Nicht-alkoholische Fettlebererkrankung (NAFLE): kann eine einfache Labordiagnostik die Progression der NAFLE aufzeigen?

Die nicht-alkoholische Fettlebererkrankung (NAFLE)

Das Spektrum der klinischen Variationen der nicht-alkoholische Fettklebererkrankung (NAFLE) reicht von der einfachen Steatosis (NAFL) bis zur nicht-alkoholischen Steatohepatitis (NASH) (Abbildung 1) [1]. Mit steigender Tendenz ist etwa ein Drittel der erwachsenen Bevölkerung betroffen und durch ihre hohe Prävalenz ist die NAFLE vor allem in den industriellen/westlich geprägten Ländern zu einem Volksgesundheitsproblem geworden [2]. Der Progress einer primär einfachen Steatose (NAFL) mit Fetteinlagerung in den Hepatozyten zur progredienten Hepatitis, mit entzündlichem Infiltrat und Ballonierung der Zellen, kann im Endstadium in eine Leberzirrhose münden und geht mit einem signifikant erhöhtem Risiko der Entstehung eines hepatozellulären Karzinoms (HCC) einher. Die NAFLE ist in der Gruppe der über 65-jährigen mittlerweile die häufigste nicht-maligne Indikation zur Lebertransplantation [3]. Das Risiko für die Entstehung eines HCCs ist auch schon bei der einfachen Steatosis mit geringgraddiger Fibrose erhöht, selbst wenn noch keine Leberzirrhose vorliegt [4].

Abbildung 1:

Die Einteilung der NAFLE und die mögliche Progression.

Der Zunahme der NAFLE liegt das metabolische Syndrom zu Grunde und das vermehrte Auftreten der Risikofaktoren wie Adipositas, Insulinresistenz, Diabetes mellitus Typ 2, Hyperlipidämie und arterielle Hypertonie. Patienten mit einer NAFLE leiden häufiger an Adipositas (30%–100%) und Diabetes mellitus Typ 2 (10%–75%) [5]. Weitere Ursachen, die zum Progress der NAFLE beitragen können sind unter anderem Alkohol, auch bei mäßigem Konsum, Medikamente und chronische virale Hepatitiden (HBV, HCV).

Diagnose der NAFLE

Dass die Transaminasen (GOT; GPT) sich im Normbereich befinden, obwohl schon eine fortgeschrittene Lebererkrankung oder ein ausgeprägtes metabolisches Risikoprofil vorliegt, ist nicht selten [6]. Auf der anderen Seite findet sich bei vielen Patienten eine Erhöhung der Leberwerte, welche bei fehlender Symptomatik nicht interpretiert werden. Bezüglich der Diagnosestellung stehen die Anamnese des Patienten und die klinische Untersuchung im Vordergrund. Die NAFLE kann mit unspezifischen Symptomen, wie Abgeschlagenheit und Druckgefühl im rechten Oberbauch einhergehen, aber auch lange symptomlos für die betroffenen Patienten bleiben. Weiterhin lässt sich sonographisch eine Steatosis hepatis erkennen. Ein sonographisches Zeichen der Leberverfettung ist der Unterschied zwischen der echoreichen homogen verdichteten Leber und der Niere.

Eine erweiterte Diagnostik kann mittels transienter Elastrographie (Fibroscan bzw. Steatoscan) erfolgen. Die höchste Sensitivität und Spezifität bezüglich der Diagnostik der NAFLE und ihrer Untergruppen NAFL und NASH hat jedoch weiterhin die Leberbiopsie. Hier kann unter anderem der Grad der Verfettung und eine eventuell bestehende Begleitentzündung diagnostiziert werden. Allerdings kann durch eine Biopsie der Leber nur etwa 1:50,000 des Lebergewebes erfasst und bewertet werden; damit ist auch das Risiko des sampling errors gegeben [7]. Weiterhin bestehen technische Limitationen, wodurch aufgrund häufig bestehender Adipositas der Patienten auch die Komplikationsrate gesteigert wird. Trotzdem bleibt die Leberbiopsie bislang das einzige definitive Diagnostikum um zwischen der simplen Steatose und der NASH zu unterscheiden und ein Staging, also eine Einteilung nach Schwere der Lebererkrankung vorzunehmen. Aufgrund der hohen Zahl der Patienten und möglicher Komplikationen bei der Leberbiopsie ist eine nicht-invasive, einfache Messung der Progression der Lebererkrankung notwendig.

Wie bereits erwähnt sind die Transaminasen keine zuverlässigen Parameter, da es häufig zu falsch hohen Werten kommt und umgekehrt auch nicht selten normwertige Transaminasen vorliegen, obwohl eine Gewebeschädigung festgestellt wurde. Innovative serologische Biomarker des Zelltods und des metabolischen Syndroms ermöglichen hier die Differenzierung verschiedener Stadien der Lebererkrankung.

Mechanismen des Zelltods

Beim Zelltod wird grob zwischen zwei großen Zelltodmechanismen, der Apoptose und der Nekrose unterschieden, wobei letztere u.a. bei toxischen Schädigungen oder im Rahmen des Ischämie-/Reperfusionsschaden auftritt. Jedoch kann eine klare Abgrenzung der unterschiedlichen Zelltodmechanismen schwierig sein, da die Übergänge fließend sind. Weitere Zelltodmechanismen sind Pyroptose, Nekroptose und durch Autophagie eingeleiteter Zelltod. Der Inhalt der Zelle wird durch die Zerstörung der Zellmembran (z.B. bei unzureichendem ATP) freigesetzt und dadurch eine Entzündungsreaktion im umliegenden Gewebe induziert [8].

Die Apoptose als organisierte Form des Zelltods nimmt eine zentrale Rolle für die Zellintegrität und Homöostase ein. In der gesunden Leber stehen die Anzahl der Zellen, welche durch Apoptose eliminiert, und jene welche durch Mitose generiert werden, im Gleichgewicht und erhalten so die Zellhomöostase. Bei der Apoptose treten charakteristische morphologische Veränderungen auf, wie Chromatin-Kondensation, DNA-Fragmentation und Zellschrumpfung mit Ausbildung von membranumschlossenen, Zellorganellen enthaltenden Bläschen, den sogenannten apoptotischen Körperchen. Die effiziente Entsorgung durch Phagozyten verhindert die Aktivierung von Immunzellen im Gewebe und eine inflammatorische Reaktion bleibt aus.

Von zentraler Bedeutung für die Aktivierung der Apoptose sind folgende Mechanismen:

1. der Rezeptorvermittlete (extrinsiche) Weg. Dieser erfolgt über die Aktivierung zellmembranständiger, sogenannter Todesrezeptoren. Diese sind charakterisiert durch eine Todesdomäne, welche für die Weiterleitung des zytotoxischen Signals benötigt wird. Nach Bindung des Liganden (z.B. TNF, FasL und andere Zytokine), kommt es zur Rezeptor-Dimerisierung und Bindung eines zytosolischen Adapterproteins an die Todesdomäne. Weiterhin bindet das Adapterprotein an Initiatorcaspasen (Caspase 8 und -10), welche durch Autolyse aktiviert werden. Darauf folgt die Aktivierung der Effektorcaspasen (Caspase-3,-6 und -7), woraufhin der programmierte Zelltod eingeleitet wird [9], [10].

2. der mitochondriale (intrinsische) Signalweg. Die Permeabilisierung der mitochiondrialen Membran ist ausschlaggebend für die Aktivierung dieses Signalweges. Durch verschiedene Stimuli oder Noxen wird Cytochrom c von den Mitochondrien ins Zytoplasma ausgeschüttet und bindet an APAF-1 und die Procaspase-9, welche die Effektorcaspasen-3 und -7 aktiviert.

Beide Aktivierungswege unterscheiden sich in den Initiatorcaspasen, besitzen die gleichen Effektorcaspasen und münden in eine gemeinsame Endstrecke, welche zur DNA-Fragmentation und dem Untergang der Zelle führt (Abbildung 2).

Abbildung 2:

Zelltodmechanismen.

Zelltod wird ausgelöst durch den todesrezeptorvermittelten oder den mitochondrialen Signalweg. Beide Wege führen zunächst zur Aktivierung von Initiatorcaspasen und nachfolgenden Aktivierung von Effektorcaspasen. Durch Aktivierung der Effektorcaspasen (z. B. Caspase-3) kommt es zur proteolytischen Spaltung einer Vielzahl von zellulären Substraten und anschließendem Zelluntergang. Jedoch sind die Übergänge in die anderen Zelltodmechanismen fließend (Pyroptose, Nekroptose, Autophagie nicht in Abbildung).

Apoptose und Leberzellschädigung

Bei vielen Lebererkrankungen spielt die hepatozelluläre Apoptose eine zentrale Rolle bei der Leberzellschädigung [11], [12], [13]. Todesrezeptoren wie FAS, TNF-R1 und DR5 können durch aggressive Sauerstoffverbindungen heraufreguliert werden und die Vulnerabilität der Hepatozyten für schädigende Einflüsse erhöhen. Schädigende Stimuli wie Paracetamol, Hepatitisviren und reaktive Sauerstoffspezies (ROS), welche im Rahmen von Lebererkrankungen vermehrt gebildet werden, können den Zelltod initiieren und zur Freisetzung von Entzündungsmediatoren führen. Überschießende inflammatorische Reaktionen und erhöhte Apoptoserate sind Faktoren die zur Fibroseprogession, zur Zirrhoseentstehung und somit auch langfristig zur Entstehung des hepatozellulären Karzinoms beitragen können.

Einfache Biomarker zur Beurteilung der Progression der NAFLE

Wir konnten in einem großen NAFLE-Kollektiv feststellen, dass die Einbeziehung von Zelltodmarkern (M65/M30), eines Leberenzyms (GGT), metabolischen Markern (Adiponektin, HbA_1c) und des Alters eine Progression der Erkrankung vorhersagen kann (Kälsch et al., data unpublished). Zytokeratin-18 ist ein Intermediärfilamentprotein der Leber und Substrat der Caspasen während des Zelltodes in der Leber [10], [11]. Der hepatische Zelltod geht mit einer erhöhten Apoptoserate einher und wird durch eine Erhöhung von CK18-Fragmenten reflektiert, welche ins Blut freigesetzt werden. Sowohl die gesamte Menge der CK-18 Fragmente (M65) als auch von Caspase-gespaltene Fragmente (M30) können mittels ELISA im Serum bestimmt werden.

Der monoklonale Antikörper M30 lässt im ELISA einen Nachweis der hepatischen Apoptose aus dem Serum zu [14]. Dieser Antikörper erkennt spezifisch das von Caspasen gespaltene CK-18 (K18-Asp396), interagiert jedoch nicht mit dem nativen, ungespaltenen CK-18 (M65). Das ungespaltene CK-18 lässt sich wiederum durch einen ELISA für M65 nachweisen und korreliert mit der absoluten Zelltodrate (Apoptose und Nekrose).

Es konnte in zahlreichen Studien gezeigt werden, dass durch M30 im Serum zwischen einfacher Steatose (NAFL) und Steatohepatitis (NASH) unterschieden werden kann [15], [16], [17].

Weiterhin ließ sich eine signifikant erhöhte Zelltodrate bei Patienten mit Leberfibrose (ISHAK 1-4) nachweisen und durch M30 war eine Differenzierung zwischen geringer (F 0-1) und fortgeschrittener Fibrose (F 5-6) möglich. Im Vergleich von Patienten mit Steatose und gesunden Individuen zeigte sich eine signifikante Erhöhung von M30 bereits bei minimaler Steatose (<10% verfettete Hepatozyten) [16]. Durch die Bestimmung von M30 lassen sich also NAFL-Patienten von gesunden Individuen unterscheiden. Dies zeigte sich auch insbesondere bei Patienten mit NAFLE und normwertigen Transaminasen [18].

So erlaubt der serologische Nachweis von Zelltodbiomarkern, einfachen Leber- und metabolischen Werten, eine erste, einfache und nicht-invasive Diagnostik und Progressbeurteilung der NAFLE. Obwohl aktuell zur Diagnose und Progression der NAFLE noch immer eine histologische Untersuchung und damit eine Leberbiospie gefordert wird, kann durch die Bestimmung dieser Marker (M30, Adiponektin, HbA1c, GGT) im ersten Schritt zumindestens die Indikation für eine Biopsie präzisiert werden (Abbildung 3). Denn die Integration der metabolischen Markern ist für die Progression der NAFLE von zentraler Bedeutung [19].

Abbildung 3:

Diagnosealgorithmus der NAFLE.

Die Verwendung von Biomarkern kann zur Diagnosestellung der NAFLE beitragen.