Am. J. Respir. Crit. Care Med., Volume 165, Number 2, January 2002, 148-151

Полиморфизм кластера генов интерлейкина-1 при саркоидозе и идиопатическом легочном фиброзе

BEATA HUTYROVA, PANAGIOTIS PANTELIDIS, JIRI DRABEK, MONIKA ZURKOVA, VITEZSLAV KOLEK, KAREL LENHART, KENNETH I. WELSH, ROLAND M. DU BOIS, and MARTIN PETREK
Departments of Immunology, Biology, and Respiratory Medicine, PalackyUniversity, Olomouc, Czech Republic; and Molecular Genetics Unit, Imperial College of Science, Technology and Medicine, London, United Kingdom

Реферат

Члены семейства интерлейкина-1 (IL-1) вовлечены в патогенез саркоидоза и идиопатического легочного фиброза (IPF). Поэтому, мы выполнили исследование дизайна случай-контроль, чтобы исследовать вероятную связь между саркоидозом и полиморфизмами генов IL-1alpha, IL-1beta и антагониста рецепторов IL-1 (IL-1Ra). Как отдельный вопрос, мы исследовали, связаны ли вышеупомянутые гены с IPF. Используя ПЦР, были определены полиморфизмы IL-1alpha-889, IL-1beta -11, IL-1beta +3953 и IL-1RA интрон 2 VNTR у 348 белых индивидуумов (95 пациентов с саркоидозом, 54 пациента с IPF и 199 здоровых индивидуумов в группе контроля). Генотип IL-11alpha-889 1.1 был значительно более частым у пациентов с саркоидозом по сравнению с группой контроля (60.0 против 44.2 %, p = 0.012). Распределение IL-1beta -511, IL-1beta +3953 и IL-1RA VNTR генотипов значительно не отличалось между пациентами и группой контроля. Никакой связи между IPF и исследованными полиморфизмами найдено не было. Наблюдалась сильное неравновестное сцепление между парами полиморфных локусов. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы подтвердить наблюдаемую связь между саркоидозом и полиморфизмом IL-1alpha а также исследовать механизмы участия IL-1alpha-889 в аберрации иммунного ответа при саркоидозе.

Введение

Саркоидоз и идиопатический легочный фиброз (IPF) являются наиболее часто встречающимися диффузными болезнями легкого с мультифакторной этиологией, которые вероятно развиваются у наследственно предрасположенных индивидуумов в ответ на тригеры окружающей среды (1, 2). Наблюдаемые различия в клинических проявлениях и серьезности саркоидоза между расовыми и этническими группами, вместе с семейной группировкой обеих болезней, предполагают существование наследственной предрасположенности к этим болезням. Поскольку паттерн наследования саркоидоза и IPF не является простым Менделевским, в этот процесс вероятно вовлечены несколько генетических локусов.

Интерлейкин -1 (IL-1) - цитокин с фиброгенетическими и провоспалительными свойствами. Наиболее важные члены семейства IL-1 - IL-1alpha, IL-1beta и их естественый ингибитор, антагонист рецепторов IL-1 (IL-1Ra) (3). Гены, кодирующие IL-1alpha, IL-1beta и IL-1RA расположены на хромосоме 2q13-21 (4). Были описаны биаллельные полиморфизмы в позициях IL-1alpha -889, IL-1beta -511 и IL-1beta +3953, все они представляют C/T полиморфизм единственного нуклеотида (SNP) (5-7). Ген IL-1RA (IL-1RN) содержит 86-bp VNTR полиморфизм (VNTR - переменное число тандемных повторов) в интроне 2 (8). В пределах кластера генов IL-1 наблюдается неравновесное сцепление между полиморфными маркерами (9, 10).

Эти полиморфизмы расположены в пределах регулирующих регионов гена и поэтому потенциально важны, модулируя производство IL-1. IL-1, как известно, является одним из основных медиаторов, участвующих в аберрации иммунного ответа при диффузных болезнях легкого. При саркоидозе, альвеолярные макрофаги производят большое количество IL-1beta, сопровождаемое уменьшением производства IL-1RA (11). Уменьшенное отношение IL-1RA / IL-1beta в бронхоальвеолярном лаваже (БАЛ), возможно является маркером, связанным с персистированием гранулематозных повреждений (12). При острых легочных фиброзных изменениях, IL-1 участвует в начальных процессах, ведущих к обширному накоплению межклеточного матрикса и ремоделлированию ткани, независимо от этиологии болезни (13).

В предыдущих исследованиях, кластер генов IL-1, содержащих ген-кандидат саркоидоза и IPF, был вовлечен в генетическую восприимчивость к обеим болезням: саркоидоз был связан с полиморфным маркером гена IL-1alpha, IPF с IL-1RN +2018, который связан с IL-1RN VNTR (9, 14, 15). Поэтому, мы исследовали, связаны ли полиморфизмы генов IL-1alpha, IL-1beta и IL-1RA с саркоидозом. Мы также исследовали, связаны ли эти полиморфизмы с IPF.

Пациенты

В исследование были привлечены 199 здоровых индивидумов в группу контроля, 95 пациентов с саркоидозом и 54 пациента с IPF. Все пациенты были жителями Чешской Республики.

У пациентов с саркоидозом диагноз и степень болезни были определены на основании клинических, радиологических и лабораторных критериев, вместе с обнаружением неказеозных гранулем в материалах биопсии (16). Диагноз был поддержан наличием CD4+ лимфоцитоза в БАЛ.

Диагноз IPF был основан на критериях ATS/ERS (17): типичные клинические особенности и ненормальности при компьютерной томографии с высоким разрешением (КТВР), патологические тесты функции легкого с уменьшением DLCO и/или дыхательная недостаточность рестриктивного типа, исключение других известных причин интерстициальной болезни легкого и подтверждение при хирургической биопсии (у 33 из 54 пациентов). У 21 пациента бронхоальвеолярный лаваж или трансбронхиальная биопсия легкого позволили исключить другие диагнозы без проведения хирургической биопсии.

Группа контроля состояла из Чешских доноров костного мозга. Присутствие любой болезни легкого в группе контроля было исключено. Исследование было одобрено комитетом по этике Medical Faculty и University Hospital Olomouc.

Результаты

Полиморфизм IL-1alpha

Сравнение генотипов IL-1alpha -889 показало, что IL-1alpha -889 1.1 гомозиготы были значительно более часты при саркоидозе по сравнению с группой контроля (60.0 % против 44.2 %, p = 0.012, pcorr = 0.047), принимая во внимание, что частота IL-1alpha -889 1.2 гетерозигот была уменьшена (32.6 % против 47.7 %, p = 0.015, pcorr = 0.059). OR для IL-1alpha -889 1.1 гомозигот был 1.9 (95 % CI 1.1-3.1). Частота аллели IL-1alpha -889 аллели 1 была выше у пациентов с саркоидозом чем в группе контроля (76.3 % против 68.1 %, p = 0.04, pcorr = 0.151). У пациентов с IPF генотип и частоты аллели значительно не отличались от группы контроля и пациентов с саркоидозом.

Полиморфизм IL-1beta

У пациентов с IPF по сравнению с группой контроля имелась слабая тенденция к уменьшению частоты IL-1beta -511 1.1 гомозиготы (29.6 % против 42.7 %, p = 0.086) с увеличением частоты IL-1beta -511 2.2 гомозиготы (20.4 % против 12.1 %, p = 0.103). Частота аллеля IL-1beta -511 2 была увеличена у пациентов с IPF по сравнению с группой контроля (45.4 % против 34.7 %, p = 0.039, pcorr = 0.147). Распределение IL-1beta +3953 значительно не отличалось между пациентами и группой контроля.

Полиморфизм IL-1Ra

Частота IL-1RN 1 имела тенденцию быть увеличенной при саркоидозе по сравнению с группой контроля (73.7 % против 67.3 %, p = 0.1).

Связь между парами полиморфных локсов и оценка неравновесности сцепления

Были рассчитаны частоты гаплотипов для пар полиморфизмов. В группе контроля имелась существенная неравновесность сцепления между следующими парами: IL-1alpha -889 и IL-1beta +3953; IL-1beta -511 и IL-1beta +3953; IL-1RN и IL-1 beta -511; и IL-1RN и IL-1beta +3953. Сравнение величин неравновесности сцепления (Dij) между пациентами и группой контроля не показало никаких существенных различий для любой пары полиморфизмов.

Обсуждение

В настоящем исследовании мы сравнили распределение IL-1alpha - 889, IL-1beta -511, IL-beta +3953, и IL-1RA интрон 2 VNTR полиморфизмов между пациентами с саркоидозом и группой контроля а также между группой контроля и пациентами с IPF. Мы описываем связь между полиморфизмом IL-1alpha -889 и саркоидозом. У индивидуумов с IL-1alpha -889 1.1 генотипом болезнь развивалась почти в 2 раза чаще, чем у индивидуумов с IL-1 -889 1.2 и IL-1alpha -889 2.2 генотипом. У пациентов с IPF мы не обнаружили никаких аллельных различий для исследованных полиморфизмов. Затем мы оценили неравновесность сцепления между маркерами в кластере гена IL-1. Пациенты с саркоидозом значительно не отличались от группы контроля по степени неравновесности сцепления между парами полиморфизмов.

Наше наблюдение, указывающее на участие гена IL-1alpha в восприиимчивости к саркоидозу совместимо с сообщением Rybicki с коллегами (14), которые обнаружили связь микросателлитного маркера IL-1alpha 2q13 с саркоидозом у афро-американцев. В группе Чешских пациентов, мы не обнаружили связи между IL-1RN и IL-1beta +3953 полиморфизмами и саркоидозом, что согласуется с результатами Японского исследования (21).

Наши данные показывают, что для секреции IL-1alpha, IL-1beta, и IL-1RA характерна межиндивидуальная изменчивость, зависящая от паттерна полиморфизмов кластера генов IL-1. Механизмы изменения экспрессии гена, связанного с этими полиморфизмами, пока не известны. Поскольку исследованные полиморфизмы лежат в регулирующих регионах генов (или в кодирующих последовательностях), они могут затрагивать уровень белковой экспрессии (22). Недавно, роль полиморфизма IL-1alpha -889 в производстве IL-1alpha и IL-1beta была продемонстрирована in vivo. В случае серьезной периодонтальной болезни, аллель IL-1alpha -889 2 была связана с увеличенными уровнями IL-1beta в десневой жидкости (25). У здоровых индивидуумов, гомозиготных по IL-1alpha -889 2, плазменные уровни IL-1beta увеличены по сравнению с пациентами с другими генотипами; это увеличение связано с IL-1beta -511 2 (22).

Связь полиморфизма с измененным белковым производством может происходить из-за сцепления с другим маркером, непосредственно влияющим на экспрессию гена. El-Omar с коллегами (26) продемонстрировали изменение взаимодействия ДНК-белок вследствие полиморфизмома ТАТА-бокса (ТАТА-бокс - специфическая последовательность нуклеотидов, присутствующая в промоторных областях генов, выполняющая регуляторную функцию - участвует в инициации транскрипции, обеспечивая ориентацию РНК-полимеразы относительно промотора), который находится в полном сцеплении с IL-1beta -511. Поэтому, связь между IL-1alpha -889 и саркоидозом, наблюдаемая в нашем исследовании, может быть показательна для сцепления с функциональными вариантами в другом близком локусе. IL-1alpha -889 находится в сильном неравновесном сцеплении с IL-1beta +3953 в Чешской популяции, также как и у британских белых (10). Полиморфизм IL-1beta +3953 также in vitro регулирует производство IL-1beta мононуклеарными клетками периферической крови (PBMC) (7). Однако, предположение, что влияние IL-1alpha -889 на плазменые уровни IL-1beta происходит посредством IL-1beta +3953, не было подтверждено в исследовании Hulkkonen (22).

Аллель IL-1alpha -889 2 был связан с ювенильным ревматоидным артритом, периодонтитом и болезнью Альцгеймера (5, 27, 28). Мы наблюдали увеличенную частоту IL-1alpha -889 1.1 генотипа у пациентов с саркоидозом. Хорошо известно, что при активном саркоидозе наблюдается спонтаное производство IL-1beta альвеолярными макрофагами (11). Поскольку влияние полиморфизма на белковое производство может отличиться в зависимости от ткани и типа клеток, необходимы дальнейшие исследования, чтобы оценить регулирующую роль IL-1alpha -889 в местном производстве цитокинов (22).

В отличие саркоидоза, мы не наблюдали никакой связи между полиморфизмами кластера генов IL-1 и IPF. Whyte с коллегами (15) описали связь IL-1RN +2018 полиморфизма с фиброзирующим альвеолитом у английских и итальянских белых. IL-1RN +2018 находится в полном сцеплении с IL-1RN VNTR (9). Однако, мы не обнаружили связь между IL-1RN VNTR аллелями и IPF у наших пациентов. Поскольку сцепление зависит от популяции, мы не можем исключить возможность неравновесного сцепления между этими двумя маркерами гена IL-1RN, которое отсутствует в чешской популяции. Однако, наблюдение сопоставимой степени неравновесности сцепления между полиморфными локусами в пределах кластера генов IL-1 у чешских и британских белых (10), не поддерживает эту возможность.

В этом сообщении мы описываем связь полиморфизма IL-1alpha -889 с саркоидозом в Чешской популяции. Имеет ли IL-1alpha -889 прямой функциональный эффект на экспрессию гена или эта связь наблюдается из-за неравновесного сцепления с другим полиморфизмом в пределах кластера генов IL-1, должно быть исследованно.