Drug-Resistant Temporal Lobe Epilepsy with Hippocampal Sclerosis : Implications of Gluten-Associated Immunity and Interleukin-6

Abstract

Yli 30 %:lla epilepsiapotilaista ei saavuteta kohtausten riittävää hallintaa huolimatta siitä, että käytettävissä on yli 20 epilepsialääkettä. Ohimolohkoepilepsia on paikallisalkuisen vaikeahoitoisen epilepsian yleisin muoto ja hippokampuksen skleroosi (HS) on sen yleisin etiologia. Tulehdusmekanismit ja hermoston degeneratiiviset prosessit vaikuttavat merkittävästi ohimolohkoepilepsian taudinkulkuun. Viimeaikaiset tutkimukset korostavat myös suoliston roolia autoimmuunivälitteisen tulehduksen välittäjänä aivoissa ja keliakian odotettua suurempaa esiintyvyyttä epilepsiapotilailla. Lisäksi proinflammatorisen sytokiinin interleukiini 6:n (IL-6) ja muiden tulehdusmerkkiaineiden yhteyttä ohimolohkoepilepsiaan on raportoitu useissa tutkimuksissa. Glutamiinihappodekarboksylaasi autovasta-aineilla (GADA) on todettu olevan kliinistä merkitystä epilepsian etiologisena tekijänä. GADA:n on lisäksi ehdotettu assosioituvan gluteeniataksiaan.

Tässä väitöskirjassa tutkittiin liittyykö vaikeahoitoinen epilepsia kahteen viljan gluteenin käyttöön liittyvään immuniteettiin, i) keliakia-tyyppiseen immuniteettiin (keliakia tai keliakialle -spesifisten transglutaminaasi 2 vasta-aineiden (TG2A) ja/tai endomysium vasta-aineiden (EmA) esiintyminen) tai ii) gliadiini vasta-aine (AGA) tyyppiseen immuniteettiin (AGA:n esiintyminen ilman keliakiaa). Lisäksi tarkasteltiin edellä mainittujen tekijöiden yhteyttä epilepsiatyyppiin ja etiologiaan. Toisaalta väitöskirjassa arvioitiin plasman IL-6:n ja IL-10:n pitoisuuksia ja niiden suhdetta ja yhteyttä vaikeahoitoiseen epilepsiaan erityisesti HS-potilailla. Kolmanneksi väitöskirjassa tutkittiin plasman IL-6:n ja IL-10:n sytokiinipitoisuuksien yhteyttä ja niiden suhdetta GADA:an.

Tutkimus I oli pilottitutkimus, ja siihen osallistui 48 aikuista potilasta, joilla oli paikallisalkuinen vaikeahoitoinen epilepsia. Seitsemällä epilepsiapotilaalla oli keliakia- tyyppinen immuniteetti. Kaikilla näillä potilailla oli ohimolohkoepilepsia ja HS. Yhdelläkään ohimolohkoepilepsia-potilaista ilman HS:a tai ekstratemporaalista epilepsiaa ei ollut keliakia-tyyppistä immuniteettia (p = 0,0002). Ainoastaan niillä neljällä potilaalla, joilla oli keliakia-tyyppinen immuniteetti, oli myös merkkejä kaksoispatologiasta (p = 0,0002).

Tutkimukset II-IV olivat poikkileikkaustutkimuksia, jotka liittyivät samaan 265:n aikuisen epilepsiakohorttiin. Tutkimuksessa II tutkimukseen osallistuneista 253:sta potilaasta 34:llä oli ohimolohkoepilepsia ja HS, 97:llä ohimolohkoepilepsia ilman HS:a, 88:lla muu paikallisalkuinen epilepsia ja 34:llä yleistynyt epilepsia. Kaiken kaikkiaan 22 potilaalla oli keliakia-tyyppinen immuniteetti ja 29 potilaalla AGA- tyyppinen immuniteetti. Ohimolohkoepilepsia ja HS oli yleisempää potilailla, joilla oli keliakia-tyyppinen immuniteetti kuin potilailla, joilla oli AGA-tyyppinen immuniteetti (31,8 % vs. 11,9 %, P = 0,019). Transglutaminaasi 6 autovasta-aineissa ei ollut merkittävää eroa minkään kolmen eri ryhmän potilailla; keliakia-tyyppinen immuniteetti, AGA-tyyppinen immuniteetti tai joilla ei ollut gluteeniin assosioituvaa immuniteettia.

Tutkimukseen III osallistui 265 potilasta. IL-6:n mediaanitasot eivät eronneet epilepsiatyyppien välillä, kun taas IL-6/IL-10-suhde oli suurempi ohimolohkoepilepsiassa ja HS:ssa kuin ohimolohkoepilepsiassa ilman HS:a (3,1 vs. 1,6, p = 0:042). Yhteensä 20 ohimolohkoepilepsia-potilasta oli HS:n oikeanpuoleinen lateralisaatio, 13 potilaalla oli HS:n vasemmanpuoleinen lateralisaatio, ja yhdellä potilaalla oli molemminpuolinen HS. Ohimolohkoepilepsia ja HS ryhmässä IL-6:n mediaanitasot olivat korkeammat potilailla, joilla oli oikeanpuoleinen HS kuin potilailla, joilla oli vasemmanpuoleinen lateralisaatio (1,7 vs. 0,8 pg/ml, p = 0,043), mutta IL-6/IL-10 suhde ei eronnut oikean ja vasemmanpuoleisen lateralisaation välillä (p = 0,832).

Tutkimukseen IV osallistui 247 potilasta, joiden seerumin GADA-pitoisuudet oli mitattu jo aiemmin. IL-6:n mediaanipitoisuudet olivat merkittävästi korkeammat potilailla, joilla oli korkea GADA-positiivisuus (2,86 pg/ml) kuin GADA- negatiivisilla potilailla (1,18 pg/ml; p = 0,039). Samoin IL-10-pitoisuudet olivat korkeampia GADA-positiivisilla potilailla (1,45 pg/ml) kuin GADA-negatiivisilla potilailla (0,50 pg/ml), mutta ero ei ollut tilastollisesti merkitsevä. IL-6:n ja IL-10:n pitoisuudet eivät eronneet merkittävästi eri GADA-ryhmien välillä.

Tämän väitöskirjan merkittävin löydös oli aiemmin tunnistamaton yhteys keliakia-tyyppisen immuniteetin ja ohimolohkoepilepsiaan liittyvän HS:n välillä. Ohimolohkoepilepsiassa ravinnon gluteenin aiheuttama keliakia-tyyppinen autoimmuunireaktio on potentiaalisesti modifioiva tekijä vaikeahoitoisen epilepsian kehittymisessä ja taudin progressiossa johtaen hippokampuksen vaurioitumiseen. Immunologisten tekijöiden parempi ymmärrys voi myös edistää immunomodulatoristen hoitojen kehittymistä gluteeniin liittyvässä vaikeahoitoisessa epilepsiassa tarjoten mahdollisuuden ruokavaliohoitojen käyttöön vaikeahoitoisen epilepsian progression ehkäisyssä. Löydösten perusteella keliakian seulonta vaikeahoitoisessa epilepsiassa on suositeltavaa siitä huolimatta, että vielä ei ole riittävää tutkimustietoa gluteenittoman ruokavalion vaikutuksista kohtauksiin potilailla, joilla on keliakia-tyyppinen immuniteetti. Seulonnalla voidaan kuitenkin tunnistaa epätyypillistä tai ilman suolisto-oireita esiintyvää keliakian muotoa sairastavia potilaita, joita on arvioitu olevan 5-6 kertaa enemmän kuin oireisia potilaita, ja minkä hoitona on elinikäinen gluteeniton dieetti. Tutkimuksen toisena löydöksenä oli, että kohonneet IL-6 tasot liittyivät oikeanpuoleiseen ohimolohkoepilepsiaan liittyvään HS:in. Kolmas tutkimuksen löydös oli, että samankaltainen lisääntynyt IL-6-aktivaatio havaittiin myös ohimolohkoepilepsiapotilailla, joilla oli autoimmuuni-GADA, mikä osoittaa, että useat mekanismit voivat johtaa systeemiseen immuuniaktivaatioon epilepsiapotilailla Lisäksi nykyisten tulosten perusteella GAD-autoimmuniteetti on erillinen ja spesifinen kokonaisuus verrattuna keliakiaan liittyvään ohimolohkoepilepsiaan.

More than 30% of patients with epilepsy have inadequate seizure control despite the availability of more than 20 anti-seizure medications. Temporal lobe epilepsy (TLE) is the most common form of focal drug-resistant epilepsy (DRE), and hippocampal sclerosis (HS) is the most common aetiology of TLE. Inflammatory mechanisms and neurodegeneration significantly contribute to the development of TLE. Moreover, recent studies highlight the role of the gut in controlling autoimmune inflammation within the brain and suggest an increased prevalence of coeliac disease (CD) in patients with epilepsy. Several investigations have reported the associations of the proinflammatory cytokine interleukin 6 (IL-6) with other inflammatory markers in patients with TLE. Finally, increasing data support the clinical importance of anti-glutamic acid decarboxylase antibodies (GADAs) as an autoimmune aetiology of epilepsy. In gluten ataxia, a link to GADAs has also been suggested.

This dissertation studied whether two types of gluten immunity, i) CD-type immunity (diagnosis of CD or CD-specific TG2/EmA antibodies) or ii) AGA-type immunity (subjects with anti-gliadin antibodies (AGAs) but without CD), are associated with DRE and, if so, whether it is dependent on the epilepsy type and aetiology. Second, this study evaluated the plasma concentrations of the cytokines IL-6 and IL-10 and their ratios in patients with DRE, especially TLE with HS (TLE+HS). Third, the associations between plasma concentrations of the cytokines IL-6 and IL-10 and their ratios with GADAs were investigated.

Study I was a pilot study and included 48 adult patients with focal DRE and 71 consecutive healthy blood donors who served as controls for antibody measurements. In addition to CD-associated serology for different antibodies, genotyping and small bowel biopsy were performed. Studies II–IV were cross- sectional studies and included 265 consecutive adult patients with epilepsy. Blood samples were used for all four studies. MRI examination was performed for most of the patients in all the studies.

In Study I, seven patients with focal DRE had CD-type immunity. All these patients had TLE + HS. None of the patients with TLE without HS (TLE–HS) or extratemporal epilepsy had CD-type immunity (p= 0.0002). Four patients with CD-type immunity had evidence of dual pathology, whereas none of the other patients did (p= 0.0002).

In Study II, of 253 patients, 34 had TLE+HS, 97 had TLE-HS, 88 had other focal epilepsies, and 34 had generalised epilepsies. Overall, 22 patients had CD-type immunity, and another 29 had AGA-type immunity. TLE+HS was more common in patients with CD-type immunity than in patients with AGA-type immunity (31.8% versus 11.9%, P = 0.019). In addition, transglutaminase 6 antibodies were measured from the patients and the results showed no significant difference in the transglutaminase 6 seropositivity among patients with CD-type immunity, AGA- type immunity, or those without gluten immunity.

Study III demonstrated that the median levels of IL-6 did not differ between the epilepsy types, whereas the IL-6/IL-10 ratio was greater in TLE+HS patients than in TLE-HS patients (3.1 vs. 1.6, p = 0.042). This study included 20 TLE patients with right-sided HS lateralisation, 13 patients with left-sided HS, and one patient with bilateral HS. Within the TLE+HS population, the median IL-6 level was greater in patients with right-sided HS than in patients with left-sided HS (1.7 vs. 0.8 pg/mL, p = 0.043), but the IL-6/IL-10 ratio did not differ between the right and left lateralisations (p = 0.832).

Study IV included 247 patients whose GADA titres had been measured previously. The median IL-6 concentration was significantly greater in patients with high GADA titres (2.86 pg/mL) than in GADA-negative patients (1.18 pg/mL) (p= 0.039). Similarly, IL-10 concentrations were also higher in patients with high GADA titres (1.45 pg/mL) than in GADA-negative patients (0.50 pg/mL), but the difference was not significant. Neither the IL-6 nor the IL-10 concentrations were significantly different between the groups on the basis of GADA positivity.

The most significant finding of the present study was a previously unrecognised link between CD-type immunity and TLE +HS. In patients with TLE+HS, CD-type autoimmune responses against dietary gluten may modify disease processes, leading to intractable epilepsy and HS. An increased understanding of immunological factors may contribute to the development of immunomodulatory treatments both in refractory epilepsy and in cases of gluten-related pathology, offering a potential dietary intervention to prevent the development of refractory epilepsy. Based on the study findings, screening for CD in DRE is recommended, although there are still insufficient data on the effects of a gluten-free diet on seizures. However, screening can identify patients with an atypical or asymptomatic form of CD, which is estimated to be 5–6 times more common than patients with symptomatic CD and whose treatment is a lifelong gluten-free diet. Second, systemic upregulation of IL-6 was associated with the presence of HS, revealing increased concentrations in TLE patients with right-sided HS. Third, similarly increased IL-6 activation was observed in TLE patients with autoimmune GADA, demonstrating that multiple mechanisms may lead to systemic immune activation. In addition, on the basis of the present results, GAD autoimmunity is a separate and specific entity from gluten-related immunity-associated TLE.