scholarly journals Quantitative measurement of the histological features of alpha-1 antitrypsin deficiency-associated liver disease in biopsy specimens

PLoS ONE ◽  
2021 ◽  
Vol 16 (8) ◽  
pp. e0256117
Author(s):  
George Marek ◽  
Amy Collinsworth ◽  
Chen Liu ◽  
Mark Brantly ◽  
Virginia Clark
Keyword(s):  
Liver Disease ◽  
Liver Biopsy ◽  
Periodic Acid ◽  
Therapeutic Interventions ◽  
Periodic Acid Schiff ◽  
Biopsy Specimens ◽  
Antitrypsin Deficiency ◽  
Alpha 1 Antitrypsin Deficiency ◽  
Alpha 1 Antitrypsin ◽  
Relationship Of

Background Pathological mutations in Alpha-1 Antitrypsin (AAT) protein cause retention of toxic polymers in the hepatocyte endoplasmic reticulum. The risk for cirrhosis in AAT deficiency is likely directly related to retention of these polymers within the liver. Polymers are classically identified on liver biopsy as inclusion bodies by periodic acid schiff staining after diastase treatment and immunohistochemistry. However, characterization of the polymer burden within a biopsy sample is limited to a semi-quantitative scale as described by a pathologist. Better methods to quantify polymer are needed to advance our understanding of pathogenesis of disease. Therefore, we developed a method to quantify polymer aggregation from standard histologic specimens. In addition, we sought to understand the relationship of polymer burden and other histologic findings to the presence of liver fibrosis. Methods Liver samples from a well-categorized AATD cohort were used to develop histo-morphometric tools to measure protein aggregation. Results Whole-slide morphometry reliably quantifies aggregates in AATD individuals. Despite very low levels of inclusions present (0–0.41%), accumulation of globules is not linear and is associated with higher fibrosis stages. Immunohistochemistry demonstrates that fibrosis is associated with polymer accumulation and not total AAT. A proportion of patients were found to be “heavy accumulators” with a polymer burden above the upper 25% of normal distribution. Males had significantly more liver inclusions and polymer than females. These measurements also highlight interrelated phenotypes of hepatocellular degeneration and autophagy in AATD liver disease. Conclusion Quantitative inclusion analysis measures AAT accumulation in liver biopsy specimens. Quantification of polymer may identify individuals at risk for progressive disease and candidates for therapeutic interventions. Furthermore, these methods may be useful for evaluating efficacy of drugs targeting accumulation of AAT.

Alpha-1-antitrypsin deficiency: diagnosis and treatment (literature review)

2021 ◽  
pp. 12-24
Author(s):  
Е.А. Ларшина ◽  
Н.В. Милованова ◽  
Е.А. Каменец
Keyword(s):  
Liver Disease ◽  
Genetic Disorder ◽  
New Drugs ◽  
Chronic Obstructive ◽  
Diagnosis Delay ◽  
Loss Of Function ◽  
Antitrypsin Deficiency ◽  
Alpha 1 Antitrypsin Deficiency ◽  
A1at Deficiency ◽  
Alpha 1 Antitrypsin

Недостаточность альфа-1-антитрипсина - наследственное заболевание, характеризующееся низким уровнем белка альфа-1-антитрипсина (A1AT) в крови. В основном дефицит A1AT проявляется в виде хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ), эмфиземы, а также поражения печени и сосудов. А1АТ является главным ингибитором сериновых протеаз в крови человека. Недостаточность А1АТ обусловлена мутациями в гене SERPINA1. Наиболее распространенными аллельными вариантами в гене SERPINA1 являются S (p.Glu288Val) и Z (р.Glu366Lys), однако в клинической практике большинство случаев тяжелого дефицита А1АТ связаны с генотипом PIZZ. У пациентов с PIZZ патология легких представляет собой фенотип «потери функции», так как дефицит A1AT приводит к ускоренному разрушению паренхимы легких, приводящему к эмфиземе. При Z-мутации 85% синтезированного белка блокируется в гепатоцитах из-за неправильного сворачивания и полимеризации. Накопление полимеризованного белка в эндоплазматической сети гепатоцитов в свою очередь приводит к хроническим заболеваниям печени у некоторых пациентов: циррозу и злокачественным новообразованиям печени. Дефицит А1АТ является довольно распространенным заболеванием, но выявляется лишь незначительная часть лиц с данной патологией. Недостаточность А1АТ зачастую ошибочно диагностируется как ХОБЛ, бронхиальная астма или криптогенное заболевание печени. Задержка в установлении диагноза составляет обычно более 5 лет (в среднем около 8 лет) что, как правило, связано с плохой осведомленностью врачей, недооценкой его распространенности и вариабельностью клинических проявлений. В настоящее время для лечения дефицита А1АТ с легочными проявлениями возможно применение аугментационной терапии, основанной на внутривенном введении очищенного человеческого А1АТ. Также активно ведется поиск новых препаратов, способных улучшить прогноз у пациентов с патологией печени. Современные подходы в лечении дефицита А1АТ, сосредоточенные на генной терапии, становятся перспективным направлением в лечении как легочной, так и печеночной патологии при дефиците А1АТ. Alpha-1 antitrypsin deficiency is a genetic disorder characterized by low level of alfa-1-antitripsin protein (A1AT) in the blood. Usually, A1AT deficiency results in chronic obstructive pulmonary disease (COPD), emphysemas, liver disease and vessels damaging. A1AT is the main inhibitor of serine proteases in human blood. A1AT deficiency is caused by mutations in the gene SERPINA1. The most common SERPINA1 allelic variants are S (p.Glu288Val) and Z (p.Glu366Lys). However, the most of documented severe cases of A1AD are associated with PIZZ genotype. PIZZ genotype patients have loss-of-function phenotype due to accelerated lung parenchyma destruction resulting in emphysema. Z mutation genotype leads to blocking of 85% synthesized protein in hepatocytes due to wrong folding and polymerization. Accumulation of the bodied protein in hepatocytes endoplasmic reticulum results in chronic liver disease, cirrhosis and other liver pathologies. A1AT deficiency is a common disorder, however, this diagnosis is established in a small part of the patients. A1AT deficiency is often misdiagnosed as COPD, asthma or сryptogenic liver disease. Usually, due to underestimating the prevalence of the disease and its unspecific symptoms, the diagnosis delay is more than 5 years (on average about 8 years). Nowadays it is possible to treat lung form of A1AT deficiency used the augmentation therapy, that bases on intravenous infusions of pure human A1AT. Also, the active development of new drugs to improve the prognosis in the patients with liver pathology is ongoing. Modern approaches of A1AT deficiency treatment, focused on gene therapy, are becoming a promising direction in the managing of both pulmonary and hepatic pathology with A1AT deficiency.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document