Komplexa sjukdomar kännetecknas av en samverkan mellan flera olika gener och

Transkript

1 SAMMANFATTNING AV VETENSKAPLIGA EVIDENS FÖR GENTESTET FÖR HJÄRTHÄLSA Komplexa sjukdomar kännetecknas av en samverkan mellan flera olika gener och miljöfaktorer. Vissa riskfaktorer, som rökning, är gemensamma för många olika sjukdomar, och det har föreslagits att denna överlappning skulle bero på att dessa faktorer aktiverar gemensamma genetiska reaktionsvägar. Till exempel är utvecklingen av hjärt-kärlsjukdom med stigande ålder en kombinerad funktion av riskfaktorer som rökning, kost, kroppsvikt, diabetes, blodtryck, inflammation och genetik. Under det senaste årtiondet har vi fått en starkt ökad förståelse för den roll som inflammation potentiellt kan spela i patogenesen för sjukdomar som sträcker sig från insulinresistens och typ 2-diabetes till fettlever och hjärt-kärlsjukdom (1 3). De immuno-inflammatoriska mediatorerna i det medfödda immunförsvaret som frisätts som svar på olika utlösande faktorer omfattar en mängd olika substanser, såsom neuropeptider, immunglobuliner, komplementproteiner, platelet activating factor, cytokiner med flera. Frisättningen av dessa substanser sker inte slumpmässigt och alla frisätts inte samtidigt. I stället frisätts de kemiska mediatorerna i inflammationsprocessen enligt ett sekventiellt, ordnat förlopp som inbegriper flera olika kaskader. Utvecklingen av hjärtsjukdom med stigande ålder är en kombinerad funktion av riskfaktorer som rökning, kost, kroppsvikt, diabetes, blodtryck, inflammation och genetik. IL-1 och TNF-α är viktiga kontrollpunkter i inflammationsprocessen: Bland de första gener som aktiveras av varje utlösande faktor är generna för interleukin-1 (IL-1) och tumörnekrosfaktor-α (TNF-α). De två substanserna aktiverar varandra och båda är kritiska komponenter i inflammationsprocessen. Forskare har i allt högre grad kommit att betrakta IL-1 som en central hävstångspunkt i den inflammatoriska kaskaden, och IL-1-uttrycket utgör själva nyckeln till patogenesen bakom flera kroniska sjukdomar (4). Variationer i IL-1-genklustret är vanligt förekommande i befolkningen: Den biologiska IL-1-aktiviteten inbegriper två olika agonister (IL-1α och IL-1β), specifika receptorer och en naturligt förekommande antagonist som kallas IL-1-receptor antagonist. Generna för IL-1α, IL-1β och IL-1-receptorantagonist återfinns på kromosom 2 (5). Vissa personer har subtila skillnader i generna för IL-1 som gör att de har ett mer aktivt inflammatoriskt svar än personer med en annan genuppsättning. Variationer i IL-1-genen är vanligt förekommande i befolkningen och har kopplats till en tidigare debut av eller allvarligare form av hjärt-kärlsjukdom (7 8). Genom dessa genvariationer får vi därför en möjlig mekanism som förklarar varför olika individer kan få olika grader av svar på samma stimulus. Det är emellertid viktigt att notera att variationer i IL-1-genen inte orsakar sjukdomen, utan snarare modifierar sjukdomsförloppet. Vissa personer har subtila skillnader i generna för IL-1 som gör att de har ett mer aktivt inflammatoriskt svar än personer med en annan genuppsättning. Man har identifierat flera genetiska variationer så kallade enbaspolymorfier (single nucleotide polymorphisms; SNP:er) i IL-1-genklustret och utvärderat dem med avseende på potentiell biologisk signifikans (4). Dessutom finns det en hög grad av kopplings-ojämvikt inom IL-1-genklustret, och grupper av alleler nedärvs tillsammans, som distinkta IL-1- haplotyper (8). Den funktionella signifikans som observeras för en specifik polymorfi kan därför bero på nettoeffekten av variationerna i övriga IL-1-generi denna haplotyp. / 01

2 FORTS. SAMMANFATTNING AV VETENSKAPLIGA EVIDENS. Individer med vissa variationer i IL-1-genklustret har en förhöjd risk för tidig hjärt-kärlsjukdom jämfört med dem som saknar sådana genetiska variationer: I en rapport från en klinisk studie publicerad 2005 undersökte forskare från British Heart Foundation Family Heart Study DNA från individer i nästan familjer och fann att både tidig hjärtinfarkt och åderförkalkning var starkast kopplad till den region på kromosom 2 hos människa som omger IL-1-locus, varvid detta uteslöt 99,4 % av genomet (9). Denna rapport var i linje med de resultat för italienska hjärtinfarktpatienter som publicerats av dr Iacoviello (10). Båda dessa studier stöder våra fynd att risken för tidig hjärtinfarkt är kopplad till de gener som ingår i det genetiska IL-1-testet för hjärt-kärlsjukdom. Denna effekt visas också tydligt av resultaten från analyser utförda på individer som redan uppvisar hjärtsjukdom och testar positivt i det genetiska IL-1-testet för hjärtkärlsjukdom. Det förelåg ett signifikant samband med en högre risk för en dokumenterad tidigare hjärtinfarkt vid 60 års ålder än hos dem som testade negativt, efter full justering för ålder, kön, rökning, hereditet för hjärtinfarkt, hypertoni och hyperlipidemi (10 11). Det förelåg ett signifikant samband med en högre risk för en dokumenterad tidigare hjärtinfarkt vid 60 års ålder än hos dem som testade negativt, efter full justering för ålder, kön, rökning, hereditet för hjärtinfarkt, hypertoni och hyperlipidemi (10 11). Vissa mönster av IL-1-genvariationer är förenade med förhöjda inflammatoriska mediatorer och ökad risk för vissa kroniska sjukdomar: En del människor har genomgående en högre produktion av IL-1-proteiner än andra, och vissa genetiska IL-1-variationer har associerats med interindividuella skillnader i halterna av IL-1 och andra inflammatoriska mediatorer. Till exempel har SNP:n i IL-1B(+3954) associerats med varierande produktion av IL-1β hos monocyter från perifert blod efter stimulering (13) och med varierande serumkoncentrationer av C-reaktivt protein (14). SNP:n i IL-1A(-889) har associerats med varierande nivåer av IL-1α i human gingival vävnadsvätska (15), och SNP:n i IL-1A(+4845) kodar för en förändrad aminosyrasekvens i IL-1α-proteinet. Kombinationer av vissa av dessa specifika alleler återfinns tillsammans i haplotyper (8). Ett av mönstren av IL-1-genotyper, närmare bestämt mönstret IL-1A(+4845)-allel 2, IL-1A(-889)-allel 2 och IL-1B(+3954)-allel 2, som är associerat med förhöjda nivåer av inflammatoriska mediatorer är även associerat med ökad svårighetsgrad av flera kroniska sjukdomar (4). Detta proinflammatoriska IL-1- genotypsmönster har nyligen associerats med akuta kranskärlshändelser. Till exempel löpte individer som hade två kopior av IL-1a(+4845)-allel 2, trots totalkolesterolvärden under 200 mg/dl (5,2 mmol/l), fyra gånger större risk (p <0,01) att drabbas av en kranskärlshändelse under en 11-årig uppföljningstid än individer med samma kolesterolvärde men utan denna IL-1-genotyp (11). Genetiska IL-1-variationer kan öka risken för hjärtsjukdom även i frånvaro av en eller flera traditionella riskfaktorer: Även om det har skett stora framsteg i förståelsen av patogenesen bakom hjärt-kärlsjukdom är orsakerna och mekanismerna bakom hjärtsjukdom fortfarande ofullständigt kända. Följaktligen har det kliniska fokus legat på prediktion, diagnostik / 02

3 FORTS. SAMMANFATTNING AV VETENSKAPLIGA EVIDENS. och behandling av hjärt-kärlsjukdom genom att man har sammanställt en uppsättning med riskfaktorer, som bidrar till att identifiera högriskindividerna, och som ger hopp om att kunna sänka sjukdomsrisken. Risk handlar om sannolikheter för framtida händelser, inte om att diagnostisera en befintlig sjukdom. De traditionella riskfaktorerna för hjärt-kärlsjukdom, som högt kolesterol, diabetes och rökning, är alla prediktiva för en ökad sannolikhet för framtida sjukdom. Men fortfarande inträffar ungefär hälften av samtliga första hjärtinfarkter hos individer som inte har fått diagnosen hjärt-kärlsjukdom (16). Dessutom får många av dessa första hjärtinfarkter dödlig utgång. Många forskare anser därför att genetisk information kan utgöra nyckeln för en ytterligare stratifiering av risken på individbasis, samtidigt som den ger värdefull information för att utvärdera och utnyttja de mest effektiva alternativen för riskreducering så att den genetiska effekten motverkas. Ungefär hälften av samtliga första hjärtinfarkter inträffar hos individer som inte har fått diagnosen hjärt-kärlsjukdom (16). En nyligen genomförd studie undersökte män upp till 55 år som hade genomgått en första hjärtinfarkt och kvinnor upp till 65 år som hade genomgått en första hjärtinfarkt. Denna studie rapporterade att om man enbart använder de traditionella riskfaktorerna i analysen, skulle 88 % av dessa individer ha klassificerats som friska och före hjärtinfarkten inte ha identifierats av sina läkare såsom patienter med hjärtsjukdom. Av dessa friska individer skulle endast 12 % ha klassificerats såsom personer som löpte hög risk att drabbas av hjärtinfarkt (d.v.s. en mer än 20-procentig risk för en hjärtinfarkt under de närmaste 10 åren) och endast 6 % skulle uppfylla riktlinjerna för läkemedelsbehandling i riskreducerande syfte (16). Trots detta drabbades alla dessa personer av en tidig hjärtinfarkt. Om man enbart tar hänsyn till de traditionella riskfaktorerna kan man därför missa ett stort antal fall med hjärtkärlsjukdom. Beaktande av genetiska faktorer vid sidan av de traditionella riskfaktorerna skulle dock kunna ge en extra fördel för prediktion och korrekt behandling av sjukdomen. Personer som utåt sett förefaller friska men som har förhöjda nivåer av inflammatoriska mediatorer, som CRP, har en signifikant förhöjd risk för hjärt-kärlsjukdom (17 20). Hos patienter med anamnes på hjärt-kärlsjukdom medförde en sänkning av CRP att incidensen av senare kardiovaskulära händelser reducerades på ett sätt som var jämförbart med en sänkning av LDL-kolesterolet, och det fanns en additiv effekt vid en sänkning av bådadera (21). Vissa individer har en genetisk benägenhet för alltför kraftig inflammation, som har visat sig leda till negativa kliniska utfall över tid. Personer som är positiva för IL-1-variationen har en livslång tendens att överuttrycka inflammationsmarkörer (IL-1, CRP), som på ett oberoende sätt är associerade med förhöjd incidens av kardiovaskulära händelser hos män och kvinnor. IL-1-genotypmönster är associerade med en ökad risk för hjärt-kärlsjukdom och en första hjärtinfarkt vid yngre ålder (<60). IL-1-genotypmönster är associerade med en ökad risk för hjärtinfarkt efter justering för andra kända riskfaktorer för hjärt-kärlsjukdom, såsom ålder, kön, rökning, hypertoni och hyperlipidemi. Därför är den genetiska risken av extra värde, vid sidan av andra riskfaktorer, för att bedöma en persons totala risk för hjärtkärlsjukdom och hjärtinfarkt. Genetisk testning kan spela en viktig roll för att identifiera individer som har markant annorlunda och ökade inflammatoriska svar på en och samma biologiska påfrestning, till exempel LDL-kolesterol. Om dessa personer tidigt får kunskap om den genetiska IL-1-risken kan man uppmana dem att ta bättre hand omsin hjärt-kärlhälsa, på samma sätt som när det gäller andra riskfaktorer. Individer som är positiva för IL-1-variationen har en livslång benägenhet att överuttrycka inflammationsmarkörer (IL-1, CRP) / 03

4 Referenser Hansson GK, Libby P. The immune response in atherosclerosis: a double-edged sword. Nat Rev Immunol 2006; 6: Kornman KS, Marth PM, Duff GW. Genetic variations and inflammation: A practical nutrigenomics opportunity. Nutrition 2004; 20: Kornman KS. Interleukin 1 genetics, inflammatory mechanisms, and nutrigenetic opportunities to modulate diseases of aging. Am J Clin Nutr 2006; 83: 475S-483S. Duff GW. Genetic variations in cytokines and relevance to inflammation and disease. I: Balkwill F B (red) The cytokine network. Frontiers in Molecular Biology (Oxford University Press, London) 2000; 25: Nicklin MJ, Barton JL, Nguyen M, FitzGerald MG, Duff GW, Kornman K (2002) A sequence-based map of the nine genes of the human interleukin-1 cluster. Genomics 79: Francis SE, Camp NJ, Dewberry RM, et al. Interleukin-1 receptor antagonist gene polymorphism and coronary artery disease. Circulation 1999; 99: Offenbacher S, Beck JD, Pankow J, et al. Association of coronary heart disease with interleukin 1 gene variants in the Atherosclerosis Risk in Communities Study. The American College of Cardiology Annual Scientific Session. New Orleans 2004: Abstract Cox A, Camp NJ, Nicklin MJ, di Giovine FS, Duff GW. An analysis of linkage disequilibrium in the interleukin-1 gene cluster, using a novel grouping method for multiallelic markers. Am J Hum Genet 1998; 62: The BHF Family Heart Study Research Group. A genome-wide linkage study of 1,933 families affected by premature coronary artery disease: The British Heart Foundation (BHF) Family Heart Study. Am J Hum Genet 2005; 77: Iacoviello L, Di Castelnuovo A, Gattone M, Pezzini A, et.al. Polymorphisms of the IL1β gene affect the risk of myocardial infarction and ischemic stroke at young age and the response to mononuclear cells in vitro. Aterioscler Thromb Vasc Biol 2005; 25: Kornman K. Interleukin 1 haplotypes and composite genotypes are associated with increased inflammatory mediators and cardiovascular events. 4th Conference on Cytokines and Inflammation, January Rogus J, Beck JD, Offenbacher S, et al. IL1B gene promoter haplotype pairs predict clinical levels of interleukin-1beta and C-reactive protein. Hum Genet 2008; 123: Pociot F, Molvig J, Wogensen L, Worsaae H, Nerup J. A taq1 polymorphism in the human interleukin-1 beta (IL-1beta) gene correlates with IL-1 beta secretion in vitro. Eur J Clin Invest 1992; 22:396. Berger P, McConnell JP, Nunn M, Kornman KS, Sorrell J, Stephenson K, Duff GW (2002) C-reactive protein levels are influenced by common IL1 gene variations. Cytokine 17: Shirodaria S, Smith J, McKay IJ, Kennett CN, Hughes FJ. Polymorphisms in the IL-1a gene are correlated with levels of interleukin-1 alpha protein in gingival crevicular fluid of teeth with severe periodontal disease. J Dent Res 2000; 79: Akosah K, Schaper A, Cogbill C, Schoenfeld P. Preventing myocardial infarction in the young adult in the first place: how do the National Cholesterol Education Panel III guidelines perform? J Am Coll Cardiol 2003; 41(9): Libby P. Molecular bases of the acute coronary syndromes. Circulation 1995; 91: Ridker PM, Hennekens CH, Buring JE, Rifai N. C-reactive protein and other markers of inflammation in the prediction of CVD in women. N Engl J Med 2000; 342: Ridker PM. High-sensitivity C-reactive protein, inflammation, and cardiovascular risk: from concept to clinical practice to clinical benefit. Am Heart J 2004; 148: S Libby P, Ridker PM. Inflammation and atherosclerosis: role of C-reactive protein in risk assessment. Am J Med 2004; 116 Suppl 6A: 9S-16S. Ridker PM, Cannon CP, Morrow D, et al. C-reactive protein levels and outcomes after statin therapy. N Engl J Med 2005; 352: Tsimikas S, Duff G, Berger P, Rogus J, Huttner K, Kornman KS, Witztum JL (2007) The Influence of oxidized phospholipids and Lp(a) lipoprotein on coronary artery disease is conditional upon genotype at the Interleukin-1 region. J Amer College of Cardiology: Chen H, Wilkins LM, Aziz N, Cannings C, Wyllie DH, Bingle C, Rogus J, Beck JD, Offenbacher S, Cork MJ, Rafie-Kolpin M, Hsieh CM, Kornman KS, Duff GW (2006) Single nucleotide polymorphisms in the human interleukin-1b gene affect transcription according to haplotype context. Hum Mol Genet 15: Dennis, R.A., Trappe, T.A., Simpson, P., Carroll, C., Huang, B.E., Nagarajan, R., Bearden, E., Gurley, C., Duff, G.W., Evans, W.J. et al. (2004) Interleukin-1 polymorphisms are associated with the inflammatory response in human muscle to acute resistance exercise. J Physiol, 560, 617- Iacoviello L, Di Castelnuovo A, Gattone M, Pezzini A, Assanelli D, Lorenzet R, Del Zotto E, Colombo M, Napoleone E, Amore C, D'Orazio A, Padovani A, de Gaetano G, Giannuzzi P, Donati MB (2005) Polymorphisms of the interleukin-1beta gene affect the risk of myocardial infarction and ischemic stroke at young age and the response of mononuclear cells to stimulation in vitro. Arterioscler Thromb Vasc Biol 25: Berger, P.B., Nunn, M., Stephenson, K., Duff, G.W., Klee, G.G. and McConnell, J.P. (2001) Association between c-reactive protein and polymorphisms in the Interleukin-1 gene cluster and coronary artery disease on angiography. J Amer Coll Cardio, 37, Supplement 2, A286. Nicklin MJ, Hughes DE, Barton JL, Ure JM, Duff GW (2000) Arterial inflammation in mice lacking the interleukin 1 receptor antagonist gene. J Exp Med 191: Francis SE, Camp NJ, Dewberry RM, Gunn J, Syrris P, Carter ND, Jeffery S, Kaski JC, Cumberland DC, Duff GW, Crossman DC (1999) Interleukin-1 receptor antagonist gene polymorphism and coronary artery disease. Circulation 99: Jerrard-Dunne P., M. Sitzer, et.al. (2004). Inflammatory gene load is associated with enhanced inflammation and early carotid atherosclerosis in smokers. Stroke 35(11): Um, J. Y., K. S. Moon, et al. (2003). "Interleukin-1 gene cluster polymorphisms in cerebral infarction." Cytokine 23(1-2): 41-6 Latkovskis, G., N. Licis, et al. (2004). "C-reactive protein levels and common polymorphisms of the interleukin-1 gene cluster and interleukin-6 gene in patients with coronary heart disease." Eur J Immunogenet 31(5): Waehre, T., A. Yndestad, et al. (2004). "Increased expression of interleukin-1 in coronary artery disease with downregulatory effects of HMG-CoA reductase inhibitors." Circulation 109(16):

5 FORTS. REFERENSER & YTTERLIGARE KÄLLOR Ferroni P., F. Martini, et.al. (2003). Enhanced Interleukin 1-B in Hypercholesterolemia. Effects of Simvastatin and low-dose aspirin. Circulation 108: Lehtimaki, T., R. Laaksonen, et al. (2003). "Interleukin-1B genotype modulates the improvement of coronary artery reactivity by lipid-lowering therapy with pravastatin: a placebo-controlled positron emission tomography study in young healthy men." Pharmacogenetics 13(10): Kornman K, Rogus J, Roh-Schmidt H, Krempin D, Davies AJ, Grann K, Randolph RK. (2007). Interleukin-1 Genotype-Selective Inhibition of Inflammatory Mediators By a Botanical: A Nutrigenetics Proof of Concept. Nutrition. 23(11-12): Ytterligare källor. American Heart Association ( Lichtenstein AH, et al. Diet and Lifestyle Recommendations Revision 2006: A Scientific Statement from the American Heart Association Nutrition Committee. Circulation. 2006;114: Ridker PM, Danielson E, et al. (2008) Rosuvastatin to Prevent Vascular Events in Men and Women with Elevated C-Reactive Protein. N Engl J Med 359(21): Smith Jr. SC, et al. AHA/ACC Guidelines for Secondary Prevention for Patients With Coronary and Other Atherosclerotic Vascular Disease: 2006 Update: Endorsed by the National Heart, Lung, and Blood Institute. Circulation. 2006;113: Fleming, Richard M. (2004). Stop Inflammation Now!. New York : G.P. Putnam s Sons. Johnson, Duke. (2008). The Optimal Health Revolution. Dallas: Benbella Books, Inc. / 05