Effekten av en glutenfri diett på permeabiliteten til blodhjernebarrieren hos pasienter med CIS

Bakgrunn:

Forstyrrelse av blod-hjernebarrieren (BBB) ​​antas å spille en kritisk rolle i patogenesen av multippel sklerose (MS). Cramer et al. (2014) fant økt BBB-permeabilitet hos MS-pasienter sammenlignet med friske kontroller (HC) med høyere verdier i tilfeller med nylige tilbakefall (1). Videre kan BBB-permeabilitet bidra til å forutsi konvertering av optisk neuritt (ON) til MS (2). I samme studie ble det funnet signifikante korrelasjoner mellom BBB-permeabilitet, leukocyttall og nivåer av kjemokinet CXCL10 i cerebrospinalvæske (CSF). Kjemokiner antas å bidra til MS-patogenesen ved å tiltrekke leukocyttpopulasjoner til CNS.

Sørensen et al. (1999) fant forhøyede nivåer av cytokinene CXCL9, CXCL10 og CCL5 sammen med deres reseptorer CXCR3 og CCR5 på leukocytter i CSF fra MS-pasienter under angrep (3). CXCR3 uttrykkes i humane enterocytter, endotelceller i BBB og en rekke immunceller. Forhøyet ekspresjon av CXCR3 er også målt på T-celler fra MS-pasienter sammenlignet med HC, og hos pasienter under tilbakefall sammenlignet med remisjon (4). Eksponering av intestinale epitelcellelinjer for gliadin har vist seg å aktivere kjemokinreseptoren CXCR3 og dermed føre til frigjøring av zonulin (5). Ex vivo-eksperimenter illustrerte at zonulin, som er identifisert som pre-haptoglobin 2, fører til en tids- og doseavhengig, reversibel reduksjon av den transepiteliale elektriske motstanden (TEER) i murin tynntarmslimhinne (6). Effektene av zonulin på tarmpermeabiliteten antas å skyldes forstyrrelse av integriteten i tette koblinger.

En pilotstudie (7) viste en høyere andel individer med økt intestinal permeabilitet blant pasienter med MS sammenlignet med kjønnsmatchet HC. En randomisert klinisk studie viste gunstige effekter av en glutenfri diett (GFD) på årlig tilbakefallsrate, lesjonsaktivitet og utvidet funksjonshemming statusskala (EDSS) hos pasienter med residiverende-remitterende MS (RRMS), sammenlignet med en vanlig diett (8 ). I tillegg kan funn av signifikant høyere titere av IgA mot gliadin, gluten og kasein hos MS-pasienter sammenlignet med HC, indikere en rolle av ernæringsfaktorer i MS (8).

Rollen til gluten i patogenesen av cøliaki (CD) er etablert. I CD fører kostinntak av gluten til utvikling av autoantistoffer mot enzymet transglutaminase 2 (TG2). Obduksjoner av hvit substans har vist TG2-immunreaktivitet i astrocytter fra aktiverte MS-lesjoner (9). Videre førte behandling med TG2-hemmere til demping av demyelinisering og kliniske mangler hos rotter med kronisk residiverende eksperimentell autoimmun encefalomyelitt (EAE) (10). En GFD er også dokumentert for å beskytte mot type 1 diabetes (T1D) hos mus (11) og forlenge den asymptomatiske perioden etter diagnose av T1D hos mennesker (12).

Til slutt er det dokumentert at gliadinfragmenter stimulerer produksjonen av TNF-α og IL-8 i humane monocytter direkte (13). TNF-α har også vist seg å ha en regulerende effekt på zonulin og øke permeabiliteten til endotel- og epitelcellelagene (14), noe som kan være en indirekte mekanisme som gluten kan indusere endringer i tarmen og muligens også BBB permeabilitet. Et høyt gluteninntak kan dermed ikke bare øke tilstrømningen av antigener, men også aktivere veier til det medfødte immunsystemet. Dette kan teoretisk bidra til å etablere et inflammatorisk miljø og derved lette aktiveringen av autoreaktive T-celler. Det kan antas at rollen til gluten i autoimmunitet ikke er begrenset til at gluten i seg selv blir anerkjent som et antigen av personer med spesifikke HLA-genotyper, men gluten kan også øke risikoen for å miste toleranse mot andre antigener.

Hensikt:

Studien tar sikte på å undersøke om en GFD kan bidra til å redusere BBB-permeabilitet hos pasienter med ON, annet klinisk isolert syndrom (CIS) og MS. Videre søker studien å identifisere mulige effekter av en GFD på markører for systemisk så vel som CNS-betennelse. Til slutt måles tarmpermeabiliteten for å undersøke om det er noen sammenhenger mellom permeabiliteten til tarmen og BBB samt den inflammatoriske tilstanden i tarmen og CNS. Evaluering av effekten av gluteninntak på sykdomsprogresjon kan bidra til å identifisere avgjørende mekanismer som ligger til grunn for patogenesen til CIS og MS, styre fremtidig forskning og utforme nye, optimaliserte behandlingsprotokoller.

Hypotese:

Gluten kan øke tarmpermeabiliteten og dermed øke antigentilstrømningen, muligens ved å aktivere CXCR3 på enterocytter. Økt tarmpermeabilitet, tarmbetennelse og absorpsjon av større gliadinmolekyler kan være assosiert med økt permeabilitet av BBB. Aktivering av BBB-endotelceller kan føre til tap av tight junctional integritet, men også økt integrinekspresjon og dermed økt ekstravasasjon av immunceller inn i CNS.

Forventet forskningsverdi:

Studien kan bidra til en bedre forståelse av patologiene ved ON og MS og gi grunnlag for utvikling av nye behandlingsprotokoller. Gjennomføring av evidensbasert forskning vedrørende mulige effekter av gluteninntak på progresjon av autoimmune sykdommer vil redusere feilinformasjon samt belyse praktiske utfordringer knyttet til implementering av kosttiltak i behandlingsformål. Studien er godkjent av Vitenskapsetisk komité.

Metoder:

Studien er en klinisk kontrollert, åpen intervensjonsstudie som inkluderer 40 pasienter med nylig diagnostisert CIS eller MS. Pasientene vil bli delt inn i en intervensjonsgruppe og en kontrollgruppe, hver på 20 pasienter. Intervensjonsgruppen vil avstå fra gluten i seks måneder, mens pasientene i kontrollgruppen vil beholde sine vanlige kostholdsvaner. Før og etter intervensjonsperioden vil det bli gjennomført en rekke målinger. Disse inkluderer:

• Antropometriske målinger: utført for å overvåke mulige effekter av GFD på deltakernes kroppssammensetning.
• Kostholds- og livsstilsundersøkelser: brukes til å overvåke deltakernes kostholdsvaner, røykestatus, trening, fysisk aktivitet, søvnmønster og livskvalitet.
• Kliniske tiltak: Tilbakefall, utvidet funksjonshemmingsstatusskala (EDSS), MS-diagnose, sykdomsmodifiserende behandling, antall T2-lesjoner og lesjonsbelastning. Behandlingsstatus og nylige tilbakefall vil bli brukt som kovariater i den logistiske regresjonsanalysen.
• Dynamisk kontrastforsterket MR: brukes til å måle permeabiliteten til BBB i flere vevssubtyper (normalt forekommende hvit substans og grå substans og MS-lesjoner) som segmentert på høyoppløselige T2 FLAIR og 3D T1 vektede bilder. Antallet nye eller forsterkende lesjoner overvåkes.
• Intestinal permeabilitetstest: utført for å måle intestinal permeabilitet og absorpsjonskapasitet.
• Lumbalpunktur: brukes til å bestemme sykdomsaktivitet i CNS. Analyser inkluderer pre-haptoglobin 2, oligoklonale bånd, TNF-α, IL-1β, IL-8, INF-y, CXCL9, CXCL10, CCL5, immuncelletall, ekspresjon av CXCR3 på immunceller.
• Blodprøver: brukes til å bestemme graden av betennelse utenfor CNS og diagnostisere cøliaki. Analyser inkluderer S100β, pre-haptoglobin 2, anti-gliadin antistoffer, CRP, TNF-α, IL-1β, INF-γ, immuncelletall, ekspresjon av CXCR3 på immunceller, endotoksin, tarmfettsyrebindende protein, 25-( OH)-kolekalsiferol.
• Fekalprøver: brukes til å måle tarmmikrobiotaprofilering og kortkjedede fettsyrer.

BBB og intestinal permeabilitet vil ikke bare bli målt gjennom henholdsvis en MR-skanning og en intestinal permeabilitetstest, men også ved bruk av biomarkøren zonulin. Bemerkelsesverdig er at våre målinger av zonulin i CSF (for BBB-permeabilitet) og serum (for intestinal permeabilitet) vil bli utført i samarbeid med adjunkt Dr. Ian Galea, som har etablert en unik analysemetode, basert på western blotting ved bruk av en ikke-kommersielt, proprietært antistoff produsert av Biorad, for dette formålet. Annenhver analyse som brukes i det vitenskapelige miljøet måler både haptoglobin og zonulin, mens vår analyse kun måler zonulin og er derfor preget av økt nøyaktighet.

Forventede resultater:

En glutenfri diett forventes å lindre CIS-symptomer, forbedre livskvaliteten og redusere risikoen for at CIS utvikler seg til MS. Mekanistisk forventes dette å manifesteres gjennom en normalisert BBB og intestinal permeabilitet, redusert lesjonsaktivitet og ved å dempe aktiviteten til et tidligere overaktivt immunsystem. Hvis hypotesen vår viser seg å være korrekt, bør MS- og CIS-pasienter informeres om resultatene av studien og muligheten for å følge en GFD kan potensielt bli en del av den standardiserte pasientbehandlingen på sykehus.

Publisering av resultater:

Resultatene vil bli publisert uavhengig av studieresultatet. Positive, negative og inkonklusive resultater vil bli publisert. Resultatene forventes å bli publisert i fagfellevurderte internasjonale tidsskrifter.