Cisztikus fibrózis. 1. Patogenezis

Átírás

1 Cisztikus fibrózis A cisztikus fibrózis (CF) monogénes rendellenesség amely több szervrendszert érintő betegséget okoz. Általában gyermekkorban jelentkeznek az első tünetek, de a betegek közel 4%- át felnőttkorban diagnosztizálják. A javuló tüneti kezelés következtében ma a betegek körülbelül 34%-a megéri a felnőttkort, és közel 10%-a 30 évnél tovább él. A CF betegek várható élettartama ~ 28 év, férfiak és nők esetében egyaránt. Azaz, a CF ma már nem kizárólag gyermekbetegség, s így a belgyógyásznak föl kell készülnie hogy felismerje, és kezelni tudja a vele járó számos szövődményt. E betegség jellemzői a fokozatosan bronchiektáziához és bronchiolektáziához vezető krónikus légúti fertőzés, exokrin hasnyálmirigy elégtelenség, rendellenes bélműködés, megváltozott verejtékmirigy működés és urogenitális működési zavar. 1. Patogenezis 1.1. Genetikai háttér A CF autoszómális recesszív öröklődésű betegség, amelyet a 7. kromoszómán található egyetlen gén mutációi okoznak. A CF prevalenciája, a lakosság etnikai eredetétől függően, változó. Észak-Amerika és Észak-Európa fehér lakossága esetében kb élveszületésre jut 1 kimutatott eset. Számítások alapján minden 20 fehér emberből 1 hordoz egy hibás CF allélt. A CF gén leggyakoribb mutációja (az összes CF kromoszóma kb. 70%-a) egy 3 bázispáros deléció, amely a CF gén által kódolt fehérje, a CF Transmembrane Conductance Regulator (CFTR), 508- as pozíciójában található fenilalanin hiányához vezet ( F 508 ). A heterozigóták DNS technológiával történő széleskörű szűrését nehezítik a CF gén nagy számú (>400) viszonylag ritka (<2 %) mutációi, heterozigótákat kimutató funkcionális teszt pedig nem áll rendelkezésre. A heterozigóta hordozók viszonylag nagy számát azzal magyarázzák, hogy a CF heterozigóták szelektív előnyt élveznek a kolera által kiváltott szekretoros hasmenés ellen (megbeszélésre) CFTR fehérje A CFTR fehérje egyetlen 1480 aminosav hosszú polipeptid lánc, amely egyrészt ciklikus AMP által szabályozott klorid csatornaként működik, másrészt elképzelhető, hogy, nevének megfelelően, más ion csatornák működését is befolyásolni képes. A normál CFTR fehérje érett formájában az epiteliális sejtek apikális plazmamembránjában található (1. ábra). Biokémiai vizsgálatok kimutatták, hogy a F 508 mutáció a CFTR fehérje tökéletlen éréséhez és intracelluláris degradációjához vezet. A CF kórélettanának leggyakoribb háttere tehát a CFTR fehérje hiánya a sejt megfelelő részéről. A CF gén más mutációi viszont tökéletesen processzált CFTR fehérjét eredményeznek, amely el is jut a megfelelő helyre, azonban nem vagy csak részlegesen működőképes Epiteliális működészavar A CF által érintett hámfelszínek normál állapotukban sokféle funkcióval bírnak; egyesek folyadék-visszaszívók (légúti és bélhám), mások sóvisszaszívók de nem folyadék-visszaszívók (verejtékmirigy-kivezetőcső), ismét mások folyadék-kiválasztók (hasnyálmirigy). E változatos funkció mellett nem meglepő, hogy a CF elektrolit- és víz-transzportra kifejtett hatása is sokféle a különböző szövetekben. Azonban valamennyi érintett szövetre jellemző az abnormális iontranszport funkció. 1

2 1. ábra. A CFTR fehérje anyagcseréje a sejtben. Egészséges sejtben (balra) a CFTR a durva endoplazmás retikulumban (RER) szintetizálódik, a Golgi komplexben glikozilálódik, és a plazmamembránt elérve klorid csatornaként, illetve más ion csatornák szabályozójaként működik. A CF gén mutációjának két lehetséges következménye (jobbra): (1) Ha a mutáció megzavarja a fehérje érését, ilyen pl. a F 508 mutáció, a CFTR a sejten belül degradálódik, és a fehérje nem jut ki a plazmamembránba. (2) Más mutációk esetén a hibás fehérje összeépül és ki is jut a plazmamembránba ahol azonban hibásan működik Szerv-specifikus kórélettan Tüdő Miközben a tüdőbetegség a CF legsúlyosabb tünete, mind a mai napig nem tisztázott, hogyan zajlanak az iontranszport folyamatok az egészséges és a CF tüdőben; mint ahogy azt sem tudjuk, hogyan vezetnek el a megzavart transzport folyamatok a végül is fellépő krónikus infekcióhoz. Nemcsak a kísérleti eredmények értelmezése terén van megosztottság, de maguk a kísérleti adatok is ellentmondásosak. Az alábbiakban bemutatunk a sok közül kettő, egymásnak ellentmondó, elméletet. Az alacsony térfogat elmélet a Cl - csatorna funkció helyett a CFTR regulátor voltát hangsúlyozza, nevezetesen az epiteliális Na + csatornára (ENaC) kifejtett tónikus gátló hatást. Ezen elmélet értelmében egészséges légutakban a Na + -nak az ENaC-en keresztül történő lassú visszaszívódását a víz passzívan követi (izozmotikus abszorpció). CF esetén az ENaC csatornák hiperaktívak, és ez felgyorsult Na + - (ill. passzívan víz-) visszaszívódáshoz vezet. Ezért a légúti hám felszínét borító (izozmotikus) folyadék (airway surface liquid, ASL) térfogata lecsökken, gátolva a mukociliáris sejtek tisztító tevékenységét és elősegítve a bakteriális kolonizációt. A koncentrált só elmélet értelmében a CFTR egy Cl - csatorna amelynek elsődleges szerepe a Cl - visszaszívása. Az egészséges tüdőben a Cl - (és a Na + ) nagyobb mértékben szívódik vissza mint a víz, ami hipozmotikus ASL-t eredményez. A CF következtében csökken a Cl - - visszaszívódás és megemelkedik az ASL sókoncentrációja. A defenzinek, az egészséges légúti hámfelszínen jelenlevő antibakteriális hatású peptidek, az emelkedett sókoncentráció hatására inaktiválódnak, így a hámfelszín megfelelő védelem nélkül marad. A valós kép ennél minden bizonnyal bonyolultabb, többféle tényezőt foglal magába; nemcsak a felszíni hámot, hanem a CFTR-t leginkább expresszáló szubmukózus mirigyeket is. A CF késői stádiumaiban az elhaló sejtekből illetve baktériumokból felszabaduló DNS megnöveli a légúti nyák viszkozitását ezzel tovább rontva a légutak öntisztulását (v.ö. DNáz kezelés, ld. alább) Emésztőrendszer A CF gasztrointesztinális hatásai sokfélék. Az exokrin pankreászban a CFTR Cl - csatorna hiánya korlátozza annak a Cl - -HCO - 3 cserélőnek a működését, amely a kivezetőcsövek apikális 2

3 membránjában található, és a bikarbonátnak (és így passzívan a nátriumnak) a lúmenbe történő szekréciójáért felelős. A NaHCO 3 - és víz-szekréció elégtelensége az enzimek retenciójához, és végeredményben a pankreász teljes szöveti destrukciójához vezet. A CF bélhám a Cl - - és vízszekréció hiánya miatt képtelen a szekretált mucinokat és egyéb makromolekulákat kimosni a kriptákból. A csökkent CFTR-függő folyadék-szekréciót súlyosbítja a megnövekedett folyadékfelszívódás. Ez utóbbi feltehetően a Na + -felszívódás CFTR által történő regulációjának zavarát tükrözi. Mindkét rendellenesség elősegíti a béltartalom besűrűsödését amely a vékony- illetve vastagbél obstrukciójához vezethet. A hepatobiliáris rendszerben az epevezetékek hámjának hibás só (Cl - ) és víz-szekréciója az epeszekrétumok retenciójához és, a CF betegek 20-30%-ában, az epevezetékek proliferációjához valamint fokális biliáris cirrózishoz vezet. A CF epehólyag hámjának hiányzó só- és víz-szekréciója krónikus kolecisztitiszhez illetve kolelitiázishoz vezethet Verejtékmirigy A CF betegek közel normális mennyiségű verejtéket választanak ki a verejtékmirigyek acinusaiban. Azonban, a verejtékmirigy kivezetőcsövén áthaladva a verejték NaCl tartalma nem tud visszaszívódni a ductális hámsejtek Cl - -visszaszívási zavara miatt. 2. Diagnózis 2.1. Verejték teszt A CF gén nagyszámú mutációi miatt primer diagnózis céljára a DNS analízis nem használatos. A CF diagnózisa egy sor klinikai kritériumon és a verejték Cl - koncentrációjának analízisén alapszik. A Na + és Cl - koncentráció értékei életkortól függően változnak, azonban felnőttben 70 mmol/l-t meghaladó verejték Cl - koncentráció a CF-et valószínűsíti más tüdőbetegségekkel szemben A cisztikus fibrózis szűrése Többféle szűrési stratégiát javasoltak már, beleértve a prenatális szűrést, a családtervezést, a hordozók újszülöttkori illetve iskolai szűrését, valamint a betegségben érintettek újszülöttkorban történő azonosítását. Jelenleg a hordozók kimutatására irányuló szűrés az újszülött illetve iskoláskorú gyerekek körében nem javasolt, elsősorban hatékonysági és pszichoszociális okokból. Bár a CF korai diagnózisa elvileg javíthat a prognózison, jelenleg még a betegségben érintettek azonosítására irányuló újszülöttkori szűrést sem indokolja kellő számú tudományos bizonyíték. A fennmaradó két lehetőség közül a prenatális szűrés praktikus előnye, hogy ennek technikai háttere jelenleg is biztosított, a családtervezés révén felfedezett hordozó párok részére pedig elvileg valamennyi fogamzási lehetőség rendelkezésre áll. A prenatális diagnózis elsősorban chorionboholy biopszia (CVS, Chorionic Villus Sampling), amniocentezis vagy perkután boholy biopszia (PUBS, bár ez utóbbinak nincs praktikus előnye) során nyert minta PCR analízisével történik (ld. 2. ábra). Amniocentezis: A odik gesztációs héten transzabdominális behatolásból ml amnionfolyadékot nyernek az amnionűrből. Az amnion folyadékban elsősorban fötális eredetű sejtek találhatóak, amelyek könnyen tenyészthetők primer sejtkultúrában. CVS: A chorionbolyhokból a hüvelyen illetve cervixen keresztül fölvezetett és direkt ultrahang vezérléssel a magzati implantáció helyéhez irányított flexibilis katéter, vagy ugyancsak ultrahang irányítás alatt transzabdominálisan beszúrt biopsziás tű segítségével vesznek mintát. A kb mg boholy aspirátumból az esetleges anyai szöveteket mikroszkóp alatt eltávolítják. A 3

4 karyotípusokat rövid (3-5 nap) és hosszú (10-14 nap) tenyésztési periódus után is meghatározzák. Úgy tűnik, hogy az utóbbi tükrözi pontosabban a magzat karyotípusát. A CVS előnye az amniocentezissel szemben, hogy a 8-10-edik gesztációs héten végezhető, 6-8 héttel korábban mint az utóbbi, és így az eredmények hamarabb rendelkezésre állnak. Így, ha kóros eredmény miatt a szülők a terhesség megszakítása mellett döntenek, ez egyszerűbben és biztonságosabban végezhető el az első trimeszterben mint a 20-adik gesztációs hét környékén. PUBS: Az anyai hasfalon keresztül a köldökzsinór tapadása közelében található magzati erek egyikébe bevezetett tű segítségével magzati vérmintát nyernek. Ez a beavatkozás korábban fetoszkópiát igényelt, ma azonban ultrahangvezérlés alatt végezhető a 12-edik gesztációs héttől kezdve egészen a terminusig. A PUBS gyors (2-3 napon belül történő) karyotípus meghatározásra alkalmas olyankor, amikor ultrahanggal kongenitális anomália észlelhető, vagy enzimesszékkel illetve molekuláris technikákkal jelenleg még nem kimutatható fehérvérsejt-, szérum-, illetve hemoglobin-rendellenességek esetén. A magzat elvesztésének rizikója 1 és 5% között van. Családtervezés során szájüregi öblítőfolyadékból vagy vércseppből nyert anyagon végeznek PCR analízist. A szájüregi öblítéses módszer alkalmazásakor nincs szükség orvosi beavatkozásra illetve jelenlétre, ugyanakkor az eljárás elvileg tökéletes szenzitivitást és specificitást biztosít leszámítva a laboratóriumi műhibákat. A Semmelweis Egyetemen e módszereket jelenleg az I. Szülészeti és Nőgyógyászati klinikán alkalmazzák (Dr. Bán Zoltán, Genetikai Laboratórium), ahol a F 508 mutációt detektálják fluoreszcens PCR-rel [F-PCR] (ld. 3. ábra). 2. ábra. Egészséges egyén (1, 1' sáv), heterozigóta hordozó (2, 2' sáv) és homozigóta CF páciens (3, 3' sáv) DNS mintáin végzett PCR reakció termékeinek jellegzetes DNS mintázata, nagy felbontású agaróz-gél elektroforézissel megjelenítve. 3. ábra. A három típusos F-PCR mintázat a F 508 mutáció detektálása kapcsán (vö. 2. ábra). 4

5 3. Klinikai kép A legtöbb CF páciens esetén a betegség tünetei már gyermekkorban jelentkeznek. A betegek kb. 15%-ánál a születést követő 24 órán belül gasztrointesztinális obstrukció (meconium ileus) alakul ki. Az első egy-két életév alatt jelenkező gyakori tünetek még a légzőszervi tünetek, elsősorban köhögés és/vagy visszatérő pulmonális infiltrátumok, valamint a fizikális fejlődésben észlelhető lemaradás. Mégis, a betegek jelentős hányadát (kb. 4%-át) 18 éves kor után diagnosztizálják Légutak A felső légutak betegsége majdhogynem általános a CF betegek között. A gyerekkorban gyakori a krónikus sinusitis, amely az orrüreg elugulásához és orrfolyáshoz vezet. A nazális polipok előfordulása megközelíti a 25%-ot és ez gyakran sebészi beavatkozást tesz szükségessé. A CF legkorábbi alsó-légúti tünete a köhögés. Idővel a köhögés állandósul és sűrű, purulens, gyakran zöldes színű köpetet eredményez. A klinikai stabilitás időszakait óhatatlanul exacerbációk szakítják meg, amelyeket fokozott köhögés, köpetképzés, súlyvesztés és romló tüdőfunkció jellemez. Az exacerbációk agresszív terápiát igényelnek gyakori poszturális drainage-zsal, orális illetve gyakran intravénás antibiotikumokkal (ld. alább). A terápiás cél az elveszett tüdőfunkció helyreállítása. Az évek során az exacerbációk egyre gyakoribbá válnak, a tüdőfunkció egyre kevésbé nyerhető vissza, és ez végül légzési elégtelenséghez vezet. A CF köpet mikrobiológiai összetétele jellegzetes. Gyakran Haemophilus influenzae és S. aureus mutatható ki először a frissen diagnosztizált CF páciensek tüdőváladékából nyert mintából. P. aeruginosa az alsó légutak váladékából általában csak később mutatható ki. A legkoraibb radiológiai elváltozás a CF tüdőben a hiperinfláció következménye amely a kis légutak obstrukcióját jelzi. Késői stádiumokban a bronchiektázia jelei is láthatóak. Jelenleg tisztázatlan okokból a jobb fölső lebenyben jelennek meg a legkorábbi és legkifejezettebb elváltozások. Rutinszerűen sem CT sem MRI vizsgálatot nem végeznek CF pácienseken. A CF tüdőbetegség számos átmeneti szövődménnyel járhat. A pneumothorax gyakori (a betegek több mint 10%-ában fordul elő). Előrehaladott CF tüdőbetegség esetén kis mennyiségű vér megjelenése a köpetben gyakori, és általában a tüdőfertőzésekhez társul. Masszív hemoptízis életveszélyes is lehet, és bronchoszkópiával nehezen lokalizálható. Előrehaladott tüdőbetegség esetén szinte minden CF betegben megfigyelhetők a dobverő ujjak. A CF késői klinikai képét a légzési elégtelenség és a cor pulmonale tünetei uralják Gyomor-bél rendszer A meconium ileus tünetegyüttesét gyerekekben hasi feszülés, a széklet hiánya és hányás jellemzi. A hasi röntgen felvétel ilyenkor diagnosztikus lehet. A tipikus intesztinális rendellenességeket tovább bonyolítja az exokrin hasnyálmirigy-elégtelenség amely a CF betegek 90%-ában megjelenik. A pankreász enzimek elégtelen termelődése következtében a fehérje- és zsírfelszívódás zavarának típusos képe alakul ki gyakori, nagytömegű, bűzös széklettel. A zsíroldékony vitaminok, pl. E- és K-vitamin, felszívódási zavara következtében ezek hiánytünetei is előfordulhatnak. Mivel a hasnyálmirigy béta sejtjei általában nem érintettek, hiperglikémia és exogén inzulin igénye csak késői stádiumban, és csak a CF betegek mintegy 5%-ában alakul ki. 5

6 3.3. Urogenitális rendszer Minkét nemű CF betegek esetében gyakori a késői pubertás. A késői érés valószínűleg a krónikus tüdőbetegség és az elégtelen táplálkozás által az endokrin funkcióra gyakorolt negatív hatás másodlagos következménye. A férfi CF betegek több mint 95%-ánál észlelt azoospermia a vas deferens, valószínűleg a zavart folyadékszekréció miatt bekövetkező, elzáródását tükrözi. A női betegek 20%-a terméketlen a krónikus tüdőbetegségnek a menstruációs ciklusra kifejtett hatása miatt, valamint a sűrű, tapadós cervikális nyák miatt, amely elzárja a spermiumok útját. A befejezett terhességek több mint 90%-a életképes gyermekeket eredményez, és a beteg anyák általában zavartalanul képesek a szoptatásra. 4. Kezelés Jóllehet oki kezelés nem áll rendelkezésre, a gondosan végzett tüneti kezelés mára sokat javított a CF betegek életkilátásain. A CF terápia elsődleges céljai a tüdőváladék kiürülésének elősegítése, a tüdő fertőzéseinek visszaszorítása, a megfelelő táplálás biztosítása és a bélelzáródás megelőzése. A fertőzéseket korai antibiotikus kezeléssel szorítják vissza. A légúti váladék kiürülését poszturális drainage-zsal és a mucus viszkozitásának csökkentését célzó DNáz-inhalációval segítik elő. A megfelelő táplálékfelszívódást a pankreász enzimek orális szubsztitúciójával biztosítják. A génterápia eszközeivel oki kezelésre irányuló erőfeszítések mindezidáig nem vezettek eredményre. A génterápia célja a mutáns CFTR gén vad-típusú (wt) DNS-szekvenciával történő pótlása, és ezáltal a normál, működőképes CFTR fehérje expressziójának helyreállítása. wtcftr cdns expressziós vektorokkal végzett in vitro kísérletek kimutatták, hogy a CF-hez társuló Cl - iontranszport zavar ily módon korrigálható. A gén belyuttatása a sejtekbe többnyire liposzómák vagy adenovírus vektorok segítségével történik. Kézenfekvő módon a génterápiának a légzőhám sejtjeit kell megcéloznia. Azonban a tüdő felszínén található sejteket nem lehet kivágni, tenyészteni, laboratóriumi körülmények között transzfektálni a CFTR génnel, majd visszajuttatni a betegek szervezetébe. Az eljárás jelenleg a wtcftr gén belélegzéssel történő in vivo bejuttatására korlátozódik. Így azonban csak a légzőhám felszíni sejtjei fertőzhetők, a szubmukózus mirigyek sejtjei, amelyek normálisan a CFTR fehérjét expresszálják, nem elérhetőek. Következésképpen, jelenleg egyik módszer sem elég hatékony, annak ellenére, hogy a sejtek kevesebb mint 10%-ának korrekciója a normál CFTR génnel elméletileg normál Cl - -transzportfunkciójú hámfelszínt eredményezhetne. Néhány tanulmány arra utal, hogy az adenovírusok, toxikus mellékhatások hiányában, alkalmasak lehetnének a CF génnek a légzőhámba történő bejuttatására. A gazdaszervezet immunválasza a vírus ellen azonban napok alatt elnyomja az exogén CFTR gén átmeneti expresszióját. Klinikai protokoll (megbeszélésre). Linkek a Cisztikus Fibrózisról a web-en: Irodalom: Gabriel, E Science. 266(5182): Wildhagen, M.F. et al British Medical Bulletin. 54(4): Crystal, R.G., et al Hum Gene Ther. 6(5): Crystal, R.G., et al Hum Gene Ther. 6(5): Az F-PCR képek Dr. Bán Zoltántól (Semmelweis Egyetem, I. Szülészeti és Nőgyógyászati Klinika, Genetikai Laboratórium) származnak. 6