Craiova Medical Vol 9, Nr3 , 2007

Studiu de farmacie Implicarea factorilor genetici, imunologici i de mediu n patogeneza spondilitei anchilozante

(1) DIANA TUDORACU,(2) PAULINA CIUREA, (2)ANCA MUETESCU,(3)

P. TUDORACU, (1)LUMINIA POPESCU, (2)OURANIA DRAKOULOGKONA

(1) Spitalul Clinic Judeean De Urgen Craiova, Clinica Medical 1, (2)Universitatea De Medicin i Farmacie Craiov, (3) Spitalul Clinic De Urgen Craiova ,Centrul de Cardiologie Craiova

The implication of the genetical, imunological and environmental factors n pathogenesis of ankylosing spondilitis

REZUMAT Spondilita anchilozant este o afeciune inflamatorie cronic cu determinism genetic care afecteaz de obicei brbaii de vrst tnr i progreseaz pn la deteriorri structurale importante cu reducerea mobilitii spinale, afectare articular periferic i extraarticular, consecina fiind scderea calitii vieii i a capacitii de munc a acestor pacieni. Astfel, managementul spondilitei anchilozante este important pentru resursele de sntate.

Patogeneza spondilitei este nc neelucidat. Totui, ipoteza preponderenei mecanismelor mediate imun are un rol major. Actual este acceptat rolul patogenic al imunitii celulare i interaciunea ntre rspunsul celulelor T, antigenul HLA-B27 i factorii de mediu.

Progresele nregistrate n imunologie i studierea genomului uman au permis promovarea rapid a cercetrilor n cunoaterea etiologiei i patogeniei spondilitei anchilozante i crearea unor tratamente patogenice.

CUVINTE CHEIE spondilit anchilozant, HLA-B27, citokine

ABSTRACT Ankylosis spondylitis is a chronic inflammatory disease, with genetic determinism that primarily affects yong males evolving with important disability, decrease spinal mobility, peripheral articular disease and visceral involvement, with impact on life quality. Treating ankylosing spondylitis is important for managing health resources.

The phatogenesis of ankylosing spondylitis is poorely understood, though imune mediated mecanism hypothesis plays a major part. The phatogenic role of cellular immunity and the connection between T cell response , HLAB27 and envviormental factors are a major field of research theese days.

Advances in immunology and human genom studies allowed a fast development of research in ethiopatogenesis of ankylosing spondylitis and open new opportunities for pathogenic treatment.

KEY WORDS : ankylosing spondylitis, HLAB27, cytokines

Spondilita anchilozant este o afeciune inflamatorie cronic cu o puternic component genetic ce determin susceptibilitatea apariiei bolii i severitatea ei. Completarea n cartografierea genomului uman i progresele efectuate n imunologie au permis promovarea rapid a cercetrilor n cunoaterea etiologiei i patogeniei spondilitei anchilozante i crearea unor tratamente patogenice.

Se consider c interaciunea ntre moleculele complexului major de histocompatibilitate clasa I HLA-B27 i celulele T reprezint cheia patogenezei n spondilita anchilozant. Astfel, molecula HLA-B27 cu proprieti structurale specifice ofer peptidele endogene sau exogene limfocitelor T CD8+. Antigenele patogenice prezentate prin HLA-B27 celulei T CD8+ de origine endogen pot fi reprezentate de factori derivai din cartilaj sau fibrocartilaj, iar cele de

origine exogen de peptide rezultate din infeciile virale sau bacteriene(19).

A fost recent studiat rolul peptidelor artritogene, mimetismului molecular i formelor aberante de B27. Dei exist concepte cu accent pe mecanismele de implicare a celulelor T care recunosc complexele HLA-B27 ce prezint peptide artritogene i mai recent recunoaterea unor forme anormale de HLA-B27 independent de beta 2 microglobulina (monomeri sau dimeri ai lanului greu), rmne neclar dac recunoaterea imunologic joac un rol n patogenez. Ipoteza c exist o eroare n ansamblarea lanurilor grele HLA-B27 a condus la observaia c aceast activitate influeneaz rspunsul proteic(20).

S-au deschis noi arii de investigare a rspunsului imun celular la proteine modificate i au fost sugerate noi concepte care s explice rolul antigenului HLA-B27 n patogenez.

Dr. Diana Tudoracu,Spitalul ClinicJjudetean Craiova, Clinica Medicala I 213

Diana Tudoracu i colab: Implicarea factorilor genetici, imunologici i de mediu n patogeneza spondilitei .....

ntre HLA-B27 i agentul infecios (de exemplu Klebsiella pneumoniae) s-a constatat existena unui mimetism molecular, fiind identificat un peptid identic format din 6 aminoacizi. Aceast similitudine antigenic ar putea permite dezvoltarea unui rspuns imun ncruciat cu selecionarea de limfocite T CD8+ fa de celule ce exprim HLA-B27 sau poate favoriza persistena agentului infecios prin toleran imun.

Studiile pe modele animale au demonstrat ca supraexprimarea HLA-B27 poate fi cauza bolilor inflamatorii cu trsturi caracteristice .

Studiile pe gemeni au sugerat un risc genetic total pentru boal doar de 16 50% (15) sugernd c pot fi implicate gene n afara regiunii HLA.

Dezvoltarea non-concurent a spondilitei anchilozante la gemeni, n special gemenii monozigoi (rata de concordan 75%), sugereaz c factorii de mediu pot reprezenta o parte important n patogenez.

Dei alte gene nu s-au dovedit a fi implicate n spondilit, potenial candidate sunt genele MHC clasa I i II i gene non-MHC. Studierea genomului a identificat alte regiuni susceptibile pe cromozomii 1p, 2q, 6p, 9q, 10q, 16q si 19q (12).

Genele complexului major de histocompatibilitate(MHC), n particular HLA-B27, sunt factori genetici majori ce influeneaz susceptibilitatea i fenotipul bolii.

Profilul genetic al spondiloartropatiilor. Actual se admite intervenia unor proprieti structurale i biochimice neobiniute ale HLA-B27 care dicteaz susceptibilitatea pentru spondiloartropatii. Analiza genomului a permis individualizarea regiunilor de susceptibilitate particulare entitilor grupului spondiloartropatiilor. Astfel, cromozomii 6p i 3q(locusul SLC12A8) controleaz susceptibilitatea pentru artrita psoriazic, cu intervenie genetic definit fenotipic(HLA-B37, HLA-B38 pentru forma periferic, HLA-DR4, HLA-DR7, HLA-DQW3 pentru forme mutilante i HLA-B38, HLA-B39-alela MICA-A9 pentru forma axial).

Recent, a fost studiat profilul pacienilor cu spondilit anchilozant HLA-B27 pozitivi comparativ cu cei HLA-B27 negativi urmrindu-se influena asupra markerilor de activitate a bolii, calitii vieii, manifestrilor extraarticulare, statusului funcional i necesitii de terapie biologic. Pacienii cu spondilit anchilozant HLA-B27 pozitivi au avut markerii de activitate a bolii mai crescui, un status funcional redus, scderea calitii vieii, iar frecvena manifestrilor extraarticulare a fost mai crescut.

Aceste modificri s-au reflectat n procentul crescut de pacieni care au necesitat terapie biologic(4).

Puternica asociere ntre spondilita anchilozant i HLA-B27 a fost bine cunoscut din anul 1973; totui mecanismul genetic exact i veriga patogenic rmn incomplet cunoscute. Indivizii HLA-B27 homozigoi au un risc moderat crescut pentru spondilit comparativ cu indivizii HLA-B27 heterozigoi, dar aceasta nu influeneaz manifestrile clinice. Cazurile HLA-B27 pozitive au un debut la vrst mai tnr fa de cazurile HLA-B27 negative i o mai mare probabilitate de a dezvolta uveit acut anterioar(4).

n prezent au fost identificate cel puin 23 subtipuri de HLA-B27 ( B*2701- B*2723) ce au distribuie egal n populaie(1). Singurele diferene ntre alelele asociate cu boala au fost echivalate cu doi aminoacizi reziduali, fiind la baza a dou peptide de legtur n HLA-B27. Aceste poziii au fost confirmate a fi caracteristice n patogeneza spondilitei anchilozante. Apariia spondilitei sau spondilartropatiilor seronegative a fost documentat la pacienii care aveau oricare din primele 10 subtipuri. Dei n aparen subtipurile B*2706 i B*2709 nu au putut fi asociate cu spondilita anchilozant, nici nu a putut fi restrns asocierea cu aceast afeciune. De exemplu, cei mai muli bstinai din Indonezia au subtipul B*2706, dar spondilartropatiile seronegative sunt rar ntalnite n aceast populaie(8). Similar, B*2709, care a fost frecvent n Sardinia nu prea s fie asociat cu spondilita. Acest subtip difer doar printr-un aminoacid ca baz a peptidului de legatur. Aceast constatare a sugerat c un peptid patogenic reprezentat de alte peptide B27 dar nu B*2706 i B*2709 pot avea rol central n patogenez.

Alelele HLA-DRB1 pot influena vrsta de debut a simptomelor, dar nu joac rol major n susceptibilitatea bolii. O asociere ntre HLA-DRB1*01 i spondiloartropatii a fost raportat n populaia mexican(11), n timp ce un studiu recent din Sardinia a raportat o asociere ntre haplotipul HLA-DRB1*15-B27 i spondilita anchilozant(5). O asociere ntre HLA-DRB1*08 i spondilita anchilozant juvenil a fost raportat la pacieni din Norvegia i Mexic(17). O slab asociere ntre HLA-DRB1*08 i vrsta precoce de debut a simptomelor a fost de asemenea raportat, sugerndu-se c HLA-B27 i HLA-DRB1*08 sunt haplotipuri independente ce contribuie fiecare la susceptibilitatea unui debut precoce al bolii. Alelele HLA-DRB1*03 i haplotipul HLA-DRB1*03-nonB27 au fost asociate cu un debut al simptomelor la o vrst mai avansat.

214

Craiova Medical Vol 9, Nr3 , 2007

Studii recente au artat c HLA-DR4 este asociat cu o susceptibilitate crescut pentru spondiloartropatii, independent de linkage-ul HLA-B27, ceea ce este demonstrat i de constatarea unui risc de 5 ori mai mare pentru afeciune la rudele de gradul I HLA-B27 pozitive(18).

Alte studii au evideniat c polimorfismul genei TGFB1 i genei CYP2D6 joac un rol minor n spondilita anchilozant(10).

S-a ncercat identificarea regiunilor genomice ce determin vrsta de debut a simptomelor, activitatea bolii i deteriorarea funcional n spondilit. Nu a fost observat o legtur ntre complexul major de histocompatibilitate i unul din cei trei parametrii studiai. O legtur semnificativ a fost observat ntre o regiune a cromozomului 18p i BASDAI; vrsta de debut a simptomelor a fost corelat cu cromozomul 11p, iar legtura maxim cu BASFI a fost observat pe cromozomul 2q(2).

A fost studiat rolul unui locus de pe cromozomul 9p n predispoziia unor manifestri specifice bolii, cum ar fi uveita acut anterioar. Astfel a fost identificat locusul 9p21-9p24 asociat cu apariia uveitei acute anterioare. Identificarea anomaliilor genetice ale acestei regiuni pot ajuta la nelegerea mecanismelor implicate n patogenia inflamatorie complex organ-specific(14).

Polimorfismul genei TNFalfa i genei IL-10 pare a fi legat de susceptibilitatea pentru boal. Astfel, a fost sugerat rolul protector al alelei TNF308A care are o prevalen redus n formele precoce ale bolii. Alelele microsatelite ale IL-10 au funcie protectoare, cu excepia IL-10G8 care predispune ctre spondiloartropatii(13).

Unele studii au ncercat s explice predispoziia legat de sex n spondilita anchilozant dar nu s-au evideniat factori genetici legai de sex(9) sau factori hormonali (androgeni)(16).

ntr-un studiu legat de cromozomul X pe 234 perechi de frai afectai de spondilit, Hoyle et al nu au gsit o corelaie ntre cromozomul x i susceptibilitatea pentru spondilita anchilozant(9).

Mori et al nu au gsit date concludente despre asocierea ntre spondilit i activitatea genei receptorului androgenic(16).

S-a sugerat c infeciile bacteriene pot fi triggeri n patogeneza spondilitei, cum s-a demonstrat n artrita reactiv. Deoarece ADN, ARN i proteine bacteriene pot fi detectate n articulaiile afectate n artrita reactiv, s-a crezut c raspunsul imun subsecvent poate fi trigger al artritei. Celule T cu specificitate pentru aceste

bacterii au fost izolate din lichidul sinovial i sngele periferic la pacienii cu artrit reactiv(7).

Relaia strns ntre spondilita anchilozant i inflamaia mucoasei intestinale, asociate cu forme clinice sau subclinice de boli inflamatorii intestinale, sugereaz c bacterii intestinale i subsecvent reacia imun direct mpotriva bacteriilor intestinale, pot de asemenea s participe la patogenia spondilitei. Prezena inflamaiei intestinale a fost evideniat prin studii endoscopice n procent de 55% la pacienii cu spondilit anchilozant, n special la cei cu afectare periferic. Inflamaia intestinal apare la pacienii cu spondilit datorit numrului crescut de celule B ce exprim CD45RO+, un marker al celulelor cu memorie ce se gsete n relaie cu expunerea la antigenele luminale. n plus, la nivelul mucoasei colonice, sinovialei i sngelui periferic a fost evideniate populaii identice de celule T, consecin a alterrii rspunsului citokinic Th1(hiperproducie de TNFalfa), cu semnificaie patogenic pentru afectarea imunitii celulare n aprarea antibacterian la nivel intestinal i subsecvent producerea inflamaiei cronice i autoimunitii.

O posibil implicare a virusului Epstein Barr n patogeneza spondilitei a fost recent sugerat deoarece diferite subtipuri HLA-B27 sunt capabile s prezinte peptide ale acestui virus(EBV). Nivelul celulelor T CD4+CD28+ nu s-a corelat cu titrul IgG anti EBV, sugernd rolul minor al EBV n relaie cu celulele T CD4+CD28+(3).

Exist date despre patternul secreiei citokinelor care influeneaz patogeneza spondiloartritelor seronegative. Procentul celulelor T secretoare de TNFalfa i interferon gama a fost mic n sngele periferic al pacienilor cu spondilit anchilozant i subiecii sntoi de control HLA-B27 pozitivi fa de subiecii sntoi de control HLA-B27 negativi. Pacienii cu spondilit au avut nivele crescute de producie a IL10 de ctre celulele T CD8+ comparativ cu subiecii de control. Scderea TNFalfa i interferonului gama i creterea nivelelor IL10 se ntlnesc n artritele reactive.

Un studiu recent a artat c celulele circulante CD3+CD4+CD28+ au fost crescute n sngele periferic al pacienilor cu spondilit anchilozant. Procentul celulelor T CD4+CD28+ a fost mai mic dect celulele T CD8+CD28+(7.40 6.6% i respectiv 41.1 17.7%).

Mai multe studii descrise de Rudwaleit i Hohler sugereaz c modificrile n producia de TNFalfa i IL10 pot fi parial determinate de polimorfismul genetic. O deficien relativ a citokinelor T helper 1 (Th1) ca TNF alfa poate

215

Diana Tudoracu i colab: Implicarea factorilor genetici, imunologici i de mediu n patogeneza spondilitei .....

duce la persistena ndelungat a antigenelor bacteriene i declanarea rspunsului imun. De asemenea, rspunsul imun antibacterian prelungit poate fi trigger al rspunsului autoimun(19).

7. Gaston JS, Life PF, Granfors K, Merilahti-Palo R, Bailey L, Consalvey S, et al. Synovial T lymphocyte recognition of organisms that trigger reactive arthritis. Clin Exp Immunol 1989;76:348353.

8. Gonzalez-Roces S, Alvarez MV, Gonzalez S, et al. HLA-B27 polymorphism and worldwide susceptibility to ankylosing spondylitis. Tissue Antigens 1997;49:116123.

n concluzie, spondilita anchilozant este o afeciune complex, cu debut insidios care afecteaz de obicei brbaii de vrst tnr, progresnd dup mai muli ani pn la deteriorri structurale manifestate prin durere inflamatorie lombar i reducerea mobilitii spinale, afectare articular periferic i extraarticular, scznd calitatea vieii i capacitatea de munc a acestor pacieni. Astfel, managementul spondilitei anchilozante este important pentru resursele de sntate, costurile directe i indirecte asociate acestei afeciuni fiind mari.

9. Hoyle E, Laval SH, Calin A, Wordsworth BP, Brown MA. The X-chromosome and susceptibility to ankylosing spondylitis. Arthritis Rheum 2000;43:13531355.

10. Jaakkola E; Crane AM; Laiho K; et al. The effect of transforming growth factor beta1 gene polymorphisms in ankylosing spondylitis. Rheumatology (Oxford). 2004; 43(1):32-38.

11. La Nasa G , Mathieu A, Mulargia M, et al. Association of the HLA-A2, CW2, B27, S31, DR2 haplotype with ankylosing spondylitis. A possible role of non-B27 factors in the disease. Dis Markers 1993;11:191203. Patogeneza spondilitei este puin neleas.

Totusi, ipoteza preponderenei mecanismelor mediate imun are un rol major. Cercettorii exploreaz rolul patogenic al imunitii celulare i interaciunea ntre rspunsul celulelor T, HLA-B27 i factorii de mediu.

12. Laval SH, Timms A, Edwards S, et al. Whole-genome screening in ankylosing spondylitis: evidence of non-MHC genetic-susceptibility loci. Am J Hum Genet 2001;68:918926.

13. Mrker-Hermann E., Kaluza-Schilling W, Rudwaleit M, et al. Cytokine gene polymorphisms in early spondyloarthritis. 2002 EULAR Annual Congres of Rheumathology(in abstract),0099.

Relaia strns ntre spondilit i formele asimptomatice sau clinice de boli inflamatorii intestinale sugereaz o relaie posibil ntre reacia imun direct i bacteriile intestinale.

14. Martin TM, Zhang G, Luo J et al. A locus on chromosome 9p predisposes to a specific disease manifestation, acute anterior uveitis, in ankylosing spondylitis, a genetically complex, multisystem, inflammatory disease. Arthritis Rheum. 2005 Jan;52(1):269-274.

Progresele efectuate n imunologie i studierea genomului uman au permis promovarea rapid a cercetrilor n cunoaterea etiologiei i patogeniei spondilitei anchilozante i crearea unor tratamente patogenice.

15. Martinez-Borra J, Gonzalez S, Lopez-Larrea C. Genetic factors predisposing to spondylarthropathies. Arthritis Rheum 2000;43:485492. Bibliografie 16. Mori K, Ushiyama T, Inoue K, Hukuda S. Polymorphic CAG repeats of the androgen receptor gene in Japanese male patients with ankylosing spondylitis. Rheumatology (Oxford) 2000;39:530532.

1. Ball EJ, Khan MA. HLA-B27 polymorphism. Joint Bone Spine 2001;68:378382.

2. Brown MA; Brophy S; Bradbury L; et al. Identification of major loci controlling clinical manifestations of ankylosing spondylitis. Arthritis Rheum. 2003; 48(8):2234-2239.

17. Ploski R , Flato B, Vinje O, Maksymowych W, Forre O, Thorsby E. Association to HLA-DRB1*08, HLA-DPB1*0301 and homozygosity for an HLA-linked proteasome gene in juvenile ankylosing spondylitis. Hum Immunol 1995;44:8896.

3. Christina Duftner, Christian Goldberger, Albrecht Falkenbach et al. Prevalence, Clinical Relevance and Characterization of Circulating Cytotoxic CD4+CD28- T Cells in Ankylosing Spondylitis. Arthritis Res Ther 2003;5(5):292-300.

18. Said-Nahal R, Miceli-Richard C, Gautreanu C et al. The role of HLA genes in familial spondylarthropathy: a comprehensive study of 70 multiplex families. Ann Rheum Dis 2002; 82:2061-2065.

4. E Jaakkola, I Herzberg, K Laiho, et al. Finnish HLA studies confirm the increased risk conferred by HLA-B27 homozygosity in ankylosing spondylitis. Annals of the Rheumatic Diseases 2006;65:775-780. Ball EJ, Khan MA. HLA-B27 polymorphism. Joint Bone Spine 2001;68:378382.

19. Sieper J, Braun J. Pathogenesis of spondylarthropathies. Persistent bacterial antigen, autoimmunity, or both? Arthritis Rheum 1995;38:15471554. 5. Fiorillo MT, Cauli A, Carcassi C, et al. Two

distinctive HLA haplotypes harbor the B27 alleles negatively or positively associated with ankylosing spondylitis in Sardinia: implications for disease pathogenesis. Arthritis Rheum 2003;48:13859.

20. Smith JA; Mrker-Hermann E; Colbert RA. Pathogenesis of ankylosing spondylitis: Current concept. Best Pract Res Clin Rheumatol. 2006; 20(3):571-591.

6. Freeston J; Barkham N; Hensor E; Emery P; Fraser A. Ankylosing spondylitis, HLA-B27 positivity and the need for biologic therapies. Joint Bone Spine. 2007; 74(2):140-143.

Adresa pentru coresponden:Dr. Diana Tudoracu,Spitalul ClinicJjudetean Craiova, Clinica Medicala I e-

mail: petridiana@yahoo.com

216

http://www.medscape.com/medline/publicationbrowser/123?pmid=12905477http://www.medscape.com/medline/publicationbrowser/123?pmid=12905477http://www.medscape.com/medline/publicationbrowser/123?pmid=17350312http://www.medscape.com/medline/publicationbrowser/123?pmid=17350312http://www.medscape.com/medline/publicationbrowser/123?pmid=12890863http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=pubmed&cmd=Search&itool=pubmed_Abstract&term=%22Martin+TM%22%5BAuthor%5Dhttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=pubmed&cmd=Search&itool=pubmed_Abstract&term=%22Zhang+G%22%5BAuthor%5Dhttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=pubmed&cmd=Search&itool=pubmed_Abstract&term=%22Luo+J%22%5BAuthor%5Dhttp://www.medscape.com/medline/publicationbrowser/123?pmid=16777583http://www.medscape.com/medline/publicationbrowser/123?pmid=16777583