Präklinische Proteinsignaturen für Morbus Crohn und Colitis ulcerosa: eine eingebettete Fallkontrollstudie innerhalb großer bevölkerungsbasierter Kohorten

Prädiktion chronisch entzündlicher Darmerkrankungen anhand präklinischer Proteinsignaturen im peripheren Blut?

Die chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (CED) Morbus Crohn und Colitis ulcerosa manifestieren sich aufgrund verschiedener genetischer und Umweltfaktoren, welche zu einer Dysregulation der mukosalen Immunantwort führen. Leider bestehen bei einem erheblichen Anteil der Patient*innen mit M. Crohn bei Diagnosestellung bereits Komplikationen wie Fisteln, Strikturen und Stenosen. Bei Patient*innen mit Colitis ulcerosa kann es bereits beim initialen Schub zu Therapierefraktarität mit der Notwendigkeit einer Kolektomie kommen. Bisher fehlen prädiktive, validierte Biomarker zur frühzeitigen Diagnosestellung. Der klinischen Manifestation chronisch entzündlicher Darmerkrankungen geht eine Phase der subklinischen Inflammation voraus, welche es zu erfassen gilt, um präventive Maßnahmen ergreifen zu können. 
In dieser schwedischen Fall-Kontroll-Studie ermittelten die Autor*innen präklinische Proteinsignaturen im peripheren Blut zur Vorhersage der Manifestation einer späteren Crohn- oder Colitis-ulcerosa-Erkrankung in einer präklinischen Kohorte (n = 28.000), wobei jedes Individuum mit späterem Auftreten eines M. Crohn oder einer Colitis ulcerosa einer gesunden Kontrolle zugewiesen wurde. Die Signaturen wurden anschließend in einer weiteren präklinischen Kohorte (n = 143.000) validiert. Zur Ermittlung der prädiktiven Genauigkeit der Signaturen wurde eine externe bevölkerungsbezogene Kohorte (n = 519) herangezogen. Weiterhin wurden die Einflüsse genetischer und umweltbedingter Risikofaktoren auf die prädiktiven Proteinsignaturen anhand einer präklinischen bevölkerungsbezogenen Zwillingskohorte (n = 12.591) untersucht. 
In den präklinischen Kohorten lag die mediane Zeit von der Probenentnahme bis zur CED-Diagnose bei 8,7 Jahren (IQR: 14,3–3,2 Jahre) für M. Crohn und 7,2 Jahren (IQR: 14,2–3,4 Jahre) für Colitis ulcerosa. Von 34 Proteinen, die in der präklinischen Screeningkohorte mit dem späteren Auftreten von M. Crohn assoziiert waren, konnten 9 Proteine in der größeren Validierungskohorte bestätigt werden. Sechs dieser Proteine waren erhöht und 3 waren erniedrigt. Korrelationsanalysen zwischen den Proteinspiegeln und der Zeit bis zur Diagnose zeigten eine signifikante negative Korrelation nur für die 3 erniedrigten Proteine, welche mit der Integrität der mukosalen Barriere und Funktionalität von Makrophagen assoziiert sind. Von primär 45 Proteinen, die als prädiktiv für die Diagnose einer Colitis ulcerosa identifiziert wurden, konnten 12 erhöhte Proteine, aber keine erniedrigten Proteine validiert werden. Allein MMP-10-Spiegel korrelierten mit der Zeit bis zur Diagnose. 
Durch regularisierte logistische Regression wurde eine Signatur von 29 Proteinen ermittelt, die mit hoher prädiktiver Kapazität zwischen Individuen, welche später einen M. Crohn entwickelten, und gesunden Kontrollen unterscheiden konnte (AUC 0,85; 95% CI: 0,78–0,93 in der Screeningkohorte bzw. AUC 0,87; 95% CI: 0,77–0,97 in der Validierungskohorte). Die Sensitivität betrug 77% und die Spezifität 87%. Die Vorhersagekraft erhöhte sich, je näher der Zeitpunkt der Diagnose lag, war höher für männliche als für weibliche Teilnehmer*innen und verhielt sich unabhängig vom Alter bei Studieneinschluss. Die prädiktive Kapazität der ermittelten Signatur zur Vorhersage einer Colitis ulcerosa war höher in der Screeningkohorte als in der Validierungskohorte (AUC 0,77; 95% CI: 0,71–0,83 bzw. AUC 0,67; 95% CI: 0,59–0,76), einhergehend mit einer moderaten Sensitivität und Spezifität von jeweils 61%. Die Vorhersagekraft erhöhte sich nicht mit der Nähe zum Diagnosezeitpunkt, sie war genauer für ältere als für jüngere Teilnehmer*innen.
Die prädiktiven Signaturen für M. Crohn und Colitis ulcerosa eigneten sich jeweils gut zur Unterscheidung zwischen Personen, die zukünftig erkrankten, und gesunden Kontrollen in der externen Validierungskohorte, allerdings unterschieden sie bei Überlappung einiger Proteine in beiden Signaturen schlecht zwischen M. Crohn und Colitis ulcerosa. 
Anhand einer Kohorte von 111 gesunden Zwillingspaaren (eineiig n = 35, zweieiig n = 76) wurde eine Schätzung der Heritabilität für die Proteinmarker vorgenommen. Eine hohe Heritabilität ergab sich hier für keines der bei präklinischem M. Crohn herabregulierten Proteine. Vergleichende Analysen von Zwillingen mit präklinischem M. Crohn gegenüber externen Zwillingskontrollen einerseits und gegenüber ihren gesunden Zwillingsgeschwistern andererseits ergaben, dass die genetischen und gemeinsamen Umweltfaktoren die prädiktive Proteinsignatur beeinflussen. Dies zeigte sich nur eingeschränkt für die für eine Colitis ulcerosa prädiktive Signatur.
Limitationen dieser Studie waren das Fall-Kontroll-Design, das Fehlen longitudinaler Samples zur Untersuchung individueller Veränderungen der Signatur über die Zeit, unterschiedliche Kohortengrößen, eine geringe Fallzahl der von präklinischem M. Crohn bzw. Colitis ulcerosa Betroffenen in der Zwillingskohorte, ein relativ hohes Patientenalter bei Diagnose und somit schwierige Übertragbarkeit der Signatur auf jüngere Populationen, die Verwendung von Plasma in der einen und Serum in den anderen Kohorten, was ursächlich für die fehlende Replikation einiger dysregulierter Proteine sein könnte, sowie die Vorauswahl der untersuchten Proteinmarker, was bei unterschiedlichen zugrunde liegenden pathophysiologischen Mechanismen von M. Crohn und Colitis ulcerosa auch die unterschiedliche Belastbarkeit der jeweiligen Signaturen erklären könnte. 
Zusammenfassend ermittelten die Autor*innen eine Proteinsignatur, die die Manifestation eines M. Crohn viele Jahre vor der Diagnose vorhersagen kann, und validierten diese anhand einer unabhängigen bevölkerungsbezogenen Kohorte. Vorteilhaft waren große Fallzahlen der Kohorten sowie eine hohe demografische Heterogenität innerhalb der Kohorten. Ergebnisse aus der Zwillingskohorte suggerieren, dass genetische und Umweltfaktoren die Dysregulation der Signaturproteine teils beeinflussen. Die für eine Colitis ulcerosa ermittelte Signatur zeigte eine geringere, wenngleich auch signifikante Vorhersagegenauigkeit. Erniedrigte (protektive) Proteine, welche mit der Integrität der Darmbarriere und Makrophagenfunktionen assoziiert waren, korrelierten mit der Zeit bis zur Diagnose eines M. Crohn. Die lange präklinische Phase von > 16 Jahren vor Manifestation eines M. Crohn ermöglicht die Anwendung von Präventionsmaßnahmen wie z. B. eine Anpassung der Ernährung und die Möglichkeit zur medikamentösen Therapie, um den Verlauf und die Prognose der Erkrankung positiv zu beeinflussen. Offen bleiben hier Fragen nach der Population, auf die unter Berücksichtigung gesundheitsökonomischer Aspekte ein präklinisches Screening anzuwenden wäre, nach dem besten Zeitpunkt zum Screening bei sehr individuellem Patientenalter bei CED-Manifestation sowie nach dem idealen Zeitpunkt zur Durchführung anderer Überwachungsdiagnostik bzw. eines möglichen Präventions-/Therapiebeginns.