Klinisk, histopatologisk och genetisk diagnostik vid oi och di

vetenskap & klinik barbro malmgren barbro malmgren, odont dr, med dr, Institutionen för klinisk vetenskap, Enheten för pediatrik, Barnklinikens forskningslaboratorium, Karolinska universitetssjukhuset i Huddinge, Stocholm Klinisk, histopatologisk och genetisk diagnostik vid oi och di autoreferat Den 13 februari 2004 försvarade leg tandläkare Barbro Malmgren avhandlingen Clinical, histopathologic and genetic diagnosis in osteogenesis imperfecta and dentinogenesis imperfecta vid institutionen för klinisk vetenskap, enheten för pediatrik, Karolinska universitetssjukhuset, Huddinge, Stockholm. Fakultetsopponent var professor Östen Ljunggren, Akademiska sjukhuset, Uppsala. Handledare har varit med dr Svante Norgren, institutionen för klinisk vetenskap, enheten för pediatrik, Karolinska universitetssjukhuset, Huddinge, Stockholm och professor Sven Lindskog, enheten för oral patologi, odontologiska institutionen, Karolinska Institutet, Stockholm. referentgranskad. accepterad för publicering 2 juli 2004 56 tandläkartidningen årg 96 nr 10 2004

Osteogenesis och dentinogenesis imperfecta Osteogenesis imperfecta (oi) är en ärftlig sjukdom, som orsakas av mutationer i en av de två gener som kodar för kollagen typ 1 på kromosom 7 respektive 17. Prevalensen av oi rapporteras vara 4 6 bland 100 000 individer i skandinaviska studier. Patienterna visar många tecken förenliga med defekt kollagen; exempelvis benskörhet, överböjliga leder, kortvuxenhet, blå sclera, blåmärken, förlängd blödningstid och dentinogenesis imperfecta typ i, di typ i. oi delas in i fyra typer enligt Sillence (Tabell 1). Typ i är den lindrigaste och vanligaste. Typ ii är dödlig. Typ iii är den svåraste av de icke dödliga varianterna. oi kan också delas in i en mild form där patienterna har full rörlighet, till en svår form då patienterna blir rullstolsbundna. di kan förekomma som en isolerad sjukdom (di typ ii). Prevalensen är inte helt klarlagd. Den enda studien är från 1957 och anger 1 fall på 8 000 individer. Den höga prevalensen beror förmodligen på att studien omfattar stora familjer i obrutna isolat. En översikt bland pedodontister i Sverige pekar på en prevalens på 1 av 82 000 svenskar under 20 år (Malmgren, opublicerad data, 2003). Både oi och di typ ii är så kallade monogent, autosomalt dominant nedärvda sjukdomar. Den oorganiska delen hos dentin består liksom hos ben huvudsakligen av hydroxylapatit. När dentin bildas producerar odontoblasten i likhet med osteoblasten en matrix som i huvudsak består av kollagen typ 1, men även av icke kollagena proteiner. Dentin sialophosphoprotein, dspp, är ett icke kollagent protein. di typ ii orsakas av mutationer på dspp-genen på den långa armen på kromosom 4. dspp är ett förelöparprotein som klyvs till dsp (dentin sialoprotein) och dpp (dentin phosphoprotein) som förekommer i förhållandet 1:10. dsp:s funktion och tredimensionella struktur är inte känd. dpp är ett mycket surt protein som binder en stor mängd kalcium och antas spela en stor roll vid bildningen av hydroxylapatit. Vid ärftliga isolerade sjukdomar som oi och di typ ii är matrixbildningen defekt. di typ i och ii har likartade kliniska, röntgenologiska och histopatologiska karaktäristika (fig 1). Syfte Syftet med avhandlingen var att undersöka: 1. Dentala avvikelser hos ett stort antal icke besläktade patienter med olika typer och former av oi, 2.. graden av dysplastiskt dentin i relation till typ och form av oi och kliniska, röntgenologiska och mikroskopiska manifestationer och typ av di samt, 3. genotyp och fenotyp hos två familjer med di typ ii speciellt avseende kliniska, röntgenologiska och histopatologiska manifestationer. Material och metod Patienterna med di typ ii hade remitterats och behandlats vid avdelningen för pedodonti vid East- 1 a 1 c 1 d 1 b 1 e 1 f Figur 1 a f. Kliniska, röntgenologiska och histopatologiska skillnader mellan tänder med di och normala tänder. a) Patient med oi typ i och di. b) Normal dentition i växelbettet. c) Extraherad incisiv med bullig krona, oblitererat pulparum och kort rot från en 10 år gammal patient med di. d) Normal tand från en patient vid samma ålder. e) Slipsnitt från tand med di med dysplastiskt dentin. f) Slipsnitt som visar normalt dentin. Tabell 1. Klassifikation av osteogenesis imperfecta (oi) enligt Sillence oi type di Clinical features Inheratance* ia Normal or mild stature ad Little or no deformity Blue sclerae Hearing loss common ib + ii? Extremely severe osseous ad (de novo mutations) fragility stillbirth or death ar (rare) in the newborn period and beaded ribs iii +/- Very short stature ad Progressively deforming ar (uncommon) bones, usually with moderate deformity at birth Scleral hue varies, often lightening with age Hearing loss less common than in Type i iva Variable short stature ad Mild to moderate bone defority Normal sclerae Hearing loss less common than in Type i ivb + * ad=autosomal dominant; ar=autosomal recessive tandläkartidningen årg 96 nr 10 2004 57

barbro malmgren Typ 1 Typ 3 Typ iv Mild form a Svår form d Moderat form g Moderat form b Svår form e Svår form h Svår form c Svår form f Svår form i Figur 2. Patienter med di och olika typer och former av oi. Hos patienterna med oi typ i (a c) kan di endast diagnostiseras röntgenologiskt hos patienterna a och c, hos patient b även kliniskt. Hos patienterna med oi typ iii (d f) varierar missfärgningen från brun (patient d) till grå-blå (patienterna e och f). Hos patienterna med oi typ iv (g i) kan di diagnostiseras kliniskt i det primära bettet hos patienterna g och h, medan det i det permanenta endast kan verifieras röntgenologiskt. Hos patient i, som liksom patient h har en svår form av oi, kan di diagnostiseras kliniskt. Observera malocklusioner hos samtliga patienter. maninstitutet i Stockholm och patienterna med oi hade remitterats och undersökts av det nationella oi-teamet vid Astrid Lindgrens barnsjukhus vid Karolinska universitetssjukhuset i Stockholm. Klinisk och röntgenologisk undersökning (i, ii, iii och iv) Patienterna undersöktes kliniskt och röntgenologiskt avseende kännetecken som är relevanta för di. Status dokumenterades med foto. Även karies, traumaskador, eruptionsstörningar och ocklusion, agenesi, apikalt utsträckta pulparum, retinerade tänder, invaginationer och dentiklar registrerades. Ett Clinical Radiographic Score (crs) utarbetades (iii). Score 1 representerade varken kliniska eller röntgenologiska tecken, score 2 endast subtila tecken, score 3 antingen kliniska eller röntgenologiska tecken och score 4 tydliga kliniska och röntgenologiska tecken. Histopatologisk undersökning (i, iii och iv) 102 tänder hade samlats in från 66 patienter och 20 friska kontroller. Tänderna preparerades för slipsnitt och undersöktes sedan med ett ljusmikroskop. För att analysera graden av dysplastiska manifestationer i dentin användes ett scoresystem. Ett centralt snitt från varje tand undersöktes. Fem olika parametrar bedömdes enligt en 4-gradig skala från ingen dysplasi, score 1, till allvarlig dysplasi, score 4. Genetisk undersökning (iv) Venöst blod samlades från 8 sjuka och 6 friska medlemmar i en familj (Familj a) och från 6 sjuka och 10 friska medlemmar i en andra familj (Familj b). dna extraherades från och amplifierades genom pcr. pcr-produkten sekvenserades för analys av dspp-genen. Resultat Delarbete I Två grenar av en familj med di typ ii i sex generationer beskrevs vad gäller individuella skillnader i det kliniska, röntgenologiska och histopatologiska utseendet. Olikheterna ledde till skillnader i behandlingen som främst syftade till att undvika nedslitning 58 tandläkartidningen årg 96 nr 10 2004

Osteogenesis och dentinogenesis imperfecta Kliniska tecken på di Agenesi, retinerade tänder, apikalt utsträckta pulparum di känt i familjen? Symtom och/eller tecken som är förenliga med oi di känt di inte känt oi möjlig Inga tecken på oi *Symtom och/eller tecken som är förenliga med oi? Medicinsk undersökning Syndrom? Medicinsk undersökning oi möjlig Inga tecken på oi Histopatologisk undersökning Histopatologisk undersökning Medicinsk Analys Genetisk undersökning undersökning av dspp-genen *Anteriort och/eller posteriort öppet bett, prenormal ocklusion, blå sclera, frakturer, förlängd blödningstendens, blåmärken Figur 3. Förslag på flödesschema för undersökning och behandling av patienter med symptom och/eller tecken som ofta ses vid oi och di. av tänder med låg betthöjd med periapikala förändringar som följd. Ett generellt morfologiskt och kliniskt familjärt mönster kunde observeras. Delarbete II Olika tandutvecklingsstörningar studerades hos patienter med oi. Förekomst eller avsaknad av di visade nästan fullständig överensstämmelse mellan föräldrar och barn samt mellan syskon. Graden av missfärgning eller attrition kunde inte relateras till olika typer av oi (Fig 2). Något samband mellan missfärgning i primära och permanenta dentitionen observerades inte hos patienter med oi typ i och vi. Patienter med oi typ iii och di i primära dentitionen visade alltid missfärgning även i den permanenta. Även andra avvikelser i tänder och bett konstaterades i stor utsträckning (Tabell 2). Klass iii malocklusion sågs i hög frekvens, oi typ i i 61 procet, typ iii i 100 samt typ iv i 67 procent. Klass iii malocklusion förekommer hos 3 8 procent i en normalbefolkning. Tabell 2. Avvikelser i tänder och bett jämfört med en normalpopulation Frekvens oi-patienter Normalpopulation Agenesi (%) 22 6 7 Apikalt utsträckta pulparum (%) 42 0,3 Retinerade tänder 19 % (37 % vid 15 år) 0,7 1,5 00 /00 Delarbete III Två semikvantitativa scoringsystem, Clinical Radiographic Score (crs) och Dysplastic Dentin Score (dds) utarbetades för att analysera graden av dysplastisk manifestation i dentin. Det fanns ett samband mellan dds och crs liksom mellan dds och allvarlighetsgraden (formen) av oi. Tänder från patienter med oi utan kliniska och röntgenologiska tecken på di visade ett högre dds jämfört med kontrollerna i 50 procent av fallen. Delarbete IV Två familjer, Familj a och Familj b, med di typ ii undersöktes kliniskt, röntgenologiskt, histopatologiskt och genetiskt. Den kliniska-röntgenologiska undersökningen visade att familj b var allvarligare drabbad än familj a. tandläkartidningen årg 96 nr 10 2004 59

barbro malmgren Adress: Barbro Malmgren, Institutionen för klinisk vetenskap, Enheten för pediatrik, Barnklinikens forskningslab B 62, Karolinska universitetssjukhuset i Huddinge, 141 86 Stockholm E-post: Barbro. Malmgren@telia.com Det var en statistiskt signifikant skillnad mellan de båda familjerna sett till antal pulpaskador, extraherade tänder och protetiska ersättningar. Grava dysplastiska förändringar noterades i båda familjerna men dds var signifikant högre hos familj b. Konklusion 1. di konstaterades hos 42 procent av patienterna. med oi. 2. Avvikelser i bett och tänder som också förekommer vid andra sjukdomar och syndrom konstaterades i stor utsträckning. 3. Statistiskt signifikant skillnad mellan di typ i och ii saknades, men en patient med di typ i visade större variation. Vid en klinisk-röntgenologisk undersökning kunde di endast verifieras på röntgen hos 20 procent av patienterna med oi. 4. Tänder från patienter med oi utan kliniska och röntgenologiska tecken på di visade ett högre dds jämfört med friska kontroller. Den histopatologiska undersökningen är således viktig för korrekt diagnos av di hos patienter med endast milda tecken på 0i. 5. Kopplingsdata har visat att dentindysplasi typ ii och di typ iii som saknar circumpulpalt dentin överlappar varandra, det vill säga sitter i samma region på kromosom 4. Även fenotyperna överlappar varandra, det vill säga den kliniska bilden är likartad. Dessa data tyder på att di typ ii och iii och dd typ ii representerar olika typer av samma sjukdom. Kliniska implikationer Eftersom många sjukdomar och syndrom är förenliga med dentala störningar är ett samarbete mellan specialister inom olika medicinska discipliner av stor betydelse för en hög kvalitet inom vården. Utifrån resultaten av studierna föreslås ett flödesschema för omhändertagande av patienter med symtom och tecken på oi och di (Fig. 3) Vid kliniska tecken på di är det viktigt att differentialdiagnostisera di typ i och ii. En noggrann anamnes med utredning av familjen är viktig. Om di inte finns inom familjen kan det röra sig om en nymutation. I dessa fall är det sannolikt att patienten också har oi eftersom nymutationer vid di typ ii är utomordentligt sällsynta. Om di finns i familjen och oi inte kan uteslutas ska patienten utredas medicinskt. I fall där diagnosen oi är osäker bör en dspp-analys göras. Även andra tandutvecklingsstörningar bör utredas. Eftersom agenesi, retinerade molarer och apikalt utsträckta pulparum är vanliga vid oi bör man undersöka om patienter med sådana störningar har andra tecken eller symtom som tyder på oi. Om så är fallet bör man fortsätta med en medicinsk utredning. En histopatologisk undersökning av eventuellt extraherade tänder har också betydelse. Delarbeten I. Malmgren B, Lundberg M, Lindskog S. Dentinogenesis imperfecta in a six-generation family. A clinical, radiographic and histologic comparison of two branches through three generations. Swed Dent J 1988; 12: 73 84. II. Malmgren B, Norgren S. Dental aberrations in children and adolescents with osteogenesis imperfecta. Acta Odontol Scand 2002; 60: 65 71. III Malmgren B, Lindskog S. Assessment of dysplastic dentin in osteogenesis imperfecta and dentinogenesis imperfecta. Acta Odontol Scand 2003; 61: 72 80. IV Malmgren B, Lindskog S, Elgadi A, Norgren S. Clinical, histopathologic and genetic investigation in two large families with dentinogenesis imperfecta type II. Hum Genet 2004; 114: 491 8. Opponenten har ordet Barbro Malmgrens avhandling belyser på ett mycket intressant sätt hur kunskaper kring tandförändringar vid oi och di har vuxit fram. Avhandlingsarbetet inleds med deskriptiva studier. Därefter har arbetet fortskridit med kvantifieringar av tandproblem genom olika scoringsystem. Slutligen har Malmgren fokuserat på den genetiska bakgrunden till vissa tanddefekter. Det som gör denna avhandling intressant och nästan unik är att Malmgren i sitt arbete lyckats med tre stora gränsöverskridanden. Ämnesområdet i sig spänner tvärs över odontologi och medicin eftersom tandförändringar och skelettförändringar finns representerade i samma syndrom. Vidare är avhandlingen berömvärd då den är både klinisk och preklinisk. Det sista arbetet är ett genetiskt arbete i vilket man identifierar mutationer som ligger bakom di typ ii. Det sista gränsöverskridandet gäller tidsaspekten. Som opponent fascineras man av den tidsrymd som omfattas i avhandlingsarbetet. Vissa släkter är följda i flera generationer, ett i sanning imponerande arbete. Genom att kombinera deskriptiva fynd med genetiska studier har Malmgren på ett synnerligen intressant och lovvärt sätt fört kunskapen om tandförändringar vid oi och di framåt. De viktigaste fynden är identifierandet av den mutation i dspp genen som ligger bakom tanddefekterna vid di. Detta kan leda till att det visar sig att tandskador vid di typ ii och iii kanske är uttryck för ett och samma protein. östen ljunggren Professor Akademiska sjukhuset, Uppsala 60 tandläkartidningen årg 96 nr 10 2004