Van gen naar ziekte; hypofosfatemische rachitis en het PHEX-gen

Inleiding

de ziekte

Sommige kinderen met rachitis – bij volwassenen spreken wij over osteomalacie – reageren niet goed op de gebruikelijke dosis colecalciferol (vitamine D; 400-1000 IE/dag). Meestal berust deze ‘vitamine D-resistentie’ op hypofosfatemie door fosfaatverlies via de nier. Men spreekt dan van hypofosfatemische rachitis.1 De meest voorkomende variant van deze aandoening erft X-gebonden dominant over en staat bekend als ‘geslachtsgebonden hypofosfatemische rachitis’ (Online Mendelian Inheritance in Men (OMIM) nummer 307800). Er bestaat ook een autosomaal dominant overervende variant (OMIM nummer 193100), maar die is veel zeldzamer.

Bij kinderen uit reeds bekende families met hypofosfatemische rachitis kan de diagnose meestal al in het eerste levensjaar worden gesteld op basis van biochemische bevindingen. Andere kinderen presenteren zich vaak pas in het 2e of 3e levensjaar met in ernst toenemende O- of X-benen (figuur 1), waarbij zij rachitische afwijkingen hebben op de röntgenfoto’s van handen en knieën (figuur 2). Meestal ontwikkelt zich een groeiachterstand, die vooral armen en benen betreft. De schedelomtrek daarentegen is bovengemiddeld. Bij oudere kinderen en volwassenen met de aandoening doen zich vaak gewrichtspijnen en gebitsproblemen (periodontale abcessen) voor.

De opvallendste bevindingen in het laboratoriumonderzoek zijn een verlaagde serumfosfaatspiegel met een normale serumcalciumwaarde en een verhoogde activiteit van alkalische fosfatase. Ondanks de hypofosfatemie bevat de urine veel fosfaat; de berekende fosfaatterugresorptie is dan ook verlaagd. De serumspiegel van actief vitamine D (1,25-(OH)₂D₃) is op zich normaal, maar te laag voor de heersende hypofosfatemie. Er zijn geen tekenen van een renaal fanconi-syndroom, zoals glucosurie en tubulaire proteïnurie. Een botdichtheidsmeting toont een normale of verhoogde botdichtheid van de lumbale wervelkolom.

Behandeling bestaat uit fosfaatsuppletie en toediening van actief vitamine D₃ (alfacalcidol, calcitriol).2 Hiermee lukt het meestal de alkalischefosfatasewaarde te normaliseren en de rachitisverschijnselen te verminderen. Tijdens de behandeling kan nefrocalcinose ontstaan door calciumfosfaatneerslagen in de tubuli; daarom moet gewaakt worden voor het ontstaan van hypercalciëmie en hypercalciurie. Dit stelt beperkingen aan de dosering van actief vitamine D₃, waardoor de rachitis vaak niet geheel geneest en de kromming van de benen blijft bestaan. Soms is hierdoor een operatieve correctie onontkoombaar.

het gen

Over de pathogenese van het fosfaatlek in de nier heeft lang onduidelijkheid bestaan. Vroege experimenten met hyp-muizen, de muismutant met geslachtsgebonden hypofosfatemische rachitis, wezen in de richting van een ‘fosfaturische factor’ in de circulatie als oorzaak van het ziektebeeld.3 Deze waarneming werd gesteund door het optreden van hypofosfatemie en osteomalacie bij bepaalde mesenchymale tumoren (tumorgeïnduceerde osteomalacie, zie verder). Het gen dat verantwoordelijk is voor geslachtsgebonden hypofosfatemische rachitis bleek echter allerminst te coderen voor een fosfaturische factor, maar wel voor een membraangebonden endopeptidase.4 Dit gen, gelegen op de korte arm van het X-chromosoom in de band Xp21.1, wordt PHEX genoemd, als afkorting van ‘a phosphate-regulating gene with homologies to endopeptidases located on the X-chromosome’. Het PHEX-gen bevat 22 exonen en beslaat ongeveer 220 kb aan genomisch DNA. Bij circa 80 van de familiaire gevallen en circa 20 van de geïsoleerde patiënten wordt een mutatie in het PHEX-gen gevonden. Een overzicht van de gevonden mutaties is te vinden in de online PHEX-locusdatabank (www.phexdb.mcgill.ca).

het eiwit

Het PHEX-gen codeert voor een transmembraaneiwit van 749 aminozuren met een kort intracellulair gedeelte, een transmembraandomein en een groot extracellulair deel dat tien sterk geconserveerde cysteïne-residuen en een tweetal zink-bindende motieven bevat. Deze structuur is typisch voor de M13-familie van metalloproteasen, membraangebonden enzymen die een rol spelen bij de activering of afbraak van een groot aantal peptidehormonen. Andere leden van deze familie zijn neprilysine, de endothelineconverterende enzymen 1 en 2 en het kell-bloedgroepantigeen.5

de cel

Om te begrijpen hoe mutaties in PHEX, dat voornamelijk in osteoblasten tot expressie komt, kunnen leiden tot een fosfaatlek in de nier, moeten wij ons wenden tot de proximale niertubuluscel. Hier wordt zo’n 80 van het gefilterde fosfaat teruggeresorbeerd via de natrium-fosfaatcotransporteur NPT2.6 De regulatie van deze terugresorptie verloopt via modulatie van het aantal NPT2-eenheden in de luminale membraan van de tubuluscel. Zo resulteert een vermindering van de fosfaatinname in een snelle mobilisatie van NPT2-eenheden uit een intracellulaire pool naar het celoppervlak, terwijl parathormoon het aantal NPT2-eenheden in de membraan doet afnemen door internalisatie en daaropvolgende afbraak in de lysosomen. In het eerste geval neemt de fosfaturie af, in het tweede geval neemt deze juist toe; dit is een bekend effect van parathormoon.

Naast parathormoon zijn er nog andere peptiden met een fosfaturische werking, gezamenlijk aangeduid met de enigszins contradictoire naam ‘fosfatoninen’. Sommige tumoren produceren grote hoeveelheden van één of meer van deze fosfatoninen,7 met het klinische beeld van hypofosfatemische osteomalacie als gevolg: de tumorgeïnduceerde osteomalacie die al eerder ter sprake kwam.

Van de fosfatoninen heeft vooral de fibroblastengroeifactor 23 (FGF23) veel aandacht gekregen. Midden in de FGF23-peptideketen bevindt zich een sequentie die herkend wordt door endopeptidasen zoals het PHEX-eiwit. Klieving van FGF23 resulteert in teloorgang van het fosfaturische effect. In geslachtsgebonden hypofosfatemische rachitis is PHEX gemuteerd, terwijl in de autosomaal dominante vorm van hypofosfatemische rachitis de proteolytische klievingssequentie in FGF23 zelf gemuteerd is.8 In beide gevallen wordt FGF23 niet geïnactiveerd en kan het in de nier zijn fosfaturische werking ten volle ontplooien. Mutaties die leiden tot een volledig inactief FGF23 geven een ‘omgekeerd’ fenotype, met hyperfosfatemie, een verhoogde fosfaatterugresorptie en pijnlijke periarticulaire calcificaties (familiaire tumorgerelateerde calcinose; OMIM nummer 211900).9

Het bestaan van fosfatoninen zoals FGF23 is geheel in overeenstemming met de aanwezigheid van een fosfaturische factor in het bloed van hyp-muizen zoals in het voorgaande beschreven. In de pathogenese van hypofosfatemische aandoeningen neemt FGF23 – en wellicht ook een aantal andere fosfatoninen – dan ook een centrale plaats in. In figuur 3 is schematisch weergegeven hoe men denkt dat de hypofosfatemie ontstaat bij autosomaal dominante dan wel geslachtsgebonden hypofosfatemische rachitis en tumorgeïnduceerde osteomalacie.

De PHEX-fosfatonine-NPT2-connectie geeft een plausibele verklaring voor het ontstaan van autosomaal dominante hypofosfatemische rachitis en tumorgeïnduceerde osteomalacie. De pathogenese van geslachtsgebonden hypofosfatemische rachitis daarentegen lijkt gecompliceerder te zijn.10 Zo zijn er aanwijzingen dat de functie van de osteoblasten zelf abnormaal is. Osteoblasten van hyp-muizen vertonen namelijk zowel in vitro als in vivo – na transplantatie bij normale muizen – een abnormaal mineralisatiepatroon van het osteoïd. Mogelijk komt dit doordat deze osteoblasten een defect PHEX-eiwit tot expressie brengen, waardoor een te hoge lokale concentratie van intact fosfatonine de mineralisatie kan verstoren. Als een dergelijk lokaal effect een bijdrage levert aan de bot- en gebitsafwijkingen bij geslachtsgebonden hypofosfatemische rachitis zou een eventuele toekomstige behandeling met recombinant PHEX-eiwit wellicht normofosfatemie kunnen bewerkstelligen, maar zou het effect op de rachitis zelf tegen kunnen vallen.

de populatie

Geslachtsgebonden hypofosfatemische rachitis is een tamelijk zeldzame aandoening. In de literatuur wordt een prevalentie van 1:20.000 opgegeven.1 Voor Nederland bestaan geen gevalideerde gegevens; in de Nederlandse academische centra worden circa 60 kinderen behandeld.

diagnostiek

Bij kinderen jonger dan 1 jaar en bij niet ernstig aangedane patiënten kan de diagnostiek van hypofosfatemische rachitis bijzonder lastig zijn, zelfs als de aandoening al in de familie voorkomt. Ook binnen families kan de expressie van het ziektebeeld namelijk sterk wisselen. Voor het stellen van de diagnose zijn, naast de eerder genoemde bepalingen, de berekening van de renale fosfaatterugresorptie en het gebruik van leeftijdsgebonden normaalwaarden van belang. Om vast te stellen met welke vorm men te maken heeft, is een goede familieanamnese, aangevuld met DNA-diagnostiek van PHEX en FGF23, aangewezen. Behalve ter bevestiging van de diagnose of uitsluiten van de aandoening, kan DNA-diagnostiek ook van belang zijn voor het bepalen van de kans op een kind met deze aandoening voor familieleden. Indien de ziekteveroorzakende mutatie bekend is, is prenatale diagnostiek in principe mogelijk. Hierbij dienen de ouders en betrokken artsen bij hun beslissing rekening te houden met de variabiliteit en de behandelbaarheid van de aandoening. Mutatieanalyse van de PHEX- en FGF23-genen wordt aangeboden door het laboratorium voor DNA-diagnostiek van de afdeling Klinische Genetica van het Universitair Medisch Centrum in Groningen (www.umcgenetica.nl).

Belangenconflict: geen gemeld. Financiële ondersteuning: geen gemeld.