Komplementin C4B-geenien lukumäärä ja suoliston mikrobisto lasten tulehduksellisessa suolistosairaudessa

Eija Nissilä | Loka 2018 | |

Eija Nissilä
FT, farmaseutti, tutkijatohtori
Translationaalisen immunologian
tutkimusohjelma,
Lääketieteellinen tiedekunta,
Helsingin yliopisto

Crohnin tauti ja haavainen paksusuolitulehdus ovat tärkeimmät krooniset tulehdukselliset suolistosairaudet (IBD).1 Ne lisääntyvät nopeasti Suomessa, ja niiden määrä on kolminkertaistunut vuosien 1987–2003 aikana.2 IBD:n tyypillisiä oireita ovat vatsakipu, ripuli ja laihtuminen.1 IBD:n taustalta on löydetty geneettistä alttiutta, ympäristötekijöitä, muutoksia suoliston mikrobistossa sekä häiriöitä elimistön vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa.1 

Tutkimuksissa on havaittu yli 160 geenin altistavan IBD:lle.3 Monet näistä geeneistä koodaavat luonnollisen immuniteetin reaktioihin osallistuvia proteiineja. Näihin kuuluu myös immunologisia reaktioita käynnistäviä komplementtijärjestelmän proteiineja.4,5 IBD:n etiologiaan on siten ajateltu sisältyvän häiriintynyt vuorovaikutus isännän ja mikrobiston välillä joko mikrobistoa vastaan reagoivien epänormaalien immuunivasteiden vuoksi tai poikkeavan mikrobiston aiheuttamien elimistön tulehdusreaktioiden vuoksi.6 

Tutkimuksen tavoite
Komplementtisysteemillä on tärkeä tehtävä säilyttää kudosten tasapainotila eliminoimalla elimistöstä haitallisia bakteereja ja turhia solu- ja kudosaineksia. Komplementtiproteiini C4 on tärkeä komplementin klassisen tien ja lektiinitien tekijä. Nämä reitit osallistuvat kudosten puhdistukseen ja mikrobien hävitykseen. Komplementin C4-geenillä on kaksi eri muotoa, C4A ja C4B, joiden lukumäärät vaihtelevat ihmisten kesken. Yleensä yksilöllä on kaksi C4A- ja kaksi C4B-geeniä.7 

C4B osallistuu immuunipuolustukseen suoliston mik-robeja vastaan, ja puutokset geenissä onkin yhdistetty bakteeri-infektioalttiuteen.8-12 C4A-puutokset ovat taas yhteydessä tulehdus- ja autoimmuunisairauksiin.13-15 Vastikään yhteistyöprojektimme tutkijat havaitsivat erään MHC-haplotyypin (HLA-A*03;HLA-B*07; 1 C4A geeni; 1 C4B geeni; HLA-DRB1*15) olevan yhteydessä lasten IBD:hen16 sekä C4B-geenipuutteisten (<2 geeniä) parantuvan huonosti leikkauksesta.16 Tutkimuksemme tavoitteena oli selvittää tarkemmin C4B-geenin lukumäärän vaikutusta potilaiden seerumin kykyyn aktivoida komplementtia sekä yhteyttä suoliston tulehdukseen ja mikrobiston koostumukseen.

Tutkimusaineisto ja menetelmät
Tutkimuksemme potilaat ovat osa laajempaa, aiemmin julkaistua lasten IBD-tutkimusta.16,17 Tässä tutkimuksessa oli mukana yhteensä 64 potilasta (Taulukko 1), joiden komplementin C4A- ja C4B-geenien lukumäärät määritettiin. Tutkimus koostui 47 potilaan ”mikrobiryhmästä”, jossa suoliston mikrobiston koostumus ja kalprotektiinitaso määritettiin ulostenäytteestä sekä 26 potilaan ”komplementtiryhmästä”, jossa kerättiin potilailta tuore verinäyte komplementin aktivaatiomäärityksiä varten. Komplementtitutkimuksen potilaat kerättiin heidän C4B-geenimäärityksensä perusteella, jotta saataisiin tilastollisesti tarpeeksi vertailukelpoisia ryhmiä. Komplementtimäärityksissä seeruminäytteet stimuloitiin bakteereilla ja mitattiin muodostuneet liukoiset komplementtitekijät C3a ja komplementin lopputien tuote TCC (terminal complement complex) ELISA-menetelmillä. 

 

C4B-puutos suojaa IBD-potilaita suolen tulehdukselta ja mikrobiston muuntumiselta
Tutkimuksessa havaitsimme komplementin C4B-geenin lukumäärän olevan käänteisesti yhteydessä suoliston tulehdusta kuvaavaan kalprotektiinitasoon. Lisäksi C4B-geenien lukumäärä oli käänteisesti yhteydessä mikrobiston koostumuksen monimuotoisuuteen ja useisiin hyödyllisiin voihapon tuottajabakteerilajeihin (Kuva 1). Positiivinen yhteys nähtiin C4B-geenien lukumäärän ja Gram-negatiivisten LPS:ää tuottavien enterobakteereiden välillä.18

Komplementtiryhmässä havaitsimme C4B-puutoksen (ei yhtään C4B-geenejä) olevan yhteydessä matalampaan komplementin lopputien tuotteen, TCC:n, määrän muodostumiseen seerumissa stimuloitaessa bakteereilla potilaiden seerumia. Tulokset viittaavat siihen, että komplementin C4B-geenien määrä voisi säädellä komplementin aktiivisuutta ja tulehdusta sekä mikrobiston koostumusta. Havaintomme on alustava ja kaipaa tuekseen lisää tutkimuksia suuremmalla aineistolla.

Yhteenveto

Havaitsimme C4B-geenin puutoksen suojaavan suoliston tulehdukselta ja muuntuneelta mikrobiston koostumukselta IBD-lapsipotilailla. Normaali tai suurentunut C4B-geenien lukumäärä aiheutti voimakkaamman komplementin aktiivisuuden seerumissa ja suolen tulehduksen sekä samalla muuntuneen mikrobiston tutkitussa IBD:n lapsiaineistossa. 

Sidonnaisuudet: Ei sidonnaisuuksia.

Lähteet

1. Rosen MJ, Dhawan A, Saeed SA. Inflammatory Bowel Disease in Children and Adolescents. JAMA Pediatr 2015 Nov;169(11):1053-1060. 2. Lehtinen P, Ashorn M, Iltanen S, Jauhola R, Jauhonen P, Kolho KL et al. Incidence trends of pediatric inflammatory bowel disease in Finland, 1987–2003, a nationwide study. Inflamm Bowel Dis 2011 Aug;17(8):1778–1783. 3. Jostins L, Ripke S, Weersma RK Duerr RH, McGovern DP, Hui KY et al. Host-microbe interactions have shaped the genetic architecture of inflammatory bowel disease. Nature 2012 Nov 1;491(7422):119-124. 4. Henderson P, van Limbergen JE, Schwarze J, Wilson DC. Function of the intestinal epithelium and its dysregulation in inflammatory bowel disease. Inflamm Bowel Dis 2011 Jan;17(1):382-395. 5. Xavier RJ, Podolsky DK. Unravelling the pathogenesis of inflammatory bowel disease. Nature 2007 Jul 26;448(7152):427-434 6. Round JL, Mazmanian SK. The gut microbiota shapes intestinal immune responses during health and disease. Nat Rev Immunol 2009 May;9(5):313-323. 7. Blanchong CA, Chung EK, Rupert KL et al. Genetic, structural and functional diversities of human complement components C4A and C4B and their mouse homologues, Slp and C4. Int Immunopharmacol 2001;1:365-392. 8. Hauptmann G, Tappeiner G, Schifferli JA. Inherited deficiency of the fourth component of human complement. Immunodefic Rev 1988;1(1):3-22. 9. Jaatinen T, Lahti M, Ruuskanen O, Kinos R, Truedsson L, Lahesmaa R at al. Total C4B deficiency due to gene deletion and gene conversion in a patient with severe infections. Clin Diagn Lab Immunol 2003 Mar;10(2):195-201. 10. Kainulainen L, Peltola V, Seppänen M, Viander M, He Q, Lokki ML et al. C4A deficiency in children and adolescents with recurrent respiratory infections. Hum Immunol 2012 May;73(5):498-501. 11.  Kotilainen H, Lokki ML, Paakkanen R, Seppänen M, Tukiainen P, Meri S et al. Complement C4 deficiency et al. Complement C4 deficiency – a plausible risk factor for non-tuberculous mycobacteria (NTM) infection in apparently immunocompetent patients. PLoS One 2014 Mar 17;9(3):e91450. 12.  Seppänen M, Lokki ML, Timonen T, Lappalainen M, Jarva H, Järvinen A et al. Complement C4 deficiency and HLA homozygosity in patients with frequent intraoral herpes simplex virus type 1 infections. Clin Infect Dis 2001 Nov 1;33(9):1604-1607. 13. Lintner KE, Patwardhan A, Rider LG, Abdul-Aziz R, Wu YL, Lundström E et al. Gene copy-number variations (CNVs) of complement C4 and C4A deficiency in genetic risk and pathogenesis of juvenile dermatomyositis. Ann Rheum Dis 2016 Sep;75(9):1599-1606. 14. Mougey R. A review of the Chido/Rodgers blood group. Immunohematology 2010;26(1):30-38. 15. Yang Y, Chung EK, Wu YL, Savelli SL, Nagaraja HN, Zhou B et al. Gene copy-number variation and associated polymorphisms of complement component C4 in human systemic lupus erythematosus (SLE): low copy number is a risk factor for and high copy number is a protective factor against SLE susceptibility in European Americans. Am J Hum Genet 2007Jun;80(6):1037-1054. 16. Kolho KL, Paakkanen R, Lepistö A, Wennerstom A, Meri S, Lokki ML. Novel Associations Between Major Histocompatibility Complex and Pediatric-onset Inflammatory Bowel Disease. J Pediatr Gastroenterol Nutr 2016 April;62(4):567-572. 17. Kolho KL, Korpela K, Jaakkola T, Pichai MV, Zoetendal EG, Salonen A et al. Fecal Microbiota in Pediatric Inflammatory Bowel Disease and Its Relation to Inflammation. Am J Gastroenterol 2015 Jun;110(6):921-930. 18. Nissilä E, Korpela K, Lokki AI, Paakkanen R, Jokiranta S, de Vos WM et al. C4B gene influences intestinal microbiota through complement activation in patients with paediatric-onset inflammatory bowel disease. Clin Exp Immunol 2017 Dec;190(3):394-405.