Harnsteroidmetabolomanalyse mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie zum Therapiemonitoring pädiatrischer Patienten mit klassischem Adrenogenitalen Syndrom vom Typ 21-Hydroxylase-Mangel

Abstract

Das Adrenogenitale Syndrom durch 21-Hydroxylase-Mangel (21-OHD) ist eine schwerwiegende Steroidhormonerkrankung. Zugrunde liegen Mutationen im CYP21A2-Gen. Das Symptomspektrum reicht von Virilisierung und Hirsutismus bis hin zu lebensbedrohlicher Salzverlustkrise mit Erbrechen, Übelkeit, Hypotonie und Schock. Wachstumsbeschleunigung im Kindesalter und reduzierte Endgröße sowie Infertilität stellen zusätzliche Gefahren bei insuffizienter Therapie dar. Die Therapie mit Hydrocortison muss sorgsam zwischen Über- und Unterdosierung ausbalanciert werden. Dabei drohen gleichzeitig die enormen Folgen eines Hyperandrogenismus bei zu geringer Hydrocortison-Medikation, sowie die eines Hypercortisolismus und iatrogenem Cushing-Syndroms bei zu hoher Hydrocortison-Medikation. Bei Kindern und Adoleszenten stellt der stetige Wachstumsprozess eine weitere Schwierigkeit bei der Therapieeinstellung dar. Auch der erhöhte Glucocorticoidbedarf bei Krankheit und Fieber erfordert die Erhöhung der Hormondosis. Die medikamentöse Therapie unterliegt einer ständigen Anpassung. Ein genaues Therapiemonitoring ist unverzichtbar.Ziel dieser Studie war, Wachstumsdaten und das Urinmetabolom von behandelten Kindern mit 21-Hydroxylase-Mangel zu charakterisieren, um daraus detaillierte Schlüsse für die Therapieoptimierung der Erkrankung ziehen zu können.Die Harnmetabolomanalyse mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie ermög- lichte ein genaues Abbild der Konstellation der Cortisol-, 17alpha-Hydroxyprogesteron- und Androgenmetaboliten der behandelten Kinder. Die Analyse der großen Patientenkohorte, die Harnmetabolitendaten von Kindern zwischen 3 18 Jahren in einem Zeitraum von 10 Jahren (2003-2013) einschloss, ließ nach Erstellen von SDS-Werten (Z- Scores) fundierte Aussagen über die Wachstumsentwicklungen und das Urinmetabolom bei Kindern mit 21-Hydroxylase-Mangel zu.Von größter Relevanz scheint das vermehrte Auftreten von 11beta-Hydroxyandrosteron, als Metabolit einer Gruppe von 11-oxygenierten-Androgenen, im Urin der Kinder zu sein. Es dominierte die Exkretion der Androgenmetaboliten quantitativ und war im Vergleich mit gesunden Kindern stark erhöht. Diese Studie lässt einen Syntheseweg der 11- oxygenierten-Androgene über 21-Desoxycortisol vermuten, der die klassischen Androgene, wie Androstendion, umgeht. 11-oxygenierte-Androgene, die als hochpotente Androgene gelten, können als dominante Androgene bei erkrankten Kindern angenommen werden und erlauben neue Einsicht in den Androgenexzess bei Kindern mit klassischem AGS durch 21-Hydroxylase-Mangel.Mithilfe der präsentierten alters- und geschlechtsspezifischen Referenzwerte ermöglicht die vorliegende Analyse Ärzten ihre Patienten im Vergleich mit einer großen Gruppe anderer Patienten mit 21-Hydroxylase-Mangel zu beurteilen und hieraus Schlüsse für eine fundierte evidenzbasierte Therapieentscheidung ziehen zu können. Auch zukünftige Studien können die vorliegenden Daten als Referenzwerte nutzen und müssen zeigen, welche Bedeutung das 11beta-Hydroxyandrosteron als Biomarker in der klinischen Praxis einnehmen kann. Congenital adrenal hyperplasia due to 21-hydroxylase deficiency (21-OHD) is a severe disease in steroid homeostasis. It is caused by mutations in the CYP21A2 gene encoding the 21-hydroxylase enzyme. The variety of symptoms reaches from virilization and hirsutism to life threatening salt wasting crisis with nausea and vomiting, hypotension and shock. Acceleration of growth during childhood as well as limited final end height and infertility are additional major risks if therapy is insufficient. Medical treatment consists of daily intake of hydrocortisone and fludrocortisone and needs to be balanced between over- and undertreatment. Hyperandrogenism as well as a hypercortisolism and iatrogenic Cushing s syndrome are threatening consequences for the patient when pre- scribed hydrocortisone dose remains too low or too high. In childhood and during puberty the growth process adds additional challenges in treatment of 21-hydroxylase deficiency. During illness and febrile temperatures increased glucocorticoid dosage is mandatory. Medical treatment needs to be supervised continuously and needs to be adjusted to the patients clinical symptoms.The aim of this study was to characterize growth development and the urinary steroid metabolome of treated children suffering from 21-OHD in order to optimize treatment options in future.Urinary steroid profile analysis by gas chromatography-mass spectrometry provided insight in glucocorticoid, 17alpha-hydroxyprogesterone and androgen metabolites. This study was able to analyse a large cohort of treated children with 21-OHD, consisting of patients aged 3-18 years, monitored over a time span of ten years (2003-2013). Z-scores and statistical analysis presented profound knowledge about growth development and urinary steroid metabolites of paediatric patients with 21-hydroxylase deficiency.The results suggest that 11beta-hydroxyandrosterone, a metabolite of a group of 11- oxygenated androgens, seems to play a major role in androgen excess of treated children. Metabolite levels lay above the normal excretion for 11beta-hydroxyandrosterone of healthy children and dominated the levels of all other androgen metabolites measured in our cohort. Analysis indicates a new synthesis pathway of 11-oxygenated androgens through 21-deoxycortisol bypassing the so called classical androgens, like androstendion. 11-oxygenated androgens are seen to be highly potent androgens and can be considered to be the dominant androgens in children with 21-OHD. This gives new insight into androgen excess in paediatric patients with congenital adrenal hyperplasia due to 21-OHD.We present age- and gender specific reference values of children suffering from 21- OHD. Physicians will be able to use these reference values to evaluate metabolite levels of their patients in comparison with a large cohort of also affected children and draw evidence based conclusion in monitoring and treatment. Studies can use the presented values as reference for steroid metabolite measurements in future additionally. Further studies will have to show if 11beta-hydroxyandrosterone can serve as a biomarker in clinical daily use.