ArchivDeutsches Ärzteblatt40/1998Hereditäre Pankreatitis: Pathogenetische Konzepte und Nachweis genetischer Veränderungen

MEDIZIN: Aktuell

Hereditäre Pankreatitis: Pathogenetische Konzepte und Nachweis genetischer Veränderungen

Dtsch Arztebl 1998; 95(40): A-2473 / B-2115 / C-1980

Keim, Volker; Tannapfel, Andrea; Mössner, Joachim

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LNSLNS Die hereditäre Pankreatitis ist eine seltene Erkrankung, die zu einer Zerstörung des exokrinen Pankreas und zum Auftreten eines Diabetes mellitus führt. Bisher sind zwei Mutationen in den Exonen zwei und drei des kationischen Trypsinogen-Gens als Hochrisikofaktoren gefunden worden. Diese führen vermutlich zu einem verzögerten Abbau des aktivierten Trypsins, was seinerseits die Auslösung einer Pankreatitis begünstigen kann. Ein Pankreaskarzinom tritt bei diesen Patienten häufig auf. Bei Verdacht auf hereditäre Pankreatitis sollte eine genetische Beratung angeboten werden, bevor eine Mutationsuntersuchung durchgeführt wird, insbesondere wenn es sich um eine prädiktive genetische Diagnostik eines gesunden Angehörigen handelt.
Schlüsselwörter: Hereditäre Pankreatitis, Trypsinogen, Gendefekt, Diabetes mellitus, Pankreaskarzinom
Hereditary Pancreatitis - Pathogenetic Concepts and Identification of Genetic Alterations
Hereditary pancreatitis is a rare disease that leads to chronic inflammation of the pancreas associated with exocrine insufficiency and diabetes. Recently, mutations of exons 2 and 3 of the cationic trypsinogen gene have been identified as risk factors that could lead to chronic pancreatitis, via decreased deactivation of trypsin. Pancreatic carcinoma is frequent in these patients. Genetic counselling should be offered before a molecular genetic examination is performed, particularily in healthy relatives at risk.
Key words: Hereditary pancreatitis, trypsinogen, genetic defect, diabetes, pancreatic carcinoma
Die hereditäre Pankreatitis (HP) ist eine seltene Erkrankung, aber nach der Mukoviszidose in Mitteleuropa die zweithäufigste Ursache der chronischen Pankreatitis im Kindesalter. Die auch als familiäre, chronisch kalzifizierende Pankreatitis bezeichnete Erkrankung wird autosomal dominant vererbt, wobei eine Penetranz von etwa 80 Prozent besteht (7, 8).
Klinisches Bild
Neben akuten Entzündungsschüben stehen die Folgen der progredienten Pankreasschädigung im Vordergrund der klinischen Symptomatik. Die exkretorische Insuffizienz ist Folge der Parenchymrarefizierung und geht mit Kalzifizierung des Pankreas und einer Pseudozystenbildung einher. Erkrankungsbeginn und -Ausprägung können innerhalb einer Familie stark variieren. Die Betroffenen klagen häufig schon vor dem ersten faßbaren akuten Schub über Völlegefühl und epigastrischen Schmerz oder fallen durch Gedeihstörungen auf. In einer großen Studie mit 218 Erkrankten wurde ein durchschnittliches Alter von 13,9 ± 12,2 Jahren zum Zeitpunkt der ersten Symptomatik festgestellt (4). Mit bildgebenden Verfahren nachweisbare Veränderungen treten erst spät auf, so daß die definitive Diagnose der Erkrankung oft erst im frühen Erwachsenenalter möglich ist. Allein aufgrund des klinischen Bildes ist bei den Erkrankten eine Abgrenzung zur chronischen Pankreatitis anderer Genese nicht möglich. Früher als bei alkoholinduzierter chronischer Pankreatitis tritt ein Diabetes mellitus als Zeichen der Inselzellschädigung auf. Die Therapie besteht in der Substitution von Pankreasenzymen, der Behandlung des Diabetes mellitus mit Insulin, einer adäquaten Schmerztherapie sowie gegebenenfalls einer chirurgischen Intervention. Spezifische therapeutische Maßnahmen sind bisher nicht bekannt.
Histologischer Befund
Das histologische Bild der hereditären Pankreatitis ist dem der chronisch-alkoholischen Pankreatitis sehr ähnlich. Allerdings muß betont werden, daß diese Pankreata nur äußerst selten untersucht wurden, so daß nicht klar ist, inwieweit es sich um repräsentative Befunde handelt. In der Abbildung ist das Pankreasschwanzresektat eines elfjährigen Jungen mit hereditärer Pankreatitis gezeigt, der wegen des akuten Schubes der Erkrankung operiert wurde. Hierbei handelt es sich um den Patienten III/4 aus Grafik 3. Es zeigen sich die Charakteristika der chronischen Entzündung wie interlobuläre Fibrose, zerstörte Architektur der Azinuszellverbände und dilatierte Gänge mit atrophischem Epithel. Die Inseln sind unterschiedlich groß, und es besteht eine intrainsuläre Fibrose. Die akute Komponente der Entzündung zeigt sich durch Azinuszellnekrose, interstitielles Ödem und den Nachweis von Entzündungszellen.
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Lokalisation der genetischen Defekte
Besteht keine eindeutige Familienanamnese, war es insbesondere bei später Manifestation bislang nicht möglich, die Krankheit eindeutig von anderen Formen der chronischen Pankreatitis abzugrenzen. Im vorletzten Jahr wurden in diesem Punkt wesentliche Fortschritte erzielt. Durch genetische Analyse mehrer großer Familien konnte von drei unabhängigen Arbeitsgruppen bei den Erkrankten ein Genort auf dem langen Arm des Chromosoms 7 (7q35) kartiert werden (1, 5, 11). In diesem Bereich findet sich neben dem T-Zellrezeptor auch die Kodierung für mehrere Pankreasenzyme, insbesondere acht Trypsinogen-Gene (6).
Mutationen im kationischen Trypsinogen-Gen
Die Sequenzierung dieser Region durch eine Gruppe der Universität Pittsburgh ergab eine heterozygot vorliegende Mutation im Exon 3 des kationischen Trypsinogen-Gens (10). Dieser Basentausch (Guanin gegen Adenin) führt zu einer Veränderung der Aminosäuresequenz des Enzyms (Austausch von Arginin gegen Histidin). Durch die Mutation der Nukleotidsequenz entsteht an dieser Position eine Restriktionsschnittstelle des Enzyms Afl III. Amplifiziert man diese Region mit Hilfe der Polymerasekettenreaktion und schneidet das Amplifikat mit dem Restriktionsenzym, so entstehen bei Vorliegen der Mutation Fragmente von definierter Größe, die in einer Agarosegel-Elektrophorese nachgewiesen werden. Fehlt hingegen die Mutation, kann das Fragment nicht geschnitten werden. Das Ergebnis dieses ursprünglich von Whitcomb et al. (10) angegebenen Nachweisverfahrens bei einer der von uns betreuten Familien mit dieser Mutante ist zusammen mit deren Stammbaum in Grafik 1 gezeigt.
Bei weiteren Familien mit hereditärer Pankreatitis ließ sich diese Exon-3-Mutante nicht nachweisen; statt dessen fanden wir eine heterozygot vorliegende Veränderung im Exon 2 desselben Enzyms (9), wie sie auch kürzlich von einer amerikanischen Gruppe berichtet wurde (3). Diese Mutation kann durch eine spezifische PCR-Technik (mutationsspezifische "nested" PCR) nachgewiesen werden. Hierzu wird zunächst das kationische TrypsinogenGen mit einer PCR amplifiziert und danach eine Region innerhalb des Amplifikates nochmals vervielfältigt (Grafik 2). Einer der Primer liegt im Bereich der mutierten Base. Die Reaktionsbedingungen werden so gewählt, daß bei der PCR nur dann ein Amplifikat gebildet wird, wenn die Mutante im Genom vorhanden ist. Da folglich beim Wildtyp die PCR-Reaktion negativ ist, muß der Erfolg der Amplifikation kontrolliert werden. Hierzu wird ein dritter Primer zum Reaktionsgemisch zugegeben, der sowohl bei Vorliegen der Mutante als auch beim Wildtyp zur Vervielfältigung eines längeren Fragmentes führt. Die Agarosegel-Elektrophorese ergibt somit beim Wildtyp eine und bei der Exon-2-Mutante zwei Banden (Grafik 2). In Grafik 3 sind das Analyseergebnis bei einer der betroffenen Familien und der zugehörige Stammbaum gezeigt.
Pathogenetische Konzepte
Die Überlegungen zu den pathogenetischen Konzepten sind rein theoretisch, da experimentelle Daten zur Aktivierung, Deaktivierung oder zur intrazellulären Pathophysiologie der mutierten humanen Trypsinogene bisher nicht publiziert wurden. Durch die Mutation in Exon 3 wird eine Aminosäure im Bereich des Trypsinogens verändert, die dem aktiven Zentrum gegenüberliegt. An dieser Stelle befindet sich im Wildtyp eine Schnittstelle des Trypsins, die bei der Mutante nicht mehr vorhanden ist. Wird das mutierte Trypsinogen im Pankreas zu Trypsin aktiviert, so kann es vermutlich noch vom Trypsininhibitor gebunden und somit vorläufig "unschädlich" gemacht werden. Da jedoch eine Inaktivierungsstelle fehlt, persistiert dieses "Super-Trypsin" möglicherweise wesentlich länger im Pankreas. Kommt es zu einer weiteren Trypsinaktivierung oder zu einer Imbalance des Proteasen-Antiproteasen-Gleichgewichts, führt dies zu einer kaskadenartigen Proenzymaktivierung, die eine Gewebsschädigung zur Folge hat (10). Obwohl es hierzu keinerlei experimentelle Daten gibt, ist diese Theorie der persistierenden Aktivität des mutierten Trypsins äußerst attraktiv, da man davon ausgeht, daß dieser Pathomechanismus auch bei der akuten oder chronischen Pankreatitis anderer Ätiologie relevant sein könnte. Die Hypothese der "Selbstverdauung des Pankreas" als Ursache der Pankreatitis ist im übrigen bereits über 100 Jahre alt (2).
Die Vorstellungen zur Pathogenese der hereditären Pankreatitis bei der Exon-2-Mutation sind weniger präzise. Hier liegt die Veränderung im aminoterminalen Bereich in der Nähe der Aktivierungsstelle des Proenzyms. Es ist ein Tyrosin gegen ein Isoleucin ausgetauscht, so daß denkbar ist, daß die Aktivierung des mutierten Trypsinogens durch im Pankreas vorhandene Proteasen (zum Beispiel Cathepsin) sehr viel leichter erfolgt als beim Wildtyp. Möglich ist jedoch auch hier eine Hemmung der Degradation, da beide Mutanten im Trypsinmolekül räumlich benachbart sind. Folge wäre in allen Fällen eine gesteigerte Trypsinaktivität, so daß die pathogenetischen Konzepte der Exon-2- und 3-Mutationen ähnlich sind. Es soll jedoch nochmals betont werden, daß es für alle Hypothesen bisher keinerlei experimentelle Beweise gibt.
Möglichkeit weiterer Mutationen
Bisher sind nur zwei Mutationen des Trypsinogen-Gens beschrieben worden. Es ist prinzipiell möglich, daß noch weitere Mutationen existieren, jedoch ist es eher unwahrscheinlich, daß sie ebenso zahlreich sind wie bei der Mukoviszidose. Ursache hierfür ist der Pathomechanismus, der von einer erleichterten Aktivierung oder verzögerter Deaktivierung des Trypsinogens ausgeht. Dies kann natürlich nur über sehr "spezifische" Mutationen im Enzym erfolgen, deren maximale Anzahl somit eher gering sein dürfte. Existiert jedoch noch ein anderes pathogenetisches Prinzip (wie ein Mangel protektiver Faktoren), sind weitere genetische Veränderungen durchaus denkbar. Im übrigen gibt es bisher keinen Hinweis darauf, daß somatische Trypsinogenmutationen in der Entwicklungen einer chronisch alkoholischen Pankreatitis eine Rolle spielen.
Manifestation der Erkrankung
Bei der Untersuchung sehr großer Familien wurde vermutet, daß die Penetranz der Erkrankung bei etwa 80 Prozent liegt. Dies konnte nach Aufklärung der genetischen Grundlagen weitgehend bestätigt werden (8). Bei diesen Untersuchungen zeigte sich jedoch auch, daß beispielsweise vier Personen in einer HP-Familie mit Exon3-Mutation an einer chronischen Pankreatitis litten, obwohl bei diesen die Mutation nicht nachweisbar war (8). Darüber hinaus fanden sich eineiige Zwillinge mit Exon-2-Mutation, von denen ein Zwilling erkrankt, der andere jedoch (bisher) gesund ist (3). In unserem eigenen Patientenkollektiv war jedoch bei allen Patienten eine der beiden Mutationen nachzuweisen. Männliche Träger der Mutation sind aus unbekannten Gründen häufiger betroffen, so daß man von einer geschlechtsspezifischen Manifestation ausgeht (4). Darüber hinaus entsteht vor allem dann als Spätfolge ein Pankreaskarzinom, wenn die Mutation über die väterliche Linie vererbt wurde (4). Ursache hierfür könnte ein sogenanntes "Imprinting" sein. Insgesamt zeigen diese Befunde, daß es neben den Mutationen des Trypsinogen-Gens noch weitere, bisher unbekannte Manifestationsfaktoren geben muß.
Überwachung der erwachsenen Patienten mit hereditärer Pankreatitis
Wegen der hohen Inzidenz des Pankreaskarzinoms ist die Überwachung der erwachsenen Patienten mit hereditärer Pankreatitis wahrscheinlich sinnvoll (4). Dies gilt insbesondere dann, wenn die Mutation über die väterliche Linie vererbt wurde (4). Es liegen allerdings keine Erkenntnisse darüber vor, in welcher Art und Weise dies durchgeführt werden sollte (wie häufig, welche Labordiagnostik, welche bildgebenden Verfahren, wann therapeutische Konsequenzen?). Es ist auch unklar, ob die Betroffenen mit Mutation, aber ohne Manifestation der Erkrankung einbezogen werden sollten. Die Betreuung der Patienten in einem erfahrenen Zentrum wäre anzustreben.
Relevanz des Mutationsnachweises für Diagnostik und Therapie
Die Betroffenen leiden häufig vom Kindesalter an unter rezidivierenden Abdominalbeschwerden; Folge sind zahlreiche Kranken­haus­auf­enthalte sowie (bei nicht korrekter Diagnose) inadäquate Therapieversuche, was natürlich zu einer erheblichen Belastung der Kinder führt. Die (meist späte) Stellung der richtigen Diagnose bringt dann neben einer adäquaten Therapie unserer Erfahrung nach auch eine beträchtliche psychische Entlastung für die Betroffenen und deren Angehörige. Darüber hinaus ist die Unterscheidung zwischen erblicher und der alkoholinduzierten Form der Erkrankung wichtig, da Patienten mit hereditärer Pankreatitis eine hohe Wahrscheinlichkeit haben, ein Pankreaskarzinom zu entwickeln. Das kumulative Risiko liegt bei einem Lebensalter von 70 Jahren bei etwa 40 Prozent, bei väterlicher Vererbung steigt es auf 75 Prozent an (4).
Hieraus folgt, daß bei Patienten, bei denen eine hereditäre Pankreatitis vermutet wird, die Analyse dieser Gendefekte durchgeführt werden sollte. Den Betroffenen und deren Angehörigen sollte eine genetische Beratung angeboten werden. Dies gilt insbesondere, bevor gesunde Verwandte prädiktiv molekulargenetisch untersucht werden.
Indikation zur Durchführung einer genetischen Analyse
Besteht ein begründeter Verdacht einer hereditären Pankreatitis, sollte nach Trypsinogenmutationen gefahndet werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn bei jungen Patienten eine chronische Pankreatitis auftritt (Textkasten). Bei Kindern, die häufig über Bauchschmerzen klagen, kann eine erbliche Form der Pankreatitis vorliegen. Dies ist um so wahrscheinlicher, wenn Gedeihstörungen bestehen, ein Diabetes mellitus auftritt oder gar die Familienanamnese positiv ist. Es sollte aber auch bedacht werden, daß ein nicht unwesentlicher Teil der Patienten erst jenseits des 18. Lebensjahres symptomatisch wird (4). Es muß zudem in die Überlegung einbezogen werden, daß eine oder gar zwei Generationen trotz Vorliegen einer Mutation symptomfrei sein können. Da bei hereditärer Pankreatitis ein Pankreaskarzinom sehr häufig ist, sollten auch Patienten und deren Verwandte untersucht werden, bei denen ein Pankreaskarzinom vor dem 45. Lebensjahr aufgetreten ist.
Praktischer Nachweis des Gendefektes
Beide bisher bekannten HP-assoziierten Mutationen können durch eine DNA-Untersuchung der Leukozyten nachgewiesen werden. Hierzu sind nur 2 bis 4 ml EDTA-Blut erforderlich. Im Rahmen einer Screeninguntersuchung werden die Exone 2 und 3 mittels Polymerasekettenreaktion amplifiziert und die Mutationen durch Restriktionsschnitt oder mutationsspezifische "nested" PCR identifiziert. Findet man eine Mutation, sollte diese durch Sequenzierung bestätigt werden.
Registrierung der Patienten in einem internationalen Archiv
Die Patienten sollten mit ihrem Einverständnis in einem internationalen Archiv registriert werden. In Europa befindet sich ein Archiv an der Universität Liverpool im Aufbau. Informationen hierzu sowie zu den betreuenden Zentren, weiterführende Literaturhinweise sowie auch Informationen für Patienten finden sich auf einer speziell eingerichteten web-Seite (http://www.uni-leipzig.de/~hp98).


Zitierweise dieses Beitrags:
Dt Ärztebl 1998; 95: A-2473-2477
[Heft 40]


Literatur
1. Bodic Le L, Bignon JD, Raguenes O et al.: The hereditary pancreatitis gene maps to long arm of chromosome. 7. Hum Molec Genet 1996; 5: 549-554.
2. Chiara H: Über Selbstverdauung des menschlichen Pankreas. Ztschr für Heilkunde 1896; 17: 69-96.


3. Gorry MC, Gabbaizedeh D, Furey W et al.: Mutations in the cationic trypsinogen gene are associated with recurrent acute and chronic pancreatitis. Gastroenterology 1997; 113: 1063-1068.
4. Lowenfels AB, Maisonneuve P, DiMagno E et al.: Hereditary pancreatitis and the risk of pancreatic cancer. J Nat Cancer Inst 1997; 89: 442-446.
5. Pandya A, Blanton SH, Landa B et al.: Linkage studies in a large kindred with hereditary pancreatitis confirms mapping of the gene to a 16-cM region on 7q. Genomics 1996; 38: 227-230.
6. Rowen L, Koop BF, Hood L: The complete 685-kilobase DNA sequence of the human beta T cell receptor locus. Science 1996; 272: 1755-1762.
7. Sibert JR: Hereditary pancreatitis in England and Wales. J Med Genet 1978; 15: 189-201.
8. Sossenheimer MJ, Aston CE, Preston RA et al.: Clinical characteristics of hereditary pancreatitis in a large family, based on high-risk haplotype. Am J Gastroenterol 1997; 92: 1113-1116.
9. Teich N, Mössner J, Keim V: Mutations of cationic trypsinogen in hereditary pancreatitis. Human Mutation, 1998; 12: 39-40.
10. Whitcomb DC, Gorry MC, Preston RA et al.: Hereditary pancreatitis is caused by a mutation in the cationic trypsinogen gene. Nature Genet 1996; 14: 141-145.
11. Whitcomb DC, Preston RA, Aston CE et al.: A gene for hereditary pancreatitis maps to chromosome 7q35. Gastroenterology 1996; 110: 1975-1980.


Anschrift für die Verfasser
Prof. Dr. med. Volker Keim
Medizinische Klinik und Poliklinik II
Universität Leipzig
Philipp-Rosenthal-Straße 27
04103 Leipzig

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