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Die Nieren sind nicht einfach nur simple Filterstationen, die Schadstoffe mit dem Urin ausscheiden. Ohne dass wir es merken, erledigen sie beim Blutfiltern einige hochkomplexe und wichtige Aufgaben im Körper. Unter anderem regulieren sie den Wasserhaushalt und sorgen für das Gleichgewicht von Säuren und Basen im Blut und für das Gleichgewicht der Elektrolyte Kalzium, Natrium, Magnesium, Kalium und Phosphat, Sulfat und Chlorid.
Diese Funktionen der Nieren sind lebensnotwendig – und trotzdem ist nicht restlos geklärt, wie genau die Nieren ihre Aufgaben erfüllen. Deshalb hat der Schweizerische Nationalfonds (SNF) vor acht Jahren den Nationalen Forschungsschwerpunkt Kidney.CH gestartet. Daran beteiligt sind (Universitäts-)Spitäler und Forschungsgruppen in Zürich, Aarau, Basel, Bern, Fribourg, Lausanne und Genf. Geleitet wird Kidney.CH von der UZH, finanziert vom Schweizerischen National Fond (SNF).
Vor kurzem hat der SNF zum Abschluss seiner zweiten Förderphase Kidney.CH evaluiert – mit hervorragenden Ergebnissen. Damit ist der Eintritt in die dritte Phase ermöglicht worden.
Im Fokus von Kidney.CH stehen die beiden häufigsten Nierenerkrankungen: Chronische Niereninsuffizienz und Nierensteine. Sie sollen bis in die biochemischen, molekularen und genetischen Tiefen erforscht werden. Um Nierenerkrankungen vorbeugen und nachhaltiger behandeln zu können. Insbesondere die personalisierte Behandlung von Nierensteinen soll vorangetrieben werden.
Nehmen wir als erstes das Problem Nierensteine. Sie gelten gemeinhin als eine (schmerzhafte) «Bagatelle». Man lässt sie entfernen und geht zur Tagesordnung über. Die bisherigen Untersuchungen im Rahmen einer gross angelegten Nierensteinkohorte in der Schweiz legen jedoch nahe, dass Nierensteine systemisch angeschaut werden sollten.
Normalerweise erledigen die Nieren ihre Aufgabe, Kalzium und Phosphat im Gleichgewicht zu halten, problemlos. Bei Nierensteinen jedoch scheiden sie überschüssiges Kalzium nicht vollständig aus, es bleibt in der Niere, wo es sich nach und nach mit anderen Mineralien wie z.B. Oxalat verbindet. Nierensteine bestehen in 60 bis 80 Prozent der Fälle aus Kalziumoxalat.
Die Mehrheit der Nierenstein-Patienten ist im erwerbstätigen Alter, also noch relativ jung bei der ersten Nierensteinkolik. Die Rückfallgefahr ist mit 50 Prozent hoch. Wer oft an Nierensteinen leidet, hat ausserdem ein erhöhtes Risiko, eine chronische Nierenschwäche zu entwickeln. Eine Niereninsuffizienz wiederum kann so weit voranschreiten, dass eine Dialyse oder ein Nierenersatz nötig werden. Nierensteine sind keine Bagatelle, sondern müssen erkannt und nachhaltig behandelt werden, damit es möglichst bei einem Vorfall bleibt.
Prof. Olivier Bonny vom Universitätsspital Lausanne leitet die Nationale Nierensteinkohorte. Seine bisherigen Forschungsprojekte erhärten die Vermutung, dass Nierensteine «ein tiefgreifendes Ungleichgewicht im Stoffwechsel anzeigen», so Bonny.
Gerät das Verhältnis von Kalzium und Phosphat im Blut aus dem Gleichgewicht, steigt das Risiko für Knochenschwund, Verkalkungen der Blutgefässe (Arteriosklerose) und für Ablagerungen in Magen, Lunge oder in den Nieren selbst.
«Gelegentlich wird die Entstehung von Nierensteinen auch durch andere Krankheiten gefördert, etwa durch Bluthochdruck, Osteoporose, Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems, chronische Nierenerkrankungen und in seltenen Fällen genetische Defekte», hat Olivier Bonny die Erfahrung gemacht.
Carsten Wagner ist Professor am Physiologischen Institut an der UZH. Er forscht mit seinem Team im Rahmen von Kidney.CH nach den genetischen Ursachen von Nierensteinen. «Nach allem, was wir wissen, ist die Erblichkeit bei Nierensteinen sehr hoch, rund 60 Prozent. Doch der grösste Teil der Genetik ist noch unbekannt», sagt Wagner.
Weshalb ist es so schwierig, die Gene zu identifizieren, die bei Nierensteinen beteiligt sind? – «Weil der Beitrag eines einzelnen Gens sehr klein ist», erklärt Wagner. «Erst wenn mehrere Gene zusammenwirken, werden Nierensteine gebildet.» Zum Teil sind die Gene oder die Genmutationen, die zu Nierensteinen führen, auch sehr selten. Um die Gene zu entdecken, braucht es sehr grosse Kohorten oder eine Zusammenarbeit über verschiedene Gruppen hinweg – so wie es bei Kidney.CH der Fall ist.
Carsten Wagner ist zuversichtlich, dass Kidney.CH in den nächsten vier Jahren noch einige Gene entdecken wird, die bei der Nierensteinbildung beteiligt sind. Denn die Analysemethoden werden jedes Jahr schneller, einfacher und billiger. «Wir können heute das ganze Genom anschauen, das erhöht die Chance, involvierte Gene zu finden», sagt Wagner. Früher kostete ein ganzes Genom Zehn- bis Hundertausende von Franken. «Heute bekommen wir es für 1500 Franken.» So rückt das Ziel einer personalisierten Nierenstein-Therapie näher, die auf das Genom der Patienten abgestimmt ist.
Eine weitere Erkenntnis von Kidney.CH zeigt, wie die verschiedenen Funktionen der Nieren miteinander zusammenhängen: Der Grossteil der Gene, die Nierensteine bewirken, hat nicht nur mit dem Gleichgewicht von Kalzium und Phosphat zu tun, sondern auch mit dem Säure-Basen-Haushalt.
Zur Regulierung von Säuren und Basen im Blut trägt langfristig vor allem die Niere bei (kurzfristig auch die Lunge, indem sie CO2 ausstösst). Carsten Wagner schildert, wie man sich das vorstellen muss: «Wenn wir ein Steak essen, muss der Magen viel Säure produzieren, um das Steak vorzuverdauen. Das bedeutet, dass wir anschliessend im restlichen Körper einen Überschuss an Basen haben. Der kann über die Atmung und die Nieren sehr schnell abgegeben werden. Wenn das Fleisch verdaut ist und die Bestandteile absorbiert wurden, werden sie in der Leber weiter verstoffwechselt, dann entsteht dort ein Säureüberschuss, der muss in den Nieren neutralisiert werden.»
Noch weiss man nicht, wie die Nieren merken, dass das Blut zu sauer ist. Carsten Wagner: «Es gibt Hormone, die verändert sind, wenn es zu einer Säurebelastung kommt; sie sind daran beteiligt, dass die Nieren stimuliert werden und vermehrt Säure ausscheiden. Wir gehen auch davon aus, dass es Sensoren gibt – die sind jedoch noch nicht identifiziert.»
Säuresensoren befinden sich nicht nur in den Nieren, sondern auch in den Immunzellen, im Knochen, im Gehirn und in anderen Organen. Sie haben dort eine Vielzahl von Aufgaben. Carsten Wagner und sein Team arbeiten an einer kleinen Familie von Säuresensoren: «Wir konnten zeigen, dass sie auch bei der Atmungsregulation und bei Entzündungsprozessen in anderen Organen beteiligt sind.» Nun versuchen die Forscher, diese Erkenntnis auf die Niere zu übertragen.
Die Forscherteams von Kidney.CH dürfen nun in die 3. Forschungsphase eintreten. Damit werden bis zu vier weitere Jahre Förderung möglich, um mehr Wissen zu den komplexen Zusammenhängen zwischen Nierensteinen, Genen, Wasserhaushalt, Elektrolyten sowie Säuren und Basen im Blut zu finden. Man darf mit interessanten Erkenntnissen rechnen – Ende Jahr zum Beispiel wird eine spannende Studie zur Phosphatregulierung publiziert.
