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3.  Diskussion

3.1. Pathophysiologie der Pankreatitis

Obwohl bereits 1896 Hans Chiari erstmalig den Begriff der „Selbstverdauung“ als ein Schlüsselereignis in der Entstehung einer Pankreatitis aufbrachte (1), dauerte es 100 Jahre, bis molekulargenetische Ergebnisse diese Hypothese weiter untermauerten.
Zwei ältere Erklärungsansätze sind durch die Autodigestions-Theorie weitestgehend verdrängt worden. Die erstere, die Theorie der ,,gemeinsamen Endstrecke" (common channel), ging davon aus, dass anatomische Gegebenheiten einen Gallereflux in den Ductus pancreaticus erlauben und dieser dann zu einer Aktivierung von Pankreasenzymen führt. (Eine gemeinsame Endstrecke mit freier Kommunikation zwischen dem Ductus choledochus und Ductus pancreaticus ist in einigen Fällen tatsächlich nachweisbar). Die zweite Theorie ging davon aus, dass ein Verschluß des Ductus pancreaticus und eine Hypersekretion für die Entwicklung einer Pankreatitis ausschlaggebend sind. Jedoch verursacht der experimentielle Verschluß des Ductus pancreaticus in der Regel ein Pankreasödem, aber keine generelle Pankreatitis. Inwieweit diese Mechanismen dann aber auch zu einer intrazellulären Enzymaktivierung führen, ist nicht geklärt.

Eine Autodigestion des Organe durch intrazellulär aktivierte proteolytische Enzyme (z. B. Trypsinogen, Cathepsin B, Chymotrypsinogen, Proelastase und Phospholipase A) ist eines der ersten Ereignisse, die zu einer akuten Pankreatitis führen (Abb. 2). Dem Trypsin kommt hierbei eine Schlüsselrolle zu. Das Pankreas synthetisiert und sezerniert Trypsin als inaktives Trypsinogen (Zymogen), welches erst im Darm durch Abspaltung des Aktivierungspeptides durch das Enzym Enteropeptidase zu Trypsin umgewandelt wird. Unsere eigenen Daten zu genetischen Veränderungen im Trypsinsystem und deren funktionellen Konsequenz bekräftigen die Vorstellung, dass es als initiales Ereignis bei der akuten Pankreatitis zu einer


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intrazellulären Trypsinaktivierung in der Azinuszelle bzw. im Pankreas kommt. Eine ganze Anzahl von Faktoren (z. B. Endotoxine, Exotoxine, virale Infektionen, Ischämie, Anoxie und direktes Trauma) scheinen an der vorzeitigen Aktivierung der Proenzyme beteiligt zu sein.
Auch im normalen Pankreasgewebe werden geringe Mengen an Trypsinogen durch Autolyse zu aktivem Trypsin umgewandelt, diese Trypsinaktivität wird allerdings durch zwei Schutzmechanismen antagonisiert. Ein Teil des Trypsins wird durch Bindung an den Serinproteasen-Inhibitor Kazal-Typ 1 (SPINK1) zu inaktiven Komplexen gebunden. Aber aktives Trypsin kann auch durch sich selbst und durch Mesotrypsin degradiert werden (18).
Einer neueren Hypothese zur Erklärung der intrapankreatischen Aktivierung von Zymogenen zufolge, werden diese innerhalb der Azinuszellen des Pankreas durch lysosomale Hydrolasen aktiviert. In 2 unterschiedlichen Modellen der experimentellen Pankreatitis zeigte sich, dass Verdauungsenzyme und lysosomale Hydrolasen intrazellulär zusammen vorkommen können; dies würde die Aktivierung der ersteren durch die letzteren innerhalb der Azinuszellen ermöglichen. In vitro können lysosomale Enzyme, wie das Cathepsin B, Trypsinogen aktivieren. Trypsin wiederum aktiviert die Vorstufen der anderen Proteasen (19-21). Neuere Untersuchungen allerdings zeigten widersprüchliche Ereignisse (22;23). Bisher ist auch noch nicht bewiesen, ob innerhalb der menschlichen Azinuszellen ein entsprechendes pH-Milieu (d. h. pH >3,0) entstehen kann, bei dem Trypsinogen durch lysosomale Hydrolasen aktiviert werden kann. Es gibt Hinweise, dass eine Ischämie oder Hypoperfusion alleine für eine Trypsinogenaktivierung mit nachfolgender Pankreasschädigung ausreicht (24). Die aktivierten Enzyme führen dann zu einem Zelltod und nachfolgender Kaskade von lokalen und systemischen Ereignissen (siehe Abb. 2).

Neben den immunologischen Mediatoren kommt dem oxidativen Stress eine weitere azinusschädigende und proinflammatorische Rolle zu. Sowohl experimentelle als auch klinische Daten zeigen, dass z.B. freie Sauerstoffradikale im Rahmen der akuten Pankreatitis vermehrt auftreten und Patienten mit akuter als auch chronischer Pankreatitis einen


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verminderten antioxidativen Status aufweisen (25;26). Freie Sauerstoffradikale bzw. eine Imbalanz des Redox-Status führen in der Azinuszelle u.a. zu einer Aktivierung des Nuklear Faktor κ B (NF-κ B). Aktivierung von NF-κ B ist sowohl in vitro als auch in vivo mit einer vermehrten Expression von proinflammatorischen Genen verbunden (27) und führt im Tierexperiment zu dem Bild einer Pankreatitis (28). Eine wesentliche protektive Rolle gegenüber exogenen und endogenen Sauerstoffradikalen hat das Glutathionsystem. Glutathion ist ein ubiquitäres Tripeptid (γ -Glu-Cys-Gly), welches in allen Geweben in hoher Konzentration vorkommt und zu seiner Synthese Glutamin, Cystein und Methionin benötigt. Der Erhalt des zellulären Redox Gleichgewicht ist ein dynamischer Prozess und wird durch das Verhältnis zwischen dem reduziertem Glutathion und seiner oxidierten Form dem Glutathion Disulfid aufrechterhalten (27).

Abb. 2 : Stadien der akuten Pankreatitis und beteiligte Strukturen oder Mediatoren. IL, Interleukine; TNF, Tumornekrose Faktor; NO, Nitridoxid; PAF, Platlet Activating Factor; ARDS, acute respiratory distress syndrome; SIRS, severe inflammatory response syndrome.

Durch die Gabe von Prekursoren der Glutathionsynthese, wie z.B. Glutamin, ist es möglich


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den zellulären Glautathionstatus und damit die antioxidative Kapazität zu verbessern (29;30). Bisher gab es keine Untersuchung zur klinischen Anwendung von Glutamin bei der akuten Pankreatitis. Mit unserer prospektiven Interventionsstudie fanden wir erstmalig Hinweise darauf, dass eine Gabe von Glutamin zu einer Verbesserung des klinischen Verlaufs bei Patienten mit moderater Pankreatitis führt (31). Es fand sich nicht nur eine bessere Synthese von viszeralen Proteinen und eine Verbesserung des Redoxstatus, sondern es war möglich die Patienten mit Glutamin schneller zu oralisieren und tendenziell früher wieder zu entlassen.

3.2. Aetiologie der Pankreatitis

Ein langjähriger Alkoholabusus ist am häufigsten mit einer chronischen Pankreatitis (70%) assoziiert (Lit). (32;33). In mehreren Untersuchungen findet sich immer eine Subpopulation von 15 – 25%, in der keine Ursache der chronischen Pankreatitis evaluiert werden konnte. Innerhalb dieser Gruppe gibt es zwei Häufigkeitsgipfel in der Erstmanifestation der Erkrankung zu geben, die zu einer Aufteilung in eine juvenile (bis zum 40 Lebensjahr) oder senile (ab dem 60 Lebensjahr) idiopathische chronische Pankreatitis führt (34).
Vor kurzem wurde ein neues Risiko Klassifikationssystem (TIGAR-O, Version 1.0) vorgestellt, welches die Patienten wie folgt aufteilt (7):

  1. T oxisch-metabolisch;
  2. I diopathisch;
  3. G enetisch;
  4. A utoimmun;
  5. R ezidivierende akute Pankreatitis;
  6. O bstruktive Pankreatitis.

Sowohl die Langzeit Beobachtung von Ammann et al. an einer Gruppe von alkoholischen Pankreatitiden (35), als auch der Verlauf innerhalb Familien mit hereditärer chronischer Pankreatitis sprechen dafür, dass das klinische Bild der chronischen Pankreatitis Folge von


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wiederholten akuten oder subakuten Attacken einer Pankreatitis ist. In diesem Zusammenhang wurde von Amman der Begriff Nekrose – Fibrose Sequenz eingeführt (36). Hierbei wird deutlich, dass bei der akuten und chronischen Pankreatitis gleichartige pathophysiologische Mechanismen eine Rolle spielen.

Abb. 3 : Verlauf einer chronischen Pankreatitis – In der oberen Reihe sind die ERCP Veränderungen eines Patienten mit alkoholischer chronischer Pankreatitis über 15 Jahre aufgeführt. In der unteren Bildfolge sind dazu beispielhaft korrespondierende histologische Veränderungen mit zunehmender Fibrosierung dargestellt.

3.3. Immunologische Veränderungen

Wiederholte akute Attacken einer Pankreatitis führen zu einem Untergang der Azinuszellen und zu einer lokalen Infiltration von aktivierten CD8+ T-Zellen (37). Dabei kommt es zu einem Verlust des funktionellen Pankreasgewebes und dem Ersatz durch fibrotisches Material (Abb. 3). Hierbei scheint eine zelluläre zytotoxische Immunreaktion gegen noch unbekannte Antigene eine Rolle zu spielen (38;39). Unklar war aber bisher, ob systemische


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immunologische Veränderungen auftreten und wie diese zum Krankheitsverlauf und der Aetiologie der Pankreatitis assoziiert sind. Wir konnten zeigen, dass eine chronische Pankreatitis mit einem vermindertem Anteil an zirkulierenden CD8+, CD56+ und CD25+ positiven Zellen verbunden ist. Diese Veränderungen sind besonders ausgeprägt bei Patienten mit starker Karnkheitsaktivität, Ähnliches wurde auch für den Morbus Crohn beschrieben, wo eine inverse Korrelation zwischen Krankheitsaktivität und zirkulierenden CD25+ Lymphozyten beobachtet wurde (40). Immunhistologische Studien zeigen eine verstärkte Infiltration des Pankreas mit T - Lymphozyten und eine verstärkte Expression von MHC (major histocompatibility complex) Klasse II oder Neoantigenen auf den Azinuszellen (Übersicht bei (38)). Im Mausmodell konnte durch den Transfer von peripher entnommenen Lymphozyten einer Maus mit experimentell induzierter chronischer Pankreatitis auf eine HLA identische, gesunde Maus das Bild einer Pankreatitis induziert werden (41). In vitro wie auch in vivo haben wir eine verstärkte Aktivität sowohl von pro- als auch von antiinflammatorischen Zytokinen beobachtet, wobei hier besonders der Transforming Growth Faktor ß (TGF-ß), der Tumornekrosefaktor-α (TNF-α ) und Interleukin-10 (IL-10) zu nennen sind (42, 43). Die Aetiologie der Pankreatitis hatte keinen unterschiedlichen Einfluss auf die Lymphozytensubpopulationen und die Zytokinantwort, womit unsere Ergebnisse gegen immunologische Veränderungen als primäre Ursache der idiopathischen Pankreatitis sprechen.
Dieses schließt jedoch nicht generell die Möglichkeit einer Autoimmunpankreatitis aus. Bereits 1965 wurde von Sarles et al. ein Patient mit Pankreatitis und einer Hypergammaglobulinämie beschrieben (44). In der Literatur wurden immer wieder einzelne ähnliche Fälle aufgeführt, die in Kombination mit anderen Autoimmunerkrankungen wie Sjörgen Syndrom, primär sklerosierender Cholangitis, Colitis Ulcerosa oder Lupus erythematodes auftraten. (45). Neuere systematische – überwiegend japanische- Untersuchungen zeigen, dass diese Patienten durch eine erhöhte Konzentrationen von


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Immunglobulin G, insbesondere der Subklasse Ig 4 und der Ig4 Immunkomplexe, weitere zirkulierende Autoantikörper (z.B. antinukleäre Antiköper, anti Carboanhydrase II Antikörper, Rheumafaktor), Infiltration des Pankreasgewebes mit Lymphozyten, sowie einer diffusen Schwellung des Pankreas charakterisiert sind.

Abb. 4 : Vorstellungen zur Entstehung der pankreatischen Fibrose. Beim nicht-nekro-inflammatorischen Weg bewirkt Alkohol selber oder seine Abbauprodukte bzw. der dadurch entstehende oxidative Stress eine Sternzellaktivierung. Beim nekro-inflammatorischem Weg werden die Sternzellen durch die im Rahmen der Entzündung freigesetzten Zytokine aktiviert. Beide Wege führen zu einer vermehrten Bildung von Extrazellulärmatrix und einer Fibrose (modifiziert nach (48)).

Eine wesentliche Rolle in der Entwicklung einer Fibrose und damit einem Funktionsverlust des Pankreas haben die pankreatischen Sternzellen, welche erst Mitte der neunziger Jahre im Pankreas beschrieben wurden. Parallel zu den Vorgängen bei einer Leberzirrhose sind die pankreatischen Sternzellen an der Fibrogenese beteiligt (46, 47). Abbildung 4 fasst schematisch in einem Modell die Rolle der Sternzellen und ihre möglichen Aktivatoren in der Entstehung der Pankreasfibrose zusammen.


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3.4.  Genetische Prädisposition einer Pankreatitis

3.4.1. Hereditäre Pankreatitis

Das klinische Bild der hereditären (familiären) Pankreatitis wurde erstmals im Jahre 1952 von Comfort & Steinberg beschrieben (49). Die Definition umfasst ein autosomal dominantes Krankheitsbild von rezidivierenden akuten Pankreatitiden und der Entwicklung einer chronischen Pankreatitis mit zwei Betroffenen einer Generation oder drei Betroffenen in mehr als einer Generation (Abb. 5). Es handelt sich hierbei um eine seltene Erkrankung, der jedoch Modellcharakter zukommt. In den USA, Europa und Japan sind schätzungsweise etwa 400 – 500 Familien betroffen.

Abb. 5 : Stammbaum einer von uns identifizierten Familie mit hereditärer Pankreatitis (N29I). Die klinischen Daten der Indexpatientin sind im Kasten aufgeführt.

1996 wurde in mehreren Arbeitsgruppen unabhängig voneinander mittels Kopplungsanalysen ein Genort auf dem langen Arm des Chromosoms 7 (7q35) lokalisiert (50). Hier sind wichtige pankreatische Verdauungsenzyme (z.B. Carboxypeptidase A1 , Trypsinogen Familie) lokalisiert. Im selben Jahr gelang es dann Whitcomb und Mitarbeitern eine Mutation im kationischen Trypsinogen Gen (auch als Serinprotease 1 (PRSS1) bezeichnet, Omim 276000) als Ursache der Erkrankung zu identifizieren (2). Es fand sich ein Austausch des Arginins


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durch Histidin an Position 122 des Proteins (R122H). Basierend auf der Chymotrypsin Nomenklatur wurde dies Mutation initial als R117H bezeichnet, später dann aber nach der Trypsinogen Nomenklatur umbenannt nach R122H. Ausgehend von einer Simulation am dreidimensionalen Strukturmodell des Trypsinmoleküls („molecular modelling“) (Abb. 6) stellten die Autoren die Hypothese auf, dass durch die R122H Mutation aktiviertes Trypsin resistenter gegenüber hydrolytischer Inaktivierung sei.

Abb. 6 : Hypothetisches Strukturmodell des kationischen Trypsinogens mit der Mutation R122H. In Rot ist der physiologische Trypsininhibitor des Serin Proteasen Inhibitors PSTI dargestellt (modifiziert nach (2) und http://pancreas.org/assets/hp_presentation/sld007.htm).

Eine missense Mutation in Exon 2 des PRSS1 Gens definiert eine weitere Mutation N29I. Die Entdeckung einer Mutation im kationischen Trypsinogen als Ursache einer chronischen Pankreatitis und die Tatsache, dass Trypsin alle anderen Verdauungsenzyme aktivieren kann, unterstützt die Vorstellung, dass die Aktivierung von Trypsin eine Schlüsselrolle in der Entstehung einer Pankreatitis spielt.

Eine Zusammenstellung der publizierten Genotyp-Phänotyp Korrelation bei 101 Patienten mit nachgewiesener Mutation des PRSS1 Gens (N29I, R122H), erbrachte eine Penetration der chronischen Pankreatitis von ca. 78% (51). In allen Studien finden sich aber auch Patienten,


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die keine Mutation des PRSS1 Gens tragen. In einer Analyse von 105 Indexpatienten aus diesen Studien finden sich 45% der Patienten ohne Nachweis einer Veränderung im PRSS1 Gen (Übersicht in (52)).

Wir konnten erstmalig die Mutation D22G beschreiben (53). Hierbei handelt es sich um eine Mutation unmittelbar neben der Schnittstelle des Aktivierungspeptids (Abb. 6). Zwei weitere Mutationen in dem Aktivierungspeptid (A16V, K23R) sind beschrieben (54) (55). Eine aktuelle Aufstellung der PRSS1 (und SPINK1) Mutationen ist verfügbar unter: www.uni-leipzig.de/pancreasmutation.
Die unmittelbare Nähe der D22G und K23R Mutationen zur physiologischen Schnittstelle führten uns zu der Hypothese, dass eine veränderte Kinetik der Hydrolisierung und damit Freisetzung von aktiviertem Trypsin als Ursache der Pankreatitis vorliegen könnte. In vitro Versuche mit synthetischen N-terminalen Peptiden, die die Schnittstelle zur Aktivierung beinhalteten, ergaben, dass die entsprechend der K23R und D22G Mutation veränderten Peptide eine erhöhte Hydrolisierungsrate and der Schnittstelle im Vergleich zum Wildtyp Peptid hatten (53). Wir konnten damit erstmalig in vitro eine funktionellen Wirkmechanismus der Mutationen nachvollziehen. Unsere Ergebnisse lassen daher vermuten, dass die A16V und die D22G Mutation in vivo zu einer vermehrten Freisetzung von intrazellulärem aktiviertem Trypsin und damit zu einem Ungleichgewicht in dem pankreatischem Protease – Antiprotease System führt.

Zum Teil aufbauend auf unseren Ergebnissen liegen zwischenzeitlich auch erste experimentelle Daten über die Funktionsweise der N29I und R122H, als auch R122C Mutationen vor. Sahin-Toth et al. fanden Hinweise auf eine erleichterte Autoaktivierung und/oder eine reduzierte Rate an Autoinaktivierung des Trypsins (56, 57-59).
In einer aktuellen Zusammenstellung von 108 Indexpatienten aus dem deutschen Raum haben sogar 69% der Indexpatienten keine Mutation im PRSS1 Gen, 19% eine R122H, 6% eine N29I und jeweils nur ein Patient die A16V, D22G, L104P, R116C und C139F Variante (60).


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Diese Daten verdeutlichen, dass die Suche nach weiteren genetischen Veränderungen bei der hereditären Pankreatitis noch nicht abgeschlossen ist. Bisherige Untersuchungen zu weiteren Kandidatengenen wie das Anionische Trypsinogen, Lithostatin oder das Pankreas assoziierte Protein waren negativ (61 - 63).

3.4.2. Mutationen des Trypsinogeninhibitors (SPINK1)

Die Entdeckung der Mutation des kationischen Trypsinogens als Ursache der hereditären Pankreatitis unterstreicht die Bedeutung des Trypsins und seiner Inhibitoren in der Pathogenese der Pankreatitis. Folglich war es naheliegend nach Mutationen in den bekannten Trypsininhibitoren zu suchen. Der Serineprotease Inhibitor Kazal-Typ 1 (SPINK1) (OMIM 167790), auch als pankreatischer sekretorischer Trypsin-Inhibitor (PSTI) bezeichnet, ist ein spezifischer intrapankreatischer Trypsin Inhibitor (siehe Abb. 6). Er lässt sich in Pankreassekreten aller untersuchter Spezies nachweisen und wurde erstmalig 1948 von Kazal und Mitarbeitern isoliert. Erstmalig wurde das entsprechende Kandidatengen von Chen et al. in 14 Familien mit hereditärer chronischer Pankreatitis untersucht. Zwei Varianten im SPINK1 Allele wurden entdeckt: N34S und P55S. Jedoch wurden diese als nicht relevante Polymorphismen gewertet. Kurze Zeit später konnte dann aber Witt et al. bei 22 von 96 (23%) pädiatrischen Patienten mit chronischer idiopathischer Pankreatitis einen Zusammenhang von Veränderungen im SPINK1 Gen und dem Auftreten der Pankreatitis nachweisen (64). Insbesondere die N34S Mutation in Exon 3 dieses Gens ist von besonderem Interesse. 18 Patienten besaßen diese Mutation, die zu einem Austausch des Asparagin gegen Serin an Position 34 führte (N34S). Nur 6 Patienten waren homozygot für diese Veränderung. Es gab keine Unterschiede zwischen den homozygoten und heterozygoten Trägern bzgl. des Phänotyps. Zwischenzeitlich wurden diese Ergebnisse bestätigt und auch weitere Varianten entdeckt. Interessanterweise ist die N34S Mutation mit mehreren in den Introns lokalisierten Sequenz-Alterationen in kompletter Linkage verbunden, so dass die wirkliche funktionell


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relevante Veränderung nicht klar ist. Auch noch nicht endgültig geklärt erscheint die Rolle der N34S Mutation bei der hereditären Pankreatitis. N34S wurde bei 5 von 55 Patienten und in einer weiteren Studie bei 2 von 108 Patienten mit hereditärer Pankreatitis nachgewiesen. In einem großen Kollektiv von Patienten mit idiopathischer Pankreatitis wurde sie in 68 von 413 Fällen nachgewiesen. Gemeinsam ist allen Studien, dass der Nachweis der N34S Mutation mit einer Manifestation der Pankreatitis überwiegend im Kindesalter bzw. bis zum 20 Lebensjahr assoziiert ist (65). Dies mag auch erklären, warum wir in unserer eigenen Studie nur eine Prävalenz von 1/20 Patienten gesehen haben, da die Erstmanifestation der Erkrankung in unserem Kollektiv zwischen dem 18. und 40. Lebensjahr lag (66). Wir fanden darüber hinaus eine bisher nicht beschriebene G->A Transition an Position 194, welches das letzte Nukleotid des Exon 3 darstellt. Dieses konnten wir bestätigen mit einer Restriktions Enzym Analyse, da hierdurch die Erkennungssequenz für das Restriktionsenzym HphI maskiert und gleichzeitig die Spaltung durch TspRI ermöglicht wird. Untersuchungen mit einer nested RT-PCR in der Rektumschleimhaut des betroffenen Patienten ergaben jedoch keinen Hinweis auf einen Splicing Defekt auf RNA Ebene.

Die N34S Mutation findet sich dagegen bei 1% innerhalb der Normalbevölkerung ohne Pankreaserkrankung und die erwartete Häufigkeit von homozygoten N34S Trägern liegt bei 1 / 40 000. Die bisherigen Daten lassen vermuten, dass etwa 10% aller Patienten mit idiopathischer chronischer Pankreatitis homozygote Träger von N34S sind. Unter der Annahme einer erwarteten Prävalenz der idiopathischen chronischen Pankreatitis von 1 / 16 000 (7) ergibt sich damit eine Penetration der N34S Homozygoten von 25%. Hierbei ist allerdings die Tatsache, dass es keinen Unterschied im Phänotyp zwischen homozygot und heterozygot gibt nicht berücksichtigt. Ein anderes Bild bietet die bisher nur einmalig von Witt et al. beschriebene M1T Mutation. Das Verteilungsmuster innerhalb der untersuchten Familie lässt auf eine autosomal dominante Erkrankung schließen (64). Zur Zeit wird noch kontrovers diskutiert inwieweit es sich bei SPINK1 Mutationen um eine autosomal rezessive, eine


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polygenetische oder autosomal dominante Erkrankung handelt. Ein möglicher Erklärungsansatz ist, dass verschiedene Mutationen in einem Gen zu unterschiedlichen funktionellen Veränderungen führen können. Das heißt, dass die Mutationen zu einer deutlich herabgesetzten antiproteolytischen Wirkung des SPINK1 Proteins (M1T) führen oder nur zu einer leicht reduzierten antiproteolytischen Wirkung (N34S). Eine ähnliche phänotypische Einteilung ist auch von Mutationen des CFTR Gens bekannt (siehe unten). Darüber hinaus scheinen weitere modifizierende Faktoren wie „Lifestile“ und das gleichzeitige Vorliegen weiterer genetischer Veränderungen eine Rolle zu spielen. So ist die Zahl der N34S Träger bei Patienten mit alkoholischer chronischer Pankreatitis auf 6% erhöht (67). Das Vorliegen einer compound Heterozygotie für Mutationen im CFTR Gen und der N34S Mutation ist mit einem deutlich erhöhtem Risiko für eine idiopathische Pankreatitis verbunden (siehe auch unten) (66;68).

Neue genetische Untersuchungen bei Patienten mit tropischer Pankreatitis ergaben den überraschenden Befund, dass 32 von 68 Patienten eine Mutation des SPINK1 Gen aufwiesen (69). PRSS1 Mutationen waren nicht vorhanden. Dieser hohe Anteil an SPINK Mutationen wurde in einer weiteren Studie bestätigt (70). Die tropische Pankreatitis wurde bisher als eine Sonderform der idiopathischen Pankreatitis, die nur in tropischen Regionen auftritt, klassifiziert (7). Aufgrund der jetzigen neuen Daten, die einen ähnlichen genetischen Hintergrund (N34S) von Patienten mit tropischer Pankreatitis und Patienten mit ‚idiopathischer’ Pankreatitis aus den westlichen Industrieländern zeigen, muß dieses sicherlich neu überdacht werden.

3.4.3. Mutationen des CFTR (Cystic Fibrosis Transmebrane Conductance Regulator) Gen

Die Mukoviszidose (Cystic fibrosis, CF) (OMIM 219700) ist die häufigste autosomal rezessive Erkrankung der weißen Bevölkerung. Etwa 4% der deutschen Bevölkerung sind


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asymptomatische heterozygote Genträger und die Erkrankung kommt mit einer Häufigkeit von 1:2000 vor. Die Erkrankung wird hervorgerufen durch eine Mutation des CFTR Gens auf Chromosom 7 , welches ein Protein mit 1480 Aminosäuren kodiert, dass in der apikalen Membran der exokrinen Epithelzellen exprimiert wird. Das CFTR Protein funktioniert in erster Linie als cAMP induzierter Chloridkanal. Das klassische Bild der Mukoviszidose ist unter anderem mit einer exokrinen Pankreasinsuffizienz verbunden, die sich häufig bereits intrauterin manifestiert. Generell ist die Mukoviszidose die am häufigsten das Pankreas betreffende genetische Erkrankung. Eine Fehlfunktion des CFTR Proteins resultiert in einer Reduktion der Bicarbonat- und Chloridsekretion in den duktalen Zellen, welches sowohl zu einem erniedrigten Volumen als auch einer erhöhten Viskosität des Pankreassekretes führt (71). Darüber hinaus werden Veränderungen in der Endozytose und eine Imbalance der Membranlipidzusammensetzung als weitere relevante Faktoren in der CF assoziierten Pankreasschädigung diskutiert (72-74).

Abb. 7 : Klassifikation der Mutationen im CFTR Gen nach deren funktionellen Bedeutung. In der Zeile Pankreasinsuffizienz ist der Prozentsatz der CFTR-Patienten mit Pankreasinsuffizienz angegeben, die eine der häufigen ‚schweren’ (z.B. delta-F508) und eine zweite Mutation der jeweils entsprechenden Klasse haben (nach (52))

Seit der Entdeckung des CF-Gens 1989 sind bisher mehr als 1000 verschiedene Mutationen


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beschrieben [aktuelle Liste unter www.genet.sickkids.on.ca/cftr ]. Im deutschen Sprachraum sind ca. 72% der Patienten mit Mukoviszidose homozygot oder compound heterozygot für acht Mutationen des CFTR Gens: delta F508, G542X, R553X, W1282X, N1303K, 621+1G->T, 1717-1G->A und R117H. wobei allein die delta F508 Deletion in 66% der Fälle vorliegt. Die Mutationen in der Noncoding Sequenz des CFTR Gen in Intron 8 (5T, 7T und 9T Allele) sind mit einer Reduktion der normalen Messenger RNA für das CFTR Protein um 80% verbunden.

Es hat sich gezeigt, dass der Zusammenhang zwischen dem CFTR Genotyp und Phenotyp besonders am Pankreas ausgeprägt ist (75). CFTR Mutationen können in mindesten fünf Kategorien unterteilt werden, die sich aufgrund der molekularen Konsequenz der Mutation und der sich daraus ergebenden funktionellen Einschränkung definieren (Abb. 7 ) (52).
Eine etwas vereinfachte Einteilung unterscheidet zwischen einer „schweren“ und „milden“ Mutation. Etwa 85% der Patienten mit Mukoviszidose leiden an einer exokrinen Pankreasinsuffizienz, während etwa 15% eine ausreichende exokrine Pankreasfunktion haben. Die Mehrzahl der CF-Patienten mit einer Pankreasinsuffizienz haben jeweils eine ‚schwere’ Mutationen auf beiden Allelen, während die Patienten mit einer ausreichenden Pankreasfunktion zumindest eine Mutation haben, die mit einer ‚milden’ Funktonseinschränkung des CFTR Poteins assoziiert ist.

Bereits 1978 beschrieben Bank et al. erniedrigte Konzentrationen von NaCl im Schweiß von einigen Patienten mit chronischer Pankreatitis und diskutierten, inwieweit es sich hierbei um eine atypische CF Erkrankung handeln könnte. Es sollte jedoch noch 20 Jahre dauern, bis diese Beobachtung wieder aufgegriffen wurde.

1998 wurden dann zeitgleich zwei Studien publiziert, die ein gehäuftes Vorkommen von CFTR Mutationen bei Patienten mit idiopathischer chronischer Pankreatitis beschrieben (76;77). Sharer et al. fanden in 18 von 134 Patienten mit chronischer Pankreatitis eine heterozygote CFTR Mutation (13%)(77), während Cohn et al. in 7 von 27 Patienten


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mindestens eine CFTR Mutation (26%) und in 5 Patienten ein 5T Allele (19%) fanden (76). Seit September 1997 haben wir alle Patienten mit idiopathischer chronischer oder rezidivierender Pankreatitis in eine prospektive Studie aufgenommen um auf das Vorliegen von Mutationen im CFTR Gen zu untersuchen. Unsere Daten und auch zwischenzeitlich andere Studien bestätigten diese Ergebnisse und zeigen, dass bei ca. 30% der Patienten mit idiopathischer chronischer oder rezidivierender Pankreatitis mindestens ein abnormales CFTR Allele nachweisbar ist, im Gegensatz zu den 3-4 % in der kaukasischen Normalbevölkerung (52;78;79). Nicht ganz eindeutig sind die Daten zu der Rolle des 5T Allele. Diese scheinen zusammen mit compound heterozygoten Veränderungen eine Rolle spielen (80;81). Wie bereits oben erwähnt sind über 1000 Varianten im CFTR Gen bekannt. Die üblicherweise verwendeten und von den Fachgesellschaften für die Mukoviszidose empfohlenen Screening Mutationen beschränken sich aber nur auf die häufigen Mutationen (in der Regel 17 – 31 verschiedene Mutationen). Aufgrund der Größe des CFTR Genortes ist ein komplettes Screening extrem aufwendig. Unsere Daten und die anderer Gruppen suggerieren aber, dass bei den Patienten mit idiopathischer Pankreatitis auf dem Boden einer CFTR Mutation zumindestens auf einem Allele eine der weniger häufigen Mutationen der Klasse III – V vorliegt. Liegen zwei häufige Mutationen der Klasse I-II vor, so kommt es zu dem klassischen Bild der Mukoviszidose kombiniert mit einer Pankreasinsuffizienz . Dieses macht deutlich, dass mit den üblichen kommerziellen Screening Sets eine zu niedrige Detektionsrate zu erwarten ist. Eine Zusammenstellung der publizierten Daten zeigt, dass in 18% der Patienten mit idiopathischer chronischer Pankreatitis, die mit einem Routinescreening untersucht wurden, ein Nachweis einer CFTR Mutation auf mindesten einem Allele gelingt. In unserer Arbeit konnten wir durch Ausweitung des Panel an CFTR Mutationen, welche wir untersuchten, die Sensitivität erhöhen (78). Eine kürzlich erschienene Arbeit, in der das gesamte CFTR Gen bei Patienten mit ‚idiopathischer’ Pankreatitis untersucht wurde, bestätigte unsere Beobachtung, dass in der Regel eine compound Heterozygotie für eine


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leichte und eine schwere Mutation vorliegt (68). Eltern von an Mukovizidose erkrankten Kindern sind Träger eines abnormales CFTR Allel, haben aber kein erhöhtes Risiko für Pankreaserkrankungen. Diese Beobachtung bestätigt letztendlich auf anderer Weise, dass beide Allele betroffen sein müssen um das Risiko für eine Pankreatitis zu erhöhen (82).
Über die Genetik hinaus hat man versucht Patienten mit abnormalem CFTR Allel und einer Pankreatitis funktionell zu charakterisieren. Die Arbeitsgruppe um Cohn beobachtete einen reduzierten CFTR vermittelten in vivo Ionen Transport in der Nasenschleimhaut bei den Patienten mit CFTR Mutationen (Nasenpotential Messung) (68). Unsere Ergebnisse aus in vitro Versuchen an Biopsien aus der Rektumschleimhaut in einer Ussing Kammer ließen dagegen keine Diskriminierung zwischen Patienten mit chronischer Pankreatitis und nachgewiesener CFTR Mutationen gegenüber Kontrollen zu. Die Ussing Kammer Methode wurde von uns gewählt, da für die Messung in der Ussing Kammer eine höhere Sensitivtät zum Nachweis von Störungen des Chloridtransportes bei CFTR Patienten beschrieben wurde (83). Eine mögliche Erklärung für die widersprüchlichen Ergebnisse ergibt sich aus neueren Beobachtungen, worin die funktionellen Veränderungen, die durch CFTR Mutationen hervorgerufen werden, unterschiedliche Ausprägung in Abhängigkeit des jeweils untersuchten Organs haben können (84).

Liegt eine sogenannte ‚milde’ CFTR Mutation vor, so ist eine 5 – 25% Restfunktion des CFTR Proteins erhalten, die einerseits für die suffiziente Pankreasfunktion ausreicht, andererseits es aber auch ermöglicht, dass sich eine Pankreatitis entwickeln kann. Eine Einschränkung der CFTR Funktion scheint auch zu anderen Erkrankungen ausserhalb des Pankreas – insbesondere Lungenerkrankungen wie z.B. den Bronchiekatsien und dem Asthma - zu prädisponieren (Abb. 9) (79).


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Abb. 8 : Beziehung zwischen CFTR Genotyp, residualer CFTR Funktion und Phänotyp.

Alkohol wurde mehrfach diskutiert als ein den Phänotyp modifizierender Lifestile-Faktor bei Vorliegen einer CFTR assoziierten chronischen Pankreatitis. In den bisher vier publizierten Studien an insgesamt 217 Patienten mit alkoholischer Pankreatitis konnte keine erhöhte Frequenz von CFTR Mutationen nachgewiesen werden (4%) (79). Allerdings wurden hier auch nur die häufigen Mutationen untersucht, so dass eine zu erwartende niedrige Sensitivität eine mögliche Fehlerquelle darstellt (siehe oben). CFTR Mutationen führen zu Veränderungen in den duktalen Zellen des Pankreas, während PRSS1 und SPINK1 Mutationen mit einer azinären Zellschädigung verbunden sind. Daher ist zu erwarten, dass es bei gleichzeitigem Vorliegen einer dieser Mutationen zu einer synergistischen Risikoerhöhung für eine Pankreatitis kommt. Wir beobachteten in unserem Kollektiv bei 1/20 Patienten eine CFTR Mutation und eine Variante des SPINK1 Gens (erwartetet: ca. 1/16400). Eine Risikokalkulation ist aufgrund der Fallzahl nicht möglich. Aus der Arbeit von Noone et al. lassen sich folgende Zahlen extrahieren: Das Risiko eine Pankreatitis zu entwickeln steigt um das 40-fache, wenn zwei CFTR Mutationen vorliegen; um das 20-fache, wenn eine N34S Mutation vorliegt; und um das 900-fache, wenn sowohl eine compound


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Heterozygotie für CFTR als auch eine N34S Mutation vorliegt (68). Eine compound Heterozygotie für PRSS1 und CFTR Mutationen sind nach unseren Ergebenissen nicht relevant und wurden durch nachfolgende Arbeiten bestätigt (78; 85; 86).

3.4.4. Gen – Umwelt Interaktionen als Risikofaktoren für Pankreaserkrankungen

Alkoholabusus und Rauchen sind gesicherte Risikofaktoren für eine akute bzw. für eine chronische Pankreatitis (14; 87;88,89). Zugleich ist das Rauchen ein wesentlicher Risikofaktor für das Entstehen eines Pankreaskarzinoms (3;14;88;90). Weitere Risikofaktoren für ein Pankreaskarzinom sind eine energie- und fleischreiche Ernährung, sowie eine berufliche Tätigkeit als Chemiearbeiter, Friseur oder Reinigungskraft (90-93). Allen diesen Risikofaktoren ist gemeinsam, dass sie zu einer vermehrten Exposition gegenüber heterozyklischen Aminen führen, welche ein bekanntes zytotoxisches und genotoxisches Potential haben. So enthält der Zigarettenrauch bis zu 30 verschiedene aromatische Amine, einschließlich verschiedener Benzpyrene (94). Zusätzlich führt das Rauchen zu einem vermehrten oxidativen Stress, welcher wie oben bereits erwähnt, eine Rolle in der Pathogenese der akuten wie auch chronischen Pankreatitis spielt.
In einer Studie an 45 000 Zwillingspaaren aus einem skandinavischen Register untersuchten Lichtenstein et al. den Einfluß von genetischen und Umweltfaktoren auf die Entstehung von Tumoren. Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass bis zu 36% der Pankreaskarzinome auf eine genetische Prädisposition zurückzuführen seien (95). Zurückhaltendere Schätzungen gehen von 10% aus (96).

Bei der Bewertung einer genetischen Prädisposition ist zu unterscheiden zwischen genetischen Veränderungen mit hoher und niedriger Penetration. Bei Patienten mit einer positiven Familienanmnese für ein Pankreraskarzinom liegt häufig eine genetische Veränderung mit hoher Penetration vor, welche im allgemeinen Tumor Suppressor Gene


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betreffen. In einigen Fällen von familiärem Pankreaskarzinom wurden Mutationen in p16, p53, APC und BRCA2 identifiziert (96). In diesen Fällen ist der Umwelteinfluss nicht entscheidend.
Es finden sich jedoch auch Hinweise, dass genetische Prädispositionen mit niedriger Penetration, die relativ häufig in der Gesamtpopulation vorkommen, eine Rolle spielen in der Entwicklung von Pankreaserkrankungen. Diese genetischen Veränderungen erhöhen die Suszeptibilität für eine Entzündung oder ein Malignom bei gleichzeitiger Präsenz von zusätzlichen Umwelteinflüssen oder gleichzeitig vorliegenden anderen genetischen Risikofaktoren.

Abb. 9 : Rolle der Phase I und Phase II Enzyme in der Zellprotektion.

Diese Gene sind in einer Vielzahl von physiologischen Prozessen einschließlich dem Metabolismus von Karzinogenen, DNA Reparatur, Xenobiotika Transport, Inflammation, oxidativen Stress, Zellwachstum und Zellzyklusregulation involviert.
Uns hat in diesem Zusammenhang insbesondere der Xenobiotikametabolismus und der


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Schutz vor oxidativem Stress interessiert. Der zelluläre Xenobiotikametabolismus erfolgt in zwei Phasen (siehe Abb. 9). Phase I führt durch oxidative Bioaktivierung der Substrate zu reaktiven zyto- und genotoxischen Metaboliten (z.B. freie Sauerstoffradikale). Dieses wird überwiegend durch die Monooxygenaseaktivität der Cytochrom P450 Proteine katalysiert. Phase II nutzt dagegen reaktive Oxidationsprodukte als Substrate für Konjugationsreaktionen, die zu ihrer Inaktivierung und wasserlöslichen Eliminierung führen (97). Hier spielen Glukuronidierungsreaktionen eine quantitative und qualitativ entscheidende Rolle. Im Pankreas finden sich sowohl Phase I (Cytochrome, CYP) als auch Phase II Enzyme (98;99). Im Tierversuch führt Alkohol zu einer verstärkten Induktion und Aktivität von CYP-2E1 und CYP-1A1 (100). Eine Induktion und erhöhte Aktivität der Phase I Enzyme wie CYP1A1, CYP1A2, CYP2A6 und CYP2D6 im Pankreasgewebe von Patienten mit chronischer Pankreatitis gegenüber gesundem Pankreas wurde nachgewiesen (101-103). Im Gegensatz dazu fand sich in den Azinuszellen keine Erhöhung des Phase II Enzyms der Glutathiontransfersase (99). Besteht aber ein Ungleichgewicht zwischen der Phase I Aktivität und protektiver Phase II Detoxifikation, entstehen vermehrt freie Sauerstoffradikale (oxidativer Stress), die zytotoxisch und genotoxisch wirken (Abb. 9).
Die bekannten Risikofaktoren wie Alkohol und Nikotin für entzündliche Pankreaserkrankungen, als auch Nikotin und heterozyklische Amine als Risikofaktoren für das Pankreaskarzinom, werden jeweils gänzlich oder zum Teil über den Phase I und Phase II Xenobiotika Stoffwechsel metabolisiert oder führen zu einer Induktion der aktivierenden Phase I im Pankreasgewebe. Daher erscheinen genetische Veränderungen, die diesen Xenobiotika Metabolismus beeinflussen, besonders attraktiv als Erklärung für eine erhöhte Suszeptibilität von Patienten gegenüber Pankreaserkrankungen. Insbesondere, wenn die entsprechenden exogen Risikofaktoren vorliegen. Neben einer reduzierten protektiven Aktivität des Phase II Stoffwechsels direkt am Ort der Schädigung (Pankreasgewebe) besteht auch die Möglichkeit, dass am Ort des Eintritts der schädigen Substanzen in den Organismus


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die Schutzmechanismen versagen und es somit zu erhöhten systemischen Konzentrationen von z.B. freien Radikalen kommt. Das Epithel des oberen Gastrointestinaltraktes und das Lungenepithel stellen die Strukturen dar, welche der höchsten Konzentration von exogenen mit der Nahrung oder über die Atemluft aufgenommenen Karzinogen ausgesetzt ist.
Bisherige Ergebnisse der Studien, die sowohl Polymorphismen der Phase I Enzyme als auch Polymorphismen der Phase II Enzyme bei Patienten mit chronischer Pankreatitis als auch Pankreaskarzinom untersuchten, fanden widersprüchliche Ergebnisse (siehe Übersicht bei (96)). Untersucht wurden die Phase I Enzyme CYP1A1, Cyp2E1, CypP2D6, als auch die Phase II Enzyme Gluthationtransferasen (GSTM1), NAD(P)H:quinon-oxidoreduktase 1(NQO1) und N-acetyltransferase 1 und 2 (NAT-1 und –2) (96;104).

Eine bisher nicht untersuchte und nur wenig charakterisierte Superfamilie der Phase II Enzyme sind die Uridindiphosphat-5’-Glukuronosyltransferasen (UGT). Die extrahepatische Bedeutung dieses wichtigen Stoffwechsel- und Entgiftungssystems des Körpers wurde erst in den letzten Jahren erkannt (105). UGT-Proteine sind in der inneren Membran des Endoplasmatischen Retikulums (ER) lokalisiert und katalysieren dort die Konjugation von hydrophoben Substraten mit Glukuronsäure unter Verwendung von Hydroxy- (-OH), Amino- (-NH2), Sulfhydryl- (-SH) oder Karboxyl- (-COOH) Gruppen. Beim Menschen sind bisher 17 Isoformen kloniert und charakterisiert. Auf der Basis der Sequenzhomologien werden zwei Familien, UGT1 und UGT2, unterschieden. UGT2 verstoffwechselt bevorzugt als Substrate Steroidhormone und Gallensäure und zeigt damit eine Präferenz für endobiotische Verbindungen.
UGT1A nimmt eine Schlüsselrolle in der Entgiftung von Xenobiotika wie z.B. die durch Verbrennungsgase, Tabakrauch und durch gebratene Nahrung aufgenommene polyzyklischen, aromatischen Kohlenwasserstoffe ein. Der UGT1A Genort auf Chromosom 2q37 ist durch eine Serie divergenter Exon 1-Kassetten an seinem 5’- Ende charakterisiert (106). Dieses ermöglicht die potentielle Kodierung von 12 Isoformen. In diesem Zusammenhang ist


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bemerkenswert, dass in den letzten Jahren eine organspezifische Expression der verschiedenen Isoformen in den extrahepatischen, epithelialen Geweben wie Lunge, Ösophagus, Magen, Gallenwegen und Kolon nachgewiesen wurde (105;107-109). Unklar ist jedoch noch die Expression der verschiedenen Isoformen im oberen Gastrointestinaltrakt und im menschlichen Pankreas. Wir haben erstmalig im Pankreasgewebe als auch in den einzelnen Abschnitten des oberen Gastrointestinal-Traktes die Expression der einzelnen UGT1A Isoformen untersucht (110; 111). Im Gegensatz zu den bisher untersuchten intestinalen UGT1A7 Expressionsprofilen (106;109) finden sich im Pankreasgewebe fast ausschließlich Transkripte für UGT1A7. Neben dem UGT1A7 fanden sich nur UGT1A3 und UGT1A4 in geringer Ausprägung, welche nur eine geringe katalytische Aktivität gegenüber komplexen Phenolen und heterozyklischen Aminen haben (106;112). Wie wir u.a. zeigen konnten wird UGT1A7 auch in der Schleimhaut der Mundhöhle, des Ösophagus (110), der Lunge (113) und in der Magenschleimhaut (110;114) exprimiert. Die Dominanz des UGT1A7 im Pankreasgewebe und die Expression in den Schleimhäuten des oberen Gastrointestinaltraktes machen es als ein potentielles Kandidatengen für entzündliche und maligne Pankreaserkrankungen attraktiv.

Abb. 10 : Abb. 11 : Polymorphismen im UGT1A7 Gen (nach (115)).

In vitro Experimente konnten zeigen, dass UGT1A7 insbesondere die Detoxifizierung von aromatischen Hydrokarbonen und heterozyklischen Aminen (wie z.B. Benzpyren Metabolite, 2-Amino-1-Methyl-6-Phenylimidazol[4,5-ß]pyridine (PhiP)) – wie sie im Zigarettenrauch


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oder bei der Zubereitung von Fleisch entstehen - katalysiert (siehe Tabelle 1)(115).

Die weitere genetische Analyse des UGT1A7 Gens in einer großen Anzahl von Patienten identifizierte 3 Aminosäurenaustausche, die drei Polymorphism des UGT1A7 Allele definieren (UGT1a7*2, UGT1A/*3, UGT1A7*4) (siehe Abbildung). Die simultane Kombination dreier Missensemutationen (N129K, R131K, W208R) auf einem Allele definiert UGT1A7*3 und führt zu einer signifikanten Reduktion der katalytischen Aktivität gegenüber verschiedenen Substraten (Tabelle 1) (115) (113).

In diesen Untersuchungen haben wir Patienten mit alkoholischer chronischer Pankreatitis und als krankheitsspezifische Kontrollgruppen Patienten mit einer Pankreatitis auf dem Boden einer SPINK 1 Mutation (siehe oben) oder einer idiopathischen Pankreatitis eingeschlossen. Beide Gruppen wurden zu einer gesunden Kontrollgruppe verglichen. Neben der Frage nach der Zytotoxität stellt sich die Frage nach der Genotoxität. Daher haben wir zusätzlich Patienten mit einem Pankreaskarzinom in diese Studie mit aufgenommen. Es zeigte sich, dass die Patienten mit einem UGT1A7*3 Polymorphismus ein erhöhtes Risiko haben eine chronische alkoholische Pankreatitis (ODDS Ratio: 2,0; 95% CI [1,4 – 3,1]) oder ein Pankreaskarzinom (ODDS Ratio: 1,98; 95% CI [1,2 – 3,1]) zu entwickeln. Patienten mit einer idiopathischen Pankreatitis oder einem genetischen Hintergrund (N34S Mutation, CFTR Mutationen) einer chronischen Pankreatitis unterschieden sich dagegen nicht signifikant von der Kontrollgruppe. UGT1A7*3 prädisponiert zum Entstehen einer Pankreaserkrankung, wenn eine zusätzliche exogene toxische Belastung vorliegt. Neben dem Alkohol muß hier der parallel einhergehende Nikotinabusus (89% in unserem Kollektiv) in Betracht gezogen werden. Das Vorliegen der UGT1A7*3 Allele war besonders stark mit einem frühen Auftreten (< 55 Lebensjahr) eines Pankreaskarzinom assoziiert (ODDS Ratio: 4,7; 95% CI [1,9 – 11,8]), wobei hier alle Patienten mit der Erstmanifestation des Pankreaskarzinomes vor dem 55 Lebensjahr Raucher waren. Dieses bestätigt den negativen synergistischen Effekt von Nikotinabusus und Vorliegen eines UGT1A7*3 Polymorphismus, welches ein Protein mit


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niedriger katalytischer Entgiftungsaktivität kodiert. Darüber hinaus unterstützen diese Daten indirekt die Rolle des oxidativen Stress in der Genese von Pankreaserkrankungen (siehe oben).

Tabelle 1 : Mittlere katalytische Aktivität des Wildtypes und der bekannten drei Polymorphismen im UGT1A7 Gens nach rekombinanter Expression in einem eukaryotischen Zellsystem. Nach (115).

Substrate

UGT1A7*1

Wildtyp

UGT1A7*4

W208R

UGT1A7*2

N129K

/R131K

UGT1A7*3

N129K/R131K

/W208R

1-Nitrophenol

1773(615)

32 (23)

13 (2)

Nd

1-Naphthol

592 (100)

36 (16)

nd

Nd

4-Methylumbelliferon

12110 (361)

191 (136)

13 (2)

Nd

4-tert-Butylphenol

121 (2)

nd

12 (0.2)

nd

7-Hydroxybenzo(a)pyren

1263 (20)

51 (10)

14 (0.5)

nd

8-Hydroxybenzo(a)pyren

98 (6)

nd

12 (1)

nd

7–8-Hydroxybenzo(a)pyren

79 (7)

nd

15 (1)

nd

9-Hydroxybenzo(a)pyren

198 (15)

nd

16 (3)

nd

PhIP

48 (4)

nd

17 (5)

nd

PhIP, amino-1-methyl-6-phenylimidazo-(4.5-b)-pyridin (PhIP); angegeben sind Mittelwerte (Standardabweichung).

Weiterhin konnten wir zeigen, dass die UGT’s und insbesondere das UGT1A7 in dem Epithel des Rachenraums, des Ösophagus und dem Magen exprimiert wird (110). Das Vorliegen des UGT1A7*3 Polymorphismus mit der damit verbundenen reduzierten Detoxifikationskapazität führt daher nicht nur im Pankreasgewebe zu einer erhöhten Konzentration von potentiell toxischen Substanzen (z.B. freie Radikale), sondern bereits die mukosale Detoxifikation ist eingeschränkt. UGT1A7*3 ist mit einem erhöhtem Risiko für das Entstehen von Tumoren in eben diesen Bereichen, der Leber, dem Kolon, als auch in der Lunge assoziiert (110)


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(113;115;116). Dies bestätigt die protektive Bedeutung dieses Enzymsystems. Es handelt sich bei dem UGT1A7*3 Polymorphismus also um eine genetische Prädisposition zu malignen Erkrankungen in verschiedenen Organen, wobei im Falle von Pankreaserkrankungen negative synergistische Effekt durch eine reduzierte Detoxifikationskapazität sowohl am ‚point of entry’ als auch im Zielgewebe selber auftreten. Es ist anzunehmen, dass durch die weitere genetische Charakterisierung von Phase I und Phase II Enzymen es möglich sein wird Risikoprofile für verschiedene Krankheitsbilder zu entwickeln. Damit sollte eine bessere Überwachung von Risikogruppen und eine gezieltere Prävention von Erkrankungen zu möglich sein.

3.5. Zusammenfassung

Wir konnten zeigen, dass chronisch entzündliche Erkrankungen des Pankreas gekennzeichnet sind durch systemische Veränderungen des Immunsystems mit Aktivierung der zellulären Immunantwort. Hierbei findet sich kein Unterschied hinsichtlich der zugrundeliegenden Aetiologie der chronischen Pankreatitis. Abzugrenzen ist diese reaktive Veränderung von dem Bild der erst kürzlich definierten Autoimmunpankreatitis, die eine eigene Entität darstellt.
Mit der Entdeckung der der hereditären Pankreatitis zugrundeliegenden Mutationen im kationischen Trypsinogen Gen hat sich ein neues faszinierendes Kapitel in der Pankreasforschung eröffnet. Wir konnten hier eine neue Mutation im Aktivierungspeptid identifizieren (D22G). Experimentelle funktionelle Daten an entsprechend der K23R und D22G Mutation veränderten synthetischen Peptiden ergaben Hinweise auf eine gegenüber dem Wildtyp Peptiden verstärkten Aktivierung des Trypsins. Andere genetische Veränderungen im kationischen Trypsinogen Gen führen zu einer reduzierten Inaktivierung des intraazinären Trypsin (N29, R122).

Ausserhalb der familiären Pankreatitis sind Mutationen des CFTR Gens oder des SPINK1


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Gens in unserem Patientengut mit idiopathischer Pankreatitis mit der Entwicklung einer entzündlichen Pankreaserkrankung assoziiert. Insbesondere die CFTR Mutationen, die nur zu einer eingeschränkten Funktion (5-25%) des CFTR Proteins führen, sind mit einer Pankreatitis verbunden. Im Einklang mit den Ergebnissen anderer Arbeitsgruppen finden sich diese Veränderungen bei ca. einem Drittel der Patienten mit sogenannter ‚idiopathischer Pankreatitis’. Aber auch bei der alkoholischen Pankreatitis und dem Pankreaskarzinom spielt der genetische Hintergrund eine Rolle. Unsere Daten zeigen erst mal einen negativen synergistischen Effekt von Alkohol- und Nikotinabusus und dem Vorliegen von Polymorphismen im UGT1A7*3 Gen, welches für ein Protein mit niedriger katalytischer Entgiftungsaktivität des Phase II Enzyms kodiert. Die erniedrigte UGT1A7 Aktivität führt unter anderem zu einer Akkumulation von freien Radikalen und damit zu vermehrtem oxidativem Streß. Damit bestätigen unsere Daten indirekt die bisher bekannten experimentiellen Daten, dass der oxidative Streß eine tragende Rolle sowohl im Verlauf einer akuten als auch chronischen Pankreatitis spielt. Die positiven Ergebnisse einer eigenen prospektiven randomisierten Studie mit einer antioxidativ und immunmodulierend wirkenden parenteralen Glutaminsubstitution bei Patienten mit akuter Pankreatitis bekräftigen dieses Beobachtung und zeigt einen neuen therapeutischen Ansatz auf.

Die zunehmende Kenntnis der genetischen und pathophysiologischen Zusammenhänge der Pankreaserkrankungen werden hoffentlich in Zukunft neben einer besseren Diagnostik auch zu einer verbesserten Therapie dieser Patienten führen.


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23.02.2004