Schwangerschaft mindestens wöchentlich kontrolliert werden. Eine monatliche Bestimmung der übrigen Plasmaaminosäuren ist meist ausreichend. Auch die klinische Untersuchung und intensive psychosoziale Betreuung sind von großer Bedeutung (Mönch, 2006; Trefz, 2006). 12. Atypische Phenylketonurie Definition und Häufigkeit Hyperphenylalaninämien, die durch den Mangel an Tetrahydrobiopterin (BH 4 ), dem Cofaktor der Phenylalaninhydroxylase bedingt sind, werden als atypische PKU bezeichnet. Sie machen etwa 2 % der angeborenen Hyperphenylalaninämien aus (Muntau et al., 2000) Biochemie BH 4 wird einerseits aus GTP de-novo synthetisiert und andererseits durch Reduktion aus oxidiertem BH 4 regeneriert (siehe Abb. 2). Eine defiziente Synthese (Guanosintriphosphat-Cyclohydrolase (GTPCH)-Defekt oder 6-Pyruvoyl- Tetrahydropterin (PTPS)-Synthase-Defekt) oder Regeneration (Pterin-4a-Carbinolamin-Dehydratase (PCD)-Defekt oder Dihydropteridin- Reduktase (DHPR)-Defekt) führt zum BH 4 -Mangel. Dieser bewirkt eine verminderte Aktivität Tabelle 5. Symptome des infantilen Parkinsonismus bei atypischer PKU (nach Blau et al., 2001; Hyland, 2006; Muntau et al., 2000) Hypokinesie Hypomimie Stammhypotonie Rigor der Extremitäten Schluckbeschwerden Hypersalivation Hyperhidrose okulogyre Krisen gestörte Temperaturregulation mit profusem Schwitzen Stecknadelkopf-Pupillen distale Chorea Somnolenz Erregungszustände Myoklonien Hyperreflexie der Enzyme Phenylalanin-, Tyrosin- und Tryptophanhydroxylase, welche BH 4 als Cofaktor nutzen. Die Hyperphenylalaninämie sowie das Defizit an katecholaminergen und serotoninergen Neurotransmittern bei der atypischen PKU sind also Folge des Cofaktormangels (Blau et al., 2001; Muntau et al., 2000). Neben BH 4 sind auch die Konzentrationen der anderen Pterine (Dihydrobiopterin, Neopterin, Primapterin) in Blut, Liquor und Urin charakteristisch verändert, was für die Differenzierung der einzelnen Defekte genutzt werden kann (Blau, 2006) Klinische Symptomatik Man unterscheidet schwere Verlaufsformen mit dem klinischen Bild des infantilen Parkinsonismus, schwerster psychomotorischer Retardierung und Epilepsie von leichteren Verlaufsformen, bei denen die Neurotransmitterdefizienz fehlt und sich neurologische Symptome nicht oder nur sehr milde manifestieren. Bei neonataler Manifestation kommt es außerdem zu vermindertem Geburtsgewicht, Mikrozephalie und Fütterungsschwierigkeiten, sehr schwer betroffene Patienten können bereits in der Kindheit versterben. Es sind auch Patienten beschrieben 793 Buch 4.indb :19:48

10 Kap F. Lagler Abb. 1. Metabolismus von L-Phenylalanin und L-Tyrosin Beim Stoffwechselgesunden besteht ein Gleichgewicht, in dem vor allem die Aufnahme von Phenylalanin aus der Nahrung, die Umsetzung zu Tyrosin und seinen Metaboliten sowie in geringerem Umfang der Einbau in körpereigene Polypeptide stattfinden (durchgezogene Pfeile). In katabolen Situationen wird vermehrt Phenylalanin aus Polypeptiden (v. a. Muskelabbau) freigesetzt (gestrichelter Pfeil). Phenylketone fallen nur bei PAH-Defizienz in relevanter Menge an (gepunktete Pfeile). Abb. 2. Diagnostischer Algorithmus für Hyperphenylalaninämie * Patienten mit milder persistierender Hyperphenylalaninämie (MHP) benötigen keine Therapie. Nach Bestätigung der Hyperphenylalaninämie werden durch BH 4 -Belastungstest, Quantifizierung der Pterine im Urin und Bestimmung der DHPR-Aktivität in Ery thro zyten, PAH-defiziente Patienten von Patienten mit Biopterin-Mangel (GTPCHD, PTPSD, PCD, DHPRD) unterschieden. Die Klassifizierung der PAH- Defizienzen in MHP, MPK und PKU erfolgt anhand der Plasmaphenylalaninkonzentrationen vor Behandlung. Die Liquordiagnostik differenziert schwere Formen der atypischen PKU mit alterierten Neurotransmitterkonzentrationen von milderen. 794 Buch 4.indb :19:48

11 Phenylketonurie (PKU) die erst im Erwachsenenalter z. B. im Rahmen kataboler Stoffwechselsituationen klinisch auffielen (Hyland, 2006; Muntau et al., 2000) Diagnostik Bei allen Patienten mit bestätigter Hyperphenylalaninämie im Neugeborenenscreening oder klinischen Zeichen einer Phenylketonurie sollten, die in Abb. 2 dargestellten Untersuchungen veranlasst werden (Blau, 2006; Muntau et al., 2000) Therapie Tetrahydrobiopterin wird oral in Dosierungen von 2 15 mg/kg/tag verabreicht. Da es die Blut- Hirn-Schranke nur schlecht passiert, ist darüber hinaus die Substitution der Neurotransmittervorstufen mit einem Decarboxylaseinhibitor erforderlich: L-Dopa (10 12 mg/kg/tag) Carbidopa (1 : 4 1 : 10 im Verhältnis zu L-Dopa) 5-Hydroxytryptophan (8 10 mg/kg/tag). Die Medikamente sollten in mindestens vier täglichen Einzeldosen verabreicht werden. Der Bedarf ist individuell sehr unterschiedlich, so dass die Therapie in niedrigen Dosierungen begonnen und vorsichtig steigernd, eingestellt werden sollte. Für diese Therapieoptimierung müssen klinische Zeichen einer Neurotransmitterdefizienz oder -überdosierung erfasst werden und regelmäßige Kontrollen der biogenen Amine (L-Dopa, Homovanillinsäure, 5-Hydroxytryptophan, 5-Hydroxyindolessigsäure) im Liquor durchgeführt werden. Plasma-Prolaktin kann ebenfalls für die Beurteilung des Dopaminmetabolismus herangezogen werden, da ein Mangel des physiologischen Prolaktininhibitors Dopamin zur Hyperprolaktinämie führt. Bei GTPCH-; PTPS- und PCD-Mangel bewirkt die Verabreichung von BH 4 in der Regel Abb. 3. Synthese und Cofaktorfunktion von Tetrahydrobiopterin Tetrahydrobiopterin wird über 3 enzymatische Schritte aus Guanosintriphosphat (GTP) synthetisiert und nach seiner Oxidation durch zwei enzymatische Schritte regeneriert. Es wirkt als Cofaktor der 3 aromatischen Hydroxylasen PAH, TH und TPH. eine Normalisierung der Plasmaphenylalaninkonzentration. Beim DHPR-Mangel kann jedoch der Cofaktor der PAH nach der Oxidation zu Dihydrobiopterin (BH2) nicht regeneriert werden, so dass trotz Substitution ein BH 4 -Mangel bestehen bleibt und eine phenylalaninarme Diät durchgeführt werden muss. Auch die Reduktion von Tetrahydrofolsäure kann durch den Enzymdefekt und die resultierende BH2-Akkumulation gestört sein. Eine Tetrahydrofolsäuresubstitution kann daher zusätzlich notwendig sein (Hyland, 2006; Muntau et al., 2000). Literaturverzeichnis Andersen AE, Avins L (1976) Lowering Brain Phenylalanine Levels by Giving Other Large Neutral Amino- Acids New Experimental Therapeutic Approach to Phenylketonuria. Archives of Neurology 33: Bickel H, Gerrard J, Hickmans EM (1953) Influence of Phenylalanine Intake on Phenylketonuria. Lancet 265: Blau N (2006) Nomenclature and laboratory diagnosis of tetrahydrobiopterin deficiencies. In: Blau N (ed) 795 Buch 4.indb :19:49

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14 Buch 4.indb :19:50

15 23.4 Hyperhomozysteinämien F. Lagler 1. Definition und Einteilung Als Hyperhomozysteinämie (HHcy) bezeichnet man Zustände mit erhöhtem Homozystein im Blut. Man teilt dabei anhand des Gesamt-Homozysteins (thcy) ein in: Milde Hyperhomozysteinämie: thcy = μmol/l Moderate Hyperhomozysteinämie: thcy > μmol/l Mittelgradige Hyperhomozysteinämie: thcy > μmol/l Hochgradige Hyperhomozysteinämie: thcy > 100 μmol/l (Collaboration, 2002) Weiters lassen sich die Hyperhomozysteinämien nach der Genese einteilen in: monogene Stoffwechselerkrankungen der Transsulfurierung monogene Stoffwechselerkrankungen der Remethylierung genetische Polymorphismen alimentär bedingte HHcy medikamentös bedingte HHcy multifaktorielle Erkrankungen mit HHcy Die monogenen Stoffwechselerkrankungen führen meist zu einer mittel- bis hochgradigen HHcy. Milde und moderate HHcy werden bei genetischen Polymorphismen, alimentären Mangelzuständen und unter einzelnen Medikamenten beobachtet. Die gegenseitige Verstärkung von Polymorphismen und nicht-genetischen Abb. 1. Methionin-Metabolismus modifiziert nach Castro et al., 2006 Met Methionin, AdoMet Adenosylmethionin, AdoHcy Adenosylhomozystein, Hcy Homozystein, Ser Serin, CoA Coenzym A, GSH Glutathion, THF Tetrahydrofolat, Vit Vitamin, die Zahlen stehen für die beteiligten Enzyme (siehe Tabelle 1) 799 Buch 4.indb :19:51

16 Kap F. Lagler Tabelle 1. Einzelne Schritte des Methionin-Metabolismus Methionin- Demethylierung Transsulfurierung Folat-abhängige Remethylierung Betain-abhängige Remethylierung Enzyme/Reaktionen Methioninadenosyl-Transferase AdoMet-abhängige Transmethylierungen 1 Adenosylhomozystein-Hydrolase Cystathionin- -Synthetase Cystathionin- -Lyase Methionin-Synthase Serine-Hydroxymethylase Methylentetrahydrofolat-Reduktase Betain-Homocysteine-Methyltransferase Biologische Funktion Synthese von Adenosylmethionin (AdoMet), dem wichtigsten Methylgruppen-Donor. Z. B. Kreatin, Cholin, Phosphatidylcholin, Carnitin, methylierte DNA und RNA und Adrenalin erhalten Methylgruppen von SAM. Bereitstellung von Cystein für die Synthese von Glutathion (Schutz vor oxidativem Stress), Coenzym A (Stoffwechselregulation), Taurin (Gallensäurekonjugator, Neurotransmitter), anorganischen Schwefel (Bindegewebeaufbau) und Proteinsynthese. Aufrechterhaltung der Methioninkonzentration und Bereitstellung des aktiven Folats Methyltetrahydrofolat. Aufrechterhaltung der Methioninkonzentration 1 die Reaktion steht für eine Vielzahl von Methylierungsreaktionen die AdoMet als Methylgruppen-Donor benötigen Faktoren kann dazu beitragen, dass eine HHcy auftritt (Castro et al., 2006; Fowler, 2005; Huemer et al., 2004). 2. Biochemische Grundlagen Die einzige Quelle für die Synthese von Homozystein ist die essentielle Aminosäure Methionin. Der Abbau und die Regeneration von Methionin (Methionin-Zyklus) laufen über Homozystein. Durch Demethylierung wird Methionin zu Homozystein umgesetzt. Dabei wird in einem Zwischenschritt Adenosylmethionin (AdoMet) gebildet, das als wichtigster Methylgruppen-Donor eine große Bedeutung für viele Stoffwechselprozesse hat. Homozystein kann anschließend durch die Transsulfurierung irreversibel zu Cystein abgebaut werden (ca. 46 %) oder zu Methionin remethyliert werden. Über zwei Wege, die Folat-abhängige Remethylierung (ca. 27 %) und die Betain-abhängige Remethylierung (ca. 27 %) wird eine adäquate Methionin-Konzentration sichergestellt (Finkelstein, 1990). Bei ausgeprägtem Homozysteinüberschuss findet zudem die spontane Oxidation zu Homozystin statt. Eine Hyperhomozysteinämie kann verursacht sein durch eine erhöhte Methionin-Demethylierung, eine erniedrigte Transsulfurierung, eine erniedrigte Remethylierung oder einen Mangel von Cofaktoren oder Cosubstraten, die zur Verstoffwechselung von Homozystein erforderlich sind (z. B. Folate, Vitamin B 6, Vitamin B 12 ) (Carmel et al., 2003; Elsas, 2006; Finkelstein, 2000; Finkelstein, 2006; Finkelstein et al., 2000; Fowler, 2005; Huemer et al., 2004; Stipanuk, 2006). 3. Diagnostik Die HHcy wird meist durch Bestimmung der Gesamthomozysteinkonzentration (thcy) im Blut diagnostiziert. Dies entspricht der Summe aus proteingebundenem Hcy (ca. 80 %) und freiem Hcy. Die Blutentnahme sollte nach mindestens 6 Stunden Nüchternheit erfolgen. Die Probe muss sofort gekühlt und umgehend abzentrifugiert werden. Liegen die Konzentrationen des Nüchtern-Hcy im grenzwertig hohen Bereich, so kann ein Methionin-Belastungstest (Hcy-Konzentra- 800 Buch 4.indb :19:51

17 Homozysteinämien tion vor und 4 Stunden nach Met 100 mg p. o.) durchgeführt werden. Die Klassische Homozysteinurie durch Cystathionin- -Synthetase- Mangel kann im Neugeborenenscreening anhand der Hypermethioninämie erkannt werden. Eine zusätzliche Bestimmung des Homozysteins im Neugeborenen-Screening wird derzeit erprobt (Refsum et al., 2004). Die spezielle Diagnostik bei den genetischen Formen der HHcy wird einzeln im Folgenden behandelt (Huemer et al., 2004; Mudd et al., 2001; Stipanuk, 2006). 4. Formen der Hyperhomozysteinämie 4.1. Klassische Homozysteinurie (Cystathionin- -Synthetase(CBS)-Mangel) Die klassische Homozysteinurie (OMIM ) wird autosomal rezessiv vererbt und tritt mit einer Häufigkeit von ca. 1 : auf. Es liegen Mutationen im CBS-Gen zugrunde. Der Cystathionin- -Synthetase-Mangel führt zu einer Anstauung von Methionin ( μmol/l) und Homozystein (> 100 μmol/l) sowie zu einer fehlenden oder stark erniedrigten Konzentration von Cystein im Blut. Das klinische Erscheinungsbild ähnelt dem Marfan-Syndrom mit Augenlinsenluxation und späterer Linsenektopie, rasch progredienter Myopie, auffällig schlanken langen Röhrenknochen, Hochwuchs, Trichterbrust und Osteoporose mit Plattenwirbelbildung. Ab dem Schulalter treten durch die Vasopathie thrombembolische Ereignisse auf. Psychomotorische Retardierung, psychiatrische Auffälligkeiten und zerebrale Krampfanfälle können zusätzlich vorliegen. Als entscheidender pathogenetischer Faktor gilt die toxische Wirkung von Homozystein bzw. Adenosylhomozystein auf Gefäße und Bindegewebe, wobei die einzelnen Mechanismen nicht vollständig geklärt sind. Die Diagnose wird anhand der Metabolite im Blut gestellt und durch Bestimmung der CBS- Aktivität in kultivierten Fibroblasten bestätigt. Eine pränatale Diagnostik ist durch Quantifizierung von thcy in der Amnionflüssigkeit, Enzymaktivität und molekulargenetische Diagnostik in Amnionzellen möglich. Als Therapie wird eine Methionin-definierte Diät durchgeführt, die ähnlich wie die Phenylalanin-definierte Diät bei der PKU durchgeführt wird (siehe Kapitel 23.3). Mit der Diät wird ein thcy unter 40 μmol/l angestrebt. Ein Teil der Patienten hat unter Therapie mit Vitamin B 6 ( mg/tag) eine erhöhte Methionin-Toleranz (Vitamin B 6 -responsive Homozysteinurie). Zusätzlich kommen peroral Folsäure (5 10 mg/tag) und Betain ( mg/ kg/tag in 2 ED als Anfangsdosis) zum Einsatz, welche die Remethylierung verbessern sollen (Nebenwirkung Anstieg von Methionin). Frühzeitig therapierte Patienten können sich normal entwickeln (Brosnan et al., 2006; Finkelstein, 2006; Huemer et al., 2004; Mudd et al., 2001) Störungen der Remethylierung Hereditäre Störungen der Remethylierung von Homozystein zu Methionin, die zu einer HHcy führen, sind: Methylentetrahydrofolat-Reduktase (MTHFR)-Mangel (autosomal rezessiv, weltweit < 100 Patienten); MTHFR 1 OMIM Methionin-Synthase (MS)-Mangel (CblE- Defekt); MTR OMIM MS-Reduktase (MSR)-Mangel(CblG-Defekt); MTRR OMIM ) Störungen der Cobalamin-Komplementationsgruppen CblC, CblD und CblF; MMACHC OMIM /609831, MMACHD OMIM , CblF OMIM ) Für alle Remethylierungsstörungen außer dem CblF-Defekt wurden die betroffenen Gene identifiziert (siehe oben kursiv gedruckt). Die Vererbung erfolgt autosomal rezessiv. Charakteristisch für die gesamte Gruppe ist eine progrediente Enzephalopathie mit Hirn- 1 kursiv gedruckte Großbuchstaben entsprechen der Bezeichnung eines Gens 801 Buch 4.indb :19:52

18 Kap F. Lagler atrophie, schwerer psycho-motorischer Retardierung, Epilepsie und psychiatrischen Symptomen. Beim MTHFR-Mangel treten zusätzlich thrombembolische Ereignisse auf. MS- und MSR- Mangel sowie bei den Störungen des Cobalamin- Metabolismus führen neben den neurologischen Symptomen zu schweren Gedeihstörungen, muskulärer Hypotonie und megaloblasterer Anämie. Außer den schweren Formen, die bereits in den ersten Lebensjahren zu schwersten Symptomen und zum Tode führen können, sind leichtere Verläufe bekannt. Eine (meist hochgradige) HHcy und erniedrigte Methioninkonzentrationen sind diagnostisch wegweisend; die Bestätigung der Diagnose erfolgt mittels enzymatischer bzw. molekulargenetischer Diagnostik aus Fibroblasten. Der MTHFR-Mangel kann zusätzlich zu erniedrigten Folsäurekonzentrationen im Blut führen. Bei den Cobalamin-Störungen ist eine Methylmalonazidurie nachweisbar. Therapeutisch werden eingesetzt: Folat 1 20 mg/tag p. o.; Betain 5 20 g/tag bzw mg/kg pro Tag p. o.; Hydroxycobalamin bis zu 2 mg/d i. m. Bei MTHFR-Mangel kann zusätzlich Riboflavin 5 mg/d p. o. versucht werden, das Vorstufe des MTHFR-Cofaktors Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD) ist. Die Therapie soll eine Normalisierung des Plasmamethionins und eine Senkung des thcy bewirken. Eine frühzeitige Therapie kann dazu beitragen, die Progredienz zu mindern. Die Prognose ist dennoch insgesamt ernst (Carmel, 2006 a; Coelho et al., 2008; Elsas, 2006; Finkelstein, 2006; Fowler, 2005; Huemer et al., 2004; Rosenblatt et al., 2001) Genetische Polymorphismen Polymorphismen, d. h. Genvarianten, die häufiger als in 1 % der Bevölkerung vorkommen, können unter bestimmten Bedingungen (spezielle Ernährung, zusätzliche genetische Besonderheiten, Erkrankungen, Medikamente) erhebliche funktionelle Bedeutung haben. Bei homozygoten Trägern des MTHFR 677C > T Polymorphismus (MTHFR 677TT), kann es bei gleichzeitigem Folsäure-Mangel zu einer milden bis mittelgradigen Hyperhomozysteinämie kommen. Der Genotyp MTHFR 677TT ist darüber hinaus mit einem erhöhten Risiko für thrombembolische Ereignisse und Neuralrohrdefekte assoziiert. Der Pathomechanismus ist noch nicht geklärt. Es wird angenommen, dass die erhöhte Konzentration von AdoHcy und ihre hemmende Wirkung auf die intrazellulären Methylierung von DNA und Proteinen eine entscheidende Rolle spielen. Die Therapie mit Folsäure kann die HHcy vermindern. Es ist jedoch nicht bekannt, ob die Senkung leicht oder moderat erhöhter Homo zys tein konzentrationen durch Folsäure- Therapie zu einem geringeren Risiko für Thrombembolien führt. Die präventive Behandlung mit Folsäure und Vitamin B 6 kann daher, trotz der geringen Kosten und guten Verträglichkeit, nicht generell empfohlen werden. Über MTHFR 677C > T hinaus wurden noch eine Reihe weiterer funktioneller Polymorphismen in Genen identifiziert, die für den Homozystein-, Folsäure- oder Cobalamin-Metabolismus relevant sind (siehe Tabelle 2). Die klinische Bedeutung dieser Polymorphismen wird derzeit untersucht (Bakri et al., 2004; Castro et al., 2006; Collaboration, 2002; Fowler, 2005; Stipanuk, 2006) Alimentärer Cobalamin-Mangel Vitamin B 12 wird ausschließlich über die Nahrung zugeführt. Für die enterale Absorption wird intrinsic factor (IF) benötigt. Der alimentäre Cobalamin-Mangel kann durch unzureichende Cobalamin-Zufuhr oder Malabsorption auftreten. Vitamin-B 12 ist vor allem in tierischen Nahrungsmitteln wie Fleisch, Innereien, Eiern und Milch enthalten. In Ländern mit ausreichender Nahrungsmittelversorgung sind streng veganische Ernährungsformen (ohne Vitamin- Substitution) Hauptursache einer zu geringen Vitamin B 12 -Zufuhr. Folgende Faktoren können zu einer Cobalamin-Malabsorption führen: hereditäre perniziöse Anämie, totale Gastrektomie, atrophische Gastritis, Darmerkrankungen 802 Buch 4.indb :19:52

19 Homozysteinämien Tabelle 2. Hyperhomozysteinämie-assoziierte genetische Polymorphismen (angeführt sind das betroffene Protein, das dafür codierende Gen und die Polymorphismen modifiziert nach Castro et al., 2006) Protein Gen Polymorphismus Betain-Homocystein- Methyltransferase Cystathionin- - Synthetase Glutamat-Carboxypeptidase II 5,10-Methylentetrahydrofolat-Reduktase BHMT CBS GCP2 MTHFR 595G A 716GA 844ins68 31bpVNTR 699C T 1080C T 1561C T 677C T 1298A C Methionin-Synthase MTR 2756A G MS-Reduktase MTRR 66A G Reduced folate Carrier Serin-Hydroxymethyltransferase 1 RFC SHMT1 80G A 1420C T Transcobalamin II TCN2 776G C Thymidilatsynthase TYMS 3R3R 3 UTR del/del v. a. mit Beteiligung des terminalen Ileums wie Morbus Crohn und Zöliakie, bakterielle Überwucherung, Lachgas (NO)- oder Alkohol-Abusus, Medikamente (siehe unten) und Transcobalamin II-Mangel. Die Entwicklung eines Vitamin B 12 -Mangels dauert mehrere Monate bis Jahre. Die klinische Symptomatik kann schwerwiegend sein. Gestillte Säuglinge von Frauen mit Cobalamin-Mangel sind besonders gefährdet. Wie bei den anderen Störungen des Cobalamin- Stoffwechsels reten oft schwerste neurologische, psychiatrische und hämatologische Symptome auf (siehe oben). Irritabilität, Lethargie, Gedeihstörungen und Entwicklungsrückschritte können bei Säuglingen die ersten Zeichen sein. Bei älteren Patienten weisen oft Gewichtsverlust und Glossitis neben den neurologischen und hämatologischen Symptomen auf die Diagnose hin. Charakteristische biochemische Befunde sind: erhöhte Ausscheidung von Methylmalonsäure im Urin, HHcy, megaloblastische Anämie und erniedrigte Vitamin B 12 -Konzentration im Blut. Es gibt auch subklinische Formen mit typischen biochemischen Befunden ohne klinische Symptomatik. Neugeborene, die durch einen maternalen Vitamin B 12 -Mangel bereits in-utero minderversorgt sind, können im erweiterten Neugeborenenscreening anhand erhöhter Konzentrationen von C3-Acylcarnitin detektiert werden. Zum Ausschluss einer Malabsorption kann der Schilling-Test durchgeführt werden, bei dem Cobalamin nach oraler Verabreichung im 24 Stunden-Sammelurin quantifiziert wird. Außerdem können Antikörper gegen den IF auf eine perniziöse Anämie hinweisen. Die Therapie besteht in einem Ausgleich des Defizits und der Deckung des täglichen Bedarfs. Meist sind eine einmalige intramuskuläre Injektion von Hydroxycobalamin 1 mg und eine Zufuhr von 2,5 5 μg pro Tag aus der Nahrung oder aus Supplementen ausreichend. Ist eine ausreichende orale Versorgung nicht möglich (z. B. bei Malabsorption), so sollten intramuskuläre Injektionen etwa alle 1 3 Monate erfolgen. Eine komplette Regeneration der neurologischen Symptome ist nicht immer möglich. Die anderen Symptome sind vollständig reversibel (Carmel, 2006 a; Huemer et al., 2004; Stipanuk, 2006) Alimentärer Folsäuremangel Folsäure ist in beinahe allen Lebensmitteln enthalten. Besonders hohe Konzentrationen finden sich in Hefe, Spinat, Leber, Erdnüssen, weißen und roten Bohnen, Brokkoli und Rosenkohl. Die Aufnahme ist sehr effizient und erfolgt über den reduced folate carrier und über unspezifische Absorption im Ileum. Mangelzustände entstehen durch eine unzureichende Zufuhr, Malabsorption oder gesteigerten Bedarf (siehe Tabelle 3) oft innerhalb einiger Wochen. Zudem kann ein Cobalamin-Mangel die Folsäure-Konzentration in Erythrozyten erniedrigen. Das kli- 803 Buch 4.indb :19:53

20 Kap F. Lagler Tabelle 3. Ursachen für Folsäuremangel (modifiziert nach Carmel, 2006 b) Insuffiziente Zufuhr Malabsorption Gesteigerter Bedarf sehr schlechter Ernährungszustand extrem einseitige Diät Enteropathien (z. B. Zöliakie, Dermatitis herpetiformis Duhring) Gastritis Gastrektomie Alkohol und Medikamente (Sulfasalazin, Antazida, Pankreasenzyme) Schwangerschaft und Stillen Frühgeburtlichkeit Dauerdialyse Chronisch hämolytische Anämie nische Bild entspricht dem des Cobalamin-Mangels, jedoch fehlen neurologische Symptome. Die Diagnose wird durch die Bestimmung der Folsäure im Plasma bzw. Erythrozyten gestellt. Die orale Therapie mit 0,4 1 mg Folsäure pro Tag ist meist auch bei Malabsorption sehr erfolgreich. Zur Prävention von Neuralrohrdefekten sollten 400 μg pro Tag bereits präkonzeptionell zugeführt werden. Eine Folat-Anreicherung von Nahrungsmitteln wird in einigen Ländern mit Erfolg durchgeführt (Carmel, 2006 b; Huemer et al., 2004; Stipanuk, 2006) Medikamentös induzierte Hyperhomozysteinämie Milde bis moderate Hyperhomozysteinämie wurde bei Dauertherapie mit einigen Arzneimitteln beobachtet. Die meisten dieser Substanzen beeinflussen die Aufnahme und/oder die Metabolisierung von Folsäure und B-Vitaminen, so dass die HHcy hierauf zurückgeführt wird (siehe Tabelle 4). Die genauen Mechanismen Tabelle 4. Hyperhomozysteinämie-induzierende Arzneimittel (modifiziert nach Dierkes et al., 2005) Arzneimittel Fibrate vermuteter Mechanismus Reduktion der glomerulären Funktion erhöhter Kreatin/Kreatinin Metabolismus PPAR -Aktivierung Niacin Abfall von Vitamin B 6 gesteigerter Methylgruppen-Bedarf Diuretika Metformin Antiepileptika Methotrexat L-Dopa erniedrigte glomeruläre Filtration verminderte VitaminB 12 -Absorption Einfluss auf Aufnahme und Metabolismus von Vitamin B 6 und Folsäure Einfluss auf Folat-Metabolismus erhöhter Methylgruppen-Bedarf sind jedoch vielfach unklar. Methotrexat (MTX) beispielsweise wirkt als Folat-Analogon hemmend auf die Dihydrofolat-Reduktase und verursacht so einen Folsäuremangel. Folsäuresubstitution kann eine HHcy unter MTX-Therapie vermindern und die Verträglichkeit von MTX verbessern. Eine Relevanz der HHcy für die Sicherheit und Wirksamkeit des Arzneimittels konnte jedoch bislang für keine Substanz nachgewiesen werden. Diese Erkenntnisse zeigen, dass eine sorgfältige Überwachung von thcy, Folsäure und B-Vitaminen bei der Anwendung der betreffenden Arzneimittel sinnvoll ist. Dies gilt insbesondere bei Patienten mit einer speziellen Gefährdung wie bei Frauen mit möglicher Konzeption oder Patienten mit Thrombembolien bzw. hohem Risiko dafür. Ein genereller Verzicht auf eine wirksame Therapie aufgrund einer milden oder moderaten HHcy wäre nach bisherigem Kenntnisstand verfehlt. Die Behandlung eines Folsäure- bzw. Vitamin B 12 -Mangels ist klar indiziert. Eine rein präventive Verabreichung über den täglichen Bedarf hinaus, kann allenfalls in Einzelfällen mit besonderem Risiko (siehe oben) begründet werden. N-Azetylzystein (N-ACC) führt zu einer Senkung von thcy. Durch 804 Buch 4.indb :19:53