Diagnose von Porphyrien: Vom Metabolit zum Gen

Transkript

1 Porphyrie Klinik, Diagnostik und Therapie DGKL Jahrestagung 2013, Dresden Diagnose von Porphyrien: Vom Metabolit zum Gen Thomas Stauch MVZ Labor PD Dr. Volkmann und Kollegen GbR Karlsruhe 1

2 Porphyrias are... Obscure diseases with confusing names considered only when the need for a diagnosis is desperate. Anthony F. McDonagh

3 Der physiologische Ausgangspunkt: Porphyrien sind Erkrankungen auf der Basis von Störungen in der Biosynthese des Häms (Ferriprotoporphyrin IX) Fe 3

4 Der physiologische Ausgangspunkt: Wo und zu welchem Zweck wird Häm hauptsächlich benötigt? 1. Im Knochenmark für die Hämoglobin-Synthese zur Beladung der Erythrozyten (Sauerstoff-Transport). ca. 85% des Häm-Bedarfs 2. In der Leber für die Bereitstellung wichtiger Enzyme, die Häm als prosthetische Gruppe benötigen, z. B. Cytochrom-P450-Monoxygenasen und Peroxidasen ca. 14% des Häm-Bedarfs 4

5 Der physiologische Ausgangspunkt: Häm-Bedarf und Regulation der Häm-Biosynthese Knochenmark Langperiodische Regulation mit meist geringen Amplituden Leber Punktuelle/Pulsatile Regulation mit kurzen, hohen Leistungsspitzen 5

6 Der physiologische Ausgangspunkt: Knochenmark Leber 1. Unterschiedlicher Häm-Bedarf 2. Separate Häm-Pools 3. Unabhängige Regulation der Häm-Synthese Regulationsfaktoren (Knochenmark): Eisen, EPO/Hämatokrit Regulationsfaktor (Leber): Häm (Endprodukt) Möglichkeit separater Störungen im Knochenmark und in der Leber Erythropoetische Porphyrien Hepatische Porphyrien 6

7 Leitsätze zur Diagnostik: 1. Daran denken Die Möglichkeit einer Porphyrinstoffwechselstörung in Betracht ziehen. 2. Klinisch einordnen Verdachtsdiagnose anhand anamnestischer und klinischer Daten eingrenzen. 3. Diagnosewerkzeuge kennen Labordiagnostische Verfahren effizient und richtig einsetzen. 7

8 1 Pat. häufig zw. 15 u. 40 Jahre alt Der klinische Ausgangspunkt 2 Meist ältere Patienten (>50 J) 3 Pat. im Kindes-/Jugendlichenalter 1. Gastrointestinale Beschwerden ohne morphologisches Korrelat (Koliken, Erbrechen, Subileus) 2. Neurologische Symptome, wie Parästhesien, Krämpfe, Paresen 3. Psychische Auffälligkeiten, wie Depression, Angst, Aggression 4. Ruhetachykardie, Hypertonus 5. Rotverfärbung des Urins ohne Erythrozyten/Hb-Nachweis 6. Familienanamnestische Hinweise mit o. g. Symptomen Akute hepatische Porphyrie 1. Blasenbildende Dermatose 2. Erhöhte Verletzbarkeit der Haut 3. Hyper- und Hypopigmentierungen der lichtexponierten Hautareale 4. Hypertrichose der Wangen-, Schläfen- und Augenbrauenregion oft vergesellschaftet mit: a) Hämochromatose b) Alkoholkonsum c) Hormon(ersatz)therapie d) sys. Lupus erythematodes e) Hepatitis C f) Belastung mit PCBs, -HCH, Dioxinen u. ä. Chronische hepatische Porphyrie 1. Erytheme/Rötungen der Haut 2. Juckreiz u. Formicatio gefolgt von brennenden Schmerzen in lichtexponierten Hautarealen 3. Angioödem-artige Schwellungen im Gesicht, an den Handrücken und Unterarmen 3. Anderweitige, lichtabhängige Hautveränderungen 4. Mikrozyt. Anämie, Hämolyse 5. Evtl. entsprechende Familienanamnese Erythropoetische Porphyrieformen 8

9 Präanalytische Anforderungen: oder 9

10 Akute hepatische Porphyrien Diagnostisch zielführend ist die Bestimmung der Porphyrinvorläufer 5-Aminolävulinsäure (5-ALS/5-ALA) Porphobilinogen (PBG) Geeignetes Untersuchungsmaterial: 1. Spontanurin-Proben, die im engeren zeitlichen Zusammenhang mit der porphyrieverdächtigen Symptomatik (bis zu 3 Tagen nach Abklingen der Symptome/Beschwerden) gewonnen werden h-Sammelurin zur Diagnostik in nicht-akuten Phasen Die Proben sollten nativ (ohne ph-wert-verändernde oder konservierende Zusätze) und lichtgeschützt (Alufolie o. ä) versandt werden. Müssen Proben länger als 4 Tage asserviert werden, empfiehlt sich ein Einfrieren (-20 C) des Urins. 10

11 Schnelldiagnostik einer akuten hepatischen Porphyrie (einfache Farbreaktion im Sinne eines POC-Tests) Hösch-Test auf Porphobilinogen Pro s: Leichte Durchführung Schnelle Verfügbarkeit des Ergebnisses Contra s: Mangelnde Spezifität Oft schwierige Ergebnisbeurteilung Schlechte Reagenzhaltbarkeit Sensitivität: ca. 53 µmol/l (12 mg/l) PBG 11

12 Fluoreszenz-Scan im Serum oder Plasma Aufnahme eines Emissionsspektrums einer verdünnten, gepufferten Serum-/Plasma- Probe zwischen 580 und 650 nm bei einer Anregungswellenlänge zwischen 398 und 405 nm. Geeignet sind alle Serumoder Plasmaproben, die nicht längere Zeit lichtexponiert waren und keine Hämolyse aufweisen. 12

13 Akute hepatische Porphyrien Cave: Sowohl eine akute intermittierende Porphyrie (AIP) als auch eine hereditäre Koproporphyrie (HCP), eine chronische hepatische Porphyrie (PCT) oder eine Schwermetall-Intoxikation (Blei o. ä.) zeigen einen positiven Fluoreszenz-Scan mit einem Emissionsmaximum bei nm. Die Urinanalyse auf 5-ALS und PBG sollte in jedem Fall mitgemacht bzw. nachgeholt werden. Erst dann ist eine weitergehende Einordnung der Störungen möglich. Sofern der Fluoreszenz-Scan und die Porphyrinvorläufer positive Befunde ergeben (Anstieg mind. über die 10fache Normbereichsobergrenze beim Porphobilinogen), liegt eine akute hepatische Porphyrie vor! 13

14 Biochemische Charakteristika der klinisch aktiven, akuten hepatischen Porphyrien Urin AIP VP HCP Doss-P. Pb-Intox. 5-ALS PBG n - n - Uro n - n - Kopro Uro/Kopro >10 <5 <5 <0,1 <0,1 Stuhl Kopro n n - n - Proto n n n Proto/Kopro 3-5 >4 <1 <3 <3 Kopro I/Kopro III 2 <0,3 <0, AIP: Akute intermittierende Porphyrie, VP: Porphyria variegata, HCP: Hereditäre Koproporphyrie 14

15 Biochemische Charakteristika der klinisch aktiven, akuten hepatischen Porphyrien Blut AIP VP HCP Doss-P Pb-Intox. Fluoreszenz-Scan 618 nm 626 nm 618 nm PBGD-Aktivität (50%) n - n n n ALSD-Aktivität n n n (*) Fazit: (*) reaktivierbar mit Zn + DTT DTT: Dithiothreitol Die Differenzialdiagnose der akuten hepatischen Porphyrieformen ist nur möglich, wenn alle 3 Untersuchungsmaterialien (Urin, Blut und Stuhl) zur Verfügung stehen. 15

16 AHP = akute hepatische Porphyrie AIP = akute intermittierende Porphyrie HKP = hereditäre Koproporphyrie PV = Porphyria variegata PCT = Porphyria cutanea tarda KPU = Koproporphyrinurie n PBG n ALS n PBG ALS = -Aminolävulinsäure PBG = Porphobilinogen GPOR = Gesamt-Porphyrine PORD = Porphyrin-Differenzierung URO = Uroporphyrin HEPTA = Heptacarboxyporphyrin KOPRO = Koproporphyrin n GPOR n GPOR n GPOR Porphyrie ausgeschlossen Befundkontrolle AHP = deutlich erhöht n = normal PORD PORD n URO n URO n KOPRO n HEPTA n KOPRO KOPRO > URO n KOPRO URO > KOPRO Sek. KPU PCT HCP AIP 16 DD: EPP DD: HEP Befundkontrolle DD: Pb-Intox. DD: Doss-Porphyrie (in beiden Fällen: PBG normal bis leicht erhöht) DD: VP

17 Ein Wort zur molekulargenetischen Analyse: 1. Porphyrien sind Erkrankungen mit genetischer Grundlage 2. Der Erbgang der Porphyrien ist bekannt 3. Man kennt die betroffenen Enzyme sowie deren Genloci und die entsprechenden Gensequenzen Warum nicht sofort und ausschließlich eine Gen-Analyse durchführen? 17

18 Mutationen bei akuten hepatischen Porphyrien (Stand 09/2013) Mutationstyp Gen Störung PBGD / HMBS AIP PPOX VP CPOX HCP Missense/Nonsense Splicing Kleine Deletionen Kleine Insertionen Kleine Indels Große Deletionen Große Insertionen Komplexe Rearrangements Regulatorische Mutationen Gesamt:

19 Ein Wort zur molekulargenetischen Analyse: 1. Porphyrien sind Erkrankungen mit genetischer Grundlage 2. Der Erbgang der Porphyrien ist bekannt 3. Man kennt die betroffenen Enzyme sowie deren Genloci und die entsprechenden Gensequenzen Warum nicht sofort und ausschließlich eine Gen-Analyse durchführen? Alleine bei den akuten hepatischen Porphyrieformen kommen 4 mögliche Gene in Frage Es handelt sich um relativ große Gene (8 15 Exone, 10 kb) Es gibt keine sog. hot spots Unterscheidung funktioneller Mutationen und klinisch unbedeutender Polymorphismen oft sehr schwierig Toxisch induzierte Porphyrien (z. B. durch Blei) werden übersehen 19

20 Ein Wort zur molekulargenetischen Analyse: 1. Porphyrien sind Erkrankungen mit genetischer Grundlage 2. Der Erbgang der Porphyrien ist bekannt 3. Man kennt die betroffenen Enzyme sowie deren Genloci und die entsprechenden Gensequenzen Warum nicht sofort und ausschließlich eine Gen-Analyse durchführen? Eine Mutation bzw. ein genetischer Defekt beweist keinesfalls den Zusammenhang aktueller oder zurückliegender klinischer Symptome und Beschwerden mit einer tatsächlichen Porphyrinstoffwechselstörung! Hintergrund: Niedrige phänotypische Penetranz 20

21 Ein Wort zur molekulargenetischen Analyse: Eine molekulargenetische Analyse bei klinischem Verdacht auf eine akute hepatische Porphyrie ohne vorausgehende biochemische Untersuchung ist ein diagnostischer Kunstfehler! und... Eine biochemisch gesicherte Porphyrie bleibt auch dann eine Porphyrie, wenn sich eine molekulargenetische Ursache in den Genen der beteiligten Enzyme mit den üblichen Methoden der Sequenzierung nicht eruieren oder belegen lässt! 21

22 Stufendiagnostisches Vorgehen bei Verdacht auf eine akute hepatische Porphyrie A. Screening auf 5-Aminolävulinsäure und Porphobilinogen im Urin, Durchführung eines Fluoreszenz-Scans im Serum oder Plasma B. Bestimmung der Gesamtporphyrin-Ausscheidung im Urin und Differenzierung der Metabolite C. Analyse der Gesamtporphyrine im Stuhl. Bei Erhöhung Differenzierung und Analyse der Isomeren-Ratio des Koproporphyrins D. Bestimmung der Enzymaktivitäten im Heparinblut (Porphobilinogendesaminase, 5-Aminolävulinsäuredehydratase o.ä.) E. Optional: Molekulargenetische Analyse / Gensequenzierung 22

23 Diagnostik der chronischen hepatischen Porphyrie (Porphyria cutanea tarda, PCT) A: Fluoreszenz-Scan (DD Porphyria variegata) B: Bestimmung der Gesamtporphyrine im Urin inkl. Differenzierung C: Analyse der Porphyrine im Stuhl ggf. mit Differenzierung D: Bei familiärer Häufung oder early-onset: Messung der Uroporphyrinogendecarboxylase-Aktivität (UROD) im Blut/Erythrozyten Charakteristische Befunde sind: zu A: Positiver Fluoreszenz-Scan mit Emissionsbande bei 618 nm zu B: Deutliche Erhöhung von Uro- und Heptacarboxyporphyrin im Urin zu C: Anstieg der höhercarboxylierten Porphyrine im Stuhl mit Ausnahme von Uroporphyrin. Positiver Nachweis von Isokoproporphyrin zu D: Erniedrigte UROD-Aktivität (nur bei hereditärer PCT Typ II) 23

24 Diagnostik der erythropoetischen Protoporphyrie (EPP) A: Fluoreszenz-Scan im Serum oder Plasma B: Analyse der Porphyrine im Blut (Freies- und Zink-Protoporphyrin) C: Bestimmung der Koproporphyrinausscheidung im Urin inkl. Differenzierung der Koproporphyrin-Isomere I und III D: Analyse der Stuhlporphyrine ggf. inkl. Differenzierung Charakteristische Befunde sind: zu A: Positiver Fluoreszenz-Scan mit Emissionsbande zwischen 625 und 635 nm. zu B: Deutliche Erhöhung insbesondere des freien Protoporphyrins (meist >100fache Normbereichsgrenze, >95% des Gesamt-PP) zu C: Veränderungen im Urin nur bei hepatobiliärer Beteiligung zu D: Häufig (aber nicht immer!) erhöhtes Protoporphyrin im Stuhl 24

25 Zusammenfassung (1) Das Screening auf eine Porphyrinstoffwechselstörung ist ohne großen Aufwand mit Hilfe von 2 Untersuchungsmaterialien möglich (Urin + Blut). Sowohl für die Urin- als auch die Blutuntersuchung stehen schnelldiagnostische Verfahren zur Verfügung, die eine zügige Befundung (Porphyrie? Ja/Nein) noch am Tag des Probeneingangs ermöglichen. Die Differenzialdiagnose der Porphyrien schließt immer eine Analyse der fäkalen Porphyrinexkretion mit ein, die auch bei bereits laufender Therapie veranlasst werden kann. 25

26 Zusammenfassung (2) Enzymatische Untersuchungen sind keine Methoden zur Primärdiagnostik, können jedoch zur Diagnosesicherung und zur Entdeckung von genetischen Merkmalsträgern eingesetzt werden. Gen-Analysen sind ebenfalls zur Primärdiagnostik ungeeignet und können schwierigen, differenzialdiagnostischen Problemen sowie Familienuntersuchungen und wissenschaftlichen Fragestellungen vorbehalten bleiben. Zahlreiche Grunderkrankungen/Störungen verursachen sekundäre Veränderungen im Porphyrinstoffwechsel. Die genaue Interpretation der Messwerte ist Aufgabe des analysierenden Labors, dem hierzu jedoch anamnestische und klinische Daten mitgeteilt werden müssen. 26

27 Blutdurstig? Blass? Augenringe? Lichtscheu? Spitze Eckzähne? Rotfluoreszierendes Gebiss? Knoblauchphobie? Adelig (Graf o. ä.)? You think you may never see a porphyria... You might!... Be prepared! American Porphyria Foundation APF 27