Die Muster der Eisenspeicherung in Wildtyp und „HFE-Knockout Mäusen“ in Abhängigkeit vom Eisengehalt des Futters. Ein Beitrag zur Patho- und Histophysiologie der Hereditären Hämochromatose

Abstract

Es wurden Wildtyp, sowie heterozygote und homozygote HFE-Knockout Mäuse unter Diäten gehalten, die einen normalen, einen stark erniedrigten oder einen stark erhöhten Eisengehalt hatten. Als Eisendonatoren wurden Carbonyleisen und TMH-Ferrocen verwendet. Carbonyleisen mit dem aus ihm durch die Magensalzsäure freigesetzten Fe2+ garantierte ein ständiges Überangebot an Nahrungseisen für den physiologischen Absorptionsweg, während das Eisen aus dem lipophilen TMH-Ferrocen in seiner Absorption von dem Gendefekt unabhängig war. Bei den homozygoten HFE-Knockout Mäusen, die 52 Wochen lang eine Standarddiät oder eine mit Carbonyleisen angereicherte Diät erhalten hatten, kam es, verglichen mit den Wildtyp und den heterozygoten HFE-Knockout Mäusen der jeweils gleichen Fütterungsgruppe, zu einem deutlichen Anstieg der Eisenkonzentrationen in Leber und Milz. Bei den Tieren, der TMH-Ferrocen Gruppe, nahmen die Eisenkonzentrationen in Leber und Milz unabhängig vom genetischen Hintergrund der einzelnen Tiere, sondern lediglich mit der Fütterungsdauer zu. Zusammengenommen konnte hieraus geschlossen werden, dass ein Ausfall des HFE-Gens zu einer erhöhten Eisenaufnahme durch Störung der regulären Eisenabsorbtionsmechanismen des duodenalen Enterozyten führt. Der für die HH des Menschen typische Fähigkeitsverlust der Makrophagen, überschüssiges Eisen einzulagern und somit zu „entgiften“, konnte bei keinem der Versuchstiere nachgewiesen werden. Waren die Makrophagen der homozygoten HFE-Knockout Maus, die 52 Wochen lang eine Standarddiät erhalten hatte, noch moderat mit Eisen gefüllt, zeigten sie bei den Tieren, die 52 Wochen lang eine mit Carbonyleisen angereicherte Diät erhalten hatten, massivste Eisenablagerungen. Dabei waren diese Zellen zum Teil zu eisenüberladenen Riesenzellen konfluiert. Diese eisenbeladenen Makrophagen, welche außer in der Leber auch in der Milz in großen Mengen gefunden wurden, waren offenbar dafür verantwortlich, dass es selbst bei massivster Eisenüberladung des Organismus, in den Kardiomyozyten sowie in den Azinus- und den Inselzellen des Pankreas zu keiner signifikanten Eisenablagerung gekommen war. Auch bei den Tieren der TMH-Ferrocen Gruppe konnte ein möglicher Einfluß des HFE-Genprodukts auf die HH typische Verteilung des Eisens im Körper nicht nachgewiesen werden. Eisenablagerungen im Zellkern, die aus aggregierten Ferritinmolekülen bestehen, sind ein hepatozelluläres Phänomen der Eisenüberladung bei der Maus. Wildtyp und heterozygote HFE-Knockout Mäuse, die 52 Wochen eine Standarddiät erhalten hatten, zeigten keine solchen hepatozellulären Eisenablagerungen. Diese wurden jedoch in geringer Zahl und mit geringem Durchmesser bei der homozygoten Knockout Maus unter Standarddiät beobachtet. Die Eisenablagerungen in Leberzellkernen waren am zahlreichsten bei Mäusen, der Carbonyleisengruppe und in ihrer Zahl unabhängig vom genetischen Hintergrund der Tiere. Der mittlere Durchmesser der Kerneinschlüsse nahm jedoch mit der genetisch bedingten Zunahme der Eisenüberladung zu. Es korrelierten die Durchmesser der eisenpositiven Kerneinschlüsse positiv mit der Anzahl an zytoplasmatischen Eisengranula in der Einzelzelle. Mäuse, die eine TMH-Ferrocen haltige Diät für 4 Wochen erhalten hatten, zeigten zwar Lebereisenkonzentrationen wie solche nach 52 wöchiger Carbonyleisendiät, wiesen aber nur sehr wenige Kerneinschlüsse mit zudem noch sehr geringen Durchmesser auf. Somit konnte gezeigt werden, dass neben der Zunahme der Eisenmenge im Zytoplasma der Faktor Zeit eine entscheidende Rolle bei der Entstehung der Eisenablagerung im Kern spielt. Die Verteilung der beiden Eisenspeicherproteine H- und L- Isoferritin unterschied sich in den am stärksten mit Eisen überladenen Lebern erheblich von dem mit der Berliner-Blau Reaktion dargestellten Verteilungsmuster des Speichereisen. In den Strukturen, die in der Berliner-Blau Färbung am stärksten eisenpositiv waren, wie die aus aggregiertem Ferritin bestehenden Kerneinschlüsse der Hepatozyten und die Hämosiderinspeicher der Makrophagen, war fast kein H- oder L- Ferritin immunhistochemisch nachweisbar. Dass die Ferritinmoleküle in den Siderosomen ihre typische Immunreaktivität verlieren können, ist mit ihrem lysosomalen Abbau zu Hämosiderin nachvollziehbar. Bei den Berliner-Blau positiven Kerneisenablagerungen ist hingegen völlig unklar, warum sie im Gegensatz zum umgebenden Karyoplasma keine Immunreaktivität aufweisen.Zusammenfassend ist festzustellen, dass als Modell für eine HH in der Leber die HFE-Knockout Maus, die langfristig ein Futter mit normalem Eisengehalt erhält, am besten geeignet ist. Die Erhöhung des Eisenangebots durch Zusatz von Carbonyleisen macht zwar den Gendefekt am Darm stärker sichtbar, indem höhere Eisenmengen in der Zeit aufgenommenen werden, wirkt sich aber für die Ausbildung einer HH spezifischen Eisenverteilung im Körper negativ aus, da mit progredienter Eisenüberladung zunehmend Makrophagen in die Eisenspeicherung einbezogen werden.