Inflammatorisk tarmsygdom - kan genetiske undersøgelser bidrage til en forbedret behandling?

De inflammatoriske tarmsygdomme Crohns sygdom og colitis ulcerosa skyldes et abnormt immunrespons på normale bakterielle komponenter i tarmlumen [1]. Det dysregulerede respons vedligeholder en betændelsesreaktion, som derved bliver kronisk. Sygdommene forårsages af et komplekst samspil mellem arv og miljø. Der er de senere år opnået store fremskridt med hensyn til at identificere gener, der er involveret i de inflammatoriske tarmsygdomme (Figur 1 ). Håbet er, at denne viden vil gøre det muligt at forudsige den enkeltes sygdomsrisiko, respektive sygdomsforløb. Det er endnu ikke muligt, da det har vist sig, at de enkelte geners bidrag til den samlede sygdomsrisiko er beskedent. Alligevel har opdagelserne medført en betydelig indsigt i betændelsesreaktionen, som har bidraget til at udvikle nye behandlingsmæssige tiltag [2]. Den opnåede indsigt kan desuden have betydning for andre sygdomme, hvor inflammation spiller en rolle, så som reumatoid artritis, psoriasis, diabetes mellitus og arteriosklerose [3].

I denne artikel omtales eksempler på cellulære mekanismer, som de genetiske undersøgelser har identificeret som relevante i forhold til inflammatorisk tarmsygdom, og strategien for fremtidige undersøgelser diskuteres på baggrund af de opnåede erfaringer.

Inflammatorisk tarmsygdom er arvelig

Forudsætningen for at genetiske studier kan bidrage til belysning af patogenetiske forhold ved sygdomme er, at der er et arveligt element. Studier af fordelingen af Crohns sygdom og colitis ulcerosa blandt tvillinger og i familier viser, at arvelige faktorer spiller en rolle [4]. Betydningen af arv er større ved Crohns sygdom end ved colitis ulcerosa.

Gener med effekt på risikoen for at udvikle inflammatorisk tarmsygdom

I 2001 blev det for første gang vist, at tre forskellige genetiske variationer, også kaldet polymorfier, i et gen var associeret til Crohns sygdom. Det var caspase activation recruitment domain family, member 15 (CARD15 ) (Figur 2 ). CARD15 koder for proteinet nuclear oligomerization domain 2 (NOD2), som er involveret i det innate immunsystem, nærmere bestemt i genkendelse af bakterier. De tre polymorfier, der er associeret til Crohns sygdom, er alle lokaliseret i den C-terminale ende af proteinet og er involveret i genkendelsen af peptidoglykanerne i bakteriecellevæggen. NOD2 er udtrykt i en lang række immunologisk aktive celler, herunder enterocytter og Panethceller. NOD2 er involveret i aktiveringen af transkriptionsfaktoren nuclear factor kappa beta (NFκβ), som er en central regulator af det inflammatoriske respons. Den nærmere mekanisme for, hvordan polymorfier i CARD15 medfører øget risiko for Crohns sygdom, er endnu ikke forstået i detaljer. Forsøg, hvor den variante genotype er udtrykt i mus, har vist, at det ændrede NOD2-protein medfører nedsat dannelse af antibakterielle stoffer, såkaldte kryptdiner, i intestinale Panethceller. Musens kryptdiner svarer til humane α-defensiner. Ud over at have en antibakteriel effekt, hæmmer de ekspressionen af det proinflammatoriske cytokin, interleukin (IL)-1β. Studier af humane celler fra personer, der er bærere af NOD2-polymorfierne, viser, at ændringerne af NOD2 medfører en nedsat eller manglende aktivering af NFκβ og sekretion af forskellige cytokiner - herunder IL-1β - efter eksponering for bakteriekomponenter. Resultaterne tyder på, at NOD2 er involveret i tarmens forsvarsbarriere og tolerancemekanismer ved at kontrollere den antibakterielle immunitet i tarmslimhinden, og støtter hypotesen om, at et genetisk betinget ændret immunologisk respons på luminale bakteriekomponenter indgår i patogenesen.

Flere genvarianter i den centrale IL-23-signalvej påvirker risikoen for at udvikle inflammatorisk tarmsygdom og andre kroniske inflammatoriske sygdomme [5]. IL-23 inducerer differentiering af T-celler til T-helper 17 -celler (Th17), der virker proinflammatoriske via sekretion af IL-17. Ved inflammatorisk tarmsygdom induceres IL-23 af bakteriegenkendende receptorer (TLR). Interaktionen mellem IL-23 og IL-23-receptoren (IL-23R) aktiverer først Janus-kinase 2 (JAK2) og dernæst den nukleære faktor signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3), som medfører dannelse af proinflammatoriske cytokiner. Genetiske variationer i blandt andet IL12B (produktet p40 indgår som en subunit af IL-23), STAT3, JAK2 og IL23R ændrer risikoen for at udvikle inflammatorisk tarmsygdom.

Variationer i generne benævnt ATG16L1 og IRGM er associeret til Crohns sygdom. Studier af humane cellelinjer og dyremodeller tyder på, at genprodukterne har betydning for den intracellulære nedbrydning af bakterier.

Genet COX-2 koder for enzymet cyklo-oxygenase-2 (COX-2). Bærere af en variant af dette gen har en let forhøjet risiko for at udvikle Crohns sygdom og colitis ulcerosa [6]. Nyere undersøgelser understreger den komplicerede rolle, COX-2 har i reguleringen af betændelsesprocessen. Visse COX-2-medierede prostaglandiner virker proinflammatoriske (via IL-23-vejen), hvorimod andre virker antiinflammatoriske ved at bindes som ligander til den nukleære faktor peroxisome proliferator-activated receptorg (PPARγ) og derved hæmme ekspressionen af NFκβ. Den centrale betydning af COX-2 i samspillet med NFκβ og PPARγ-vejen støttes af andre data. For eksempel har undersøgelser af eksperimentel kolitis i dyremodeller vist, at prostaglandin E2, der stammer fra COX-2, spiller en vigtig rolle for sårhelingen. Også det klassiske lægemiddel ved inflammatorisk tarmsygdom, 5-amino-salisylsyre, er en PPARγ-ligand [7].

Gen-miljø-interaktioner

De opnåede fremskridt inden for genetikken er ikke modsvaret af tilsvarende fremskridt inden for samspillet med miljømæssige faktorer. Rygning forværrer forløbet af Crohns sygdom og andre autoimmune sygdomme, men bedrer forløbet af colitis ulcerosa [8]. Også i familier med begge sygdomme er risikoen for at udvikle Crohns sygdom højst hos rygere, hvorimod colitis ulcerosa ses blandt tidligere rygere. Miljømæssige faktorer som rygning synes således at interagere med genetiske r isikofaktorer

Hvordan sikres fortsat videnskabelig fremgang

Antallet af påviste gener og loci, der disponerer til sygdommene, er steget betragteligt inden for de seneste år (Figur 1), og man kender nu mere end 30 forskellige loci, der er associeret med Crohns sygdom, og mere end 14 loci der er associeret med colitis ulcerosa. Man kunne derfor forvente, at det var muligt at redegøre for en stor del af den genetisk betingede risiko. Det er imidlertid ikke tilfældet. Det er fortsat kun er en mindre del af den genetisk betingede risiko, der kan forklares. Det tyder på, at der fortsat er mange, endnu ukendte gener involveret, eller at der indgår gen-miljø-interaktioner (Figur 2). Hvis der indgår gen-miljø-interaktioner, vil man kun finde association mellem gener og sygdommene i de populationer, hvor miljøfaktoren er til stede, og det kan tænkes at besværliggøre detektionen af associationerne.

Stigningen i antallet af identificerede gener er hovedsageligt fremkommet som følge af introduktionen af associationsstudier af hele genomet (såkaldte genome-wide association studies , GWAS). I GWAS undersøges associationen mellem flere millioner genetiske markører og sygdomsforekomst. For at kunne tage højde for de mange statistisk set signifikante sammenhænge, som man ville finde af tilfældige grunde, kræver man normalt, at der er meget stærke statistiske sammenhænge mellem de genetiske markører og sygdomsrisiko, før man tillægger dem betydning. Man vil ofte også forsøge at gentage fundet i en eller flere uafhængige populationer. Derfor kan det tænkes, at man lettere overser associationer, der skyldes gen-miljø-interaktioner. Det er derfor nødvendigt at anvende forskellige tilgange. GWAS er velegnet til at identificere gener, der er fælles for de undersøgte populationer og kan desuden detektere risikofaktorer med en beskeden effekt. Studier af mindre, men mere velkarakteriserede populationer kan derimod bidrage med identifikation af gener, der kan afdækkes i kraft af genetisk heterogenicitet og forskelle i eksponering.

Fremtidige undersøgelser bør fokuseres på at afdække interaktion mellem genetiske og miljømæssige risikofaktorer - herunder rygnings - indvirkning på den inflammatoriske proces.

Nye lægemidler

De kombinerede genetiske og epidemiologiske undersøgelsesteknikker har i praksis vist sig at have stor betydning for en bedre forståelse af de molekylære processer, der ligger til grund for sygdomsudvikling, og har initieret udvikling af nye behandlingsprincipper, der er baseret på rationel lægemiddeldesign [2, 3]. Nogle af de første var tumornekrosefaktor (TNF)-hæmmere, som er baseret på hæmning af cytokinet TNF, og som har været anvendt siden slutningen af 1990'erne. De nye lægemidler, som er undervejs i afprøvning, er monoklonale antistoffer, der er rettet mod specifikke mål som for eksempel cytokiner (såsom IL-12/IL-23 og interferon γ), receptorer på T-celler (som IL-2-receptor) eller selektive adhæsionsmolekyle-inhibitorer (såsom α4β7). De sidstnævnte interferer med migrationen af leukocytter fra blodbanen og til tarmen.

Konklusion

Tværfagligt samarbejde med inddragelse af kliniske, epidemiologiske og molekylærbiologiske forskningsmiljøer og med udnyttelse af de danske registre, herunder den danske Crohn og Colitis Database, kan udgøre et stærkt grundlag for kortlægningen af samspillet mellem genetiske og miljømæssige faktorer i relation til sygdomsudvikling og behandlingsrespons. Efter forfatternes mening kan den viden, vi opnår herigennem, åbne mulighed for bedre profylakse og behandling til gavn for patienterne.

Vibeke Char lotte Andersen, Medicinsk Afdeling, Regionshospitalet Viborg, DK-8800 Viborg.

E-mail: Vibeke.andersen@viborg.rm.dk

Antaget: 31. marts 2009

Interessekonflikter: Ingen

Taksigelser: Tak til Jette Hansen, Ian McCulloch, Oda Navne-Sørensen og Hanne Christensen , fagbiblioteket, samt Karl Aage Dissing , Informationsafdelingen, Regionshospitalet Viborg, for hjælp til figurer, fremskaffelse af litteratur med mere. Lena Hagelskjær Kristensen, Regionshospitalet Viborg, takkes for kritisk gennemlæsning af manuskriptet. Lundbeckfonden, Familien Erichsens Mindefond og Region Midt takkes for økonomisk støtte.