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Medizin von morgen | Faktor XII | Diagnostik im Dialog • Ausgabe 44 • 08/2014

(extrinsisches System) oder durch Kompo-nenten des Plasmas (intrinsisches System). Beim intrinsischen Weg verändert zirkulie-render FXII (Hageman-Faktor) nach Kon-takt mit negativ geladenen Oberflächen seine Konformation und wird zum aktiven Gerinnungsfaktor FXIIa. Dieser aktiviert unter Beteiligung des hochmolekularen Kininogens das Zymogen Plasmakallikrein zu aktivem Kallikrein, das in einem positi-ven Rückkopplungsmechanismus weiteren FXII aktiviert (Abb. 1). FXIIa startet dann durch Umwandlung des Gerinnungsfaktors FXI zu FXIa die Gerinnungskaskade.3

Aktives Kallikrein kann neben seinem Einfluss auf FXII auch einen kurzlebigen Entzündungsmediator, das Peptidhormon Bradykinin, aus dem hochmolekularen Kininogen freisetzen.4 Bradykinin bindet an Kinin-B2-Rezeptoren und aktiviert pro-inflammatorische Signalwege (Abb. 1).5

Fazit: Es gibt ein proinflammatorisches und prokoagulantes Kontaktphasesystem, beste-hend aus FXII, hochmolekularem Kininogen und Plasmakallikrein. Die Proteine werden

in Hepatozyten synthetisiert und als Zymo-gene (Proenzyme) ins Plasma sekretiert.6

Faktor ohne Funktion? Die Autoaktivierung von FXII bei Kontakt mit unphysiologischen Oberflächen ist Basis des lange etablierten Gerinnungstests „Aktivierte partielle Thromboplastinzeit“. Kontaktaktivator ist hier beispielsweise das Silikat Kaolin. In den letzten Jahren wurden darüber hinaus mehrere biologi-

Blutgerinnung und Entzündung sind zwei lebenswichtige Abwehrsysteme. Es geht darum, unphysiologisches, nämlich verletztes bzw. infektiöses Gewebe wieder ”loszuwer-den”. Tatsächlich interagieren proinflamm-atorische und prokoagulante Mechanismen vielfältig und auf verschiedensten Ebenen.1 Dies ist z. B. für die Bewältigung von Infek-tionserkrankungen und Entzündungspro-zessen essenziell.2 Entzündungen führen zur Gerinnungsaktivierung, und der Gerin-nungsstatus beeinflusst die Entzündungsak-tivität. Eine Schlüsselstellung für den Anstoß beider Systeme scheinen der Gerinnungs-faktor XII (FXII) bzw. ein FXII-getriebenes Kontaktphasesystem zu haben. Mit zuneh-mender „Enthüllung“ der biologischen FXII-Funktionen zeigt sich, dass der Faktor ein sehr attraktives Ziel für neuartige pharma-kologische Interventionen sein könnte.

FXII-getriebenes KontaktphasesystemNach dem klassischen „Kaskaden-/Was-serfall-Modell“ der Blutgerinnung kann die Fibrinbildung über zwei unterschied-liche Mechanismen initiiert werden: durch Bestandteile der verletzten Gefäßwand

Die verschiedenen Gesichter des Faktors XIIProf. Dr. med. Dr. rer. nat. Thomas Renné, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf und Karolinska Institute, Stockholm

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Eigenschaften FXII

Abb. 1: Das Faktor XII-getriebene Kontakt-phasesystem (Erläuterung im Text)FXII=Gerinnungsfaktor XII; HK=Hochmolekulares Kininogen; FXI=Gerinnungsfaktor XI; PK=Plasmakallikrein; BK=Bradykinin; B2R=Kinin-B2-Rezeptoren

Antikoagulation ohne Blutungsneigung: FXII Zielobjekt neuer Therapien?

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sche Substanzen identifiziert, die ebenfalls eine Kontakt-vermittelte Aktivierung von FXII induzieren. Hierzu gehören RNA, Aggregate aus fehlgefalteten Proteinen, Kollagen und Polyphosphate.7 Trotz der unzweifelhaften Bedeutung von FXII für die Fibrinbildung in vitro galt über Jahr-zehnte die These, dass FXII in vivo keine Funktion habe, dass die Gerinnung in vivo ausschließlich über den extrinsischen Weg (Tissue Faktor/FVII) laufe.8

Was stützte die lange bestehende Hypothese eines Gerinnungsfaktors ohne Funktion? Die Annahme basiert auf der bekannten Tatsache, dass Menschen selbst mit voll-ständiger FXII-Defizienz keine erhöhte Blutungsneigung aufweisen.9 Dies steht im klaren Gegensatz zu allen anderen Gerin-nungsfaktoren. Starker Mangel an Faktor VIII oder IX z. B. erzeugt das Krankheitsbild der Hämophilie A bzw. Hämophilie B.

Faktorenmangel mit VorteilenAuf der Suche nach den Aufgaben von FXII haben wir erstmals FXII-defiziente (FXII-/-) Mäuse generiert und in experimentellen Thrombosemodellen phänotypisiert. Genau wie FXII-defiziente Menschen zeigen diese Tiere keine vermehrte Blutungsneigung. Nach dem Lehrbuchdogma eines hämo- statischen Gleichgewichts wäre daher auch von einer normalen Gerinnselbildung aus-zugehen. Überraschenderweise aber ist die Bildung von Thromben in arteriellen und venösen Gefäßen erheblich gestört.10 In nachfolgenden Arbeiten erwies sich der FXII-Mangel im Mausmodell als Schutz vor ischämischem Schlaganfall.11 Die Rekonsti-

tution mit humanem FXII hebt diesen pro-tektiven Effekt vollständig auf. Somit wirkt FXII in Menschen und Mäusen sehr ähn-lich – bei Patienten schützt ein Mangel an FXI, dem Substrat von FXIIa, ebenfalls vor ischämischem Schlaganfall.12 Mausmodelle eignen sich daher, um diesen „besonderen“ Gerinnungsfaktor sowie FXII-vermittelte Erkrankungen und Therapieoptionen zu entschlüsseln.

Fazit: Der Gerinnungsfaktor XII ist in vivo mitverantwortlich für pathologische Throm-bosen, spielt aber für die Blutgerinnung keine große Rolle. Unsere Ergebnisse an den FXII-/--Mäusen zeigten erstmalig: Das Kon-zept eines „hämostatischen Thrombus“, der durch überschießende Aktivierung „norma-ler“ Fibrin-bildender Gerinnungsmechanis-men entsteht, bedarf einer Revision!13,14

Analog zum FXII-Mangel schützt auch die Defizienz (oder Inhibition) der anderen Kontaktsystemfaktoren Kallikrein, hochmo-lekulares Kininogen und FXI vor Thrombo-sen, ohne die Blutungsneigung bei Mäusen und Menschen zu erhöhen. Das bedeutet: Generell ist die durch das Kontaktphasesys-tem vermittelte Fibrinbildung für die Blut-stillung nicht notwendig, sondern erfüllt vermutlich andere wichtige Funktionen. Angeborene Defizienzen der Kontaktsys-temfaktoren sind sehr selten15 – das lässt eine bedeutsame physiologische Rolle erwarten.

Polyphosphate und PolysaccharideZur Aktivierung der partiellen Thrombo-plastinzeit im diagnostischen Labor dienen Silikate oder Ellagsäure als Fremdoberflä-

che. Als endogenen FXII-Aktivator haben wir auf aktivierten Thrombozyten und Escherichia coli Polyphosphate identifiziert16 – anorganische Polymere mit linear ver-knüpften Phosphatresten. Thrombozytäre Polyphosphate haben ca. 60–100 Einheiten und werden von aktivierten Blutplättchen sekretiert.17 Bakterielle Strukturen sind mit bis zu 1000 Phosphateinheiten deutlich län-ger. Polyphosphate...O vermitteln die Autoaktivierung von FXII

und initiieren damit die Fibrinbildung auf prokoagulanten Thrombozyten und Bakterienoberflächen.

O starten auch die Bradykinin-bildende Kaskade und führen zu Bradykinin-vermittelten Ödemen (akut auftretenden schmerzlosen Schwellungen).

Die Gabe einer Polyphosphat abbauen-den alkalischen Phosphatase blockiert die Thrombusbildung in vitro und die Polyphos-phat-getriebenen thromboembolischen und inflammatorischen Erkrankungen in Maus-modellen.16 Die Verknüpfung von Gerin-nungs- und Entzündungsmechanismen besteht also auch auf zellulärer Ebene.

Welche biologischen Aufgaben erfüllen die Polyphosphate? Bei Hefen und Bakterien sind sie die polymere Speicherform von ATP und an Stressantworten beteiligt. In euka-ryotischen Zellen und auf der Ebene des Gesamttieres bei Säugern sind die Polyphos-phate derzeit eine „Black Box“ – kaum etwas ist bekannt über Biosynthese, Metabolismus und Physiologie. Die zielgerichtete Blockade von Polyphosphaten ist jedoch Gegenstand aktueller Forschungen und könnte eben-

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FXII verbindet vermutlich Blut- gerinnung und Entzündungsreaktion

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falls eine neue Strategie zur Modulation der FXII-Aktivität darstellen.

Kürzlich konnten wir an Allergen/IgE-sti-mulierten Mastzellen zeigen, dass sich das Kontaktphasesystem endogen auch alterna-tiv anstoßen lässt. Mastzellen sezernierten das Polysaccharid Heparin, das (im Gegen-satz zu den modifizierten aufgereinigten Heparinen zur Thromboseprophylaxe) ebenfalls FXII durch Kontakt aktiviert, aber spezifisch Bradykinin generiert. Dieser inflammatorische Reiz erhöht die Gefäßper-meabilität und stellt Gefäße weit. Heparin stimuliert dagegen nicht die Fibrinbildung, da das Polysaccharid die Wirkung von FXI-nachgeschalteten Inhibitoren (Antithrom-bin) verstärkt.18 Unsere Daten belegen erstmals eine Bedeutung des Kontaktphase-systems in vivo auch bei entzündlichen und allergischen Erkrankungen.

Pharmakologisches „Target“FXII erfüllt wichtige Aufgaben bei throm-boembolischen und bei entzündlichen Erkrankungen. Dazu kommt die Tatsache, dass selbst eine komplette Defizienz beim Menschen keine offenkundige Erkrankung hervorruft. Das alles macht FXII zu einem

sehr attraktiven „Target“ für pharmakologi-sche Interventionen.

Wir haben den rekombinanten humanisier-ten FXII-Antikörper „3F7“ generiert, der die proteolytische Aktivität von FXII potent blockiert, und wir konnten bisher folgende Erkenntnisse gewinnen:O 3F7 inhibiert die FXII-getriebene Fibrin-

bildung und schützt in experimentellen Modellen Mäuse und Kaninchen vor Thrombosen.

O 3F7 verhindert in einer speziellen, auch klinisch genutzten, Herz-Lungenmaschine (Extakorporale Membran Oxygenierung, ECMO) die Bildung von Thrombosen im Oxygenator (Abb. 2). Der Inhibitor wirkt hier genauso thromboprotektiv wie Hepa-rin, erhöht jedoch nicht die Blutungsnei-gung der behandelten Tiere.19

AusblickNeuere Daten aus Tiermodellen lassen für den „alten“ FXII ganz „neue“ Funktionen bei thromboembolischen und inflammato-rischen Erkankungen vermuten. Die Blo-ckade von FXII durch 3F7 ist eine attrak-tive Strategie zur Antikoagulation, die im Gegensatz zu allen aktuell verwendeten

Antikoagulanzien (Heparin, Vitamin-K-Antagonisten/Marcumar, Thrombin- und Faktor-Xa Inhibitoren etc.) sicher ist, weil sie keine Blutungsneigung induziert. Wir hoffen, dieses attraktive Konzept in den nächsten Jahren in die Klinik zu tragen und therapeutisch nutzbar zu machen.

Ob bzw. welche therapeutischen Optionen sich aus weiteren Erkenntnissen zum FXII für die Modulation von Entzündungsprozes-sen ableiten, bleibt abzuwarten.

Literatur 1 Dahlback B: Semin Immunopathol (2011); 34:1–3 2 Levi M, van der Poll T: Crit Care Med (2010); 38:26–34 3 Maas C, Oschatz, C, Renne T: Semin Thromb Hemost

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24:1015–1022 9 Ratnoff OD, Colopy JE: J Clin Invest (1955); 34:602–613 10 Renne T: J Exp Med (2005); 202:271–281 11 Kleinschnitz C et al: J Exp Med (2006); 203:513–518. 12 Salomon O et al: Blood (2009);114:3491A 13 Gailani D, RenneT: Arterioscler Thromb Vasc Biol (2007);

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1112 15 Darbousset R et al: Blood (2012); 120:2133–2143 16 Muller F et al: Cell (2009); 139:1143–1156 17 Nickel et al: Blood (2013); 122:3847–3849 18 Oschatz C et al: Immunity (2011); 34:258–268 19 Larsson M et al: Sci Transl Med (2014); 6:222ra217

Korrespondenzadresse

Prof. Dr. med. Dr. rer. nat Thomas Renné Direktor des Instituts für Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf Martinistr. 52 20246 Hamburg und Clinical Chemistry, Dept. Molecular Medicine and Surgery Karolinska Institute, L2:05 17275 Stockholm, Schweden t.renne@uke.de

Thromboprotektiver FXII-Inhibitor

Abb. 2: Elektronenmikroskopische Darstellung von Thrombosen. Oxygenatoren von Kochsalz (Kontrolle) und mit Anti-FXII-3F7-Antikörper behandelten Kaninchen nach ECMO-Therapie.