glomerulosclerosis
IJpelaar, D.H.T.
Citation
IJpelaar, D. H. T. (2009, September 16). Genetic and molecular markers of proteinuria and glomerulosclerosis. Retrieved from
https://hdl.handle.net/1887/13997
Version: Corrected Publisher’s Version
License: Licence agreement concerning inclusion of doctoral thesis in the Institutional Repository of the University of Leiden
Downloaded from: https://hdl.handle.net/1887/13997
Note: To cite this publication please use the final published version (if applicable).
8
Nederlandse
samenvatting
154
Het centrale thema van dit proefschrift is het onderzoeken van de genetische en moleculaire mechanismen die betrokken zijn bij de ontwikkeling van proteïnurie (abnormale hoeveelheid eiwit in de urine) en de ontwikkeling van glomerulosclerose (verbindweefseling van de zeeflichaampjes van de nier) in diermodellen en humane nierziekten.
De uitkomst van een nierziekte hangt af van het type nierziekte, genetische factoren, omgevingsfactoren en de ernst van de nierfibrose. Fibrose bestaat onder andere uit de depositie van eiwitten zoals collageen en fibronectine, en van suikerketens (extracellulaire matrix), afgekort ECM. Excessieve depositie van ECM kan het gevolg zijn van verhoogde aanmaak van ECM eiwitten, door een kleinere hoeveelheid afbraakenzymen of een geringere activiteit van deze enzymen, of door een combinatie van verhoogde aanmaak en verminderde afbraak. Voorspellen welke patiënt fibrose ontwikkelt en welke niet, is op basis van de klinische gegevens en histologische veranderingen van de nier niet altijd goed mogelijk. Vroegtijdig vaststellen van de juiste diagnose, identificatie van het type nierziekte en het vinden van prognostische factoren is belangrijk om de vastgestelde nierziekte adequaat te behandelen en progressie van de ziekte te voorkomen of te remmen. Het bepalen van de hoeveelheid ECM moleculen, regulatoire eiwitten en afbraakenzymen, zoals matrix metalloproteases, kan helpen in het diagnosticeren van ziekten en het voorspellen van prognoses per individu. Hoofdstuk 2 geeft voorbeelden van ziekten waarin expressieniveaus van deze moleculen en eiwitten hebben geholpen bij het vaststellen van de diagnose en de bepaling van de prognose. De laatste jaren wordt ook aandacht besteed aan niet-invasieve methoden zoals het onderzoek van de urine. Bijvoorbeeld, de afbraakactiviteit van collageen I, een ECM eiwit, in de urine kan de ernst van de nierziekte voorspellen.1
Ontwikkeling van nierfibrose en de progressie naar eindstadium nierfalen wordt beïnvloed door meerdere factoren. Proteïnurie is een belangrijke onafhankelijke risicofactor voor de ontwikkeling van nierfalen.2 Naast de aanwezigheid van proteïnurie geven ook een hogere leeftijd, hypertensie, mannelijk geslacht en genetische predispositie een hoger risico op progressie van nierziekten. In hoofdstuk 3 worden de genetische factoren die een rol spelen in de ontwikkeling van proteïnurie en glomerulosclerose in een diermodel voor acute glomerulaire schade onderzocht. Dit model is anti-Thy-1 glomerulonefritis, waarbij een rat wordt ingespoten met antilichamen gericht tegen mesangiale cellen in de glomerulus.3 Door een proteïnurie-gevoelige en proteïnurie-resistente rattenstam met elkaar te kruisen, respectievelijk Lewis/Maastricht en Lewis/Møllegard, laat dit hoofdstuk zien dat zowel proteïnurie als glomerulosclerose door genetische factoren worden bepaald.
In dit model wordt proteïnurie beïnvloed door één of meer genen op chromosoom
6. Deze regio op chromosoom 6 is niet gevonden in andere diermodellen voor proteïnurie. Backcross ratten die één chromosoom 6 van Lewis/Møllegard (Lew/
Moll) bezaten, hadden een gemiddeld lagere proteïnurie na inductie van anti-Thy-1 glomerulonefritis dan ratten die beide chromosomen van Lewis/Maastricht (Lew/
Maa) hebben geërfd. Glomerulosclerose werd geassocieerd met een gebied op een ander chromosoom, namelijk chromosoom 1. Dit gebied verklaart ongeveer 10%
van de variatie in glomerulosclerose in de backcross ratten. Verder onderzoek is nodig om het exacte gen of genen op te sporen. Kandidaatgenen op chromosoom 1 zijn adrenomedulline, Rab 38 en synaptic vesicle protein 2b. Het gebied op chromosoom 1 van de rat is homoloog aan regio’s op chromosomen 10, 11, 15 en 16 van de mens. Bij de mens wordt chromosoom 10 geassocieerd met de ontwikkeling van glomerulosclerose.4;5 De genen die verantwoordelijk zijn voor glomerulosclerose in het rattenmodel zouden dus mogelijk ook de gevoeligheid voor glomerulosclerose bij humane nierziekten kunnen verklaren. Hoofdstuk 3 toont derhalve dat de ontwikkeling van proteïnurie en glomerulosclerose genetisch wordt beïnvloed, maar niet door dezelfde genetische factoren.
De factoren die het verschil in beloop van anti-Thy-1 glomerulonefritis tussen Lew/Maa en Lew/Moll veroorzaken kunnen in verschillende compartimenten van het lichaam tot expressie komen. De nier zelf kan een rol spelen maar ook cellen afkomstig van het beenmerg. Beide kunnen het beloop van anti-Thy-1 glomerulonefritis beïnvloeden. Eerder onderzoek van onze groep heeft door middel van nier- en beenmergtransplantaties tussen Lew/Maa en Lew/Moll laten zien dat de eigenschap om glomerulosclerose te ontwikkelen wordt bepaald door de nier.6 In hoofdstuk 4 werd onderzocht of de eigenschap om al dan niet proteïnurie te ontwikkelen in anti-Thy-1 glomerulonefritis overdraagbaar is via de nier of het beenmerg. Deze studie toonde aan dat transplantatie van een nier of beenmerg van de proteïnurie-gevoelige Lew/Maa naar Lew/Moll niet tot proteïnurie leidt.
Dit suggereert dat een combinatie van factoren de ontwikkeling van proteïnurie in Lew/Maa beïnvloedt. Interessant is dat in een nier van de proteïnurie-resistente Lew/Moll geen proteïnurie ontstaat na transplantatie van deze nier in Lew/Maa ratten. Transplantatie van beenmerg van Lew/Moll in Lew/Maa veroorzaakt zelfs een afname van de proteïnurie. Dit gaat gepaard met een afname van het aantal glomeruli met microaneurysmata op dag 7. Deze resultaten duiden erop dat factoren afkomstig uit het beenmerg de ontwikkeling van proteïnurie of de resistentie ertegen beïnvloeden. In de initiële fase van anti-Thy-1 glomerulonefritis spelen macrofagen en andere ontstekingscellen een belangrijke rol.7 Er worden in de literatuur verschillen beschreven in inducible nitric oxide synthase (iNOS) tussen de Lewis substammen.
De macrofagen van proteïnurie-gevoelige Lew/Maa ratten maken meer iNOS aan
156
dan die van Lew/Moll.8 Het verlagen van de productie van iNOS leidt ook tot afname van proteïnurie in Lew/Maa,9 hetgeen pleit voor een rol voor iNOS in de ontwikkeling van proteïnurie. Het feit dat transplantatie van beenmerg van Lew/Moll in Lew/
Maa leidt tot verlaging van de proteïnurie in Lew/Maa na inductie van anti-Thy-1 glomerulonefritis, suggereert dat Lew/Moll ratten beschermende factoren bezitten die de ontwikkeling van proteïnurie kunnen tegengaan.
Onafhankelijk van het type nierziekte is proteïnurie het gevolg van het beschadigen van de glomerulaire filtratie barrière. Schade aan alle lagen van deze barrière (endotheel, glomerulaire basaalmembraan of de podocyt) kan leiden tot proteïnurie.
Deze schade kan ontstaan door afwijkingen in genen die tot expressie komen in deze cellen zelf, hetgeen vaak leidt tot congenitale proteïnurie.10-14 Gendefecten van genen die specifiek in de podocyt tot expressie komen, kunnen bijvoorbeeld leiden tot disfunctionele eiwitten of het geheel ontbreken van deze eiwitten. Dit kan resulteren in een veranderde functie van de podocyt en daardoor in een beschadigde glomerulaire filtratie barrière. Schade aan de glomerulus die niet direct gericht is tegen de glomerulaire filtratie barrière kan echter ook resulteren in congenitale proteïnurie. De pathogenese van glomerulaire schade bij bijvoorbeeld hyperfiltratie van de glomeruli is niet goed bekend. Daarom onderzochten wij de pathogenese van glomerulaire schade in glomerulaire hyperfiltratie en hypertrofie, proteïnurie en glomerulosclerose in een model voor congenitale proteïnurie in hoofdstuk 5.
Munich Wistar Frömter (MWF) ratten ontwikkelen spontaan proteïnurie kort na de geboorte en later ontstaat ook glomerulosclerose.15;16 Histologische analyse van nierweefsel van MWF ratten van 4, 6 en 8 weken oud, liet zien dat op week 4 de glomeruli vergroot zijn. Op dat moment is er nog geen schade aan de podocyt te zien en is proteïnurie afwezig. Daarna ontstaat in sommige glomeruli (focaal) en in sommige segmenten van de glomerulus (segmentaal) beschadiging van de podocyten, aangetoond door nieuw ontstane eiwitexpressie van desmine. Tegelijkertijd met de expressie van desmine in podocyten was er in dezelfde gebieden een afname van de hoeveelheid podoplanine eiwit te zien. Andere eiwitten van de podocyt waren nog aanwezig. Specifiek in die gebieden waar podoplanineverlies optrad, werd ook albumine gevonden in de podocyten. Dit pleit voor een lokaal ontstaan lek in de glomerulaire filtratie barrière. Deze data suggereren dat in MWF ratten de nierschade begint met hypertrofie van de glomerulus, als gevolg van een aangeboren kleiner aantal nefronen. Dit wordt gevolgd door schade aan de podocyt en daardoor specifiek een afname van podoplanine eiwit. Verder onderzoek is nodig om aan te tonen of podocyt-veranderingen de oorzaak of het gevolg zijn van de proteïnurie.
Recent onderzoek in een andere rattenstam met congenitale proteïnurie, namelijk Dahl ratten, liet hetzelfde patroon zien17, waardoor onze theorie bevestigd wordt. De
resultaten van hoofdstuk 5 suggereren dat segmentale glomerulosclerose begint met segmentale schade aan de podocyten. Segmentale glomerulosclerose wordt ook gevonden in nierbiopten van patiënten met focale en segmentale glomerulosclerose (FSGS).18 Hoewel het exacte mechanisme van de ontwikkeling van segmentele glomerulosclerose in FSGS niet bekend is, bestaat het vermoeden dat ook in dit geval de ontwikkeling begint met segmentale schade aan podocyten in de glomerulus.
In hoofdstuk 5 wordt ook de rol van geslachtsverschillen in de ontwikkeling van glomerulosclerose in MWF ratten onderzocht. Bij de mens hebben mannen een hoger risico op het ontwikkelen van nierfalen dan vrouwen. Bij MWF ratten laten mannelijke ratten eveneens een ernstiger ziektebeeld zien dan vrouwen. Dit ernstiger beeld met meer proteïnurie en ontwikkeling van glomerulosclerose op latere leeftijd is gecorreleerd met een hoger percentage glomeruli met desmine expressie in podocyten. Schijnbaar hebben mannelijke podocyten een hogere werkdruk hebben dan vrouwelijke podocyten. Een oorzaak van de hogere werkdruk kan de per kilogram lichaamsgewicht geringere hoeveelheid glomeruli in mannelijke MWF ratten zijn, waardoor er per glomerulus meer bloed gefilterd moet worden.19
Progressie naar glomerulosclerose lijkt een van de onderliggende ziekte onafhankelijk mechanisme te zijn. Verschillende factoren kunnen progressie beïnvloeden, zoals de ernst van de initiële schade, de hoogte van de proteïnurie en genetische factoren. Een nog niet goed gedefinieerde groep patiënten is die met een nefrotisch syndroom en focale en segmentale glomerulosclerose in het nierbiopt. Bij deze patiënten wordt geen andere oorzaak voor het nefrotisch syndroom gevonden.
Morfologische veranderingen van de nier in deze groep patiënten met primaire FSGS variëren enorm. Deze diversiteit in morfologie gaat samen met grote variatie in klinische presentatie, snelheid van progressie en de kans op recidiveren van de ziekte na niertransplantatie. Terugkeer van de ziekte in hun niertransplantaat is bij deze patiënten een veel voorkomend verschijnsel.
In 2004 is er een nieuwe morfologische classificatie van FSGS opgesteld 20 in de hoop om nieuwe subziekten te ontdekken. Dit kan onderzoek naar diagnose, behandeling en voorspelling van de prognose vergemakkelijken. De nieuwe varianten zijn: 1) de “tiplaesie”, een laesie dicht bij het begin van het tubulus system, 2) de “cellulaire variant”, gekarakteriseerd door een toegenomen aantal cellen in de capillairen; 3) de “collapsing-variant”, waarbij samengevallen glomeruli worden gevonden met hypertrofie van de epitheelcellen; 4) de “perihilaire variant”, een laesie die voornamelijk wordt gevonden bij het begin en einde van de vaten van de glomerulus; en 5) “FSGS niet anders gedefinieerd” (FSGS NOS). Als deze varianten onafhankelijk zijn, dan zou morfologie van de nieren bij recidief FSGS dezelfde variant laten zien als in de primaire ziekte. Om deze hypothese te testen werden
158
nierbiopten van patiënten met recidief FSGS geanalyseerd in hoofdstuk 6. In 81%
van alle gevallen werd in het transplantaat dezelfde morfologische variant gevonden als in de primaire ziekte. Echter niet alle gevallen waren consistent. Drie types van recidief werden gevonden: type I: recidief van dezelfde variant; type II: recidief van dezelfde variant maar vooraf gegaan door histologie met minimale afwijkingen in de glomerulus bij lichtmicroscopie (minimal change disease-achtige afwijkingen);
type III, recidief van een andere variant in het niertransplantaat. Transitie van verschillende varianten gebeurt in de eigen nier, maar ook in het transplantaat. In ons onderzoek werd voornamelijk de overgang van de collapsing variant naar FSGS NOS gezien. Dus moet er rekening worden gehouden met de mogelijke transitie tussen pathologische varianten in individuele evaluatie en in klinische trials. Bovendien mag de rol van immuunsupressieve therapie bij niertransplantatie en de kans op het ontwikkelen van collapsing FSGS in het transplantaat zonder FSGS in de eigen nier niet onderschat worden. Vooral bij FSGS NOS moeten andere oorzaken van FSGS en FSGS als gevolg van chronische niertransplantaatschade zorgvuldig worden uitgesloten. Tenslotte is de hypothese dat minimal change disease een vroege fase van FSGS is, nog steeds een onderwerp van discussie.21;22 Onze resultaten pleiten voor de hypothese dat minimal change disease een vroege fase van FSGS is. Verder onderzoek in grotere groepen is noodzakelijk voor verfijning van de Columbia classificatie van primaire FSGS.
Reference List
Tomita M, Koike H, Han GD, Shimizu F, Kawachi H: Decreased collagen-degrading activity could 1.
be a marker of prolonged mesangial matrix expansion. Clin Exp Nephrol 8:17-26, 2004
Iseki K, Iseki C, Ikemiya Y, Fukiyama K: Risk of developing end-stage renal disease in a cohort of 2.
mass screening. Kidney Int 49:800-805, 1996
Bagchus WM, Hoedemaeker PJ, Rozing J, Bakker WW: Glomerulonephritis induced by 3.
monoclonal anti-Thy 1.1 antibodies. A sequential histological and ultrastructural study in the rat.
Lab Invest 55:680-687, 1986
Freedman BI, Rich SS, Yu H, Roh BH, Bowden DW: Linkage heterogeneity of end-stage renal 4.
disease on human chromosome 10. Kidney Int 62:770-774, 2002
Hunt SC, Hasstedt SJ, Coon H, Camp NJ, Cawthon RM, Wu LL, Hopkins PN: Linkage of creatinine 5.
clearance to chromosome 10 in Utah pedigrees replicates a locus for end-stage renal disease in humans and renal failure in the fawn-hooded rat. Kidney Int 62:1143-1148, 2002
Aben JA, Hoogervorst DA, Paul LC, Borrias MC, Noble NA, Border WA, Bruijn JA, De Heer 6.
E: Genes expressed by the kidney, but not by bone marrow-derived cells, underlie the genetic predisposition to progressive glomerulosclerosis after mesangial injury. J Am Soc Nephrol 14:2264-2270, 2003
Bagchus WM, Jeunink MF, Elema JD: The mesangium in anti-Thy-1 nephritis. Influx of 7.
macrophages, mesangial cell hypercellularity, and macromolecular accumulation. Am J Pathol
137:215-223, 1990
Ketteler M, Westenfeld R, Gawlik A, Bachmann S, Frey A, Schonfelder G, Paul M, Distler A, De 8.
Heer E: Nitric oxide synthase isoform expression in acute versus chronic anti-Thy 1 nephritis.
Kidney Int 61:826-833, 2002
Westenfeld R, Gawlik A, De Heer E, Kitahara M, Abou-Rebyeh F, Floege J, Ketteler M: Selective 9.
inhibition of inducible nitric oxide synthase enhances intraglomerular coagulation in chronic anti-Thy 1 nephritis. Kidney Int 61:834-838, 2002
Barker DF, Hostikka SL, Zhou J, Chow LT, Oliphant AR, Gerken SC, Gregory MC, Skolnick MH, 10.
Atkin CL, Tryggvason K: Identification of mutations in the COL4A5 collagen gene in Alport syndrome. Science 248:1224-1227, 1990
Boute N, Gribouval O, Roselli S, Benessy F, Lee H, Fuchshuber A, Dahan K, Gubler MC, Niaudet P, 11.
Antignac C: NPHS2, encoding the glomerular protein podocin, is mutated in autosomal recessive steroid-resistant nephrotic syndrome. Nat Genet 24:349-354, 2000
Kaplan JM, Kim SH, North KN, Rennke H, Correia LA, Tong HQ, Mathis BJ, Rodriguez-Perez JC, 12.
Allen PG, Beggs AH, Pollak MR: Mutations in ACTN4, encoding alpha-actinin-4, cause familial focal segmental glomerulosclerosis. Nat Genet 24:251-256, 2000
Kawachi H, Koike H, Kurihara H, Yaoita E, Orikasa M, Shia MA, Sakai T, Yamamoto T, Salant DJ, 13.
Shimizu F: Cloning of rat nephrin: expression in developing glomeruli and in proteinuric states.
Kidney Int 57:1949-1961, 2000
Liu G, Kaw B, Kurfis J, Rahmanuddin S, Kanwar YS, Chugh SS: Neph1 and nephrin interaction in 14.
the slit diaphragm is an important determinant of glomerular permeability. J Clin Invest 112:209- 221, 2003
Macconi D, Ghilardi M, Bonassi ME, Mohamed EI, Abbate M, Colombi F, Remuzzi G, Remuzzi 15.
A: Effect of angiotensin-converting enzyme inhibition on glomerular basement membrane permeability and distribution of zonula occludens-1 in MWF rats. J Am Soc Nephrol 11:477-489, 2000
Remuzzi A, Puntorieri S, Mazzoleni A, Remuzzi G: Sex related differences in glomerular 16.
ultrafiltration and proteinuria in Munich-Wistar rats. Kidney Int 34:481-486, 1988
Koop K, Eikmans M, Wehland M, Baelde H, Ijpelaar D, Kreutz R, Kawachi H, Kerjaschki D, De 17.
Heer E, Bruijn JA: Selective loss of podoplanin protein expression accompanies proteinuria and precedes alterations in podocyte morphology in a spontaneous proteinuric rat model. Am J Pathol 173:315-326, 2008
D’Agati VD, Fogo AB, Bruijn JA, Jennette JC: Pathologic classification of focal segmental 18.
glomerulosclerosis: a working proposal. Am J Kidney Dis 43:368-382, 2004
Fassi A, Sangalli F, Maffi R, Colombi F, Mohamed EI, Brenner BM, Remuzzi G, Remuzzi A:
19.
Progressive glomerular injury in the MWF rat is predicted by inborn nephron deficit. J Am Soc Nephrol 9:1399-1406, 1998
D’Agati VD, Fogo AB, Bruijn JA, Jennette JC: Pathologic classification of focal segmental 20.
glomerulosclerosis: a working proposal. Am J Kidney Dis 43:368-382, 2004
Fogo A, Hawkins EP, Berry PL, Glick AD, Chiang ML, MacDonell RC, Jr., Ichikawa I: Glomerular 21.
hypertrophy in minimal change disease predicts subsequent progression to focal glomerular sclerosis. Kidney Int 38:115-123, 1990
Meyrier A: Mechanisms of disease: focal segmental glomerulosclerosis.
22. Nat Clin Pract Nephrol
1:44-54, 2005
