Lyzosomální onemocnění

Lyzosomální onemocnění („střádavé choroby“) jsou vzácná, dědičně podmíněná onemocnění vedoucí ke střádání v lyzosomech v důsledku nedostatečné aktivity některého z lyzosomálních enzymů, popř. transportních proteinů. Jsou to multisystémová onemocnění s trvalou progresí, která se mohou manifestovat kdykoli v průběhu života. Postižené jsou především metabolicky aktivní orgány a tkáně (kostní dřeň, kosti, kosterní svaly, myokard a CNS). Bylo popsáno cca 60 různých lyzosomálních poruch. Časné formy mívají těžký průběh s rychlou progresí a infaustní prognózou. Výskyt v naší populaci se odhaduje na 1:8200 živě narozených dětí. Většinou se jedná o autosomálně recesivně dědičné choroby, vzácně gonosomálně recesivní (Fabryho nemoc a mukopolysacharidóza typu II). Lyzosomální enzymy, tzv. kyselé hydrolázy, umožňují postupné štěpení velkých komplexních molekul (sfingolipidů, glykoproteinů či mukopolysacharidů) z buněčných stěn zanikajících buněk. Nedostatečné množství či nedostatečná enzymatická aktivita vede k hromadění substrátu v lyzosomech různých buněk. Některé nemoci lze léčit substitučním podáváním rekombinantních enzymů (Gaucherova, Fabryho a Pompeho choroba, mukopolysacharidóza typ I, II a VI) či omezením množství střádaného substrátu („substrát redukční terapie“ – Gaucherova nemoc, Niemann-Pickova nemoc typu C). Ojediněle je indikována transplantace kostní dřeně (mukopolysacharidóza typ I).

Rozdělení

• Lyzosomální onemocnění z poruch transportu proteinů do lyzosomů
• Lyzosomální onemocnění z deficitu lyzosomálních membránových proteinů
• Lyzosomální onemocnění z deficitu lyzosomálních hydroláz
• Lyzosomální onemocnění z deficitu enzymových aktivátorů lyzosomálních hydroláz

Patofyziologické mechanismy lysozomálních onemocnění a jejich příklady

• Střádání sekundárních produktů
  • Cholesterol (NPC C)
  • Sfingomyelin (NPC A, NPC B)
  • Mukopolysacharidy
• Neuroinflamace
  • aktivace díky mikrogliím, které fungují jako fagocyty v CNS, střádají materiál v lysozomech, což vede k jejich bobtnání (jako pěnové buňky v ateromovém plátu) a následně uvolňějí lytických enzymů po jejich "prasknutí" (lýze)
• Porucha kalciového metabolismu
  • patří sem například Gaucherova choroba, což je porucha enzymu glukosilcerebrosidázy, který moduluje funkci rhyadonidových receptorů v sarkoplasmatickém (respektive endoplasmatickém) retikulu, které se starají o rovnováhu kalcia uvnitř buňky. Pokud jsou receptory poškozeny dochází k efluxu kalcia z Er a tudíž aktivaci mimo jiné lytických enzymů, a kaspáz (apoptóza)
• Kyslíkové radikály
  • Souvisí asi s poruchami Er a mitochondrií a to hlavně v mozku
• Zvýšená autofagie
  • zvýšená autofagie v konečném důsledku vede k apoptóze a to díky mnoha faktorům. Jedním z nich je třeba špatná cirkulace složek plasmatické membrány, což vede k poškození buňky a jejich chemických i elektrických gradientů, a to vede k apoptóze.

Lyzosomální onemocnění z poruch transportu proteinů do lyzosomů

I-cell disease (mukolipidóza II)

• Deficit GlcNAc-fosfotransferázy.
• Man-6-P je chemickým markrem, kterým jsou enzymy adresovány do lyzosomů.
• Inclusion cell disease je způsobena poruchou transportu proteinů obsahujících Man-6-P signál do lyzosomů, která je způsobená mutacemi v N-acetylglukosamin 1-fosfotransferáze.
• Receptor pro Man-6-P je nepostižen, Man-6-P vázaná na enzym nevzniká.
• To vede ke zvýšené aktivitě lyzosomálních proteinů v extracelulární tekutině a v plazmě, a snížené aktivitě mnoha lyzosomálních enzymů ve tkáních.
• Lyzosomy jsou zvětšené díky lyzosomálnímu střádání.
• Vakuolizace lymfocytů („inkluzní buňky“) střádajících lyzosomy.
• Pacienti mají: hrubé obličejové rysy, ztluštělé dásně, malou hepatomegalii a splenomegalii, kostní onemocnění – dysostosis multiplex, psychomotorickou retardaci, zvýšené aktivity lyzosomálních hydroláz v plazmě, nízké aktivity ve tkáních.

Lyzosomální onemocnění z deficitu lyzosomálních membránových proteinů

Dannonova choroba

• Deficit LAMP2 (Lysosomal-associated membrane protein 2)

Cystinóza

• Deficit cystinosinu
• Klinické projevy:
• Ledvinné onemocnění s Fanconiho syndromem
• Renální selhání, nutná transplantace ledvin
• Krystaly v rohovce, fotofobie
• Porucha růstu
• Normální inteligence
• více na stránce poruchy metabolismu sirných AMK

Sialurie

• Deficit sialinu

Lyzosomální onemocnění z deficitu lyzosomálních hydroláz

• Lyzosomy obsahují různé hydrolázy podle toho, jaký skladovaný substrát štěpí. Poruchy funkce těchto enzymů vedou ke střádání substrátu v lyzosomálním aparátu buňky. Patří mezi ně:
• Lipidózy a Sfingolipidózy

• Mukopolysacharidózy
• Mukopolysacharidózy a glykoproteinózy
• Glykogenózy (sem patří jen glykogenźa II-Morbus Pompe)
• Proteinózy

Lipidózy

[ ✎ upravit vložený článek ]

Biopsie ze spojivky pacienta s Fabryho chorobou. V pericytech jsou patrné laminární struktury − lyzosomy střádající ceramidtrihexosid

Lipidózy jsou vrozené poruchy enzymů (enzymopatie) lipidového metabolismu. Jde především o lysozomální hydrolázy, které působí rozkládání složených lipidů – vyznačuje se hromaděním (střádáním, thesaurací) lipidů v lysozomálním aparátu. Odbourávání sfingolipidových glykokonjugátů probíhá v lysozomech postupným odštěpováním cukerných jednotek z neredukujícího konce řetězce specifickými exohydrolázami až na ceramid. Podobně sfingomyelin je degradován odštěpením fosforylcholinu. Ceramid je dále deacylován na sfingosin. Tyto konečné produkty opouští lysozom a jsou použity znovu k biosyntéze, nebo jsou dále degradovány. Estery cholesterolu jsou hydrolyzovány, cholesterol je transportován do cytozolu a esterifikován. 

Lipidózy bývají kvůli postižení nervového systému někdy označovány také jako neurolipidózy.

Sfingolipidózy

Mikroskopie

Hypertrofie lysozomů – mikrovakuolární, pěnitý až voštinovitý vzhled buněk. Následně regresivní změny včetně sekundární tvorby lipopigmentů (ceroid i lipofuscin). Střádanými lipidy bývají gangliosidy, cerebrosidy, sfingomyelin, ceramid, cholesterol a jeho estery. Postihují především histiocyty RES, ale i epitelie a endotelie (viscerální lipidózy) nebo gangliové buňky (neuronální lipidózy).

Rozdělení

Podle místa postižení

• Neuronální;
• viscerální;
• neuroviscerální;
• podle střádaného lipidu (a defektního enzymu).

Lysozomální onemocnění CNS mají dvě formy:

1. postižení gangliových buněk – thesaurující onemocnění;
2. postižení bílé hmoty – leukodystrofie (poruchy metabolismu myelinu).

Zjednodušené rozdělení složených lipidů

• Fosfolipidy:
  • glycerofosfolipidy – kyselina fosfatidová (3-fosfo-1,2-diacylglyerol) + další složka (cholin, ethanolamin);
  • sfingofosfolipidy – ceramid (sfingosin + MK) + fosfát + další složka (je-li jí cholin, jde o sfingomyelin).

• Glykolipidy – obsahují ceramid (sfingosin + MK) s navázanou cukernou složkou:
  • cerebrosidy – vazba hexosy (Glc, Gal) na ceramid;
  • gangliosidy – vazba oligosacharidu s kys. sialovou (N-acetylneuraminovou) na ceramid.

Gaucherova choroba

 Podrobnější informace naleznete na stránce Gaucherova choroba.

• Defekt: deficit glukocerebrosidázy způsobuje hromadění glukocerebrosidů ve slezině (RES) a CNS.
• Klinické příznaky:
  • typ 1:
    • počátek onemocnění je v dětství, plná manifestace v dospělosti
    • typická je splenomegalie, hepatomegalie je jen mírná, ale je možný vznik cirhózy
    • dochází k infiltraci kostní dřeně, patologickým frakturám a aseptickým nekrózám
    • masivní postižení plic může vést až ke cor pulmonale; známa je též kožní hyperpigmentace a koincidence s různými malignitami
  • typ 2:
    • mezi základní znaky patří hepatosplenomegalie a těžká neurologická symptomatologie (trismus, strabismus, retroflexe hlavy, progresivní spasticita, hyperreflexie a vznik patologických reflexů, v terminálním stadiu  hypotonie)
  • typ 3:
    • delší průběh nemoci a neuroviscerální symptomatologie kolem 1 - 3 let života, hepatosplenomegalie a později neurologická symptomatologie - ataxie a spastické parézy, poruchy oční motility, mentální retardace a záchvaty (často myoklonie)
• Mikroskopie: charakteristickým nálezem jsou tzv. Gaucherovy buňky – velké makrofágy střádající lipidy, s „pomačkanou” cytoplasmou, nejprve se objevují v kostní dřeni, později i jinde (podobné buňky, tzv. gaucheroidní, se vyskytují v kostní dřeni při CML)
• Diagnóza: je potvrzena stanovením deficitu aktivity b-glukosidázy v leukocytech izolovaných z periferní krve, nebo kultivovaných kožních fibroblastech; doplňujícím vyšetřením u případů s potvrzenou diagnózou je analýza DNA
• Prenatální diagnostika: v rodinách s enzymaticky prokázanou diagnózou je možná analýzou nativních a kultivovaných choriových klků nebo kultivovaných amniocytů
• Léčba: i.v. dodáním chybějícího enzymu, inhibice biosyntézy glukocerebrosidu

Farberova choroba

• jedná se o AR onemocnění
• Defekt: deficit aktivity kyselé ceramidázy
• Klinické příznaky:  poškození podkoží a sliznic deformujícími uzly podmíněnými granulomatosním jizvícím procesem - maximum změn je na kloubech a v okolí šlachových pochev
  • postižení hrtanu vede k chraptivosti až k afonii
  • bylo popsáno též postižení srdečních chlopní, mírná hepatosplenomegalie, retinální změny podobné tzv. "třešňové skvrně"
  • neurologické postižení je méně časté - hypotonie, denervační atrofie a myopatické změny
  • mezi základní znaky forem s pozdním nástupem patří mitigované postižení s protrahovaným průběhem (klinicky podobné klasické Farberově chorobě)
• Diagnóza: je potvrzena stanovením deficitu aktivity kyselé ceramidázy v leukocytech izolovaných z periferní krve, nebo kultivovaných kožních fibroblastech
• Prenatální diagnostika: v rodinách s enzymaticky prokázanou diagnosou je možná analýzou nativních a kultivovaných choriových klků nebo kultivovaných amniocytů
• Léčba: není dostupná

Niemann-Pickova choroba

 Podrobnější informace naleznete na stránce Niemann-Pickova choroba.

Autosomálně recesivní dědičná střádavá porucha, patří mezi tzv. lipidózy – metabolické poruchy lipidů. Vzniká na podkladě ukládání sfingomyelinu v makrofázích retikuloendotelového systému – převážně v játrech, slezině a kostní dřeni.

Jedná se o heterogenní skupinu onemocnění typu A, B, C, které se liší metabolickou poruchou – deficit kyselé sfingomyelinázy (typ A, B) vs. porucha transportu lipidů (typ C).

Akutní formy typické pro dětský věk postihují nervový systém, chronické se projevují později cholestatickým postižením jater, přecházejícím až do cirhózy. Sekundárně dochází ke zvýšení koncentrací neesterifikovaného cholesterolu.

Niemann-Pickova choroba, typ A a B: deficit aktivity kyselé sfingomyelinázy (je následkem mutace genu SMPD1, je známo více než 100 mutací)

• typ A – mezi základní znaky patří neuroviscerální postižení s úmrtím do 1-3 let věku (specifiky zvýšený výskyt u etnické skupiny aškenázských židů)
  • potíže se objevují již v prvních týdnech života
  • projevuje se zvracením, průjmy a celkovým neprospíváním novorozence až kachexií; během pár měsíců progreduje v lymfadenopatii a hepatosplenomegalii (vzácně v cholestatický ikterus)
  • objevuje se svalová slabost, hypotonie, psychomotorická retardace, postupně dochází ke ztrátě motorických funkcí, spasticitě a rigiditě svalstva; na kůži se mohou vyskytovat xantomy hnědožluté skvrny
  • asi u poloviny pacientů se na sítnici objevuje tzv. třešňová skvrna
  • pacienti většinou umírají do věku 3 let

• typ B – chronické onemocnění (častěji v jižní Evropě a severní Africe), může se projevit kdykoliv od pozdního dětského věku až do dospělosti
  • většinou se projevuje splenomegalií nebo hepatosplenomegalií (těžší onemocnění jater je vzácné)
  • často dochází k retikulonodulární RTG infiltraci plic související s intersticiálním postižením, které se může projevit v různé míře námahovou dušností
  • dochází také ke zpomalení růstu, opoždění kostní věku a puberty
  • intelekt a nervový systém nebývá postižen
  • dospělí mívají patologický profil lipidů, trombocytopenii a zvýšenou aktivitu jaterních transamináz
  • existují různě závažné formy choroby, většinou s normální délkou života
• Diagnóza Niemann-Pickovy choroby typu A a B: je potvrzena stanovením deficitu aktivity kyselé sfingomyelinázy v leukocytech izolovaných z periferní krve, nebo kultivovaných kožních fibroblastech; doplňujícím vyšetřením u případů s potvrzenou diagnózou je analýza DNA
• Prenatální diagnostika: v rodinách s enzymaticky prokázanou diagnózou je možná analýzou nativních a kultivovaných choriových klků nebo kultivovaných amniocytů; doplňujícím vyšetřením je analýza ultrastruktury choriových klků

• Léčba: terapie rekombinantním enzymem se připravuje

Krabbeho choroba (leukodystrofie)

• Defekt: deficit aktivity galaktocerebrosid b-galaktosidázy 
• Klinické příznaky: mezi základní znaky patří manifestace po půl roce života a rychlý průběh
  • nejprve je zvýšená iritabilita, hyperestézie, hyperakuzie a zvýšená fotosenzitivita, postupně nastupuje psychomotorická retardace, hypertonie a tonické a klonické záchvaty
  • ve finálním stadiu je decerebrace, opistotonus, slepota, popř. hluchota
  • exitus nastává okolo 2 let
  • laboratorně je nález zvýšené hladiny proteinu v likvoru (zejména albuminu a alfa-2-globulinu) při normálním počtu buněk, atrofie optiku a známky periferní neuropatie (snížena rychlost vedení periferním nervem); EEG může být abnormální, často s fokálními epileptickými záchvaty; na CT a NMR je difúzní atrofie bílé hmoty mozku
  • u forem s pozdním nástupem klinických příznaků patří mezi základní znaky - mentální retardace, pyramidové poruchy, poruchy reakce, porucha zraku
  • protein v likvoru nemusí být zvýšený, rychlost vedení periferním nervem může být normální, nebo snížena
• Diagnóza: je potvrzena stanovením deficitu aktivity galaktocerebrosid-b-galatozidázy v leukocytech izolovaných z periferní krve, nebo kultivovaných kožních fibroblastech
• Prenatální diagnostika: v rodinách s enzymaticky prokázanou diagnózou je možná analýzou nativních a kultivovaných choriových klků nebo kultivovaných amniocytů
• Léčba: není dostupná

Metachromatická leukodystrofie

• Defekt: deficit aktivity arylsulfatázy A 

• Klinické příznaky: mezi základní znaky patří poruchy chůze, mentální regrese, ataxie, ztráta řeči, periferní neuropatie, kvadruparéza, atrofie očního nervu, šedavé zbarvení makuly
  • choroba trvá několik měsíců
  • laboratorně je nález zvýšené hladiny proteinu v likvoru (zejména albuminu a alfa-2-globulinu) při normálním počtu buněk, atrofie optiku a známky periferní neuropatie (snížena rychlost vedení periferním nervem); EEG může být abnormální, často s fokálními epileptickými záchvaty; na CT a NMR je difúzní atrofie bílé hmoty mozku
  • u forem s pozdním nástupem klinických příznaků patří mezi základní znaky mentální retardace, psychotické příznaky, pyramidové poruchy, poruchy reakce, porucha zraku
  • protein v likvoru nemusí být zvýšený, rychlost vedení periferním nervem může být normální, nebo snížená
  • v moči je mnohonásobně zvýšená koncentrace sulfatidu
• Diagnóza: je potvrzena stanovením deficitu aktivity arylsulfatázy A v leukocytech izolovaných z periferní krve, nebo kultivovaných kožních fibroblastech; doplňujícím vyšetřením u případů s potvrzenou diagnózou je analýza DNA
• Prenatální diagnostika: v rodinách s enzymaticky prokázanou diagnózou je možná analýzou nativních a kultivovaných choriových klků nebo kultivovaných amniocytů
• Léčba: není dostupná

Tay-Sachsova choroba (GM2 gangliosidóza)

• Defekt: deficit aktivity N-acetyl-beta-D-glukózaminidázy A
• Klinické příznaky: existují klinické varianty podle doby nástupu choroby a závažnosti projevu
  • u infantilní formy patří mezi základní znaky progredující neurologická symptomatologie, hypotonie, myoklonie, křeče, dále třešňová skvrna na očním pozadí, progresivní psychomotorická deteriorace, makrocefalie, a exitus do 2-4 let; frekvence výskytu choroby je vysoká u aškenázských Židů
  • u infantilního typu s pozdějším nástupem patří k základním symptomům centrální neurologická symptomatologie a tezaurizační retinopatie
    • neurologické postižení je velmi variabilní - může dominovat klasické postižení CNS (dystonie, extrapyramidové příznaky, ataxie), ale může být i obraz juvenilní spinální svalové atrofie (typu Kugelberga-Walanderové), systémové atrofie blízké amyotrofické laterální skleróze nebo progresivní spinocerebelární ataxie Friedreichova typu
  • typické je hromadění GM2 gangliosidu v mozku
• Diagnóza: je potvrzena stanovením deficitu aktivity N-acetyl-beta-D-glukózaminidázy A v leukocytech izolovaných z periferní krve, nebo kultivovaných kožních fibroblastech
• Prenatální diagnostika: v rodinách s enzymaticky prokázanou diagnózou je možná analýzou nativních a kultivovaných choriových klků nebo kultivovaných amniocytů
• Léčba: není dostupná

Fabryho choroba

 Podrobnější informace naleznete na stránce Fabryho choroba.

• jedná se o X vázané onemocnění, frekvence 1:40 000
• Defekt: deficit aktivity alfa-galaktozidázy A
• Klinické příznaky: mezi základní znaky patří u hemizygotů (mužů) trvalé nebo epizodické akroparestézie nebo palčivá bolest různé intenzity, mírně zvýšená teplota a sedimentace
  • charakteristické jsou výsevy kožních angiokeratomů, zákal rohovky a deformity retinálních a spojivkových cév
  • renální postižení zahrnuje lipidurii, proteinurii a progredující insuficienci
  • kardiovaskulární postižení zahrnuje hypertenzi (renální), hypertrofii myokardu (kardiomegalie) a ischemické změny různých orgánů, zejména mozku
  • může být přítomna centrální neurologická symptomatologie
  • u heterozygotů (žen) je postižení různé - plně vyvinuté příznaky až jejich úplná absence
  • v moči je mnohonásobně zvýšená koncentrace globotriaosylceramidu
• Diagnóza: je potvrzena stanovením deficitu aktivity a-galaktozidázy A v leukocytech izolovaných z periferní krve, nebo v kultivovaných kožních fibroblastech; doplňujícím vyšetřením u případů s potvrzenou diagnózou je analýza DNA, pro potvrzení heterozygotního stavu je však nezbytná
• Prenatální diagnostika: v rodinách s enzymaticky prokázanou diagnózou je možná v nativních a kultivovaných choriových klcích nebo kultivovaných amniocytech; doplňujícím vyšetřením je analýza ultrastruktury choriových klků
• Léčba: terapie je možná i.v. dodáním rekombinantní a-galaktozidázy A

Lyzosomální onemocnění z deficitu enzymových aktivátorů lyzosomálních hydroláz

[ ✎ upravit vložený článek ]

Existují dva druhy aktivátorů:

• Saposiny = SAP (sfingolipid activator protein) – jedná se spíše o peptidy, obsahují okolo 80 aminokyselin
• GM2 aktivátor

Saposiny

Saposiny vznikají ze společného prekurzoru prosaposinu (kódován PSAP genem), který je ve fázi časného endosomu proteolyticky rozštěpen na jednotlivé saposiny – saposin A, B, C a D. Saposiny jsou velmi stabilní proteiny – odolávají silným proteázam, vysokým teplotám, jsou extrémně kompaktní a rigidní.

Saposiny jsou aktivátory hydroláz štěpící sfingolipidy

• SAP A – aktivátor enzymu galaktosylceramidasy a laktosylceramidasy
• SAP B – také GM1, neaktivuje enzym jako takový, ale reaguje se substrátem; jeho funkcí je "vytáhnout" glykolipid (substrát) z membrány lysosymu, tj. bez SAP B je sice hydroláza aktivní, ale nemá co štěpit
• SAP C – aktivuje glykosylceramidasu a galaktosylceramidasu; funkcí SAP C je aktivace a připoutání enzymu k membráně
• SAP D – účast na degradaci ceramidu

GM2

Funkcí GM2 je "vytáhnutí" glykolipidu (GM2 gangliosidu) z membrány a dovoluje kontakt substrátu s β-hexosamidasou; jeho funkce je tedy obdobná jako u SAP B (GM1) – s tím rozdílem, že „vytahuje“ jiný substrát.

Nemoci způsobené deficitem lysosomálních aktivátorů

Obecně jsou tyto onemocnění velmi vzácná, počet nemocných se počítá v řádu desítek, deficit či mutace aktivátorů způsobuje fenotyp příslušné lysosomální sfingolipidosy

• Defekt prosaposinu – působí logicky chybění všech SAP, tj. velmi těžká kompletní sfingolipidosa a novorozenec, popř. kojenec umírá do 4 – 17 týdnů; celosvětově popsáno 6 případů; AR onemocnění

• Deficit nebo mutace SAP A způsobuje obraz Krabbeho choroby

• Deficit nebo mutace SAP B způsobuje obraz Fabryho nemoci nebo metachromatické leukodystrofie (celosvětově popsáno 15 případů)

• Deficit nebo mutace SAP C způsobuje obraz Gaucherovy choroby (celosvětově popsány 3 případy)

• Deficit nebo mutace GM2 způsobuje obraz Sandhoffovy choroby

• Deficit SAP D nebyl zaznamenán

Podezření na deficit aktivátorů padá v úvahu tehdy, je-li enzym v pořádku, ale i tak jsou přítomny znaky lysosomálního onemocnění.

Odkazy

Použitá literatura

• MURRAY, Robert K., Daryl K. GRANNER a Peter A. MAYES, et al. Harperova biochemie. 4. vydání. Jinočany : H & H, 2002. 872 s. ISBN 80-7319-013-3.

• MUDR. M. HŘEBÍČEK, PHD,. Dědičné poruchy lyzosomů a peroxisomů [online]. [cit. 2010-10-30]. <https://ubeo.lf1.cuni.cz/cesky.htm>.

• PASTOR, Jan. Langenbeck's medical web page [online]. ©2006. [cit. 2009-09-01]. <https://langenbeck.webs.com/>.