Kopeptyna to polipeptyd będący C-końcowym fragmentem wazopresyny. Podstawową funkcją kopeptyny jest udział w procesie syntezy wazopresyny. Białko to odgrywa także rolę chaperonu, czyli uczestniczy w nadawaniu właściwej struktury przestrzennej pojedynczym polipeptydom lub kompleksom białek. Chroni również nowo zsyntetyzowane łańcuchy peptydowe przed ich agregacją. Kopeptyna jest niezwykle czułym markerem stanu zapalnego. Jej podwyższone stężenie obserwuje się w ciężkich schorzeniach klinicznych. Postuluje się, że jest bardziej czułym markerem niż kortyzol czy białko C-reaktywne.
1. Historia odkrycia kopeptyny
Po raz pierwszy kopeptyna została opisana w 1972 roku przez D. A. Holwerda. Prowadził on badania nad przysadką mózgową u świń. Zaobserwował, że wyizolowana przez niego substancja jest bardziej stabilna od wazopresyny (AVP), choć nie wykazuje żadnej ze znanych aktywności fizjologicznych hormonów przysadki mózgowej, z wyjątkiem niewielkiej aktywności lipolitycznej. [1] W 1981 roku N. G. Seidah opisał skład aminokwasowy ludzkiej kopeptyny. [2] Przez następne 20 lat niewielu naukowców decydowało się na izolowanie tego białka. Dopiero w 2005 roku J. Struck wraz z zespołem opublikowali charakterystykę biochemiczną kopeptyny. Zwrócili oni uwagę na jej budowę strukturalną i opisali pełnione przez nią funkcje. Postawili hipotezę, że skoro kopeptyna pochodzi z tego samego peptydu prekursorowego co wazopresyna, to jej stężenie powinno odzwierciedlać ilość AVP. Okazało się jednak, że w przebiegu dużego stanu zapalnego stężenie kopeptyny wzrasta bardziej i dłużej utrzymuje się na podwyższonym poziomie niż stężenie wazopresyny. Jednocześnie badanie stężenia kopeptyny nie było obciążone błędami pomiaru, co miało miejsce w przypadku analizy ilości wazopresyny. [3] Rok później N. G. Morgenthaler stworzył metodę oznaczania kopeptyny, którą nazwał sandwich ELISA. Opiera się ona na zastosowaniu dwóch poliklonalnych przeciwciał skierowanych przeciwko sekwencji aminokwasów 132-164 na C-końcowym regionie preprowazopresyny. Test ten służy do określania stężenia białka w badanej próbce. Od tego czasu wzrosło znaczenie kopeptyny w diagnostyce różnicowej wielu chorób. [4]
2. Właściwości kopeptyny
Kopeptyna to glikopeptyd zbudowany z 39 aminokwasów o masie cząsteczkowej 4-5 kDa. Cechuje się bogatą w leucynę częścią rdzeniową. Jej okres półtrwania wynosi około 86 minut. Jest białkiem niezwykle stabilnym – po pobraniu z krwi może być przechowywana do 14 dni w temperaturze pokojowej. Do tej pory nie zidentyfikowano specyficznych dla niej receptorów. [1-7]
3. Synteza i uwalnianie kopeptyny
Kopeptyna powstaje w przysadce mózgowej z białka prekursorowego preprowazopresyny. Preprowazopresyna jest syntetyzowana w neuronach wielkokomórkowych jądra nadoczodołowego (SON) i jądra przykomorowego (PVN) podwzgórza. Ich aksony tworzą szlak podwzgórzowo-przysadkowy, który dochodzi do tylnego płata przysadki. Podczas transportu preprowazopresyny wzdłuż szlaku, pod wpływem enzymów proteolitycznych, ulega ona degradacji do wazopresyny, neurofizyny II i kopeptyny. Te są następnie magazynowane w tylnym płacie przysadki. Cały proces syntezy, transportu i magazynowania trwa od 1 do 2 godzin. [5]
Uwalnianie kopeptyny jest regulowane przez zmiany ciśnienia osmotycznego. Jego wzrost, np. na skutek zmiany objętości krążących płynów, powoduje stymulację osmoreceptorów w podwzgórzu i skutkuje uwalnianiem AVP i kopeptyny do pobliskich naczyń włosowatych. Wydzielanie kopeptyny jest również regulowane przez mechanizmy neuroendokrynne, np. na skutek stanu zapalnego w organizmie czy stresu. Neurony jądra przykomorowego podwzgórza mogą wytwarzać białko prekursorowe, które jest następnie transportowane do przedniego płata przysadki mózgowej. Kopeptyna oddziałuje z hormonem uwalniającym kortykotropinę (CRH) i stymuluje sekrecję hormonu adrenokortykotropowego (ACTH). Podejrzewa się także, że może aktywować wydzielanie prolaktyny. Odzwierciedla w ten sposób poziom stanu zapalnego w organizmie. [5] Uwalnianie kopeptyny hamują kortykosteroidy. [10] Do tej pory nie zbadano, w jaki sposób białko to jest usuwane z organizmu. Zakłada się, że jest częściowo wydalane przez nerki i usuwane z moczem. [9]
4. Stężenie kopeptyny w ludzkim osoczu krwi
Stężenie kopeptyny silnie wzrasta w momencie porodu, zarówno u matki jak i u dziecka. Duże ilości tego białka występują zwłaszcza w krwi pochodzącej z tętnicy pępowinowej. Tuż po urodzeniu poziom kopeptyny w krwi obwodowej noworodka szybko się obniża, by po trzech dniach, kiedy ustępuje stres okołoporodowy, osiągnąć stosunkowo stabilny poziom. Nie bez znaczenia pozostaje jednak sposób porodu. Gdy odbywa się on siłami natury, stężenie kopeptyny we krwi pępowinowej jest wielokrotnie wyższe, niż gdy noworodek przychodzi na świat przez cesarskie cięcie. [8]
Przedwczesny poród może wpływać na stężenie kopeptyny w surowicy krwi u noworodków. U wcześniaków ze względnie dobrym stanem klinicznym sekrecja tego białka utrzymuje się na normatywnym poziomie i nie wykazuje korelacji z wybranymi zmiennymi klinicznymi i biochemicznymi. Stężenie kopeptyny u noworodka może się jednak zmieniać ze względu na podaż płynów u matki i na skutek zastosowania interwencji medycznych u dziecka po porodzie. [9] Natomiast u wcześniaków niestabilnych oddechowo stężenie kopeptyny jest podwyższone o ok. 50% i utrzymuje się dłużej niż u pozostałych dzieci. [8]
U zdrowych osób dorosłych stężenie kopeptyny w osoczu jest niskie i zwykle nie przekracza 13 pmol/l. U mężczyzn ilość tego białka w osoczu krwi jest istotnie wyższa niż u kobiet. U płci żeńskiej faza cyklu miesięcznego nie wpływa na pomiar. Poziom kopeptyny w organizmie nie jest zależny od wieku, ani nie podlega zmianom rytmu dobowego, co czyni ją niezwykle czułym markerem diagnostycznym. Stężenie kopeptyny zwiększa się pod wpływem intensywnego wysiłku fizycznego, ale szybko wraca do normy. Do innych czynników wpływających na stężenie kopeptyny należą: stres, niedotlenienie, sepsa czy niewydolność krążenia. Pomiar kopeptyny ma również znaczenie prognostyczne u chorych z udarem mózgu, zawałem mięśnia sercowego, mechanicznymi urazami mózgu, zapaleniem płuc i przewlekłą obturacyjną chorobą płuc (POCHP), a także z niewydolnością nerek. W chorobach tych stężenie kopeptyny wydaje się odzwierciedlać nie tylko stopień uszkodzenia narządów, ale również nasilenie stanu zapalnego w całym organizmie. [8]
5. Kopeptyna jako marker diagnostyczny wybranych chorób
5.1. Schorzenia kardiologiczne
Kopeptyna jest markerem diagnostycznym w niewydolności serca, w zawale mięśnia sercowego i w chorobie niedokrwiennej serca. Jej najwyższe stężenie występuje u pacjentów z widocznymi w zapisie EKG cechami uszkodzenia mięśnia sercowego. W przewlekłej zastoinowej niewydolności serca kopeptyna bierze udział w progresji dysfunkcji lewej komory. Stymuluje jej przerost i przebudowę mięśnia sercowego. Wzrost jej poziomu świadczy o zaawansowaniu choroby oraz predysponuje do powikłań. W przypadku zawału mięśnia sercowego stężenie kopeptyny wzrasta już po 4 godzinach od pierwszych objawów i utrzymuje się na stałym poziomie przez kolejne 3-5 dni. Białko to jest także markerem diagnostycznym rozwoju choroby naczyń wieńcowych. Im większa jest jego ilość, tym bardziej wzrasta ryzyko powikłań i śmierci, zwłaszcza u chorych z pozawałową niewydolnością serca. Coraz częściej wskazuje się na wyższą wartość diagnostyczną kopeptyny niż peptydu natriuretycznego typu B (BNP) czy peptydu natriuretycznego typu B N-końcowego (NT-proBNP), które od wielu lat są powszechnie oznaczane u pacjentów kardiologicznych. Pomiar kopeptyny w kombinacji z BNP i NT-proBNP daje większą korzyść w ocenie klinicznej niż każda z nich użyta oddzielnie. [6,10]
Badania przeprowadzone w 2017 roku przez zespół pod kierownictwem J. Jia wykazały, że kopeptyna jest użytecznym markerem do przewidywania ryzyka i prognozowania skutków ostrej niewydolności serca. W badaniu wzięło udział 129 pacjentów, których monitorowano przez 90 dni. Wyniki wskazują, że wyższe poziomy zarówno kopeptyny, jak i NT-proBNP były istotnymi predyktorami zdarzeń niepożądanych, takich jak zgony sercowo-naczyniowe lub ponowna hospitalizacja. Analiza statystyczna wykazała, że NT-proBNP miał lepszą zdolność prognostyczną niż kopeptyna, choć oba biomarkery były przydatne w ocenie ryzyka. Autorzy sugerują, że NT-proBNP pozostaje lepszym narzędziem do prognozowania krótkoterminowych wyników, ale kopeptyna może dostarczać dodatkowych informacji klinicznych. [15]
5.2. Schorzenia neurologiczne
W 2011 roku M.Katan wraz z zespołem przeprowadzili badanie na grupie pacjentów przyjętych do szpitala z ostrym udarem niedokrwiennym mózgu. Celem analizy była ocena wartości prognostycznej kopeptyny. W badaniu zmierzono poziomy tego białka u 362 pacjentów i porównano je z wynikami skali udaru National Institutes of Health (NIHSS) oraz innymi markerami stanu zapalnego mózgu. Stwierdzono, że wysokie poziomy kopeptyny przy przyjęciu były związane z gorszymi wynikami funkcjonalnymi i wyższą śmiertelnością u chorych. Kopeptyna była porównywalnym, a często lepszym predyktorem niż inne markery, takie jak białko C-reaktywne i glukoza. Oznaczanie jej poziomu zwiększa także dokładność oceny klinicznej u pacjentów po przebytym udarze. [13]
Rok później ta sama naukowczyni przeprowadziła prospektywne badanie wśród pacjentów z przejściowym niedokrwieniem mózgu (TIA). Schorzenie to jest silnym predyktorem udaru niedokrwiennego. Badanie Katan dotyczyło oceny dwóch hormonów stresu – kopeptyny i kortyzolu – jako wskaźników predysponujących do nawrotu choroby i będących wykładnikiem zbliżającego się udaru mózgu. Przebadano 107 pacjentów przyjętych na oddział ratunkowy z TIA, mierząc poziomy hormonów i stosując skalę ABCD2 do oceny ryzyka. Wyniki pokazały, że podwyższony poziom kopeptyny był związany z nasilonym ryzykiem nawrotu zdarzeń naczyniowych, w przeciwieństwie do kortyzolu, którego stężenie obniżało się bezpośrednio po wdrożeniu leczenia. Kopeptyna była bardziej skuteczna w przewidywaniu nawrotów niż skala ABCD2, co sugeruje, że jej rutynowy pomiar może usprawnić przewidywanie ryzyka u pacjentów z TIA. [12]
Jednocześnie kopeptyna może stanowić marker diagnostyczny wylewów wewnątrzczaszkowych. Spontaniczne krwotoki śródmózgowe (ICH) wiążą się z wysoką śmiertelnością, dlatego szybka diagnostyka jest kluczowa dla optymalizacji opieki i wdrożenia odpowiedniego leczenia. Kopeptyna, będąca wskaźnikiem poziomu krążącej wazopresyny, może dostarczać cennych informacji zarówno o ciężkości krwotoku, jak i o stopniu uszkodzenia mózgu. Wazopresyna, jak sugerują badania, odgrywa istotną rolę w powstawaniu obrzęku mózgu – blokowanie jej receptorów zmniejsza obrzęk w modelach niedokrwiennych i pourazowych u myszy. Związek ten został również potwierdzony w badaniach klinicznych pacjentów z urazami głowy. Obrzęk mózgu może nasilać krwotok wewnątrzczaszkowy, a poziom kopeptyny może być pomocny w identyfikacji pacjentów zagrożonych rozwojem obrzęku i krwotoku. [14]
Stężenie kopeptyny rośnie także w przypadku pourazowych uszkodzeń mózgu. Wzrasta ono wprost proporcjonalnie do ciężkości urazu i osiąga najwyższą wartość w ciągu 24 godzin. Jednocześnie poziom kopeptyny w osoczu krwi jest negatywnie związany z wynikiem w skali Glasgow. Skala ta jest wykorzystywana w medycynie do oceny poziomu przytomności po wypadkach i stanowi swoisty predyktor śmiertelności pacjentów w ciągu jednego miesiąca od niebezpiecznego zdarzenia. Wysokie stężenie kopeptyny w osoczu krwi wiąże się ze zwiększonym ryzykiem śmierci po urazie mózgu. [11]
5.3. Schorzenia pulmonologiczne
Kopeptyna jest markerem diagnostycznym w pulmonologii, zarówno u dorosłych, jak i u dzieci. Wysokie stężenie tego białka zauważa się m.in. w ostrej zatorowości płucnej. Jest to choroba, która objawia się ostrym bólem w klatce piersiowej i dusznościami. Wiąże się ona z ciężkimi powikłaniami i dużą śmiertelnością wśród pacjentów. Stężenie kopeptyny koreluje dodatnio z poziomem markerów zatorowości płucnej, m.in. z peptydem natriuretycznym typu B, D-dimerem i troponiną. Jednocześnie im więcej kopeptyny we krwi, tym gorsza saturacja krwi tlenem. [23]
U dzieci z mukowiscydozą (CF) zauważa się znaczące negatywne korelacje pomiędzy poziomem kopeptyny a ciężkością objawów choroby ocenianych na podstawie skali Shwachman-Kulczycki oraz zmian radiologicznych (skala Brasfield). Dodatkowo wysoki poziom tego białka wiąże się z niską jakością życia, szczególnie w aspektach związanych z poziomem energii i apetytem. Wyniki przeprowadzonych w ostatnich latach analiz wskazują, że kopeptyna może być użytecznym markerem do identyfikacji pacjentów z ryzykiem zaostrzenia symptomów choroby. Konieczne są jednak dalsze badania, aby w pełni potwierdzić jej przydatność w praktyce klinicznej u osób z mukowiscydozą. [16]
5.4. Cukrzyca typu 2.
Badanie przeprowadzone w 2010 roku przez S. Enhörning na grupie 4742 osób z cukrzycą wykazało, że choroba ta wiąże się ze wzrostem stężenia kopeptyny w osoczu krwi. U pacjentów ze świeżo zdiagnozowaną cukrzycą średni poziom kopeptyny był o 28% wyższy niż u osób zdrowych. Podwyższona ilość tego białka nasila ryzyko cukrzycy niezależnie od innych czynników, w tym stężenia glukozy na czczo czy insuliny. [17] Inne badanie prospektywne prowadzone przez S. G. Wannamethee na blisko 4 tysiącach uczestników wykazało, że kopeptyna wiąże się ze znacznie zwiększonym ryzykiem cukrzycy u starszych mężczyzn. Związek między podwyższonym poziomem kopeptyny a ryzykiem rozwoju cukrzycy występował niezależnie od stężenia insuliny i glukozy na czczo, był jednak związany z innymi markerami stanu zapalnego (takimi jak białko C-reaktywne, HOMA-IR, wysoki poziom trójglicerydów czy wysokie ciśnienie krwi). [22]
Wysoki poziom kopeptyny koreluje także z powikłaniami sercowo-naczyniowymi w cukrzycy typu 2. i z rozwojem nefropatii cukrzycowej. [18] Wskazuje się na istotny związek między wyjściowym wysokim stężeniem kopeptyny a zwiększonym ryzykiem przewlekłej choroby nerek u osób ze świeżo zdiagnozowaną cukrzycą. [19] Białko to powoduje m.in. spadek filtracji kłębuszkowej. [21] Wzrost ilości kopeptyny w cukrzycy typu 2. jest przede wszystkim spowodowany przewlekłym stanem zapalnym o niskim nasileniu i podwyższonym stężeniem krążących we krwi cytokin prozapalnych. [20]