Lexikon der Medizinischen Laboratoriumsdiagnostik
Autoren
H. -D. Haubeck

Desoxypyridinolin

Desoxypyridinolin
Synonym(e)
DPD; PYD; Pyridinolin(-Crosslinks)
Englischer Begriff
deoxypyridinoline; DPD; PYD
Definition
Pyridinolin (PYD) und Desoxypyridinolin (DPD) entstehen als Quervernetzungen („Crosslinks“) während der Bildung der Kollagenfibrillen und sind für deren Stabilität verantwortlich (s. Abbildung). Nachfolgende Abbildung zeigt die Hydroxypyridium-(Pyridinolin-)Querbrücke aus 2 Hydroxylysinresten und einem Lysinrest im Kollagen:
Molmasse
PYD 429,2 g, DPD 413,2 g.
Synthese – Verteilung – Abbau – Elimination
Die Quervernetzung der Kollagene erfolgt durch das Kupfer-abhängige Enzym Lysyloxidase (LOX). Hierbei wird zunächst die ε-Aminogruppe der Lysinseitenkette oxidativ deaminiert. Die entstehende reaktive Aldehydgruppe (Allysin) kann spontan mit einer weiteren Aldehydgruppe zu einem Allysinaldol und in der Folge mit weiteren reaktiven Aldehyden benachbarter Kollagenmoleküle zu den Crosslinks Desoxypyridinolin (DPD, Lysylpyridinolin) und Pyridinolin (PYD, Hydroxylysylpyridinolin) kondensieren. Hierbei reagieren 2 Lysin- bzw. Hydroxylysinreste in den Telopeptiden jeweils mit einem Rest im tripelhelikalen Bereich (Aminosäuren 87 oder 930). Dadurch werden die einzelnen tripelhelikalen Tropokollagenmoleküle in einer versetzten Anordung zu größeren supramolekularen Strukturen, den Kollagenfibrillen, zusammengefügt und durch die Quervernetzung stabilisiert. Während Pyridinolin in Knochen, Knorpel, Sehnen und weiteren Geweben vorkommt, ist das Vorkommen von Desoxypyridinolin auf Knochen und Dentin beschränkt.
Beim Abbau der Kollagene im Knochen durch Kathepsin K und/oder verschiedene Matrix-Metalloproteasen entstehen überwiegend Desoxypyridinolin und Pyridinolin enthaltende Peptide (s. Aminoterminales Typ-I-Kollagen-Telopeptid und Carboxyterminales Typ-I-Kollagen-Telopeptid) und z. T. freies DPD bzw. PYD. Das Verhältnis der freien DPD und PYD zu den Peptid-gebundenen Formen beträgt ca. 40:60. Das molare Verhältnis von DPD und PYD entspricht im Urin im Wesentlichen dem im Knochen. Dies spricht dafür, dass DPD und PYD hauptsächlich dem Knochen entstammen. Nach der Degradation des Kollagens werden DPD und PYD ins Blut freigesetzt und in den Urin ausgeschieden. Sie werden nicht wiederverwendet oder in der Leber metabolisiert.
Halbwertszeit
Die Halbwertszeit der Pyridinium-Crosslinks DPD und PYD beträgt bei 37 °C ca. 6 Stunden. Bei Raumtemperatur und niedrigeren Temperaturen erfolgt keine nennenswerte Degradation.
Funktion – Pathophysiologie
Die Funktion der Pyridinolin- und Desoxypyridinolin-Crosslinks besteht in der Stabilisierung der fibrillären Kollagene, insbesondere von Kollagen Typ I. Dementsprechend kommt es bei Patienten mit einem Defekt der Lysylhydroxylase und einer Beeinträchtigung der Bildung der Crosslinks (Ehlers-Danlos-Syndrom Typ VI) u. a. zu einer extrem dehnbaren Haut, überstreckbaren Gelenken, einer schweren Kyphoskoliose und Fragilität der Arterien.
Im Rahmen des physiologischen Knochenumbaus, aber auch beim verstärkten Knochenabbau bei verschiedenen Knochenerkrankungen wird Kollagen Typ I degradiert. Die entstehenden Fragmente lassen sich dementsprechend als Marker der Knochenresorption verwenden.
Untersuchungsmaterial – Entnahmebedingungen
Urin (24-Stunden-Sammelurin, erster oder zweiter Morgenurin), für Serum liegen z. Zt. nur begrenzte Erfahrungen vor.
Probenstabilität
DPD und PYD sind sehr empfindlich gegen UV-Licht, wobei die freien Crosslinks empfindlicher sind als die Peptid-gebundenen Formen, Tageslicht und Laborlicht haben einen geringen Einfluss. DPD und PYD können mehrfach eingefroren und aufgetaut werden.
Präanalytik
Es besteht, wie bei den anderen Abbauprodukten des Kollagen Typ I (amino- und carboxyterminale Telopeptide, NTX und CTX) ein zirkadianer Rhythmus der Urinausscheidung von DPD und PYD mit maximalen Werten zwischen 5 und 8 Uhr und minimalen Werten (ca. 20–30 % niedriger) zwischen 16 und 20 Uhr. Für den Einsatz von DPD und PYD in der Verlaufskontrolle muss die intraindividuelle Variabilität von bis zu 30 % berücksichtigt werden. Darüber hinaus ist die physische Aktivität von erheblichem Einfluss, insbesondere Immobilisierung führt schon am 2. Tag zu einem deutlichen Anstieg der DPD bzw. PYD-Ausscheidung. Während der Einfluss von Kollagen aus der Nahrung gering ist, spielen vor allem Alter, Geschlecht und Hormonstatus eine große Rolle. Hierbei müssen vor allem die Altersabschnitte in Bezug zur Menopause (prä-, peri- und früh bzw. spät postmenopausal) berücksichtigt werden, aber auch eine Schwangerschaft führt zu einem starken Anstieg der DPD-PYD-Ausscheidung.
Analytik
Die Messung von Pyridinolin und Desoxypyridinolin kann über die spezifische Eigenfluoreszenz mittels HPLC oder durch verschiedene Immunoassays erfolgen.
Internationale Einheit
nmol/L bzw. nmol/mmol Kreatinin.
Referenzbereich – Erwachsene
Die Referenzbereiche sind material- (Spontan- bzw. 24-Stunden-Sammelurin) und methodenabhängig.
Referenzbereich – Kinder
Die Referenzbereiche sind material- (Spontan- bzw. 24-Stunden-Sammelurin) und methodenabhängig.
Indikation
Metabolische Knochenerkrankungen wie postmenopausale Osteoporose, Hyperparathyreoidismus, Hyperthyreose, M. Paget und Tumoren mit Knochenbeteiligung, Verlaufskontrolle einer Therapie mit Biphosphonaten etc.
Interpretation
Die Bewertung der Ergebnisse muss nicht nur die analytische Ungenauigkeit der verwendeten Methode, die mäßige Korrelation der verschiedenen Methoden, die erheblichen Unterschiede der Messergebnisse verschiedener Labors (auch bei gleicher Methode), sondern vor allem die zahlreichen präanalytischen Einflussfaktoren (s. oben) berücksichtigen. Trotz dieser Einschränkungen lässt sich eine Verlaufs- bzw. Therapiekontrolle bei verschiedenen Knochenerkrankungen (z. B. Hyperparathyreoidismus, renale Osteodystrophie, Osteoporose und Osteomalazie) über DPD bzw. PYD durchführen.
Diagnostische Wertigkeit
Die Diagnose der Osteoporose erfolgt über die Messung der Knochendichte. Die Densitometrie ist allerdings relativ unempfindlich, d. h. nur größere Veränderungen der Knochendichte sind nachweisbar. Neben der analytischen Ungenauigkeit besteht darüber hinaus auch eine erhebliche Variabilität der Knochendichte an verschiedenen Lokalisationen. Für die Verlaufskontrolle und Therapiekontrolle, insbesondere für die Beurteilung der Geschwindigkeit der Knochenresorption, sind daher biochemische Parameter der Knochenresorption wie DPD und PYD besser geeignet. DPD und PYD sind als Marker der Knochenresorption der früher häufig verwendeten Messung der Hydroxyprolinausscheidung überlegen (Knochenspezifität, Nahrungsabhängigkeit etc.). Die in der Zwischenzeit etablierten neuen Parameter der Knochenresorption wie amino- und carboxyterminale Kollagen-Typ-I-Telopeptide (NTx, CTx, CrossLaps), die z. T. auch im Serum gemessen werden können, bilden eine mindestens gleichwertige Alternative zu DPD bzw. PYD.
Literatur
Rosano TG, Peaston RT, Bone HG et al (1998) Urinary free deoxypyridinoline by chemiluminescence immunoassay: analytical and clinical evaluation. Clin Chem 44:2126–2132PubMed
Vesper HW, Demers LM, Eastell R et al (2002) Assessment and recommendations on factors contributing to preanalytical variability of urinary pyridinoline and deoxypyridinoline. Clin Chem 48:220–235PubMed