Die Serumproteinelektrophorese (SPEP oder SPE) trennt das komplexe Gemisch der Serumproteine anhand ihrer elektrophoretischen Mobilität in verschiedene Fraktionen auf. Sie ist ein primäres Screening-Instrument für multiples Myelom und andere Plasmazell-Dyskrasien.

Prinzip

Serumproteine sind bei alkalischem pH (pH 8,6) negativ geladen und wandern bei Anlegen eines elektrischen Feldes zur Anode. Die Wanderungsgeschwindigkeit hängt von der Nettoladung, Größe und Form des Proteins sowie vom Trägermedium (Agarosegel oder Celluloseacetat) ab.

Auf Agarosegel bei pH 8,6 trennen sich Serumproteine in fünf Hauptfraktionen (von Anode zu Kathode):

1. Albumin (der größte Peak, ~55–65 % des Gesamtproteins), wandert am schnellsten.
2. α1-Globuline (α1-Antitrypsin, α1-saures Glykoprotein, ~2–4 %), die kleinste Fraktion.
3. α2-Globuline (Haptoglobin, α2-Makroglobulin, Ceruloplasmin, ~7–10 %).
4. β-Globuline (Transferrin, Komplement C3, β-Lipoprotein, ~8–13 %), kann sich in β1- und β2-Banden aufspalten.
5. γ-Globuline (Immunglobuline IgA, IgD, IgE, IgG, IgM, ~10–20 %), das breite, diffuse Band am kathodischen Ende.

Verfahren

1. 5–10 µL Serum auf den Auftragspunkt eines Agarosegels auftragen.
2. Elektrophorese bei 100–200 V für 20–40 Minuten (bis die Albuminfront 4–6 cm gewandert ist).
3. Fixieren des Gels in Säure-Alkohol-Lösung zur Ausfällung der Proteine.
4. Färben mit Amido Black, Ponceau S oder Coomassie Blau.
5. Entfärben und Trocknen des Gels.
6. Scannen mit einem Densitometer zur Erstellung einer quantitativen densitometrischen Spur.
7. Berechnung des prozentualen Anteils jeder Fraktion durch Integration der Fläche unter der Kurve.

Das Gesamtprotein wird separat mittels Biuret-Assay gemessen. Die absolute Konzentration jeder Fraktion wird berechnet als: Prozentsatz × Gesamtprotein.

Interpretation

Normales Muster: ein hoher, schmaler Albumin-Peak; kleiner α1-Peak; etwas größerer α2-Peak; β-Peak(s) von variabler Höhe; ein breiter, polyklonaler γ-Globulin-Peak.

Monoklonale Gammopathie: ein hohes, schmales, spike-artiges Band (M-Spike, monoklonales Protein) erscheint am häufigsten im γ-Bereich, manchmal in β oder α2. Der M-Spike repräsentiert ein monoklonales Immunglobulin (meist IgG oder IgA), das von einem einzelnen Klon von Plasmazellen produziert wird. Es ist das Kennzeichen des multiplen Myeloms, der Makroglobulinämie Waldenström, der monoklonalen Gammopathie unbestimmter Signifikanz (MGUS) und der AL-Amyloidose.

Polyklonale Hypergammaglobulinämie: eine breite, diffuse Zunahme der γ-Globuline, beobachtet bei chronischen Entzündungen, Autoimmunerkrankungen (SLE, rheumatoide Arthritis), chronischen Lebererkrankungen und HIV-Infektion.

Hypogammaglobulinämie: verminderte γ-Globuline, beobachtet bei primären Immundefekten (CVID, X-chromosomale Agammaglobulinämie), sekundärem Immundefekt oder nephrotischem Syndrom.

Akute-Phase-Reaktion: vermindertes Albumin, erhöhte α1- und α2-Globuline (α1-Antitrypsin, Haptoglobin). Die α1-Fraktion ist ein empfindlicher früher Marker für Entzündungen.

Nephrotisches Syndrom: vermindertes Albumin, erhöhte α2- und β-Globuline (aufgrund des Verlusts kleiner Proteine im Urin und kompensatorischer Synthese größerer Proteine).

Immunfixation

Wenn ein M-Spike nachgewiesen oder vermutet wird, wird eine Immunfixationselektrophorese (IFE) durchgeführt, um die Immunglobulin-Schwerkette (IgG, IgA, IgM, IgD, IgE) und den Leichtkettentyp (κ, λ) zu identifizieren. IFE verwendet spezifische Antiseren, die nach der Elektrophorese auf ein Replikatgel aufgetragen werden:

Patientenserum wird in sechs Bahnen auf einem Gel elektrophoretisch aufgetrennt. Nach der Elektrophorese wird ein spezifisches Antiserum auf jede Bahn aufgetragen (anti-γ, anti-α, anti-μ, anti-κ, anti-λ und eine Fixativkontrolle). Das Gel wird gewaschen, um nicht ausgefällte Proteine zu entfernen, gefärbt und inspiziert. Ein monoklonales Immunglobulin erscheint als diskretes Band in einer Schwerketten-Bahn und einer Leichtketten-Bahn, was sowohl die Identität als auch die klonale Restriktion der Leichtkette bestätigt.

Urinproteinelektrophorese

Bence-Jones-Proteine (freie monoklonale Leichtketten) werden durch Urinproteinelektrophorese nachgewiesen. Da die Leichtkettenkonzentration im Urin niedrig sein kann, ist typischerweise eine 50–100-fache Konzentration der Urinprobe erforderlich. Die Immunfixation des Urins wird mit anti-κ- und anti-λ-Antiseren durchgeführt. Das Vorhandensein einer monoklonalen freien Leichtkette im Urin ist diagnostisch für Leichtketten-Myelom oder AL-Amyloidose.