Wrodzony przerost nadnerczy
Patofizjologia i mechanizm
Wrodzony przerost nadnerczy (CAH) to grupa autosomalnie recesywnych zaburzeń wynikających z mutacji genetycznych, najczęściej w genie CYP21A2, prowadzących do niedoboru enzymu 21-hydroksylazy (21-OH) w około 95% przypadków. Defekt ten upośledza syntezę kortyzolu i aldosteronu, co skutkuje kompensacyjnym wzrostem ACTH, przerostem kory nadnerczy oraz nadprodukcją androgenów. W zależności od stopnia niedoboru enzymatycznego wyróżnia się trzy formy CAH: klasyczną z utratą soli (SW) z aktywnością enzymatyczną <1%, prostą wirylizującą (1-2%) oraz nieklasyczną (20-50%), która jest najłagodniejsza i często ujawnia się w okresie dojrzewania. Mutacje w genie CYP21A2 obejmują delecje, konwersje genowe i zmiany sensu, a ich lokalizacja w regionie RCCX na chromosomie 6p21.3 komplikuje diagnostykę molekularną. Nadmiar androgenów powstaje głównie poprzez szlak Δ4 i alternatywny ("backdoor pathway"), co prowadzi do wirylizacji i zaburzeń rozwoju płciowego, zwłaszcza u dziewcząt z genotypem żeńskim.
- Patogeneza wrodzonego przerostu nadnerczy
- Defekty genetyczne w CAH
- Mechanizm patofizjologiczny niedoboru 21-hydroksylazy
- Alternatywne szlaki w patogenezie CAH
- Rola genów w patogenezie CAH
- Mechanizmy niedoboru 21-hydroksylazy
- Korelacja genotyp-fenotyp
- Skutki patofizjologiczne niedoboru 21-hydroksylazy
- Dodatkowe mechanizmy w patogenezie
- Podtypy patogenetyczne CAH
- Klasyczny CAH z niedoborem 21-hydroksylazy
- Nieklasyczny CAH
- Inne formy CAH
- Szczególny przypadek: niedobór StAR
- Złożoność diagnostyki molekularnej CAH
Patogeneza wrodzonego przerostu nadnerczy
Wrodzony przerost nadnerczy (ang. Congenital adrenal hyperplasia, CAH) obejmuje grupę dziedziczonych autosomalnie recesywnie zaburzeń spowodowanych mutacjami genetycznymi, które zakłócają działanie enzymów odpowiedzialnych za produkcję glikokortykoidów, mineralokortykoidów i hormonów płciowych z cholesterolu w nadnerczach1. Mutacje te upośledzają syntezę kortyzolu, co wywołuje kompensacyjny wzrost wydzielania hormonu adrenokortykotropowego (ACTH), prowadząc do przerostu kory nadnerczy – stąd nazwa „wrodzony przerost nadnerczy”23.
CAH jest grupą zaburzeń genetycznych, które są obecne od urodzenia (wrodzone), gdzie gruczoły nadnerczowe są większe niż zwykle (przerost)4. W organizmie brakuje enzymu (substancji chemicznej) stymulującego nadnercza do uwalniania hormonu kortyzolu. Brak tego hormonu oznacza, że organizm jest mniej zdolny do radzenia sobie ze stresem fizjologicznym, co może zagrażać życiu5.
Najczęstszą formą CAH, stanowiącą około 95% przypadków, jest niedobór 21-hydroksylazy (21-OH) wynikający z mutacji w genie CYP21A267. Objawy kliniczne różnią się w zależności od defektu enzymatycznego, od niejednoznacznych narządów płciowych u dziewcząt z genotypem żeńskim po potencjalnie zagrażającą życiu niewydolność nadnerczy u mężczyzn8.
Defekty genetyczne w CAH
CAH jest spowodowany mutacjami w genach kodujących enzymy zaangażowane w syntezę steroidów nadnerczowych. W zależności od miejsca i stopnia uszkodzenia enzymatycznego, objawy mogą się znacznie różnić9. Mutacje genowe powodujące defekty w steroidogenezie, klasyfikowane jako CAH, dotyczą następujących enzymów i białek10:
- 21-Hydroksylaza (21-OH)
- 11-Hydroksylaza (11-OH)
- 3-Hydroksysteroidowa dehydrogenaza typu 2 (3-HSD-2)
- 17-Hydroksylaza/17,20-liaza (17-OH)
- Oksydoreduktaza P450 (POR)
- Steroidogeniczne białko regulatorowe (StAR)
- Enzym odszczepiający łańcuch boczny cholesterolu (SCC)
Defekty w genie CYP21A2, powodujące niedobór 21-OH, stanowią około 95% przypadków12. Utrata lub upośledzenie CYP21A2 skutkuje zmniejszoną produkcją enzymu cytochromu P450c21 (21-OH)13.
Mechanizm patofizjologiczny niedoboru 21-hydroksylazy
Niedobór 21-hydroksylazy utrudnia konwersję 17-OHP do 11-deoksykortyzolu, przedostatniego etapu w syntezie kortyzolu, oraz konwersję progesteronu do deoksykortykosteronu (DOC) w syntezie aldosteronu14. Zakłócona synteza kortyzolu prowadzi do przewlekłego podwyższenia poziomu ACTH poprzez mechanizm ujemnego sprzężenia zwrotnego15.
W najczęstszej formie CAH z niedoborem 21-OH, funkcja cytochromu P450 odpowiedzialnego za 21-hydroksylację jest upośledzona, tworząc blokadę w szlaku produkcji kortyzolu. Prowadzi to do akumulacji 17-hydroksyprogesteronu (17-OHP), prekursora etapu 21-hydroksylacji16. Nadmiar 17-OHP jest następnie przekierowywany do nieuszkodzonego szlaku androgenów, gdzie enzym 17,20-liaza przekształca 17-OHP w 4-androstendion, główny androgen nadnerczy17.
Podwyższony poziom ACTH może powodować przerost kory nadnerczy, akumulację prekursorów kortyzolu i przekierowanie szlaków steroidogennych, prowadząc do nadmiernej produkcji androgenów lub prekursorów mineralokortykoidów1819.
Alternatywne szlaki w patogenezie CAH
W CAH spowodowanym niedoborem 21-hydroksylazy, nadmiar androgenów zależnych od ACTH pochodzi głównie ze szlaku Δ4, który okazał się dominującym źródłem podwyższonego poziomu androgenów, a nadmiar 17OHP jest przekształcany bezpośrednio w androstendion20.
17OHP może być również przekształcany poprzez wieloetapowy cykl zwany alternatywnym lub „backdoor pathway” do 5α-dihydrotestosteronu, omijając DHEA i testosteron21. Androgeny nadnerczowe mogą również pochodzić z androstendionu lub 21-deoksykortyzolu poprzez szlak 11-oksygenowanych androgenów, których początkowe etapy zależą od aktywności 11-hydroksylazy22.
Te dwa metabolity mogą być przekształcane w 11-hydroksyandrostendion, a następnie w 11-ketoandrostendion, 11-ketotestosteron i ostatecznie w 11-ketodihydrotestosteron. Ostatnie dwa hormony mają porównywalne powinowactwo do receptora androgenowego jak testosteron i 5α-dihydrotestosteron23.
Niektóre z androgenów produkowanych przez szlak alternatywny to takie, które nie mogą być przekształcone w estrogeny przez aromatazę, powodując wirylizację prenatalną i czyniąc je dominującymi androgenami w klasycznym niedoborze 21-hydroksylazy24.
Rola genów w patogenezie CAH
Gen CYP21A2 znajduje się w złożonym regionie genetycznym na chromosomie 6p21.3, gdzie leży w bliskim sąsiedztwie wysoce homologicznego pseudogenu CYP21A1P25. Większość mutacji wynika z konwersji genowej, w której funkcjonalny gen nabywa deleteryjne sekwencje CYP21A1P, lub z nieprawidłowego ułożenia podczas mejozy, co może prowadzić do duplikacji lub delecji jednostki RCCX26.
Gen CYP21A2 kodujący enzym 21-hydroksylazę znajduje się na krótkim ramieniu chromosomu 6 (6p21.3) w kompleksie antygenów zgodności tkankowej człowieka. Współistniejąc z sąsiednimi genami tenascyny XB (TNXB), dopełniacza C4B (C4B) i pseudogenu kinazy serynowo-treoninowej 19 (RP2), gen CYP21A2 tworzy moduł genetyczny znany jako RCCX (RP2-C4B-CYP21A2-TNXB)27.
Zwykle haplotypy RCCX składają się z dwóch jednostek modułowych: wcześniej opisanej jednostki i drugiej zawierającej RP1, CYP21A1P, TNXA i C4A. CYP21A1P, niefunkcjonalny pseudogen, dzieli 98% homologii sekwencji kodującej z CYP21A228.
Około 95% defektywnych mutacji CYP21A2 w CAH należy do trzech kategorii:
- 70% obejmuje warianty deleteryjne pochodzące z pseudogenu CYP21A1P w wyniku małych konwersji genowych;
- 25-30% obejmuje duże rearanżacje genowe wynikające z nierównego crossing-over podczas mejozy, prowadzące do delecji 30 kb i dużej konwersji genowej obejmującej koniec 3′ CYP21A1P i koniec 5′ CYP21A2, znanej jako chimeryczny gen CYP21A1P/CYP21A2;
- około 5% obejmuje inne spontaniczne warianty zmiany sensu lub małe indele.
Mechanizmy niedoboru 21-hydroksylazy
W niedoborze 21-hydroksylazy w strefie pasmowatej kory nadnerczy upośledzona jest 21-hydroksylacja, przez co 17OHP i progesteron nie są prawidłowo przekształcane odpowiednio w 11-deoksykortyzol i 11-deoksykortykosteron, prekursory kortyzolu i aldosteronu30.
Gdy stężenie kortyzolu i aldosteronu w osoczu zmniejsza się, poziom ACTH wzrasta, prowadząc do nadmiernej produkcji i akumulacji prekursorów kortyzolu (zwłaszcza 17OHP), które są ostatecznie przekształcane w androsten, będący surowcem dla innych androgenów31.
Korelacja genotyp-fenotyp
Istnieje silna korelacja genotypowo-fenotypowa w CAH, a ciężkość objawów zależy od stopnia zaburzenia enzymatycznego, który z kolei jest determinowany przez zmiany genetyczne występujące w każdym allelu32.
Fenotypy CAH są charakteryzowane przez zmniejszoną syntezę kortyzolu i zwiększone wydzielanie androgenów oraz zależą zarówno od wieku w momencie prezentacji, jak i od ciężkości mutacji CYP21A233. Przypadki CAH można podzielić na trzy kategorie:
- Wrodzony przerost nadnerczy z utratą soli (SW) – stanowi 65-75% przypadków klasycznego CAH. Objawia się w niemowlęctwie i charakteryzuje znacznym niedoborem kortyzolu i aldosteronu wraz z hiperandrogenizmem. Pozostała aktywność enzymatyczna SW-CAH zwykle wynosi < 1%.
- Prosty wirylizujący CAH – obejmuje 25-35% klasycznego CAH. W przeciwieństwie do SW-CAH, ta forma objawia się później w życiu i charakteryzuje się poważnym deficytem kortyzolu, ale niezmienioną produkcją aldosteronu. Pozostała aktywność enzymatyczna tej formy CAH wynosi 1-2%.
- Nieklasyczny CAH – najczęściej spotykany w praktyce klinicznej. Zwykle objawia się w okresie dojrzewania i charakteryzuje się hiperandrogenizmem. Pozostała aktywność enzymatyczna waha się od 20% do 50%, a normalna produkcja kortyzolu jest utrzymywana przez nadmiar ACTH.
Ilość funkcjonalnego enzymu 21-hydroksylazy, którą dana osoba produkuje, zwykle determinuje zakres nieprawidłowego rozwoju seksualnego. Osoby z klasyczną formą choroby zwykle mają mutacje genu CYP21A2, które prowadzą do produkcji enzymu o niskim poziomie funkcji lub całkowitym braku funkcji. Osoby z nieklasyczną formą choroby zazwyczaj mają mutacje genu CYP21A2, które prowadzą do produkcji enzymu o umiarkowanie zmniejszonej funkcji35.
Skutki patofizjologiczne niedoboru 21-hydroksylazy
Defektywna konwersja 17-hydroksyprogesteronu (17OHP) do 11-deoksykortyzolu u pacjentów z niedoborem 21-hydroksylazy prowadzi do zmniejszonej syntezy kortyzolu, utraty negatywnego sprzężenia zwrotnego i w konsekwencji zwiększonego wydzielania korykotropiny (ACTH). Wynikająca z tego stymulacja nadnerczy prowadzi do zwiększonej produkcji androgenów nadnerczowych i zmiennego stopnia niedoboru aldosteronu. Ciężkość choroby wiąże się ze stopniem, w jakim mutacje upośledzają aktywność enzymu36.
Niedobór aldosteronu przyczynia się do utraty soli u osób z formą CAH związaną z utratą soli37. Wysokie poziomy hormonów podobnych do męskich nadal wpływają na rozwój w okresie dojrzewania. Dziewczyna z nieleczonym CAH nie będzie miała normalnych miesiączek, ponieważ hormony podobne do męskich zakłócają pracę jajnika. Jądra chłopca nie mogą funkcjonować prawidłowo i nie będą normalnie wytwarzać plemników38.
Dodatkowe mechanizmy w patogenezie
Nadmierne wydzielanie progesteronu i androgenów przez nadnercza może powodować zmiany w funkcji osi podwzgórze-przysadka-jajniki, które sprzyjają szybkim impulsom hormonu uwalniającego gonadotropinę (GnRH) i hipersekrecji hormonu luteinizującego (LH), przyczyniając się do nadmiaru androgenów w jajnikach39. Ponadto często obserwuje się nadekspresję 5α-reduktazy w jajniku40.
Hipersekrecja LH może inicjować i podtrzymywać błędne koło, w którym LH stymuluje nadprodukcję androgenów przez komórki osłonki jajnika, zaostrzając konsekwencje nadmiernego wydzielania androgenów przez nadnercza41.
Podtypy patogenetyczne CAH
Klasyczny CAH z niedoborem 21-hydroksylazy
W klasycznej formie CAH, niedobór 21-hydroksylazy powoduje akumulację prekursorów steroidowych, które są następnie przekształcane w androgeny42. Ponieważ osoby z CAH nadal mogą produkować androgeny, niewykorzystane prekursory, które normalnie byłyby używane do tworzenia kortyzolu, zamiast tego prowadzą do produkcji nadmiernych ilości androgenów43.
Klasyczny CAH z niedoborem 21-hydroksylazy może być podzielony na dwie formy:
- Forma z utratą soli (salt-wasting) – najbardziej ciężka forma choroby, która stanowi 75% wszystkich przypadków klasycznego CAH. Objawia się, gdy mutacje w genie CYP21A2 są tak rozległe, że 21-hydroksylaza prawie całkowicie traci swoją aktywność enzymatyczną44.
- Forma prosta wirylizująca (simple virilizing) – niewielki wzrost aktywności enzymatycznej 21-hydroksylazy w porównaniu do formy z utratą soli prowadzi do rozwoju prostej wirylizującej formy CAH, która stanowi 25% klasycznej formy CAH45.
W przypadku klasycznego CAH, pacjenci mogą mieć różne fenotypy zależnie od stopnia niedoboru enzymu, co prowadzi do różnych objawów klinicznych, od niewydolności nadnerczy po zaburzenia rozwoju płciowego4647.
Nieklasyczny CAH
Nieklasyczny CAH jest łagodniejszą formą choroby. Pacjenci z nieklasycznym CAH zazwyczaj nie mają podwyższonego poziomu ACTH ani CRH, a kortyzol jest na normalnym poziomie48. W takich przypadkach nadmiar androgenów można przypisać zmienionym kinetyce enzymu z powodu niedoboru 21-OH. Mniej efektywna zdolność konwersji 21-hydroksylazy prowadzi do zwiększonego stosunku prekursora do produktu i akumulacji 17OHP, niezależnie od poziomów ACTH49.
Nieklasyczny CAH jest łagodny i nie zagraża życiu. Objawy mogą pojawić się nie wcześniej niż w dzieciństwie lub dorosłości50. Niektórzy pacjenci nie mają objawów i nie wymagają leczenia. Inni potrzebują niskich dawek glikokortykosteroidów, ale mogą nie potrzebować dożywotniego leczenia51.
Inne formy CAH
Rzadsze formy CAH obejmują niedobór 3-hydroksysteroidowej dehydrogenazy typu 2 (HSD3B2), niedobór 17-hydroksylazy (CYP17A1), wrodzoną lipoidową hiperplazję nadnerczy (STAR), niedobór enzymu odszczepiającego łańcuch boczny (CYP11A1) i niedobór oksydoreduktazy cytochromu P450 (POR)52.
W 90-95% przypadków CAH jest spowodowany mutacją w genie CYP21A2 znajdującym się na chromosomie 6p21.3, który koduje enzym kontrolujący produkcję kortyzolu i aldosteronu. Inne geny są mniej często zaangażowane i powodują następujące warianty CAH: CAH z powodu niedoboru 17-alfa-hydroksylazy, niedoboru 3-beta-hydroksysteroidowej dehydrogenazy, niedoboru 11-beta-hydroksylazy, niedoboru oksydoreduktazy cytochromu P450 i wrodzonej lipoidowej hiperplazji nadnerczy53.
Szczególny przypadek: niedobór StAR
Defekt w białku StAR (STARD1) upośledza transport cholesterolu do wewnętrznej błony mitochondrialnej, zakłócając produkcję wszystkich hormonów steroidowych54.
Ciężkie defekty StAR prowadzą do klasycznej lipoidowej wrodzonej hiperplazji nadnerczy (LCAH), która charakteryzuje się akumulacją lipidów w komórkach steroidogennych nadnerczy i gonad55. Stan ten objawia się niewydolnością nadnerczy w okresie noworodkowym lub wczesnego niemowlęctwa oraz żeńskimi lub prawie żeńskimi narządami płciowymi, niezależnie od płci chromosomalnej56.
Łagodniejsza forma, znana jako nieklasyczna LCAH, występuje, gdy zachowane jest około 20% do 30% aktywności enzymatycznej57.
Złożoność diagnostyki molekularnej CAH
Technicznie, genomowe podejścia do odkodowania genu odpowiedzialnego za CAH z niedoborem 21-OH są skomplikowane ze względu na wieloaspektową etiologię. Obecność więcej niż jednego wariantu w cis komplikuje diagnostykę molekularną przypadków chorobowych58.
Podczas gdy konwersje genowe na małą skalę, stanowiące większość wariantów, można zidentyfikować poprzez prostą analizę sekwencji, wykrywanie delecji genów wymaga bardziej złożonego panelu ukierunkowanego na delecję/duplikację genów59.
Opracowano różne panele do wykrywania delecji/duplikacji genów, w tym analizę Southern blot (SB), polimorfizm długości fragmentów restrykcyjnych oparty na PCR (PCR-based RFLP), ilościowy PCR w czasie rzeczywistym (qPCR) i wielokrotną amplifikację zależną od ligacji sond (MLPA)60.
Nowsze spojrzenie na patogenezę CAH
Ostatnie badania wykazały, że 11-oksygenowane androgeny pojawiły się jako potencjalne nowe biomarkery CAH, ponieważ tradycyjne biomarkery podlegają zmienności i nie są specyficzne dla nadnerczy, przyczyniając się do wyzwań w leczeniu61.
Dodatkowo, antagonizm receptorów CRF1 w przysadce mózgowej wykazał zmniejszenie poziomów ACTH, co z kolei zmniejsza produkcję androgenów nadnerczowych i potencjalnie objawy związane z CAH62.
Rozwijane są również alternatywne podejścia terapeutyczne, mające na celu dostosowanie terapii dla poprawy wyników pacjentów63. Obejmują one leczenie zaprojektowane do zastąpienia kortyzolu w sposób fizjologiczny i środki dodatkowe mające na celu kontrolę nadmiaru androgenów, umożliwiając redukcję dawek glikokortykosteroidów64.
Badania wykazują również możliwość wykorzystania nowych biomarkerów, takich jak biologicznie aktywne 11-oksygenowane androgeny, które są podwyższone w CAH65.
Konsekwencje patofizjologiczne CAH
Kliniczne wyniki CAH mogą obejmować zagrażające życiu przełomy nadnerczowe, zaburzenia wzrostu i wczesne dojrzewanie oraz niekorzystny wpływ na zdrowie metaboliczne, sercowo-naczyniowe, kostne i reprodukcyjne66.
U mężczyzn z CAH zwiększone jest ryzyko tworzenia się guzów resztkowych nadnerczy, szczególnie jądrowych guzów resztkowych nadnerczy (TART), które rozwijają się, gdy komórki resztkowe nadnerczy są stymulowane przez permanentnie podwyższone poziomy ACTH67.
Diagnostyka TART występuje u do 94% mężczyzn z CAH i była zgłaszana we wszystkich grupach wiekowych, nawet u 6-letnich chłopców. Jednak częstość występowania TART u pacjentów z nieklasycznym CAH jest znacznie niższa, ale nadal pozostaje ważną przyczyną niepłodności u mężczyzn68.
Aby zmniejszyć rozmiar guza i niepłodność, należy wprowadzić lub zintensyfikować terapię glikokortykosteroidami69.
W podsumowaniu, patogeneza wrodzonego przerostu nadnerczy to złożony proces, w którym kluczową rolę odgrywa brak lub dysfunkcja enzymów steroidogenezy, najczęściej 21-hydroksylazy. Prowadzi to do zaburzeń w syntezie kortyzolu i aldosteronu, ze skierowaniem prekursorów na szlak produkcji androgenów, co skutkuje charakterystycznymi objawami klinicznymi różniącymi się w zależności od stopnia niedoboru enzymatycznego i płci pacjenta.
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.