Labordiagnostik systemischer Autoimmunerkrankungen: Update 2013

Einführung

Am Anfang der Medizin standen schon immer die klinische Beobachtung und die klinische Untersuchung. Darüber hinaus besitzt die ärztliche Kunst, als überbegriff der Erfahrung und Intuition, im Prozess der Diagnostik und Therapie von Erkrankungen einen hohen Stellenwert. So wird das wohl auch weiterhin bleiben. Nichtsdestotrotz müssen immer weitere laborchemische oder technische Werkzeuge entwickelt werden, um die ärztliche Kunst auf objektiven Boden zu stellen.

Bei der Rheumatoiden Arthritis wurden 1987 die bis heute gültigen Klassifikationskriterien definiert. Die klinische Beobachtung dominiert in diesen Klassifikationskriterien und das Vorhandensein eines positiven Rheumafaktors erbringt lediglich einen zusätzlichen Punkt, gleichberechtigt mit den klinischen Kriterien (Abbildung 1 ACR 1987). Auch haben sich mit der Zeit einige, die Krankheitsaktivität objektivierende Score-Methoden entwickelt wie, z.B. der Disease Activity Score für die 28 am häufigsten betroffenen Gelenke (DAS28). Da jedoch die reine klinische Untersuchung bei zahlreichen Patienten zu grob ist, um bei diversen Spielarten der RA die Diagnose korrekt stellen oder die Therapie bei immer potenteren und teuren Medikamenten steuern zu können, haben die Kernspintomographie und der mittlerweile in Praxen und Krankenhäusern ubiquitär vorhandene Ultraschall mit Powerdopplerverfahren einen großen Stellenwert eingenommen. Insbesondere sind diese apparativen Verfahren geeignet die Diagnose einer chronisch verlaufenden Rheumatoiden Arthritis früher stellen zu können. Neue apparative Verfahren, wie das in vivo Fluoreszenz Optical Imaging Verfahren sind hinzugetreten [2]. Auch haben sich die Klassifikationskriterien in Richtung einer stärkeren Objektivierung durch die Hinzunahme laborchemischer Parameter verändert (Abbildung 1) [3].

Abbildung 1

Klassifikationskriterien für die Rheumatoide Arthritis im Wandel von 1987 und 2010.

Bei den ACR/EULAR 2010 Klassifikationskriterien sind Marker der unspezifischen, systemischen Entzündung CRP, BSG sowie relativ spezifische Marker der Rheumatoiden Arthritis RF und ACPA mitaufgenommen worden. Das bedeutet, dass in den aktuellen Klassifikationskriterien die Labordiagnostik einen deutlich höheren Stellenwert erhält (Modifiziert nach [1]).

Diese Entwicklung trägt der klinischen und wissenschaftlichen Beobachtung Rechnung, dass die Rheumatoide Arthritis eine heterogene Erkrankung darstellt. So unterscheiden wir RF positive von RF negativen sowie ACPA positive von ACPA negativen Varianten mit unterschiedlichen Verläufen und Prognosen. Mittlerweile ist eine dritte Variante, die der anti-Carbamylierten Protein Antikörpern (anti-CarP AK) am Horizont. In den nächsten Jahren werden wir sicherlich weitere Erkenntnisse über diese dritte Autoantikörper Entität erlangen. Die anti-CarP AK scheinen, ähnlich den anti-CCP AK, eine Vorhersagewahrscheinlichkeit von circa 30% für das klinische Auftreten einer Rheumatoiden Arthritis bei Patienten mit Arthralgien innerhalb des ersten Jahres aufzuweisen [4]. Die Höhe des Antikörpertiters scheint hiervon unabhängig zu sein. Darüber hinaus scheinen die Autoantikörper anti-CCP und anti-CarP AK unabhängig voneinander die Vorhersagewahrscheinlichkeit für das Auftreten einer Rheumatoiden Arthritis bestimmen zu können. Dies unterstreicht zum aktuellen Zeitpunkt die Hypothese von drei unterschiedlichen Autoantikörpersystemen bei der Rheumatoiden Arthritis

Nicht nur die Klassifikationskriterien erhalten zusätzliche Unterstützung durch die Labormedizin, sondern auch für die Therapiesteuerung anhand der Erkrankungsaktivität (treat-to-target) zeichnet sich eine zunehmende laborchemische Unterstützung ab. In den USA ist bereits ein laborchemischer Arthritisaktivitäts-Score bei der Rheumatoiden Arthritis in Anwendung, der Multiparameter Biomarker Disease Activity Score (MBDS). Möglicherweise wird dieser Multiparameter Test auch in Deutschland Bedeutung erlangen.

Für die Praxis bedeutet es jedoch weiterhin, dass sowohl die Klassifikation und Diagnose, als auch die Entscheidung der Therapiestrategie bei der Rheumatoiden Arthritis eine eindeutig klinisch dominierte Entscheidung ist. Laborchemische und bildgebende Verfahren können den klinischen Entscheidungsprozess nicht ersetzen, diesen jedoch unterstützen.

Die Tabelle 1 gibt einen Überblick über die Entwicklung von Klassifikation/Diagnostik und Therapiesteuerung über die letzten Jahrzehnte. Hier wird deutlich, dass sowohl die apparative, als auch die laborchemische Diagnostik einen immer größeren Stellenwert in der klinischen Routine einnimmt.

Neuer laborchemischer Multi-Biomarker Disease Activity Score (MBDA)

Zur objektiveren Beurteilung der Krankheitsaktivität wurde in der CAMERA-Studie ein 12-Parameter Panel mit Biomarkern (Tabelle 2) untersucht und die Ergebnisse über einen Biomarker-Score mit dem bisher anerkannten Aktivitätsparameter, dem DAS28 Score, verglichen [5].

Zuvor wurde der MBDA Score validiert [6]. In der holländischen CAMERA-Studie (Computer Assisted Management in Early RA) wurden Patienten mit einer frühen Rheumatoiden Arthritis bezüglich des Therapieansprechens auf verschiedene Therapiealgorithmen evaluiert [10]. Ein klassischer klinischer Parameter zur Arthritisaktivität im Verlauf der Studie war der DAS28-CRP Score. Dieser beinhaltet die Anzahl geschwollener Gelenke (SJC=swollen joint count), schmerzhafter Gelenke (TJC=tender joint count) von 28 untersuchten Gelenken, CRP-Wert (C-Reaktives Protein) und die Patienteneinschätzung des allgemeinen Gesundheitszustandes (VAS-GH=Visuelle Analog Scala des Gesundheitszustandes von 0–100 mm). Somit enthält der DAS28 Score drei relativ subjektive Aktivitätsparameter, den TJC, SJC und die VAS-GH. Zusätzlich wurden in der CAMERA-Studie 12 Biomarker durch ELISA-Einzeltests bestimmt, um über diese Biomarker eine objektivere Einschätzung der Krankheitsaktivität zu erhalten.

Der Hintergrund eines MBDA Scores ist, dass ein einzelner Marker die unterschiedlichen pathogenetischen Faktoren nicht beschreiben kann. Durch die Kombination verschiedener Marker, die entsprechende biologische Vorgänge bei der Rheumatoiden Arthritis beschreiben (Abbildung 2), kann die Krankheitsaktivität laborchemisch besser erfasst werden.

Abbildung 2

Biologisches Netzwerk der Rheumatoiden Arthritis.

Dargestellt ist ein biologisches Netzwerk der Rheumatoiden Arthritis, welches die Interaktionen der Biomarker des Vectra™ DA Score beschreibt. (Modifiziert nach www.vectra-da.com, Crescendo Bioscience Clinical Laboratory, 341 Oyster Point Boulevard, South San Francisco, CA 94080).

Die Untersuchungszeitpunkte in der CAMERA-Studie wurden für Baseline und nach 6 Monaten festgelegt. Die ermittelten Parameter sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Ähnlich dem DAS28 Score wurde aus den Ergebnissen der Einzelbestimmungen der MBDA Score berechnet [6].Der MBDA-Score reicht von 1–100 und wird entsprechend der klinischen Bedeutung (Aktivität) eingeteilt, ähnlich dem DAS28 Score, wie in Tabelle 3 dargelegt.

Eine moderat bis gute Korrelation [kappa (95% CI) =0,41 (0,21–0,61)] des DAS28-CRP Ansprechens auf die Therapie mit dem 12-Parameter MBDA-Score konnte gezeigt werden.

In einer Fortsetzung der CAMERA-Studie wurden auf dem internationalen Rheumatologen-Treffen (American College of Rheumatology) Daten zur Korrelation des DAS28-BSG Aktivitätsscores mit dem MBDA Score vorgelegt. Hier wurden monatliche Daten beider Scores über 12 Monate mit den Baselinescores korreliert. Eine Verbesserung im DAS28-BSG korrelierte gut mit dem MBDA Score in den beiden Untersuchungsarmen MTX-only (r=57, p<0,001, n=31) und MTX plus Prednisolon r=57, p<0,002, n=28) [7]. Es zeigt sich jedoch, dass der MBDA-Score weniger sensitiv im Vergleich zum DAS28-BSG Score ist. Entsprechend der Tabelle 4 muss sich ein DAS28-BSG Score um ≥–1,8 Punkte verbessern, um eine signifikante Verbesserung im MBDA Score detektieren zu können. Änderungen des DAS28-BSG Scores ≥0,6 werden als klinisch signifikant angesehen.

Tabelle 4

monatliche, mittlere Veränderung des DAS28-BSG und MBDA Scores im Verlauf der Beobachtung über 12 Monate der beiden Studienarme MTX und MTX+Prednisolon (Modifiziert nach [7]).

Durchgehende Linie entspricht Vergleich MTX-Arm und gepunktete Linie entspricht MTX+Prednisolon Arm im Vergleich DAS28-ESR mit MBDA Score.

Eastmann und Kollegen haben in dieser Untersuchung eine Multiplex Test für die Rheumatoide Arthritis auf klinische Verwendbarkeit getestet [8]. In den vorausgegangenen Studien wurden die einzelnen Biomarker einzeln gemessen und mit klinischen Scores verglichen [5, 6]. Die Herstellung und Validierung von Multiplex Testverfahren ist jedoch wesentlich komplizierter im Vergleich zu den Einzeltests, da jeder Antikörper für die Antigen-Antikörper Bindung unterschiedliche optimale Untersuchungsbedingungen benötigt. Der Vorteil des Multiplex Assays ist der geringere Zeit- und Kostenaufwand zur Analyse aller Biomarker und die Bestimmung in ein und derselben Blutprobe. In dieser Studie wurde die Präzision, Parallelität, dynamischer Range, Kreuzreaktivität und der Effekt von Störfaktoren in einem 12-Biomarker Test für den Multiplex Disease Activity Algorithmus untersucht. Die Testanalysen zeigen eine sehr gute Präzision ohne wesentliche Kreuzreaktionen und Störfaktoren. Entsprechend der Eigenschaften des 12-Biomarker Multiplextests steht ein stabiler Multiplex-Test für weitere klinische Prüfungen zur Verfügung.

Die Präanalytik ist für die Bewertung des MBDA Scores von entscheidender Bedeutung [11]. Zhao und Mitarbeiter (2012) zeigen, dass Antikörperbestimmungen und Proteine, die nicht von Zellen freigesetzt werden, wie VCAM-1, SSA und CRP, in Patientenserum oder -Plasma relativ robust sind. Jedoch ist die Präanalytik von aus Zellen freigesetzten Proteinen, wie EGF, VEGF, IL-6, YKL-40 und Resistin, durch präanalytische Bedingungen wesentlich störanfälliger. Insbesondere spielt die Präanalytik bei Multi-Biomarker-Untersuchungen eine herausragende Rolle, da Fehler in der Präanalytik zu einer Verschiebung der klinischen Aussagekraft des Scoreergebnisses führen können.

Für die Praxis besitzt die Präanalytik für den MBDA-Test und die MBDA-Scoreberechnung eine entscheidende Bedeutung (Temperatur und Transportzeit).

In wie weit dieser Test tatsächlich einen zusätzlicher Nutzen bei der Beurteilung der Arthritisaktivität haben wird, ist noch nicht abschließend geklärt. Darüber hinaus ist der Stellenwert im diagnostischen Monitoring im Hinblick auf Vorhersage eines Krankheitsschubes, Erosivität, Fortschreiten der Erkrankung und Behinderung nicht geklärt. Vielleicht entwickelt sich der MBDA Score zu einem sinnvollen Test für die Verlaufsevaluation der Aktivität der Rheumatoiden Arthritis. Anhand von laborchemischen Verlaufskontrollen könnte in kürzeren Zeitintervallen der laborchemische Arthritisverlauf beim Hausarzt kontrolliert werden. Bei fehlender Reduktion des Scores oder starkem Anstieg würde eine frühere Vorstellung beim Rheumatologen erfolgen, um die Therapie überprüfen und anpassen zu können. Möglicherweise könnte der Test die engen Terminkalender der Rheumatologen in Deutschland entlasten und zu einer höheren zeitlichen und finanziellen Effizienz beitragen. In den nächsten Jahren können sicherlich weitere kontrollierte klinische Studien bei Rheumatoider Arthritis unter Verwendung des MBDA Scores erwartet werden.

Labordiagnostik

Die isolierte Bestimmung der Immunglobulin IgG4-Serumspiegel ist nicht geeignet, um eine „IgG4-related disease“ (IgG4-RD) zu bestätigen oder auszuschließen [12, 13].

Auf die neue Nomenklatur, die zahlreiche seit langem bekannte Erkrankungen unter der Entität IgG4-RD zusammenfasst, wird hier nicht weiter eingegangen. An dieser Stelle sei nur erwähnt, dass die IgG4-RD praktisch jedes Organ betreffen kann und nicht, wie vielfach noch angenommen, nur auf das Pankreas beschränkt ist.

Die Erkrankungsentität einer IgG4-RD wurde bereits 1961 erstmalig beschrieben [14], jedoch erst 2001 durch Hamano [15] im Rahmen einer Autoimmunpankreatitis als Entität beschrieben. Seit dieser Zeit galt ein Serum Cut-off Wert von ≥135 mg/dL IgG4 für die Erkrankungsentität der IgG4-related Pankreatitis als diagnostisch.

Seit Hamano et al. (2001) nimmt die Zahl der Publikationen über sowie das Verständnis für die Erkrankung der IgG4-RD ständig zu und der Cut-off Wert von ≥135 mg/dL muss heute differenzierter betrachtet werden.

Die Publikationen von Ebbo et al. [12] und Ryu et al. [13] beschäftigen sich mit der diagnostischen Aussagekraft des IgG4-Serumspiegels. In beiden Studien zusammen wurden 217 Patientendaten retrospektiv ausgewertet.

Beide Gruppen finden zahlreiche nicht-IgG4-RD, die ebenfalls mit erhöhten Serum IgG4-Spiegeln assoziiert sind (siehe Tabelle 5A und 5B).

In der Praxis werden bei den IgG4-RD zwar die höchsten mittleren Serumspiegel gemessen, jedoch kann aufgrund der großen Streuungsbreite allein aus der Höhe des Serumspiegels kein definitiver diagnostischer Schluss gezogen werden (siehe Tabelle 5A und 5B).

Insbesondere chronische B-Zellstimulation wie, z.B. bei chronischen Infektionen der Lunge und Nasennebenhöhlen, Autoimmunerkrankungen, Neoplasien und sonstigen entzündlichen Erkrankungen können mit deutlich erhöhten IgG4-Serumspiegel über dem vormals anerkannten Cut-Off Serumspiegel ≥135 mg/dL gemessen werden.

Dies bedeutet, dass ein erhöhter IgG4-Serumspiegel für eine IgG4-RD nicht spezifisch ist! Umgekehrt scheint bei normwertigem IgG4-Serumspiegel eine IgG4-RD relativ unwahrscheinlich. In verschiedenen Studien wird für erhöhte IgG4-Serumspiegel bei IgG4-RD die Sensitivität mit 67–95% und die Spezifität mit 90–97% angegeben [16–21]. Bemerkenswert ist, dass bei circa 5% der gesunden Bevölkerung erhöhte IgG4-Serumspiegel gefunden werden [18, 22]. Selbst beim Pankreaskarzinom werden in 10% erhöhte IgG4-Serumspiegel gemessen [18].

Aus dem Gesagten wird klar, dass immer eine Bestätigung der Diagnose durch eine Biopsie erfolgen sollte.

Auch die Ratio aus IgG4/IgG-gesamt im Serum zeigt überlappende Werte [12], so dass nochmals betont werden muss, dass der Serum IgG4-Spiegel als alleiniger Parameter nicht geeignet ist eine IgG4-related Erkrankung zu bestätigen, wohl aber bei normwertigem IgG4 weitgehend ausgeschlossen werden kann (Abbildung 3).

Abbildung 3

Die Ratiobildung aus Serum IgG4/IgG-gesamt alleine betrachtet nicht sinnvoll (Modifiziert nach [12]).

Daher wird für die Diagnose einer IgG4-RD gefordert [23]:

1. Klinische oder bildgebende Evidenz einer fibrosierenden, tumorähnlichen Läsion an einem oder mehreren Organen

2. Histologische Sicherung.

Histopathologie

In einem pathologischen Konsensus Papier einer internationalen Kommission [24] wird ausgeführt, dass auch hier das quantitative Ausmaß an IgG4+ Plasmazellinfiltration sowie das Verhältnis zwischen IgG4+ zu IgG+ Plasmazellen nicht alleinig ausschlaggebend für die Diagnose einer IgG4-RD ist. Es wird eingehend besprochen, dass entsprechend der Erkrankungsdauer und des betroffenen Organs stark fibrosierende Veränderungen mit sehr geringen Entzündungszellzahlen vorliegen können. Darüber hinaus kann bei sehr frühen Läsionen die Fibrosierung gering ausgeprägt bis fehlend sein, bei gleichzeitig starker Entzündungszellinfiltration.

Die histopathologischen Hauptmerkmale sind eine charakteristische Fibrose, Entzündungszellinfiltration und Phlebitis mit unterschiedlicher Ausprägung in den betroffenen Organen, entsprechend des Alters der Läsion. Das Verhältnis der IgG4+/IgG+ Plasmazellen >40% kann hilfreich sein und ist bei Vorliegen der unten beschriebenen histopathologischen Merkmale diagnoseweisend [25]. Die histologischen Merkmale sind in Tabelle 6 aufgeführt.

Für den Kliniker entwickeln sich der Erkenntnisgewinn und die Sichtweisen der IgG4-RD rasch. Dies gilt auch für das therapeutische Vorgehen, auf das in diesem Rahmen nicht intensiv eingegangen wird. Bei Verdacht auf das Vorliegen dieser Erkrankungsentität muss ein enger Austausch zwischen Kliniker, Labormediziner und Pathologen erfolgen, um die korrekte Diagnose stellen zu können. Zusammenfassend wird eine klinische Organschwellung/Tumor mit Serum IgG4-Bestimmung (wenn erhöht, steigt die Wahrscheinlichkeit, wenn nicht, ist das kein Ausschlusskriterium) sowie histologische Sicherung entsprechend der neuen pathologischen Nomenklatur für die Diagnose einer IgG4-RD gefordert. IgG4-RD können praktisch jedes Organ betreffen und sind nicht, wie initial beschrieben, auf das Pankreas beschränkt.

Labordiagnostik

Ein neuer ELISA-Test zur Detektion von IgA anti-M3-Rezeptoren Autoantikörpern verspricht eine mögliche zukünftige Anwendung in der Diagnose des Sjögren-Syndroms [26].

Das Sjögren-Syndrom ist eine der häufigsten Autoimmunerkrankungen [27]. Klinisch steht beim Sjögren-Syndrom zunächst eine Sicca-Symptomatik der Schleimhäute, insbesondere der Augen und des Mundes im Vordergrund. Der genaue Pathomechanismus der Erkrankung ist noch nicht geklärt. Es wird angenommen, dass durch Schädigungen von Speicheldrüsengewebe eine Aktivierung von T- und B-Zellen mit intensiver Infiltration der Speicheldrüsen erfolgt. Dies führt zur Bildung von Autoantikörpern gegen SS-A, SS-B und α-Fodrin. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass Antikörper gegen die externe Region des Muskarin-3 Rezeptors die Speichelproduktion blockieren können. Die Speicheldrüsen werden intensiv durch Nervenfasern des parasympathischen Nervensystems innerviert und durch den Neurotransmitter Acetylcholin stimuliert. Insgesamt besteht bei Patienten mit primärem Sjögren-Syndrom häufig eine autonome Dysfunktion mit ausgeprägter Fatique Problematik [28], möglicherweise durch Interaktion von anti-Muskarinrezeptor Antikörpern am sympathischen und parasympathischen Nervensystem. Zumindest die Therapie mit Muscarin-3 Rezeptoragonisten, wie Pilocarpin, führt bei Patienten mit noch nicht vollständig zerstörten Speicheldrüsen zu einer gesteigerten Sekretproduktion.

Aufgrund der dargelegten pathophysiologischen Bedeutung der Muskarin-3 Rezeptoren haben sich zahlreiche Arbeitsgruppen mit der Detektion von anti-Muskarin-3 Rezeptor Antikörpern beschäftigt. Die Daten bezüglich der Detektierbarkeit von IgG Autoantikörpern sowie deren Bedeutung für die Diagnose des Sjögren-Syndroms sind in der Literatur heterogen [29–31]. Zur Differenzierung der häufigeren nicht-autoimmun bedingten Sicca-Symptomatik in der Bevölkerung [27] und der autoimmunen Genese beim Sjögren-Syndrom, besitzt die Antikörperdiagnostik einen großen Stellenwert.

Li und Mitarbeiter [26] haben einen neuen ELISA zur Detektion von IgA anstatt IgG anti-Muscarin-3 Rezeptor (zweiter Loop der extrazellulären Region) entwickelt. Anschließend wurde der ELISA an einem Patientenkollektiv mit primärem und sekundärem Sjögren-Syndrom, Systemischem Lupus, Rheumatoider Arthritis und Gesunden validiert. Tabelle 7 zeigt die Sensitivität und Spezifität des ELISAs bei den verschiedenen Autoimmunerkrankungen. Der Test zeigt keine guten Differenzierungseigenschaften zwischen den untersuchten Autoimmunerkrankungen. Jedoch ist der IgA Antikörper bei Gesunden eher selten vorhanden.

Durch Kombination mit den für das Sjögren-Syndrom etablierten Antikörpern SSA und SSB wurde eine deutlich gesteigerte Sensitivität bei relativ unveränderter Spezifität in der ROC-Analyse berechnet. Auch hier, ähnlich wie beim MBDA-Score für die Rheumatoide Arthritis, zeigt sich ein kombinierter Test mit besseren diagnostischen Eigenschaften als jeder Parameter alleine (Tabelle 8). Dies könnte durchaus im Sinne der Berücksichtigung eines komplexen pathophysiologischen Geschehens bei Autoimmunerkrankungen zu werten sein. Ein einzelner Marker ist daher nur eingeschränkt aussagekräftig, da er nur Spiegelbild einer möglichen Facette der Erkrankung darstellen kann.