Gut vernetzt

Die Rolle von Faktor XIII in der Hämostase

Trillium Diagnostik 2018; 16(4): 240-242

Unter den Strömungsbedingungen der Blutbahn ist eine gute Verankerung von Vorteil. Eine feste chemische Bindung hilft, Zellen oder Proteine an Ort und Stelle zu halten und anzureichern, um so lokal wichtige Funktionen ausführen zu können. Solche Vernetzungen knüpft die Transglutaminase Faktor XIII und spielt dadurch eine wichtige Rolle im Bereich der Wundheilung und Hämostase.

Schlüsselwörter: Immunturbidimetrie, Ammoniakfreisetzung, Isopeptidase-Aktivität, Gerinnsellöslichkeitstest, V34

Üblicherweise sind aktivierte Gerinnungsfaktoren Serinproteasen oder deren Kofaktoren. Ihre Aufgabe besteht in der Spaltung von anderen Proteinen, meist im Sinne einer Aktivierung oder Inaktivierung. Ganz anders wirkt Faktor XIII (FXIII): Er gehört zu den Transglutaminasen, die im Körper Proteine und auch Zellen chemisch miteinander vernetzen können. In Plasma findet man FXIII, ein Protein mit ca. 320 kDA, als Hetero­tetramer A2B2 an Fibrinogen als Trägerprotein gebunden. Die A-Untereinheiten mit einem Cystein im aktiven Zentrum werden in Megakaryo­zyten und Makrophagen synthetisiert, die B-Untereinheiten in der Leber. Im Plasma bildet sich ein A2B2-Komplex, während in der Cerebrospinalflüssigkeit ein großer Teil der A-Unter­einheiten in freier Form vorliegt [1]. In Megakaryozyten bzw. Plättchen, Chondrozyten, Osteoblasten, Osteozyten und in der Plazenta findet man die A2-Form. Die B-Untereinheiten schützen die A-Form vor vorzeitiger Proteolyse und Aktivierung, sind aber auch für die Substratbindung und die Aktivierung durch Thrombin wichtig. FXIII hat im Blut eine Halbwertszeit von etwa 9–14 Tagen; die Plasmakonzentration beträgt ca. 22 μg/ml [2]. Das Proenzym FXIII wird bei Gerinnungsaktivierung durch Thrombin und Kalziumionen in die aktive Transglutaminase FXIIIa aktiviert. Dabei wird je ein Aktivierungspeptid aus den A-Ketten abgespalten, anschließend lösen sich unter Mitwirkung von Ca2+-Ionen und Fibrin die B-Ketten ab. Bei einer der vielen genetischen Varianten, FXIII V34L, ist die Aktivierung beschleunigt. Auch die Komplementprotease MASP-1 kann FXIII (und andere Hämostaseproteine) aktivieren [3], und ist so ein Beispiel für die vielen Vernetzungen von Hämostase und Komplementsystem.

Funktionen von Faktor XIIIa

FXIIIa vernetzt Proteine durch Bildung einer Isopeptidbindung zwischen einem spezifischen Glutaminrest des einen Proteins und dem ε-Amino-Rest in einer exponierten Lysin-Seitenkette eines anderen Proteins (Abb. 1) [4]. Dabei wird jeweils ein Molekül Ammoniak freigesetzt, was auch bei der Diagnostik eine Rolle spielt (s. u.). Die Dichte der durch FXIIIa quervernetzten Fibringerinnsel hängt von den Bedingungen bei deren Bildung ab, insbesondere von der Thrombin- und Fibrinogen-Konzentration [5]. Das bedeutet auch, dass bei niedrigen Spiegeln von Gerinnungsfaktoren und Fibrinogen, z. B. bei einer Verbrauchs- oder Verdünnungskoagulopathie (Sepsis, intra- und postoperativ, Traumapatienten), die Vernetzung der Gerinnsel und deren Fixierung an Zelloberflächen schwächer ist. Hierdurch ist dann ein essenzieller Teil der Wundheilung beeinträchtigt. Besonders dichte Gerinnsel finden sich dagegen bei Hyper­koagulabilität mit hohen Spiegeln von Thrombin (Prothrombinmutation, Faktor-V-Leiden, erniedrigte Konzentration von Antithrombin, hoher FVIII-Spiegel etc.) bzw. Fibrinogen (akute Phase). FXIIIa hat im Plasma mehr als 100 Substrate, von denen 48 in ein Fibringerinnsel eingebaut werden [6]. Ein Teil dieser Substrate ist in Tab. 1 aufgeführt.

Diese Proteine tragen zu einer Anheftung von Fibrin oder anderen Proteinen an Zelloberflächen bei, insbesondere aber zur Stabilisierung von Fibrinnetzwerken, zur Wundheilung sowie zur Retention von Erythrozyten. Die Stabilisierung wird durch eine Quervernetzung von Fibrinketten untereinander erreicht, aber auch durch den kovalenten Einbau von Protease-Inhibitoren wie α2-Antiplasmin oder TAFI (Thrombin-aktivierbarer Fibrinolyse-Inhibitor). Diese schirmen das Gerinnsel vor Angriffen des Fibrinolyseenzyms Plasmin ab. Neben der Vernetzung der Fibrinketten wirkt daher FXIIIa indirekt antifibrinolytisch. FXIII hat darüber hinaus auch wichtige Funktionen im Bereich der Wundheilung, der Angiogenese, während der Schwangerschaft und bei der Reorganisation von extrazellulärer Matrix und des Gewebes nach Verletzungen.

Klinik

Ein erblicher Mangel an FXIII ist selten (ca. 1 bis 2 Fälle/Million Einwohner). Ursache sind Mutationen in beiden Ketten. Man unterscheidet den

Mangel vom Typ 1 (quantitativer Mangel: Immunoassays und funktionelle Tests pathologisch)

Mangel vom Typ 2 (qualitativer Mangel: Immunoassay normal, funktioneller Test pathologisch)

Neben leichten (Epistaxis, Blutungen der Schleimhäute und Weichteile, Menorrhagie) bis manchmal schweren Blutungen führen sie je nach Aktivität des FXIII auch zu Wundheilungsstörungen, frühzeitigen Aborten durch Störungen der Plazentafunktion und zu Blutungen der Nabelschnur nach der Geburt. Die Schwere des Mangels wird wie folgt klassifiziert [9]: 

Schwerer Mangel: Nicht nachweisbare FXIII-Aktivität, spontane Blutungen

Moderater Mangel: < 30% Aktivität, milde Blutungen, spontan oder nach einem Trigger

Milder Mangel: > 30% Aktivität, meist asymptomatisch

Ungefähr ein Drittel der Patienten mit schwerem FXIII-Mangel erleiden schwere intrakranielle Blutungen. Charakteristisch sind insbesondere Nachblutungen nach Trauma oder Operationen, hervorgerufen durch die Instabilität und frühzeitige Lyse der Gerinnsel. Solche klinischen Befunde sollten Anlass für eine rasche Labordiagnostik sein, denn eine Behandlung mit FXIII-Konzentrat (aus Plasma oder inzwischen auch rekombinant [10]) oder Frischplasma (mit langsamerer Wirkung) stoppt bei FXIII-Mangel oft die Blutung. Eine unnötige Gabe verursacht aber erhebliche Kosten. Ein aktueller Review setzt die Schwelle zur Gabe von FXIII-Konzentraten bei ca. 10–20% Restaktivität [11]. Patienten mit schweren Mängeln an FXIII sind auf eine lebenslange Substitutionstherapie angewiesen. Heterozygote Fälle mit Aktivitätsspiegeln um 30–60% sind schwierig an den Symptomen alleine zu erkennen, da sich hier keine spontanen Blutungen zeigen. Probleme entstehen oft erst im Zusammenhang mit Operationen, Zahnextraktionen oder Menorrhagie. Häufiger als erbliche sind erworbene Mängel von FXIII, die bei einer Vielzahl von Erkrankungen auftreten können. Hier sind natürlich Erkrankungen von Leber bzw. Knochenmark – also den Syntheseorten der beiden Untereinheiten – von besonderer Bedeutung, zudem Verbrauchsreaktionen (z. B. bei Sepsis), Verbrennungen oder entzündliche Darmerkrankungen. Auch nach allogener Stammzelltransplantation kann ein FXIII-Mangel auftreten. Eine aktuelle retrospektive Studie fand allerdings bei kardiologischen Patienten keinen Zusammenhang mit FXIII und postoperativen Blutungen [12]. Bei FXIII-Mangelzuständen muss auch immer an den möglichen, aber sehr selten auftretenden, Einfluss eines Inhibitors gedacht werden. Darunter sind Antikörper zu verstehen, die gegen das körpereigene (bzw. zugeführte) Protein gebildet werden können. Manchmal geschieht dies spontan, aber auch in Verbindung mit autoimmunen oder lymphoproliferativen Erkrankungen sowie nach Gabe von Frischplasma, Plättchen- oder Faktorenkonzentraten. Ein wichtiger Aspekt bei Patienten mit Mangel an FXIII ist, dass durch das Ausbleiben der Fibrinquervernetzung auch die Bildung von D-Dimeren (durch FXIIIa quervernetzte Fibrinspaltprodukte) eingeschränkt sein kann, sodass dann der sonst so informative D-Dimer-Wert nicht mehr zuverlässig ist.

Labordiagnostik 

Ein Mangel an FXIII wird nicht durch die Globaltests Quick, aPTT, Thrombin- oder Reptilasezeit erfasst (auch nicht bei mechanischer Endpunkterfassung!), da die Aktivierung und Wirkung von FXIII erst während bzw. nach der Gerinnselbildung einsetzt. Die Fachgesellschaft ISTH (International Society on Thrombosis and Haemostasis) hat Richtlinien zum Vorgehen bei Verdacht auf FXIII-Mangel herausgegeben [13]. Funktionelle Tests haben den Vorteil, dass sie sowohl kongenitale Mängel vom Typ 1 oder 2 als auch alle erworbenen Mängel erkennen. Hierbei wird meist FXIII durch Thrombin/Ca2+ aktiviert und anschließend ein Aminosäureester in ein Peptid eingebaut. Die dabei erfolgende Ammoniakfreisetzung (Abb. 1) durch α-Ketoglutarat/NAD(P)H wird mittels UV-Test bei 340 nm gemessen [14]. Das ist allerdings nicht auf allen Geräten möglich, weil diese häufig nicht über die erforderliche Wellenlänge verfügen. Dieser Test wird durch das Fibrinogen der Probe beeinflusst und misst bei tiefen Spiegeln etwas zu hoch. Ein Plasmablank erhöht die Richtigkeit [15]. Auch hohe Spiegel von Ammoniak, z. B. bei Lebererkrankungen oder Chemotherapie, können stören. Ein funktioneller Inkorporationstest für FXIII in der Mikrotiterplatte, der auch bei niedrigen Werten zuverlässig misst, ist etwas aufwendiger [16]. An auto­matisierten Geräten lassen sich aber gut turbidimetrische Immunoassays (FXIII-Antigen) einsetzen. Diese korrelieren überwiegend gut mit funktionellen Tests [17]. Andere Methoden sind wenig verbreitet. 

Ergebnisse der FXIII-Bestimmung müssen natürlich immer im Kontext mit anderen Gerinnungswerten, hier insbesondere Thrombozyten und Fibrinogen, aber auch dem Spiegel an α2-Antiplasmin (alles potenzielle Substrate für FXIIIa) interpretiert werden. FXIII-Mutationen sind häufig, genetische Untersuchungen zur Typisierung eines Mangels (siehe Datenbank: www.f13-database.de) sinnvoll.

Point-of-Care-Diagnostik

Spezifische POC-Tests für FXIII gibt es nicht. Faktor XIII hat aber einen Einfluss auf die Thromboelastometrie bzw. Thromboelastografie (TEM/TEG), insbesondere die Gerinnselfestigkeit (MCF-Wert). Ein sicherer Nachweis eines FXIII-Mangels ist allerdings so nicht möglich, da dieser Parameter auch von anderen Variablen wie Thrombozytenzahl und Fibrinogen abhängt. Auch die Art und das Ausmaß einer eventuellen Verdünnung mit Kolloiden hat einen Einfluss [19]. Durch Zusatz von FXIII ex vivo erhöht sich der MCF-Wert. So lässt sich indirekt vorhersagen, ob sich dieser Parameter, der oft mit einer Blutungsneigung korreliert, verbessern lässt. Da es dafür keine standardisierten Kits gibt, müssen diese experimentellen Ergebnisse mit Bedacht interpretiert werden. Aber auch in vivo führt eine Gabe von FXIII-Konzentrat oft zu einem besseren MCF-Wert.

Ausblick

Die oft als Einzige durchgeführten Gerinnungstests Quick und PTT versagen, wenn es um FXIII (und verschiedene andere mögliche Ursachen für Gerinnungsstörungen) geht. Meistens stehen aber Methoden zur sofortigen Diagnostik eines FXIII-Mangels zur Verfügung. So kann die – früher wohl häufig nicht erkannte –  Gerinnungsstörung durch eine rasche Behandlung mit rekombinanten oder aus Plasma gewonnenen FXIII-Konzentraten heute schnell behoben werden. Nur ist natürlich auch hier die nötige Sorgfalt anzuwenden, denn nicht alle erniedrigten Werte müssen sofort auch spezifisch mit hohen Kosten therapiert werden.   

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