Measurement of gastrointestinal and colonic permeability in a family study

Ziel dieser Arbeit war es, eine möglicherweise auftretende Veränderung der Permeabilität der Darmwand bei Patienten mit Colitis ulcerosa aufzudecken und deren Ursachen zu detektieren. Als vermutete Ursachen galten einerseits eine genetische Disposition und andererseits der Einfluss von Umweltfaktoren. Dazu wurde die Permeabilität der einzelnen Darmabschnitte nicht nur bei Patienten mit Colitis ulcerosa in Remission, sondern auch bei deren Verwandten ersten Grades und bei deren nicht verwandten Lebensgefährten gemessen und mit den Testergebnissen gesunder Kontrollpersonen verglichen. Als Grundlage für die vorliegende Untersuchung galten die Ergebnisse von Bühner et al. (2006), die bei Patienten mit Morbus Crohn in Remission und deren Familien eine offenbar genetisch bedingte Veränderung der Permeabilität feststellen konnten. In der vorliegenden Untersuchung zeigte sich ebenfalls eine signifikante Erhöhung der Permeabilität bei den Patienten. Diese fand sich allerdings nicht im Kolon, wo sich die Erkrankung selbst manifestiert, sondern im intestinalen Abschnitt des Darmes. Außerdem war die intestinale Permeabilität umso häufiger erhöht, desto ausgeprägter der Befall des Dickdarmes durch die Erkrankung war. Somit kann eine Erhöhung der intestinalen Permeabilität als Risikofaktor für die Entwicklung einer Pankolitis interpretiert werden. Weniger häufig hingegen war die intestinale Permeabilität unter der Einnahme von Azathioprin erhöht. Dies lässt die Vermutungen zu, dass Azathioprin entweder als protektiver Faktor vor der Ausbildung einer erhöhten Permeabilität schützt oder aber kurativ auf eine bereits bestehende erhöhte Permeabilität wirken könnte. Zum Alter und Geschlecht der Patienten konnte ebenso wie zur Erkrankungsdauer keine Korrelation hergestellt werden. Auch bei den untersuchten Verwandten ersten Grades fand sich eine signifikante Erhöhung der intestinalen Permeabilität im Vergleich mit den gesunden Kontrollpersonen. Dabei spielte es keine Rolle, ob die Verwandten mit den Patienten im gleichen Haushalt lebten oder nicht. Somit scheint auch bei der Colitis ulcerosa eine genetisch determinierte Veränderung der Permeabilität vorzuliegen und die Vermutung des Einflusses von Umweltfaktoren auf die Integrität der intestinalen Barriere kann in den Hintergrund gerückt werden. Unterstützt wird dieses Ergebnis durch die Testergebnisse der nicht verwandten Lebengefährten der Patienten, welche beim Vergleich mit den gesunden Kontrollpersonen keine signifikante Erhöhung für die Permeabilität aufwiesen. Als zweites großes Kernstück der vorliegenden Untersuchung wurde bei den Teilnehmern des Permeabilitätstestes ebenfalls das fäkale Calprotectin bestimmt. Die Untersuchungen ergaben, dass die Testwerte bei den Patienten signifikant höher sind als bei den Verwandten ersten Grades der Patienten und ihren nicht verwandten Lebensgefährten. Damit ist offenbar nicht nur eine aktive Colitis ulcerosa mit dem Auftreten erhöhter Calprotectinwerte assoziiert, sondern ebenso die Erkrankung in der Ruhephase, wobei die Remission in unserer Untersuchung durch das Fehlen klinischer Symptome bei den Patienten charakterisiert wurde und nicht durch den koloskopisch und histologisch durchgeführten Beweis der Ausheilung auf Zellebene. Betrachtet man die absolute Konzentration des fäkalen Calprotectins und die absoluten Testwerte des Permeabilitätstestes, erkennt man eine Korrelation des fäkalen Calprotectins mit der gastroduodenalen und der intestinalen Permeabilität in der Patientengruppe. Dies lässt die Schlussfolgerung zu, dass es aufgrund der erhöhten Permeabilität zur Erhöhung des fäkalen Calprotectins im Darmlumen kommt. Dabei kann die Erhöhung der Permeabilität Ausdruck einer subklinischen Inflammation sein und somit zum Ansteigen des fäkalen Calprotectins führen. Da bei den Verwandten der Patienten keine Korrelation zwischen der Erhöhung der Permeabilität und der Höhe des fäkalen Calprotectins vorliegt, unterstützt dies das Ergebnis, dass es sich bei der erhöhten Permeabilität um einen primär genetischen Barrieredefekt handelt, in dessen Folge es zum Anstieg des fäkalen Calprotectins kommt. Eine Erhöhung der Permeabilität als Folge der Inflammation erscheint damit sehr unwahrscheinlich. Abschließend lässt sich sagen, dass es sich bei der Colitis ulcerosa ebenfalls um eine Erkrankung handelt, bei der es zu einer genetisch bedingten Erhöhung der Permeabilität kommt und bei der Umwelteinflüsse keinen - oder wenn, dann nur einen geringen - Einfluss auf die Permeabilität haben. Dafür sprechen auch neueste Studienergebnisse, bei denen verschiedene Gene identifiziert wurden, die mit der Permeabilität der Darmwand bei Colitis ulcerosa assoziiert sind und die somit einen Zusammenhang zwischen der veränderten Integrität der mukosalen Barriere und der Pathogenese der Erkrankung nahe legen (UK IBD Genetics Consortium et al. 2009; Fisher et al. 2008). In weiteren Untersuchungen gilt es zu klären, warum es zu einer Erhöhung der intestinalen Permeabilität kommt und sich die Permeabilitätserhöhung nicht an gleicher Stelle manifestiert, an der auch die Entzündung stattfindet.The aim of this study was to uncover a probably existing change in the permeability of the intestinal wall in patients with ulcerative colitis and to detect their causes. Suspected causes were a genetic predisposition on the one hand and also the influence of environmental factors on the other. Therefor the permeability of the individual sections of the intestine was measured not only in patients with ulcerative colitis in remission but also in their first- degree relatives and unrelated partners and compared with the test results of healthy control subjects. The background for this study were the results of Buehner S et al. (2006), who found in patients with Crohn's disease in remission and their families an apparently genetically related change in permeability. In the present study also a significant increase in permeability in patients was found. But this was however not in the colon where the disease manifests itself but in the intestinal part of the intestine. Furthermore the intestinal permeability was increased more often the more distinctive the manifestation of the colon by the disease was. Thus, an increase of intestinal permeability was interpreted as a risk factor for the development of a pancolitis. Less frequently, however, the intestinal permeability was increased under the administration of azathioprine. This leads to the speculation that either azathioprine operates as a protective factor against the development of an increased permeability or curative to the already increased permeability. For the age and sex of patients as well as the duration of disease no correlation could be found. Also in the studied first- degree relatives a significant increase in intestinal permeability was compared with the healthy control subjects. It did not matter whether the family lived with the patient in the same household or not. Thus seem to have ulcerative colitis a genetically determined alteration of the permeability to be present and the suspicion of the influence of environmental factors on the integrity of the intestinal barrier may be pushed into the background. This is supported by the test results of the unrelated spouses of patients who had a comparison with the healthy control subjects, where no significant increase of permeability could be found. As a second large core of the present study the fecal calprotectin was measured in the participants of the permeability test. The investigations showed that the test scores are significantly higher in patients than in the first degree relatives of patients and their unrelated spouses. Consequently not only an active ulcerative colitis is associated with the appearance of increased fecal calprotectin, but also the disease in the resting phase. Remission in our study was characterized by the absence of clinical symptoms in the patient but not by colonoscopy and histological performed proof of the healing at the cellular level. Considering the absolute concentration of fecal calprotectin and the absolute values of permeability test we could see a correlation of fecal calprotectin to the gastroduodenal and intestinal permeability in the patient group. This leads to the conclusion that the increased permeability causes an increase of fecal calprotectin in the gut. Thereby an increased permeability could be expression of subclinical inflammation and be lead to the increase in fecal calprotectin. In the relatives of patients there is no correlation between the increase in permeability and the amount of fecal calprotectin. This supports the conclusion that it is the increased permeability which is a primary genetic barrier defect and in consequence of which is the rise in faecal calprotectin is . An increase in permeability as a consequence of the inflammatory response thus appears very unlikely. In conclusion ulcerative colitis also is a disease with a genetically determined increase in the permeability and environmental influences have no or only a small influence on the permeability. This is supported by the latest study results in which different genes have been identified that are associated with the permeability of the intestinal wall in ulcerative colitis. Thus a correlation between the altered integrity of the mucosal barrier and the pathogenesis of the disease seems to be obvious (UK IBD Genetics Consortium et al. 2009 , Fisher et al 2008). In further studies it could be of interest to clarify why the increased permeability is not manifested in the same place where the inflammation occurs