COLLAGEN IV RELATED NEPHROPATHIES

Abstract
It has been demonstrated that the proteins codified by the COL4A3, COL4A4 and COL4A5 genes, are linked to different renal manifestations. Mutations in collagen IV genes affect the structure of the glomerular basal membrane giving rise to a nephropathy whose symptoms vary from isolated haematuria to renal insufficiency. These renal manifestations were historically considered different diseases: X linked Alport syndrome, autosomal recessive Alport syndrome, autosomal dominant Alport syndrome, familial benign haematuria and carriers of autosomal recessive Alport syndrome. Molecular knowledge has made possible the renaming of these diseases as X linked Alport syndrome, autosomal recessive Alport syndrome and collagen IV nephropathy. This has important implications regarding the diagnosis, prognosis and long-term follow up in these diseases.

Key words
collagen IV, Alport, familial haematuria, nephropaty

Artículo completo
El síndrome de Alport
El síndrome de Alport (SA) es una enfermedad hereditaria que afecta las membranas basales, causada por alteraciones en una de sus proteínas estructurales: el colágeno tipo IV. Se estima que su prevalencia en la población general es de 1:50 000.¹
El SA se transmite mediante dos patrones de herencia diferentes: la herencia ligada al cromosoma X y la herencia autosómica recesiva.² Clásicamente se consideraba también la herencia autosómica dominante, pero en la actualidad dicha entidad –como se explica más adelante– queda englobada en la “nefropatía del colágeno IV, α3-α4”.³

Bases moleculares
Hasta el momento se han identificado seis cadenas genéticamente diferentes de colágeno IV, cada una de ellas codificada por un gen: COL4A1-COL4A6. Estos genes se localizan por parejas en tres cromosomas diferentes: cromosoma 13 (COL4A1-COL4A2), cromosoma 2 (COL4A3-COL4A4) y cromosoma X (COL4A5-COL4A6).
Las mutaciones más comunes en estos genes son mutaciones de sentido erróneo (missense) en las que una glicina del dominio colágeno es sustituida por otro aminoácido. Al ser la glicina el aminoácido más pequeño que existe, se cree que es el único que cabe en los pliegues dentro de la estructura de triple hélice que forman las proteínas del colágeno tipo IV. Una mutación en cualquiera de las tres cadenas α3(IV), α4(IV) o α5(IV) puede provocar la coausencia de las otras dos cadenas en la membrana basal glomerular (MBG), por lo que los pacientes con SA tienen una sobreexpresión de las cadenas α1(IV) y α2(IV) (distribución que recuerda a la fetal) debido a que estas cadenas van ocupando progresivamente la MBG (fenómeno denominado isotype switching). Se cree que este hecho confiere a la MBG una mayor susceptibilidad al ataque proteolítico por parte de colagenasas y catepsinas, por lo que en un principio el riñón de un paciente con SA es normal, pero se va deteriorando progresivamente.⁴

Síndrome de Alport ligado al cromosoma X (MIM 301050)
El SA se caracteriza por: hematuria, proteinuria significativa, hipertensión, sordera neurosensorial y progresión hacia insuficiencia renal crónica terminal (IRCT).⁵ Estos síntomas son generales a todas las formas de SA, pero en el caso del síndrome de Alport ligado al cromosoma X (SALX) se limitan únicamente a aquellos pacientes varones; como toda enfermedad ligada al cromosoma X sólo los hombres la padecen y las mujeres son portadoras. Sin embargo, las mujeres portadoras de SALX tienen un cuadro clínico muy variable (desde enfermedad asintomática hasta una presentación grave) que se cree debida a diferentes patrones de inactivación del cromosoma X.
Mutaciones en el gen COL4A5 son la base molecular del SALX, que representa el 80%-85% de los casos familiares de SA.⁶ Existe una correlación significativa entre la edad de inicio de la IRCT y el genotipo de los pacientes. Las mutaciones más severas suelen dar lugar a formas más graves de SALX.

Síndrome de Alport autosómico recesivo (MIM 203780)
El síndrome de Alport autosómico recesivo (SAAR) se caracteriza por los síntomas clásicos de SA, pero éstos están presentes por igual en hombres y en mujeres. La prevalencia y el patrón clínico en los individuos portadores están aún por determinarse, aunque la hematuria parece ser uno de los síntomas mayoritarios. El SAAR debe sospecharse cuando un individuo presenta el cuadro clínico y patológico de la enfermedad pero carece de antecedentes familiares, especialmente cuando una mujer posee síntomas indicativos de enfermedad grave, como sordera, insuficiencia renal o proteinuria grave en la juventud. La sospecha de un patrón de herencia autosómico recesivo debe ser especialmente fuerte cuando se dé consanguinidad entre los padres.
Mutaciones en los genes COL4A3/4 son la base molecular del SAAR, que representa el 10%-15% de los casos familiares de SA.⁷ Al igual que en el gen COL4A5, las mutaciones en estos dos genes del colágeno IV están también repartidas a lo largo de todo el gen, se trata de mutaciones privadas y las más comunes parecen ser aquellas que dan lugar a un codón prematuro de terminación.⁸

Cuadro clínico
Manifestaciones renales
La característica ultraestructural definitoria de SA en una biopsia renal es la alternancia de engrosamiento y adelgazamiento de la MBG del riñón en la que la lámina densa se ha transformado en una red heterogénea con áreas claramente electrón-lúcidas que pueden contener gránulos de densidad variable con un diámetro de 20 a 90 nm.
Los pacientes con SA presentan hematuria, proteinuria e insuficiencia renal progresiva. La proteinuria puede llegar a ser de rango nefrótico pero es excepcional que evolucionen hacia un síndrome nefrótico. Prácticamente todos los hombres con SALX evolucionan a IRCT, pero la progresión de la insuficiencia renal presenta una variabilidad significativa interindividual. Se ha observado una distribución bimodal de la edad de inicio de la IRCT, de forma que se pueden dividir las familias de SALX en dos grupos: las que padecen el llamado SA juvenil (IRCT antes de los 31 años) y las que padecen el SA adulto (IRCT después de los 31 años). Sin embrago, se han descrito familias con una marcada variabilidad intrafamiliar para la edad de IRCT en el caso de mutaciones de significado erróneo en el gen COL4A5. Los pacientes con SAAR presentan una edad de inicio normalmente juvenil de IRCT, independientemente del sexo.
En el caso de las mujeres portadoras de SALX, las manifestaciones clínicas son moderadas durante la infancia y la juventud. Un 90% de ellas presentan microhematuria pero la incidencia de IRCT antes de los 40-50 años es del 10% al 15%.⁹ Esta variabilidad puede explicarse por el fenómeno de inactivación del cromosoma X o lionización, que tiene lugar en las mujeres para alcanzar una compensación de dosis. Durante el desarrollo embrionario, uno de los dos cromosomas X de cada célula es inactivado permanentemente y al azar, principalmente mediante procesos de metilación del ADN. El patrón de inactivación en cada célula progenitora se transmite con una alta estabilidad a sus células descendientes. Por tanto, es de esperar una tasa de 1:1 entre las células que expresen el cromosoma X normal y las que expresen el cromosoma X que lleva la copia mutada del gen COL4A5. Las mujeres portadoras de SALX con manifestaciones clínicas graves serán aquellas que hayan sufrido una inactivación preferencial del cromosoma X normal en sus células embrionarias y, por tanto, expresen en mayor proporción el cromosoma X con el gen COL4A5 mutado. De la misma forma habrá mujeres portadoras que sean completamente asintomáticas por haber tenido una inactivación preferencial del cromosoma X que lleva la mutación. La presencia de hematuria importante en la infancia, síndrome nefrótico y un engrosamiento difuso de la MBG son signos de mal pronóstico en mujeres portadoras de SALX.

Trasplante renal
Actualmente, el trasplante renal constituye el único tratamiento eficaz para los pacientes con SA. Un 3%-4% de los pacientes trasplantados presentan el llamado síndrome de Goodpasture. El daño tisular está mediado por autoanticuerpos que se unen a la membrana basal glomerular. Kalluri y col. han descrito que todos los pacientes de SA trasplantados presentan una respuesta inmune humoral contra los cadenas α3(IV), α4(IV) y α5(IV). Sin embargo, no todos evolucionan a un síndrome de Goodpasture, por lo que se cree que este síndrome debe depender de la capacidad de cada individuo de poner en marcha una respuesta celular contra la cadena α3(IV).¹⁰

Hipoacusia
La hipoacusia neurosensorial de alta frecuencia (tonos de 2 000 Hz a 8 000 Hz) está con frecuencia, pero no universalmente, asociada al SA. La padecen un 80%-90% de los hombres con SALX antes de los 40 años y un 45% de las mujeres con la enfermedad. La sordera nunca es congénita y su incidencia real en el SA podría estar subvalorada, ya que no todos los pacientes son sistemáticamente evaluados mediante audiometrías y la prevalencia de la sordera aumenta con la edad. En el caso de los hombres con SALX, presentan sordera más temprano que las mujeres portadoras de SALX, y para la forma autosómica del SA no existe ninguna diferencia entre sexos.

Anomalías oculares
Se han descrito lesiones de la córnea, lente y retina en pacientes con SA.¹¹ Tienen lugar casi exclusivamente en formas de SA juvenil aunque existen algunas excepciones. Las lesiones oculares parecen exclusivas de familias que también presentan sordera neurosensorial. El lenticono anterior, por el cual la parte central del cristalino forma una protuberancia que se introduce en la cámara anterior, es el único signo patognomónico del SA y también parece restringido a familias con SA juvenil y sordera. Otras lesiones oculares son: cambios en la pigmentación perimacular, flecos retinianos (anomalías de la membrana de Bruch), vesiculas endoteliales en la córnea (anomalías de la membrana de Descemet), erosión de la córnea y miopía.

Leiomiomatosis
La asociación del SA y leiomiomatosis difusa del esófago y del árbol traqueobronquial (tumores de la musculatura lisa) ha sido descrita en unas 20 familias. Normalmente los síntomas aparecen al final de la infancia e incluyen disfagia, vómitos posprandiales, dolor epigástrico o retroesternal, bronquitis recurrente, disnea, tos y estertores. Las mujeres afectadas por este síndrome también presentan leiomiomas genitales que provocan hipertrofia del clítoris con una variable implicación de los labios mayores y del útero. Se sabe que todas las familias con SA y leiomiomatosis presentan deleciones de los extremos 5’ de los genes COL4A5 y COL4A6 que implican la pérdida de la zona reguladora intermedia que existe entre los dos genes.¹² Las mutaciones en el gen COL4A6 no están implicadas en el SA, esto es coherente con la ausencia de cadenas α6(IV) en la MBG normal, sin embargo, la patogénesis de la leiomiomatosis está todavía sin clarificar.

Diagnóstico
Criterios generales
En el caso de que existan antecedentes familiares, para que un paciente sea diagnosticado definitivamente de SA debe cumplir al menos dos de los siguientes criterios diagnósticos y al menos cuatro si no existen tales antecedentes:
- Historia familiar de nefropatía o hematuria idiopática en un familiar de primer grado del paciente índice o en un familiar varón emparentado con él a través de cualquier número de generaciones de mujeres.
- Hematuria persistente sin la evidencia de cualquier otra posibilidad de nefropatía hereditaria, como enfermedad de la membrana basal delgada, poliquistosis renal o nefropatía por IgA.
- Sordera bilateral neurosensorial en el rango de 2 000-8 000 Hz. La sordera se desarrolla gradualmente, no está presente en la infancia temprana y normalmente se presenta antes de los 30 años.
- Una mutación en COL4An (n = 3, 4 o 5).
- Evidencia inmunohistoquímica de ausencia parcial o total del epítopo de Alport en la membrana basal glomerular (MBG), en la membrana basal epidérmica (MBE) o en ambas.
- Anomalías ultraestructurales repartidas por toda la MBG, en particular: engrosamiento, adelgazamiento y lamelación.
- Lesiones oculares: lenticono anterior (característica patognomónica de SA), catarata subcapsular posterior, distrofia polimórfica posterior y flecos retinianos.
- Progresión gradual a IRCT en el paciente índice o como mínimo en dos de los miembros de su familia.
- Leiomiomatosis difusa del esófago, de los genitales femeninos o ambas.

Diagnóstico anatomopatológico
El procedimiento diagnóstico habitual que confirma la sospecha clínica es la biopsia renal A pesar de que la microscopia óptica es absolutamente inespecífica, tan sólo se aprecia la presencia de células espumosas y frecuentemente un patrón compatible con esclerosis focal y segmentaria, la microscopia electrónica permite discernir alteraciones de la MBG muy sugestivas de SA, como engrosamiento y adelgazamiento variable de la MBG y su lamelación¹³ (Figura 1).






Mediante inmunohistoquímica (con anticuerpos monoclonales que reconocen los diferentes dominios NC1 de las cadenas α del colágeno tipo IV), se ha podido estudiar la expresión de estas cadenas en los diferentes tejidos afectados en el SA.
Actualmente, debido a que la cadena de colágeno α5(IV) también está presente en la MBE, se están realizando estudios de inmunohistoquímica en biopsia de piel como procedimiento poco invasivo y alternativo a la biopsia renal. En la mayor parte de las biopsias de piel hechas a hombres con SALX se ha comprobado que hay una ausencia completa de esta cadena, sin embargo, en las mujeres portadoras de SALX se ha observado un mosaicismo en la expresión de la cadena α5(IV) en piel, lo que concuerda con el fenómeno de inactivación del cromosoma X que pude ser diferente en cada una de sus células.^14,15

Diagnóstico molecular
El protocolo general para un enfoque ajustado del diagnóstico molecular del SA está resumido en la Figura 2. Debe tenerse en cuenta la historia familiar de cada paciente índice para una mejor utilización de las técnicas de biología molecular.






Análisis de ligamiento (indirecto)
El análisis de ligamiento está totalmente basado en el diagnóstico clínico, por lo que es de vital importancia disponer de una historia clínica lo más completa posible de la familia a estudiar. Este análisis permite identificar el patrón de herencia de una enfermedad mediante el establecimiento del haplotipo de riesgo en una familia.

Análisis mutacional (directo)
Los genes del colágeno tipo IV son de gran longitud (una media de 50 exones por gen) y una gran complejidad que dificulta su estudio exhaustivo para la detección de la mutación causante de la enfermedad. No existe ninguna técnica eficaz aplicable a nivel asistencial para el diagnóstico mutacional del SAAR, mientras que el estudio de ARN a partir de raíz de cabello permite el diagnóstico mutacional del gen COL4A5.¹⁶

La nefropatía del colágeno IV (α3-α4)
El cuadro clínico que comprende esta entidad oscila de un fenotipo leve a uno intermedio. El primero se corresponde con la llamada hematuria familiar y los portadores del SAAR, mientras que el segundo se corresponde con el llamado SA autosómico dominante.

Fenotipo leve: hematuria familiar benigna
Se han utilizado diversos términos para definir la entidad clínica consistente en microhematuria persistente, mínima proteinuria, función renal normal, MBG adelgazada de forma uniforme e historia familiar con un patrón de herencia autosómica dominante: enfermedad de la membrana basal delgada, hematuria esencial benigna y hematuria familiar benigna. El término enfermedad de la membrana basal delgada refleja una ultraestructura anormal pero común a muchas otras enfermedades renales. Por otra parte, la presencia de hematuria en esta entidad no es persistente. Así, el término que mejor refleja esta enfermedad es hematuria familiar benigna (HFB).
La enfermedad de la membrana delgada (EMD) es probablemente la causa más común de hematuria aislada persistente y recurrente en niños y adultos y su prevalencia varía del 1% al 14% dependiendo de la población estudiada.¹⁷ Aproximadamente 2/3 de los pacientes con EMD padecen una forma autosómica dominante de la enfermedad denominada HFB. Al menos en el 40% de estas familias la enfermedad cosegrega con el locus COL4A3/COL4A4.^18,19 Sobre la base de aproximaciones directas e indirectas la prevalencia estimada de hematuria debida a HFB alcanza el 1% de la población.^20,21 Esta prevalencia implica que la enfermedad es una de las entidades más frecuentes que afectan los riñones después de las infecciones, la litiasis y la hipertensión.

Fenotipo intermedio
El término benigno no siempre es apropiado para la HFB, ya que el 50% de los adultos con esta enfermedad tienen algún grado de proteinuria, así como el 6% de los niños. Además, el 16% de adultos tienen proteinuria superior a 500 mg/d y el 17% tienen hipertensión. También se han publicado algunos casos de progresión a insuficiencia renal crónica terminal en la edad adulta.^22,23 Estas complicaciones de la enfermedad son muy parecidas a las del síndrome de Alport. Además, el aspecto de la MBG de los niños con SA es indistinguible del de la HFB, ya que muestra solamente un adelgazamiento difuso. De hecho, Hudson y col., en una revisión reciente sobre el SA y el síndrome de Goodpasture, consideran la HFB como una variante del SA.²⁴

La nefropatía del colágeno IV (α3-?α4) como denominador común para formas del síndrome de Alport y hematuria familiar benigna
Al considerar las similitudes entre la HFB y el SA, parece razonable asumir que estas entidades son en realidad extremos fenotípicos de un mismo defecto molecular. Lemmink y col. fueron los primeros en señalar esta hipótesis al demostrar el ligamiento con el locus 2q35-37 (COL4A3/COL4A4) en una familia con HFB y SA.²⁵ Los familiares con HFB eran heterozigotos para la mutación G897E (COL4A4). El caso índice tenía biopsia renal compatible con SA y había heredado la mutación de su padre, pero la madre también tenía hematuria. La hipótesis es que la madre también era portadora de una mutación en el gen COL4A4 y había transmitido dicha mutación a su hijo. Se han descrito algunas mutaciones en los genes COL4A3 y COL4A4 en familias con SAAR, asimismo algunas de estas mutaciones han sido halladas en familias con HFB.^18,25-27 Estos hallazgos tienen importantes consecuencias de cara al asesoramiento genético; así pues, los hijos de una pareja con hematuria familiar pueden padecer SA. Pero ni todas las familias con HFB muestran ligamiento al locus COL4A3/COL4A4 ni todos los portadores de SAAR presentan hematuria.^19,28,29 Debemos tener en cuenta que la hematuria puede presentar una penetrancia incompleta; así, familias aparentemente no ligadas al locus COL4A3/COL4A4 pueden en realidad estarlo.^30,31 También debemos considerar que haya mutaciones de novo y, por qué no, otros genes implicados en la HFB. Los heterozigotos compuestos con una mutación en el gen COL4A3 y otra en el COL4A4 presentan solo microhematuria, lo que confirma la suposición de que son necesarias mutaciones en las dos copias de un mismo gen para producir la enfermedad.³¹
El hecho más destacable es que mutaciones tanto en el gen COL4A3 como en el COL4A4 han sido halladas en heterozigosis en el llamado SAAD.^31-34 En todos estos casos la IRCT aparece en edades tardías de la vida o incluso no llega a aparecer. Esta entidad puede estar subdiagnosticada porque la insuficiencia renal se da en la edad adulta y puede ser indistinguible de una glomerulopatía avanzada. Curiosamente, se han descrito algunos casos de HFB con evolución a proteinuria e insuficiencia renal, lo que demuestra que la HFB y el SAAD pertenecen a un espectro continuo de gravedad variable causado por mutaciones en los genes COL4A3 y COL4A4.^22,23 La diferente evolución de la enfermedad causada por mutaciones en estos genes puede ser explicada por las distintas consecuencias en la traducción proteica así como por la intervención de otras proteínas estructurales presentes en el podocito o en el diafragma, como la nefrina, la podocina y la b-actinina, las cuales pueden interactuar con el colágeno IV y afectar la integridad de la MBG.
El análisis mutacional no está disponible para realizar el diagnóstico rutinario de la nefropatía del colágeno IV. Debido al gran tamaño de estos genes y a la presencia de gran número de polimorfismos, las técnicas utilizadas habitualmente son poco útiles.
Las mutaciones en los genes COL4A3, COL4A4 y COL4A5 producen una alteración de la MBG. Dependiendo de la edad, el sexo, el tipo de mutación y el número de genes mutados, el fenotipo oscila desde una MBG adelgazada a una engrosada y laminada, lo cual en términos clínicos va desde la microhematuria aislada hasta un SA florido.
El nuevo término “nefropatía del colágeno IV (α3-α4)” permite agrupar las entidades previamente conocidas como HFB, SAAD y portadores del SAAR en un único concepto clínico y molecular para una mejor comprensión de la enfermedad (Figura 3).






A medida que progrese nuestro conocimiento de la genómica y proteómica de la enfermedad esperamos que se pueda establecer un pronóstico temprano y diseñar un tratamiento que evite el deterioro de la MBG y el consecuente deterioro renal.

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