Genetics of Inflammatory Mediators of Atopy and Asthma in Adults

Abstract

Atooppisten sairauksien kuten astman, allergisen nuhan tai sidekalvotulehduksen esiintyvyys on monissa väestöissä jopa 30 % ja ainakin kehittyvissä maissa edelleen lisääntymässä. Kyseisistä sairauksista aiheutuu sekä yksilölle että yhteiskunnalle merkittäviä haittoja ja kustannuksia. Sairauksien genetiikkaa, immunologiaa, patofysiologiaa ja ympäristötekijöitä on tutkittu laajalti, mutta edelleen lisää tietoa tarvitaan, jotta osataan esimerkiksi kohdentaa uusia hoitomuotoja niistä eniten hyötyville.

Tutkimuksissamme selvitimme, vaikuttavatko funktionaalisten kandidaattigeenien IL1A, IL4RA, TLR4, IL4 ja NOS3 yhden nukleotidin polymorfismit joko yksin tai yhdessä atopiataipumukseen, atopian vaikeusasteeseen tai riskiin sairastua astmaan. Tavoitteena oli myös selvittää, liittyvätkö IL13 geenin polymorfismi rs20541 ja allerginen nuha sekä allerginen sidekalvotulehdus aikuisiän astmaan.

Tutkimuksiin osallistui 1156 iältään yli 30-vuotiasta astmaa sairastavaa ja 1792 kaltaistettua vertailuhenkilöä. Astmakriteerinä käytettiin Kelan myöntämää astmalääkkeiden erityiskorvausoikeutta. Allergisen nuhan ja sidekalvotulehduksen esiintyminen selvitettiin oirekyselyllä. Perinnöllisten tekijöiden vaikutusta selvitettiin kliinisesti tutkittujen 245 astmapotilaan ja 405 kaltaistetun vertailuhenkilön väestöpohjaisessa otoksessa. Tutkituille tehtiin ihopistotestit ja määritettiin seerumin IgE-tasot. Genotyypitykset aiempien tutkimusten mukaan mahdollisista astman tai atopian riskigeeneistä tehtiin aikaisemmin kuvattuja menetelmiä käyttäen.

Tutkimuksissamme selvisi, että melko hyvin normaaliväestöä edustavien vertailuhenkilöiden IL1A ja IL4RA geeneillä oli yhteisvaikutus (ns. epistaattinen vaikutus) atopiariskiin. IL1A-geenin polymorfismin +4845 genotyypin GG ja IL4RA-geenin polymorfismin +22446 genotyypin TT todettiin altistavan atopialle. Naisilla havaittiin vastaavasti astmariskin lisääntyminen TLR4-geenin polymorfismin +896 alleelin G ja IL4-geenin polymorfismin -590 alleelin T suhteen. NOS3-geenin polymorfismin +894 alleeli T ja IL1A polymorfismin +4845 genotyyppi GG vaikuttivat vastaavalla tavalla atopian vaikeusastetta lisäten. Totesimme myös IL13- geenin polymorfismin rs20541 alleelin A lisäävän allergisen nuhan ja sidekalvotulehduksen riskiä astmapotilailla. Näillä potilailla myös esiintyi herkistymistä useammille allergeeneille ihopistokokeissa.

Löydöksemme suomalaisilla aikuisilla astmapotilailla tukevat ajatusta, että eri geenit vaikuttavat yhdessä atopiaan ja astmaan. Vaikka yksittäinen geeni ei vaikuttaisi taudille altistavasti, kahden eri geenin polymorfismit voivat vahvistaa toistensa vaikutusta ja altistaa molempien riskialleelien kantajat taudille. TLR4- ja IL4-geenien yhteisvaikutus havaittiin vain naisilla, mikä vahvistaa löydöksiä sukupuoliriippuvaisista eroista elimistön puolustusmekanismeissa. Tutkimuksemme mukaan IL13 geenin polymorfismin rs20541 alleeli A, herkkyys useille allergeeneille ihopistokokeissa sekä allergisen nuhan ja sidekalvotulehduksen oirekuva saattavat olla tärkeitä aikuisten atooppisen astman fenotyyppiin liittyviä tekijöitä.

The prevalence of atopic disorders such as asthma, allergic rhinitis and allergic conjunctivitis in many populations is close to 30% and has continued to increase in many developed countries, causing a major burden on the individuals, their health care systems, and on society. The biological bases of these disorders and of atopy in general have undergone investigation to a great extent, but many aspects still need clarification, for example in order to target novel therapies to patients who would benefit.

Our studies examined whether functional single nucleotide polymorphisms of candidate genes IL1A, IL4RA, TLR4, IL4, and NOS3 exert their effects individually on the risk or severity of atopy or asthma, or whether two polymorphisms of different candidate genes show an interactive effect. The aim was also to observe factors associated with polymorphism rs20541 of IL13 and other factors with or without allergic comorbidities such as subject-reported allergic rhinitis and allergic conjunctivitis symptoms in adult asthma patients.

A total of 1,156 asthma patients and 1,792 non-asthmatic subjects as controls participated in our studies, all of them having participated in a Finnish population- based case-control study conducted to investigate the risk factors and predictors of the outcome of adult asthma. Inclusion criteria for subjects with asthma were age over 30 years and entitlement to special reimbursement for asthma medication from the Social Insurance Institution of Finland. Allergic rhinitis and conjunctivitis were defined by questionnaire. Of the participants 245 asthma patients and 405 matched control subjects were tested for atopic status by skin prick tests and by measurement of serum IgE levels, and we also determined variety of polymorphisms of candidate genes previously linked to atopy or asthma.

We demonstrated in our non-asthma control group, which represented the general population reasonably well, an epistatic effect on atopy between IL1A and IL4RA genes. The predisposing combination was the carrier status of genotype TT of IL4RA +22446 and genotype GG of IL1A +4845. An increased risk for asthma appeared in the female carriers of allele G of TLR4 +896 and allele T of IL4 -590. Additionally, an epistatic effect of allele T of NOS3 +894 and genotype GG of IL1A +4845 influenced degree of atopy. We also showed that allele A of IL13 rs20541 affected the risk for allergic rhinitis and conjunctivitis in asthma patients. In addition, carriers of allele A of IL13 rs20541 were predisposed towards multisensitization in asthma.

Our findings suggest that gene-gene interactions affect susceptibility to atopy and asthma as well as severity of atopy in Finnish adults. Even if single nucleotide polymorphisms of candidate genes show no individual effects, two separate polymorphisms can potentiate the effects of each other, predisposing carriers of certain allele combinations to clinical manifestations. An effect of TLR and IL4 genes was apparent only in female subjects, indicating sex-dependent differences in the body’s defense mechanisms. Our results indicate that key features of adult atopic asthma phenotype may be high prevalence of the allele A of IL13 rs20541, a multisensitization pattern, and allergic rhinitis and conjunctivitis symptoms.