Multiple Sclerosis in Twins. A Finnish Twin Cohort study on genetic and environmental factors

Abstract

Suomalainen kaksoskohortti tutkimus perintö- ja ympäristötekijöistä MS-taudissa

Multippeliskleroosi (MS-tauti) on parantumaton tulehduksellinen keskushermoston sairaus, joka aiheuttaa sekä harmaan että valkean aineen vaurioita. Se on yleisin nuorten aikuisten vakava neurologinen sairaus, ja sen kansantaloudellinen merkitys on suuri. MS-taudin puhkeamista ja yksilöllistä taudin kulkua on vaikea ennustaa. MS-taudin riskitekijät ovat todennäköisesti perintö- ja ympäristötekijöiden muodostamia yhdistelmiä. Toistaiseksi näitä tekijöitä tunnetaan huonosti. MS-taudin vallitsevuus lisääntyy päiväntasaajalta napoja kohti liikuttaessa ja Suomessa se on maailman korkeimpia (n. 100/100 000). Taudin ilmaantuvuus on lisääntynyt kaikkialla maailmassa viime vuosikymmenten aikana.

Perintötekijöiden osuus MS-taudin puhkeamisessa on kiistattomasti osoitettu, joskin tauti esiintyy suvuittain vain harvoin. Ensimmäisen asteen sukulaisten sairastumisriski on n. 5 %, ei-identtisten kaksosten 2-5 %, mutta identtisten kaksosten sairastumisriski jopa 30 %. Vaikuttaakin siltä, että MS-tauti on polygeeninen,eli sen syntyyn osallistuu useita eri geenejä, joiden esiintyminen mahdollisesti määrittää yksilön sairastumisalttiuden. Jo pitkään on tiedetty, että human leukocyte antigen (HLA)- DRB1*15 lisää merkittävästi riskiä sairastua MS-tautiin. Tätä tyyppiä esiintyy n. 60 %:lla MS-potilaista ja 20 %:lla vertailuväestöstä.

MS taudin pahenemisvaihetta edeltää usein jokin tulehdus, ja jo kymmeniä vuosia on epäilty tulehdusten olevan yhteydessä MS taudin puhkeamiseen. Viime vuosina epäilykset ovat kohdistuneet erityisesti kahteen herpesvirukseen, Ebstein Barr virukseen (EBV) ja humaani herpesvirus 6:teen (HHV6). Enterovirukset (EV) ovat puolestaan saaneet huomiota mahdollisesti laukaisevina tekijöinä autoimmuunitaudeille yleisesti, mutta niiden yhteyttä MS tautiin on tutkittu niukasti.

Tämän tutkimuksen päätavoite oli arvioida perintö- ja ympäristötekijöiden merkitystä MS-taudin etiologiassa Suomessa, joka edustaa MS-taudin korkean vallitsevuuden aluetta.

Tutkimukseemme osallistui 24 kaksosparia, joista joko molemmilla tai toisella on MS-tauti. Kaksoset kerättiin suomalaisesta kaksoskohortista. Kaikki kaksoset tutkittiin kliinisesti ja keskushermoston magneettikuvauksella. Konkordanssi ja periytyvyys, sekä yksilöllisten ja jaettujen ympäristötekijöiden osuus etiologiassa arvioitiin. Lisäksi tutkimme perintötekijöiden ilmentymistä ja EV:n sekä HHV6:n esiintyvyyttä sairailla ja terveillä kaksosilla.

Tutkimuksemme perusteella niiden erimunaisten kaksosten osuus, joissa molemmat sairastavat MS-tautia suhteessa kaikkiin pareihin, joissa esiintyi sairastapauksia, on lisääntynyt 20 vuoden aikana nollasta 14 %:iin, kun taas identtisillä kaksosilla osuus on pysynyt ennallaan (30 %). Jos indeksikaksonen on sairastunut, todennäköisyys sairastua MS-tautiin oli 46 % identtisillä ja 25 % erimunaisilla kaksosilla. MS-taudin perinnöllisyysarvio taudin etiologiassa oli 15.3 % (95 % Cl 0.0 - 77.6), jaettujen ympäristötekijöiden osuus 73.7% (95 % Cl 14.1 - 93.9) ja yksilöllisten ympäristötekijöiden osuus 11.1% (95 % Cl 2.3 - 30.0). Emme voineet osoittaa EV RNA:ta tai HHV6 DNA:ta seerumista tai selkäydinnesteestä MS-tautia sairastavilla kaksosilla tai heidän terveillä kaksospareillaan. Geenien ilmentymisprofiilit erosivat identtisten MS-tautia sairastavien kaksosten ja terveiden kaksossisarusten välillä. Kuuden geenin (G1P3, MX2, POU3F1, LAPTM5, HBA2 ja HBB) ilmentyminen oli lisääntynyt vähintään kaksinkertaiseksi puolella kaksosista.

Johtopäätöksenä voidaan todeta, että lisääntyneen MS-taudin ilmaantuvuuden syynä lienevät Suomessa pääasiassa muuttuneet ympäristön olosuhteet. Koska eri- ja samanmunaisten kaksosten sairastuvuus todennäköisyydessä on edelleen ero, myös perintötekijät vaikuttavat MS-taudin puhkeamisen riskiin. Yksilöllisillä ympäristötekijöillä saattaa olla niin ikään merkitystä. Emme voineet kuitenkaan osoittaa, että latentti HHV6- tai EV-tulehdus olisi yhteydessä MS-taudin riskiin. Ne geenit, joiden ilmentymisessä havaitsimme merkittävän eron terveen ja MS-tautia sairastavan identtisen kaksosen välillä, osallistuvat B-solujen erilaistumisen säätelyyn, myeliinin korjaantumiseen, oksidatiiviseen stressiin ja virusperäisiin tulehduksiin. Lisääntynyt geenien ilmentyminen näyttää siis liittyvän MS-taudin tulehdukselliseen syntymekanismiin, virustulehduksiin ja mahdollisesti MS-taudin hoitoon käytettävään beetainterferonilääkitykseen.

Multiple sclerosis (MS) is the most common autoimmune demyelinating disease of the central nervous system (CNS). Both genes and environment contribute to susceptibility to the disease, but their role is as yet poorly understood.

Ten monozygotic (MZ) and 14 dizygotic (DZ) twin pairs either dis- or concordant for MS, obtained from The Finnish Twin Cohort, participated in the present study. The aim was to evaluate the role of genetic and environmental factors in the aetiology of MS in Finland. The data was compared to the original MS Finnish Twin Cohort study performed by Kinnunen and associates in 1988. The method used to recruit the twins was the same in both studies.

The concordance of MS was assessed using probandwise concordance rates and tetrachoric correlations for MZ and DZ twin pairs. For estimating the contribution of genetic factors to susceptibility to MS, a polygenic multifactorial model was used and heritability estimated using structural equation models. In order to identify genes involved in MS pathogenesis, the gene expression profiles in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) obtained from MZ discordant pairs were analyzed by cDNA microarray technology detecting the expression of 8 300 genes. Expressions of the 6 most often upregulated genes were confirmed by relative quantitative reverse transcription polymeric chain reaction (QRT-PCR). Furthermore serum samples from 17 twin pairs and cerebrospinal fluid (CSF) samples from 6 twin pairs were tested by PCR specific for human herpes virus 6 (HHV6) and with reverse transcription PCR (RT-PCR) specific for enteroviruses (EVs). Immunogloubulin (Ig) G and M response against HHV6 in serum and CSF were analyzed using ELISA method.

The pairwise concordance for MZ twins was 30% and for DZ twins 14%. The corresponding probandwise concordance rates were 46% and 25%. The genetic variance (heritability) was estimated to be 15.3% (95% Cl 0.0-77.6), the common environmental variance 73.7% (95% Cl 14.1-93.9) and the unique environmental variance 11.1% (95% Cl 2.3-30.0).

We found six genes to be up-regulated by 40 % and one gene (G1P3) by 50 % in the twins with MS. The six most constantly expressed genes were G1P3, POU3F1, MX2, LAPTM5, HBA2 and HBB.

No HHV6 DNA or EV RNA was found in any serum or CSF samples. Eighty eight percent of the twins with MS and 86% of the healthy twin siblings were positive for HHV6-specific IgG in serum. One twin with MS was also postitive for HHV6 specific-IgM in serum, whereas none of the healthy twins was IgM positive. All CSF samples were negative for HHV6 specific-IgG and -IgM in both groups.

Based on these data the concordance of MS in DZ twins in Finland has increased during the past two decades, whereas in MZ twins it has remained the same. This observation, together with the estimated low heritability, would suggest that the recently reported increase in MS incidence in Finland could be mainly due to environmental factors. We were not able to demonstrate, however, that EV or HHV6 infections could have had such a causative role. The six genes that were up-regulated at least two-fold in 40% of the twins, may be related to MS pathogenesis, beta-interferon (INF-â) treatment or an unknown virus infection.