Original article
Association of interleukin 13 promoter gene polymorphism with atopic dermatitis

Atopowe zapalenie skóry (AZS) jest uwarunkowaną genetycznie, przewlekłą i nawrotową chorobą zapalną, z charakterystycznymi zmianami wypryskowymi, którym towarzyszy uporczywy świąd i suchość skóry. AZS należy do najczęstszych chorób skóry i występuje u 10–30% populacji [1–3]. W zmianach skórnych u pacjentów z AZS obserwuje się nacieki złożone z aktywowanych limfocytów T, eozynofili oraz mastocytów i komórek Langerhansa (KL) [2, 4]. W przebiegu choroby wyróżnia się 2 fazy – ostrą i przewlekłą. Faza ostra charakteryzuje się wzrostem liczby KL z immunoglobuliną E (IgE) i wzrostem ekspresji receptora FceRI o wysokim powinowactwie do IgE oraz dominacją limfocytów Th2, które wydzielają IL-4, IL-5 i IL-13. W fazie tej występuje również wzmożone wytwarzanie IgE przez limfocyty B. Fazę przewlekłą charakteryzuje natomiast aktywacja limfocytów Th1 wytwarzających interferon gamma (IFN-γ), czynnik martwicy nowotworów (TNF-α), interleukinę (IL) 8, IL-12 i wiele innych prozapalnych cytokin [4]. Wykazano także, że obniżona w tej fazie produkcja TNF-α i IFN-γ przy jednoczesnym zwiększeniu wytwarzania IL-4 i IL-13 może być przyczyną zwiększonej podatności skóry chorych z AZS na infekcje Staphylococcus aureus [5, 6]. Kluczową rolę w indukowaniu nadmiernej produkcji przeciwciał IgE w fazie ostrej odgrywają dominujące w skórze limfocyty Th2 i wytwarzane przez nie cytokiny, z których najsilniejszy wpływ na syntezę IgE mają IL-4 i IL-13 [4, 7, 9, 10]. Interleukina 13 jest niezbędna do przełączania syntetyzowanych przez limfocyty B przeciwciał w kierunku syntezy IgE i IgG4. Stymuluje ona ponadto różnicowanie i przedłuża czas przeżycia komórek tucznych i eozynofili [4]. Niski poziom IgE obserwowany u chorych na niealergiczną postać AZS wiąże się z obniżoną ekspresją IL-13 w limfocytach T i brakiem pobudzenia limfocytów B do jej syntezy. W porównaniu z osobami z alergiczną postacią AZS, u chorych z niealergiczną postacią tej dermatozy obserwowano niższą ekspresję mRNA IL-13 zarówno w zmianach skórnych, jak i w limfocytach T izolowanych z tych zmian [2, 15]. Badania sprzężeń z użyciem mikrosatelitarnego DNA wskazują na wielogenowy sposób dziedziczenia AZS. Wykazano, iż geny podatności na tę chorobę zlokalizowane są w różnych chromosomach. Są to chromosomy 2q, 4q, 5q, 6p, 11q, 12q, 13q, 14q, 16q, 17q i 19q [3, 8]. Gen interleukiny 13 leży w regionie 5q31-33 [3, 4, 8, 9, 11, 16, 23, 28] i wykazuje wiele jednonukleotydowych polimorfizmów (SNP) dotyczących regionu promotora, sekwencji kodujących i niekodujących genu. Stwierdzono, iż zamiana cytozyny na tyminę w pozycji –1024 promotora może mieć wpływ na transkrypcję genu IL-13, a także mieć związek z chorobami atopowymi i podwyższoną syntezą IgE [12, 15, 16, 17, 20, 22, 23, 24].
Cel pracy
Celem niniejszej pracy było porównanie częstości występowania wariantów polimorficznych –1024 C/T promotora genu interleukiny 13 u chorych na AZS oraz w kontrolnej grupie zdrowych.
Materiał i metody
Analizie poddano 111 osób chorych na AZS, leczonych w Klinice Dermatologii, Wenerologii i Alergologii Akademii Medycznej w Gdańsku. Rozpoznanie AZS zostało ustalone z uwzględnieniem kryteriów zaproponowanych przez Hanifina i Rajkę [25]. Grupę kontrolną stanowiło 65 osób zdrowych, z ujemnym wywiadem rodzinnym w kierunku chorób atopowych. Od wszystkich badanych pobierano 5 ml krwi w celu wyizolowania genomowego DNA. W celu oznaczenia polimorfizmu –1024 C/T genu IL-13 zastosowano metodę allelospecyficznej reakcji cyklicznej polimerazy (ARMS-PCR) opisanej w pracy Hummelshoj i wsp. [15]. Otrzymane wyniki poddano analizie statystycznej przy użyciu testu χ².
Wyniki
W kontrolnej grupie osób zdrowych najczęściej obserwowano genotyp CC (62%), natomiast genotypy CT i TT występowały odpowiednio z częstością 31% i 6%. W porównaniu z grupą kontrolną, u chorych na AZS statystycznie częściej wykrywano heterozygotyczny genotyp CT, odpowiednio 55% i 31%, OR, 2, 1, p<0,028. Podobnie częściej niż w grupie kontrolnej u chorych z AZS obserwowano nosicieli allela T (genotyp CT + TT); allel T wykryto u 57% pacjentów i 37% osób zdrowych. Uzyskane wyniki przedstawia ryc. 1.
Omówienie
Jedną z cech AZS jest nadprodukcja cytokin typu Th2, takich jak IL-4, IL-5 czy IL-13. Interleukina 13 produkowana jest głównie przez limfocyty Th2, ale także przez eozynofile, komórki tuczne, bazofile, komórki nabłonka, fibroblasty, makrofagi, komórki mięśni gładkich [9]; w działaniu interleukina ta wykazuje wiele podobieństw do IL-4 poprzez działanie na komórki za pośrednictwem wspólnych dla tych cytokin receptorów. W wyniku związania na powierzchni komórek IL-4 i/lub IL-13 dochodzi do aktywacji czynnika transkrypcji STAT6 (signal transducer and activator of transcription 6), czego efektem jest wzrost syntezy IL-4 i IL-13 [7, 19, 20]. Opisano wiele wariantów polimorficznych regionów promotorowych genów cytokin, które odgrywają rolę w podwyższaniu lub obniżaniu aktywności transkrypcyjnej genu oraz warunkują ich zwiększoną syntezę in vitro lub in vivo. W niektórych chorobach o podłożu zapalnym, takich jak atopowe zapalenie skóry, łuszczyca, reumatoidalne zapalenie stawów, a także u chorych z mastocytozą, częściej niż u osób zdrowych występują warianty polimorficzne genów związanych z podwyższoną transkrypcją genu [21, 26–28]. Badania nad rolą polimorfizmu genu IL-13 w chorobach, w patogenezie których IL-13 odgrywa znaczącą rolę, dały niejednoznaczne wyniki. Hoffjan i wsp. [12] opisali związek AZS z polimorfizmem –1112 C/T promotora genu IL-13 w populacji holenderskiej. Van der Pouw Kraan i wsp. [24] stwierdzili związek wariantu promotora z tyminą w pozycji –1055 z występowaniem podwyższonego ryzyka astmy alergicznej. Zależność polimorfizmu –1112 C/T promotora genu IL-13 z astmą, atopią i zwiększonym poziomem IgE obserwowali również Howard i wsp. [17] oraz Kabesch i wsp. [20]. Związek polimorfizmu promotora w pozycji –1024 z AZS wykazano także w badaniach przeprowadzonych w duńskiej populacji [15], a w Polsce u chorych z mastocytozą [21]. Badacze z Japonii [12] i Chin [23] u chorych z AZS nie potwierdzili takiego związku. Także w przypadkach choroby Gravesa nie wykazano związku polimorfizmu –1112 C/T promotora genu IL-13 z występowaniem choroby [30]. Stwierdzone przez autorów niniejszej pracy różnice w występowaniu poszczególnych genotypów zachodzące pomiędzy chorymi na AZS a osobami zdrowymi wskazują, że opisywana u pacjentów z AZS podwyższona sekrecja IL-13 wydaje się mieć związek z polimorfizmem –1024 C/T promotora genu tej cytokiny.
Wnioski
Częstość występowania genotypów genu IL-13 w grupie kontrolnej nie odbiegała od obserwowanej w populacjach rasy kaukaskiej, co wskazywałoby na właściwy dobór grupy do badań [15, 22]. Uzyskane wyniki wskazują na asocjację polimorfizmu –1024 C/T promotora genu IL-13 z podwyższonym ryzykiem wystąpienia AZS i nie odbiegają od wyników uzyskanych w innych populacjach rasy kaukaskiej. Badania te są pierwszymi tego typu badaniami wykonanymi u chorych na AZS w populacji północnej Polski.
Piśmiennictwo
1. Silny W, Czarnecka-Operacz M. Epidemiologia uczulenia na roztocze: częstość występowania, obraz kliniczny, sezonowość objawów. Alergia 1999; 3: 1-6. 2. Jeong CW, Ahn KS, Rho NK, et al. Differential in vivo cytokine mRNA expression in lesional skin of intrinsic vs. extrinsic atopic dermatitis patients using semiquantitative RT-PCR. Clin Exp Allergy 2003; 33: 1717-24. 3. Kędzierska A, Kapińska-Mrowiecka M, Czubak-Macugowska M i wsp. Produkcja cytokin typu Th1 i Th2 przez aktywowane jednojądrzaste komórki krwi obwodowej (PBMCs) u pacjentów z atopowym zapaleniem skóry – związek ze stanem klinicznym i kolonizacją skóry przez Staphylococcus aureus. Post Dermatol Alergol 2004; 4: 180-9. 4. Leung DY, Bieber T. Atopic dermatitis. Lancet 2003; 361: 151-60. 5. Kędzierska A, Kaszuba-Zwoińska J, Słodowska-Hajduk Z, et al. SEB-induced T cell apoptosis in atopic patients-correlation to clinical status and skin colonization by Staphylococcus aureus. Arch Immunol Ther Exp (Warsz) 2005; 53: 63-70. 6. Nomura I, Goleva E, Howell MD, et al. Cytokine milieu of atopic dermatitis, as compared to psoriasis, skin prevents induction of innate immune response genes. J Immunol 2003; 171: 3262-9. 7. Shirakawa I, Deichmann KA, Izuhara I, et al. Atopy and asthma: genetic variants of IL-4 and IL-13 signalling. Immunol Today 2000; 21: 60-4. 8. Celedon JC, Soto-Quiros ME, Palmer LJ, et al. Lack of association between a polymorphism in the interleukin-13 gene and total serum immunoglobulin E level among nuclear families in Costa Rica. Clin Exp Allergy 2002; 32: 387-90. 9. Wynn TA. IL-13 effector functions. Ann Rev Immunol 2003; 21: 425-56. 10. Meagher LJ, Wines NY, Cooper AJ. Atopic dermatitis: review of immunopathogenesis and advances in immunosuppressive therapy. Australas J Dermatol 2002; 43: 247-54. 11. Akdis CA, Akdis M, Simon D, et al. T cells and T cell-derived cytokines as pathogenic factors in the nonallergic form of atopic dermatitis. J Invest Dermatol 1999; 113: 628-34. 12. Hoffjan S, Epplen JT. The genetics of atopic dermatitis: recent findings and future options. J Mol Med 2005; 83: 682-92. 13. Söderhäll C, Bradley M, Kockum I, et al. Linkage and association to candidate regions in Swedish atopic dermatitis families. Hum Genet 2001; 109: 129-35. 14. Beyer K, Nickel R, Freidhoff L, et al. Association and linkage of atopic dermatitis with chromosome 13q12-14 and 5q31-33 markers. J Invest Dermatol 2000; 115: 906-8. 15. Hummelshoj T, Bodtger U, Datta P, et al. Association between an interleukin-13 promoter polymorphism and atopy. Eur J Immunogenet 2003; 30: 355-9. 16. Vercelli D. Genetics of IL-13 and functional relevance of IL-13 variants. Curr Opin Allergy Clin Immunol 2002; 2: 389-93. 17. Howard TD, Whittaker PA, Zaiman AL, et al. Identification and association of polymorphisms in the interleukin-13 gene with asthma and atopy in a Dutch population. Am J Respir Cell Mol Biol 2001; 25: 377-84. 18. Kouriba B, Chevillard Ch, Bream JH, et al. Analysis of the 5q31-p33 locus shows an association between IL13-1055C/T IL-13-591A/G polymorphisms and Schistosoma haematobium infections. J Immunol 2005; 174: 6274-81. 19. Wills-Karp M. The gene encoding interleukin-13: a susceptibility locus for asthma and related traits. Respir Res 2000; 1: 19-23. 20. Kabesch M, Schedel M, Carr D, et al. IL-4/IL-13 pathway genetics strongly influence serum IgE levels and childhood asthma. J Allergy Clin Immunol 2006; 117: 269-74. 21. Nedoszytko B, Lange M, van Doormaal JJ, et al. Interleukin 13 promoter gene polymorphism in mastocytosis-results the preliminary study. Annual Meeting of European Competence Network on Mastocytosis. Nepal, Włochy 2006. 22. Graves PE, Kabesch M, Halonen M, et al. A cluster of seven tightly linked polymorphisms in the IL-13 gene is associated with total serum IgE levels in three populations of white children. J Allergy Clin Immunol 2000; 105: 506-13. 23. Chang YT, Lee WR, Yu CW, et al. No association of cytokine gene polymorphisms in Chinese patients with atopic dermatitis. Clin Exp Dermatol 2006; 31: 419-23. 24. van der Pouw Kraan TC, van Veen A, Boeije LC, et al. An IL-13 promoter polymorphism associated with increased risk of allergic asthma. Genes Immun 1999; 1: 61-5. 25. Hanifin JM, Rajka G. Diagnostic features of atopic dermatitis. Acta Derm Venereol (Stockh) 1980; 92: 44-7. 26. Hamid Q, Naseer T, Minshall EM, et al. In vivo expression of IL-12 and IL-13 in atopic dermatitis. J Allergy Clin Immunol 1996; 98: 225-31. 27. Hamid Q, Boguniewicz M, Leung DY, et al. Differential in situ cytokine gene expression in acute versus chronic atopic dermatitis. J Clin Invest 1994; 94: 870-6. 28. Humbert M, Durham SR, Kimmitt P, et al. Elevated expression of messenger ribonucleic acid encoding IL-13 in the bronchial mucosa of atopic and nonatopic subjects with asthma. J Allergy Clin Immunol 1997; 99: 657-65. 29. Vladich FD, Brazille SM, Stern D, et al. IL-13 R130Q, a common variant associated with allergy and asthma, enhances effector mechanisms essential for human allergic inflammation. J Clin Invest 2005; 115: 747-54. 30. Bednarczuk T, Placha G, Jazdzewski K, et al. Interleukin-13 gene polymorphisms in patients with Graves’ disease. Clin Endocrinol (Oxf) 2003; 59: 519-25.