Biomarkers for assessing ethanol consumption and development of alcoholic liver disease: immune responses against ethanol metabolites, cytokine profiles and markers of fibrogenesis

Abstract

Väitöstutkimuksessa selvitettiin alkoholin suurkulutuksen aiheuttamia immuunivasteita ja niiden yhteyttä alkoholisairauksien syntyyn, erityisesti maksafibroosiin. Tutkimuksessa havaittiin, että alkoholin suurkuluttajilla esiintyy immuunivasteita, jotka kohdistuvat alkoholin aineenvaihduntatuotteisiin. Näillä immuunivasteilla saattaa olla sekä diagnostisia että patogeenisiä sovellutuksia alkoholin aiheuttamien sairauksien tutkimisessa. Tulokset viittaavat myös siihen, että maksasairailla alkoholisteilla sekä pro-inflammatoristen ja anti-inflammatoristen sytokiinien välinen tasapaino että kollageenin synteesin ja hajoamisen välinen tasapaino ovat häiriintyneet. Nämä tulokset tarjoavat uusia mahdollisuuksia tunnistaa ne ihmiset, joilla on suurentunut riski sairastua fibroosiin ja kirroosiin alkoholinkäytön seurauksena.

Tutkimuksessa määritettiin perinteisten laboratoriokokeiden (MCV, GGT, CDT, AST, ALT) lisäksi autoim-muunivasteita asetaldehydin muokkaamia proteiineja vastaan, sytokiiniprofiileja, fibrogeneesin osoittimia (PIIINP, PINP ja hyaluronihappo) sekä kollageenin hajoamista kuvaavia markkereita (β-CrossLaps ja ICTP). Tutkimuksessa oli mukana maksasairaita alkoholisteja, alkoholisteja, joilla ei ole maksasairautta sekä alkoho-lin kohtuukäyttäjiä ja täysraittiita. Maksasairailla alkoholisteilla IgA-tasot sekä asetaldehydiaddukteja että kudostransglutaminaasia (tTG) (joka perinteisesti on totuttu liittämään keliakiaan) vastaan olivat merkittävästi korkeammat kuin terveillä kontrolleilla tai alkoholisteilla, joilla ei ole maksasairautta. Näiden kahden vasta-aineen kohoamisella havaittiin olevan myös merkittävä keskinäinen yhteys. Sidekudoksen hajoamista kuvaavat kokeet olivat maksasairailla alkoholisteilla matalammat kuin terveillä kontrolleilla tai alkoholisteilla, joilla ei ole maksasairautta. Sen sijaan sidekudoksen synteesiä kuvaavat kokeet olivat alkoholimaksasairailla merkittävästi korkeammat. Hajoamisen ja synteesin osoittimista lasketulla suhteella saavutettiin myös erinomainen herkkyys (94 %) ja tarkkuus (98 %) maksasairaiden alkoholistien tunnistamisessa.

Suomessa vuonna 2005 alkoholisyyt nousivat työikäisten miesten yleisimmäksi kuolinsyyksi ja naisten toiseksi yleisimmäksi heti rintasyövän jälkeen. Maksakirroosin esiintyvyys maassamme on lisääntynyt lyhyessä ajassa yli 50 %:lla.

Although excessive ethanol consumption is a significant cause of health problems in most Western countries, the primary mechanisms of ethanol-induced diseases have remained largely unknown. There has also been a lack of specific methods for assessing ethanol-induced health problems.

This study sets out to explore the associations and diagnostic usefulness of immune responses induced by ethanol metabolites, biomarkers of ethanol con-sumption, cytokines and fibrogenesis in alcohol consumers. Conventional labora-tory markers of excessive ethanol consumption (MCV, GGT, CDT, AST, ALT), autoimmune responses to proteins modified by acetaldehyde (the first metabolite of ethanol), cytokine profiles and markers of fibrogenesis (carboxyterminal propeptides of type I and type III procollagens, PINP and PIIINP and hyaluronic acid), and markers of collagen degradation (aminoterminal telopeptides of type I collagen, β-CrossLaps and ICTP) were measured in alcoholics with or without liver disease, moderate drinkers and abstainers.

Anti-acetaldehyde adduct IgA levels were significantly higher in the alcohol-ics than in the moderate drinkers or abstainers. The values in the moderate drink-ers were also higher than those in the abstainers. Anti-acetaldehyde adduct IgAs correlated significantly with the amount of ethanol consumed during the month preceding blood sampling (r = 0.67, p The patients with alcoholic liver disease (ALD) had significantly higher levels of IgAs, not only against acetaldehyde adducts but also against tissue transgluta-minase (tTG), than did the healthy controls or alcoholics without liver disease. There was also a significant co-occurrence between these two antibodies in the alcohol consumers. Anti-tTG IgA showed significant positive correlations with proinflammatory cytokines (IL-2, IL-6, IL-8, TNF-α) and negative correlations with anti-inflammatory cytokines (IL-1, TGF-β). Highly positive correlations oc-curred between anti-tTG IgA and markers of fibrogenesis (PIIINP, hyaluronic acid).

Serum β-CrossLaps (β-CTx) in ALD patients were at a significantly lower level than in the healthy controls or the alcoholics without liver disease, while PINP and PIIINP, reflecting type I and type III collagen synthesis, respectively, were significantly increased. The alcoholics without liver disease showed values which were not significantly different from those of the healthy controls. Serum β-CTx correlated negatively with serum PIIINP and pro-inflammatory cytokines (IL-2, IL-6, IL-8, TNF-α), and positively with anti-inflammatory cytokines (IL-1, TGF-β), whereas serum PIIINP correlated positively with pro-inflammatory cyto-kines and negatively with anti-inflammatory cytokines. Calculation of the PIIINP/β-CTx ratio was found to yield an excellent sensitivity (94 %) and speci-ficity (98 %) in differentiating alcoholics with liver disease.

The present data suggest that anti-acetaldehyde adduct IgAs may provide a new clinically useful marker of excessive ethanol consumption. Specific immune responses to ethanol metabolites may prove to have both diagnostic and patho-genic implications in ethanol-related diseases. The close association between anti-tTG and anti-acetaldehyde adduct IgAs may indicate that, under conditions in which the integrity of the intestinal barriers has been disrupted upon ethanol in-take and acetaldehyde exposure, there may be common mucosal responses to such antigens. The results also suggest that patients with alcoholic liver disease have a disturbed balance between pro-inflammatory and anti-inflammatory cytokines and between collagen synthesis and degradation, which may facilitate fibrogenesis in ALD. These findings also have implications for the development of non-invasive tools for discriminating individuals at risk for fibrogenesis.