Nieuwe inzichten in de pathogenese en behandeling van inflammatoire darmziekten Séverine Vermeire, Paul Rutgeerts Inflammatoire darmziekten wordt beschouwd als een multifactoriële aandoening. De meest recente hypothese in dit perspectief is dat ziekte van Crohn en colitis ulcerosa ontstaan door het verlies van tolerantie tegen de commensale darmflora in erfelijk voorbeschikte personen. De oorzaak van het tolerantieverlies is nog niet opgehelderd, maar zou kunnen bestaan in een verhoogde doorgankelijkheid van de darm door bepaalde voedingselementen ingenomen tijdens de kinderjaren. Vooral het genetisch onderzoek heeft een sterke vooruitgang getoond sinds de identificatie in 2001 van NOD2/CARD15 als eerste gen voorbeschikkend voor de ziekte van Crohn. Individuen die homozygoot of compound heterozygoot zijn (twee NOD2/CARD15 mutaties dragen) hebben 20-40 maal meer kans om de ziekte te ontwikkelen. Nochtans komen mutaties in dit gen bij meer dan de helft van de patiënten met ziekte van Crohn niet voor en in Japan, waar ziekte van Crohn relatief frequent is, komen zij zelfs helemaal niet voor. De ontdekking van NOD2/CARD15 heeft het belang van bacteriële factoren in het ontstaan van ziekte van Crohn onderstreept. Het proteïne waarvoor NOD2/CARD15 codeert wordt onder andere geëxprimeerd in de Paneth cellen van het ileum en herkent welbepaalde bacteriële sequenties (muramyldipeptide afkomstig van peptidoglycan). Na herkenning zullen de Paneth cellen zogenaamde defensines secreteren als reactie op invasie van bacteriën. Recent kon worden aangetoond dat patiënten met de ziekte van Crohn een gebrek aan defensines vertonen, en dat dit gebrek nog meer uitgesproken is in patiënten die drager zijn van één of twee NOD2/CARD15 mutaties. In het afgelopen jaar werden verschillende additionele genen geïdentificeerd die voorbeschikken hetzij tot IBD (=susceptibiliteitsgenen), hetzij tot specifieke phenotypes binnen IBD. De OCTN cluster (organic cation transporter) zou het oorzakelijke gen zijn die de regio van linkage op chromosoom 5 verklaart, alhoewel confirmatie nog op zich laat wachten. Verder zijn ook DLG5 op chromosoom 10 en NOD1 op chromosoom 7 geïdentificeerd, doch opnieuw dienen deze gegevens te worden bevestigd en dienen vooral meer functionele data hun relevantie aan te tonen. Inzake phenotype-modulerende genen toont recent onderzoek aan dat HLA en Toll-like receptor allelen vooral voorbeschikken tot colon aantasting, terwijl NOD2/CARD15 mutaties voorbeschikken tot ileum aantasting. Op het domein van behandeling van IBD werden de afgelopen 10 jaren gekenmerkt door de introductie van een pleiade van biologische therapieën. Onder biologische behandelingen verstaat men een breed gamma lichaamseigen moleculen of darmflora die een therapeutisch nut hebben bij de mens. Zowel vaccins, cytokines, groeifactoren, monoclonale antistoffen en probiotica worden in de groep van de biologische behandelingen ondergebracht. De chimere monoclonale antistoffen tegen tumor necrosis factor (TNF, infliximab) zijn de eerste therapieën met bewezen nut in luminele ziekte van Crohn resistent aan steroïden en/of immuunsuppressiva en in fistuliserende (vooral peri-anale) ziekte van Crohn. De recent afgewerkte ACT 1 en 2 studies hebben ook aangetoond dat infliximab efficiënt is bij actieve colitis ulcerosa. Terugbetaling in deze indicatie is aangevraagd.
Nevenwerkingen van infliximab omvatten een risico op opflakkering van tuberculose, en immunogeniciteit. Infliximab is immers een “chimeer” eiwit met 25% murine componenten. Dit leidt tot de vorming van anti-infliximab antilichamen, die worden verantwoordelijk gesteld voor infuusreacties en voor het verlies van effectiviteit dat bij sommige patiënten op termijn wordt waargenomen. Dit dubbel besef van de efficiëntie van anti-TNF therapie enerzijds en van de mogelijke nevenwerkingen anderzijds, hebben geleid tot de ontwikkeling van een volgende generatie van biologische behandelingen. Studies met een volledig humaan (geen muiscomponent) anti-TNF antilichaam adalimumab hebben aangetoond dat deze even efficiënt kunnen zijn in het onderdrukken van actieve ziekte van Crohn zodat dit molecule (Humira® genaamd) met alle waarschijnlijkheid de volgende biologische therapie zal worden die wordt terugbetaald voor ziekte van Crohn. Naast de anti-TNF strategieën is de ontwikkeling van molecules die de migratie van leucocyten naar de plaats van ontsteking tegengaan (de anti-integrines), reeds ver gevorderd. Nochtans is de verdere ontwikkeling van deze medicamenten tijdelijk onderbroken omwille van enkele gevallen van infecties in het centrale zenuwstelsel. Van zodra hier meer duidelijkheid hierover bestaat, worden deze medicaties mogelijk terug op de markt gebracht. In elk geval leiden geen van deze nieuwe behandelingen tot de definitieve genezing van de patiënt en is herhaalde toediening voor elk van deze behandelingen in de meeste patiënten noodzakelijk. Andere nieuwere behandelingen omvatten de probiotica die vooral worden onderzocht als onderhoudsmedicatie bij ziekte van Crohn en in de postoperatieve setting (zowel bij Crohn als bij UC na ileo-anale pouch reconstructie). Tenslotte zijn er studies lopende die het effect van visolie (omega 3 vetzuren) onderzoeken als onderhoudsmedicatie voor ziekte van Crohn.
Nieuwe inzichten in de pathogenese en behandeling van inflammatoire darmziekten
Séverine Vermeire, MD, PhD Department of Gastroenterology University Hospital Gasthuisberg Leuven Belgium
December 11th 1931: “I have an important scientific contribution I would like to present before the American Gastroenterological Association. I have discovered, I believe, a new intestinal disease, which we have named Terminal Ileitis. Dr. Burril Crohn
Incidentie nieuwe patienten per 100.000 inwoners per jaar
CD
UC
Timmer A, Dig dis 2003; 21: 91-104 Loftus E Jr Gastroenterol 2004; 126: 1504-1527
Loftus EV et al, Gastroenterology. 1998 Jun;114(6):1161-8.
Prevalentie • 1-2/1.000 in Noord-Amerika en WestEuropa • Stockholm county: 1/100 • 1.4 miljoen personen in US • 2.2 miljoen personen in Europe
Ethnische verschillen Ashkenazi Jews North-American North-European Caucasian Asians African-Americans
2-8
IBD: meer dan één ziekte?
Crohn’s disease
UC-like CD IC
IBD
Ulcerative colitis
The IBD-puzzel…
Waarom krijgen IBD-patienten niet allemaal dezelfde ziekte?
IBD pathogenese Immuun systeem
Erfelijkheid
Omgeving
Genes in inflammatory bowel disease IL 3-5,13
CCR5
TNF-R family
CSF 2 OCTN IBD5
GNAI2
UBE1L
NFκB IFN-γR
hMLH1
TGF-β2 E2G
3
1
‘Significant' Linkage
IBD4
NOD2/IL-4 rec IBD1CD10 Leukotriene B4 CARD15
NRAMP2
rec
IBD2STAT6
10
12
Replicated
Proteosome cluster
MMP 18
TLR4
9
7
6
TCR α and δ
DLG5
NOD1EGFR HGF
5
4
VDR
MUC 3
IL-2 gene
IL12A
TGF-β4
MICA IBD3
Cytokine cluster
HSPG2
HLA Class I-III
α5-integrin Interferon γ β7-integrin
14
CD11
16
Non-replicated ICAM1
IBD6 C3
E-cadherin
TBXA2
19
‘'Suggestive’ Linkage* Replicated
LTB4H Non=replicated
Ahmad T et al. Aliment Pharmacol & Ther 2001
NOD2/CARD15 (16q) Protein/protein interactions CARD 1 CARD 2
1 28
124 127
220
Oligomerization of protein NBD
273
577
Recognition PAMPs LRR
744
Leu469Phe
Arg702Trp
Blau Syndrome
SNP8
1020 1040
Gly908Arg SNP12 Leu1007fsinsC
Arg334Glu/Trp
3020insC
Blau Syndrome
SNP13
NOD2/CARD15 prevalentie 100
RR voor CD als 1 mutatie = 2-4
80
RR voor CD als 2 mutaties = 20-40
60
%
40 20
controls
CD
tt Ar no
el io H
g on Le
ue In o
Es te rs Bu ni ng
re rm ei
Ve
re u Ab
rt be ut h
C
m ad Ah
H
ug o
t
0
NOD2/CARD15 and the innate immune system
Host Response to Microbial Pathogens: self-defense mechanisms
Plants Membrane
Membrane -bound R
Mammals TLRs Membrane
Cytosolic R Nods I-κB p65
Defense response against pathogens
NF-κB
p5 0
Defense response against pathogens
The intestinal innate immune response
LPS PGN Toll Like Receptors MyD88
I-κB p65
Nods
I-κB
p50
NF-κB p65
p50
p65
p50 TATA
κB binding site
Expression of genes to control inflammation, production of cytokines and chemokines
Nucleus
NOD2 en lokatie van de ziekte PAR% (excess rate of disease in individuals with mutation compared to those without)
Ileal CD
Colonic CD
NOD2 HLA Other
N=244
Ahmad et al, Gastroenterology 2002, 122: 867-874
Ogura et al; Gut 2003; 52: 1591-1597
Defensines
Kobayashi et al Science 2005;307:731-734
The intestinal innate immune response
LPS PGN Toll Like Receptors MyD88
I-κB p65
Nods
I-κB
p50
NF-κB p65
p50
p65
p50 TATA
κB binding site
Expression of genes to control inflammation, production of cytokines and chemokines
Nucleus
Pattern recognition receptors (PRRs): Toll Like Receptors
R9
CpG DNA motifs
TL
R5 TL
R4 TL
R3 TL
R? TL R2
Leptospiral Viral ds Bacterial Bacterial Flagellin LPS RNA LPS
TL
R6 TL R2
Mycoplasmal Lipopetide
TL
TL
R1 TL R2
Bacterial lipoprotein
Toll-like Receptor Mediated diseases Pathogen
Disease
TLR
Mechanism
Infection bacteria Plasmodium falciparum Candida Albicans
Sepsis Malaria Candidiasis
TLR4 TLR9 TLR2
LPS-induced inflammatory gene expression+organ failure inflammatory response by hemozoin through TLR9 Immunosuppression through TLR2
Auto-immunity Bordetella pertussis ? ? ? ?
EAE SLE Diabetes Cardiomyopathy Atherosclerosis
TLR4 TLR9 TLR2,3,4,9 TLR2,3,4,9 TLR4
Pertussis toxin recruits T-cells to cns Chromatin-IgG complexes activate B+dendritic cells TLR ligands increase innate immunity TLR L promote dendritic function by presenting heart ag TLR signals trigger pro-inflammatory responses
Chronic inflammation ? ? Bacteria Bacteria Bacteria
Asthma IBD COPD Food allergy ALD
TLR4 TLR4 TLR4 TLR4 TLR4/CD14
LPS-induced Th2 responses to inhaled ag LPS-induced Th1 response to bacterial ag LPS exacerbates airway inflammation ? LPS-induced inflammation
Liew FY et al, Nature Reviews 2005
Environmental risk factors Stress Medication Appendix
Luminal bacteria smoking IBD
Infections (measles, mycobacteria, tonsillitis)
Hygiene Diet (sugar, fat, fast food, chewing gum, chocolate, coca-cola, tooth paste)
CD • • • • •
Increases risk for CD (X2) More severe disease course Increased risk for surgery Increased risk for postoperative recurrence Bad response to biological treatment
UC
• Protects against UC
Previous appendectomy (OR 0.4) and current smoking (OR 0.6) independent factors protecting against colectomy Cosnes J et al Gut 2002
Hygiene and IBD
Conclusion: What to tell our patients with IBD?
Optimalisatie van de behandeling van IBD
Cyclical Nature of Ulcerative Colitis Fluctuating disease course 3 to 7 years after diagnosis (in %) (n = 600) Clinical Activity
Percent of Patients
Active
18% ≥3 years: 28%
57% <3 years: 29%
Inactive
25% D
3
7
Years Langholz E, et al. Gastroenterology. 1994;107:3-11
Disease activity: CD N=373
55% 15% 30%
Munkholm P et al Scand J Gastro 1995
n=1.936 CD
Risk factors: - Small bowel disease - Perianal fistulas
Risk factors for recurrence after surgery: -Females (RR 1.2) -Small bowel disease (RR 1.8) -Perianal fistulas (RR 1.4)
Bernell O et al Ann Surgery 2000
Treatment goals: are we changing the natural history? cure Mucosal healing
Azathioprine, infliximab
Maintenance of remission Off steroids Remission Alleviate symptoms
Drugs currently used for IBD • • • • •
Aminosalicylates Corticosteroids Immunomodulators Biologicals (Antibiotics)
Aminosalicylates in IBD • Use high enough dosage • Crohn’s:
• UC:
3-4 grams/day maintenance questionable postop recurrence prevention positive dose/response established combine oral and topical maintenance benefits
• Dysplasia prevention: >1.2 grams/day • Safe during pregnancy
Efficacy of Mesalamine as Post-Steroid Maintenance Therapy Prednisone 1 mg/kg for 3–7 weeks Mesalamine 4 g added after induction of remission (during weaning)
% Patients With No Treatment Failure
100 80
Mesalamine (n=65) Placebo (n=64)
60 40 20
P=0.054
0 0
60
120
180
240
300
360
420
Time to Treatment Failure (days) Modigliani R et al. Gastroenterology. 1996;110:688.
Corticosteroids in IBD • Effective for inducing remission • Use high enough dosage • Rule out abdominal sepsis! • Do never accept maintenance steroids!! • Consider topical steroids or budesonide whenever possible • Beware of the bones (add Ca/vit D)
Oral Budesonide Vs Prednisolone in Active CD
*CDAI score ≤ 150.
Rutgeerts P et al. N Engl J Med. 1994;331:842-845.
Azathioprine and 6-MP • Maintenance treatment for CD and UC • Induces mucosal healing in • Postoperative recurrent inflammation • Primary colitis and ileocolitis
Azathioprine or 6-MP ? • Azathioprine equivalent to 6-Mercaptopurin • 88% of Aza metabolized to 6MP • Dosis: – 6-MP: 1-1.5 mg/kg/d – AZA: 2-2.5 mg/kg/d
AZA and 6-MP intolerance • 10-20% of patients discontinue AZA or 6MP due to adverse events (AE) • 2 Types of AE Type A reactions: more common, dose dependent, pharmacologically explainable myelosuppression, hepatotoxicity, nausea & vomiting Type B reactions: far less common, , hypersensitivity reactions, diagnostic challenge fever, skin rash, arthralgias, myalgias, pancreatitis
Intracellular: 6-MP taken up by erythrocytes and organ tissues
Circulation
6-MMP inactive TPMT
AZA
6-MP
HGPRT
XO
6-TU inactive
Purine synthesis
6-MMP ribonucleotides TPMT
6-TIMP IMPDH
6-TGN
DNA/RNA Cytotoxicity and immunosuppression
11% 11%
1/300 1/300
Yates et al, Ann Int Med 1997; 126:608-14
Intracellular: 6-MP taken up by erythrocytes and organ tissues
Circulation
6-MMP inactive TPMT
AZA
6-MP
Purine synthesis
6-MMP ribonucleotides
HGPRT
TPMT
6-TIMP
IMPDH
6-TGN
Nucleotides
XO
DNA/RNA Cytotoxicity and immunosuppression
6-TU inactive Bloedname (cofo, leverset) één week en één maand na start!
Tweemaandelijkse bloedcontroles nadien Altijd bloedname één week na dosisaanpassing!
Thiopurines in Pregnancy • No difference in miscarriage, congenital malformation, infection rate • To be continued if needed • But: high excretion in breast milk
Francella Francella et et al.,Gastroenterology al.,Gastroenterology 2003 2003
Methotrexate in IBD • Maintenance therapy in Crohn’s disease • Parenteral administration in IBD! • Start 25 mg/week IM for 12 weeks – thereafter taper to 15 mg/week SC or IM • Always administer Folic acid 5 mg/week • Prohibited during pregnancy! • Interaction with cotrimoxazole • Limited efficacy in UC?
MTX Toxicity • • • •
Can be reduced with folate supplements Pancytopenia 1-2 % Teratogenicity Liver fibrosis – Liver biopsies not justified – Mild LFT abnormalities common
• Interstitial pneumonitis (mortality 17%) Tweemaandelijkse bloedcontroles (cofo, leverset) Zo hoest, dyspnoe: cave! RX thorax!
Infliximab (Remicade) • Eerste biologische therapie voor IBD • Anti-TNF monoclonale antistoffen • Geindiceerd voor: – Behandeling van luminele ziekte van Crohn resistent of refractair aan corticoiden en/of immunosuppressiva – Behandeling van fistuliserende ziekte van Crohn niet beantwoordend aan klassieke therapieën – Behandeling van matig actieve tot ernstige actieve colitis ulcerosa refractair of intolerant voor steroiden en/of immuunsuppressiva
• 5 mg/kg infuus om de 8 weken
Before
After 3 infusions of Infliximab
The problem of immunogenicity Mouse antibody Humanized antibody
Mouse sequences Chimeric antibody
Human sequences
CDP571 (Humicade®) CDP870 (PEGylated)
Infliximab (Remicade®) Adalimumab (Humira®)
Days until subsequent Infusion
Duration of Response by ATI P<0.001
140 120 100 80 60 40 20 0 Negative
1.8 - 8.0 µg/mL
8.0 - 20 µg/mL
> 20 µg/mL
[Antibodies to Infliximab] Baert F-Noman M et al NEJM 2003; 348;601-608
ATI and Immunosuppressant Tx % of patients antibody (+)
P<0.01 100%
75.0%
80% 60%
43.0%
40% 20% 0% n= 56 Taking Immunossuppressant
n= 69 Not taking Immunosuppressants
Baert F-Noman M et al NEJM 2003; 348;601-608
…which strategy is the best? 1. IFX episodic in monotherapy ? 2. IFX episodic + IS ?
NO
YES
3. IFX every 8 weeks in monotherapy ? 4. IFX every eight weeks + IS ? 5. IFX as bridge for IS?
…which strategy is the best? 1. IFX episodic in monotherapy ? 2. IFX episodic + IS ?
NO
YES
3. IFX every 8 weeks in monotherapy ? 4. IFX every eight weeks + IS ? 5. IFX as bridge for IS?
YES
YES
YES
The future of IBD treatment? Step-up versus Top-down Trial Newly Diagnosed Crohn (N = 129)
Step-up (N = 64)
Top-down (N = 65)
steroids
IFX (0/2/6) + AZA IFX + AZA
+ IFX
+ (epis) IFX
+ AZA MTX
steroids
steroids
relapse
steroids
Step-up versus Top-down Trial Remission and no steroids 60
Top-down
Step-up
Top-down
8/64 (13%) needed IFX at M12
45 30 15
Step-up
77%
75%
64%
48%
6 months
12 months
Step-up versus Top-down Trial Endoscopic healing at 2 years (N=34) 75
80
% of patients
70 60 50 40 30 20
21
10 0 Step-up (n=14)
Top-down (n=20)
UC and cancer 3117 UC patients Population-based FU 1-60 years after D/ Risk groups: – Extensive colitis – Young age at onset – UC patients with familial risk – UC + PSC
14,8
16 14 12 10 SIR
• • • •
8 6 4 2
2,8 1,7
0 Proctitis
Left-sided colitis
Ekbom A, New Engl J Med 1990
pancolitis
Cancer surveillance: recommendations • UC proctitis: no data to support special recommendations beyond those for the general population • Pancolitis/left-sided <8 years: same as general population • Pancolitis/left-sided >8 years: colonoscopy every 1-2 years with 2-4 biopsies every 10 cm or prophylactic colectomy
Crohn’s disease treatment algorithm Aminosalicylates? AB?
mild active Crohn’s disease (luminal)
moderate steroids: budesonide (systemic) severe
? surgery
refractory dependent
mechanical complication
response
azathioprine/6-MP
refractory
remission
infliximab +/- consider switching Aza to methotrexate 25 mg/wk IM repeat dosing infliximab refractory
refractory
surgery other biological agent
remission decrease MTX to 15 mg /wk or continue azathioprine/6-MP
Perianal Crohn’s Disease Abscess
Mild + low fistulae
Moderate/severe complex fistulae
Drainage (1)
Metronidazole (2)
(2) + setons (3)
Ciprofloxacin
+ infliximab
Local therapy
+ AZA/6-MP
Primary fistulotomy Remission? Yes Observe
No
Remission? Yes
No
Maintenance
Diversion
AZA/6-MP
Proctectomy
Infliximab Advancement Flap plasty
