Aktuelle Forschung

Zusammenfassung

Das Syndrom der dünnen Basalmembran und das Alport Syndrom sind erbliche Typ IV Kollagen Erkrankungen, beide führen zur chronischen Nierenfibrose.

Über 1% der Gesamtbevölkerung sind heterozygote Anlageträger für Alport Mutationen und haben das Syndrom der dünnen Basalmembran. Diese Patienten mit familiärer benigner Hämaturie haben häufig keinen benignen Verlauf. Die Erkrankung sollte daher bereits im Kindesalter diagnostiziert werden. Empfohlen wird die jährliche Kontrolle auf Proteinurie oder andere Risikofaktoren, um die frühe Gabe von ACE-Hemmern zu ermöglichen.

Das Alport Syndrom führt immer zum terminalen Nierenversagen. Die Prognose der Alport-Patienten unter Hämodialyse, speziell Bauchfelldialyse und nach Nierentransplantation ist besser als die von gleichaltrigen Patienten mit anderen Nierenerkrankungen. ACE-Hemmer verzögern abhängig vom Therapiebeginn das Nierenversagen um viele Jahre und verbessern die Lebenserwartung. Bei Kindern wird Ramipril empfohlen, Kinder in sehr frühen Stadien sollten nur in kontrollierten Studien behandelt werden. Zunehmend wird eine multimodale Therapie empfohlen, die vermutlich bald das Nierenversagen bei einigen Patienten zeitlebens verzögern kann. Aufgrund der Therapiemöglichkeiten sollte die Diagnose bei beiden Erkrankungen molekulargenetisch frühzeitig im Kindesalter gestellt werden, oder ersatzweise durch Nierenbiopsie, die zwingend elektronenmikroskopisch aufzuarbeiten ist.

Klinik von Alport Syndrom und familiärer benigner Hämaturie

Das Alport Syndrom (AS) ist eine erbliche progressive Nierenerkrankung einhergehend mit Hämaturie und Proteinurie, Innenohrschwerhörigkeit und typischen Augenveränderungen [1, 2] sowie charakteristischen Aufsplitterungen und Lamellierungen der glomerulären Basalmembran (GBM). Diese Veränderungen werden durch Mutationen im Typ IV Kollagen verursacht. Mittel- bis langfristig entwickelt sich eine glomeruläre und interstitielle Fibrose.

Die Vererbung des AS erfolgt in 85% der Fälle X-chromosomal, autosomal in 10-15% [3]. Die Häufigkeit des X-chromosomalen AS wird auf 1:5.000 geschätzt, die Prävalenz des autosomalen AS auf 1:50.000. Damit sind fast 1% der Bevölkerung heterozygote Genträger für Mutationen in den autosomalen Alport Genen COL4A3/4 [4] und haben eine familiäre benigne Hämaturie (FBH) oder thin basement membrane disease. Das typische, oft einzige Symptom des heterozygoten Merkmalträgers des X-chromosomalen und autosomal-rezessiven AS ist die (Mikro-) Hämaturie, seltener die Proteinurie. Die Mikrohämaturie ist den Konduktoren aufgrund der fehlenden klinischen Symptomatik oft nicht bewusst, bleibt aber ein wichtiges Diagnosekriterium. Eine verdünnte glomeruläre Basalmembran ist das Charakteristikum der FBH. Die Krankheit ist durch eine Hämaturie, seltener auch intermittierende Mikrohämaturie, gekennzeichnet. Konträr zu ihrem Namen führt die FBH bei bis zu 40% der Patienten im höheren Alter zur Nierenfunktionseinschränkung. Die FBH ist bei jungen Patienten vom frühen AS, insbesondere heterozygoten Anlageträgern, klinisch und oft auch histologisch nicht zu unterscheiden.

Elektronenmikroskopische Aufnahme eines gesunden Nierenkörperchens

last update 4/2014

Schön, aber verwundbar: ein Glomerulus in Spektralfarben

Schön, aber defekt und vernarbt: ein Glomerulus bei Alport Syndrom

Die Niere kann auch lächeln: ein Smiley im Elektronenmikroskop (Aufnahme Dr. Jenny Frese)

Pathogenese

Hauptbestandteil aller Gefäß-Basalmembranen ist Typ IV Kollagen, das aus einem sehr langen Kollagenschwanz und einer nicht-collagenen NC1-Domäne besteht. Grundbaustein des Typ IV Kollagen Netzwerkes ist ein aus jeweils drei a-Ketten bestehendes Molekül aus a1/a1/a2- und a3/a4/a5-Ketten. Das a3/a4/a5-Netzwerk der GBM wird durch Disulfidbrücken zusätzlich stabilisiert. Die enge Verdrillung des Kollagenschwanzes wird durch Glycin ermöglicht, Glycin passt als jede dritte Aminosäure in die inneren Windungen. Beim AS und der FBH führen Glycin-Mutationen zum Abknicken der Tripel-Helix-Struktur, andere Mutationen zum vorzeitigen Kettenabbruch und so zu Aufsplitterungen und Lamellierungen der GBM [4]. Die terminale Niereninsuffizienz entwickelt sich beim AS innerhalb von 20 Jahren (Median in Europa 22 Jahre), der Phänotyp des AS allerdings vom Gendefekt abhängig: Mutationen, die ein verkürztes Kollagenprotein bewirken, führen im Mittel mit unter 20 Jahren und damit signifikant früher zum Nierenversagen als Mutationen, die „nur“ die Proteinstruktur verändern (wie missence und in frame Mutationen). Glycin-Mutationen in den Exons 1-20 führen erst mit über 30 Jahren zum Nierenversagen [5]. 

Prinzipien der Organprotektion bei der chronischen Nierenfibrose beim AS

Der Verlauf des AS wurde bis vor kurzem als schicksalhaft angesehen, obwohl die Molekulargenetik eine frühe Diagnose noch vor Ausbruch der Erkrankung im Kleinkindesalter ermöglicht. Der Mangel an therapeutischen Möglichkeiten erklärt sich durch den langen Krankheitsverlauf, der die Erforschung von Interventionsmöglichkeiten behindert. Diese Situation hat sich mit der COL4A3 -/- Maus als Tiermodell für das humane AS und die FBH geändert [6-8]. Die Mäuse erkranken homozygot am Vollbild des AS.

             An den COL4A3 -/- Mäusen konnte die präemptive Gabe von Ramipril das Überleben der Tiere um mehr als 100% verlängern. Parallel hierzu reduzierte die Therapie die Proteinurie ebenso wie die  glomeruläre und tubulointerstitielle Fibrose über Downregulierung von TGFb1 [8]. Diese nephroprotektive Wirkung ist entscheidend abhängig vom Zeitpunkt des Beginns der Therapie – je früher desto besser. Für den AT1-Antagonisten, HMG-CoA-Reduktase Inhibitoren und Paricalcitol konnte ebenfalls eine – allerdings geringer ausgeprägte – nephroprotektive und antifibrotische Wirkung nachgewiesen werden (Abb. 2) [9,10].

             Die Hemmung der Leukozytenadhäsion, Ccl2/Mcp-1 und TNFa Blockade verzögert bei COL4A3 -/- Mäusen das Fortschreiten der Nierenfibrose [11-13] und weist darauf hin, dass Inflammation zur Pathogenese des Alport Syndroms beiträgt [14]. Rezidivierende bakterielle Infektionen beeinflussen im Tiermodell den Verlauf der Nierenfibrose negativ [15]. Eine Cyclosporin-Therapie verschlechtert trotz Rückgang der Proteinurie die Nierenfunktion [16].

Synopsis positiver und negativer Einflüsse auf chronische Nieren-erkankungen wie dem Alport Syndrom

Synopsis der Diagnose- und Therapieempfehlungen

Zur Diagnostik gehören neben der nephrologischen Standard-diagnostik eine vollständige Familienanamnese (einschließ-lich Untersuchung der Ange-hörigen auf Mikro-Hämaturie) und die Abklärung auf Innenohr-schwerhörigkeit und Augenver-änderungen (Spaltlampenunter-suchung!!).

Literatur

1.     Alport AC. Hereditary familial congenital haemorrhagic nephritis. Br Med J  1927; 1: 504-506

2.     Hudson B, Tryggvason K, Sundaramoorthy M, Neilson EG. Alport’s Syndrome, Goodpasture’s Syndrome, and Type IV Collagen. N Engl J Med 2003; 348;25

3.     Flinter FA, Cameron JS, Chantler C, et al.: Genetics of classic Alport’s syndrome. Lancet 1988; ii: 1005-1007

4.     Gross O, Netzer K-O, Lambrecht R, et al.: Novel COL4A4 splice defect and in-frame deletion in a large family as a genetic link between Benign Familial Hematuria and autosomal Alport Syndrome. Nephrol Dial Transplant 2003; 18: 1122-1127

5.     Gross O, Netzer K-O, Lambrecht R, et al.: Meta-analysis of genotype - phenotype correlation in X-linked Alport Syndrome: Impact on genetic counseling. Nephrol Dial Transpl 2002; 17: 1218-1227

6.     Cosgrove D, Meehan DT, Grunkemeyer JA, et al.: Collagen COL4A3 knockout: a mouse model for autosomal Alport syndrome. Genes Dev 1996; 10(23), 2981-92

7.     Gross O, Beirowski B, Koepke M-L, et al. : Preemptive ramipril therapy delays renal failure and reduces renal fibrosis in COL4A3-knockout mice with Alport Syndrome. Kidney Int 2003; 63: 438-446

8.     Beirowski B, Weber M, Gross O: Chronic renal failure and shortened lifespan in COL4A3+/- mice: an animal model for thin basement membrane nephropathy. J Am Soc Nephrol 17(7): 1986-94, 2006

9.     Gross O, Perin L, Deltas C. Alport syndrome from bench to bedside: the potential of current treatment beyond RAAS-blockade and the horizon of future therapies. Nephrol Dial Transplant, in press 2014

10.   Rubel D, Stock J, Ciner A, Hiller H, Girgert R, Müller GA, Gross O. Antifibrotic, nephroprotective effects of Paricalcitol vs. Calcitriol on top of ACE-inhibitor therapy in the COL4A3-knockout mouse-model for progressive renal fibrosis. Nephrol Dial Transplant, 2013 Nov 5 epub ahead of print

11. Ninichuk V, Gross O, Reichel C, et al.: Delayed chemokine receptor CCR-1 blockade prolongs survival in collagen4A3-deficient mice with Alport disease. J Am Soc Nephrol 16: 977-85, 2005

12.   Clauss S, Gross O, Kulkarni O, Radomska E, Segerer S, Eulberg D, Klussmann S, Anders HJ: Ccl2/Mcp-1 blockade reduces glomerular and interstitial macrophages but does not ameliorate renal pathology in collagen4A3-deficient mice with Alport nephropathy. J Pathol 218(1):40-7, 2009

13.   Ryu M, Mulay SR, Miosge N, Gross O, Anders HJ. Tumour necrosis factor-α drives Alport glomerulosclerosis in mice by promoting podocyte apoptosis.            J Pathol 226(1): 120-31, 2012 IF 6,318

14. Jedlicka J, Soleiman A, Draganovici D, Mandelbaum J, Regele H, Sado Y, Wüthrich R, Gross O, Anders HJ, Segerer S: Interstitial Inflammation in Alport Syndrome. Human Pathol 41(4):582-93, 2010

15.   Ryu M, Kulkarni OP, Radomska E, Miosge N, Gross O, Anders HJ. Bacterial CpG-DNA accelerates Alport glomerulosclerosis by inducing a M1 macrophage phenotype and TNF-α-mediated podocyte loss. Kidney Int 79(2):189-98, 2011

16.   Charbit M, Gubler MC, Dechaux M, et al.: Cyclosporin therapy in patients with Alport syndrome. Pediatr Nephrol 22(1):57-63, 2007

17.   Gross O, Girgert R, Beirowki B, Kretzler M, Kang HJ, Kruegel J, Miosge N, Busse AC, Segerer S, Vogel WF, Müller GA, Weber M: Loss of collagen-receptor DDR1 delays renal fibrosis in hereditary type IV collagen disease. Matrix Biol 29, 346–356, 2010

18.   Girgert R, Martin M, Krügel J, Miosge N, Temme J, Eckes B, Müller GA, Gross O: Integrin alpha2 deficient mice provide insights into specific functions of collagen receptors in the kidney. Fibrogenesis&Tissue Repair 3:19, 2010

19.   Rubel D, Kruegel J, Martin M, Leibnitz A, Girgert R, Miosge N, Eckes B, Müller GA, Gross O. Collagen receptors integrin alpha2beta1 and discoidin domain receptor 1 regulate maturation of the glomerular basement membrane and loss of integrin alpha2beta1 delays kidney fibrosis in COL4A3 knockout mice. Matrix Biol, in press 2014

20. Heikkilä P, Tryggvason K, Thorner P: Animal models of Alport syndrome: advancing the prospects for effective human gene therapy. Exp Nephrol 8(1):1-7, 2000

21. Ninichuk V, Gross O, Segerer S, et al.: Multipotent mesenchymal stem cells reduce interstitial fibrosis but do not delay progression of chronic kidney disease in collagen4A3-deficient mice. Kidney Int 70(1):121-9, 2006

22.   Prodromidi EI, Poulsom R, Jeffery R et al. Bone marrow-derived cells contribute to podocyte regeneration and amelioration of renal disease in a mouse model of Alport syndrome. Stem Cells 24: 2448-2455, 2006

23.   Sugimoto H, Mundel TM, Sund M, et al.: Bone-marrow-derived stem cells repair basement membrane collagen defects and reverse genetic kidney disease. Proc Natl Acad Sci USA 103: 7321-7326, 2006

24. Gross O, Borza DB, Anders HJ, et al.: Stem cell therapy for Alport syndrome: the hope beyond the hype. Nephrol Dial Transplant Mar;24(3):731-4, 2009

25. Chau BN, Xin C, Hartner J, Ren S, Castano AP, Linn G, Li J, Tran PT, Kaimal V, Huang X, Chang AN, Li S, Kalra A, Grafals M, Portilla D, MacKenna DA, Orkin SH, Duffield JS. MicroRNA-21 promotes fibrosis of the kidney by silencing metabolic pathways. Sci Transl Med. 2012 Feb 15;4(121):121ra18.

26. Krügel J, Rubel D, Gross O: Alport Syndrome – Recent insights in basic and clinical research. Nature Reviews Nephrology, Nov 20. doi: 10.1038/nrneph.2012.259. Epub ahead of print 2012

27. Kashtan CE, Ding J, Gregory M, Gross O, Heidet L, Knebelmann B, Rheault M, Licht C: Clinical Practice Guidelines for the Treatment of Alport Syndrome. A Statement of the Alport Syndrome Research Collaborative. Ped Nephrol 28(1):5-11, 2013

28. Savige J, Gregory M, Gross O, Kashtan C, Ding J, and Flinter F. Expert Guidelines for the management of Alport syndrome and TBMN. J Am Soc Nephrol, 2013 Jan 24. Epub ahead of print

29. Gross O, Licht C, Anders HJ, … Niaudet P, Cochat P, Heidet L, Lebbah S, Torra R, Friede T, Lange K, Müller GA, Weber M. Early angiotensin converting enzyme inhibition in Alport syndrome delays renal failure and improves life expectancy. Kidney Int 81: 494-501, 2012

30. Temme J, Peters F, …., Torra R, Grunefeld JP, Weber M, Licht C, Müller GA, Gross O: Incidence of renal failure and nephroprotection by RAAS-inhibition in heterozygous carriers of X-chromosomal and autosomal-recessive Alport-mutations. Kidney Int 81: 779-783, 2012

31. Gross O, Friede T, Hilgers R, … Ahmed R, Duerr U. Safety and Efficacy of the ACE-Inhibitor Ramipril in Alport Syndrome: The Double-Blind, Randomized, Placebo-Controlled, Multicenter Phase III EARLY PRO-TECT Alport Trial in Pediatric Patients. ISRN Pediatrics: 436046, 2012

32. Temme J, Kramer A, Jager KJ, Lange K, Peters F, Müller GA, Kramar R, Heaf JG, Finne P, Palsson R, Reisæter AV, Hoitsma AJ, Metcalfe W, Postorino M, Zurriaga O, Santos JP, Ravani P, Jarraya F, Verrina E, Dekker FW, Gross O. Outcomes of male patients with Alport syndrome on renal replacement therapy. Clin J Am Soc Nephrol 7(12):1969-76, 2012

Mögliche zukünftige Therapieoptionen

Eine abschließende Beurteilung des Nutzen-Risiko-Verhältnisses aller möglichen zukünftigen Therapieoptionen beim Alport Syndrom ist erst in vielen Jahren möglich.

1) Blockade von Kollagenrezeptoren:

Die glomerulären Zellen nehmen über Kollagenrezeptoren wie Integrin a1b1 und a2b1 sowie Discoidin Domain Rezeptor 1 (DDR1) ihre extrazelluläre Umgebung wahr. Der Verlust dieser Rezeptoren [17-19] verlangsamt den Verlauf der Nierenfibrose, so dass die Blockade dieser Tyrosinkinase-Rezeptoren eine künftige Therapieoption darstellt.

2) Stammzelltherapie:

Gen- und Zell-basierte Therapien haben den kausalen Ansatz, den zugrundeliegenden Gendefekt zu heilen. Größte Herausforderung bei der Gentherapie erscheint derzeit, effektive und sichere Applikationswege zu den Podozyten zu finden [20]. Mesenchymale Stammzellen reduzieren im Mausmodell den histologischen Schaden, ohne das Nierenversagen zu verzögern [21]. Andere Arbeitsgruppen [22,23] berichten, dass  Knochenmarks-Stammzellen (BM) in fibrosierten Nieren von Alport-Mäusen in Podozyten differenzieren, die dann die fehlenden Kollagenketten ersetzen, um so den GBM-Defekt zu reparieren. Auch BM reduzieren im Alport-Mausmodell den histologischen Schaden, der letzte Beweis, dass sich auch das Nierenversagen verzögert, steht aber noch aus [24]. Die unklare Datenlage rückt die Knochenmarks-Transplantation als mögliche kurative Therapie noch in weite Ferne. Das AS als primär nicht letale Erkrankung ist durch Dialyse behandelbar und durch Nierentransplantation heilbar.

3) zukünftige neue Therapieansätze:

Neuartige Therapieansätze am Horizont beinhalten die antifibrotische Behandlung mit Chaperonen [9] und mit anti-micro-RNA21 Konstrukten. Insbesondere die micro-RNA21 zeigt sehr vielversprechende präklinische Ergebnisse [25] - der potentielle Nutzen dieser Therapien beim Alport Syndrom wird also in wenigen Jahren beurteilbar sein [26].

Umsetzung der Versuchsergebnisse bei Patienten mit Alport Syndrom und FBH

Am Anfang aller Therapieüberlegungen steht die gesicherte Diagnose. Nach Diagnosesicherung werden eine genetische Beratung und kindernephrologische Betreuung empfohlen. Die 2012 und 2013 erschienenen internationalen Diagnose- und Therapie-Guidelines [27,28] empfehlen die Gabe von ACE-Hemmern wie Ramipril ab dem Auftreten einer Proteinurie von über 0,3 g/Tag. Beobachtungsstudien konnten hier zeigen, dass ACE-Hemmer die terminale Niereninsuffizienz im median um 18 Jahre (!) verzögern und die Lebenserwartung verbessern [29]. Auch heterozygote Überträger von Alport Mutationen mit FBH haben ein erhöhtes renales Risiko und profitieren von einer frühzeitigen RAAS-Blockade [30]. Kinder mit isolierter Hämaturie oder Mikroalbuminurie sollten nur im Rahmen von kontrollierten Studien wie der EARLY PRO-TECT Alport Studie [31] behandelt werden. Diese deutschlandweite Studie ist die weltweit einzige prospektive Studie der höchsten Evidenzstufe, bitte melden Sie daher Ihre Patienten an uns. Alternativ werden AT1-Antagonisten begonnen, allerdings nur, wenn die Nebenwirkungen von Ramipril dies erforderlich machen, sie sind vermutlich weniger wirksam. Bei großer Proteinurie mit Dyslipoproteinämie sollte aufgrund der antifibrotischen Eigenschaften zusätzlich die Gabe eines Statins erwogen werden. Bei beginnendem Hyperparathyreoidismus sollte frühzeitig Paricalcitol als Therapieoption bedacht werden.

Prognose bei Patienten mit Alport Syndrom und FBH

Die Lebenserwartung von Alport-Patienten unter Hämodialyse, besonders aber unter Bauchfelldialyse, ist besser als von gleichaltrigen Dialysepatienten mit anderen Nierenerkrankungen [32]. Nach Nierentransplantation ist trotz des 3-5%igen Risikos einer Posttransplantations-anti-GBM Nephritis das Nierentransplantatüberleben und die Lebenserwartung von Alport-Patienten besser als von gleichaltrigen Patienten mit anderen Nierenerkrankungen [32]. Gerade wegen dieser relativ guten Prognose unter Nierenersatzverfahren muss in Verantwortung für die betroffenen Familien bei jeder Therapieform vom Arzt Nutzen und Risiko für die zu behandelnden Kinder abgewogen werden.

 

Ausblick

Die frühzeitige off-label Therapie mit ACE-Hemmern bei Kindern mit AS ist mittlerweile medizinischer Standard. Durch NIH-Förderung kann über unsere Studienzentrale jedem Alport-Patient die Teilnahme an einer weltweiten Rekrutierungsstudie angeboten werden, die in den nächsten Jahren weitere Therapiestudien ermöglichen soll. Da die Medikamente teils bei oligosymptomatischen Kindern eingesetzt werden, ist das Ziel künftiger Studien nicht nur der Beleg des klinischen Nutzens sondern auch der optimale Therapiebeginn und insbesondere die Medikamentensicherheit. Die klinischen Studien lassen die Frage nach der genauen Pathogenese der Niereninsuffizienz beim AS jedoch unbeantwortet. Die Antwort kann nur aus der Grundlagenforschung kommen und wird der Schlüssel sein zur erfolgreichen Therapie des AS und von anderen fibrotischen Nierenerkrankungen.

 

Addendum

Die Arbeiten wurden unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft GR 1852/4-1 und 2, das NIH, die Alport Syndrome Foundation und Kidney Foundation of Canada, die Deutsche Nierenstiftung, die KfH-Stiftung Präventivmedizin, die Franz. Gesellschaft für erbliche Nierenerkrankungen (AIRG) und die Alport Selbsthilfe e.V. Die GPN-gestützte EARLY PRO-TECT Alport Studie wird gefördert durch das BMBF/DFG-Programm „Klinische Studien“ (01KG1104).