Amyloidosis *Pathology notes: definition, pathogenesis, classification, morphology, clinical features અને diagnosis*

Pathology notes: definition, pathogenesis, classification, morphology, clinical features અને diagnosis

Amyloidosis pathology નો એવો topic છે જેમાં protein chemistry, histology અને clinical medicine એકસાથે આવે છે. આ notes માં amyloid કેવી રીતે બને છે, તેના types, organ-wise morphology, clinical features અને diagnosis step by step સમજાવ્યા છે. અંતે exam માટે quick points પણ આપ્યા છે.

---

1. Amyloidosis એટલે શું?

• Amyloidosis એવી disorders નું group છે જેમાં misfolded proteins aggregate થઈને fibrils બનાવે છે અને extracellular space માં deposit થાય છે.
• Deposits ધીમે ધીમે વધે છે, આસપાસના cells પર દબાણ લાવે છે, tissue damage કરે છે અને organ function ઘટાડે છે.
• Amyloidosis એક disease નથી. તે diseases નું group છે, જેમાં common વાત એ છે કે બધામાં એકસરખા દેખાતા proteins deposit થાય છે.

---

2. Fibril Formation ની પ્રક્રિયા

Soluble protein → Oligomers → મોટા aggregates → Insoluble fibrils → Tissue deposition

Soluble protein misfold થઈને oligomers, aggregates અને છેવટે insoluble fibrils બનાવે છે.

• Normal folded configuration માં આ proteins soluble હોય છે.
• Misfold થયા પછી તે નાના groups (oligomers) બનાવે છે, પછી મોટા aggregates, અને છેવટે insoluble fibrils.

---

3. Deposit નું Composition અને "Amyloid" નામ

• આશરે 95%: fibril proteins
• આશરે 5%: serum amyloid P (SAP) અને બીજા glycoproteins
• Deposits સાથે proteoglycans અને glycosaminoglycans (heparan sulfate, dermatan sulfate) bind થાય છે.
• તેમાં charged sugar groups હોવાથી staining starch (amylose) જેવી લાગી, એટલે "amyloid" નામ પડ્યું. Deposit ને starch સાથે કોઈ સંબંધ નથી.

---

4. Physical Nature (Ultrastructure)

• Electron microscopy: continuous, nonbranching fibrils, diameter 8–10 nm
• દરેક fibril માં β-pleated sheet structure ધરાવતા protofilaments ના stacks હોય છે.
• આ cross-β-pleated conformation ને કારણે Congo red staining અને apple-green birefringence મળે છે.
• Amyloid નો type ગમે તે હોય, physical organization uniform હોય છે.

Electron microscopy: 8–10 nm diameter ધરાવતા nonbranching fibrils.

Fibril નું β-pleated sheet conformation.

---

5. Chemical Nature: Biochemical Diversity

• 40 થી વધુ જુદા જુદા proteins amyloid બનાવી શકે છે.
• 3 major forms (AL, ATTR, AA) અને કેટલાક minor forms છે.

(a) AL: Amyloid Light Chain

• Complete immunoglobulin light chains, તેમના amino-terminal fragments, અથવા બંને
• મોટા ભાગે λ (lambda) chains; κ (kappa) chains પણ amyloid બનાવી શકે
• Monoclonal plasma cells દ્વારા secrete થતી free Ig light chains માંથી બને છે
• Multiple myeloma જેવા plasma-cell tumors સાથે associated

(b) ATTR: Transthyretin Amyloid

• TTR એક plasma protein છે જે thyroxine અને retinol ને transport કરે છે
• ATTRwt (wild-type): normal TTR aggregate થાય છે; મુખ્યત્વે heart; સામાન્ય રીતે 70 વર્ષથી મોટા males
• ATTRv (variant): heart, peripheral nerves અને બીજા tissues

(c) AA: Amyloid-Associated

• Liver માં બનતા precursor SAA (serum amyloid-associated protein) ના proteolysis થી બને છે
• SAA blood માં HDL સાથે bound થઈને circulate થાય છે
• Inflammation માં acute-phase response દરમિયાન SAA વધે છે, એટલે AA ને chronic inflammation સાથે સંબંધ છે

Summary Table

Type	Precursor / Source	Typical Setting
AL	Ig light chains (κ/λ)	Monoclonal plasma-cell disorders
ATTRwt	Wild-type transthyretin	Age-associated cardiac deposition
ATTRv	Variant transthyretin	Inherited cardiac / nerve disease
AA	SAA (liver)	Chronic inflammatory states

Frequency: Systemic amyloidosis નું સૌથી common form AL છે, ત્યારબાદ ATTRwt. Population aging સાથે ATTRwt નું prevalence વધી રહ્યું છે.

(d) બીજા Important Amyloid Proteins

• β-amyloid (Aβ): Alzheimer disease ની cerebral plaques નો core, અને cerebral blood vessel walls માં deposit. મોટા transmembrane glycoprotein APP (amyloid precursor protein) માંથી બને છે.
• β2-microglobulin (Aβ2m): MHC class I નો component. Long-term hemodialysis patients માં joints અને soft tissues માં deposit થાય છે.
• Prion protein: કેટલાક CNS prion diseases માં misfolded prion proteins extracellular aggregates બનાવે છે, જેમાં amyloid જેવી staining characteristics હોય છે.

---

6. Pathogenesis

Quality control failure:

• Normally, misfolded proteins intracellularly proteasomes માં અથવા extracellularly macrophages દ્વારા degrade થાય છે.
• Amyloidosis માં આ quality-control mechanisms fail થાય છે, એટલે misfolded protein cells ની બહાર accumulate થાય છે.

Amyloid બનાવતા proteins ની 2 categories:

1. Normal proteins જેમાં misfold થવાની inherent tendency હોય. વધુ માત્રામાં બને અથવા degradation impaired હોય ત્યારે amyloid બનાવે છે (દા.ત. AL, AA, ATTRwt).
2. Variant (mutant) proteins જે misfolding માટે prone હોય (દા.ત. ATTRv).

Localized vs Systemic:

• Localized: protein ની production site પર જ deposit
• Systemic: production site થી દૂરના organs માં deposit

Organ dysfunction કેમ થાય છે?

• મુખ્યત્વે deposits ને કારણે થતા distorted tissue architecture થી
• વધુમાં, કેટલાક amyloidogenic proteins ROS production વધારે છે અને calcium homeostasis બગાડે છે

Classification: Deposit થયેલા protein ના biochemical nature પરથી નામ અપાય છે (AL, ATTR, AA…).

---

7. Classification in Detail

AL Amyloidosis (પહેલાં "Primary Amyloidosis")

• સામાન્ય રીતે systemic; સૌથી common form (USA માં દર વર્ષે આશરે 2000–3000 new cases)
• Cause: plasma cells નું clonal proliferation, જે amyloid-prone light chain બનાવે છે
• Multiple myeloma ના 5–15% patients માં systemic amyloidosis થાય છે
• Myeloma માં:
  • Single Ig વધુ બને છે, જે serum electrophoresis પર M-protein spike આપે છે
  • Free, unpaired κ અથવા λ light chains = Bence-Jones protein
  • નાનું size હોવાથી urine માં excrete થાય છે
• મોટા ભાગના myeloma patients ને free light chains હોવા છતાં amyloidosis થતું નથી. Light chain નું amino acid sequence તેનું amyloidogenic potential નક્કી કરે છે.
• AL ધરાવતા મોટા ભાગના patients ને overt myeloma હોતો નથી, પણ:
  • Serum/urine માં monoclonal Ig અથવા free light chains મળે છે
  • Bone marrow માં plasma cells થોડા વધેલા હોય છે
  • એટલે underlying monoclonal gammopathy હોય છે, જેમાં tumor mass કરતાં abnormal protein production મુખ્ય સમસ્યા છે

ATTR (Transthyretin) Amyloidosis

• Genetic mutation અથવા protein aging ને કારણે TTR misfolding થાય છે, જેમાંથી insoluble fibrils બને છે
• ATTRwt: heart અને connective tissues (દા.ત. ligaments); 70 વર્ષથી મોટા males; બીજું સૌથી common systemic form
• ATTRv: autosomal dominant
  • Familial amyloid polyneuropathy: peripheral અને autonomic nerves
  • Familial cardiomyopathy (ATTRv-CM): heart predominant
  • USA માં African-American population ના આશરે 4% લોકો એક cardiac TTR variant carry કરે છે (origin: West Africa). Homozygous અને heterozygous બંનેમાં restrictive cardiomyopathy થઈ શકે.
  • Penetrance variable છે, એટલે કોઈને severe disease થાય અને કોઈને કંઈ ન થાય

AA Amyloidosis (પહેલાં "Secondary / Reactive Amyloidosis")

• Systemic, AA protein ના deposits
• પહેલાંના causes: tuberculosis, bronchiectasis, chronic osteomyelitis (antibiotics આવ્યા પછી ઘટ્યા)
• હાલના common causes:
  • Rheumatoid arthritis: સૌથી common association; RA ના આશરે 3% patients માં amyloidosis થાય છે, અને તેમાંથી અડધામાં clinically significant
  • Ankylosing spondylitis
  • Inflammatory bowel disease (Crohn disease, ulcerative colitis)
  • Heroin નું subcutaneous injection ("skin-popping"), જેમાં chronic skin infections થાય છે
  • Tumors: renal cell carcinoma, Hodgkin lymphoma
• Mechanism:
  • Inflammation માં IL-6, IL-1 liver માં SAA synthesis વધારે છે
  • Long-standing inflammation હોય તો SAA સતત ઊંચું રહે છે
  • ફક્ત SAA વધવું પૂરતું નથી. Macrophage enzymes SAA ને normally degrade કરે છે. Amyloidosis થવા માટે કદાચ enzyme defect (incomplete breakdown) અથવા structurally abnormal SAA (degradation-resistant) જરૂરી છે.
• Underlying diseases ની સારવાર સુધરી હોવાથી prevalence ઘટી રહ્યું છે

---

8. Other Types of Amyloidosis

Heredofamilial Amyloidosis: Familial Mediterranean Fever (FMF)

• Autosomal recessive; સૌથી common અને best-studied familial form
• Autoinflammatory syndrome જેમાં IL-1 વધુ બને છે
• Fever ના attacks સાથે serosal surfaces (peritoneum, pleura, synovium) નું inflammation
• Gene pyrin encode કરે છે, જે inflammasome દ્વારા inflammation regulate કરે છે
• Armenian, Sephardic Jewish અને Arabic origin ના લોકોમાં વધુ જોવા મળે છે
• Amyloid type: AA (IL-1 → SAA વધે)

Hemodialysis-Associated Amyloidosis

• Protein: β2-microglobulin
• Kidney disease માં serum માં તેનું level ઊંચું હોય છે, અને જૂની dialysis membranes તેને filter કરી શકતી ન હતી
• Joints, muscle, tendons, ligaments માં deposits
• Classic presentation: carpal tunnel syndrome
• નવા dialysis filters આવ્યા પછી incidence ઘણું ઘટ્યું છે

Localized Amyloidosis

• એક જ organ અથવા tissue સુધી limited
• Nodular masses અથવા ફક્ત microscopic deposits
• Common sites: lung, larynx, skin, urinary bladder, tongue, periorbital region
• Periphery માં lymphocytes અને plasma cells નું infiltrate હોય છે; ઘણી વાર localized AL (plasma cell-derived)

Localized amyloidosis: grossly દેખાતા nodular deposits.

Endocrine Amyloid

• Sites: medullary thyroid carcinoma, pancreatic islet tumor, pheochromocytoma, type 2 DM માં islets of Langerhans
• Source: polypeptide hormones (દા.ત. calcitonin, medullary carcinoma માં) અથવા unique proteins (દા.ત. islet amyloid polypeptide / amylin)
• Medullary carcinoma of thyroid માં amyloid ની હાજરી diagnostic clue છે

---

9. Amyloid Precursors: Quick Reference

Systemic:

• AL: Ig light chain (primary / myeloma-associated); AH: Ig heavy chain (rare variant)
• AA: SAA (secondary / reactive, FMF)
• Aβ2M: β2-microglobulin (hemodialysis; synovium, bone)
• ATTR: transthyretin (familial + age-related; heart, nerves, soft tissue)
• Rare familial forms: apolipoprotein AI/AII, gelsolin, fibrinogen Aα, lysozyme, LECT2 (મુખ્યત્વે renal / hepatic involvement)

Localized:

• Aβ: Alzheimer disease, Down syndrome (CNS)
• ACys: cystatin C (cerebral amyloid angiopathy)
• APrP: prion protein (spongiform encephalopathies)
• AIAPP: amylin (type 2 DM, pancreas)
• ACal: calcitonin (medullary carcinoma of thyroid)
• AANF: atrial natriuretic factor (cardiac atria, atrial fibrillation)
• APro: prolactin (pituitary)

---

10. Morphology

Organ Distribution

• AA (chronic inflammation): kidneys, liver, spleen, lymph nodes, adrenals, thyroid
• AL (plasma-cell associated): વધુ વાર heart, GI tract, respiratory tract, peripheral nerves, skin, tongue
• Hereditary: variable; FMF માં widespread (kidney, vessels, spleen, respiratory tract)
• Distribution હંમેશા diagnostic રીતે distinctive હોતું નથી

Gross

• મોટા deposits હોય તો organ enlarged, gray, waxy, firm બને છે

Microscopy

• H&E: amorphous, eosinophilic, hyaline, extracellular material
• Deposition હંમેશા extracellular હોય છે, cells ની વચ્ચે, ઘણી વાર basement membrane ની નજીક શરૂ થાય છે
• વધતા deposits cells ને ઘેરીને destroy કરે છે
• AL માં perivascular અને vascular deposits common છે
• Collagen અને fibrin થી અલગ ઓળખવા special stains જરૂરી છે

H&E: cells ની વચ્ચે amorphous, eosinophilic, hyaline amyloid deposits.

Basement membrane પાસે શરૂ થતું extracellular deposition, જે વધતાં cells destroy કરે છે.

Congo Red Staining

• Ordinary light: pink/red
• Polarized light: apple-green birefringence, જે બધા amyloid types માં common છે અને cross-β-pleated configuration ને કારણે થાય છે
• EM: thin, nonbranching, nonoriented fibrils
• Typing: immunohistochemistry (AA, AL, TTR) અને mass spectrometry (બધા types)

Congo red, ordinary light: amyloid deposits pink-red દેખાય છે.

Congo red, polarized light: characteristic apple-green birefringence.

Kidney: સૌથી common અને સૌથી serious

• Gross: normal size, અથવા advanced cases માં shrunken (vascular narrowing થી ischemia)
• મુખ્યત્વે glomeruli; સાથે interstitium, arteries, arterioles
• Progression: mesangial thickening → basement membrane નું uneven widening → capillary narrowing → capillary lumens obliterate → glomerulus amyloid ના confluent masses અથવા broad ribbons થી ભરાઈ જાય

Glomerular amyloid: early mesangial deposits થી advanced confluent amyloid અને obliterated lumen સુધી.

Spleen

• Inapparent થી marked splenomegaly (800 g સુધી)
• Sago spleen: deposits splenic follicles માં; tapioca-like granules
• Lardaceous spleen: red pulp ના sinus walls અને connective tissue framework માં; deposits ભેગા થઈને map-like areas બનાવે

Sago spleen (follicular deposits) અને lardaceous spleen (red pulp, map-like areas).

Liver

• Hepatomegaly થઈ શકે
• Deposits પહેલાં space of Disse માં, પછી hepatocytes અને sinusoids પર encroach
• Pressure atrophy થી hepatocytes ગાયબ થાય છે, અને parenchyma ના મોટા areas replace થાય છે
• Vascular involvement frequent છે
• Extensive involvement હોવા છતાં liver function સામાન્ય રીતે preserved રહે છે

Liver: space of Disse થી શરૂ થઈને hepatocyte loss સુધી.

Heart

• Systemic amyloidosis ના કોઈ પણ form માં; senile systemic (ATTRwt) માં heart major organ છે
• Gross: enlarged અને firm, અથવા ઘણી વાર normal દેખાય
• Deposits: subendocardial અને myocardial fibers ની વચ્ચે, જેનાથી pressure atrophy થાય
• Subendocardial deposits conduction system damage કરે છે, એટલે ECG abnormalities અને arrhythmias થાય

Heart: myocardial fibers ની વચ્ચે amyloid deposits.

Other Organs

• Tongue: macroglossia ("tumor-forming amyloid of tongue")
• Respiratory tract: larynx થી નાની bronchioles સુધી
• Brain: Alzheimer disease માં plaques અને vessels
• Peripheral / autonomic nerves: familial amyloidotic neuropathies
• Hemodialysis: wrist નું carpal ligament (median nerve compression), joints

---

11. Clinical Features

• Amyloidosis incidental histologic finding પણ હોઈ શકે, અને fatal disease પણ.
• Symptoms deposits ની magnitude અને involved organs પર આધાર રાખે છે.

Early (nonspecific): weakness, weight loss, lightheadedness, syncope

Renal:

• Proteinuria → nephrotic syndrome
• Glomeruli નું progressive obliteration → kidney failure → uremia
• Kidney failure death નું common cause છે

Cardiac:

• Insidious congestive heart failure
• સૌથી serious: conduction disturbances અને arrhythmias (fatal હોઈ શકે)
• Restrictive cardiomyopathy, જે chronic constrictive pericarditis જેવી લાગી શકે

GI:

• Macroglossia, જેનાથી speech અને swallowing માં તકલીફ થાય
• Malabsorption, diarrhea, digestive disturbances

Vascular / Bleeding:

• Vascular fragility, જેમાં નાના trauma થી પણ bleeding (ક્યારેક massive) થાય
• AL amyloid factor X ને bind કરીને inactivate કરે, જેનાથી life-threatening bleeding થઈ શકે

AL amyloidosis ના classic clinical signs:

• Macroglossia
• Periorbital ecchymoses ("raccoon eyes")
• Fingernail dystrophy

AL amyloidosis ના clinical signs.

---

12. Diagnosis

Tissue Diagnosis (Congo red)

• Abdominal fat aspirate: noninvasive; specific પણ sensitivity low
• Rectal અથવા gingival biopsy (systemic amyloidosis ની શંકા હોય ત્યારે)
• Kidney biopsy (renal manifestations હોય ત્યારે)

Diagnostic Approach (Stepwise)

1. Clinical suspicion: unexplained nephropathy, cardiomyopathy, neuropathy, enteropathy, arthropathy, macroglossia
2. Noninvasive biopsy (abdominal fat)
   • Positive → typing
   • Negative → affected organ ની invasive biopsy; તે પણ negative હોય તો further work-up નહીં
3. Typing: mass spectrometry અથવા IHC
   • κ / λ light chain → monoclonal protein અને bone marrow plasma cells શોધો → AL (heart, kidney, liver, autonomic involvement અને factor X deficiency માટે screen કરો)
   • Amyloid A → underlying chronic inflammatory disease શોધો → AA
   • Transthyretin → mutant હોય તો ATTRv (relatives ને screen કરો); wild-type હોય તો ATTRwt (સામાન્ય રીતે >65 વર્ષના males, cardiac)
   • Negative → rare familial types (ApoAI, ApoAII, fibrinogen, lysozyme, gelsolin)

Clinical suspicion → biopsy → typing → underlying cause.

AL માટે Laboratory Work-up

• Serum અને urine protein electrophoresis + immunofixation
• Serum protein electrophoresis ઘણી વાર normal હોય છે, એટલે immunofixation વધુ sensitive છે (દા.ત. IgGκ monoclonal protein)
• Bone marrow:
  • Overt myeloma વગર પણ monoclonal plasmacytosis
  • CD138 (syndecan) IHC થી plasma cells ઓળખાય
  • κ અને λ mRNA in situ hybridization થી clonality બતાવી શકાય

AL work-up: serum immunofixation માં monoclonal band; bone marrow માં clonal plasma cells.

Imaging

• Radiolabeled SAP scintigraphy: rapid અને specific. Amyloid deposits સાથે bind થાય છે, extent બતાવે છે અને treatment follow-up માં ઉપયોગી છે.

---

13. Prognosis અને નવી Therapy

• Generalized amyloidosis નું prognosis poor છે.
• AL: diagnosis પછી median survival આશરે 2 વર્ષ; myeloma-associated AL માં તેનાથી પણ ખરાબ.
• Reactive (AA): થોડું સારું prognosis; underlying disease ના control પર આધાર. Amyloid નું resorption report થયું છે, પણ rare છે.
• નવી દિશાઓ:
  • Plasma cell tumors માટે નવી, વધુ effective therapies
  • Protein misfolding સુધારવી અને fibrillogenesis inhibit કરવી

---

Quick Exam Points

• Amyloid = extracellular, misfolded protein ના β-pleated sheet fibrils, 8–10 nm, nonbranching
• Composition: 95% fibril protein + 5% SAP / glycoproteins
• Congo red: pink-red in ordinary light, apple-green birefringence in polarized light
• Most common systemic form: AL, ત્યારબાદ ATTRwt
• AL: λ > κ; myeloma ના 5–15% માં; મોટા ભાગના AL patients ને overt myeloma નથી
• AA: SAA (liver, HDL-bound); IL-6, IL-1; સૌથી common cause rheumatoid arthritis
• ATTRwt: elderly males, heart; ATTRv: autosomal dominant (nerves / heart)
• FMF: autosomal recessive, pyrin, IL-1, AA amyloid
• Hemodialysis: β2-microglobulin, carpal tunnel syndrome
• Alzheimer: Aβ from APP
• Medullary thyroid carcinoma: calcitonin-derived amyloid, diagnostic clue
• Kidney: most common and most serious; nephrotic syndrome; kidney failure common cause of death
• Spleen: sago (follicles) vs lardaceous (red pulp)
• Liver: space of Disse; function preserved
• Heart: subendocardial deposits, arrhythmias, restrictive cardiomyopathy
• AL signs: macroglossia, periorbital purpura, nail dystrophy, factor X deficiency
• Fat aspirate: specific, low sensitivity; SPEP may be normal, so do immunofixation
• AL median survival ≈ 2 years