Neopteryna jako marker stanów zapalnych

diagnostyka laboratoryjna Journal of Laboratory Diagnostics
Diagn Lab 2015; 51(2): 153-156
Praca poglądowa • Review Article
Neopteryna jako marker stanów zapalnych
Neopterin as a marker of inflammation
Magdalena Bartold 1, Joanna Matowicka-Karna2
NZOZ Specjalistyczna Pracownia Analiz lekarskich Krystyna Bałdys w Radomiu
Zakład Laboratoryjnej Diagnostyki Klinicznej, Uniwersytet Medyczny w Białymstoku
1
2
Streszczenie
Neopteryna jest nieswoistym mediatorem odpowiedzi immunologicznej organizmu typu komórkowego. Należy do grupy związków
zwanych pterydynami. Szerokie zainteresowanie neopteryną zaznacza się m.in. w chorobach o podłożu wirusologicznym, bakteryjnym
(dotyczy bakterii wewnątrzkomórkowych), pasożytniczym, w oparzeniach, w przebiegu chorób autoimmunologicznych. Neopteryna
jest ważnym diagnostycznie parametrem nie tylko w diagnozowaniu i monitorowaniu leczenia, ale również jest dobrym wyznacznikiem
aktywacji makrofagów. Najczęściej oznaczamy stężenie tego związku w surowicy krwi i w moczu, ale również możliwe jest oznaczanie
neopteryny w innych płynach ustrojowych.
Summary
Neopterin is a non-specific marker of immunological response of human body of cellular type. It belongs to the chemical group known
as pteridines. Neopterin has been widely associated with inter alia viral infections, bacterial infections (by intracellular living bacteria),
parasitic infections, skin burns or autoimmune diseases. Neopterin is a very important parameter diagnostically not only in diagnosis
and monitoring of treatment but also a reliable indicator of macrophages’ activity. Most frequently neopterin concentration is measured
in body fluids like blood, serum or urine, but it may be used as an indicator in other body fluids.
Słowa kluczowe: neopteryna, odpowiedź komórkowa organizmu, diagnostyka, monitorowanie leczenia chorób wirusowych, rokowanie.
Key words:
neopterin, cellular response of human body, diagnosis, monitoring of viral diseases treatment, prognosis.
Neopteryna (NPT) jest nieswoistym, niskocząsteczkowym mediatorem komórkowej odpowiedzi immunologicznej. Neopteryna
nazywana kiedyś novapteryną została wyizolowana w 1963 r.
zarówno z larw pszczół, jak i z dorosłych pszczół oraz z meduzy
królewskiej [1]. Należy do grupy związków nazywanych pterydynami –barwnikami występującymi u owadów, niższych kręgowców i w dużo mniejszym stopniu u ssaków. Barwniki te są
kofaktorami wielu reakcji chemicznych z udziałem aminokwasów, puryn czy pirymidyn, posiadają zdolności chemotaktyczne,
dlatego neopteryna jest związkiem silnie aromatycznym i silnie
fluoryzującym, co wykorzystywane jest w oznaczaniu jej stężenia
w płynach biologicznych [2]. U ludzi neopteryna została wyizolowana w moczu w 1967 r. [3]. Pomiar stężenia tego wskaźnika
w surowicy, moczu oraz w innych płynach biologicznych, pozwala
ocenić aktywność immunologiczną organizmu. Szerokie zainteresowanie neopteryną zaznacza się w chorobach o podłożu
wirusologicznym, bakteryjnym (dotyczy bakterii wewnątrzkomórkowych), pasożytniczym, w oparzeniach, w przebiegu chorób
autoimmunologicznych (takich jak: reumatoidalne zapalenie stawów, rumieniowaty toczeń układowy, choroba przeszczep przeciwko gospodarzowi). Neopteryna jest ważnym diagnostycznie
parametrem nie tylko w diagnozowaniu i monitorowaniu leczenia,
ale również jest dobrym wyznacznikiem aktywacji makrofagów
i odpowiedzi immunologicznej typu komórkowego organizmu.
Istotnym czynnikiem stymulującym wytwarzanie neopteryny
przez monocyty/makrofagi jest interferon-γ (IFN-γ), wydzielany
przez pobudzone limfocyty T pomocnicze Th1. W ten sposób inicjuje się w organizmie mechanizm immunologicznej odpowiedzi
komórkowej. Na wydzielanie neopteryny ma wpływ wiele cytokin
odpowiednio regulujących ten proces. TNF zwiększa wydzielanie
neopteryny tylko przez stymulację interferonem-γ, natomiast IL4, IL-10, IL-12 wyraźnie zmniejszają wydzielanie neopteryny [4].
Stężenie neopteryny jest uzależnione od funkcji nerek, ponieważ
wydalana jest ona z organizmu drogą filtracji kłębkowej oraz na
drodze wydalania cewkowego. Wraz z wiekiem stężenie neopteryny w organizmie ulega obniżeniu [5].
153
www.diagnostykalaboratoryjna.eu
Neopteryna wytwarzana jest z guanozynotrifosforanu (GTP)
z udziałem GTP cyklohydrolazy I, a enzym ten jest aktywowany
przez interferon-γ. Dochodzi do wytworzenia trifosforanu 7,8-dihydroneopteryny. Związek ten jest przekształcany w większości
w 7,8–dihydroneopterynę, co związane jest z udziałem nieswoistych fosfataz. Podstawowym enzymem biorącym udział w syntezie neopteryny jest synteza 6-pirogronylotetrahydrobiopteryny
(PTPS) przekształcająca GTP w 6-pirogronylotetrahydrobiopterydynę. Reakcja z udziałem PTPS powinna być dominująca jednak
tak nie jest. Otóż, neopteryna wydzielana jest przez makrofagi,
a ilość PTPS w makrofagach jest niewielka, stąd z GTP powstaje
głównie 7,8-dihydroneopteryna, która następnie utleniana jest
do neopteryny (ryc. 1). I tak stwierdzono, że u ludzi zdrowych
stosunek NPT do dihydro–NPT wynosi 2:1 [6].
Wszelkie opisane funkcje i mechanizmy działań neopteryny świadczą o znaczącej roli tego związku w wielu stanach chorobowych,
w rokowaniu, w diagnozowaniu i w terapii.
Neopteryna a stres oksydacyjny
Podstawowym mechanizmem działania neopteryny jest modulacja
stresu oksydacyjnego. Taka zdolność tego związku tłumaczy szerokie zastosowanie oznaczania stężenia neopteryny w chorobach
o podłożu kardiologicznym często w związku z oceną funkcji nerek.
Stres oksydacyjny to mechanizm, w którym uczestniczy szereg
enzymów, stąd uważany jest za bliżej nieokreślony. Neopteryna
pośrednio zmniejsza wydolność metabolizmu ksantyny w kwas
moczowy poprzez ograniczenie aktywności oksydazy ksantynowej,
enzymu biorącego udział w tej przemianie [7]. Neopteryna jako
mediator reakcji zapalnej uczestniczy również w wytwarzaniu aktywnych związków tlenowych [8]. Inną zdolnością neopteryny jest
pobudzanie w komórkach mięśni gładkich syntezy indukowanego
enzymu tlenku azotu (INOS), który odgrywa znaczącą rolę w rozwoju miażdżycy. I tak wzrost NOS przy niedoborze zbędnych kofaktorów (tetrahydrobiopteryny) prowadzi do zwiększenia wytwarzania
anionu ponadtlenkowego w stosunku do NO (tlenku azotu). Takie
działanie neopteryny odpowiada za istotny związek pomiędzy stężeniem neopteryny w organizmie a ryzykiem wystąpienia choroby
wieńcowej [7, 9]. Wykazano zwiększone stężenia neopteryny u chorych z zaawansowaną miażdżycą tętnic szyjnych i kończyn dolnych
[9]. Neopteryna jest ważnym biomarkerem niestabilności blaszki
miażdżycowej w naczyniach wieńcowych i tętnicach szyjnych [11].
Rycina 1. Synteza neopteryny
154
Neopteryna to związek, którego funkcja w organizmie jest zależna
od neutrofilów aktywnie uczestniczących w zakażeniach bakteryjnych. Neopteryna powstrzymuje działanie mieloperoksydazy
(enzymu pochodzącego z ziarnistości neutrofili), co prowadzi
do wzrostu stężenia tlenu singletowego oraz do zmniejszenia
wytwarzania reaktywnych pochodnych tlenu [7]. Monitorowanie
stężenia tego związku ma duże znaczenie u pacjentów z nadciśnieniem tętniczym, jak również u pacjentów z zaawansowaną
niewydolnością nerek –pamiętając że to jedyna droga eliminacji
neopteryny z organizmu. Taka funkcja neopteryny zaznacza się
głównie u pacjentów dializowanych, u których nie tylko sama
niewydolność nerek przyczynia się do wzrostu stężenia neopteryny z racji upośledzonej eliminacji, ale również sam zabieg
dializowania sprzyja wszelkim aktywacjom cytokinowym, zwiększonej częstotliwości infekcji patogenami (Chlamydia pneumonie, adenowirusy i inne) co wyzwala nadprodukcję neopteryny.
Jednym z czynników stymulujących monocyty do produkcji tych
cytokin są polisacharydy zawarte w płynach dializacyjnych [12].
Dlatego ważne jest odnoszenie stężenia neopteryny do stężenia
kreatyniny w osoczu krwi. Stwierdzono występowanie odwrotnie proporcjonalnej zależności stężenia neopteryny od klirensu
kreatyniny [13].
Neopteryna w zakażeniach wirusowych
Zastosowanie neopteryny jako wskaźnika diagnostycznego ma
znaczenie głównie w przypadku zakażeń wirusowych, ponieważ w zakażeniach bakteryjnych stężenie neopteryny może być
prawidłowe [1, 14]. Ponadto wzrost stężenia neopteryny często
wyprzedza pojawienie się objawów klinicznych oraz swoistych
przeciwciał w infekcjach wirusowych takich jak odra, różyczka,
HIV, grypa, cytomegalia [15, 16]. Dlatego też można wykorzystać
ten parametr jako prognostyczny w rozwoju pełnoobjawowego AIDS u chorych zakażonych wirusem HIV, kiedy to wysokie
stężenia neopteryny zwiększają ryzyko rozwoju choroby [1, 17].
Zakażenia wirusem zapalenia wątroby typu A, B lub C również
wzmagają produkcję neopteryny a dodatkowo wysokie stężenia neopteryny często korelują ze wzrostem aminotransferaz.
Taka zależność nie występuje w przypadku uszkodzenia wątroby
o etiologii innej niż wirusowa [18, 19]. Bardzo wysokie stężenia
neopteryny stwierdzono u osób zakażonych wirusem Epsteina-Barr [20]. Na podstawie obserwacji grupy dzieci poddanych
szczepieniom np.: przeciwko wirusom odry stwierdzono znaczny wzrost stężenia neopteryny wyprzedzający pojawienie się
swoistych przeciwciał, przy braku objawów klinicznych u tych
dzieci [21].
Neopteryna w zakażeniach bakteryjnych
W przypadku zakażeń bakteryjnych, stężenie neopteryny rośnie
przede wszystkim w zakażeniach bakteriami występującymi
głównie wewnątrzkomórkowo jak np.: Salmonella, Mycobacterium leprae czy Mycobacterium tuberculosis. Nie dotyczy to zakażeń bakteriami występującymi zewnątrzkomórkowo, takimi
jak Escherichia coli. Bakterie namnażające się wewnątrz komórki
wyzwalają odpowiedź komórkową organizmu i stąd aktywacja
odpowiednich cytokin stymulujących dalej produkcję neopteryny.
Diagn Lab 2015; 51(2): 153-156
Tabela I. Stężenie neopteryny w surowicy krwi i w moczu u osób zdrowych [5]:
Wiek pacjentów
Wartość średnia we krwi
[nmol/L]
Do 18 r. ż.
18-75 r. ż
Powyżej 75 r. ż.
6,78
5,34
6,78
Zakres wartości
we krwi
[nmol/L]
3,5 –13,5
2,6 –8,7
3,7 –19,0
Jeżeli chodzi o zakażenia zewnątrzkomórkowe to tylko choroby
przewlekłe powodują wzrost stężenia neopteryny, jako skutek
długotrwałego procesu zapalnego, aktywacji szeregu cytokin
prozapalnych oraz udziału monocytów/makrofagów w wytwarzaniu neopteryny [22, 23, 24].
Neopteryna w transplantologii
Oznaczanie stężenia neopteryny odgrywa bardzo ważną rolę
w transplantologii. Przeszczepy narządów: nerek, serca, wątroby
i innych, to wielkie ryzyko, ale i często szansa na drugie życie.
Dlatego coraz bardziej ta dziedzina medycyny wykorzystuje i poszerza panel badań laboratoryjnych, aby móc jak najdokładniej
określić stan pacjenta po przeszczepie. Często oznacza się stężenie
białka CRP (białka C-reaktywnego) jako wskaźnika zapalnego, aby
prawidłowo monitorować chorego po przeszczepie. Murr i wsp. [1]
uważają, że o reakcji odrzucania przeszczepu świadczy wzrost stężenia NPT, podczas gdy w przebiegu zakażeń dochodzi do wzrostu
zarówno stężenia NPT (a wysokość wzrostu stężenia zależy od
czynnika etiologicznego), jak i stężenia CRP. Codzienna kontrola stężenia NPT pozwala przewidzieć, u którego pacjenta mogą
pojawić się powikłania związane z odrzucaniem przeszczepu lub
wystąpieniem zakażenia [25]. Wzrost stężenia NPT wyprzedza
pojawienie się objawów klinicznych zakażenia lub reakcji odrzucania przeszczepu o 2–3 doby. Leczenie glikokortykosteroidami
pacjentów odrzucających przeszczep powodowało szybki spadek
stężenia NPT, natomiast pozostawało bez wpływu na stężenie NPT
u pacjentów z objawami zakażenia [26]. Oznaczanie stężenia NPT
w soku trzustkowym pacjenta po przeszczepie trzustki i nerki pozwala na stwierdzenie, w którym z narządów dochodzi do reakcji
odrzucania przeszczepu [27].
Neopteryna w chorobach nowotworowych
Bardzo dużą przydatność oznaczania stężenia neopteryny wykazano w monitorowaniu leczenia niektórych chorób nowotworowych. Tutaj istnieje wyraźna zależność stężenia neopteryny od
wielkości guza, jego lokalizacji i stanu ogólnego chorego [28,29].
Najwyższe stężenia występują w moczu u chorych z nieziarniczym
chłoniakiem złośliwym. Pacjenci w trakcie remisji mają prawidłowe
lub nieznacznie podwyższone stężenia NPT, a obserwacje takie
dotyczą zarówno dorosłych, jak i dzieci [30].
Stężenie neopteryny w moczu w przeliczeniu na
1 mol kreatyniny
[µmol/mol kreatyniny]
40 –310
55 –220
70 –230
w moczu ale również w płynie maziówkowym. Do innych chorób
tej grupy należą: choroba Leśniowskiego –Crohna czy wrzodziejące zapalenie jelita grubego (colitis ulcerosa) [16, 32].
Stężenie neopteryny można oznaczać w surowicy, moczu, w płynie mózgowo-rdzeniowym, supernatantach kultur komórkowych
i tkankowych, w płynach stawowych, w soku trzustkowym i w innych płynach biologicznych. Jeżeli chodzi o metodykę oznaczania literatura podaje dwie: metoda radioimmunologiczna oraz
metoda immunoenzymatyczna. Wymienione metody dają porównywalne wyniki. Neopteryna pozostaje stabilna w płynach
biologicznych w temperaturze 4ºC do 48 godz., a w temp –20ºC
co najmniej przez 6 miesięcy [2]. Stężenia neopteryny w surowicy nie wykazują różnic zależnych od płci, są one nieco wyższe
u dzieci i u osób powyżej 75 roku życia. Stężenie NPT w moczu
osób zdrowych zależne jest od wieku oraz płci (niższe wartości
występują u mężczyzn) [5].
Tak wiele chorób wyzwalających reakcję immunologiczną organizmu i odpowiedź komórkową może być podstawą do oznaczania
stężenia neopteryny i traktowania tego parametru jako dobrego
wskaźnika biochemicznego. Zmienność stężenia neopteryny zależna od aktywacji reakcji zapalnej organizmu pozwala traktować
neopterynę nie tylko jako odpowiedni wskaźnik prognostyczny,
ale i jako odpowiedni wskaźnik w monitorowaniu leczenia wielu
chorób o różnej etiologii.
Piśmiennictwo:
1.
Murr C, Widner B, Wirleitner B, et al. Neopterin as a marker for immune system
activation. Curr Drug Metab 2002; 3: 175–187.
2.
Bayer M, Schmitz S, Westermann J, et al. Evaluation of a new enzyme-linked
immunosorbent assay for the determination of neopterin. Clin Lab 2005; 51:
495–504.
3.
Sakurai A, Goto M. Neopterin: isolation from human urine. J Biochem 1967;
61: 142-145.
4.
Ledechowski M, Murr C, Widner B, et al. Association between insulin resistance,
body mass and neopterin concentrations. Clin Chim Acta 1999; 282:115-123.
5.
Fuchs D, Wachter H. Neopterin. W. Clinical Laboratory Diagnostics. Red. L. Thomas. TH Books Verlagsgesellschaft mbH. Frankfurt, Germany, 1998, 707.
6.
Chlabicz S, Rogowska-Szadkowska D. Neopteryna – nieswoisty wskaźnik komórkowej odpowiedzi immunologicznej. Diagn Lab 1997; 33: 245-251.
7.
Razumovith IA, Fuchs D, Semenkowe GN, et al. Influence of neopterin on generation of reactive species by myeloperoxidase in human neutrophilis. Biochim
Biophys Acta 2004; 16178 (1): 46-50.
Neopteryna w chorobach o podłożu autoimmunologicznym
Oznaczanie stężenia neopteryny znalazło zastosowanie w przebiegu chorób o podłożu autoimmunologicznym jak np. w reumatoidalnym zapaleniu stawów [31]. W tej chorobie większe znaczenie
będzie miało oznaczanie stężenia neopteryny nie w surowicy, czy
8.
Mangge H, Becker K, Fuchs D, et al. Antioxidants, inflammation and cardiovascular disease. World J Cardiol 2014; 6: 462-477.
9.
Garcia-Moll X, Cole D, Zouridakis E, et al. Increased serum neopterin: a marker of
coronary artery disease activity in women. Heart 2000; 83(3): 346-350.
10. Tatzber F, Rabl H, Kariska K, et al. Elevated serum neopterin levels in atherasclerosis. Atherasclerosis 1991; 89: 203-208.
155
www.diagnostykalaboratoryjna.eu
11. Sugioka K, Naruko T, Matsumura Y, et al. Neopterin and atherosclerotic plaque instability i coronary and carotid arteries. J Atheroscler Thromb 2010; 17:
1115-1121.
12. Gomółka M, Niemczyk S, Paczek L. Cytokiny; mechanizmy prowadzące do wzrostu produkcji cytokin u chorych hemodializowanych. Nefrol Dial Pol 2003; 7:
114-117.
13. Fuchs D, Hausen A, Reibnegger G, et al. Neopterin levels in long-term hemodialysis, Clin Nephrol 1988; 30: 220-224.
Adres do korespondencji:
prof. dr hab. Joanna Matowicka-Karna
Zakład Laboratoryjnej Diagnostyki Klinicznej
Uniwersytet Medyczny w Białymstoku
15-269 Białystok, ul. J. Waszyngtona 15A
tel. +48 85 7468714
e-mail: [email protected]
14. Łuczak G, Plata-Nazar K, Kozielska E. i wsp. Stężenie neopteryny u dzieci z infekcjami dolnych dróg oddechowych. Med Wieku Rozw 2007; 4: 423-427.
15. Zaknun D, Weiss G, Glatzl J, et al. Neopterin levels during acute rubella in children. Clin Infect Dis 1993; 17: 521-522.
16. Reibnegger G, Auhuber I, Fuchs D, et al. Urinary neopterin levels in acute viral
hepatitis. Hepatology 1988; 8: 771-774.
17. Halota W, Jaruga B, Pawłowska M. Stężenia neopteryny i alfa-2-mikroglobuliny
w surowicy jako „markery prognostyczne” historii naturalnej AIDS. Pol Merk
Lek 2002; 13: 126-128.
18. Kalkan A, Ozden M, Akbulut H. Serum neopterin levels in patients with chronic
hepatitis B. Jpn J Infect Dis 2005; 58: 107–109.
19. Yaman H, Cakir E, Ozcan O, et al. Elevated urine neopterin levels in nonalcoholic
steatohepatitis. Clin Biochem 2005; 38: 187–190.
20. Schuster V, Reibnegger G, Wachter H. Neopterin and endogenous interferon
gamma in serum of patients with Epstein-Barr virus-associates lymphoproliferative diseases. Transplantation 1990; 36: 189–191.
21. Griffin DE, Ward BJ, Jauregui E, et al. Immune activation during measles: interferon-gamma and neopterin in plasma and cerebrospinal fluid in complicated
and uncomplicated disease. J Infect Dis 1990; 161: 449–453.
22. Cok G, Prildar Z, Bason G et al. Pleural fluid neopterin levels in tuberculous. Clin
Biochemistry 2007; 40: 876-880.
23. Biemba G, Gordeuk V, Thuma P, et al. Markers of inflammation in children with
severe malarial anaemia. Tropical Medicine and International Health 2000; 5:
256-262.
24. Graessl G, Horak E, Sutterluty H, et al. Urinary neopterin concentrations in
children with asthma and infection. Twentieth International Winter-Workshop
on Clinical, Chemical and Biochemical Aspects of Pteridines. Pteridines 2001;
12: 1-28.
25. Grebe SO, Mueller TF. Immune monitoring in organ transplantation using neopterin. Curr Drug Metab 2002; 3: 189–202.
26. Butani L, Johnson J, Troppmann C, et al. Assessment of pretransplant inflammation in pediatric renal allograft recipients. Transpl Int 2005; 18: 949–953.
27. Königsrainer A, Reibnegger G, Ofner D, et al. Pancreatic juice neopterin excretion – reliable marker for detection of pancreatic allograft rejection. Transplant
Proc 1990; 22: 671–672.
28. Prommegger R, Widner B, Murr C, et al. Neopterin: a prognostic variable in
operations for lung cancer. Ann Thorac Surg 2000; 70: 1861–1864.
29. Schroecksnadel K, Frick B, Winkler C, et al. Relationship between homocysteine
and neopterin concentrations in patients with gynecological cancer. Cancer
Lett 2006; 240: 198–202.
30. Tomandl J, Palyza V, Tallova J, et al. Time course of urinary neopterin in a non-Hodgkin’s lymphoma patient during chemotherapy and radiotherapy. J Exp
Clin Cancer Res 2004; 23: 157–161.
31. Abu Shady MM, Fathy HA, Ali A, et al. Association of neopterin as a marker of
immune system activation and juvenile rheumatoid arthrits activity. J Pediatr
(Rio J) 2015, dx.doi.org/10.1016/j.ped.2014.09.007.
32. Plata-Nazar K, Łuczak G, Kozielska E i wsp.: Stężenie neopteryny w surowicy
dzieci z przewlekłymi nieswoistymi zapaleniami jelit. Pediatr Współcz 2007;
9: 102-104.
156
Zaakceptowano do druku: 16.04.2015