Pathophysiology of Congenital Nephrotic Syndrome of the Finnish type

Congenital nephrotic syndrome of the Finnish type (NPHS1) is an autosomal recessive disease which is highly enriched in the Finnish population. It is caused by mutations in the NPHS1 gene encoding for nephrin, which is a major component of the glomerular filtration barrier in the kidney. Patients with NPHS1 have heavy proteinuria and nephrotic syndrome (NS) from birth and develop renal fibrosis in early childhood. Renal transplantation (TX) is the only curative treatment for NPHS1. These patients form the largest group of pediatric kidney transplant children in our country. The NPHS1 kidneys are removed in infancy and they serve as an excellent human material for studies of the pathophysiology of proteinuric kidney diseases. Sustained proteinuria is a major factor leading to end-stage renal failure and understanding this process is crucial for nephrology. In this study we investigated the glomerular and tubulointerstitial changes that occur in the NPHS1 kidneys during infancy as well as the expression of nephrin in non-renal tissues. We also studied the pathology and management of recurrent proteinuria in kidney grafts transplanted to NPHS1 children. Severe renal lesions evolved in patients with NPHS1 during the first months of life. Glomerular sclerosis developed through progressive mesangial sclerosis, and capillary obliteration was an early consequence of this process. Shrinkage of the glomerular tuft was common, whereas occlusion of tubular opening or protrusion of the glomerular tuft into subepithelial space or through the Bowman's capsule were not detected. Few inflammatory cells were detected in the mesangial area. The glomerular epithelial cells (podocytes) showed severe ultrastructural changes and hypertrophy. Podocyte proliferation and apoptosis were rare, but moderate amounts of podocytes were detached and ended up in the urine. The results showed that endocapillary lesions not extracapillary lesions, as generally believed were important for the sclerotic process in the NPHS1 glomeruli. In the tubulointerstitium, severe lesions developed in NPHS1 kidneys during infancy. Despite heavy proteinuria, tubular epithelial cells (TECs) did not show transition into myofibroblasts. The most abundant chemokines in NPHS1 tissue were neutrophil activating protein-2 (NAP-2), macrophage inhibiting factor (MIF), and monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1). Interstitial inflammation and fibrosis were first detected in the paraglomerular areas and the most abundant inflammatory cells were monocytes/macrophages. Arteries and arterioles showed intimal hypertrophy, but the pericapillary microvasculature remained quite normal. However, excessive oxidative stress was evident in NPHS1 kidneys. The results indicated that TECs were relatively resistant to the heavy tubular protein load. Nephrin was at first thought to be podocyte specific, but some studies especially in experimental animals have suggested that nephrin might also be expressed in non-renal tissues such as pancreas and central nervous system. The knowledge of nephrin biology is important for the evaluation of nephrin related diseases. In our study, no significant amounts of nephrin protein or mRNA were detected in non-renal tissues of man and pig as studied by immunohistochemistry and in situ hybridization. The phenotype analysis of NPHS1 children, who totally lack nephrin, revealed no marked impairment in the neurological, testicular, or pancreatic function speaking against the idea that nephrin would play an important functional role outside the kidney. The NPHS1 kidneys do not express nephrin and antibodies against this major glomerular filter protein have been observed in NPHS1 children after renal TX most likely as an immune reaction against a novel antigen. These antibodies have been associated with the development of recurrent NS in the kidney graft of NPHS1 patients. In our study, a third of the NPHS1 patients homozygous for Fin-Major mutation developed recurrent NS in the transplanted graft. Re-transplantations were performed to patients who lost their graft due to recurrent NS and heavy proteinuria immediately developed in all cases. While 73% of the patients had detectable serum anti-nephrin antibodies, the kidney biopsy findings were minimal. Introduction of plasma exchange (PE) to the treatment of recurrent nephroses increased the remission rate from 54% to 89%. If remission was achieved, recurrent NS did not significantly deteriorate the long term graft function. In conclusion, the results show that the lack of nephrin in podocyte slit diaphragm in NPHS1 kidneys induces progressive mesangial expansion and glomerular capillary obliteration and inflicts interstitial fibrosis, inflammation, and oxidative stress with surprisingly little involvement of the TECs in this process. Nephrin appears to have no clinical significance outside the kidney. Development of antibodies against nephrin seems to be a major cause of recurrent NS in kidney grafts of NPHS1 patients and combined use of PE and cyclophosphamide markedly improved remission rates.

Valkuaisaineiden erittyminen virtsaan herättää aina epäilyn munuaissairaudesta. Valkuaisvirtsaisuus, proteinuria, on herkkä munuaiskeräsen (glomerulus) vaurion osoittaja. Viime vuosina on osoitettu, että valkuaisvirtsaisuus ei ole pelkästään merkki munuaissairaudesta vaan on itsessään haitallista munuaisille. Valkuaisvirtsaisuuden syntymekanismien ja seurausten ymmärtäminen onkin olennaisen tärkeää munuaissairauksien tutkimuksessa ja hoidossa. Vuonna 1998 löydettiin geenivirhe, joka johtaa nefriini-nimisen proteiinin puutteeseen ja sen seurauksena valkuaisvirtsaisuuteen suomalaistyyppisessä synnynnäisessä nefroosissa (CNF, NPHS1). Tässä suomalaiseen tautiperintöön kuuluvassa taudissa voimakas valkuaisvirtsaisuus alkaa jo kohdussa ja johtaa kuolemaan lapsuusiässä ellei tehdä munuaisensiirtoa. NPHS1 oli ensimmäisiä sairauksia, joissa valkuaisvirtsaisuuden syntymekanismi opittiin tuntemaan molekyylitasolla. Sitä pidetäänkin vaikean proteinurian (nefroosin) mallitautina. Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin munuaisen keskeisten rakenteiden, glomerulusten ja munuaistiehyiden (tubulusten), vaurioitumisen syntymekanismeja NPHS1-munuaisissa. Lisäksi selvitettiin, onko nefriiniä todettavissa muissa kudoksissa kuin munuaisissa ja onko NPHS1-potilailla muiden elinten kuin munuaisten toimintahäiriöitä. Tutkimuksen kolmantena tavoitteena oli selvittää NPHS1-potilailla munuaisensiirron jälkeen ilmenevän proteinurian syntymekanismeja ja hoitoa. Tutkimukset osoittivat, että NPHS1-munuaiset vaurioituivat pahoin jo muutamien ensimmäisten elinkuukausien aikana. Munuaiskeräsen tuhoutuminen (skleroosi) johtui glomeruluksen tukikudoksen (mesangiumin) asteittaisesta lisääntymisestä, joka aiheutti jo varhaisessa vaiheessa hiussuonten ahtautumaa. Glomeruluksen hiussuonia verhoavat pintasolut (podosyytit) olivat rakenteeltaan poikkeavia, mutta ne jakautuivat tai tuhoutuivat hyvin harvoin. Podosyyttejä kulkeutui jonkin verran NPHS1-potilaiden virtsaan, mutta niiden irtoaminen ei käynnistänyt glomeruloskleroosiin johtavaa prosessia, kuten on ajateltu. Tubulusten sisäpinnan solut (epiteelisolut) kestivät virtsan suuren valkuaispitoisuuden odotettua paremmin, ja ne säilyttivät epiteelisolukolle ominaiset rakenteet. Ne erittivät varsin vähän tärkeimpiä, sidekudoslisää ja tulehdusta aiheuttavia, välittäjäaineita. Tulehdussoluja oli tubulusten vieressä niukasti ja niitä kerääntyi ensimmäisenä munuaiskerästen ympärille. Kokonaisuudessaan munuaisvaurio ei edennyt kuten eläinkokeiden perusteella oli odotettavissa vaan mesangiumin rooli oli ajateltua suurempi. Tutkimuksessa ei löydetty nefriiniä muista kudoksista kuin munuaisesta, ja nefriinin puute ei aiheuttanut muiden elinten toimintahäiriötä NPHS1-potilailla. Sitä vastoin nefriinin puuttuminen omasta elimistöstä johtaa elinsiirron jälkeen immuunireaktioon uuden munuaisen nefriiniä vastaan osalla NPHS1-potilaista. Tämän seurauksena useita munuaissiirrännäisiä on menetetty. Uuden hoitomuodon, plasmanvaihdon, havaittiin parantavan selvästi näiden potilaiden ennustetta.