Pathologie Hamburg-West Institut für diagnostische Histopathologie und Zytologie

Nierenbiopsie-Diagnostik

PD Dr. Jan Hinrich Bräsen

Bedeutung rückresorbierter

Retinoide auf die tubuläre

Regeneration nach renaler

Ischämie

Jan Hinrich Bräsen

Akute Nierenschädigung

- Stellenwert des renalen Tubulusschadens in der Biopsie-Diagnostik

- Einfluß rückresorbierter Retinoide auf die Regeneration nach Ischämie

- Mechanismen des Zelltodes im renalen Tubulussystem

Jan Hinrich Bräsen

Akute Nierenschädigung

- Der Begriff akute Nierenschädigung (acute kidney injury, AKI) sollte

„akutes Nierenversagen“ (acute renal failure)

ersetzen (Konsensus Acute Dialysis Quality Initiative Group):

- variables Ausmaß der Schädigung

- beginnt lange vor meßbarer exkretorischer

Funktionseinschränkung

Bellomo R et al., Crit Care 2004; Bellomo R et al., Lancet 2012

Jan Hinrich Bräsen

Proteinurie bei FSGS

Krea/GFR

normal

tubuläre

Schädigung

evident

Jan Hinrich Bräsen

Akute Nierenschädigung

- 2-4/1000 Einwohner „zivilisierter“ Länder

- 20% hospitalisierter Patienten

- 45% der Intensivpatienten

- davon 5-6% mit Ersatztherapie – 60% Mortalität

- „sterben an AKI und nicht mit AKI“

- Hohe Inzidenz reflektiert möglicherweise

- alternde Population

- mit multiplen Komorbiditäten,

- behandelt mit multiplen Medikamenten (-Kombinationen)

- Risiko für Progression / terminales Nierenversagen

Uchino S et al., JAMA 2005; Ali T et al., JASN 2007; Hsu CY et al., KI 2007; Li PKT, Nat Rev Nephrol 2012

Jan Hinrich Bräsen

- zunehmende Aufmerksamkeit: Biomarker, „renales Troponin“ gefordert

- multifaktoriell:

- prärenal (Hypoperfusion)

- iatrogen (z.B. Hypotension bei Anästhesie/Operation)

- Diarrhoe (z.B. Clostridium difficile bei aggressiver Antibiose)

- medikamentös präzipitiert / induziert

- nosokomiale Infektionen, Sepsis

- komplexe Operationen

- diagnostische Eingriffe mit Kontrastmitteln

Goldstein SL, BMC Medicine 2011; Li PKT, Nat Rev Nephrol 2012

Akute Nierenschädigung

Jan Hinrich Bräsen

Akute Nierenschädigung

- prärenal

- postrenal

- intrarenal

- glomeruläre/vaskuläre Krankheiten

- interstitielle Krankheiten

- intrarenale tubuläre Obstruktion

- akute tubuläre Schädigung

- ischämisch

- nephrotoxisch

- Pigment-assoziiert

Einteilung problematisch:

Zuordnung

keine klare Trennung

praktisch immer Beteiligung

des Tubulussystems

Jan Hinrich Bräsen

Polyomavirus-Nephropathie

virale tubuläre

Schädigung

verursacht

tubulo-

interstitielle

Entzündung

Jan Hinrich Bräsen

Humorale Rejektion

kann sich als

isolierte

tubuläre

Schädigung

manifestieren!

Antikörper-

vermittelte

Endothel-

Schädigung

-

tubuläre

Schädigung

sekundär -

entzündlich

ischämisch

Jan Hinrich Bräsen

MGUS/Myelom/Cast-NP

intrarenaler

Aufstau

durch

Leichtketten-

Uromodulin-

Komplexe:

direkte tubuläre

Schädigung,

sekundäre

Entzündung

Jan Hinrich Bräsen

ANCA-Vaskulitis (MPO+)

schwere

entzündliche

glomeruläre

Schädigung -

Tubuli?

immer

akute tubuläre

Schädigung:

ischämisch,

entzündlich,

Casts

?

Jan Hinrich Bräsen

Akuter Tubulusschaden

acute tubular injury (ATI):

- „sollte vorbehalten sein für klinisch-pathologische Entitäten der

intrinsischen Nierenschädigung (intrinsisches Nierenversagen) mit

Zeichen einer tubulären Schädigung/Dysfunktion (ischämischer oder

toxischer Insult)“

- Parameter:

- fraktionelle Na+ Exkretion

- andere spezifische Biomarker (NGAL, KIM-1, IL-18, NAG, RBP...)

- andere Ursachen ausgeschlossen

Racusen L & Kashgarian M, in: Jenette JC et al., Heptinstall‘s Pathology of the Kidney, 6th Ed., Philadelphia 2007

Jan Hinrich Bräsen

Pathophysiologie des Tubulusschadens

Scharfuddin AA und Molitoris BA, Nat Rev Neph 2011

Ischämie:

- Erschöpfung der ATP-

Reserven

- Schwellung

- Zusammenbruch des

Zytoskleletts

- Polaritätsstörung

- Adhäsionsverlust

- Ablösung, Zelltod?

- Regeneration?

Jan Hinrich Bräsen

Akute Tubulusnekrose (ATN)

- acute tubular necrosis

- Fehlbezeichnung: Nekrose ist die klassische morphologische

Manifestation im Tierversuch

- nur eine morphologische Manifestation der akuten tubulären

Schädigung

- kein häufiges Merkmal in Biopsien bei klinischer akuter

Nierenschädigung

Racusen L & Kashgarian M, in: Jenette JC et al., Heptinstall‘s Pathology of the Kidney, 6th Ed., Philadelphia 2007

Jan Hinrich Bräsen

Tiermodell: IRI

Jan Hinrich Bräsen

ATS (ATN) bei TMA

Jan Hinrich Bräsen

Akute Tubulusschädigung

- Ursachen der akuten tubulären Schädigung

- Ischämisch:

- Hypovolämie/ Hypotension / Trauma / Blutung

- NSAID

- TMA, Embolisation

- Nephrotoxisch

- Aminoglycoside, Cisplatin, Lithium, CNI, mTOR-Inhibitor

- Kontrastmittel, i.v.-Ig

- Schwermetalle, Ethylenglycol

- Kräuter/Tee/Lifestyleprodukte

- Pigment-assoziiert/Kristalle

- Myoglobinurie, Hämoglobinurie

- Oxalat-/Urat-Nephropathie, 2,8-Dihydroxyadenurie, Cystinose

- Virostatika, Halothan, Methoxyfluoran

Racusen L & Kashgarian M, in: Jenette JC et al., Heptinstall‘s Pathology of the Kidney, 6th Ed., Philadelphia 2007

Jan Hinrich Bräsen

Akuter Tubulusschaden

Jan Hinrich Bräsen

Morphologie ATS / ATI

unbefriedigend:

- morphologische Daten inkomplett, da oft keine Biopsie – case reports

- „Tubularisierung“ des parietalen Bowman‘schen Epithels

- Regel: „postischämisch - dezente Veränderungen, toxisch - zytopathisch"

- Substrate für spezifische Schädigung schwer zu erheben, da oft kombinierte

Schädigung und Bilder

Jan Hinrich Bräsen

Morphologie ATS / ATI

ischämisch toxisch

Verteilung straight segm PT, AL selten distal

proximaler Tubulus eher fokal eher diffus

Schwellung, Vakuolisation + +

Nekrosen, Ablösung + +

Epithel-Abflachung +/- +/-

Erweiterte Lumina +/- +/-

Bürstensaum schmal/Abbruch + +

apikale Blasen + +

Zylinder + (Debris, granulär) + (Debris, Kistalle)

denudierte BM +/- +/-

rupturierte BM +/- +/-

Jan Hinrich Bräsen

Akuter Tubulusschaden

- Schwellung

- Vakuolisation

- apikale Blasen

- Bürstensaum-

verlust

- Polaritätsstörung

- Ablösung

- denudierte BM

- Abflachung

Jan Hinrich Bräsen

Akuter Tubulusschaden

apikale Blasen / Vesikel

Polaritätsstörung/

Ablösung

Abflachung/

Bürstensaumverlust

Vakuolisation

Jan Hinrich Bräsen

AL-Amyloidose der TBM

Adhäsionsbasis,

Diffusionsbarriere

Jan Hinrich Bräsen

CNI-Toxizität

Kombination:

toxisch +

ischämisch

Jan Hinrich Bräsen

Furosemid-Nephropathie

Jan Hinrich Bräsen

Akuter Tubulusschaden

- Kritisch:

- was wird aus der Tubuluszelle?

- Regeneration?

- Nekrose?

- programmierter Zelltod?

- beeinflussbar?

Jan Hinrich Bräsen

Chronische Pyelonephritis

Tubuli überleben

„Thyroidisierung“

Eiweißzylinder

(Funktionsverlust)

Jan Hinrich Bräsen

Akuter Tubulusschaden

Überleben / Regeneration:

- Bedeutung rückresorbierter Retinoide

Jan Hinrich Bräsen

Megalin RBP

Ischämie-Reperfusionsschaden (IRI):

Polaritätsverlust proximaler Tubuli

RBP / Megalin RBP / Vimentin

Jan Hinrich Bräsen

Retinol-Defizienz aggraviert tubulären Schaden

Tubulusschaden 7 Tage Proliferation 7 Tage

p<0,01

p<0,001

p<0,01

ATN 0

ATN 1

ATN 2

ATN 3

ATN 4 Kontrolle Megalin-KO RBP-KO

An

za

hl

Tu

bu

li / Q

ue

rsc

hn

itt

Kontrolle Megalin-KO RBP-KO

und hemmt die tubuläre Regeneration nach Ischämie-Reperfusion

Jan Hinrich Bräsen

Retinol-Defizienz vermindert T-Zell-Infiltration

CD3-positive T-Zellen 7 Tage FoxP3-positive Tregs 7 Tage

p<0,001

p<0,05

p<0,01

p<0,05

- Bedeutung der T-Zell-Infiltrate nach Ischämie-Reperfusion umstritten

- reduzierte Treg-Infiltration nach Transplantation:

Tregs sind Toleranz-Induktoren

Jan Hinrich Bräsen

Humane Niere: Retinol-Defizienz nach IRI

Normalgewebe IRI

Jan Hinrich Bräsen

Akuter Tubulusschaden

- Mechanismen des Zellschadens / Zelltodes nur teilweise klar

- TNF-Rezeptor-Komplex: Schaltstelle für Überleben vs. Zelltod

- NF-kB aktiviert: Überleben

- Programmierter Zelltod:

- Apoptose

- Programmierte Nekrose

- Nekroptose - RIP1/RIP3

- Autophagie

- Mitochondrial permeability transition (MPT)

Geplante zelluläre Explosion

Jan Hinrich Bräsen

Kontrolle Cisplatin Cisplatin + MFL3

Cisplatin: Fas/FasL- vermittelte Apoptose

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

vehicle cisplatin cisplatin + MFL3

cre

ati

nin

e (

mg

/dl)

*

0

20

40

60

80

100

120

vehicle cisplatin cisplatin + MFL3

TU

NE

L-p

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ells

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isu

al fi

eld

*

Cisplatin + MFL3 Cisplatin Kontrolle Cisplatin + MFL3 Cisplatin Kontrolle

Cre

ati

nin

(m

g/d

l)

Casp

ase

-po

sit

ive Z

ell

en

/H

PF

Linkermann A, ….Bräsen JH, et al. KI 2011

Jan Hinrich Bräsen

Kontrolle Cisplatin Kontrolle

+ MFL3

Cisplatin

+ MFL3

GFP

Fusion GFP /

TUNEL

TUNEL

DAPI

"Brudermord" in Co-Kulturen renaler Tubuli

Linkermann A, ….Bräsen JH, et al. KI 2011

Jan Hinrich Bräsen

Programmierte Nekrose

Vandenabeele et al. Nat Rev Cell Mol Biol 2010

Rip3-ko

Rip1-

Inhibitor

Necrostatin-1 CypD-ko

CypD-

Inhibitor

Sanglifehrin

Jan Hinrich Bräsen

Linkermann A, Bräsen JH, et al. KI 2012

Rip

1-I

HC

IR IR + Nec-1 IR + zVAD untreated

Ischämie-Reperfusionsschaden:

Nekroptose, nicht Apoptose

Jan Hinrich Bräsen

Ischämie-Reperfusionsschaden:

Linkermann A, Bräsen JH, et al. Im Druck, PNAS 2013

2 unabhängige /

additive

Formen des

programmierten

Zelltodes:

Nekroptose +

CypD-abhängige

programmierte

Nekrose (MPT)

Jan Hinrich Bräsen

Kontrastmittel-induzierte AKI:

Linkermann A, …Bräsen JH, et al. Im Druck, JASN 2013

Osmotische

Nephrose durch

Necrostatin-1

hemmbar

(Nekroptose?)

Jan Hinrich Bräsen

- akute tubuläre Schädigung in der überwiegenden Zahl humaner

Biopsien nachweisbar

- morphologische Veränderungen ursächlich meist nicht eindeutig

einzuordnen

- meist mehrere schädigende Mechanismen vorhanden

- Retinoid-Therapie für die Regeneration nach akuter tubulärer Schädigung

potentiell hilfreich

- Marker für die zelluläre Konsequenz (Überleben/Zelltod)

zukünftig entscheidend für Prophylaxe bzw.

prognostische Einordnung und interventionelle Strategie

Schlussfolgerung

Jan Hinrich Bräsen

- Kiel: Ulrich Kunzendorf, Stefan Krautwald, Andreas Linkermann,

Volker Maus, Philine Böckmann, Roman Reske, Nina Himmerkus,

Wolfram Klapper, Ivo Leuschner, Sylvia Iversen,

Charlotte Botz von Drahten

- Berlin: Friedrich C. Luft, Wolfgang Schneider, Thomas Willnow,

Duska Dragun, Melina Nieminen, Bärbel Kuhlmann

- Hamburg: Axel Niendorf, Yvonne Gerdes, Christiane Schneider

Danksagung

JH.Braesen@pathologie-hh-west.de

www.pathologie-hh-west.de

Jan Hinrich Bräsen

l-LCDD + ATS (Fanconi)