Massenspektrometrie: Ein präziser Ansatz für die Bestimmung von Vitamin D

• Vitamin D spielt eine entscheidende Rolle bei der Kalziumhomöostase und dem Knochenstoffwechsel; sowohl zu hohe als auch zu niedrige Spiegel wurden zudem mit verschiedenen schwerwiegenden Erkrankungen in Verbindung gebracht.
• Die Bestimmung von Vitamin-D-Metaboliten mittels Massenspektrometrie kann Ärztinnen und Ärzten wichtige diagnostische und therapeutische Informationen liefern und präzisere Messungen bei speziellen Patienten- und Bevölkerungsgruppen ermöglichen.
• Aufgrund ihrer hohen Sensitivität, Präzision und Zuverlässigkeit bei der Bestimmung von Vitamin-D-Metaboliten hat sich die Massenspektrometrie als Referenzmethode für die Vitamin-D-Testung etabliert.

Vitamin D spielt eine Rolle bei zahlreichen Funktionen im menschlichen Körper und ist an nahezu allen Organsystemen beteiligt. Eine entscheidende Rolle spielt es bei der Regulierung der Kalziumhomöostase und des Knochenstoffwechsels. Zudem sind niedrige Vitamin-D-Spiegel mit einem höheren Risiko für bestimmte schwerwiegende Erkrankungen verbunden.^1,2

Mit mehr als einer Milliarde betroffenen Menschen weltweit stellt der Vitamin-D-Mangel ein bedeutendes globales Gesundheitsproblem dar, und die Nachfrage nach diagnostischen Tests ist in den letzten zehn Jahren deutlich gestiegen.^3,4 In der klinischen Praxis ist 25(OH)D der am häufigsten gemessene Vitamin-D-Metabolit, da er als Indikator für die im Körper für den Stoffwechsel verfügbaren Vitamin-D-Reserven gilt.^5-12

Traditionell wurden hauptsächlich Immunoassays für die Bestimmung von Vitamin D eingesetzt. Aufgrund ihrer hohen Sensitivität und Spezifität bei der Messung von Vitamin-D-Metaboliten bietet die Flüssigchromatographie mit Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS) jedoch gegenüber anderen Methoden zahlreiche Vorteile und gilt inzwischen als Referenz- und bevorzugte Methode.  

Als der im Serum am häufigsten vorkommende Vitamin-D-Metabolit ist 25(OH)D der Hauptmarker zur Bestimmung eines Vitamin-D-Mangels. 25(OH)D umfasst sowohl 25(OH)D₃ (aus Vitamin D₃), das typischerweise etwa 95 % des zirkulierenden 25(OH)D-Spiegels ausmacht, als auch 25(OH)D₂ (aus Vitamin D₂), das nur einen kleinen Anteil am Gesamt-25(OH)D darstellt.⁵ Während 25(OH)D der bevorzugte Metabolit zur Bestimmung eines Vitamin-D-Mangels ist, spielen weitere Vitamin-D-Metaboliten eine Rolle bei anderen Stoffwechsel- und erblichen Erkrankungen.  

• 1,25(OH)₂D: In manchen Fällen ist die Bestimmung des Metaboliten 1,25(OH)₂D sinnvoll, etwa zur Diagnose von Erkrankungen wie Sarkoidose oder von erworbenen und erblichen Störungen des Vitamin-D- und Phosphatstoffwechsels.^6,7 Außerdem ist sie hilfreich beim Nachweis von Mutationen im CYP24A1-Gen, die zu einer verminderten Aktivität von CYP24A1 führen können. Dies kann durch erhöhte 1,25(OH)₂D-Konzentrationen im Serum und erniedrigte 24,25(OH)₂D-Konzentrationen festgestellt werden.⁸

• 24,25(OH)₂D: Da es sich um den Hauptkataboliten von CYP24A1 handelt, ist die Messung von 24,25(OH)₂D sinnvoll, um Patientinnen und Patienten mit Mutationen in diesem Gen als Ursache von Hyperkalzämie (einschließlich idiopathischer infantiler Hyperkalzämie) und rezidivierenden Nierensteinen zu identifizieren.⁹ Dies ist ein wichtiger Faktor, da in diesen Fällen eine Vitamin-D-Supplementierung gefährlich sein könnte.¹⁰

• Vitamin-D-Metaboliten-Verhältnis (VMR): Ein weiterer Biomarker, der zur Identifizierung der CYP24A1-Aktivität und des Vitamin-D-Katabolismus vorgeschlagen wurde, ist das VMR, das wie folgt berechnet wird: (24,25[OH]₂ D/25[OH]D)×100.¹¹ Da dieses Verhältnis nicht durch die Konzentration des Vitamin-D-bindenden Proteins (VDBP) beeinflusst wird, zeigt das VMR eine stärkere Assoziation mit klinischen Endpunkten, wie z. B. Knochenmineraldichte, Frakturrisiko und Gesamtmortalität, als 25(OH)D.^12-16

Obwohl Immunoassays weit verbreitet, gut verfügbar und durch automatisierte Prozesse sowie einen relativ hohen Probendurchsatz gekennzeichnet sind, bietet die Massenspektrometrie angesichts der Vielzahl an zu berücksichtigenden Metaboliten bei der Vitamin-D-Bestimmung mehrere Vorteile.¹⁷

Die Massenspektrometrie ermöglicht die Differenzierung und Quantifizierung aller klinisch relevanten Vitamin-D-Metaboliten, einschließlich der Trennung von D₂- und D₃-Metaboliten.¹⁸ Dadurch bietet sie eine verbesserte analytische Leistungsfähigkeit gegenüber Immunoassays und ermöglicht eine individuellere Beurteilung des Vitamin-D-Status.

Dies ist besonders wichtig für Patientinnen und Patienten mit erhöhtem Risiko eines Vitamin-D-Mangels, bei denen eine Überwachung und Supplementierung erforderlich ist, z. B. aufgrund von Veränderungen der Matrix, wie etwa in der Schwangerschaft, bei Patientinnen und Patienten mit chronischer Nierenerkrankung (CKD), Osteoporose, auf Intensivstationen oder bei Patientinnen und Patienten mit einer polymorphen Variante des VDBP.¹⁹

Die Bestimmung von 25(OH)D und 24,25(OH)₂D mittels Massenspektrometrie behebt zudem das analytische Problem von Immunoassays, die den Spiegel von 24,25(OH)₂D nicht messen können, und unterstützt die breitere Anwendung des VMR.¹²

Eine Einschränkung von Immunoassays besteht in der Beeinträchtigung durch kreuzreagierende Metaboliten, was zu fehlerhaften 25(OH)D-Messwerten führen kann.^17,19 Da Immunoassays häufig eine höhere Affinität zu 25(OH)D₃ aufweisen, können sie 25(OH)D₂ aufgrund fehlender Kreuzreaktivität möglicherweise nicht korrekt erfassen.^5,20

Immunoassays können zu einer Unter- oder Übererfassung des Gesamt-25(OH)D₂ führen, was eine ungenaue Beurteilung des Vitamin-D-Status zur Folge hat.²¹ Da die Massenspektrometrie die Metaboliten während des Messvorgangs trennt, tritt das Problem der Kreuzreaktivität nicht auf.

Es wird angenommen, dass Epimere für alle Hauptmetaboliten von Vitamin D₃ existieren und eine nahezu identische molekulare Struktur aufweisen. So trägt beispielsweise das C-3-Epimer von 25(OH)D₃ maßgeblich (8,7–61,1 %) zum zirkulierenden 25(OH)D₃-Spiegel bei Neugeborenen und Säuglingen bei und stellt eine Quelle analytischer Varianz dar, wenn bestimmte im Handel erhältliche Immunoassays zur Messung des Gesamt-25(OH)D-Spiegels verwendet werden.^22-24

Der Nachweis von C3-epi-25(OH)D₃ könnte die klinische Definition des Vitamin-D-Status bei bestimmten Personengruppen verändern, was zu einer Überschätzung und möglicherweise zu einer Unterversorgung führen kann. Ein gut konzipiertes Massenspektrometrie-Verfahren ermöglicht den präzisen Nachweis von 25(OH)D, selbst in Gegenwart von C-3-Epimeren.²⁵

Trotz der klaren Vorteile des Einsatzes der Massenspektrometrie bei der Bestimmung von Vitamin-D-Metaboliten stellt ein historisch bedingter Mangel an Standardisierung und Verwendung interner Standards – Faktoren, die die Genauigkeit der Ergebnisse beeinträchtigen können – eine Herausforderung dar. Um diesem Problem zu begegnen und die Messung von 25(OH)D zu standardisieren, wurde das Vitamin D External Quality Assessment Scheme (DEQAS) als externe Kontrollinstanz entwickelt, das gemeinsam mit anderen Organisationen (NIST, CDC, Universität Gent) zum Vitamin D Standardization Program (VDSP) mitgewirkt hat. Dies hat nicht nur dazu beigetragen, die Variabilität zwischen den Laboren zu verringern, sondern konnte auch die Zuverlässigkeit der Messungen erheblich verbessern.^19,26-32

Angesichts der Tatsache, dass eine Milliarde Menschen betroffen sind, bleibt der Vitamin-D-Mangel eine globale Herausforderung mit zunehmendem Bedarf an Testmöglichkeiten. Die Vorteile der Massenspektrometrie bei der Bestimmung von Vitamin-D-Metaboliten bieten Laboren die Möglichkeit, exakte und präzise Informationen für die Differenzialdiagnostik sowie ein hochgradig personalisiertes Patientenmanagement bereitzustellen. In Kombination mit der in den letzten zehn Jahren verbesserten Zuverlässigkeit der Standardisierung kann die Massenspektrometrie nun als die bevorzugte Methode („Goldstandard“) für die Vitamin-D-Bestimmung betrachtet werden.^17,19,33,34