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客观的肠易激综合症是一种常见的肠道疾病发病机理的不确定。在其他因素中,遗传和某些食物提议作出贡献。先天性缺sucrase-isomaltase (CSID)是一种罕见的遗传性的二糖吸收不良的特点是腹泻、腹痛和腹胀,常见肠易激综合症。我们测试了sucrase-isomaltase (如果在IBS)基因变异的潜在相关性。
设计我们测序如果外显子7个家庭情况,筛选四CSID突变(p。Val557Gly, p。Gly1073Asp, p.Arg1124Ter and p.Phe1745Cys) and a common如果编码多态性(p.Val15Phe) 1887例和控制的多中心队列研究。我们研究的影响15 val 15板式换热器替代SI函数体外。我们分析了p。Val15Phe基因型与IBS的地位,大便频率和粪便微生物群组成的250人。
结果CSID突变比无症状患者中更常见控件(p = 0.074;= 1.84)和外显子组测序个体聚合财团参考(p = 0.020;或= 1.57)。15板式换热器中检测出6/7测序家族情况下,肠易激综合症的风险增加病例对照和以人群为基础的群组,腹泻表型与最佳证据(结合p = 0.00012;或= 1.36)。以人群为基础的样本,15板式换热器等位基因剂量与频率(p = 0.026)和大便Parabacteroides粪便微生物群丰度(p = 0.0024)。如果蛋白质与酶活性降低35% 15法表现出体外与15瓦尔(p < 0.05)。
结论如果基因变异编码双糖酶缺陷或降低酶活性使肠易激综合症。这可能有助于个体的识别风险,并导致部分患者的个性化治疗方案。
- 肠易激综合症
- 遗传学
- 多态的变化
- 腹泻
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来自Altmetric.com的统计
本研究的意义
已知在这个问题上是什么?
IBS显示遗传倾向,但没有明确标识特定的致病基因。
某些食物,特别是碳水化合物,是该触发器的IBS症状,至少在某些病人。
sucrase-isomaltase (如果)基因在遗传变异隐性形式的蔗糖不耐受(先天性缺sucrase-isomaltase (CSID))的特点是腹泻,代表了一个优秀的候选人在IBS倾向发挥作用。
有什么新发现吗?
虽然罕见,CSID突变与已知缺陷双糖酶(SI)属性是经常发现在IBS患者比控制。
常见的SI变体(15板式换热器),显示了体外酶活性降低,与肠易激综合症的风险增加密切相关。
它会如何影响临床实践在可预见的未来吗?
筛查功能如果遗传变异可能有助于识别子集的次优碳水化合物(二糖)患者的消化率。
这个有潜力作为分层IBS患者和那些个性化治疗方案如果遗传缺陷。
介绍
肠易激综合症是最常见的肠道紊乱,影响超过10%的在西化国家一般人群;与重要的医疗保健支出,大大影响了患者的生活质量。1,2肠易激综合症是一种功能性胃肠道疾病(FGID),诊断和分类根据专家共识指南,罗马标准,基于复发症状包括腹部不适或疼痛伴有腹泻(IBS-D)、便秘(IBS-C)或混合症状(IBS-M)。3IBS的病因学是未知的,虽然心理压力,之前感染,饮食刺激,肠胃失调,上皮屏障功能障碍和粘膜免疫激活是公认的危险因素之一。4遗传素质已经证明在经典家庭/双胞胎研究和流行病学调查,但明确的易感基因尚未确定。5因为不完整的支撑肠易激综合症病理生理学机制的理解,有效的治疗选择是有限的,主要针对目标症状,导致疗效不佳。
营养与饮食因素的作用越来越认可在肠易激综合症。病人(特别是IBS-D)经常报告餐后症状,6和许多IBS患者声称某些食物是触发因素。7避免碳水化合物由于消化不良是常见的,和饮食低可发酵的低聚糖,双糖,单糖和多元醇(FODMAPs,在小肠吸收不良)已被建议作为有效地降低肠易激综合症的症状。8,9至少在一些病人,food-symptom关系可能涉及吸收不良由于低效的多糖的酶分解的碳水化合物,在观察到的症状可能会发现间接支持改善餐后IBS-D pancrealipase对待患者,10和与FGID儿童双糖酶缺陷的检测。11
Sucrase-isomaltase (SI)缺乏症(也称为蔗糖不耐受)是一种碳水化合物吸收不良的特点是腹泻、腹痛和腹胀,IBS-D常见特性。症状由于有缺陷的葡糖苷酶(双糖酶)的活性硅在小肠酶。12这种酶是降解的关键淀粉和糖类消化日报》13和其功能障碍导致结肠未被吸收的碳水化合物的积累引起渗透性腹泻。同时,这诱发肠道microbiota-associated活动碳水化合物代谢和发酵,增加产量的短链脂肪酸和气体,有助于症状的一代。如果不足的先天形式(先天性缺sucrase-isomaltase (CSID)),病人港口两个缺陷的副本如果由于隐性纯合子或复合杂合的基因突变,废除或显著降低酶活性。14,15CSID通常体现在生命的早期,但表型和症状的严重程度取决于特定的性质和位置(蔗糖酶或isomaltase域)的不同如果突变和纯合或杂合的组合。16此外,成人患者中,先前与IBS误诊,已被描述。17,18总的来说,这代表着一个潜在的更高的临床影响如果遗传变异比完全基于患者罕见的纯合子突变的检测CSID,唤起的假设如果功能多态性可能影响IBS倾向和症状的一代。如果得到证实,这可能在IBS的管理具有重要意义,因为潜在的膳食干预或补充酶基因暴露病人的一个子集。为了验证这个假设,我们进行了一系列独立的实验:(1)测序整个如果编码区七个家庭情况下严重的餐后IBS-D;(2)体外功能详细描述常见的编码变异导致氨基酸改变p。Val15Phe SI蛋白质;(3)基因分型和协会测试最常见的已知CSID突变,19和p。Val15Phe变种1887人从四个独立的群肠易激综合症病例和控制;瑞典一般人群(4)在一个小样本,飞行员之间的相关性分析p。Val15Phe基因型和(i) IBS状态(2)大便频率和(iii)粪便微生物群组成。从这些实验结果支持的角色如果遗传变异在肠易激综合症。
材料和方法
研究对象
肠易激综合症渊源者
八个高加索人,即七餐后IBS-D(罗马标准)和一个相对无症状病例,从四个测序的家庭选择无关如果基因(见在线补充图S1)。的两个症状患者的父母两个渊源者。患者meal-related症状超过2年,目前使用补充消化酶减少餐后症状(网上更多的详细描述补充的方法)。
测序(如果和16 s)和基因分型
测序的如果编码区进行如前所述28和在网上补充的方法。微生物群的研究,粪便细菌DNA提取每个样本和16 s rRNA基因扩增子(v2 v1区)测序进行MiSeq平台(美国Illumina公司)。阅读报道正常化10 000读/样品,和分类进行分类描述的网上补充的方法。针对已知CSID突变基因分型和p。Val15Phe rs9290264单核苷酸多态性(SNP)在IBS患者和控制进行了使用iPLEX化学MassARRAY平台上(美国Sequenom),而p。Val15Phe PopCol基因型从可用HumanOmniExpressExome数据提取(美国Illumina公司)。
如果测量体外酶活性
功能描述的多态p。Val15Phe得到完善的SI模型系统,29日猴子纤维母细胞COS-1瞬变使转染细胞与cDNA向量编码15 val和15板式换热器变体。蔗糖酶活性测定使用蔗糖作为底物如前所述。30.短暂,免疫沉淀物从15 val或者15板式换热器转染细胞孵化与蔗糖(28更易/ L)为1小时37°C,和从蔗糖水解生成葡萄糖的含量检测使用葡萄糖oxidation-phenol氨基比林(GOD-PAP) monoreagent方法(Axiom GmbH,德国)。控制转染效率,15 val和15检活动正常化相对于特定的SI蛋白质含量,以免疫印迹分析相应的免疫沉淀反应。的详细描述协议采用的体外功能描述p。Val15Phe多态性是公布在网上补充的方法。
在计算机和统计分析
PHRED-like分数从结合Annotation-Dependent损耗(CADD)数据库V.1.3被用于预测已知CSID突变和功能的影响如果常见的编码多态性(见在线补充的方法)。31日片面的(测试易感风险的影响)协会CSID突变分析运输是使用2×2列联表执行统计数据(确切概率法和χ2适当的)在肠易激综合症的情况下对(我)控制和(2)从公开大规模序列数据参考基因型个体的欧洲血统(http://exac.broadinstitute.org/)。19协会与p。Val15Phe变体使用逻辑回归测试在汇集数据(最好的)加性遗传模型下调整性和批处理(招聘中心)。一个荟萃分析的结果从个人军团也进行了验证没有统计学上的异质性(见在线补充的方法)。斯皮尔曼的相关性是用来评估15板式换热器拷贝数之间的关系,大便频率和肠道微生物群组成PopCol队列。15 val和15板式换热器SI中的功能差异蛋白质性质在体外实验中评价学生的t。更详细的描述统计程序公布在网上补充的方法。
结果
测序的如果基因在IBS的家庭
七个家族病例和一个相对无症状(控制)从四个IBS-D家庭都包含在如果测序的努力(见在线补充图S1和在线补充的方法),旨在识别如果突变或变异的潜在相关性肠易激综合症。在这个实验中未发现新的变种(数据未显示),和测序的家庭成员都是纯合的如果参考编码等位基因,除了在两个站点,即错义snp rs9290264 (p.Val15Phe)和rs9283633 (p.Thr231Ala)(见在线补充图S1)。一起rs4855271 (p.Met1523Ile) rs9290264和rs9283633是唯一共同(小等位基因频率> 0.01)错义snp如果基因(http://exac.broadinstitute.org/gene/ENSG00000090402和图1)。不存在决定性的实验数据功能的潜在影响这些氨基酸变化对SI的属性。然而,相反的p。Thr231Ala和p。米et1523Ile that result in benign changes, computational predictions at the CADD database (see online补充的方法)等级p。Val15Phe前1%最有害的氨基酸替换在人类基因组中,31日类似于CSID突变(图1)。虽然在一般人群也普遍(等位基因频率= 0.3),15个板式换热器存在于6/7(5杂合的和一个纯合子)测序影响家庭成员,和cosegregated IBS在两个家庭中父母的如果序列数据也可用(见在线补充图S1)。基于以上信息,我们将承担15板式换热器的体外功能描述编码等位基因。
sucrase-isomaltase属性(如果)突变体和共同编码多态性。左:SI的示意图表示蛋白质结构和功能域;先天性缺sucrase-isomaltase (CSID)突变的位置和常见的编码变异是根据其功能、彩色标识的影响(红色=破坏,绿色=良性)。右:相对应的变异,dbSNP id (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/SNP),如果蛋白质域位置(TM,跨膜;我,isomaltase;年代,蔗糖酶)、等位基因频率、PHRED-like得分(范围1 - 99,排名相对于所有可能的变体在人类基因组中替换)报告和预测功能的后果。#外显子组聚合财团浏览器(http://exac.broadinstitute.org);^结合Annotation-Dependent消耗数据库(http://cadd.gs.washington.edu/info)。SNP(单核苷酸多态性。
的功能描述Phe15Val编码多态性
采用之前建立体外模型用于研究已知CSID突变体,如果15 val和15板式换热器蛋白质变异都有单独的COS-1表达细胞,检测潜在的功能性质的差异。糖基化的模式和胰蛋白酶消化,以及细胞内的分布和贩卖动力学,似乎是相似的两个变量(没有显示)。然而,当检测它们的相对细胞表面表达,这就需要与脂质筏通过茎地区毗邻残渣15 15板式换热器替代时,两个变量的行为一直在一系列的实验条件下,不同和15板式换热器变异细胞表面显示,减少了20%的本地化与15瓦尔(图2a - c)。值得注意的是,15个板式换热器SI变体有酶活性的总体下降35%相比,15 val,正常化和量化后的免疫沉淀反应蛋白COS-1转染细胞(p < 0.05;图2D)。
功能描述的p。Val15Phe编码多态性。暂时COS-1细胞转染15 val或者15板式换热器的互补和研究转染后48小时。个人价值15 val和15板式换热器细胞相同的实验与相同的符号表示。净差异报告与红酒吧每分平均相对参考15 val任意设置为100%。(一)通过免疫荧光细胞表面本地化。Non-permeabilised细胞应用的混合anti-sucrase-isomaltase (SI)抗体和Alexa 488二级抗体,并分析了共焦激光扫描显微镜在xy(比例尺25µm)和xz平面(比例尺10µm)。(B)细胞表面表达的量化。如果表面蛋白与生物素标记抗体和免疫沉淀反应使用anti-Si细胞溶菌作用。免疫沉淀反应被分成两个相等的整除,通过免疫印迹分析anti-SI或anti-streptavidin抗体。相对量化的表面束缚SI与总细胞如果执行和结果表达与价值观得到15 val,设置为100%。 (C) Quantification of association with sphingolipid/cholesterol-rich microdomains (lipid rafts) via detergent-resistant membrane (DRM) analysis. Following non-ionic detergent cell lysis, SI proteins were immunoprecipitated, fractionated by ultracentrifugation into insoluble (pellet, raft) and soluble (supernatant, non-raft) fractions, and DRM association (raft) quantified by immunoblotting with anti-SI antibodies. (D) Quantification of enzymatic activity. Sucrase activity was determined on immunoprecipitated SI proteins by measuring glucose release with the GOD–PAP method, upon normalisation for total protein amount by immunoblotting. *p<0.05.
协会CSID突变分析和肠易激综合症病例和对照组15板式换热器变体
总共有1887个人从四个独立的肠易激综合症病例对照人群包括在分析中如果肠易激综合症的基因(表1)。四个最常见的已知CSID突变(p。Val557Gly, p。Gly1073Asp, p.Arg1124Ter and p.Phe1745Cys) were genotyped in these cohorts and tested for their potential to confer IBS risk. Twenty-two heterozygous IBS cases and ten heterozygous controls were identified, consistent with a trend for patients with IBS to have nearly two times higher odds of carrying a CSID mutation than asymptomatic controls (p=0.074, OR=1.84;表2)。这个发现(统计弱由于样本量可能不足以控制测试罕见变异)可以合并通过检查公共数据从一个参考面板> 30 000欧洲人外显子组测序聚合财团。所示表2,重要的结果对p。Val577Gly和累积CSID突变的分析(p = 0.0029, = 2.11, p = 0.020 = 1.57,分别)。突变的分布到不同的IBS亚型甚至为p。Val557Gly,映射到isomaltase域SI的蛋白质,尽管其他突变影响蔗糖酶域(p。Gly1073Asp, p。一个rg1124Ter and p.Phe1745Cys;图1)被发现只有IBS-D患者和IBS-M (表2)。15板式换热器的IBS诱发潜在的变体基因分型结果也测试了整个样本的rs9290264 Val15Phe SNP。所示表315法能显著增加肠易激综合症的风险下的逻辑回归分析结合军团的加性遗传模型调整性和招聘中心(p = 0.0030, = 1.26)。得到了类似的结果(关联和影响大小)使用一个占主导地位的模式,而隐性关联测试产生了消极的结果(数据没有显示)。值得注意的是,协会的力量似乎因IBS不同亚型,15板式换热器显著影响疾病风险只有在子类型的特点是腹泻,和D和M亚型结合结社提供了最好的证据和更强的遗传风险效应(p = 0.00051,或者IBS-D / IBS-M = 1.34;表3)。被观察到了类似IBS遗传风险的影响在所有四个数据集,和一个荟萃分析的关联个人军团取得了一致的结果汇集分析和缺乏统计学异质性(科克伦问范围0.55 - -0.97,我异质性指数2= 0为所有肠易激综合症的特征;在线补充图S2)。
15和社会学的分析变异与肠功能和普通人群的微生物群
的250个个体的丰富的数据子集PopCol队列研究运行试点测试15板式换热器的相关性在一般人群中,肠功能、症状和微生物群组成(表1)。使用罗马III标准从问卷中提取数据,30磅,163名健康人进行比照,而且,尽管小样本大小,一个重要的协会之间发现15板式换热器和增加肠易激综合症的风险,尤其是IBS-M (p = 0.017, = 3.81;表3)。将这些数据与病例对照结果进一步加强协会与IBS的证据,这是最强的腹泻患者IBS-M和IBS-D亚型(p = 0.00012, = 1.36;表3)。133年PopCol人每天通便模式(见网上的录音补充的方法),一个显著相关(p = 0.026)之间观察到15板式换热器副本的数量和平均粪便频率,与纯合子运营商显示每日排便数量最高(图3)。然而,没有明显的发现获得类似的分析评估与粪便一致性的关系(测量在布里斯托粪便形成规模,图中未显示)。粪便微生物群数据(16 s rRNA基因测序)用于136 PopCol-genotyped个人和用于测试主机p之间的潜在关系。Val15Phe基因型和肠道细菌群落组成(见在线补充的方法)。通过测试20个最丰富的属(见在线补充表S2),我们发现Bonferroni-corrected显著负相关关系的数量15板式换热器和丰富的副本Parabacteroides(p = 0.0024;在线补充图S3)。这是独立于肠易激综合症的地位和肠投诉,时仍显著的相关性测试90年子集PopCol无症状的个体(数据没有显示)。
p之间的相关性。Val15Phe基因型频率和凳子。意味着(±SD)每日排便数量(大便频率轴)报告以人群为基础的结肠镜检查研究个体(可用的日记数据)分层根据p基因型。Val15Phe单核苷酸多态性(轴)。斯皮尔曼的p值相关性测试也报道。
讨论
我们的研究表明,遗传变异如果基因易感性有关肠易激综合症。我们发现肠易激综合症的风险增加一倍杂合的已知CSID罕见突变的携带者。此外,我们发现遗传风险影响归因于一个常见的编码不同,15板式换热器在SNP rs9290264 cosegregated IBS在一些受影响的家庭,和与大型跨国肠易激综合症病例对照人群疾病几率增加,飞行员一般人群样本。尽管目前的研究只针对几个选定的功能变体,如果基因港口> 700个snp(主要是罕见的)编码。因此,如果多态性可能影响肠易激综合症的风险在不同的纯合子,杂合的和复合杂合的等位基因的组合,和未来的重测序和大规模如果基因分型的努力可能会导致额外的肠易激综合症风险的识别变体。
正如前面演示与建立SI CSID突变体缺陷,我们也发现15板式换热器变体传授缺乏酶的特性,导致体外双糖酶活性降低35%。减少碳水化合物的降解率可能会导致改变浓度的淀粉和糖(蔗糖)在小肠分解产物,其中可能包括增加结肠未消化的二糖不是通过小肠吸收。在大肠,渗透腔的水释放,微生物群组成和细菌发酵与天然气产量都可能受到这些变化的影响,与跨不同的肠道功能和影响,最终,症状。12,32的兴趣,PopCol队列,我们观察到15板式换热器的数量之间的正相关副本和通便的频率,这可能是由于对交通的影响时间由类似的机制。因此,genotype-dependent减少SI双糖酶功能似乎影响疾病风险在临床表现从严重的单基因CSID温和复杂IBS的表现形式。后者尤其对IBS表型特点是腹泻,因为,类似于CSID罕见突变的影响,15法显示最强协会IBS-M和IBS-D亚型,同时为IBS-C没有明显的结果。这个概念很重要,因为它可以帮助确定一个小组与遗传易感性的IBS患者二糖消化不良,拥有潜在的个性化他们的临床管理的方法。
膳食碳水化合物是公认的触发器在许多IBS患者,经常实现食品避免政权试图控制或减少他们的症状;因此,1242年美国52%的IBS患者完成了IBS-Patient教育问卷调查在2007年也认为肠易激综合症是由于缺乏消化酶。33从我们的研究结果提供生物学依据这些信念,通过展示潜在消费机制调节碳水化合物之间的相互作用和酶消化(SI)的缺陷。与此同时,他们也为未来的研究提供一个理由肠道症状在IBS患者分层如果基因型的最终试验饮食排除蔗糖或酶补充。随着识别在肠易激综合症饮食因素的重要性,我们的结果可能导致通知FODMAP-based IBS的治疗策略。例如,它可能是高利息的进一步评估low-FODMAP饮食或同样有效的传统膳食干预策略34在减少IBS症状的功效也考虑到病人的如果基因型。
最后,从我们的初步研究结果PopCol微生物群组成与Val15Phe基因型是有趣的,因为粪便微生物群的浓度Parabacteroides已被证明与更高的膳食碳水化合物摄入量,减少35这属弱势IBS患者,至少在一些研究中。36,37尽管不太可能诱发自然,针对板式换热器等位基因剂量和15之间的负相关Parabacteroides丰度可能有助于识别和进一步分层IBS患者如果干扰。
总之,我们报告的第一个实验证据指向nutrigenetic机制与IBS倾向和症状的一代。这个有潜力作为分层IBS患者和那些个性化治疗方案如果遗传缺陷。
确认
作者感谢教授博士汉斯豪瑞(Biocenter、巴塞尔、瑞士)和欧文博士教授Sterchi(伯尔尼大学,伯尔尼,瑞士)提供单克隆anti-sucrase-isomaltase抗体。
引用
脚注
MH和LD,共同第一作者;FB、FHa E-MK、共享第二作者;去年作家HYN和MD共享。
贡献者HYN和MDA:学习的概念,设计和监督;MvK-B, CD, MHei、OD MEM, GN, RC, PU-S, FG, MN,西南,MS, PK, BO, PTS, GL,广告,洛杉矶,AA, EM, LE, PP、MB, VS, GB, LC和MC:描述研究个人和数据采集;LD, E-MK HYN:功能体外实验;联邦住房管理局,LBT MB, F-AH JFB,房颤和MDA:微生物群分析;GA和MDA:基因分型;加入、LD、跳频、FB TZ, MB, F-AH, JR, JFB,房颤,HYN和MDA:数据集成、分析和解释;加入、LD HYN和MDA:起草的手稿从所有其他作者修改输入和至关重要的。
资金这项工作是支持由瑞典研究理事会(Vetenskapsradet)的大车Engkvist Byggmastare基金会和一个无限制的研究拨款医疗需要欧洲AB MDA;欧盟第七框架计划(ESGI fp7/2007 - 2013) MDA和房颤;德国研究基金会(DFG)研究培训授予1743年和306年卓越集群房颤;德国研究基金会DFG HYN;LE soderberg基金会;国家卫生研究院的基金P50 DK64539, P01 DK33506 DK047343 EM和信用证。
相互竞争的利益工作部分是由一种无限制的补助金从医疗机构需要欧洲AB MDA。MDA和HYN获得无限制的研究经费和讲课酬金从医疗、生活质量和LC是生命质量医疗科学顾问委员会。
伦理批准当地伦理委员会在卡罗林斯卡医学院,梅奥诊所,加州大学洛杉矶分校,博洛尼亚大学兽医汉诺威大学。
出处和同行评议不是委托;外部同行评议。