Christiane Friedel Gisela Cloos
Dr. med.
Pyridinium-Crosslinks (glykosyliertes, freies und Gesamt-Pyridinolin sowie freies und
Gesamt-Desoxypyridinolin) im Urin bei Gesunden und Patienten mit Diabetes mellitus
Geboren am 22. Juni 1971 in Maisières, Belgien
Reifeprüfung am 25. Mai 1990
Studiengang der Fachrichtung Medizin vom SS 1991 bis SS 1999
Physikum am 01. April 1993
Klinisches Studium an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
Praktisches Jahr an: Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, University Hospital Nottingham, GB
Staatsexamen am 19. Mai 1999 an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
Promotionsfach: Labormedizin
Doktorvater: Prof. Dr. med. H. Schmidt-Gayk
Das Auftreten sekundärer Osteoporose bei Diabetes mellitus wird seit langem diskutiert. Studien
stellten häufig Osteopenie bei Diabetes mellitus Typ I fest, die Tendenz zur vermehrten
Knochendichte bei Diabetes mellitus Typ II.
Bei Diabetes mellitus zeichnet sich Kollagen durch erhöhte Stabilität und verlangsamten Umsatz
aus, was bedingt sein kann durch einen vermehrten Gehalt an Quervernetzungskomponenten
(Crosslinks), die während der Kollagenreifung einerseits durch nicht-enzymatische Glykierung und
andererseits durch Lysyl-Oxidase-Vermittlung entstehen. Pyridinium-Crosslinks (Pyridinolin und
Desoxypyridinolin) werden auf enzymatische Weise gebildet.
Pyridinium-Crosslinks wurden als spezifische Marker zur Bestimmung von Knochenresorption und
-umsatz bei Diabetes mellitus untersucht. Glykosyliertes, freies und Pyridinolin nach Hydrolyse
(Gesamt-Pyridinolin) sowie freies und Desoxypyridinolin nach Hydrolyse (Gesamt-
Desoxypyridinolin) wurden im Urin von 154 Patienten mit Typ I-, Typ II- und sekundärem
Diabetes mellitus, ferner von 99 Gesunden durch die Hochleistungs-Säulenflüssig-Chromatographie
(HPLC) analysiert. Von besonderem Interesse war die Frage, ob Pyridinolin bei Diabetes mellitus
vermehrt in glykosylierter Form, als Galaktosyl-Glucosyl-Pyridinolin, vorliegt.
Gesamt-Desoxypyridinolin wird bei Diabetes mellitus in signifikant erniedrigtem Ausmaß
ausgeschieden, was eine geringere Knochenresorptionsrate und einen verminderten Knochenumsatz
(‘low turnover’) bei Diabetes mellitus widerspiegelt. Besonders dieses Ergebnis betrifft den
Kernpunkt einer seit langem bestehenden und kontroversen Diskussion.
Der von glykosyliertem Pyridinolin gebildete Anteil an der Gesamt-Pyridinolin-Konzentration ist
bei Diabetes mellitus nicht vergrößert, sondern signifikant verringert, vermutlich bedingt durch
verminderte Aktivität von Glykosyl-Transferasen oder renalen Proteasen. Herauszustellen ist
deshalb der Unterschied zwischen Glykosylierung von Pyridinolin durch Glykosyl-Transferasen
gegenüber der nicht-enzymatischen Glykierung von Proteinen. Letztere findet bei Diabetes mellitus
infolge chronischer Hyperglykämie vermehrt statt. Es ergab sich keine Korrelation zwischen
glykosyliertem Pyridinolin bzw. Pyridinium-Crosslinks und glykiertem Hämoglobin bzw. HbA1c.
Die Ausscheidung der freien Crosslinks (freies Pyridinolin und freies Desoxypyridinolin) ist bei
Diabetes mellitus signifikant erniedrigt. Ihr Anteil am Gesamt-Pyridinolin bzw. Gesamt-
Desoxypyridinolin ist gegenüber dem der peptidgebundenen Pyridinium-Crosslinks im Verhältnis
reduziert. Dies kann bedingt sein entweder durch verminderte Aktivität jener Enzyme, die die
Bildung der freien Crosslinks aus den peptidgebundenen katalysieren, oder durch erhöhte Resistenz
der peptidgebundenen Pyridinium-Crosslinks gegenüber dem enzymatischen Abbau.
Analog zu glykosyliertem Pyridinolin werden signifikant weniger freie Crosslinks bei Diabetikern
mit stark ausgeprägter Glucosurie ausgeschieden im Vergleich zu Patienten ohne bzw. mit geringer
Glucosurie. Dies läßt darauf schließen, daß stark ausgeprägte Glucosurie die Aktivität tubulärer
Nierenenzyme einschränkt, welche am Abbau der peptidgebundenen Pyridinium-Crosslinks
beteiligt sind, und somit zu einem verminderten Anteil an den finalen Produkten (glykosyliertem
und freiem Pyridinolin sowie freiem Desoxypyridinolin) und zu erhöhtem Gehalt an
peptidgebundenem Pyridinolin und Desoxypyridinolin führt. Es besteht jedoch kein eindeutiger
Zusammenhang zwischen der Ausscheidung der Pyridinium-Crosslinks und der Nierenfunktion.
Die Pyridinium-Crosslinks korrelieren nicht bzw. nur schwach mit Serumkreatinin, Urinkreatinin
und Urinalbumin.
Normalerweise entspricht das molare Verhältnis von Gesamt-Pyridinolin zu Gesamt-
Desoxypyridinolin im Urin in etwa demjenigen im Knochen. Bei Diabetikern ist das Verhältnis im
Urin signifikant erhöht; eine vollständige Klärung der Ursache steht noch aus.
Im Gegensatz zu Studien, die Unterschiede in Knochendichte und -umsatz zwischen Diabetes
mellitus Typ I und II fanden, unterscheiden sich die Untersuchungsergebnisse der Pyridinium-
Crosslinks nicht signifikant bezüglich des Diabetes-Typs. Eine Ausnahme bildet das molare
Verhältnis von Gesamt-Pyridinolin zu Gesamt-Desoxypyridinolin, welches bei Typ I-Diabetikern
signifikant niedriger ist als bei Typ II-Diabetikern.
Die ermittelten Referenzbereiche von Gesamt-Pyridinolin und Gesamt-Desoxypyridinolin, die sich
auf Spontanurinproben aus der Zeit zwischen 1100 und 1300 beziehen, stimmen mit denjenigen aus
24h-Sammelurin weitgehend überein. Dies legt nahe, daß Pyridinium-Crosslinks statt in 24h-
Sammelurin in Urin der Mittagszeit gemessen werden können.
Die Ausscheidung der Pyridinium-Crosslinks differiert bei Diabetikern in mehrfacher Hinsicht von
Gesunden und zeigt somit einen veränderten Kollagen- bzw. Knochenstoffwechsel bei Diabetes
mellitus an.
Im Verlauf dieser Studie sind Fragen entstanden. Sie betreffen die Verteilung der Pyridinium-
Crosslinks in Knochenkollagen, eine eventuell vermehrte Freisetzung von Pyridinolin aus Knorpel
und die Beziehung zwischen einerseits Glucosurie und andererseits glykosyliertem bzw. freiem
Pyridinolin sowie freiem Desoxypyridinolin. Die vorliegende Arbeit hat gezeigt, daß die Messung
der Pyridinium-Crosslinks im Urin mit der HPLC eine nicht-invasive und empfehlenswerte
Methode ist, um Knochenresorption und -umsatz bei Diabetes mellitus spezifisch zu bestimmen.
