Interleukiini 6 (IL-6) -polymorfismit muovaavat tupakoinnin vaikutusta astmariskiin

Taina K. Lajunen | TOUKOKUU 2018 | Keuhkosairaudet | Yleislääketiede / Perusterveydenhuolto |

Taina K. Lajunen
FT, dosentti
Ympäristöterveyden ja
keuhkosairauksien tutkimuskeskus (CERH), Oulun yliopisto,
Medical Research Center Oulu
(MRC Oulu)

Maritta S. Jaakkola
LT, professori
Ympäristöterveyden ja
keuhkosairauksien tutkimuskeskus (CERH),
Oulun yliopisto ja Medical Research
center Oulu (MRC Oulu)

Jouni J.K. Jaakkola
LT, PhD, professori
Ympäristöterveyden ja
keuhkosairauksien tutkimuskeskus (CERH),
Oulun yliopisto ja Medical Research
center Oulu (MRC Oulu)

Interleukiini 6 (IL-6) on sytokiini, jonka on raportoitu vaikuttavan astman kehittymiseen useiden eri mekanismien kautta. IL-6 esimerkiksi osallistuu lymfosyyttien Th1 ja Th-2 tasapainon säätelyyn, liman tuotantoon, Th-17-solujen erilaistumisen edistämiseen ja säätelevien T-solujen inhibointiin.1 IL-6:a tuottavat monet eri solutyypit, kuten makrofagit, neutrofiilit, endoteeli- ja epiteelisolut, vasteena erilaisille stressi- ja vauriotekijöille, kuten tupakansavulle altistumiselle.2 

Olemme aiemmin osoittaneet, että IL-6-geenin polymorfismi rs1800797 liittyy kohonneeseen aikuisiällä alkavan astman riskiin.3 IL-6-polymorfismien yhteys astmaan ei kuitenkaan ole ollut kiistatonta, joskin osassa aiemmista tutkimuksista yhteys on löytynyt4-10 ja osassa taas ei.11-13  Mielestämme mielenkiintoisesti, yhteys on hieman useammin todettu aikuisilla3,5,6,8 tai tutkimuksissa, joissa oli mukana sekä aikuisia että lapsia.7,9 Tässä tutkimuksessa14 lähdimme testaamaan hypoteesia, että aiempien tutkimusten tulosten ristiriitaisuuden taustalla voisi olla tunnistamaton geenin ja ympäristön yhteisvaikutus. Tupakointi oli selkeä ehdokas yhteisvaikutuksen ympäristötekijäksi, koska se on yleistä aikuisilla, mutta ei lapsilla. 

Tutkimuspopulaatiot
Tutkimuksessa käytettiin kahta toisistaan riippumatonta, suomalaista astma-aineistoa. Ympäristö ja astma -tutkimus (FEAS) on Pirkanmaan sairaanhoitopiirin alueelta vuosina 1998–2000 kerätty väestöpohjainen, aikuisiällä alkavan astman (incident asthma) tutkimus, johon osallistui 521 uutta astmatapausta ja 932 lähdeväestöstä satunnaisesti valittua verrokkia.15 Iältään FEAS:in osallistujat olivat 21–63-vuotiaita. Kylmä, Infektiot, ja Astma Sotilailla (KIAS) -tutkimus on Kainuun prikaatissa vuosina 2004–2006 kerätty tapaus-verrokkitutkimus, johon osallistui 224 varusmiestä, joilla oli aiemmin diagnosoitu astma ja 668 verrokkia.16 Kaikki KIAS:in osallistujat olivat miehiä, iältään 17,4–29,6 vuotta. 

Astman diagnoosi ja altistuksen arviointi
FEAS:ssa astmadiagnoosi perustui oireisiin ja keuhkofunktiomittauksiin.15 KIAS:ssa astma määritettiin kyselyyn perustuen ja se vahvistettiin kutsunta- ja palvelusajan terveystarkastuksissa kerätyn tiedon pohjalta. Molemmissa tutkimuksissa tupakointitavat selvitettiin kyselyllä. Säännöllisesti tupakoiviksi määriteltiin henkilöt, jotka polttivat ainakin 1 savukkeen tai sikarin päivässä tai 25 g piipputupakkaa kuukaudessa (FEAS) tai päivittäin tupakoivat (KIAS). Satun-n-aisesti tupakoiviksi määriteltiin ne, jotka polttivat edellä mainittua vähemmän. Nämä kaksi ryhmää yhdessä määriteltiin nykyisiksi tupakoitsijoiksi. Koskaan tupakointi sisälsi myös aiemmin tupakoineet. 

Tilastolliset menetelmät
FEAS:ssa DNA-näyte oli saatavilla 467 tapaukselta ja 613 verrokilta ja KIAS:ssa 225 tapaukselta ja 642 verrokilta. DNA:n eristys- ja genotyypitysmenetelmät on kuvattu toisaalla.3,17 FEAS:ssa analysoitavaksi valittiin IL-6-geenin polymorfismi rs1800797 (-597 G/A), koska aiemmassa tutkimuksessamme se liittyi aikuis-iällä alkavaan astmaan, ja halusimme tässä selvittää tarkemmin sen vaikutusta.3 KIAS:ssa tätä polymorfismia ei ollut tyypitetty, joten sen sijaan käytimme FEAS:in tulosten vahvistamiseen polymorfismia rs1800795 (-174 G/C), joka on vahvassa kytkentätasapainossa rs1800797:n kanssa (esimerkiksi 1000 Genomes -projektin suomalaisväestössä polymorfismien välinen r2 = 0,921).18

Polymorfismien yhteyttä astmaan analysoitiin ensin kummassakin aineistossa erikseen, tupakoinnin mukaan jaoteltuna, logistista regressiota käyttäen. Lisäksi analysoimme aineistojen vakioidut riskiestimaatit random-effects-meta-analyysillä, jälleen tupakointitapojen mukaan jaoteltuna. Testasimme myös geeni-ympäristö-yhteisvaikutusta additiivisella tasolla. Tätä varten estimoimme genotyypin (A) ja tupakoinnin (B) riippumattomien vaikutusten ja yhteisvaikutuksen (AB) suhteelliset lisäriskit (Excess Relative Risk, ERR= OR-1) logistista regressiota käyttäen. Yhteisvaikutuksen additiivisuudesta poikkeva osuus, eli yhteisvaikutuksen aiheuttama suhteellinen lisäriski (Relative Excess Risk due to Interaction, RERI) laskettiin seuraavasti: RERI = ERR (AB) – ERR(A) – ERR(B). Laskimme myös RERI-estimaattien 95 % luottamusvälit,19 joissa nolla-arvo vastaa tilastollista merkitsevyyttä p = 0,05. Kaikissa analyyseissä käytettiin resessiivistä geneettistä mallia, joka todettiin parhaiten soveltuvaksi.

IL-6-polymorfismit liittyvät astmariskiin tupakoitsijoilla
FEAS-aineistossa rs1800797-polymorfismin genotyyppi GG liittyi insidenttiin, aikuisiällä alkavaan astmaan niillä henkilöillä, jotka olivat joko nykyisiä tupakoijia tai jotka olivat aiemmin tupakoineet, kun taas tupakoimattomilla henkilöillä yhteyttä ei havaittu (Kuva 1A). Genotyypin vaikutus säilyi samankaltaisena myös, kun analyysit vakioitiin sukupuolella, iällä ja koulutuksella (Kuva 1B). KIAS-aineistossa havaittiin samankaltainen, mutta hieman heikompi yhteys rs1800795-polymorfismin GG-genotyypin ja aiemmin puhjenneen (prevalentin) astman välillä (Kuvat 1B ja C). Aineistojen meta-analyysissä polymorfismien GG-genotyypit liittyivät kohonneeseen astman riskiin koko aineistossa ja kaikissa tupakointi-alaryhmissä, paitsi satunnaisilla tupakoijilla, mutta tupakoimattomilla yhteyttä ei löytynyt (Kuva 1D).

Geeni-ympäristö-yhteisvaikutus IL-6-polymorfismien ja tupakoinnin välillä
FEAS-aineistossa havaittiin additiivisen tason geeni-ympäristö-yhteisvaikutus rs1800797-polymorfismin GG-genotyypin ja tupakoinnin (sisältää nykyisin tupakoivat ja aiemmin tupakoineet) välillä. Näiden kahden tekijän yhteisvaikutuksen RERI oli 1,15 (95 % CI 0,25-2,33; p < 0,05) sukupuolella, iällä ja koulutuksella vakioidussa mallissa. GG-genotyypin ja tupakoinnin välinen vuorovaikutus siis aiheuttaa 115 % (95 % CI 25-233 %) lisäyksen aikuisiällä alkavan astman riskiin, verrattuna siihen, mitä olisi odotettavissa näiden tekijöiden riippumattomien vaikutusten perusteella. Kun tupakointia jaoteltiin edelleen tarkempiin alaluokkiin, havaittiin lisäksi merkitsevä yhteisvaikutus GG-genotyypin ja aiemman tupakoinnin välillä (RERI = 1,30; 95 % CI 0,05-3,30). GG-genotyypin ja nykyisen tupakoinnin yhteisvaikutuksen estimaatti oli myös kohonnut, mutta ei aivan tilastollisesti merkitsevästi (RERI = 1,04; 95 % CI -0,001-2,59). 

Selvitimme myös GG-genotyypin yhteisvaikutusta tupakoinnin määrän (savukevuosina) kanssa. Kun kaikki tupakoijat analysoitiin yhtenä ryhmänä, GG-genotyypin ja ≥ 200 savukevuoden polttamisen välillä oli selkeä yhteisvaikutus (RERI = 1,28; 95 % CI 0,09-3,22), GG-genotyypin ja 1–199 savukevuoden polttamisen välinen yhteisvaikutus sen sijaan ei ollut tilastollisesti aivan merkitsevä (RERI = 1,03, 95 % CI -0,11-2,73). Aiemmin tupakoineilla nämä yhteisvaikutukset olivat samankaltaiset kuin yhdistetyssä ryhmässä, vaikkakaan eivät tilastollisesti merkitseviä. Nykyisillä tupakoijilla sen sijaan GG-genotyypin yhteisvaikutus kummankin tupakointimäärän kanssa oli suunnilleen yhtä vahva (kumpikaan yhteisvaikutus ei ollut tilastollisesti merkitsevä). KIAS-aineistossa rs1800795-polymorfismin GG-genotyypin ja tupakoinnin (koskaan tupakointi, nykyinen tupakointi ja aiempi tupakointi) välisten yhteisvaikutusten RERI-estimaatit olivat lievästi kohonneet, mutta eivät tilastollisesti merkitseviä (tuloksia ei esitetty).

Pohdinta
Tässä työssä osoitamme kahdessa toisistaan riippumattomassa suomalaisessa aineistossa, että IL-6-polymorfismit muovaavat tupakoinnin vaikutusta astman riskiin.14 Polymorfismien rs1800797 ja rs1800795 GG-genotyypit liittyivät kohonneeseen astman riskiin niillä henkilöillä, joilla oli ainakin jonkinlainen tupakointitausta, mutta eivät henkilöillä, jotka eivät olleet koskaan tupakoineet.

Tämä on ensimmäinen tutkimus, jossa on osoitettu yhteisvaikutus tupakoinnin ja IL-6-polymorfismien välillä astmaan liittyen. Sitä tukevat aiemmat tutkimukset, joissa on todettu yhteisvaikutus liittyen muihin kroonisiin sairauksiin kuin astmaan, esimerkiksi sydän- ja verisuonisairauksiin.20-22 Samat säätelymekanismit todennäköisesti vaikuttavat useissa eri sairauksissa, esimerkiksi sydän- ja verisuonisairauksien ja allergisten sairauksien säätelymekanismien on osoitettu liittyvän toisiinsa.23 Aiemmissa yhteisvaikutustutkimuksissa kohonnut sairauden riski on yleensä liittynyt rs1800797-polymorfismin A-alleeliin ja/tai rs1800795-polymorfismin C-alleeliin,21,22 kun taas meidän tutkimuksessamme riski liittyi näihin GG-genotyyppeihin. 

On kuitenkin täysin mahdollista, että tietty genotyyppi voi olla yhden sairauden riskitekijä ja jonkin toisen sairauden suhteen taas suojaava tekijä, sillä sairauksien syntymekanismit ovat erilaisia. Tuloksiamme tukee myös meta-analyysi, jossa rs1800795-CC-genotyypin osoitettiin suojaavan astmalta etenkin aikuisväestössä.10 Astman riskitekijöitä selvittäneet genominlaajuiset geeni-tupakointi-yhteisvaikutustutkimukset ovat löytäneet joitakin tilastollisesti lähes merkitseviä yhteisvaikutuksia,24,25 mutta IL-6-geeni ei ollut näiden joukossa. Tällaisten tutkimusten vaatima tiukka tilastollisen merkitsevyyden raja tosin voi johtaa myös joidenkin todellisten löydösten hylkäämiseen.

Yhteenveto

Tässä tutkimuksessa havaittiin tupakointiin liittyvä kohonnut astmariski erityisesti IL-6-geenin rs1800797- ja/tai rs1800795-polymorfismien GG-genotyypin omaavilla, mikä viittaa näiden henkilöiden erityiseen herkkyyteen tupakan haittavaikutuksille astman suhteen. Voidaan kuitenkin sanoa, ettei tupakointi ole suositeltavaa koskaan. Saman geenin alleelit voivat olla joko riski- tai suojatekijöitä eri sairauksissa. Lisäksi tupakansavun haitallisia terveysvaikutuksia muovaavat varmasti useat eri geenit, IL-6:n ollessa yksi niistä. Tuloksemme voivat myös jossain määrin selittää aiempien assosiaatiotutkimusten välistä ristiriitaa IL-6-polymorfismien ja astman välisestä yhteydestä. 

Sidonnaisuudet:
Lajunen: Ei sidonnaisuuksia.
Jaakkola J: Ei sidonnaisuuksia tämän artikkelin suhteen.
Jaakkola M: Ei sidonnaisuuksia tämän artikkelin suhteen.

Lähteet

1. Rincon M, Irvin CG. Role of IL-6 in asthma and other inflammatory pulmonary diseases. Int J Biol Sci 2012;8(9):1281-1290. 2. Arnson Y, Shoenfeld Y, Amital H. Effects of tobacco smoke on immunity, inflammation and autoimmunity. J Autoimmun 2010 May;34(3):258. 3. Lajunen TK, Jaakkola JJ, Jaakkola MS. Interleukin 6 SNP rs1800797 associates with the risk of adult-onset asthma. Genes Immun 2016 Mar 3;17(3):193-198. 4. Settin A, Zedan M, Farag M, Ezz El Regal M, Osman E. Gene polymorphisms of IL-6(-174) G/C and IL-1Ra VNTR in asthmatic children. Indian J Pediatr 2008 Oct;75(10):1019-1023. 5. Trajkov D, Mirkovska-Stojkovikj J, Arsov T, Petlichkovski A, Strezova A, Efinska-Mladenovska O, et al. Association of cytokine gene polymorphisms with bronchial asthma in macedonians. Iran J Allergy Asthma Immunol 2008 Sep;7(3):143-156. 6. Xiaomin L, Fenglin C, Jianmin H, Yuzhi S, Binsheng G, Yingmei Z. Correlation between genetic polymorphism of cytokine genes, plasma protein levels and bronchial asthma in the han people in northern china. J Asthma 2008 Sep;45(7):583-589. 7. Mahdaviani SA, Rezaei N, Moradi B, Dorkhosh S, Amirzargar AA, Movahedi M. Proinflammatory cytokine gene polymorphisms among iranian patients with asthma. J Clin Immunol 2009 Jan;29(1):57-62. 8. Kosugi EM, de Camargo-Kosugi CM, Hirai ER, Mendes-Neto JA, Gregorio LC, Guerreiro-da-Silva ID, et al. Interleukin-6 -174 G/C promoter gene polymorphism in nasal polyposis and asthma. Rhinology 2013 Mar;51(1):70-76. 9. Kumar A, Das S, Agrawal A, Mukhopadhyay I, Ghosh B. Genetic association of key Th1/Th2 pathway candidate genes, IRF2, IL6, IFNGR2, STAT4 and IL4RA, with atopic asthma in the indian population. J Hum Genet 2015;Aug;60(8):443-448. 10. Li F, Xie X, Li S, Ke R, Zhu B, Yang L, et al. Interleukin-6 gene -174G/C polymorphism and bronchial asthma risk: A meta-analysis. Int J Clin Exp Med 2015 Aug 15;8(8):12601-12608. 11. Bottema RW, Kerkhof M, Reijmerink NE, Thijs C, Smit HA, van Schayck CP, et al. Gene-gene interaction in regulatory T-cell function in atopy and asthma development in childhood. J Allergy Clin Immunol 2010 Aug;126(2):10. 12. Daneshmandi S, Pourfathollah AA, Pourpak Z, Heidarnazhad H, Kalvanagh PA. Cytokine gene polymorphism and asthma susceptibility, progress and control level. Mol Biol Rep 2012 Feb;39(2):1845-1853. 13. Padron-Morales J, Sanz C, Davila I, Munoz-Bellido F, Lorente F, Isidoro-Garcia M. Polymorphisms of the IL12B, IL1B, and TNFA genes and susceptibility to asthma. J Investig Allergol Clin Immunol 2013;23(7):487-494. 14. Lajunen TK, Jaakkola JJK, Jaakkola MS. IL6 polymorphisms modify the effects of smoking on the risk of adult asthma. J Allergy Clin Immunol 2018 February 01;141(2):802.e9. 15. Jaakkola MS, Nordman H, Piipari R, Uitti J, Laitinen J, Karjalainen A, et al. Indoor dampness and molds and development of adult-onset asthma: A population-based incident case-control study. Environ Health Perspect 2002 May;110(5):543-547. 16. Juvonen R, Bloigu A, Peitso A, Silvennoinen-Kassinen S, Saikku P, Leinonen M, et al. Risk factors for acute respiratory tract illness in military conscripts. Respirology 2008 Jun;13(4):575-580. 17. Rantala A, Lajunen T, Juvonen R, Paldanius M, Silvennoinen-Kassinen S, Peitso A, et al. Interleukin-6-174 G/C promoter polymorphism is associated with persistence of chlamydia pneumoniae antibodies in young men. Scand J Immunol 2011 Jul;74(1):95-99. 18. 1000 Genomes Project Consortium, Auton A, Brooks LD, Durbin RM, Garrison EP, Kang HM, et al. A global reference for human genetic variation. Nature 2015 Oct 1;526(7571):68-74. 19. Zou GY. On the estimation of additive interaction by use of the four-by-two table and beyond. Am J Epidemiol 2008 Jul 15;168(2):212-224. 20. Rosner SA, Ridker PM, Zee RY, Cook NR. Interaction between inflammation-related gene polymorphisms and cigarette smoking on the risk of myocardial infarction in the physician’s health study. Hum Genet 2005 Nov;118(2):287-294. 21. Hatzis G, Tousoulis D, Papageorgiou N, Bouras G, Oikonomou E, Miliou A, et al. Combined effects of smoking and interleukin-6 and C-reactive protein genetic variants on endothelial function, inflammation, thrombosis and incidence of coronary artery disease. Int J Cardiol 2014 Sep;176(1):254-257. 22. Wang K, Dong PS, Zhang HF, Li ZJ, Yang XM, Liu H. Role of interleukin-6 gene polymorphisms in the risk of coronary artery disease. Genet Mol Res 2015 Apr 10;14(2):3177-3183. 23. Potaczek DP. Links between allergy and cardiovascular or hemostatic system. Int J Cardiol 2014 Jan 1;170(3):278-285. 24. Ramasamy A, Kuokkanen M, Vedantam S, Gajdos ZK, Couto Alves A, Lyon HN, et al. Genome-wide association studies of asthma in population-based cohorts confirm known and suggested loci and identify an additional association near HLA. PLoS One 2012;7(9):e44008. 25. Vonk JM, Scholtens S, Postma DS, Moffatt MF, Jarvis D, Ramasamy A, et al. Adult onset asthma and interaction between genes and active tobacco smoking: The GABRIEL consortium. PLoS One 2017 Mar 2;12(3):e0172716.