Novel use of biomarkers and their combinations for detecting excessive drinking

Abstract

Väitöstutkimuksessa selvitettiin eri laboratoriokokeiden ja niiden yhdistelmien käyttökelpoisuutta alkoholin suurkulutuksen tunnistamisessa sekä alkoholinkäytön aiheuttamia muutoksia immuunivasteessa. Tutkimuksessa kehitettyjen määritysmenetelmien ja erilaisten laboratoriokokeiden yhdistelmillä voitiin parantaa alkoholin suurkuluttajien tunnistamista. Tutkimuksessa havaittiin myös, että alkoholin aiheuttamille proteiinimuunnoksille spesifisten vasta-aineiden ja immuunivastetta säätelevien sytokiinien määrät muuttuvat verenkierrossa alkoholinkäytön seurauksena ja tämä saattaa vaikuttaa myös alkoholimaksasairauden muodostumiseen ja etenemiseen.

Tutkimuksessa yhdistettiin kaksi alkoholinkäytön tunnistamisessa yleisesti käytettyä laboratoriokoetta, gammaglutamyylitransferaasi (GGT) ja desialotransferriini (CDT) ja tämän yhdistelmän todettiin toimivan alkoholistien tunnistamisessa paremmin kuin minkään yksittäisen laboratoriokokeen. Lisäksi tutkimuksessa kehitettiin menetelmä, jolla voidaan määrittää vasta-aineita asetaldehydiaddukteille, jotka muodostuvat, kun etanolin aineenvaihduntatuote asetaldehydi reagoi elimistön proteiinien kanssa. IgA-luokan vasta-aineiden määrän todettiin olevan suurempi alkoholisteilla kuin kohtuujuojilla tai täysraittiilla ja ero vasta-aineiden määrässä oli merkitsevä myös kohtuujuojien ja täysraittiiden välillä. Tutkimuksen perusteella tällaisten vasta-aineiden määritys voisi olla käyttökelpoinen myös alkoholin suurkulutuksen tunnistamisessa ja tunnistamiseen saataisiin edelleen lisää parannusta yhdistämällä tämän uuden menetelmän tulokset CDT:n kanssa (IgA-CDT).

Luotettavien laboratoriokokeiden löytäminen olisi tärkeää alkoholin suurkuluttajien mahdollisimman aikaisen tunnistamisen kannalta. Nykyään liian moni alkoholin suurkuluttaja jää tunnistamatta terveydenhuollossa, mikä voi johtaa viivästyksiin hoidossa. Mitä aikaisemmin alkoholin suurkuluttaja pystytään ohjaamaan hoitoon, sitä parempi ennuste hänellä on toipumiseen.

Alkoholin suurkulutus ja siitä aiheutuvat terveydelliset ongelmat kuormittavat merkittävästi terveydenhuoltoa. Vuonna 2005 alkoholisyyt nousivat työikäisten miesten suurimmaksi kuolinsyyksi ja naisillakin alkoholisyyt ovat toiseksi yleisin kuolinsyy heti rintasyövän jälkeen. Lääketieteellisten ja sosiaalisten ongelmien lisäksi alkoholin suurkulutus on muodostunut kansantaloudelliseksi rasitteeksi. On arvioitu, että alkoholin käyttö aiheutti yhteiskunnalle 640-850 miljoonan euron välittömät kustannukset vuonna 2005 ja ne tuskin laskevat lähivuosina.

Excessive alcohol consumption and consequent medical disorders create a major burden for modern health care. In addition to medical and social problems, excessive drinking causes considerable strains on the national economy. In order to improve the diagnosis and treatment of patients suffering from ethanol-related health problems, reliable and accurate methods for recognizing excessive alcohol consumption in its early phase need to be developed. Currently, excessive drinkers tend to escape detection, which may lead to delays in intervention.

The present study was set out to develop new approaches for detecting excessive drinking based on conventional and new laboratory tests and their combinations and to address the relationships between such markers and alcoholic liver disease. Conventional laboratory markers of excessive drinking (GGT, CDT, MCV, AST, ALT), a mathematically formulated combination of GGT and CDT, and autoimmune responses to proteins modified with acetaldehyde, the first metabolite of ethanol, were measured in alcoholics with or without liver disease, moderate drinkers and abstainers. Cytokine profiles of subjects were also studied in order to clarify the associations between alcohol intake and pathogenesis of alcoholic liver disease.

The results show that even moderate drinking may increase levels of gamma-glutamyl transferase (GGT). When GGT was combined logarithmically with carbohydrate-deficient transferrin (CDT), the diagnostic performance of the combination GGT-CDT was found to markedly exceed that of the traditional markers, reaching a sensitivity of 90 % whereas the sensitivities of its parent components remained at 63 % (CDT) and 58 % (GGT).

Alcohol consumption was also found to induce alterations in the immune system. An association between cytokine levels and alcohol use was observed, with most evident alterations in alcoholics with liver disease. Pro-inflammatory cytokines (IL-2, IL-6, IL-8, TNF-α) were found to increase in alcoholic liver disease whereas the levels of anti-inflammatory cytokines, particularly TGF-β1 showed a slight decrease.

Acetaldehyde adducts are formed when acetaldehyde reacts with proteins and cellular constituents. Antibodies directed against acetaldehyde-modified proteins were found in the circulation of alcoholic patients. The highest anti-adduct IgA and IgG titres occurred in patients with alcoholic liver disease, while specific class IgM antibodies were most abundant in alcoholics without liver disease. The possible usefulness of anti-adduct IgA as a marker of excessive drinking was subsequently studied in alcoholics without liver disease, and the mean anti-adduct IgA levels were significantly higher than those in the moderate drinkers or abstainers (p In the light of these results, it may be suggested that GGT, CDT and IgAs against acetaldehyde-derived epitopes either alone or combined by means of mathematical equations can serve as useful markers of alcohol consumption. The elevation of GGT in moderate drinkers as compared with abstainers may affect its reference ranges, since they are usually calculated from general population in which the proportion of abstainers is decreasing. The results also indicate that the antibody responses and alterations in cytokine balance may contribute to the pathogenesis and progression of alcoholic liver disease in humans.