Pathogenese inflammatoire darmziekten

Pathogenese inflammatoire darmziekten De Vos M

Kenmerken • • • • •

Coloscopie

Chronische darminflammatie Remissies en opstoten Piekleeftijd : jong volwassenen Incidentie : ongeveer 1-2/1000 Crohn : – discontinue transmurale inflammatie die heel GI stelsel kan aantasten ( voorkeur terminaal ileum )

• Colitis ulcerosa : – inflammatie colon mucosa uitbreidend van endeldarm naar proximaal met scherpe overgang tussen normale en zieke mucosa

1

Ziekte Crohn : aftoïde ulceraties

Deep ulcerations

Ziekte Crohn : diepe ulceraties

String sign

2

Fistulae

Perianal fistulae

Ulcerative colitis Colitis ulcerosa

3

Pathogenese IBD Genetische predispositie

Centrale rol van microflora in initiatie en onderhoud inflammatie

Onaangepaste chronische stimulatie van aangeboren en verworven immuniteit

Genetische studies • « Linkage analysis « Gebruik makend van een familie stuctuur : Identificatie van kandidaat regio geassocieerd met ziekte door scanning van heel chromosoom. Binnen deze regio zoeken naar potentieel interessante genen (positional cloning )

• « Genome-wide association study « Vergelijking van allel frequentie van een geselecteerde merker ( bi-allel single nucleotide polymorphisme ) in patienten populatie en gezonde populatie

Single nucleotide polymorphisme ( SNP) Haplotypes : patroon van sterk gecorreleerde SNP allelen waardoor studie van een belangrijke regio mogelijk is door studie van enkele goed geselecteerde SNPs

Genome wide association study Kan voorkomen in coderend of niet-coderend deel van gen Leidt zelden tot een veranderde expressie van aminozuur

4

Crohn’s disease Geassocieerde loci 1

3 IBD7

4

5

6

IBD9

7

Mutaties

10

IBD3 IBD5 Linkage significance

IBD4 IBD2

12

IBD8

replicated

IBD6

non-replicated

IBD1

14

16

19

X

NOD2/CARD15 gen (chr 16)

Caspase recruitment Nucleotide binding Domain Domain Essentieel voor oligomerisatie Rol in NFkB activatie en signaal transductie, dus Rol in apoptose activatie

Leucine-rich-domain Gebruikt om bacterieel muramyl dipeptide ( deel PGN) te herkennen

5

Prevalentie CARD15 mutaties CARD 15 mutaties

CARD15 mutaties • Risico op ziekte – Heterozygoot : x 1,5 tot 3 – Homozygoot : x 20 tot 40

Normale populatie N = 140

17 %

Crohn patienten N = 156

49 %

• Absoluut risico op ziekte – Homozygoot : < 1 / 25 ( lage penetrantie )

UGent

Bijkomende erfelijke factoren en/of omgevingsfactoren zijn nodig om ziekte te ontwikkelen

Bevestigde associaties in ziekte van Crohn

Goyette et al Annals of Medicine 2007;39 : 177-199

6

Pathogenese IBD

Flora en IBD • Specifiek infectieuse oorzaak

Genetische predispositie



– Listeria monocytogenes, Chlamydia trachomatis, E.Coli, cytomegalievirus, Saccharomyces cerevisiae, Mycobacterium paratuberculosis, mazelen…

• Intestinale microflora – Germ free diermodel – In vitro experimenten – Ontwikkeling antilichamen ( ASCA – antiflagelline – antiOmPC - anti I2 )

Serum antilichamen • Anti-saccharomyces cervisiae antibodies (ASCA) – – – –

IgA : 30 – 50 % CD en < 1 % CU IgG : 50 – 80 % CD en 20 % CU Methode : enzyme immunoassay (EIA) Antigen : mannose sequentie in celwand Saccharomyces

Serum antilichamen • OmpC

( outer membrane porin C of E Coli)

– IgA bij CD - Tegenstrijdige resultaten

- I2 ( fragment bacterieel DNA Pseudomonas fluorescens ) - Flagellin ( monomeren afkomstig van Clostridium of E Coli )

• Antineutrophil cytoplasmic antibody (pANCA) – Atypische perinucleaire IgG : 70 % CU en 20 % CD – Methode : indirecte fluorescerend antibody assay (IFA) – Antigen : op binnenzijde van kernmembraan van neutrofiel

7

Biological effects of probiotics




Ewaschuk et al – IBD monitor 2006, vol 7

Epitheliale cellaag Verstoorde aangeboren immuniteit 1. epitheel

• Intacte barriere functie is nodig voor water en voedsel absorptie en preventie van binnendringen bacterieën… • Intacte fysische barriere – bestaat uit microvilli op apicaal oppervlak van enterocyten – tight junctions tussen cellen – Versterkt door glycocalyx en mucuslaag

• Barriere functie geholpen door secretie van IgA en antimicrobiële peptiden (defensines –cathelicidines – lysozymes ..)

8

Tight junction proteins

Epitheliale cellaag in IBD • Verhoogde apoptose epitheellaag ( oa door IL13 en TNFa) – Gevolg : verlies water en ionen (diarree) – Gevolg : binnendringen antigenen (inflammatie)

• Verminderde barriere functie – Door TNF! en IFN" ZO : zona occludens Ewaschuk IBD monitor 2006 vol 7

Gevolg van inflammatoire stimuli Verstoring apicaal junctie complex

Epitheliale cellaag in IBD • Verlaagde expressie van “Adherens junction” moleculen ( E cadherine en catenine ) • Verlies aan “Tight junction” moleculen (Occludin, ZO-1, JAM-A en claudin-1) Verstoring van apicaal junctie complex Gestoorde permeabiliteit

Therapeutische rol van inhibitoren Rho/ROCK complex ? Bruewer et al 2006

9

Genetische argumenten voor modulatie transepitheliaal transport in IBD • IBD5 locus : polymorphismen in – OCTN1 ( organic cation transporter 1 ) • Natrium onafhankelijk

– OCTN2 • Natrium afhankelijk Rol in eliminatie van kleine organische cationen, pharmaca en toxines

Rol polymorphismen ?

Genetische argumenten voor modulatie transepitheliaal transport in IBD • DLG5 gen : – Polymorphisme speelt rol in epitheel integriteit ,

• MYO9B gen (IBD6 locus ) – Lid van IX myosine familie die Rho-GTPase activatie domein bevat – Betrokken in remodelering van actine filamenten en dus bewaring van tight junctions

• MDR1 ( multidrug resistance ) gen – Codeert voor glycoproteine betrokken bij eliminatie van bacteriële producten – Polymorphismen geassocieerd met CU Nood aan bevestiging

Innate immunity Verstoorde aangeboren immuniteit 2. Pathogen recognition receptors (PRR)

Bacterial product + TLR

Bacterial product + NOD2

NFkB activation

Regulation of events including • Epithelial cell protection ( defense - inflammation • Cell proliferation ( repair - cancer ) • Apoptosis ( necrose - cancer )

10

Toll-like receptoren

Pattern recognition receptors and their ligands

– Extracellulair deel ( leucine reach repeats ) – Cytoplasmatisch deel ( Toll/IL-1 receptor) Herkennen bewaarde motieven in pathogenen

( Pathogen Associated Molecular Pattern ) • Delen celwand : PGN – LPS • Oligopeptiden : CpG Ewaschuk et al IBD monitor 2006 vol 7

Antigen presenterende cel Commensalen Oligonucleotiden

Pathogenen LPS Commensalen LPS

TLR9

TLR4

IL10

IL12

Regulatoire T cel TGF#

TLR4

Th1 antwoord

Strober Nature medicine 2004; 10 : 898 - 900

11

Gestoorde expressieTLR4 in IBD

Rol van TLR4 in inflammatie en carcinogenesis

• Verhoogde proteine expressie in intestinaal epitheel en macrofagen van IBD • D299G variant in CD en UC ( 2 studies ) geassocieerd met verminderd antwoord op LPS • Functioneel promotor polymorphisme in CD14 gen ( rol bij presentatie van LPS aan TLR4 ) bij CD ( 2 studies )

Maar nood aan replicatie Fukata and Abreu 2007

TLR4 rol in ontwikkeling colorectaal carcinoom in IBD ? Model of TLR4-mediated colon carcinogenesis. TLR4 expression is increased in chronic intestinal inflammation. TLR4 signaling in response to LPS induces Cox-2 expression and PGE2 production. PGE2 through its receptors (ep) can act in a paracrine or autocrine fashion on colonocytes to stimulate the expression and release of amphiregulin, an EGFR ligand. EGFR signaling is associated with increased proliferation of colonocytes. Likewise, TLR4 expression in tumor-associated macrophages also may respond to LPS by inducing Cox-2 and PGE2, which then may act on the epithelium to stimulate proliferation of colonocytes

TLR9 en IBD • Promotor polymorphisme geassocieerd met CD ( 1 studie ) • Probiotica zouden kunnen werken via verbeterde TLR9 signalisatie

Fukata et al Gastroentology 2007

12

TLR5 en Flagelline Alleen bacterieën die transcytose van flagelline doorheen epitheel kunnen verwezenlijken zullen proinflammatoir antwoord induceren

TLR5 en IBD • Dragers van TLR5 stop allel hebben verminderd risico op CD ? • Antiflagelline antilichamen geassocieerd met voorkomen van CD

Gewirtz Current opinion In Gastroenterology 2006;22 : 8 - 12

Innate immunity Bacterial product + TLR

Bacterial product + NOD2

CARD15 varianten in IBD In vitro Verminderde NFkB activatie na stimulatie met MDP

NFkB activation Verhoogde gevoeligheid voor infectie Regulation of events including • Inflammation • Immunity • Cell proliferation • Apoptosis

In vivo Verlies van inhibitie van TLR2 gemedieerde proinflammatoire Cytokine productie Verhoogde TLR2 gemedieerde NFkB activatie en Th1 antwoord

Watanabe et al

In vivo

Verlies van synergisme met TLR gemedieerd antwoord Enkel LPS gemedieerde NFkB activatie met Th1 antwoord en verlies van Th2

Van Heel et al

13

Anti-microbiële peptiden • Activatie van aangeboren immuniteit resulteert in productie van – Defensines : doden of inactiveren bacterieën, schimmels en virussen • Alpha-defensines • Beta-defensines ( 1-6) – hBD-1 : constitutief tot expressie – hBD-2 en 3 : induceerbaar door TNFalpha en IL-1

Verstoorde aangeboren immuniteit 3. Gespecialiseerde cellen

– Cathelicidines – DMBT1(deleted in malignant brain tumors 1): LPS en MDP geïnduceerde NFkappaB activatie en cytokine productie

Gespecialiseerde cellen • Paneth cellen – Secreteren antimicrobiële peptiden zoals defensines – In CD : CARD15 polymorfisme geassocieerd met verminderde defensine productie

Verstoorde aangeboren immuniteit 3.”Bewakings” populatie

• Mucus cellen – Productie van trefoil factoren die een rol spelen bij epitheliaal/mucosaal herstel – Productie van mucines

14

Bewaking

Stimulatie aangeboren immuniteit

• M cellen • APC ( antigen presenting cells ) – Epitheelcellen – Macrofagen – Dendritische cellen

Sargramostin : granulocyte-macrophage stimulating factor ( GM-CSF)(Leukine) • Yeast derived recombinant human GM-CSF – Randomiseerde placebo gecontroleerde phase II trial – 124 Crohn patienten – 6 µg/kg per dag SC 56 dagen – Efficaciteit in eerste studie – niet meer aangetoond in tweede studie

• Neutrofielen

Korzenik et al NEJM 2005; 352 : 2193

Microvascular endothelial cells Adhesion molecules Leukocyte Recruitment selectin-carbohydrate integrin-Ig-like

chemotaxis rolling (selectin-CHO)

adhesion immobilization shape change (integrin-Ig-like) diapedesis

SOURCE OF CHEMOATTRACTANT

Adhesie moleculen Natalizumab – gehumaniseerd antilichaam tegen !4 integrine ( TysabriR) – Efficaciteit aangetoond in inductie en behoud van remissie in CD patienten met inbegrip van deze intolerant of resistent aan infliximab Alle behandelingen onderbroken omwille van publicatie van 3 gevallen van progressive multifocale Leukencephalopathie geassocieerd aan reactivatie van humaan polyoma virus FDA approved commerciale beschikbaarheid in Juni 2006 voor MS

15

Autofagie en IBD Verstoorde aangeboren immuniteit 4. Autofagie

• Normaliter : treedt in werking bij beperkte infectie en intracellulaire invasie door bacterie • CD : SNP ontdekt in auto-fagocytaire genen ATG16L1 en IRGM ( rol in granuloma vorming ? )




Goyette et al Annals of Medicine 2007;39 : 177-199

16

Crohn’s disease PATHOGENESIS

Vestoorde adaptieve immuniteit

Bacteria

Epithelial barrier

1. Overdreven immunologisch antwoord

APC

IL-1 IL-6 IL-8 TNF" IL-10

Th cell

IL-12

Treg cell IFN!

Macrophage

IL-12 IL-18

Th1 cell apoptotic resistance

DYSREGULATED MUCOSAL HOMEOSTASIS

IL12

Anti IL12

PATHOGENESIS Crohn’s disease

Neutralizing anti-IL12 p40 monoclonal antibody ( ABT-874/J695) • Recombinant Human monoclonal antibody

Bacteria

Epithelial

barrier

APC Macrophages Dendritic cells

IL12

Th1 cell TNFalpha IFNgamma

– Placebo controlled phase II study – 79 Crohn patients – 1 or 3 mg/kg SC weekly • with 4 weeks interval between first and second injection • without interruption between two injections

– Duration therapy : 7 weeks Mannon et al NEJM 2004; 351 : 2069

17

Verband tussen IL12 en IL23 Th

IL-4

• IL12 : p40 subunit • IL23 : p19 – p40

Th2

• Experimentele modellen van colitis : IL23 is essentieel onderdeel van chronische intestinale inflammatie • Humaan : genome wide association studies hebben bij herhaling een verband tussen CD en polymorphisme in IL23R gen aangetoond

IL-12

Th1

IL-23

IL-4

IFN-g

Th17

IL-17 ( familie van 6 cytokines) Inflammatoire cytokines

Inhibitie IL23-IL17

Crohn’s disease PATHOGENESIS

• Dierexperimenten

Bacteria

– Th17 cellijnen kunnen ernstige colitis induceren – Anti-IL23p19 kan colitis voorkomen en genezen • Via downregulatie Th17(IL17) en onrechtstreeks Th1 (IFNg) cellen • Via apoptose van Th17 cellen

Elson et al 2007

Epithelial barrier

APC


Th cell

IL-12

IFN! Th1 cell

Macrophage

IL-12 IL-18


18

Patients receiving two doses

TNF alpha

(days 0 – 28) Day

Placebo

Fontolizumab 4 mg/kg

Fontolizumab 10 mg/kg

• TNF is one of most relevant mediator contributing to inflammation in IBD

Response ( drop 100 )

28 56

33 % 35 %

38 % (NS) 69 % (0.02)

44 % ( NS) 67 % ( 0.03)

• TNF mediated mechanisms are complex

CRP +

28 56

20 % 17 %

44 % (NS) 82 % (0.01)

46 % (NS) 77 % (0.01)

Remission

28 56

12 % 27 %

31 % (0.04) 41 % (NS)

19 % ( NS) 53 % ( NS)

CRP+

28

0%

40 % ( 0.01)

17 % (NS)

– Increased levels serum,mucosa,stool – – – –

Increase proinflammatory cytokines and chemokines Increase expression adhesion molecules Role in tissue remodeling ( MMP synthesis, collagen production) Compromise epithelial barrier function ( ion transport, permeability)

• Different bioactivities of – Transmembrane versus soluble forms – Receptor p55 ( mediates proinflammatory functions )versus p75

Hommes et al Gut 2006; 55 : 1131- 1137

TNF alpha

Chimeric vs. Humanized monoclonal antibodies

• Monoclonal antibodies

murine variable domain

– Infliximab – Remicade – Adalimumab – Humera – Certolizumab - Cimzia

human constant domain Infliximab

chimeric mAb 75% human 25% murine

• Future : blocking p55 TNF receptor recombinant human variable domain human constant domain Adalimumab

human anti-TNF! mAb

19

Remission

Humanization and antidrug antibodies Ab type

compound

frequency

neutralizing

HACA

Infliximab

7-61%

Yes

Acute remission

placebo

400 mg 0,2,4

33 % wk 2 * 48 % wk 4 * 17 % wk 6 10 % wk 6 + wk 26

4 % wk 2 4 % wk 4 22 % wk 6 14 % wk 6 + wk 26

Adalimumab

36 % wk 4 **

12 % wk 4

Infliximab 5 mg/kg 0,2,6

Certolizumab HAHA

HAHA

Certolizumab

12%

No?

Natalizumab

9%

Yes

MLN-02

44%

Yes

Adalimumab

0.4 (6%)

160/80 mg 0,2

? * P < 0.001**p < 0.05 *** p < 0.01 *** CRP > 10 mg/dl subanalysis p < 0.05

Infliximab AEs in CD: Clinical Trials, a Referral Center & Population-Based Cohort

Infliximab Safety Update: Tuberculosis Reporting Rate per 1,000 Patients ExposedExposed-inin-Period (EIP)

Ljung et al.

Colombel et al.

Serious AEs

4.0-4.6%

8.3%

8.2%

Opportunistic infections

0.3%

0.9%

0.2%

Serum sickness

1.9%

2.3%

2.8%

Drug-induced lupus

0.2%

0.5%

0.6%

Non-Hodgkin’s lymphoma

0.2%

1.4%

0.2%

Death

0.4%

1.2%

1.3%

Feb 2000 – Aug 2004 Rate per 1,000 EIP Patients

Clinical trials

2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Feb- Aug- Feb- Aug- Feb- Aug- Feb- Aug- Feb- Aug00 00 01 01 02 02 03 03 04 04

EU/Norway Sandborn W, Loftus E. Gut 2004;53:780-782.

US PSUR 10, Aug 04.

20

TREAT

Serious Infections Logistic Regression Data (Multivariate) Odds Ratio

95% CI

Current use of infliximab

0.979

0.619 – 1.547

Current use of 6MP/AZA/MTX

0.780

0.507 – 1.198

Current use of corticosteroids

2.278

1.478 – 3.511*

Current use of narcotic analgesics

2.412

1.560 – 3.730*

**p<.001

Vestoorde adaptieve immuniteit 2. Onvoldoende regulerend immunologisch antwoord

Lichtenstein G et al. Clin Gastroenterol Hepatol. 2006;4:621-30

Crohn’s disease

Defect in regulatoire T cellen

PATHOGENESIS

• Therapie : IL-10

Bacteria

Epithelial barrier

APC


Th cell

IL-12

Treg cell

– Klinische data : ontgoochelend – Beloftevol : Genetisch gemodifieerde Lactococcus lactis die IL-10 secreteren en aldus een lokale toediening van de cytokine mogelijk maken

IFN!

Macrophage

IL-12 IL-18

Th1 cell apoptotic resistance


21

Antibiotics

Bacteriae

Probiotics

Inhibitor Rho/ROCK

Inappropriate Innate immunity Hyperactive immune response Increased Th1 response

Macrophages – dendritic cells GM-CSF (sargramostim)

Enkele bijkomende kenmerken

Azathioprine – 6mercaptopurine Methotrexate Anti-TNF Anti-IL12 Fontolizumab : anti-IFN" Natalizumab : anti-!4integrin Basiliximab : anti-IL2 receptor Anti-IL6R Anti–CD3 Inhibition transcription factors Decreased Tr response IL-10 - TGF#

Neutrophils G-CSF (filgrastim) Defensins Toll like receptor signaling TLR ligands TLR-inhibitor CRX-526 NF-kB inhibitors

Surgery is not a cure: CD Recurrence following Resection 100 Survival without surgery

% Patients

80

Ziekteverschijnselen

Survival without symptoms

60 40

Survival without endoscopic lesions

20 0 0

1

2

3

4 Years

20-02-2009

5

6

7

8

Rutgeerts et al. Gastroenterol. 1990;99:956. 87

22

Diarree • • • •

Verlies absorptie oppervlak Vernietiging epitheliale cellen Gestoorde tight junctions Inflammatoire mediatoren die vocht secretie stimuleren – Gestoorde reabsorptie natrium : gevolg : Na+ verlies geassocieerd aan vochtverlies – maar : verminderd mucosaal antwoord op anionische secretagogen

Beschadiging darmwand • Gestoorde absorptie – Diarree – Tekorten : ijzer – vitamines –

• Beschadiging wand – Bloedverlies – Krampen

Seidler et al Ann NY Acad Sci 2006; 1072 : 262

CROHN - COLITIS ULCEROSA

Anale en perianale

EXTRA INTESTINAL MANIFESTATIONS Fistels

23

Perifere arthritis in IBD

IBD Sondylitis ankylosans

Prevalentie 10 %

Sacroiliitis 80 70

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

AS no AS

9% AS

no AS

60 50

asymptomatic symptomatic no complaints

40 30

Prevalentie 7 %

20 10 0

Erythema nodosum

11 % asymptomatic

14 % symptomatic

no complaints

Pyoderma gangrenosum

24

Uveitis

25

Pathogenese inflammatoire darmziekten

Recommend Documents