Luun aineenvaihdunnan biokemialliset mittarit: mitä, miksi ja milloin Marja-Kaisa Koivula FT, dosentti, sairaalakemisti 22.5.2014 Esityksen sisältö Mitä luun aineenvaihdunnalla tarkoitetaan? Mitä ovat luun aineenvaihdunnan biokemialliset mittarit? Miksi luun aineenvaihduntaa mitataan biokemiallisten mittareiden avulla? Milloin luun aineenvaihduntaa mitataan biokemiallisten mittareiden avulla? Osteoporoosin käypä hoito suositus Kansainväliset suositukset 2 1
Mitä luun aineenvaihdunnalla tarkoitetaan? Luun aineenvaihdunta Luuta hajoaa ja muodostuu kokoa ajan. Luun hajottajasolut (osteoklastit) syövät kuopan vanhaan luuhun. Luuta muodostavat solut (osteoblastit) puolestaan korjaavat tilannetta tekemällä uutta luuta. Valmiita luun soluja kutsutaan osteosyyteiksi. Uusi luu on pehmeää ja kovettuu vasta, kun siihen sitoutuu kalsiumia. 4 2
Luun aineenvaihdunta 5 Luun aineenvaihdunta Kasvuvaiheessa luun rakentajasolut ovat hajottajasoluja aktiivisempia, kun taas aikuisiässä solujen välillä on tasapaino. Osteoporoosissa tasapaino häiriintyy. 6 3
7 Mistä luu koostuu? epäorgaaninen aine: kalsiumhydroksiapatiitti orgaaninen väliaine: tyypin I kollageeni (90 %) muita proteiineja 8 4
Luun hajoaminen monitumaisten jättisolujen muodostuminen -> osteoklastit hapan reportiokuoppa: HCl, joka liuottaa mineraalia. Happamet hydrolaasit, erityisesti katepsiini K hajottavat orgaanisen väliaineen. 9 Luun muodostuminen 10 5
Kollageenisäikeiden muodostuminen runsaasti posttranslationaalisia reaktioita poikkisidokset isomerisaatio α -> β 11 Mitä ovat luun aineenvaihdunnan biokemialliset mittarit? 6
Luun biokemialliset hajoamismittarit Kollageenin hajoamismerkkiaineet Lyhenne Kollageenitelopeptidit S-/U -NTX, S -CTX, S -ICTP Pyridoliini-poikkisidokset PYD, DPD Hydroksiproliini S-/U- HOP Osteoklastien entsyymit Tartraatti-resistentti hapan fosfataasi 5b S -HFOSTr (TRACP 5b) Katepsiini K - Ei-kollageeniset luun proteiinit Luun sialoproteiini - Osteopontiini - / / Osteokalsiinin fragmentit (virtsasta) U -Osteoca Luun kollageenin hajoamismerkkiaineet 14 7
Luun kollageenin hajoamismerkkiaineet Kollageenitelopeptidit Poikkisidokset ovat (suhteellisen) kestäviä entsymaattista hajotusta vastaan. Hajoamisen merkkiaineet ovat joko poikkisidoksia tai niiden yhdistämiä peptidejä. Poikkisidotut telopeptidit: NTX CTX ICTP 15 / / Luun kollageenin hajoamistuotteiden mittausmenetelmiä (poikkisidokset) pyridoliini: kolme polypeptidiketjua yhdistävä kollageenin poikkisidos deoksipyridinoliini: kuten edellä, hieman luuspesifisempi mittaus virtsasta vapaa / totaali voivat olla peräisin muistakin kuin (luun) tyypin I kollageenista 16 8
Luun kollageenin hajoamismerkkiaineet hydroksiproliini Kollageenille ominainen aminohappo Stabiloi kollageenin kolmoiskierrerakennetta. Johtuu hydroksyyliryhmän elektronegatiivisesta, elektroneja puoleensa vetävästä, happiatomista. mittaus virtsasta / seerumista Potilaan tulee olla vähäkollageenisella dietillä yksi vuorokausi ennen näytteenottoa. 17 Osteoklastien entsyymit Tartraatti-resistentti hapan fosfataasi 5b Esiintyy seerumissa kahtena isoentsyyminä 5a ja 5b. 5b-muoto on osteoklastien aktiivisuuden biomerkkiaine. Aktiivisuus on suoraan verrannollinen luun hajoamisprosessiin. 18 9
Osteoklastien entsyymit TRACP 5b ja katepsiini K 19 Luun biokemialliset muodostumismittarit Muodostumismittari Tyypin I prokollageenien propeptidit Luun alkalinen fosfataasi Osteokalsiini Lyhenne S -PINP, S -PICP P -AFOS S -Osteoca 20 10
Luun biokemialliset muodostumismittarit Vaihe Mitä tapahtuu? Mittari Luumatriksin muodostus Luumatriksin kypsyminen Luumatriksin mineralisointi Prokollageenia muodostuu. Propeptidit poistetaan, ristisidokset muodostuvat, mineralisointi alkaa. Kalsium saostuu kollageenisäikeiden väliin. S -PINP, S -PICP P -AFOS S -Osteoca 21 Tyypin I prokollageeni kollageenin propeptidit / / mitattavissa verestä -> maksan endoteelisoluihin 11
Tyypin I kollageenin aminoterminaalinen propetidi (S PINP): intakti-pinp ja Col1- fragmentti Intact PINP Total P1NP 23 / 22.5.2014 / Luuspesifinen alkalinen fosfataasi S AFOS Glykosyloitunut membraaniproteiini Verenkierrossa dimeerinä (Mp = 130 000) Erilaisia isoentsyymin isoformeja Luu / maksa / munuais-afos-isoentsyymin isoformeja Verenkierrossa pääasiassa luu- ja maksaisoformeja Poistuu maksan galaktoosi-reseptoreiden kautta. 24 12
Osteokalsiini Tärkein ei-kollageeninen proteiini (myös hormoni) 49 aminohappotähdettä (Mp = 5 700) 1,25-(OH) 2 -D-vitamiini stimuloi synteesiä. Pääasiassa osteoblastien tuottamaa Karboksyloitunut osteokalsiini tarttuu luuhun. Osa osteokalsiinista pääsee suoraan verenkiertoon luuhun kiinnittymättä. Osteokalsiinia vapautuu myös luun hajoamisesta. Kuvastaa luun aineenvaihdunnan vilkkautta 25 Miksi luun aineenvaihduntaa mitataan biokemiallisten mittareiden avulla? 13
Luun aineenvaihdunnan mittaaminen Perinteisesti on mitattu luun mineraalitiheyttä. Voidaan arvioida lääkehoidon tehoa 1 2 vuoden kuluttua. Biokemialliset merkkiaineet täydentävät luun tiheysmittausten antamaa tietoa luun tilasta. Lääkehoidon tehoa voidaan arvioida jo 1 3 kuukauden kuluttua lääkehoidon aloittamisesta. Potilasseurannassa verinäyte ennen hoidon aloittamista. 27 Miten elimistön runsain kollageeni voi kuvata luun aineenvaihduntaa? Sitä on todella runsaasti luustossa. Luun aineenvaihdunta on jatkuvaa. Luusta on suora yhteys verenkiertoon. Löydökset on aina suhteutettava kliiniseen kuvaan. 28 14
Milloin luun aineenvaihduntaa mitataan biokemiallisten mittareiden avulla? Biokemiallisten mittareiden kliininen käyttö Lasten kasvun seurannassa Apuna osteoporoosin diagnostiikassa Luun metabolianopeus (laadullisesti normaali) Luun metabolianopeus (laadultaan poikkeava) Luuta hajottavat paikalliset leesioiden todentamisessa Lääkehoitojen tehon seurannassa 30 15
Lasten kasvun seuranta Nopeat kollageenin propeptidien pitoisuusmuutokset ennakoivat tulevaa kasvuvastetta. 31 Apuna osteoporoosin diagnostiikassa Luun metabolianopeus (laadullisesti normaali) Periaatteessa synteesin ja hajoamisen merkkiaineet tuottavat saman tuloksen. ICTP ei toimi, CTX hyvä Eastell et al, J Bone Miner Res 2001 32 / / 16
Apuna osteoporoosin diagnostiikassa Luun metabolianopeus (laadultaan poikkeava) Pagetin luusairauden kaoottinen luunmuodostus, osteoidi PINP/PICP >>> 1 α-ctx / / Luuspesifinen alkalinen fosfataasi on hyvä Pagetin taudin merkkiaine / / Immunomenetelmillä ristireaktio maksan isoformiin (10 20%) 17
Luuta hajottavat paikalliset leesioiden todentamisessa Jakob et al. Leukemia 2008 Hajoaminen ei liity luun uusiutumissykliin. -> Synteesi seuraa perässä tai on inhiboitunut. Matrixmetalloproteinaasit (MMP:t) aktivoituvat. -> ICTP >> CTX multippeli myelooma nivelreuma Luustometastaaseissa usein sekä hajoaminen että synteesi. 35 Voorzanger-Rousselot et al. Brit J Cancer 2006 Lääkehoitojen tehon seuranta Suositus osteoporoosin hoitotutkimuksissa käytettävistä merkkiaineista: S -PINP (synteesi) S -CTX (hajoaminen) 36 18
Osteoporoosin Käypä hoito suositus Osteoporoosin Käypä hoito suositus Luun aineenvaihdunnan biokemialliset mittarit mittaavat joko luun rakentumista tai hajoamista. Merkkiaineiden avulla ei ole mahdollista tehdä osteoporoosin diagnoosia. Kliinisessä työssä mittareiden käytön aiheena on osteoporoosin lääkehoidon tehon, annoksen riittävyyden ja hoitomyöntyvyyden seuranta. Käyttöä rajoittaa mittaustulosten yksilölliset päivittäiset vaihtelut. Käyttö vaatii erityistä perehtyneisyyttä, ja niiden käyttö on syytä jättää erikoispoliklinikoille. 38 19
Osteoporoosin Käypä hoito suositus 39 Kansainväliset suositukset 20
Kansainväliset suositukset 2011 The IOF-IFCC Bone Marker Standards Working Group recommending the use of bone formation marker serum PINP and bone resorption marker serum CTX as reference markers to be used in future studies of fracture risk assessment. / / Kysymyksiä, kommentteja? Kiitos! 21