Lexikon der Medizinischen Laboratoriumsdiagnostik
Autoren
T. Stauch

Freies Protoporphyrin

Freies Protoporphyrin
Synonym(e)
Freies Erythrozyten-Protoporphyrin; Protoporphyrin IX
Englischer Begriff
free protoporphyrin
Definition
Als Dicarboxyporphyrin letztes Intermediat vor Bildung des Häms durch Einbau von Eisen.
Struktur
Strukturformel:
Molmasse
562,67 g.
Synthese – Verteilung – Abbau – Elimination
Protoporphyrin entsteht durch oxidative Decarboxylierung (2 Schritte) aus dem Tetracarboxyporphyrin Koproporphyrin III. Das katalysierende Enzym ist die Koproporphyrinogenoxidase in der Mitochondrienmembran. Es werden keine Kofaktoren benötigt.
Das Substrat muss jedoch aus dem Zytosol in den Raum zwischen innerer und äußerer Mitochondrienmembran transportiert werden. Die Weiterverwertung des Protoporphyrins erfolgt intramitochondrial durch Einbau von Eisen. Katalysiert wird die Reaktion durch das Enzym Ferrochelatase. Bei einem signifikanten Mangel dieses Enzyms (Restaktivität <30 %) kommt es zur Anflutung von Protoporphyrin in erythropoetischen Zellen und damit zur Ausprägung des Krankheitsbildes der erythropoetischen Protoporphyrie (EPP).
Zu klinisch relevanten Erhöhungen des Protoporphyrins kommt es auch, wenn die 5-Aminolävulinsäuresynthase 2 im Knochenmark unreguliert, d. h. mit maximaler Syntheseleistung, exprimiert wird. Für die dergestalt maximierte Porphyrinsynthese wird die Verfügbarkeit von Eisen leistungsbegrenzend, sodass auf diesem Wege hohe Mengen an freiem Protoporphyrin generiert werden. Es handelt sich bei dieser X-chromosomale Protoporphyrie (XLPP) genannten Störung bis dato um die einzige Form einer Porphyrie, die durch Hyperaktivität (und nicht durch Aktivitätsminderung) eines der beteiligten Enzyme bedingt ist.
Protoporphyrin gehört aufgrund seiner Struktur zu den lipophilen Porphyrinen. Seine Ausscheidung erfolgt daher nicht renal, sondern nahezu ausschließlich biliär in den Darm. Störungen, die zur Akkumulation von Protoporphyrin führen, können folglich labordiagnostisch nur über Analysen im Blut und im Stuhl entdeckt bzw. diagnostiziert werden. Sie gehen hauptsächlich mit erhöhter kutaner Lichtempfindlichkeit einher, die durch Einlagerung überschüssigen Protoporphyrins in der Haut verursacht wird.
Funktion – Pathophysiologie
Protoporphyrin IX ist in allen Geweben letzte Vorstufe des Häms, das als prosthetische Gruppe in zahlreichen Enzymen und Proteinen (Hämoglobin, Myoglobin, Cytochrome etc.) benötigt wird. In freier Form ist es zytotoxisch, sodass seine Synthese in enger Abhängigkeit von der Verfügbarkeit des Komplexierungspartners Eisen sowie der Utilisation des Endproduktes und damit dem Bedarf an funktionellen Hämproteinen reguliert wird. Bei mangelnder Verfügbarkeit von Eisen kann Protoporphyrin in Form seines Zinkchelates „zwischengespeichert“ werden und steht dann bei Gegenwart von Eisen sofort für die Hämbereitstellung zur Verfügung.
Untersuchungsmaterial – Entnahmebedingungen
EDTA- oder Heparin-Vollblut (unzentrifugiert und lichtgeschützt), bei längeren Verwahrungs- und/oder Transportzeiten (>3 Tage) können die Vollblutproben auch komplett tiefgefroren werden (–20 °C). Die dadurch ausgelöste Hämolyse stört die Analytik nicht.
Probenstabilität
Antikoagulierte Vollblutproben sind gekühlt und lichtgeschützt mindestens 3 Tage stabil. Bei längerer Verwahrung kommt es zunächst nicht zu einer Abnahme der Gesamtkonzentration an Protoporphyrin, aber zu einer Verschiebung zugunsten des freien Anteils, sodass dieser falsch erhöht erscheinen kann. Diagnostische Signifikanz erreichen diese Verschiebungen jedoch kaum.
Präanalytik
S. o.
Analytik
Hochdruckflüssigkeitschromatografie mit Fluoreszenz-Detektion und Mesoporphyrin als internem Standard. Die Varianz des Verfahrens liegt bereichsabhängig bei 6–8 %.
Konventionelle Einheit
μg/dL.
Internationale Einheit
nmol/L.
Umrechnungsfaktor zw. konv. u. int. Einheit
μg/dL × 17,772 = nmol/L.
Referenzbereich – Erwachsene
9–89 nmol/L bzw. <30 % des Gesamtprotoporphyrins, 0,5–5,0 μg/dL.
Referenzbereich – Kinder
S. Referenzbereich – Erwachsene.
Indikation
  • Klinischer Verdacht auf hereditäre Stoffwechselstörungen vom Typ der erythropoetischen Protoporphyrie (EPP) oder X-chromosomalen Protoporphyrie (XLPP) bei ausgeprägter kutaner Lichtempfindlichkeit mit konsekutiver Erythem- und/oder Ödembildung
  • Abklärung von klinisch ähnlichen, erworbenen Krankheitsbildern (sekundäre Protoporphyrie bei hämatologischen Systemerkrankungen)
  • Als Teil eines porphyriediagnostischen Gesamtscreenings zusammen mit Zink-Protoporphyrin bei lichtabhängigen kutanen Veränderungen oder Symptomen; u. a. auch zur Plausibilisierung einer möglichen Homozygotie bzw. Compound-Heterozygotie einer Porphyrinstoffwechselstörung
  • Begleitende Diagnostik und Verlaufsbeobachtung von mikrozytären Anämien, z. B. sideroachrestischen Störungen infolge von Pyridoxalphosphatmangel, Schwermetallbelastungen/-intoxikationen und anderen exogen-toxischen Einflüssen
  • Diagnostik von Pseudoprotoporphyrien aufgrund mitochondrialer Transporterdefekte, z. B. Mitoferrin 1/2 (SLC25A37/SLC25A28)
Interpretation
Die Interpretation eines isoliert bestimmten Wertes von freiem Protoporphyrin ist nur dann eindeutig möglich, wenn Normalbefunde oder aber exzessive Werterhöhungen, d. h. mindestens Überschreitungen der 50-fachen Referenzbereichsgrenze, vorliegen. Die Konzentration von freiem Protoporphyrin liegt bei einem EPP-Patienten im Mittel bei etwa der 180-fachen Referenzbereichsgrenze (14.000–18.000 nmol/L).
Normale Werte von freiem Protoporphyrin schließen eine Protoporphyrie (unabhängig von Art und Genese) definitiv aus, d. h., es gibt keine Erkrankungsphasen in denen Normalwerte gefunden werden.
Interpretation von Protoporphyrinkonzentrationen im Blut
Freies Protoporphyrin
(nmol/L)
Interpretation
<9
Möglicher Hinweis auf hereditäre oder erworbene (toxisch, Pyridoxalphosphatmangel o. Ä.) sideroachrestische Anämie
9–89
Normalbefund
89–ca. 500
Erythropoetische Stimulation möglich (häufig mit Anämie)
500–4000
Signifikante, aber klinisch meist latente Protoporphyrinämie
>4000
Protoporphyrie, bei lichtabhängigen Hautsymptomen >7000 nmol/L
Diagnostische Wertigkeit
Aufgrund der extremen und permanenten Wertveränderungen von freiem Protoporphyrin bei den Stoffwechselstörungen EPP und XLPP können die Kollektive von Kranken und Nichtkranken vollständig getrennt werden (Sensitivität und Spezifität in Bezug auf die genannten Erkrankungen liegen bei 100 %). In einem n = 4181 Probanden umfassenden Kollektiv mit 124 Protoporphyriepatienten ergibt die ROC-Analyse nach Hanley & McNeil einen Cut-off-Wert von 3990 nmol/L.
Die für eine adäquate Therapie der Patienten erforderliche Unterscheidung der klinisch ausgesprochen ähnlichen Erkrankungen EPP und XLPP kann nur unter Einbeziehung des Zink-Protoporphyrins erfolgen. Während bei EPP-Patienten der Anteil des Zink-Protoporphyrins signifikant unter 10 % des Gesamtprotoporphyrins liegt (sehr häufig sogar unter 5 %), finden sich bei XLPP-Patienten Anteile von 30 % und mehr.
Literatur
Bailey GG, Needham LL (1983) Simultaneous quantification of erythrocyte zinc protoporphyrin and protoporphyrin IX by liquid chromatography. Clin Chem 32:2137–2142
Murphy GM (2003) Diagnosis and management of the erythropoietic protoporphyrias. Dermatol Ther 16:57–64CrossRefPubMed