Vitamin D receptor polymorphisms and susceptibility to infections in children and adolescents with type 1 diabetes

Background. Diabetes mellitus type 1 (T1D) is a common immune-mediated multifactorial disease, on which recent epidemiological data suggest a strong genetic susceptibility. Recent interesting knowledge is the association between the genetic susceptibility to type 1 diabetes and vitamin D Receptor polymorphisms. Four polymorphisms in the VDR gene have been extensively studied: i.e., FokI F>f (rs10735810), BsmI B>b (rs1544410), ApaI A>a (rs7975232), and TaqI T>t (rs731236). Staphylococcus aureus is a major pathogen for humans with increasing resistance to antibiotics. The anterior nares are the primary ecological reservoir of S. aureus, and nasal carriage has been related to progress to staphylococcal disease. Periodontal disease is one of the most prevalent infectious diseases worldwide, affecting up to 90% of the population and up to 50% of school-aged children. Periodontal disease is generally considered to be more prevalent in individuals with type 1 diabetes (T1D). Objectives. In this study we tried to assess the contribution of VDR polymorphisms to the susceptibility to T1D in the population of Crete. We also investigated whether the four most commonly studied polymorphisms in the VDR gene are associated with colonization by and persistent carriage of S. aureus in individuals with T1D. Finally we tried to investigate the potential risk factors of gingivitis in our population. Population and methods. The study group consisted of a cohort of 170 T1D patients, followed up at the outpatient diabetic clinic of the Department of Pediatrics, University Hospital of Heraklion, Crete, Greece. The control group consisted of 96 unrelated children-residents of Crete with no history of autoimmune or other chronic diseases. Whole blood was collected and genomic DNA was isolated from blood leucocytes by using the kit Puregene, Gentra, and amplified with standard PCR techniques. Nasal specimens were obtained by rotating a sterile fiber-tipped swab four times in both anterior nares of each enrolled individual. A second nasal swab culture was obtained after a minimum interval of 3 months. Gingivitis was defined by the presence of easily bleeding with brushing or flossing and the presence of gingival redness, swelling and loss of contour. Results. Distribution of VDR genotype and allele frequencies differed significantly between patients with T1D and controls in all four genotypes. FokI FF genotype and F allele, and BsmI BB genotype and B allele were less frequent in individuals with T1D. On the other hand, ApaI AA genotype and A allele, as well as TaqI TT genotype and T allele were more frequent in individuals with T1D. Regarding to the association between VDR polymorphisms and S. aureus nasal carriage, S. aureus nasal colonization was more common in individuals with TaqI T than t allele, and TaqI TT homozygotes were more colonized by S. aureus than genotypes TaqI tt and Tt combined. Furthermore, ApaI AA homozygotes were less colonized than ApaI aa and Aa genotypes combined. No significant differences were observed for BsmI and FokI genotypes. S. aureus persistent nasal colonization was more common in individuals with TaqI T than t allele (29,3% vs. 17,0%), although at a marginally significant level. Furthermore TaqI TT homozygotes were persistently colonized by S. aureus more than genotypes TaqI tt and Tt combined. ApaI AA homozygotes were less persistent carriers than ApaI aa and Aa genotypes combined. Gingivitis was present in 52/112 (46%) patients and gingivitis frequency was associated with the duration of diabetes, and with age. Furthermore, individuals with gingivitis were more often colonized by S. aureus. Discussion. Our findings point to relationship between VDR polymorphisms FokI, BsmI, ApaI, and TaqI and susceptibility to T1D in a Mediterranean island with one of the lowest T1D incidence rates in Europe. Our findings also suggest that two VDR polymorphisms, TaqI and ApaI, are related to colonization by and persistent nasal carriage of S. aureus in individuals with T1D. Our study failed to confirm association between gingivitis and glycaemic control in individuals with type 1 diabetes. Another finding, which has not been reported up to date, is the significant relationship between gingivitis and nasal colonisation of S. aureus. Finally, previous observations suggest that the VDR gene TaqI polymorphism is a useful risk marker for periodontitis, a finding which was not confirmed in our study.. Our cohort was not large enough, and the results need to be confirmed in larger studies. Hence, as we managed to enroll the majority of patients with T1D on the island of Crete, our study provides the benefits of a well-defined area, and of a population with one of the lowest T1D prevalence in Europe. Our findings suggest that genetic variation in the vitamin D receptor gene affects nasal colonization by S. aureus in individuals with type 1 diabetes, and further contribute to the understanding of the immunoregulatory role of vitamin D in the host’s response and susceptibility to infection. Further work is required to explore genetic and environmental factors that potentially enhance or inhibit this role of VDR polymorphisms in T1D, such as the contribution of ultraviolet radiation exposure and other environmental determinants of vitamin D status. Finally, we did not prove any significant difference in the frequency of the infections we investigated between S. aureus colonized and non-colonized patients.Ο διαβήτης τύπου Ι είναι συχνό αυτοάνοσο νόσημα πολυπαραγοντικής αιτιολογίας, για το οποίο πρόσφατα επιδημιολογικά στοιχεία υποδεικνύουν την ύπαρξη ισχυρής γενετικής προδιάθεσης. Μια ενδιαφέρουσα πρόσφατη γνώση είναι η σύνδεση της γενετικής προδιάθεσης του διαβήτη τύπου Ι με τους πολυμορφισμούς του υποδοχέα της βιταμίνης D. Έχουν μελετηθεί πιο εκτεταμένα 4 πολυμορφισμοί του γονιδίου του υποδοχέα της βιταμίνης D: FokI F>f (rs10735810), BsmI B>b (rs1544410), ApaI A>a (rs7975232), και TaqI T>t (rs731236). Ο χρυσίζων σταφυλόκοκκος (S. aureus) είναι ένας μείζων παθογόνος μικροοργανισμός για τους ανθρώπους, με αυξανόμενη αντίσταση στα αντιβιοτικά. Οι πρόσθιες ρινικές θαλάμες είναι η πρωταρχική οικολογική δεξαμενή του σταφυλοκόκκου, και η ρινική φορία έχει συσχετισθεί με την πρόοδο σε σταφυλοκοκκική νόσο. Η περιοδοντική νόσος είναι μία από τις λοιμώδεις νόσους με τον μεγαλύτερο επιπολασμό παγκοσμίως, καθώς επηρεάζει μέχρι και το 90% του πληθυσμού και μέχρι το 50% των παιδιών σχολικής ηλικίας. Η περιοδοντική νόσος γενικά θεωρείται ότι έχει μεγαλύτερη επίπτωση σε ασθενείς με διαβήτη τύπου 1. Στη μελέτη αυτήν διερευνήσαμε εάν οι τέσσερις πιο συχνά μελετημένοι πολυμορφισμοί στο γονίδιο του VDR, δηλαδή οι FokI, BsmI, ApaI, και TaqI, σχετίζονται ή όχι με τον αποικισμό και την επίμονη φορία από χρυσίζοντα σταφυλόκοκκο σε ασθενείς με διαβήτη τύπου 1. Επίσης προσπαθήσαμε να καθορίσουμε τη συνεισφορά των πολυμορφισμών αυτών στην ευπάθεια σε διαβήτη τύπου 1 στον πληθυσμό της Κρήτης. Τέλος προσπαθήσαμε να διερευνήσουμε τους πιθανούς παράγοντες κινδύνου για ανάπτυξη ουλίτιδας στον πληθυσμό αυτόν. Η ομάδα μελέτης αποτελούνταν από 170 ασθενείς με διαβήτη τύπου 1, που παρακολουθούνταν στο εξωτερικό διαβητολογικό ιατρείο της Παιδιατρικής κλινικής του Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου Ηρακλείου. Η ομάδα ελέγχου αποτελούνταν από 96 παιδιά-κατοίκους της Κρήτης, χωρίς ιστορικό αυτοάνοσων ή άλλων χρόνιων παθήσεων Από δείγματα αίματος έγινε εκχύλιση DNA με τη χρήση του κατάλληλου kit (Puregene, Gentra) και στη συνέχεια ενίσχυση του DNA με τη μέθοδο της αλυσιδωτής αντίδρασης πολυμεράσης (PCR). Δείγματα ρινικού επιχρίσματος λήφθησαν με την περιστροφή του κατάλληλου μάκτρου τέσσερις φορές και στους δύο ρώθωνες του κάθε συμμετέχοντος ασθενή. Ένα δεύτερο δείγμα για καλλιέργεια ελήφθη μετά από ελάχιστο διάστημα 3 μηνών. Η ουλίτιδα ορίσθηκε από την παρουσία αίματος κατά το βούρτσισμα των δοντιών ή κατά τη χρήση οδοντικού νήματος, και από την παρουσία ερυθρότητας, οιδήματος των ούλων και απώλειας πρόσφυσης των οδόντων. Η κατανομή των γονοτύπων VDR και οι συχνότητες των αλληλίων διέφεραν σημαντικά μεταξύ των ασθενών με διαβήτη τύπου 1 και της ομάδας ελέγχου και για τους τέσσερις γονοτύπους. Ο FokI FF γονότυπος και το αλλήλιο F, και ο ΒsmI BB γονότυπος και το αλλήλιο Β, ήταν λιγότερο συχνά σε ασθενείς με διαβήτη από ότι στην ομάδα ελέγχου. Ο ApaI AA γονότυπος και το αλλήλιο Α, και ο TaqI TΤ γονότυπος και το αλλήλιο Τ εμφανίζονταν πιο συχνά σε ασθενείς με διαβήτη από ότι στην ομάδα ελέγχου. Όσον αφορά στη σχέση μεταξύ των πολυμορφισμών στο γονίδιο του VDR και της ρινικής φορίας για τον χρυσίζοντα σταφυλόκοκκο, φάνηκε ότι ο ρινικός αποικισμός ήταν πιο συχνός σε ασθενείς με το αλλήλιο ΤaqI T από το αλλήλιο t, και οι TaqI TT ομοζυγώτες ήταν περισσότερο αποικισμένοι από τον χρυσίζοντα σταφυλόκοκκο από ότι οι ασθενείς με τους γονοτύπους TaqI tt και Tt. Επιπλέον οι ApaI AA ομοζυγώτες ήταν λιγότερο αποικισμένοι από ότι οι γονότυποι ApaI aa και Αα. Δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφορές για τους γονοτύπους BsmI και FokI. Η επίμονη ρινική φορία για τον χρυσίζοντα σταφυλόκοκκο ήταν πιο συχνή σε ασθενείς με το αλλήλιο TaqI T από ότι με το αλλήλιο t (29,3% έναντι 17%), αν και σε οριακά σημαντικό επίπεδο. Επίσης οι ομοζυγώτες ΤΤ αποικίζονταν επίμονα από τον σταφυλόκοκκο περισσότερο από αυτούς με γονότυπο tt και Tt. Oι ομοζυγώτες ΑΑ για τον πολυμορφισμό ApaI ήταν λιγότερο επίμονοι φορείς από ότι αυτοί με τους γονοτύπους αα και Αα. Από τους 112 ασθενείς στους οποίους προσδιορίσθηκε η παρουσία ουλίτιδας, οι 52 ήταν θετικοί για ουλίτιδα, δηλαδή ένα ποσοστό 46%. Μάλιστα, στους ασθενείς με ουλίτιδα συνυπήρχε σε μεγάλο ποσοστό η ρινική φορία χρυσίζοντα σταφυλοκόκκου. Η συχνότητα της ουλίτιδας σχετιζόταν με τη διάρκεια του διαβήτη, και με την ηλικία. Έχει τέλος αποδειχθεί ότι ο πολυμορφισμός TaqI του γονιδίου του VDR είναι ένας χρήσιμος δείκτης ευπάθειας σε περιοδοντίτιδα. Τα ευρήματα της μελέτης δείχνουν ότι δύο πολυμορφισμοί στο γονίδιο του υποδοχέα της βιταμίνης D, οι TaqI και ApaI, σχετίζονται με τον αποικισμό και την επίμονη ρινική φορία του χρυσίζοντα σταφυλοκόκκου σε ασθενείς με διαβήτη τύπου 1. Tα ευρήματά μας υποδεικνύουν σχέση μεταξύ και των τεσσάρων πολυμορφισμών που μελετήθηκαν, δηλαδή των FokI, BsmI, ApaI, και TaqI, με την ευπάθεια στον διαβήτη τύπου 1, σε ένα νησί της ανατολικής Μεσογείου με πολύ χαμηλή επίπτωση διαβήτη τύπου 1. Η μελέτη αυτή δεν επιβεβαίωσε οποιαδήποτε σχέση μεταξύ της φλεγμονής των ούλων και του γλυκαιμικού ελέγχου σε ασθενείς με διαβήτη τύπου 1. Ένα άλλο εύρημα που δεν έχει αναφερθεί είναι η πολύ σημαντική σχέση μεταξύ της ουλίτιδας και του ρινικού αποικισμού από χρυσίζοντα σταφυλόκοκκο. Τα αποτελέσματα της μελέτης αυτής βασίζονται σε ένα σχετικά μικρό πληθυσμό, και πρέπει να επιβεβαιωθούν σε μεγαλύτερες μελέτες. Όμως, καθώς συμπεριλάβαμε την πλειοψηφία των ασθενών με διαβήτη τύπου 1 στο νησί της Κρήτης, η μελέτη μας παρέχει τα οφέλη μιας καλά καθορισμένης περιοχής και ενός πληθυσμού με επιπολασμό διαβήτη τύπου 1 από τους χαμηλότερους στην Ευρώπη. Τα ευρήματα από τη μελέτη αυτήν προτείνουν ότι οι γενετικές παραλλαγές στο γονίδιο του υποδοχέα της βιταμίνης D μπορούν να επηρεάσουν το ρινικό αποικισμό από χρυσίζοντα σταφυλόκοκκο σε ασθενείς με διαβήτη τύπου 1, και συμβάλλουν στην κατανόηση του ανοσορυθμιστικού ρόλου της βιταμίνης D στην απάντηση του ανθρώπινου ξενιστή και την ευπάθεια στις λοιμώξεις. Απαιτείται περισσότερη έρευνα στο μέλλον για να διερευνηθούν γενετικοί και περιβαλλοντικοί παράγοντες που ενισχύουν ή αναστέλλουν αυτόν το ρόλο της βιταμίνης D στον διαβήτη τύπου 1, όπως και τη συμβολή της υπεριώδους ακτινοβολίας και άλλων περιβαλλοντικών ρυθμιστών των επιπέδων της βιταμίνης D. Τέλος, δεν βρέθηκε στατιστικά σημαντική διαφορά μεταξύ των αποικισμένων και των μη αποικισμένων ασθενών για καμία λοίμωξη από αυτές που μελετήσαμε (λοιμώξεις αναπνευστικού, ουροποιητικού, δέρματος και μαλακών μορίων, δυσπεπτικά ενοχλήματα, και άλλες λοιμώξεις)