Tytuł pracy: Metabolizm miedzi - metabolizm żelaza: wzajemne

Tytuł pracy: Metabolizm miedzi - metabolizm żelaza: wzajemne zależności, związek
z różnorodnością obrazu fenotypowego choroby Wilsona
mgr Diana Wierzbicka
Promotor: dr hab. n. med. Grażyna Gromadzka
Streszczenie
Wstęp: Choroba Wilsona (chW) (OMIM #277900) należy do grupy zaburzeń metabolicznych
uwarunkowanych genetycznie. Dziedziczona jest w sposób autosomalny recesywny.
Za wystąpienie chW odpowiedzialne są mutacje w genie ATP7B, znajdującym się na
chromosomie 13 (13q14.3). Gen ten koduje ATP-azę7B (ATP7B) (OMIM *606882) - enzym
zlokalizowany głównie w błonach struktur aparatu Golgiego. Fizjologiczną funkcją ATP7B
jest aktywny transport miedzi. Zaburzenia funkcji ATP7B skutkują nadmiernym
gromadzeniem się miedzi w organizmie, co jest przyczyną wystąpienia objawów klinicznych
chW. ChW charakteryzuje się dużą zmiennością obrazu fenotypowego. Wykazano, że istnieją
wzajemne zależności pomiędzy metabolizmem miedzi, a metabolizmem żelaza w organizmie
człowieka.
W
pracy
niniejszej
przyjęto
następujące
hipotezy
badawcze:
1.
Zaburzenia
w metabolizmie miedzi są związane ze zmianami w ustrojowej gospodarce żelazem, które
mogą mieć wpływ na obraz fenotypowy chW. 2. Leczenie, mające na celu zmniejszenie
zawartości
miedzi
w
organizmie,
może
się
przyczynić
do
zmian
w ustrojowej gospodarce żelazem. 3. Mutacje genu HFE, kodującego białko, biorące udział
w metabolizmie żelaza, mogą wpływać na obraz fenotypowy chW.
Cel pracy: Celem pracy była weryfikacja przyjętych hipotez poprzez określenie,
czy: a) u chorych z noworozpoznaną chW zmiany w zakresie wartości parametrów
biochemicznych,
w
zakresie
obrazujących
wartości
metabolizm
parametrów
miedzi,
metabolizmu
związane
żelaza,
b)
są
leczenie
ze
zmianami
preparatami,
zmniejszającymi zawartość miedzi w organizmie: D-penicylaminą lub siarczanem cynku,
wpływa na zmiany w zakresie parametrów metabolizmu żelaza i czy zmiany te są zależne od
rodzaju stosowanego leku, c) genotyp, dotyczący występowania mutacji p.H63D oraz
p.C282Y genu HFE, ma związek z wartościami parametrów metabolizmu żelaza i/ lub
wpływa na obraz fenotypowy chW.
Materiał i metody: Parametry biochemiczne metabolizmu miedzi oraz żelaza oceniono
w grupie 39 chorych nieleczonych (chWNL), 99 chorych poddanych terapii zmniejszającej
przeładowanie organizmu miedzią (chWL), oraz 102 osób zdrowych, stanowiących grupę
kontrolną. Rozpoznanie chW zostało ustalone zgodnie z zaleceniami Amerykańskiego
Towarzystwa Badań Chorób Wątroby (AASLD), dotyczącymi diagnostyki i leczenia chW,
jak też z systemem oceny punktowejdla diagnostyki choroby Wilsona, opracowanym w 2002
roku w Lipsku podczas Międzynarodowego Spotkania poświęconego chorobom: Menkesa
i Wilsona. U wszystkich badanych osób oceniono wartości parametrów biochemicznych
metabolizmu miedzi (stężenie ceruloplazminy i miedzi) oraz żelaza (stężenie żelaza,
ferrytyny, transferyny, hemoglobiny (HGB), hepcydyny, laktoferyny, rozpuszczalnego
receptora transferyny (sTfr), liczba czerwonych krwinek (RBC), oraz całkowita zdolność
wiązania żelaza (TIBC)) w krwi obwodowej.
Wartości badanych parametrów porównano, przy pomocy oprogramowania Statistica 12.0
PL, między grupami: chWNL, chWL i grupą kontrolną, jak również między kobietami
a mężczyznami w obrębie w/w grup, zaś w grupie chWNL między osobami
z postacią wątrobową lub neuropsychiatryczną chW, a w grupie chWL między chorymi
leczonymi D-penicylaminą lub preparatem cynku. Przeanalizowano również zmiany
w zakresie wartości parametrów metabolizmu miedzi i żelaza w okresie 24 miesięcy
od czasu rozpoczęcia leczenia. Metodą łańcuchowej reakcji polimerazy połączonej
z analizą długości fragmentów restrykcyjnych (PCR-RFLP) wykonano badania genetyczne
w
kierunku
obecności
mutacji
w
genie
HFE,
najczęściej
występujących
w populacji Europejskiej: p.C282Y i p.H63D i przeanalizowano związek genotypu
z obrazem fenotypowym chW.
Wyniki: Stężenie miedzi i ceruloplazminy było istotnie niższe u osób z grup chorych
nieleczonych i chorych leczonych, w porównaniu z osobami z grupy kontrolnej.
W grupie chorych z chW, leczonych preparatami zmniejszającymi zawartość miedzi
w organizmie, odnotowano niższe stężenie miedzi oraz ceruloplazminy w surowicy, niż
w grupie chorych nieleczonych. W grupie chorych nieleczonych zaobserwowano wyższe
stężenie żelaza i ferrytyny, oraz niższe wartości transferyny, TIBC, HGB oraz RBC,
w porównaniu do wartości tych parametrów, odnotowanych w grupie kontrolnej, jak również
w grupie chorych leczonych. Chorzy leczeni charakteryzowali się niższym stężeniem żelaza,
wyższym stężeniem ferrytyny oraz wyższą liczbą RBC, niż osoby z grupy kontrolnej.
Nie zaobserwowano istotnych różnic w wartościach parametrów, obrazujących
metabolizm
miedzi,
pomiędzy
grupami
chorych
z
postacią
wątrobową
lub
neuropsychiatryczną chW. Chorzy z noworozpoznaną chW, u których zdiagnozowano postać
neuropsychiatryczną chW, charakteryzowali się wyższym stężeniem żelaza oraz wykazywali
tendencję w kierunku wyższego stężenia ferrytyny i niższego stężenia transferyny w surowicy
oraz niższych wartości TIBC, w porównaniu do chorych z postacią wątrobową.
Wśród chorych nieleczonych mężczyźni charakteryzowali się wyższym stężeniem
ferrytyny i hepcydyny w porównaniu do kobiet. W grupie chorych leczonych stężenie żelaza,
ferrytyny, HGB, hepcydyny, oraz liczba RBC były wyższe, zaś wartość TIBC była niższa
u mężczyzn niż u kobiet.
Nie odnotowano wpływu rodzaju terapii, zmniejszającej przeładowanie organizmu
miedzią, na wartości parametrów biochemicznych metabolizmu miedzi. Stężenie żelaza
w
surowicy
było
istotnie
wyższe,
zaś
wartość
TIBC
była
niższa
u chorych, u których stosowano siarczan cynku, w porównaniu do chorych leczonych
D-penicylaminą.
W trakcie 24-miesięcznej terapii odnotowano trend w kierunku coraz niższych
wartości stężenia miedzi, ceruloplazminy, żelaza, ferrytyny, hepcydyny i laktoferyny
w surowicy. Nie odnotowano istotnych zależności między genotypem HFE, dotyczącym
występowania mutacji p.C282Y oraz p.H63D, a obrazem fenotypowym chW.
Wnioski: 1.
U chorych z chW zaburzeniom metabolizmu miedzi towarzyszą zmiany
w ustrojowej
gospodarce żelazem. 2. Wartości parametrów gospodarki żelazem
są zależne od płci. 3. Chorzy z postacią neuropsychiatryczną chW charakteryzują się
wyższym stężeniem żelaza w surowicy oraz wykazują tendencję w kierunku wyższego
stężenia ferrytyny i wyższych wartości TIBC, w porównaniu z chorymi z postacią wątrobową.
Obserwacja ta wskazuje na możliwość udziału żelaza w patogenezie uszkodzeń OUN w chW.
4. U chorych z chW leczenie preparatami, zmniejszającymi przeładowanie organizmu
miedzią, jest związane ze zmianami w zakresie ustrojowej gospodarki miedzią, a także
żelazem. 5. Rodzaj stosowanego leczenia ma wpływ na zmiany w zakresie wartości
parametrów metabolizmu żelaza: chorzy, leczeni D-penicylaminą, charakteryzują się niższym
stężeniem żelaza w surowicy oraz wyższą wartością TIBC, niż pacjenci przyjmujący preparat
cynku. Obserwacje te są zgodne z wynikami badań doświadczalnych, które sugerują,
że D-penicylamina jest zdolna do wiązania nie tylko miedzi, ale też żelaza, jak również
z hipotezą, w myśl której D-penicylamina usuwa żelazo z transferyny i przenosi je do
komórek. 6. U chorych z chW genotyp, dotyczący występowania mutacji genu HFE, nie
wykazuje związku z obrazem klinicznym chW ani z wartościami parametrów metabolizmu
żelaza; obserwacja ta wymagałoby jednak potwierdzenia w badaniach obejmujących większe
grupy chorych z różnymi genotypami HFE.
Streszczenie w języku angielskim
Copper and iron metabolism - the relationship with the diveristy of the phenotype
of Wilson disease
Abstract:
Introduction: Wilson’s Disease (WD) (OMIM #277900) belongs to the genetically
determined metabolic disorders. WD is inherited in a autosomal recessive manner.
It is caused by mutations in the ATP7B gene, which is localised on the chromosome 13
(13q14.3). This gene encodes a ATP-ase7B (OMIM *606882) - enzyme mainly located in the
membranes
of
the
Golgi
apparatus
structure.
The
physiological
function
of ATP7B is intracellular copper transport. Impaired function of ATP7B results
in
the
excessive
copper
accumulation,
that
leads
to
the
damage
of
cells,
and the clinical symptoms of WD. WD is characterized by a variability of clinical
manifestations. It has been show that the relationship between copper and iron metabolism
exist
in
human
body.
In
this
work,
the
following
hypothesis
were
tested:
1. The changes in copper metabolism in WD are connected with the changes in iron
metabolism which can modify the clinical picture of WD. 2. The treatment, which is aimed at
decreasing the copper level, can contribute to the changes in the maintenance of systemic
iron. 3. The mutations of HFE gene which encodes the protein that takes part in iron
metabolism may modify the phenotypic picture of WD.
Aim of the study: The aim of the study was to verify the assumptive hypotheses
by evaluating if: a) the changes in copper metabolism in WD patients before the start
of the treatment are associated with the changes in iron metabolism, b) anti-copper treatment
with D-penicillamine or zinc sulphate has an impact on iron and copper metabolism
parameters as well as if the changes are influenced by the type of treatment, c) the genotype
of
HFE
gene
which
concern
the
p.H63D
and
p.C282Y
mutations
is associated with iron metabolism parameters and/ or phenotypic features of WD.
Material and methods: In this study parameters of copper and iron metabolism were
measured in three groups: 39 individuals with WD diagnosis, who were treatment naïve, 99
individuals with diagnosis of WD receiving anti-copper treatment and 102 healthy volunteers.
The diagnosis of Wilson’s disease was based on the AASLD (American Association for the
Study
of
Liver
Diseases)
criteria,
which
includes
an
approach
to the diagnosis and treatment of WD, as well as on the scoring system for the diagnosis of
WD,
developed
in
2002
at
the
International
Meeting
on
Wilson
disease
and Menkes disease. All patients were examined for copper metabolism parameters
( the level of serum ceruloplasmin and serum copper) and iron metabolism parameters [the
concentration of iron, ferritin, transferrin, haemoglobin, hepcidin, lactoferrin, soluble
transferrin receptor, red blood cells (RBC), total iron bounding capacity (TIBC) ] in the blood.
Values of measured parameters were compared using the software Statictica 12.0 PL, between
groups: untreated, treated, and control group, as well as between men and women within
described groups and in the untreated group between patients with hepatic or neuropsychiatric
form of WD, and in the treated group between individuals treated D-penicillamine or zinc
sulphate. Moreover, the changes in iron and copper metabolism parameters during the 24
months of treatment were analyzed. Each subject was genotyped for the two most common
European mutations of HFE gene: p.C282Y and p.H63D using PCR-RFLP technology and
the relation between the studied genotypes with the phenotypic picture of WD was examined.
Results: Among WD individuals serum concentration of copper and ceruloplasmin were
lower in patients than in controls. Copper and ceruloplasmin concentration were lower in
treatment-naive than in treated patients.
Non treated patients characterized with higher serum level of iron and ferritin, and lower
concentration
of
transferrin,
TIBC,
HGB,
and
RBC
than
treated
patients
and control individuals. Patients from the treated group were characterized by lower level of
iron, higher concentration of ferritin and red blood cells than people from control group.
Patients with newly diagnosed WD with neuropsychiatric form were characterized by
higher
level
of
iron
and
they
have
a
tendency
toward
higher
level
of ferritin and lower level of transferrin in serum and lower values of TIBC in comparison to
patients with hepatic form of WD.
In the untreated group men had higher ferritin and hepcidin than women. Among the treated
patients, men had higher level of iron, ferritin, haemoglobin, hepcidin and RBC, and lower
level of TIBC than women.
The concentration of iron and the value of TIBC were higher in patients treated with
zinc sulphate than patients treated with D-penicillamine.
During 24-months therapy a trend was observed toward decreasing values of serum
concentration of copper, ceruloplasmin, as well as iron, ferritin, hepcidin and lactoferrin.
Both of the studied HFE p.C282Y and p.H63D genotypes were not related to the
phenotypic picture of WD
Conclusions: 1. Changes in copper metabolism are accompanied by the changes in the
systemic iron turnover in WD patients. 2. The concentration of iron metabolism parameters
depends on sex. 3. Patients with neuropsychiatric form of WD are characterized by higher
level of serum iron and have a tendency toward higher level of ferritin and higher values of
TIBC in comparison to patients with hepatic form.This observation indicates the possibility of
participation of iron in the pathogenesisof damage of central nervous system in WD. 4. In WD
patients the anti-copper therapy is connected with the changes in the systemic copper, as well
as iron turnover.5. The type of treatment have an impact on the changes in iron metabolism
parameters values: patients treated D-penicillamine have lower level of iron and higher value
of TIBC
than patients
treated zinc sulphate.
These observations
are in
line
with the experimental results which suggest that D-penicillamine is capable of binding not
only copper but also iron, and also with the hypothesis according to which
D-penicillamine
removes
iron
from
transferrin
and
transfers
it
to
the
cells.
6. HFE genotype is not related to the phenotypic picture of WD and iron metabolism
parameters. However, this observation requires confirmation in studies involving larger
groups of patients with different HFE genotypes.