Endokrinologie /Urologie

Tyrosin-Stoffwechsel


Tyrosin wird in 5 Schritten zu Acetoacetat und Fumarat abgebaut (Abbildung 1). Alkaptonurie beruht auf auf einem Enzymdefekt der Homogentisat-1,2-Dioxygenase, wobei das Zwischenprodukt Homogentisat (HGA) nicht weiter zu Maleylacetoacetat abgebaut wird. Dies wiederum führt zu einer vielfachen Anreicherung von HGA, welches wiederum zu Benzochinonessigsäure (BQA) oxidiert. Die Oxidierung von HGA zu BQA verursacht die Dunkelfärbung des Urins in der Luft ab dem Säuglingsalter (1). Im Laufe der Jahre verursachen die durch oxidativen Stress entstandenen reaktive Sauerstoffspezien (ROS, reactive oxygen species) eine Polymerisation von BQA (BQA-Makromolekül), welches zusammen mit Amyloidose AA Ablagerungen das ochronotische Pigment bildet (2-8). Das ochronotische Pigment lagert sich im Erwachsenenalter an mehrere Bindegeweben wie z.B. Knorpel, Augapfel, Herzklappen, Sehnen, Bänder und Muskeln an. Des Weiteren werden die Stresshormone Andrenalin (Epinephrin) und Noradrenalin (Norepinephrin) sowie der Neurotransmitter Dopamin aus Tyrosin gebildet (Abbildung 1).


tyrosinstoffwechsel.png


Abbildung 1:

Schematische Darstellung des Tyrosinkatabolismus und der Synthese von Dopamin, Norepinephrin und Epinephrin. Chemische Strukturen wurden mit ChemDraw Ultra 8.0 erstellt.


Homogentisinsäure (HGA)

 

HGA ist chemisch sehr reaktiv und oxidiert zu  Benzochinonessigsäure (BQA) in Anwesenheit von Sauerstoff,  im alkalischem Milieu oder durch das Kupfer(II) abhängige Enzym Homogentisinsäure Polyphenol-Oxygenase (1-3). Dies verursacht eine Dunkelfärbung des Urins. Somit sind Verfärbung der Windeln bei AKU-Säuglingen häufig die ersten Symptome, die zur Identifizierung von Alkaptonurie führen. Verdacht auf AKU kann durch den Nachweis von HGA im Urin mittels Gaschromatographie-Massen-spektrometrie bzw. LC-MS/MS bestätigt werden (Abbildung 1). Da betroffene Patienten ansonsten bis ins Erwachsenalter symptomlos sind, bemerken viele ihre Krankheit erst, wenn die Schmerz- und Pigmentsymptome auftreten oder sie anhand des schwarzen Knorpels während einer Operation identifiziert werden (1;3-7).

 

 

Abbildung 1

 

Abbildung 2:

Molekularstruktur und LC-MS/MS von Homogentisinsäure (HGA) and Benzochinonessigsäure (BQA). A , Molekularstruktur von HGA, B , Molekularstruktur von  BQA. C , LC-MS/MS von HGA, D , LC-MS/MS von BQA. E, schwarz-gefärbter Urin aufgrund Oxidierung der HGA zu BQA. [Entnommen und verändert von Williams, 2011 (7)].


Labordiagnostik und endokrinologische Befunde (1;3;4;7-10):

 

Allgemein: Die klinischen Befunde der Alkaptonurie umfassen die dunkle Verfärbung des Urins in der Luft durch das Vorhandensein von HGA und BQA, die Pigmentierung des Bindegewebes, auch als Ochronose bekannt, und die Arthrose der Wirbelsäule und der Großgelenken. Es sollte erwähnt sein, dass die Menge an HGA-Ausscheidung und der Schweregrad der Krankheit selbst innerhalb einer Familie mit gleichen Mutationen sehr stark schwanken können. Deshalb wird vermutet, dass Lebensstil, Diät und Prädisposition anderer Krankheiten einen wichtigen Einfluss auf den Verlauf der Krankheit haben (1,3;11).

 

Nichtsdestotrotz verursacht AKU1,3,4 weder eine Verzögerung der Entwicklung noch kognitive Beeinträchtigungen noch verringert sie die Lebenserwartung der Betroffenen (1;3;12)!


Differentialdiagnostik bezüglich abnorme Substanzen, die ein Nachdunkeln im Urin verursachen können (10):


Urinanalysen: Wie bereits oben erwähnt, kann AKU im Säuglingsalter anhand der Verfärbung des Urins identifiziert werden. Ein Schnelltest für eine qualitative Bestätigung ist die Zugabe von alkalischen Lösungen wie zum Beispiel NaOH, Eisen(III)-chlorid + NaOH oder AgNO3 + NaOH, die alle die Verfärbung des Urins auf wenige Sekunden beschleunigen. HGA kann jedoch auch quantitativ durch HPLC, GC-MS/MS, LC-MS/MS ermittelt werden (Abbildung 2). Zur Differentialdiagnostik bezüglich Dunkelfärbung des Urins sollte zwischen akuter intermittierender Porphyrie (OMIM 176000), Erythropoetischer Porphyrie (OMIM 263700), d-Aminolaevulinsäuredehydratase-Defekt (OMIM 125270), Porphyria cutana tarda, Typ I (176090), Coproporphyrie (OMIM 121300) und Rote-Beete-Farbstoff Exkretoren (Beeturia, OMIM 109600) unterschieden werden (3). Zusätzlich sollte der Urin auf Anzeichen von Nierensteinen untersucht werden, da Urolithiasen sich häufig in AKU-Patienten bilden. Ferner scheiden AKU-Patienten vermehrt quervernetztes Telopeptid des Typ I Kollagen aus (1,3,4).

 

 

Einfluss der Homogentisinsäure (HGA) auf klinische Labordiagnostik:

 

Anhand einer kürzlich erschienen Publikation „Interferences of homogentisic acid (HGA) on routine clinical chemistry assays in serum and urine and the implications for biochemical monitoring of patients with alkaptonuria. Curtis SL, Roberts NB, Ranganath LR. Clin Biochem. 2014 May;47(7-8):640-7. doi: 10.1016/j.clinbiochem.2013.12.016. Epub 2013 Dec 27“ konnte gezeigt werden, dass die HGA die Konzentrationsbestimmung des Serum-Kreatinins mittels der enzymatischen Methode negativ (Verfälschung durch niedrigere gemessene Blutwerte) und Proteinbestimmung im Urin positiv (Verfälschung durch höher gemessene Werte) beeinflusst. Für die Konzentrationsbestimmung des Serum-Kreatinins wird daher die Jaffé-Methode empfohlen (8,9).

 

 

Stoffwechsel

 

Allgemein sind bei AKU-Patienten Untersuchungen des Nierenstatus und des Knochenabbaus zu empfehlen. Eine klinische Studie des NIH mit 58 AKU-Patienten ergab folgende Laboranalysen (3): Ein Patient hatte aufgrund einer diabetischen Nephropathie eine verringerte Kreatinin-Clearance. Dieser Patient hatte außerdem erhöhte HGA-Werte im Plasma. Die durchschnittliche Gesamtcholesterinkonzentration war 190,1 ± 37,9 mg/dl (4,92 ± 0,98 mM), Ø Hämoglobin 139 ± 14 und die Ø alkalische Phosphatase 105,2 ± 58,1. 11 Patienten hatten erhöhte Erythrozytensedimentationsraten mit einer Spannweite von 55 bis 110 pro Stunde. 3 Patienten hatten erhöhte Osteocalcinwerte, währenddessen der Durchschnittswert von N-Telopeptide des Typ I Kollagen im Urin mit 73,6 ± 18 nmol/mmol Kreatinin bei 24 Patienten erhöht war. Die durchschnittliche Tyrosin-Konzentration im Plasma wurde mit 1,4 ± 0,3 mg/dl (79 ± 18 µM) ermittelt. Die durchschnittliche HGA-Konzentration im Plasma war 6,6 ± 2,6  µg/ml mit einer Spannweite von 3,0 bis 27,8 µg/ml während es bei gesunden Probanden nicht nachweisbar ist. Die HGA-Konzentrationen im Urin sind 300-fach erhöht (3,12 ± 1,11 mmol/mmol Kreatinin) im Vergleich zu < 0,01 mmol/mmol Kreatinin in gesunden Probanden. Die tägliche Gesamtausscheidung von HGA hatte ein Spektrum zwischen 0,4 und 12,4 g, und sie scheint unabhängig von der Mutation, Geschlecht, Alter bzw. Alter der ersten Endoprothese zu sein (3). Zusätzlich sei erwähnt, dass der Tyrosin-Stoffwechsel sehr komplex ist und im Zusammenhang mit den Schilddrüsenhormonen, den Stresshormonen Adrenalin und Noradrenalin sowie dem Dopamin-Stoffwechsel steht (Abbildung 2). Des Weiteren scheint eine Verbindung zwischen den Sexualhormonen und der Alkaptonurie zu bestehen, da der Verlauf der AKU-Pathogenese bei Männern früher mit schwerwiegenderen Symptomen eintritt als bei Frauen, und bei Frauen wiederum die AKU-Symptomen nach dem Klimakterium verstärkt auftreten. Bei einer Patientin wurde AKU erst nach Absetzen der Hormontherapie im Alter von 65 Jahre diagnostiziert, wobei sie im Alter zwischen 67 und 71 Jahren 5 Endoprothesen erhielt. Dies ist jedoch Bestand gegenwärtiger Forschung (persönliche Kommunikation 4. + 5. Internationaler AKU Workshop).


 

Referenzliste

  1. Kayser, M. A., Introne, W., and Gahl, W. A. (2009) Chapter 92: Alkaptonuria. In Vale, D., Beaudet, A. L., Vogelstein, B., Kinzler, K. W., Antonarakis, S. E., Ballabio, A., Scriver, C. R., Sly, W. S., and Childs, B., editors. The Scriver's Online Metabolic & Molecular Bases of Inherited Diseases , McGrawHill Companies, Columbus, 1-30.
  2. Zannoni, V. G., Lomtevas, N., and Goldfinger, S. (1969) Oxidation of homogentisic acid to ochronotic pigment in connective tissue. Biochim.Biophys.Acta 177, 94-105.
  3. Mönch, E. und Link, R. (2006) Alkaptonurie. In Mönch, E. und Link, R. Diagnostik und Therapie bei angeborenen Stoffwechselstörungen, SPS-Verlag, Heilbronn, S. 55-72.
  4. Phornphutkul, C., Introne, W. J., Perry, M. B., Bernardini, I., Murphey, M. D., Fitzpatrick, D. L., Anderson, P. D., Huizing, M., Anikster, Y., Gerber, L. H., and Gahl, W. A. (2002) Natural history of alkaptonuria. N.Engl.J.Med. 347, 2111-2121.
  5. Cox, T. F. and Ranganath, L. (2011) A quantitative assessment of alkaptonuria : Testing the reliability of two disease severity scoring systems. J.Inherit.Metab Dis. 34, 1153-1162.
  6. Ranganath, L. R. and Cox, T. F. (2011) Natural history of alkaptonuria revisited: analyses based on scoring systems. J Inherit.Metab Dis.
  7. Williams, D. (2011 ) http://assets00.grou.ps/0F2E3C/wysiwyg_files/FilesModule/findakure/20110131074959-pxckqnpuueogezmaq/Williams.pdf.
  8. Curtis, S.L., Roberts, N.B., and Ranganath, L.R. (2014) Interferences of homogentisic acid (HGA) on routine clinical chemistry assays in serum and urine and the implications for biochemical monitoring of patients with alkaptonuria. Clin Biochem. 47, 640-647 pubmed
  9. Sarah Curtis (2011) Chemical Measurments in Alkaptonuria. http://www.alkaptonuria.info/557296
  10. Hübl, W. (2015) http://www.med4you.at/laborbefunde/lbef3/lbef_harnfarbe.htm 
  11. Gahl, W.A., Introne, W., Kayser, M., Phornphutkul, C., and Suwannarat, P. (2011) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1454/ .
  12. Ranganath, L. R., Jarvis, J. C., and Gallagher, J. A. (2013) Recent advances in management of alkaptonuria (invited review; best practice article). J Clin.Pathol.66, 367-373. pubmed



© 2012 DSAKU