Rare hereditary red blood cell enzymopathies associated with hemolytic anemia pathophysiology, clinical aspects, and laboratory diagnosisP. KORALKOVA, W. W. VAN SOLINGE, R. VAN WIJK

Vzcne dedin enzymopatie ervench krviniek asociovan shemolytickou anmiou -patofyzilogia, klinick aspekty alaboratrna diagnostika

Dedin enzymopatie ervench krviniek s geneticky podmienen ochorenia postihujce gny kdujce enzmy ervench krviniek. Spsobuj pecifick typ anmie, oznaovan ako dedin nesferocytick hemolytick anmia (HNSHA). Enzymopatie ovplyvuj bunkov metabolizmus, ktor uervench krviniek, pozostva prevane zanaerbnej glykolzy ametabolizmu nukleotidov. Enzymopatie s asto asociovan snormocytrnou normochromatickou hemolytickou anmiou. Na rozdiel od alch dedinch ochoren ervench krviniek ako naprklad membrnovch defektov alebo hemoglobinopati, morfolgia ervench krviniek nevykazuje iadne pecifick abnormality. Diagnza je zaloen na uren znenej pecifickej aktivity enzmu amolekulrnej charakterizcii defektu na rovni DNA. (Medzi najastejie enzmov defekty patr)) Najastejimi enzmovymi defektami s deficiencia glukzy-6-fosft dehydrogenzy (G6PD) apyruvt kinzy (PK). Avak, existuje niekoko alch enzmovch defektov, asto ovea menej znme, spsobujcich HNSHA. Tieto poruchy s vzcne aasto nedostatone diagnostikovan, acieom tohto lnku/prehadu. Vtomto strunom lnku/prehade, poskytujeme prehad o klinicky vznamnch enzmoch, ich funkcii vmetabolizme ervench krviniek akov aspekty laboratrnej diagnostiky.

METABOLIZMUS ERVENCH KRVINIEK

Vpriebehu dozrievania strcaj erven krvinky svoje jadro, mitochondrie adalie organely. Preto nie s schopn vykonva/riadit oxidatvnu fosforylciu asyntzu protenov/lipidov. Napriek tejto obmedzenej metabolickej mainrii, s schopn erven krvinky plne vykonva svoju funkciu, ktor zaha predovetkm transport adodanie kyslka dotkaniva. Metabolick drhy zapojen do bunkovej funkcie apreitia, zahaj anaerbnu glykolzu, hexza monofosft shunt, metabolizmus glutationu asyntzu nukleotidov. Tieto drhy slia kudraniu/zachovaniu (i) integrity aflexibility/prunosti membrny ervenej krvinky (ii) hemoglobnu vjeho redukovanej forme, (iii) redoxnej rovnovhy glutathionu a (iv) udrovaniu zsoby adennu. Metabolizmus ervenej krvinky je schmaticky znzornen vprehade na obrzku 1.

Anaerbna glykolza, tie znma ako Embden Meyerhof drha, je jedinm zdrojom energie pre erven krvinku. Glukza je metabolizovan vo viacstupovom procese, vsledkom ktorho je tvorba pyruvt/lakttu, ATP aNADPH. ATP riadi sprvnu funkciu draslkovo/sodkovch pmp, ktor s zapojen priudriavan flexibility aintegrity membrny ervenej krvinky. NADH je kofaktor NADH-cytochrmu b5 reduktzy, zohrvajcej kov lohu vredukcii oxidovanho hemoglobnu. Uniktny pre erven krvinku je Raport-Luebering shunt. Tento obchdzka (bypass) glykolzy sli prevane/hlavne produkciou 2,3-bisfosfoglycertu, ktor spolu sATP riadi/reguluje afinitu kyslka khemoglobnu.

Za tandardnch fyziologickch podmienok, 90% glukzy je metabolizovanch poas anaerbnej glykolzy za vzniku ATP. Zvyok glukzy je metabolizovan poas pentzo-fosftovej drhy, ktorej hlavn funkcia je tvorba redoxnho potencilu vpodobe NADPH. NADPH sa sprva ako kofaktor glutatione reduktzy, ktor udruje glutation vjeho redukovanej forme (GSH), m poskytuje ochranu proti oxidanmu stresu.

Metabolizmus nukleotidov ervenej krvinky prispieva kudraniu energetickej rovnovhe uerytrocytov. Obsah nukleotidov vzrelch erytrocytoch je prevane riaden intracelulrnym metabolickm cyklom purnov. Pyrimidny s degradovan pyrimidin-5nukleotidzou (P5N) poas dozrievania retikulocytu as prtomn iba akostopovch mnostvch vzrelej ervenej krvinke. Naopak, derivty adeninu (AMP, ADP aATP) tvoria okolo 97% celkovej zsoby nukleotidov. Pretoe zrelm ervenm krvinkm chba/postradaju fosforibosyl-1-pyrofosft, nevyhnutn enzm pre de novo syntzu purnov, purnov derivty s znova tvoren zmedziproduktov purnovho katabolizmu. Tento mechanizmus je znmy ako zchrann drha.

ENZYMOPATIE ERVENCH KRVINIEK

Dedin enzymopatie ervench krviniek s ochorenia, vznikajce/vyplvajce zmutci v gnoch (bodov mutcie, inzercie, delcie, splice defekt, atd.), kdujcich enzmi metabolizmu ervenej krvinky. Nedostatky alebo poruchy tchto enzmov naruuj zvyajne bunkov energetick rovnovhu a/alebo zvyuj hladiny oxidanho stresu. Nedostatok energie aznen redukn sila ervench krviniek nakoniec ovplyvuje bunkov integritu/celistvos bunky, o vedie kpredasnmu odstrneniu vslezine, apreto/teda/v dsledku toho, k znenmu prevaniu ervenej krvinky. Vina enzmovch porch sa ded autozomlne recesvne, shemolzou, ktor sa vyskytuje/vyskytujca sa iba uhomozygotov alebo heterozygotov. Niektor enzmov deficiencie s viazan na X chromozm. Shrn enzymopati ervenej krvinky aniektor zich hlavnch charakteristk je uveden vtabuke 1.

Stupe hemolzy zvis od naruenej metabolickej drhy, lohy mutovanho enzmu v tejto drhe, funknch abnormalt, ktor s uvedenzkladnou mutciou amonosou pre bunku kompenzova stratu enzymatickej aktivity. Zvanos hemolzy je variabiln, pohybujcej sa vrozmedz od miernej alebo plne kompenzovanej hemolzy bez zretenej anmie a k smrtenej anmii pri naroden, zvanej hemolzy zvislej od transfzi adokonca smrti vskorom detstve. Typick klinick prznaky alej zahaj splenomegliu, ltaku, lov kamene apreaenie elezom (tie upacientov bez transfzie). Predovetkm, niektor enzmov deficiencie s spojen so systmovmi (nehematologickmi) prejavmi ako naprklad neurologick porucha, mentlna retardcia, myopatia anchylnos kinfekcii.

Na liebu enzmovch defektov nie je dostupn iadna terapia. Postihnut jedinci smiernym typom anmie alebo kompenzovanou hemolzou nevyaduj iadnu liebu. Vzvanejch prpadoch pozostva lieba prevane zpodpornej terapie (transfzie krvi) achelatanej terapie, aby sa predilo nepriaznivmu efekt preaenia elezom. Vniektorch prpadoch me by zvaovan splenektmia. Zvyajne, odstrnenie sleziny me zvi hladinu hemoglobnu, ale inok je variabiln a ako predvda. Pacienti snedostatkom enzmov, zapojench do ochrany proti oxidanmu stresu, by sa mali vyhn prijmu liekov alebojedla, ktor zvyuj oxidan stres.

ENZMOV PORUCHY EMBDEN-MEYERNHOF DRHY

Embden-Meyernhof drha premiea glukzu na pyruvt alebo laktt avytvra ATP. Tto metabolick drha je regulovan troma rate-limiting krokmi, zahrujc: katalytick innos hexokinzy (HK), fosfofruktokinzy (PFK) apyruvtkinzy (PK). Bunkov NADH ahladiny ATP tie kontroluj glykolytick tok/premenu. Vina ochoren enzmov tejto drhy je spojen schronickou HNSHA. Okrem nedostatku fosfoglycert kinzy (PGK), o je ochorenie viazan na X-chromozm, vetky ochorenia enzmov anaerbnej glykolzy sa dedia autozomlne recesvne.

Nedostatok pyruvt kinzy je najrozrenejia porucha enzmov anaerbnej glykolzy. Odhadovan frekvencia ochorenia je 1:20 000 u bielej populcii. Pyruvt kinza je allosterick enzm, ktor katalyzuje ireverzibiln prenos vysokoenergetickej fosftovej skupiny zfosfoenolpyruvtu na ADP, vytvarajc ATP apyruvt. Enzm je alostericky regulovan FBP (pozitvna regulcia) ainhibovan svojm produktom ATP. Ucicavcov existuj 4 izoenzmi pyruvt kinzy: M1, M2, L aR, kdovne dvomi odlinmi gnmi. Gn PKLR lokalizovan na chromozme 1, riadi/kontroluje expresiu PK-R aPK-L, kad zvl, u ervench krviniek apeeni. Nedostatok PK-R ma dva zvan/hlavn dsledky na metabolizmus: redukcia/vyerpanie ATP aakumulcia 2,3-bisfosfoglycertu. Nedostatok ATP vedie kpredasnmu odstrneniu ervench krviniek zobehu, zatia o zven hladiny 2,3-bisfosfoglycertu zniuj afinitu hemoglobnu ku kyslku aiastone kompenzuje hypoxiu vtkanivch vdsledku anmie. Viac ako 220 rznych mutci spojench snedostatkom pyruvtkinzy je znmych vgne pre PKLR. Vina zmutci s missense (70%), vedce kjedno nukleotidovej zmene. Klinick prznaky PK deficiencie s vemi variabiln, vrozmedz od plne kompenzovanej hemolzy kzvanej hemolytickej anmii zvislej na transfzii. Niekoko prpadov hydropsu plodu amrt vnovorodeneckom obdob bolo zaznamenanch vdsledku zvanej deficiencie PK. Zvanos anmie sa zvyajne ustli vdospelosti, ale me sa zhori poas infekci alebo alch foriem fyziologickho stresu. Preaenie elezom, vyskytujce sa uviny PK- deficientnch pacientov, je povaovan za multifaktorilne. Neexistuje iadne prepojenie/svislos medzi rezidulnou aktivitou PK, stupom hemolzy aklinickou zvanosou deficiencie PK.

Druhou najastejou poruchou glykolytickch enzmov je deficit glukzy-6-fosft izomerzy (GPI). Bolo popsanch viac ako 50 prpadov sdeficitom GPI. Unajviac postihnutch jedincov je zvykov aktivita GPI menia ako 25%. Nzka aktivita enzmu vyplva znaruench pohybovch vlastnost, znenej tepelnej stability mutovanho enzmu alebo chybnho prekladu foldingu protenu. Klinick prznaky GPI aktivity s vrozmedz od miernej a k zvanej hemolytickej anmii. Hydrops plodu sa objavuje astejie udeficiencie GPI ako ualch enzymopatii. Deficit GPI me by spojen snehematologickmi prznakmi, najm sneurologickm pokodenm/poruchou alebo mentlnou retardciou.

Deficit fosfofruktokinzy (PFK), aldzy atriosfosftu (TPI) s vzcnejie enzmov poruchy. Erytrocyt PFK je zloen zdvoch typov podjednotiek: PFKL (pee) aPFKM (sval), ktor me tvori 5 rznych izoenzmov (M4, M3L1, M2L2, M1L3 aL4). Vprpade mutovanej podjedntoky PFKM je exprimovan vervench krvinkch iba funkn podjednotka PFKL, spsobujca iba iaston deficit PFK. Preto pacienti sdeficitom PFK zvyajne vykazuj miernu alebo plne kompenzovan hemolytick anmiu. Ak svalov bunky obsahuj iba PFKM, nedostatok je vraznej/zretelneji vo svalovch bunkch, o vedie kmyopatii.

Deficit TPI je najzvanej enzmov defekt anaerbnej glykolzy, asto vedci ksmrti vrannom detstve. TPI katalyzuje vzjomn konverziu medzi dihydroxyaceton fosftom (DHAP) aglyceraldehyd-3-fosftom (GAP). Vervench krvinkch, nedostatok vedie khemolytickej anmii, o me by v dsledkuhromadenia DHAP. Avak deficit je spojen so zvanejmi nsledkami ako napr. mentlna retardcia aalie neurologick poruchy. Tie mu nasta vdsledku tvorby toxickch protenovch agregtov, vyvolanch misfoldingom TPI.

Stredne a ak hemolytick anmia je pozorovan upacientov snedostatkom aldzy. Ako udeficitu TPI, defekty aldzy s spojen sneurologickmi poruchami. Niekoko postihnutch jedincov bolo hlsench, ukazujc opakujce sa prhody rabdomyolzy asvalovej slabosti. ak defekty aldzy pravdepodobne ved ksmrti vembryonlnom tdiu.

Hexokinza je enzm snajniou in vitro aktivitou zo vetkch glykolytickch enzmov. Deficit tohto kovho regulanho enzmu je veobecne asociovan sakou hemolyticku anmiou ame vies ksmrti vnovorodeneckom obdob. Kdnenmu du bolo popsanch iba 20 prpadov deficitu hexokinzy, m je tento defekt vzcnym enzmovm ochorenm ervench krviniek.

Fosfoglycert kinza (PGK) je jedin enzm glykolzy, ktorho gn je viazan na X chromozm. Deficit PGK je spojen schronickou hemolzou, neurologickou poruchou (vrtane mentlnej retardcie aataxie) amyopatiou (exercise intolerance alebo svalov slabos). Existuje len niekoko postihnutch jedincov, ktor trpia celm spektrom klinickch prejavov. Preto deficiencia PGK vykazuje vemi irok klinick fenotyp. Bolo popsanch niekoko prpadov deficitu PGK smyopatiou, ale bez hemolzy.Deficiencie alch glykolytickch enzmov glyceraldehyd-3fosft dehydrogenzy, monofosfoglycert mutzy a enolzy boli popsan, ale nie s spojen shemolzou.

PORUCHY ENZMOV HEXZOVEJ DRHY AMETABOLIZMU GLUTATHIONU

erven krvinka je neustle vystavovan rznym formm oxidanho stresu. Na ochranu bunkovho hemoglobnu aalch makromolekl voi oxidanmu pokodeniu je nevyhnutn redukn sila. Redukovan forma glutationu (GSH) predstavuje pre bunku hlavn zdroj reduknej sily. NADPH, vytvoren hexza-monofosft drhou, je nevyhnutn pre udranie/zachova glutationu v jeho redukovanej forme. Kovmi enzmami tohto obrannho mechanizmu s G6PD, glutamt cystein ligza, glutation syntetza aglutation reduktza. Veobecne, poruchy tchto enzmov spsobuj hemolzu iba za podmienok zvench hladn oxidanho stresu (aktna hemolytick anmia).

G6PD katalyzuje prv krok hexoza monofosft drhy atm produkujc NADPH. Nedostatok G6PD je ochorenie viazan na X chromozm anajastejia enmov porucha celosvetovo sviac ako 400 milinmi postihnutch jedincov. Varianty nedostatku G6PD s rozdelen do piatich tried poda hadiny zvykovej aktivity azvanosti fenotypu. Vina variant patr do tried II, III alebo IV as asociovan iba s aktnou hemolzou. Na rozdiel od variant vzcnej triedy I, ktor sa vyznauj vemi nzkou aktivitou G6PD (