Implementatie van immunologie en genetica in de diagnostiek van coeliakie

Implementatie van wetenschap 43 Drs. S.L. (Sabine) Vriezinga, arts-onderzoeker, Leids Universitair Medisch Centrum, afdeling Kindergeneeskunde E-mail: s.l.vriezinga@lumc.nl Dr. M.L. (Luisa) Mearin, kinderarts-mdl, Leids Universitair Medisch Centrum, afdeling Kindergeneeskunde E-mail: m.l.mearin_manrique@lumc.nl Trefwoorden coeliakie, immunologie, genetica, implementatie, diagnostiek Implementatie van immunologie en genetica in de diagnostiek van coeliakie Samenvatting Eén op de honderd kinderen heeft coeliakie. De symptomen kunnen sterk uiteenlopen, van matig tot zeer ernstig. De behandeling bestaat uit een levenslang strikt glutenvrij dieet. Vroege diagnose kan latere complicaties voorkomen. Implementatie van basaal onderzoek naar de genetische en immunologische aspecten van coeliakie hebben in de afgelopen jaren aanzienlijke veranderingen in de diagnostiek van coeliakie teweeggebracht. Coeliakie is een veelvoorkomende chronische aandoening, veroorzaakt door een afwijkende T-cel gemedieerde immuunreactie tegen eiwitten in tarwe (gliadines), rogge (secalines) en gerst (hordeïnes), samen gluten genoemd. Karakteristiek zijn de specifieke autoantistoffen en histologische afwijkingen in de dunnedarmmucosa. Bij mensen met een genetische predispositie kan inname van gluten leiden tot een ontstekingsreactie in de dunne darm. De behandeling bestaat uit een glutenvrij dieet, waarna normalisatie van het klinisch beeld en herstel van de histologische afwijkingen optreedt. De Nederlandse kinderarts Willem-Karel Dicke (1905-1962) was de eerste die het verband tussen coeliakie en de inname van gluten legde. Toen men gedurende de Hongerwinter van 1944-1945, vanwege een tekort aan graan, overging op ongewoon voedsel zoals bloembollen, viel het hem op dat de klinische conditie van zijn coeliakiepatiënten vooruitging. De eerste diagnostische criteria voor coeliakie bij kinderen werden in 1970 geformuleerd door de European Society for Paediatric Gastroenterology and Nutrition (espgan). Deze waren gebaseerd op herstel van de histologische afwijkingen na starten met een glutenvrij dieet, en terugval na herintroductie van gluten, glutenbelasting. Op ten minste drie momenten (voor en na het starten met het glutenvrije dieet, en na glutenbelasting), werden duodenumbiopten afgenomen voor histologisch onderzoek. Dankzij basaal wetenschappelijk onderzoek naar de genetische en immunologische

44 Implementatie A HLA-DQ2 heterodimeer B HLA-DQ2 heterodimeer C in cis configuratie in trans configuratie HLA-DQ8 heterodimeer in cis configuratie DR3-DQ2 *0201 *0501 DR5-DQ7 *0505 DR4-DQ8 *0302 *03 DR7-DQ2 *0202 DQ2 DQ2 DQ8 *0201 *0501 *0202 *0505 *0302 *03 populatie DQ2/DQ8 + (40%) coeliakie (1%) T-cel receptor neutrale glutamines gliadine peptide (PYPQPQLPY) tissue transglutaminase geactiveerde T-cel receptor negatief geladen glutaminezuur (PYPEPELPY) Figuur 1 Boven: hla-dq2 is de sterkste genetische risicofactor voor coeliakie, waarbij het heterodimeer gevormd kan worden door a) dqb1*0201 en dqa1*0501 in cis-configuratie (op één chromosoom), of door b) dqb1*0202 en dqa1*0505 in trans-configuratie (op beide chromosomen). Een minderheid van de patiënten is geen drager van hla-dq2. Zij zijn in de meeste gevallen drager van c) hla-dq8 (aangepaste versie uit: Celiac Disease. Gene Reviews, 2008; www.ncbi.nlh.gov). Midden: HLA-DQ2 en HLA-DQ8 zijn belangrijk, maar niet voldoende, voor de ontwikkeling van coeliakie. Onder: Gliadine peptiden zijn opgebouwd uit verschillende aminozuren, gecodeerd met één letter (Q = glutamine, P = proline, Y = tyrosine, L = leucine, E = glutaminezuur). Gliadine zonder glutaminezuur bindt niet goed met HLA-DQ2 en DQ8. Het enzym tissue transglutaminase zet neutraal glutamine, een veelvoorkomend aminozuur in gliadine, om in het negatief geladen glutaminezuur (deamidatie). Het gedeamideerde gliadine peptide past op de antigeenbindende groeve van HLA-DQ2 en DQ8.

45 aspecten van coeliakie zijn er tegenwoordig tests beschikbaar die minder invasief zijn. Daarnaast laat epidemiologisch onderzoek zien dat de ziekte geen zeldzame enteropathie is, maar een veelvoorkomende multiorgaanziekte. Eén op de honderd mensen heeft coeliakie. 1,2 Genetische markers voor coeliakie The HLA story De eerste aanwijzing voor de belangrijke rol van genetica in de etiologie van coeliakie was dat de ziekte vaker voorkomt bij eerstegraads familieleden van een coeliakiepatiënt en dat dit effect sterker is bij tweelingen. Bij identieke tweelingen is de genetische concordantie > 80%, in vergelijking met 40% bij niet-identieke tweelingen. Het Human Leukocyte Antigen (hla) klasse ii dq2 (overgeërfd in linkage disequilibrium met hla-dr3) en dq8 hebben een sterke relatie met coeliakie: meer dan 95% van de coeliakiepatiënten is drager van hla-dq2, de resterende 5% (voor het overgrote deel) van dq8. 3 hla-klasse ii-receptoren bevinden zich op het oppervlak van B-cellen, T-cellen en macrofagen. Hun belangrijkste functie is het presenteren van antigenen aan T-cel receptoren op cd4+ (helper) T-cellen. De hla-genen bevinden zich op de korte arm van chromosoom 6, in de Mayor Histocompatibility Locus (mhc). Elk hla-ii-molecuul is opgebouwd uit een alfaketen en een bètaketen, gecodeerd door respectievelijk hla-dqa1 en hla-dqb1. Voor hla-dq2 kunnen de coderende allelen in cis- en in transconfiguratie aanwezig zijn (fig. 1). In het eerste geval liggen de allelen voor de alfa- en bètaketen (respectievelijk dqa1*0501 en dqb1*0201) op hetzelfde chromosoom 6. Dit individu heeft het dr3-dq2 haplotype. Als het allel voor de alfaketen (dqa1*0505) op het ene, en voor de bètaketen (dqb1*0202) op het andere chromosoom 6 ligt, spreken we van een trans-configuratie (haplotype dr7-dq2/dr5- dq7). Bij patiënten met het dr4-dq8-haplotype wordt het hla-molecuul gecodeerd door dqa1*03 en dqb1*0302. Als de genen voor hla-dq2 en dq8 afwezig zijn, is de kans op coeliakie verwaarloosbaar klein. 4 De kleine groep coeliakiepatiënten die negatief is voor hla-dq2 en dq8 hebben doorgaans een half dr3-dq2-molecuul: dqb1*0201 (met dqa1*0201), of dqa1*05 (met dqb1*0301). 5 Double dose risk Hoewel één kopie van dr3-dq2 al predisponeert voor coeliakie, is het risico op de ziekte groter bij dr3-dq2 homozygote patiënten. Dit wordt ook wel double dose risk genoemd, omdat dit leidt tot een hogere expressie van hla-dq2-receptoren, met als gevolg dat meer glutenspecifieke T-cellen worden gestimuleerd (zie kader). 6 Genetische screening hla-dq2 en dq8 zijn belangrijk, maar niet voldoende, voor de ontwikkeling van coeliakie. Van de blanke populatie is 30-40% drager van hla-dq2 en/of dq8, terwijl slechts 1% coeliakie ontwikkelt ontwikkelt. 1,2 Aanwezigheid van deze genen heeft dus geen diagnostische betekenis. Vanwege de hoge negatief voorspellende waarde is hla-typering wel bij uitstek geschikt om coeliakie uit te sluiten of onwaarschijnlijk te maken. Nationale en internationale richtlijnen adviseren om mensen met een verhoogd risico (zoals eerstegraads verwanten van een coeliakiepatiënt) al dan niet jaarlijks te screenen op coeliakie. hla-dq2 en dq8 negatieve patiënten kunnen hiervan worden uitgesloten. 4 Immunologische markers voor coeliakie Antigliadine Vanaf de jaren zeventig werden IgA-klasse antigliadine antistoffen in de kliniek gebruikt om patiënten verdacht van coeliakie te selecteren voor het afnemen van dunnedarmbiopten, maar deze antistoffen zijn niet sensitief en specifiek voor de ziekte gebleken. 7 Anti-endomysium antistoffen Het endomysium is een laagje bindweefsel tussen de gladde spiervezels in de muscularis mucosae van onder andere het maag-darmkanaal. Door middel van indirecte immunofluorescentiekleuring op apenslokdarmcoupes kunnen antistoffen tegen endomysium (ema) in het serum van de coeliakiepatiënt aangetoond worden (fig. 2). ema heeft voor coeliakie een positieve en negatieve likelihood ratio van respectievelijk 31.8 (95% bi 18,6-54,0) en 0.067 (95% bi 0,038-0,12), en een odds ratio van 553.6. 7 Coeliakie is dus zeer waarschijnlijk bij een patiënt met een positieve ema-test. Voor ema-bepaling is microscopische beoordeling echter vereist, waardoor er kans is op interobserver variatie. Desondanks is de sensitiviteit en specificiteit van ema-bepaling in gespecialiseerde laboratoria 98-100% en wordt de test momenteel beschouwd als de gouden standaard voor het bepalen van de specifieke coeliakieantistoffen. Hoewel apenslokdarm niet meer nodig is als substraat (menselijk navelstrengweefsel is ook geschikt), blijft het een relatief dure en bewerkelijke test. Anti-tissue transglutaminaseantistoffen De ontdekking dat het enzym tissue transglutaminase (tg2) het substraat is voor ema 8 betekende dat goedkopere en simpelere serologische tests (elisa) naar coeliakie ontwikkeld konden worden: de detectie van anti-tg2- antistoffen (tg2a) in serum. Tegelijkertijd nam het inzicht in de etiopathogenese van de ziekte met sprongen

46 Implementatie Figuur 2 ema aangetoond door indirecte immunofluorescentiekleuring. toe (zie kader). De sensitiviteit en specificiteit van tg2a liggen boven de 90%. De positieve en negatieve likelihood ratio voor coeliakie zijn respectievelijk 21.8 (95% bi 12,9-36,8) en 0.060 (95% bi 0,040-0,090), en de odds ratio 496. 7 Hoewel deze waarden bij ema hoger zijn, correleren hoge tg2a-titers (> 10 de upper limit of normal, uln) zeer goed met vlokatrofie van de dunne darm en is de test goedkoper en minder bewerkelijk dan de ema-bepaling. Anti-gedeamideerd gliadinepeptide Er bestaan sinds kort specifieke tests voor antistoffen tegen het gedeamideerde deel van gliadine, het daadwerkelijke antigeen bij coeliakie. Hoewel de resultaten van antideamidated gliadin peptide (anti-dgp-)tests goed zijn, zijn ze vooralsnog ondergeschikt aan die van tg2a en ema. 7 Etiopathogenese in een notendop De glutenpeptiden passeren de epitheellaag van de dunne darm en komen in de lamina propria terecht. Hier bevinden zich antigeenpresenterende cellen, die HLA-receptoren op hun oppervlak dragen met verschillende antigeenbindende groeven, waarmee ze specifieke peptiden aan CD4+ T-cellen kunnen presenteren. De antigeenbindende groeve van HLA-DQ2 en DQ8 geeft de voorkeur aan negatief geladen aminozuren. 8 Aangezien gliadine weinig negatieve lading bevat, was de sterke binding met HLA-DQ2 en DQ8 een raadsel. Tot men de rol van het enzym transglutaminase 2 (TG2) ontdekte. Dit enzym kan het neutrale glutamine (het meest voorkomende aminozuur in gliadine) deamideren en omzetten in negatief geladen glutaminezuur. 9 De gedeamideerde gliadinepeptiden binden wel stevig met HLA-DQ2- en DQ8-receptoren. Vervolgens veroorzaken geactiveerde CD4+ T-cellen een cytotoxische reactie, waarbij cytokinen (belangrijk zijn o.a. interferon gamma en interleukine-15) en specifieke coeliakieantistoffen worden geproduceerd, en epitheelcellen beschadigd raken. Bij weefselschade komt meer TG2 vrij, waardoor een vicieuze cirkel ontstaat met chronische ontsteking en vlokatrofie als resultaat. De nieuwe ESPGHAN-richtlijn De European Society of Gastroenterology, Hepatology and Nutrition (espghan) heeft een nieuwe evidence-based richtlijn gepubliceerd voor de diagnostiek naar coeliakie. 4 De redenen hiervoor waren: 1. erkenning van coeliakie als een systemische autoimmuunziekte, met karakteristieke genetische (hla), immunologische (o.a. ema, tg2a) en histologische (dunnedarmontsteking) eigenschappen; 2. de zeer hoge specificiteit en sensitiviteit van de ema en tg2a-tests voor coeliakie; 3. de correlatie van de tg2a-titers in het serum van coeliakiepatiënten met de ernst van de histologische schade in de dunne darm; 4. het brede spectrum van de histologische schade in de dunne darm van de coeliakiepatiënten van mild tot ernstig waardoor vlokatrofie niet (meer) altijd de gouden standaard is voor de diagnose van coeliakie. De nieuwe espghan-richtlijn onderscheidt twee algoritmen: kinderen met symptomen suggestief voor coeliakie, zoals het malabsorptiesyndroom; asymptomatische kinderen, kinderen met onduidelijke klachten en kinderen met coeliakiegeassocieerde aandoeningen Kinderen met symptomen suggestief voor coeliakie, zoals het malabsorptiesyndroom Indien deze kinderen tevens een verhoogd tg2a hebben, moeten zij worden beoordeeld door een kinderarts-maagdarm-lever (mdl) of door een kinderarts met kennis van coeliakie. Als het tg2a > 10 uln is, is de kans op vlokatrofie zeer hoog. Als ema en tg2a duidelijk positief zijn in een nieuw bloedmonster (om vals-positieve serologie uit te sluiten) en de patiënt hla-dq2 en/of dq8 positief is, is het verantwoord om het nemen van biopten voor de diagnose achterwege te laten. In alle andere gevallen is het nemen van dunnedarmbiopten noodzakelijk om de diagnose te stellen. Asymptomatische kinderen, kinderen met onduidelijke klachten en kinderen met coeliakiegeassocieerde aandoeningen Als de genen voor hla-dq2 en/of dq8 aanwezig zijn, of als hla-typering niet beschikbaar is, bepaalt men het totaal IgA en het IgA tg2a en/of ema. Het wordt aangeraden het onderzoek (jaarlijks) te herhalen bij een negatieve uitslag. Dunnedarmbiopten zullen bij deze groep altijd deel uitmaken van de diagnostiek naar coeliakie.

47 Conclusie Dankzij wetenschappelijke ontdekkingen in de genetica en immunologie is de diagnostiek naar coeliakie in de afgelopen jaren aanzienlijk veranderd. Vandaag de dag zijn de beschikbare diagnostische tests voor coeliakie: hla-typering: hla-dq2 en/of dq8; coeliakiespecifieke antistoftests tegen: tg2); ema); dgp); histologische analyse van biopten uit het duodenum. Referenties 1. Mearin ML. Celiac disease among children and adolescents. Curr Probl Pediatr Adolesc Health Care. 2007 Mar;37(3):86-105. 2. Green PH, Cellier C. Celiac disease. New Engl J Med. 2007 Oct 25;357(17):1731-43. 3. Abadie V, Sollid LM, Barreiro LB, Jabri B. Integration of genetic and immunological insights into a model of celiac disease pathogenesis. Annu Rev Immunol 2011;29:493-525. 4. Husby S, Koletzko S, Korponay-Szabo IR, Mearin ML, Phillips A, Shamir R, et al. European Society for Pediatric Gastroenterology, Hepatology, and Nutrition guidelines for the diagnosis of coeliac disease. J Pediatr Gastroenterol Nutr. 2012 Jan;54(1):136-60. 5. Sollid LM, Qiao SW, Anderson RP, Gianfrani C, Koning F. Nomenclature and listing of celiac disease relevant gluten T-cell epitopes restricted by HLA-DQ molecules. Immunogenetics. 2012 Jun;64(6):455-60. 6. Vader W, Stepniak D, Kooy Y, Mearin L, Thompson A, Rood JJ van, et al. The HLA-DQ2 gene dose effect in celiac disease is directly related to the magnitude and breadth of glutenspecific T cell responses. Proc Natl Acad Sci USA. 2003 Oct 14;100(21):12390-5. 7. Giersiepen K, Lelgemann M, Stuhldreher N, Ronfani L, Husby S, Koletzko S, et al. Accuracy of diagnostic antibody tests for coeliac disease in children: summary of an evidence report. J Pediatr Gastroenterol Nutr. 2012 Feb;54(2):229-41. 8. Tjon JM, Bergen J van, Koning F. Celiac disease: how complicated can it get? Immunogenetics. 2010 Oct;62(10):641-51. 9. Vader LW, Ru A de, Wal Y van der, Kooy YM, Benckhuijsen W, Mearin ML, et al. Specificity of tissue transglutaminase explains cereal toxicity in celiac disease. J Exp Med. 2002 Mar 4;195(5):643-9. Belangenverstrengeling: geen.