Cystatin C - Cystatin C
Cystatin C oder Cystatin 3 (früher Gamma-Trace , Post-Gamma-Globulin oder neuroendokrines basisches Polypeptid), ein Protein, das vom CST3- Gen kodiert wird , wird hauptsächlich als Biomarker der Nierenfunktion verwendet . Kürzlich wurde es auf seine Rolle bei der Vorhersage von neu auftretenden oder sich verschlechternden Herz-Kreislauf-Erkrankungen untersucht . Es scheint auch eine Rolle bei Gehirnerkrankungen zu spielen, bei denen Amyloid (eine bestimmte Art von Proteinablagerung) beteiligt ist, wie z. B. die Alzheimer-Krankheit . Beim Menschen produzieren alle Zellen mit einem Zellkern (Zellkern, der die DNA enthält ) Cystatin C als eine Kette von 120 Aminosäuren . Es kommt in praktisch allen Geweben und Körperflüssigkeiten vor. Es ist ein potenter Inhibitor von lysosomalen Proteinasen ( Enzyme aus einer speziellen Untereinheit der Zelle , die Proteine abbauen) und wahrscheinlich einer der wichtigsten extrazellulären Inhibitoren von Cysteinproteasen (es verhindert den Abbau von Proteinen außerhalb der Zelle durch einen bestimmten Proteintyp abbauende Enzyme). Cystatin C gehört zur Familie der Cystatin- Gene des Typs 2 .
Rolle in der Medizin
Nierenfunktion
Die glomeruläre Filtrationsrate (GFR), ein Marker der Niere Gesundheit wird am genauesten durch die Injektion von Verbindungen , gemessen wie Inulin , Radioisotope wie 51 chrom- EDTA , 125 I-Iothalamat, 99m Tc- DTPA oder Röntgenkontrastmittel wie Iohexol , aber diese Techniken sind kompliziert, teuer, zeitaufwendig und haben potenzielle Nebenwirkungen. Kreatinin ist der am häufigsten verwendete Biomarker für die Nierenfunktion. Es ist ungenau bei der Erkennung einer leichten Nierenfunktionsstörung und die Spiegel können mit der Muskelmasse, aber nicht mit der Proteinaufnahme variieren. Der Harnstoffspiegel kann sich mit der Proteinaufnahme ändern. Formeln wie die Cockcroft- und Gault-Formel und die MDRD-Formel (siehe Nierenfunktion ) versuchen, sich an diese Variablen anzupassen.
Cystatin C hat ein niedriges Molekulargewicht (ungefähr 13,3 Kilodalton ) und wird durch glomeruläre Filtration in den Nieren aus dem Blutkreislauf entfernt . Wenn die Nierenfunktion und die glomeruläre Filtrationsrate nachlassen, steigen die Blutspiegel von Cystatin C an. Querschnittsstudien (basierend auf einem einzigen Zeitpunkt) legen nahe, dass der Serumspiegel von Cystatin C ein genauerer Test der Nierenfunktion (wie durch die glomeruläre Filtrationsrate , GFR) ist als der Serumkreatininspiegel. Längsschnittstudien (nach Cystatin C im Laufe der Zeit) sind spärlich, aber einige zeigen vielversprechende Ergebnisse. Obwohl die Studien etwas unterschiedlich sind, stellen die meisten Studien fest, dass die Cystatin-C-Spiegel im Vergleich zu Kreatinin weniger von Alter, Geschlecht, ethnischer Zugehörigkeit, Ernährung und Muskelmasse abhängig sind und dass Cystatin C den anderen verfügbaren Biomarkern in einer Reihe von unterschiedlichen gleich oder überlegen ist Patientenpopulationen, einschließlich Diabetiker, bei chronischer Nierenerkrankung (CKD) und nach Nierentransplantation. Es wurde vermutet, dass Cystatin C das Risiko der Entwicklung einer CKD vorhersagen und damit einen Zustand einer „präklinischen“ Nierenfunktionsstörung signalisieren könnte. Darüber hinaus ist der altersbedingte Anstieg von Cystatin C im Serum ein starker Prädiktor für nachteilige altersbedingte Gesundheitsergebnisse, einschließlich Gesamtmortalität, Tod durch Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Multimorbidität und nachlassender körperlicher und kognitiver Funktion. Die Leitlinie des britischen National Institute for Health and Care Excellence (NICE) zur Beurteilung und Behandlung von CKD bei Erwachsenen kam zu dem Schluss, dass die Verwendung von Serum-Cystatin C zur Schätzung der GFR spezifischer für wichtige Krankheitsergebnisse ist als die Verwendung von Serum-Kreatinin und die Überdiagnose bei Patienten reduzieren kann mit einer Grenzdiagnose, Reduzierung unnötiger Termine, Patientensorgen, die Gesamtbelastung der Bevölkerung durch CNI.
In Studien wurde Cystatin C auch als Marker für die Nierenfunktion bei der Anpassung von Medikamentendosierungen untersucht.
Es wurde berichtet, dass der Cystatin-C-Spiegel bei Patienten mit Krebs, (sogar geringfügiger) Schilddrüsenfunktionsstörung und Glukokortikoidtherapie in einigen, aber nicht allen Situationen verändert ist. Andere Berichte haben ergeben, dass der Spiegel durch das Rauchen von Zigaretten und den Gehalt an C-reaktivem Protein beeinflusst wird . Eine Entzündung führt jedoch nicht zu einer Erhöhung der Cystatin-C-Produktion, da elektive chirurgische Eingriffe, die bei Patienten eine starke Entzündungsreaktion hervorrufen, die Plasmakonzentration von Cystatin C nicht verändern. Bei einer HIV- Infektion scheinen die Spiegel erhöht zu sein, was spiegelt möglicherweise nicht die tatsächliche Nierenfunktionsstörung wider. Die Rolle von Cystatin C zur Überwachung der GFR während der Schwangerschaft bleibt umstritten. Wie bei Kreatinin nimmt die Elimination von Cystatin C über andere Wege als die Niere mit einer Verschlechterung der GFR zu.
Tod und Herz-Kreislauf-Erkrankungen
Nierenfunktionsstörungen erhöhen das Risiko für Tod und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Mehrere Studien haben ergeben, dass erhöhte Cystatin-C-Spiegel mit dem Risiko des Todes, verschiedener Arten von Herz-Kreislauf-Erkrankungen (einschließlich Myokardinfarkt , Schlaganfall , Herzinsuffizienz , periphere arterielle Verschlusskrankheit und metabolisches Syndrom ) und gesundem Altern verbunden sind. Einige Studien haben gezeigt, dass Cystatin C in dieser Hinsicht besser ist als Serumkreatinin oder Kreatinin-basierte GFR-Gleichungen. Da die Assoziation von Cystatin C mit Langzeitergebnissen stärker zu sein scheint als für GFR zu erwarten war, wurde die Hypothese aufgestellt, dass Cystatin C auch unabhängig von der Nierenfunktion mit der Sterblichkeit verbunden sein könnte. In Übereinstimmung mit seinen Eigenschaften des Housekeeping-Gens wurde vermutet, dass Cystatin C durch den Grundumsatz beeinflusst werden könnte .
Vorgeschlagenes Schrumpfporensyndrom
Die glomerulären Siebkoeffizienten für 10–30 kDa Plasmaproteine in der menschlichen Niere sind mit Koeffizienten zwischen 0,9 und 0,07 relativ hoch. Diese relativ hohen Siebkoeffizienten in Kombination mit der hohen Produktion von Ultrafiltrat in der Gesundheit bedeuten, dass Proteine von weniger als oder gleich 30 kDa im Plasma normalerweise hauptsächlich von den Nieren eliminiert werden und mindestens 85% der Clearance von Cystatin C in der Niere stattfindet . Wenn die Poren der glomerulären Membran schrumpfen, wird die Filtration größerer Moleküle, zB Cystatin C, verringert, während die Filtration kleiner Moleküle, wie Wasser und Kreatinin, weniger beeinträchtigt wird. In diesem Fall Cystatin C-basierten Schätzungen von GFR, eGFR Cystatin C wird, niedriger als Kreatinin-basierte Schätzungen eGFR Kreatinin , so dass eine hypothetische Zustand, mit dem Namen geschrumpften Poren Syndrom , durch eine niedrige eGFR identifiziert wird Cystatin C / eGFR Kreatinin - Verhältnis. Dieses Syndrom ist mit einem sehr starken Anstieg der Mortalität verbunden.
Neurologische Störungen
Mutationen im Cystatin-3- Gen sind für den isländischen Typ der hereditären zerebralen Amyloid-Angiopathie verantwortlich , einer Erkrankung, die zu intrazerebralen Blutungen , Schlaganfall und Demenz prädisponiert . Die Bedingung wird dominant vererbt . Das monomere Cystatin C bildet Dimere und Oligomere durch Domänenaustausch und die Strukturen sowohl der Dimere als auch der Oligomere wurden bestimmt.
Da Cystatin 3 auch Amyloid β bindet und dessen Aggregation und Ablagerung reduziert, ist es ein potenzieller Angriffspunkt bei der Alzheimer-Krankheit . Obwohl nicht alle Studien dies bestätigt haben, spricht die allgemeine Evidenz für eine Rolle von CST3 als Anfälligkeitsgen für die Alzheimer-Krankheit. Es wurde berichtet, dass der Cystatin-C-Spiegel bei Patienten mit Alzheimer-Krankheit höher ist.
Die Rolle von Cystatin C bei Multipler Sklerose und anderen demyelinisierenden Erkrankungen (gekennzeichnet durch einen Verlust der Myelin-Nervenscheide) bleibt umstritten.
Andere Rollen
Die Cystatin-C-Spiegel sind bei atherosklerotischen (sog. „Verhärtung“ der Arterien) und aneurysmatischen (sackförmigen Vorwölbungen) der Aorta erniedrigt . Genetische und prognostische Studien weisen ebenfalls auf eine Rolle von Cystatin C hin. Es wird angenommen, dass der Abbau von Teilen der Gefäßwand bei diesen Erkrankungen auf ein Ungleichgewicht zwischen Proteinasen ( Cysteinproteasen und Matrixmetalloproteinasen , erhöht) und ihren Inhibitoren (wie Cystatin C, verringert) zurückzuführen ist ).
Einige Studien haben sich mit der Rolle von Cystatin C oder dem CST3-Gen bei der altersbedingten Makuladegeneration beschäftigt . Cystatin C wurde auch als prognostischer Marker bei mehreren Krebsarten untersucht. Seine Rolle bei der Präeklampsie muss noch bestätigt werden.
Labormessung
Cystatin C kann in einer zufälligen Serumprobe (der Flüssigkeit im Blut, aus der die roten Blutkörperchen und Gerinnungsfaktoren entfernt wurden) mit Immunoassays wie Nephelometrie oder partikelverstärkter Trübung gemessen werden . Es ist ein teurerer Test als Serumkreatinin (ca. 2 oder 3 US-Dollar im Vergleich zu 0,02 bis 0,15 US-Dollar), der mit einer Jaffé-Reaktion gemessen werden kann.
Referenzwerte unterscheiden sich in vielen Populationen und je nach Geschlecht und Alter. In verschiedenen Studien lag das mittlere Referenzintervall (definiert durch das 5. und 95. Perzentil ) zwischen 0,52 und 0,98 mg/l. Für Frauen beträgt das durchschnittliche Referenzintervall 0,52 bis 0,90 mg/L mit einem Mittelwert von 0,71 mg/L. Für Männer beträgt das durchschnittliche Referenzintervall 0,56 bis 0,98 mg/L mit einem Mittelwert von 0,77 mg/L. Die Normalwerte nehmen bis zum ersten Lebensjahr ab und bleiben relativ stabil, bevor sie vor allem über das 50. Lebensjahr hinaus wieder ansteigen. Die Kreatininwerte steigen bis zur Pubertät an und unterscheiden sich danach je nach Geschlecht, was ihre Interpretation für pädiatrische Patienten problematisch macht.
In einer großen Studie des National Health and Nutrition Examination Survey der Vereinigten Staaten lag das Referenzintervall (definiert durch das 1. und 99. Perzentil ) zwischen 0,57 und 1,12 mg/l. Dieses Intervall betrug 0,55 - 1,18 für Frauen und 0,60 - 1,11 für Männer. Nicht-hispanische Schwarze und mexikanische Amerikaner hatten niedrigere normale Cystatin-C-Spiegel. Andere Studien haben gezeigt, dass bei Patienten mit eingeschränkter Nierenfunktion Frauen niedrigere und Schwarze einen höheren Cystatin-C-Spiegel bei gleicher GFR aufweisen. Zum Beispiel würden die Cut-off-Werte von Cystatin C für CKD für eine 60-jährige weiße Frau 1,12 mg/l und bei einem schwarzen Mann 1,27 mg/l betragen (ein Anstieg um 13%). Für mit der MDRD-Gleichung angepasste Serumkreatininwerte wären diese Werte 0,95 mg/dl bis 1,46 mg/dl (ein Anstieg um 54%).
Basierend auf einem Schwellenwert von 1,09 mg/l (99. Perzentil in einer Population von 20- bis 39-Jährigen ohne Hypertonie, Diabetes, Mikroalbuminurie oder Makroalbuminurie oder höher als bei chronischer Nierenerkrankung im Stadium 3) ist die Prävalenz erhöhter Spiegel von Cystatin C lag in den Vereinigten Staaten bei 9,6 % bei normalgewichtigen Personen und stieg bei übergewichtigen und adipösen Personen an. Bei Amerikanern im Alter von 60 und 80 Jahren und älter ist das Serum-Cystatin um 41 % und mehr als 50 % erhöht.
Molekularbiologie
Die Cystatin-Superfamilie umfasst Proteine, die mehrere Cystatin-ähnliche Sequenzen enthalten. Einige der Mitglieder sind aktive Cystein-Protease-Inhibitoren , während andere diese inhibitorische Aktivität verloren oder vielleicht nie erworben haben. Es gibt drei inhibitorische Familien in der Superfamilie, einschließlich der Typ-1-Cystatine ( Stefine ), Typ-2-Cystatine und der Kininogene . Die Cystatin-Proteine vom Typ 2 sind eine Klasse von Cystein-Proteinase-Inhibitoren, die in einer Vielzahl von menschlichen Flüssigkeiten und Sekreten vorkommen, wo sie Schutzfunktionen zu erfüllen scheinen. Der Cystatin- Locus auf dem kurzen Arm von Chromosom 20 enthält die Mehrheit der Cystatin-Gene und Pseudogene vom Typ 2 .
Das CST3-Gen befindet sich im Cystatin-Locus und umfasst 3 Exons (kodierende Regionen, im Gegensatz zu Introns , nicht-kodierende Regionen innerhalb eines Gens), die sich über 4,3 Kilobasenpaare erstrecken . Es kodiert für den am häufigsten vorkommenden extrazellulären Inhibitor von Cysteinproteasen. Es kommt in hohen Konzentrationen in biologischen Flüssigkeiten vor und wird in praktisch allen Organen des Körpers exprimiert (CST3 ist ein Haushaltsgen ). Die höchsten Konzentrationen finden sich im Sperma , gefolgt von Muttermilch , Tränenflüssigkeit und Speichel . Die hydrophobe Leadersequenz zeigt an, dass das Protein normalerweise sezerniert wird. Es gibt drei Polymorphismen in der Promotorregion des Gens, was zu zwei häufigen Varianten führt. Mehrere Einzelnukleotid-Polymorphismen wurden mit veränderten Cystatin-C-Spiegeln in Verbindung gebracht.
Cystatin C ist ein nicht glykosyliertes , basisches Protein ( isoelektrischer Punkt bei pH 9,3). Die Kristallstruktur von Cystatin C wird durch einen kurzen gekennzeichnet alpha - Helix und einer langen alpha - Helix , die liegt über einen großen antiparallel, fünf- verseilt beta Blech . Wie andere Cystatine vom Typ 2 hat es zwei Disulfidbrücken . Etwa 50% der Moleküle tragen ein hydroxyliertes Prolin . Cystatin C bildet Dimere (Molekülpaare) durch den Austausch von Subdomänen; im gepaarten Zustand besteht jede Hälfte aus der langen Alpha-Helix und einem Beta-Strang des einen Partners und vier Beta-Strängen des anderen Partners.
Geschichte
Cystatin C wurde erstmals 1961 als „Gamma-Trace“ als Spurenprotein zusammen mit anderen (wie Beta-Trace) im Liquor und im Urin von Menschen mit Nierenversagen beschrieben . Grubb und Löfberg berichteten zuerst über seine Aminosäuresequenz. Sie stellten fest, dass es bei Patienten mit fortgeschrittenem Nierenversagen erhöht war . Es wurde erstmals 1985 von Grubb und Mitarbeitern als Maß für die glomeruläre Filtrationsrate vorgeschlagen.
Die Verwendung von Serumkreatinin und Cystatin C erwies sich in einer Studie, über die in der Ausgabe des New England Journal of Medicine vom 5. Juli 2012 berichtet wurde, als sehr wirksam, um die GFR genau widerzuspiegeln.