Erytrocytoza
Patofizjologia i mechanizm
Erytrocytoza to hematologiczne zaburzenie charakteryzujące się podwyższoną masą erytrocytów, manifestujące się wzrostem stężenia hemoglobiny i/lub hematokrytu powyżej norm referencyjnych, z uwzględnieniem wieku, płci i wysokości nad poziomem morza. Wyróżnia się erytrocytozę względną (spowodowaną zmniejszeniem objętości osocza) oraz bezwzględną, dzieloną na pierwotną i wtórną. Pierwotna erytrocytoza, jak w czerwienicy prawdziwej (PV), jest wynikiem mutacji JAK2V617F (>95% przypadków), prowadzącej do konstytutywnej aktywacji szlaku JAK-STAT i niezależnej od erytropoetyny proliferacji erytrocytów. Wtórna erytrocytoza jest reakcją na podwyższone stężenie erytropoetyny (EPO), najczęściej w wyniku hipoksji tkankowej (np. POChP, przebywanie na dużych wysokościach, wady serca) lub nieprawidłowej produkcji EPO (nowotwory, stosowanie androgenów). Rodzinna erytrocytoza wtórna wiąże się z mutacjami w genach szlaku HIF-EPO (VHL, EGLN1, EPAS1) lub genach hemoglobiny, które zwiększają stabilność HIF i produkcję EPO.
- Wprowadzenie do erytrocytozy
- Patogeneza pierwotnej erytrocytozy
- Patogeneza wtórnej erytrocytozy
- Wtórna erytrocytoza związana z hipoksją
- Wtórna erytrocytoza związana z patologiczną produkcją erytropoetyny
- Rodzinna erytrocytoza wtórna
- Mechanizmy molekularne w patogenezie erytrocytozy
- Szlak HIF-EPO w regulacji erytropoezy
- Szlak sygnałowy EPO-EPOR
- Rola mutacji JAK2 w czerwienicy prawdziwej
- Konsekwencje patofizjologiczne erytrocytozy
- Podsumowanie patogenezy erytrocytozy
Wprowadzenie do erytrocytozy
Erytrocytoza to zaburzenie hematologiczne charakteryzujące się zwiększoną masą czerwonych krwinek (erytrocytów) we krwi. Stan ten objawia się podwyższonym stężeniem hemoglobiny i/lub hematokrytu powyżej norm referencyjnych dostosowanych do wieku, płci oraz wysokości nad poziomem morza zamieszkania pacjenta. Erytrocytoza może być względna (gdy dochodzi do zmniejszenia objętości osocza) lub bezwzględna (gdy występuje rzeczywisty wzrost liczby erytrocytów). Bezwzględna erytrocytoza dzieli się na pierwotną oraz wtórną, w zależności od mechanizmu patogenetycznego, który prowadzi do nadprodukcji czerwonych krwinek12.
Klasyfikacja erytrocytozy
Erytrocytozę można sklasyfikować według następujących kryteriów:
- Erytrocytoza względna – wzrost stężenia erytrocytów spowodowany zmniejszeniem objętości osocza (odwodnienie, stosowanie diuretyków)3
- Erytrocytoza bezwzględna pierwotna – zwiększona produkcja erytrocytów wynikająca z wewnętrznego defektu komórek krwiotwórczych, niezależna od stężenia erytropoetyny (EPO)45
- Erytrocytoza bezwzględna wtórna – zwiększona produkcja erytrocytów w odpowiedzi na podwyższone stężenie erytropoetyny lub innych czynników stymulujących erytropoezę6
Patogeneza pierwotnej erytrocytozy
Pierwotna erytrocytoza wynika z zaburzeń szpiku kostnego, gdzie dochodzi do niekontrolowanej proliferacji komórek erytroidalnych. Najczęstszą postacią pierwotnej erytrocytozy jest czerwienica prawdziwa (polycythemia vera, PV), należąca do nowotworów mieloproliferacyjnych78.
Rola mutacji genetycznych w pierwotnej erytrocytozie
Kluczowym elementem patogenezy czerwienicy prawdziwej jest obecność mutacji w genie kinazy Janusowej 2 (JAK2). Najczęściej występującą mutacją jest JAK2V617F (substytucja waliny fenyloalaniną w pozycji 617), która prowadzi do konstytutywnej aktywacji szlaku JAK-STAT, niezależnej od stymulacji erytropoetyną. Mutacja ta występuje u ponad 95% pacjentów z czerwienicą prawdziwą. U pozostałych pacjentów mogą wystąpić mutacje w eksonie 12 genu JAK2 (u około 2-3% pacjentów) lub rzadziej w innych genach, jak SH2B3 (LNK)91011.
Mutacje JAK2 prowadzą do stałej aktywacji szlaku sygnałowego JAK-STAT, co skutkuje nadmierną produkcją czerwonych krwinek niezależnie od stężenia erytropoetyny. W czerwienicy prawdziwej często obserwuje się obniżone stężenie erytropoetyny w surowicy, co jest wynikiem ujemnego sprzężenia zwrotnego spowodowanego nadprodukcją erytrocytów1213.
Pierwotna rodzinna erytrocytoza
Pierwotna rodzinna erytrocytoza (Familial Erythrocytosis Type 1, ECYT1) jest rzadkim zaburzeniem autosomalnym dominującym związanym z mutacjami w genie receptora erytropoetyny (EPOR). Mutacje te, głównie typu nonsensownego lub zmiany ramki odczytu w eksonie 8, prowadzą do utraty C-końcowego fragmentu receptora odpowiedzialnego za negatywną regulację. W efekcie dochodzi do nadwrażliwości na EPO i przewlekłej stymulacji erytropoezy, nawet przy niskich stężeniach erytropoetyny1415.
Najnowsze badania sugerują, że mechanizm ECYT1 jest bardziej złożony niż początkowo sądzono. W przypadku niektórych mutacji zmiany ramki odczytu EPOR, jak p.Gln434Profs*11, nadwrażliwość na erytropoetynę nie wynika jedynie z utraty domen regulatorowych, ale również z pojawienia się nowej sekwencji C-końcowej, która nadaje receptorowi zdolność do spontanicznej aktywacji sygnału. Tego typu mutacje mogą zwiększać stabilność receptora EPOR, jego dimeryzację i lokalizację na powierzchni komórki16.
Patogeneza wtórnej erytrocytozy
Wtórna erytrocytoza rozwija się w odpowiedzi na zwiększone stężenie erytropoetyny (EPO) lub zwiększoną wrażliwość na ten hormon. Może być wynikiem fizjologicznej odpowiedzi na hipoksję tkankową lub nieprawidłowej produkcji erytropoetyny niezależnej od hipoksji1718.
Wtórna erytrocytoza związana z hipoksją
Najczęstszą przyczyną wtórnej erytrocytozy jest hipoksja tkankowa, która może wynikać z:
- Przewlekłych chorób płuc (POChP, włóknienie płuc)
- Przebywania na dużych wysokościach
- Wad serca (prawo-lewe przecieki)
- Bezdechu sennego
- Zatrucia tlenkiem węgla (zwiększone stężenie karboksyhemoglobiny)
- Palenia tytoniu1920
Mechanizm patogenetyczny opiera się na reakcji organizmu na niedotlenienie. W warunkach niedotlenienia dochodzi do zmniejszenia aktywności hydroksylazy prolilowej 2 (PHD2, kodowanej przez gen EGLN1), co prowadzi do stabilizacji czynnika indukowanego hipoksją (HIF), szczególnie HIF2A (EPAS1). HIF2A jest głównym regulatorem ekspresji genu EPO w nerkach. Stabilizacja HIF2A prowadzi do zwiększonej transkrypcji genu EPO, co skutkuje podwyższonym stężeniem erytropoetyny we krwi i w konsekwencji wzmożoną erytropoezą21.
U pacjentów z POChP przewlekła hipoksemia prowadzi do kompensacyjnego zwiększenia liczby erytrocytów, co ma poprawić dostarczanie tlenu do tkanek. Paradoksalnie, przy znacznym zwiększeniu hematokrytu może dojść do zwiększenia lepkości krwi, co pogarsza mikrokrążenie i dalej nasila hipoksję2223.
Wtórna erytrocytoza związana z patologiczną produkcją erytropoetyny
Nieprawidłowa produkcja erytropoetyny, niezależna od hipoksji tkankowej, może wystąpić w następujących stanach:
- Nowotwory wydzielające erytropoetynę (rak nerki, wątrobowokomórkowy, naczyniaki móżdżku, mięśniaki macicy)
- Torbiele i inne łagodne zmiany w nerkach
- Stan po przeszczepieniu nerki
- Stosowanie egzogennej erytropoetyny lub androgenów2425
Mechanizm patogenetyczny polega na niekontrolowanej produkcji erytropoetyny przez komórki nowotworowe lub na zwiększonej produkcji EPO pod wpływem androgenów. W przypadku stosowania testosteronu dochodzi do zwiększenia produkcji erytropoetyny oraz równoległego zmniejszenia stężenia hepcydyny, głównego regulatora gospodarki żelazem, co dodatkowo nasila erytropoezę2627.
Rodzinna erytrocytoza wtórna
Rodzinna erytrocytoza wtórna związana jest z dziedzicznymi mutacjami w genach kodujących białka uczestniczące w szlaku HIF-EPO lub w białkach hemoglobiny. Wyróżnia się kilka typów rodzinnej erytrocytozy wtórnej:
- ECYT2 – mutacje w genie VHL (von Hippel-Lindau), które upośledzają degradację HIF i prowadzą do jego stabilizacji. Najlepiej poznaną postacią jest czerwienica Czuwaska, autosomalnie recesywna choroba spowodowana homozygotyczną mutacją R200W w genie VHL28.
- ECYT3 – mutacje w genie EGLN1 (kodującym PHD2), które zmniejszają aktywność hydroksylazy, prowadząc do stabilizacji HIF i zwiększonej produkcji EPO2930.
- ECYT4 – mutacje w genie EPAS1 (HIF2A), prowadzące do zwiększonej stabilności czynnika transkrypcyjnego i nasilonej produkcji EPO31.
- ECYT5 – mutacje w genie EPO, powodujące nieprawidłową ekspresję erytropoetyny32.
- ECYT6-8 – mutacje w genach hemoglobiny (HBB, HBA1, HBA2) lub 2,3-bisfosfoglicerynianu (BPGM), które zwiększają powinowactwo hemoglobiny do tlenu, co prowadzi do gorszego uwalniania tlenu w tkankach i wtórnej hipoksji3334.
Mechanizmy molekularne w patogenezie erytrocytozy
Szlak HIF-EPO w regulacji erytropoezy
Głównym regulatorem erytropoezy jest erytropoetyna (EPO), hormon białkowy produkowany głównie przez nerki. Ekspresja genu EPO jest regulowana przez rodzinę czynników transkrypcyjnych indukowanych hipoksją (HIF). U ludzi występują trzy paralogi podjednostki alfa: HIF1A, EPAS1 (HIF2A) i HIF3A. Wszystkie trzy paralogi HIFA tworzą kompleks transkrypcyjny z podjednostką beta HIF, czyli jądrowym translokátorem receptora węglowodorów arylowych (ARNT, znany również jako HIF1B)35.
ARNT jest wyrażany konstytutywnie, podczas gdy ekspresja HIFA jest regulowana poprzez wyczuwanie stężenia tlenu w cytoplazmie komórki. Głównym regulatorem produkcji EPO w nerkach jest EPAS1 (HIF2A). Dwa dodatkowe białka są kluczowe dla regulacji szlaku HIF-EPO: hydroksylaza prolilowa domeny 2 (EGLN1, znana również jako PHD2) oraz supresor nowotworów von Hippel-Lindau (VHL)3637.
W warunkach prawidłowego stężenia tlenu, HIFA jest hydroksylowany przez EGLN1, a hydroksylowany HIFA jest rozpoznawany przez VHL, co prowadzi do ubikwitynacji HIFA i degradacji w proteasomie. W warunkach niskiego stężenia tlenu (hipoksji), EGLN1 nie jest aktywny, a HIFA ulega translokacji do jądra, gdzie tworzy kompleks transkrypcyjny z ARNT i CREBBP/p300 HAT. Prowadzi to do transkrypcji licznych genów indukowanych hipoksją, w tym EPO, które wpływają na wzrost komórek progenitorowych erytroidalnych38.
Szlak sygnałowy EPO-EPOR
Po uwolnieniu do krwiobiegu i transportowaniu do szpiku kostnego, EPO wiąże się z receptorem erytropoetyny (EPOR) na powierzchni erytroblastów, co prowadzi do aktywacji szlaku sygnałowego EPO-EPOR39.
Aktywacja szlaku EPO-EPOR w erytroblastach prowadzi do transkrypcji różnych genów zaangażowanych w proliferację komórek, różnicowanie, zapobieganie apoptozie i regulację żelaza, co prowadzi do dojrzewania erytrocytów. EPO wiąże się ze swoim receptorem (EPOR) na powierzchni progenitorów erytroidalnych, który jest częścią nadrodziny receptorów cytokin klasy I. Receptor następnie ulega dimeryzacji i aktywuje JAK2, co prowadzi do fosforylacji tyrozyny w jego dalszym regionie40.
Aktywacja JAK2 indukowana przez EPO prowadzi do wewnątrzkomórkowej aktywacji szlaków Ras/kinazy białkowej aktywowanej mitogenami, kinazy 3-fosfatydyloinozytolu/Akt oraz przekaźnika sygnału i aktywatora transkrypcji (STAT 1, 3, 5A, 5B), które włączają liczne geny docelowe promujące przeżycie, proliferację i dojrzewanie czerwonych krwinek41.
Rola mutacji JAK2 w czerwienicy prawdziwej
Mutacja JAK2V617F, występująca u ponad 95% pacjentów z czerwienicą prawdziwą, prowadzi do konstytutywnej aktywacji receptorów cytokin przez kinazę JAK2. Mechanizm choroby opiera się na inaktywacji domeny autoinhibitorowej pseudokinazy JAK2, która jest odpowiedzialna za hamowanie samoaktywacji JAK24243.
Konstytutywna aktywacja JAK2 prowadzi do stałej stymulacji szlaku sygnałowego, co skutkuje proliferacją komórek erytroidalnych niezależnie od stężenia erytropoetyny. Efektem jest panmieloza – niekontrolowana proliferacja i dojrzewanie elementów erytroidalnych, megakariocytowych i granulocytowych44.
Poza mutacją JAK2V617F, w patogenezie czerwienicy prawdziwej rolę odgrywają również inne mutacje w genach TET2, SF3B1, DNMT3A i ASXL1, które mogą wpływać na epigenetyczną regulację ekspresji genów. Średnio, pacjenci z czerwienicą prawdziwą mają 6-7 mutacji, a obecność niektórych z nich (np. ASXL1) wiąże się z gorszym rokowaniem45.
Konsekwencje patofizjologiczne erytrocytozy
Zwiększona liczba erytrocytów prowadzi do zwiększenia lepkości krwi, co ma szereg konsekwencji patofizjologicznych46.
Zaburzenia hemostazy i powikłania zakrzepowe
Zakrzepica i krwawienie są częste u osób z erytrocytozą, zwłaszcza w czerwienicy prawdziwej, w wyniku zaburzenia mechanizmów hemostazy z powodu zwiększonej liczby czerwonych krwinek i podwyższonej liczby płytek krwi. Istnieją dowody wskazujące na dodatkową rolę czynnika tkankowego i leukocytów wielojądrzastych w krzepnięciu, powierzchni płytek krwi jako czynnika przyczyniającego się do reakcji krzepnięcia zależnych od fosfolipidów oraz występowanie mikrocząstek płytkowych47.
Badanie kliniczne CYTO-PV wykazało, że istnieje zwiększone ryzyko zdarzeń sercowo-naczyniowych u pacjentów z hematokrytem 45% i więcej. Konsekwencje zależą od zajęcia terytorium tętniczego lub żylnego. Najczęstsze typy zakrzepicy obejmują udar mózgu, przemijający atak niedokrwienny, zawał mięśnia sercowego, zakrzepicę tętnic obwodowych, zakrzepicę żył głębokich oraz zator płucny, zakrzepicę żyły wrotnej i żył wątrobowych (zespół Budda-Chiariego)4849.
Zespół nadlepkości
Zwiększona lepkość krwi prowadzi do spowolnienia przepływu krwi i przyczynia się do zwiększonego ryzyka krzepnięcia (zakrzepicy). Zespół nadlepkości objawia się triadą: krwawienie, zaburzenia widzenia i ogniskowe objawy neurologiczne, i może być powikłaniem erytrocytozy50.
Nadlepkość powoduje również zastój w mikrokrążeniu, co może powodować lub przyczyniać się do różnych objawów, w tym bólów głowy, zawrotów głowy, zaburzeń widzenia, parestezji dystalnych, sinicy obwodowej i erytromelalgii51.
Inne objawy i powikłania
Erytrocytoza, zwłaszcza w przebiegu czerwienicy prawdziwej, może prowadzić do szeregu innych objawów i powikłań:
- Świąd, szczególnie po kontakcie z wodą (świąd wodny), może być związany z nieprawidłowym uwalnianiem histaminy lub produkcją prostaglandyn
- Zmęczenie, przypisywane krążącym cytokinom (czynnik martwicy nowotworów alfa, interleukina-1 i interleukina-6)
- Powiększenie śledziony, które może powodować objawy wtórne (np. ból brzucha, wczesne uczucie sytości, utrata masy ciała i nudności) oraz może powodować ucisk narządów jamy brzusznej i nadciśnienie wrotne52
U około 5% pacjentów z czerwienicą prawdziwą choroba może postępować do trudnej do leczenia białaczki. W innych przypadkach może dojść do transformacji w zwłóknienie szpiku5354.
Podsumowanie patogenezy erytrocytozy
Erytrocytoza jest heterogennym zaburzeniem o złożonej patogenezie. Mechanizmy prowadzące do nadprodukcji erytrocytów mogą być bardzo różne, od nabytych mutacji somatycznych w komórkach krwiotwórczych (jak w przypadku czerwienicy prawdziwej), przez dziedziczne mutacje w genach regulujących erytropoezę (jak w erytrocytozie rodzinnej), po wtórną odpowiedź na hipoksję tkankową lub nieprawidłową produkcję erytropoetyny55.
Pomimo postępów w zrozumieniu mechanizmów molekularnych erytrocytozy, u ponad 70% pacjentów z erytrocytozą przyczyna pozostaje niewyjaśniona i stan określany jest jako erytrocytoza idiopatyczna. Najnowsze badania sugerują, że w wielu przypadkach może to być spowodowane dotąd niezidentyfikowanymi mutacjami lub kombinacją czynników genetycznych i środowiskowych56.
Lepsze zrozumienie patogenezy erytrocytozy może prowadzić do opracowania nowych, celowanych terapii, takich jak inhibitory kinazy JAK2 w leczeniu czerwienicy prawdziwej, które są stosowane u pacjentów nieodpowiadających na standardowe leczenie upustami krwi lub innymi lekami cytoredukcyjnymi57.
Kolejne rozdziały
Zapraszamy do dalszego czytania naszego leksykonu.
Wybierz kolejny rozdział z menu poniżej, aby otworzyć nową podstronę kompedium wiedzy i uzyskać szczegółowe informację o leku, substancji lub chorobie.