Effekten av en glutenfri diet på permeabiliteten av blodhjärnbarriären hos patienter med CIS

Bakgrund:

Störning av blod-hjärnbarriären (BBB) ​​tros spela en avgörande roll i patogenesen av multipel skleros (MS). Cramer et al. (2014) fann ökad BBB-permeabilitet hos MS-patienter jämfört med friska kontroller (HC) med högre värden i fall med nyligen återkommande skov (1). Dessutom kan BBB-permeabilitet bidra till att förutsäga omvandlingen av optisk neurit (ON) till MS (2). I samma studie fann man signifikanta korrelationer mellan BBB-permeabilitet, leukocytantal och nivåer av kemokinet CXCL10 i cerebrospinalvätska (CSF). Kemokiner tros bidra till MS-patogenes genom att locka leukocytpopulationer till CNS.

Sørensen et al. (1999) fann förhöjda nivåer av cytokinerna CXCL9, CXCL10 och CCL5 tillsammans med deras receptorer CXCR3 och CCR5 på leukocyter i CSF från MS-patienter under attacker (3). CXCR3 uttrycks i humana enterocyter, endotelceller i BBB och en mängd olika immunceller. Förhöjt uttryck av CXCR3 har också mätts på T-celler från MS-patienter jämfört med HC, och hos patienter under skov jämfört med remission (4). Exponering av tarmepitelcellinjer för gliadin har visat sig aktivera kemokinreceptorn CXCR3 och därmed leda till frisättning av zonulin (5). Ex vivo-experiment illustrerade att zonulin, som har identifierats som pre-haptoglobin 2, leder till en tids- och dosberoende, reversibel minskning av det transepiteliala elektriska motståndet (TEER) hos murina tunntarmsslemhinnor (6). Effekterna av zonulin på tarmpermeabiliteten antas bero på störningar av täta förbindelseintegritet.

En pilotstudie (7) visade en högre andel individer med ökad tarmpermeabilitet bland patienter med MS jämfört med könsmatchat HC. En randomiserad klinisk studie visade fördelaktiga effekter av en glutenfri diet (GFD) på årlig återfallsfrekvens, lesional aktivitet och utökad funktionshinderstatusskala (EDSS) hos patienter med skovvis förlöpande MS (RRMS), jämfört med en vanlig diet (8) ). Dessutom kan fynd av signifikant högre titrar av IgA mot gliadin, gluten och kasein hos MS-patienter jämfört med HC indikera en roll av näringsfaktorer i MS (8).

Glutens roll i patogenesen av celiaki (CD) är etablerad. I CD leder intag av gluten till utvecklingen av autoantikroppar mot enzymet transglutaminas 2 (TG2). Obduktioner av vit substans har visat TG2-immunreaktivitet i astrocyter från aktiverade MS-lesioner (9). Vidare ledde behandling med TG2-hämmare till attenuering av demyelinisering och kliniska brister hos råttor med kroniskt återfallande experimentell autoimmun encefalomyelit (EAE) (10). En GFD har också dokumenterats skydda mot typ 1-diabetes (T1D) hos möss (11) och förlänga den asymptomatiska perioden efter diagnos av T1D hos människor (12).

Slutligen har gliadinfragment dokumenterats stimulera produktionen av TNF-α och IL-8 i humana monocyter direkt (13). TNF-α har också visat sig ha en reglerande effekt på zonulin och öka permeabiliteten i endotel- och epitelcellskikten (14), vilket kan vara en indirekt mekanism genom vilken gluten kan inducera förändringar i tarmen och möjligen även BBB-permeabilitet. Ett högt glutenintag kan därmed inte bara öka inflödet av antigener, utan också aktivera vägar i det medfödda immunsystemet. Detta kan teoretiskt bidra till att etablera en inflammatorisk miljö och därigenom underlätta aktiveringen av autoreaktiva T-celler. Det skulle kunna antas att glutens roll i autoimmunitet inte är begränsad till att gluten i sig själv erkänns som ett antigen av personer med specifika HLA-genotyper, men gluten kan också öka risken för att förlora tolerans mot andra antigener.

Syfte:

Studien syftar till att undersöka om en GFD kan bidra till att minska BBB-permeabiliteten hos patienter med ON, annat kliniskt isolerat syndrom (CIS) och MS. Dessutom syftar studien till att identifiera möjliga effekter av en GFD på markörer för systemisk såväl som CNS-inflammation. Slutligen mäts tarmpermeabiliteten för att undersöka om det finns några korrelationer mellan permeabiliteten i tarmen och BBB samt det inflammatoriska tillståndet i tarmen och CNS. Att utvärdera effekterna av glutenintag på sjukdomsprogression kan bidra till att identifiera avgörande mekanismer som ligger till grund för patogenesen av CIS och MS, styra framtida forskning och designa nya, optimerade behandlingsprotokoll.

Hypotes:

Gluten kan öka tarmpermeabiliteten och därigenom höja antigeninflödet möjligen genom att aktivera CXCR3 på enterocyter. Ökad tarmpermeabilitet, tarminflammation och absorption av större gliadinmolekyler kan associeras med ökad permeabilitet hos BBB. Aktivering av BBB-endotelceller kan leda till förlust av tight junctional integritet, men också ökat integrinuttryck och därmed ökad extravasation av immunceller in i CNS.

Förväntat forskningsvärde:

Studien kan bidra till en bättre förståelse av patologierna vid ON och MS och ge underlag för utveckling av nya behandlingsprotokoll. Att bedriva evidensbaserad forskning om de möjliga effekterna av glutenintag på utvecklingen av autoimmuna sjukdomar kommer att minska desinformation samt belysa praktiska utmaningar i samband med genomförandet av kostinterventioner i behandlingssyfte. Studien är godkänd av Vetenskapsetiska kommittén.

Metoder:

Studien är en kliniskt kontrollerad, öppen interventionsstudie som omfattar 40 patienter med nyligen diagnostiserad CIS eller MS. Patienterna kommer att delas in i en interventionsgrupp och en kontrollgrupp, var och en om 20 patienter. Interventionsgruppen kommer att avstå från gluten i sex månader, medan patienter i kontrollgruppen kommer att behålla sina vanliga kostvanor. Före och efter interventionsperioden kommer en mängd olika mätningar att genomföras. Dessa inkluderar:

• Antropometriska mätningar: utförda för att övervaka möjliga effekter av GFD på deltagarnas kroppssammansättning.
• Kost- och livsstilsundersökningar: används för att övervaka deltagarnas kostvanor, rökstatus, träning, fysisk aktivitet, sömnmönster och livskvalitet.
• Kliniska åtgärder: Återfall, utökad skala för funktionshinder (EDSS), MS-diagnos, sjukdomsmodifierande behandling, T2-lesionsantal och lesionsbelastning. Behandlingsstatus och nyliga skov kommer att användas som kovariater i den logistiska regressionsanalysen.
• Dynamisk kontrastförstärkt MRI: används för att mäta permeabiliteten för BBB i flera vävnadssubtyper (normalt förekommande vit substans och grå substans och MS-lesioner) som segmenterat på högupplösta T2 FLAIR- och 3D T1-viktade bilder. Antalet nya eller förstärkande lesioner övervakas.
• Intestinal permeabilitetstest: utförs för att mäta intestinal permeabilitet och absorptionskapacitet.
• Lumbalpunktion: används för att fastställa sjukdomsaktivitet i CNS. Analyser inkluderar pre-haptoglobin 2, oligoklonala band, TNF-α, IL-1β, IL-8, INF-y, CXCL9, CXCL10, CCL5, immuncellantal, uttryck av CXCR3 på immunceller.
• Blodprover: används för att bestämma graden av inflammation utanför CNS och diagnostisera celiaki. Analyser inkluderar S100β, pre-haptoglobin 2, anti-gliadin antikroppar, CRP, TNF-α, IL-1β, INF-γ, immuncellantal, uttryck av CXCR3 på immunceller, endotoxin, fettsyrabindande protein i tarmen, 25-( OH)-kolekalciferol.
• Fekala prover: används för att mäta profilering av tarmmikrobiota och kortkedjiga fettsyror.

BBB och intestinal permeabilitet kommer inte bara att mätas genom en MRT-skanning respektive ett intestinal permeabilitetstest, utan även med hjälp av biomarkören zonulin. Att notera är att våra mätningar av zonulin i CSF (för BBB-permeabilitet) och serum (för intestinal permeabilitet) kommer att utföras i samarbete med biträdande professor Dr. Ian Galea, som har etablerat en unik analysmetod, baserad på western blotting med hjälp av en icke-kommersiellt, proprietär antikropp tillverkad av Biorad, för detta ändamål. Varannan analys som används i det vetenskapliga samfundet mäter både haptoglobin och zonulin, medan vår analys endast mäter zonulin och kännetecknas därför av ökad noggrannhet.

Förväntade resultat:

En glutenfri diet förväntas lindra CIS-symtom, förbättra livskvaliteten och minska risken för att CIS utvecklas till MS. Mekanistiskt förväntas detta manifesteras genom en normaliserad BBB och intestinal permeabilitet, minskad lesional aktivitet och genom att dämpa aktiviteten hos ett tidigare överaktivt immunsystem. Om vår hypotes visar sig vara korrekt bör MS- och CIS-patienter informeras om resultaten av studien och möjligheten att följa en GFD kan potentiellt bli en del av den standardiserade patientbehandlingen på sjukhus.

Publicering av resultat:

Resultat kommer att publiceras oberoende av studieresultat. Positiva, negativa och ofullständiga resultat kommer att publiceras. Resultaten förväntas publiceras i peer-reviewed internationella tidskrifter.