Genetische Disposition für r Infektion und Sepsis Martijn van Griensven TRAUMA Forschungszentrum für Traumatologie der AUVA Ludwig Boltzmann Institut für experimentelle und klinische Traumatologie Lorenz Böhler Unfallkrankenhaus AUVA
Gene Umgebung Krankheit
Polymorphismus Different alleles, none of which is predominant in the population Alberts, Molecular Biology of the Cell, 4th Edition Genetische Varianz, ohne das normale Leben zu stören
Polymorphismus 1 Umgebung Polymorphismus 2 Risiko Risiko
Trauma: Polymorphismus oder Umgebung?
Welche Menschen erleiden ein Trauma? d.h.: wer sind diese Patienten im genetischen Sinne?
Trauma Posttraumatischen Verlauf genetische Polymorphismen bland Komplikationen Leben tot outcome
Welche Gene untersuchen?
TRAUMA SIRS/Sepsis Protein MODS Überleben
Trauma vs. Zytokine Welche Zytokine? Assoziiert mit dem Outcome? Bestehende Polymorphismen? Assoziation Polymorphismen und Outcome?
Zytokinverlauf nach Sepsis
primär PRO-INFLAMMATORISCHE REAKTION TNF-α IL-1 Problem: Niedrige Halbwertzeit Undulierende Spiegel
sekundär PRO INFLAMMATORISCHE REAKTION ANTI INFLAMMATORISCHE REAKTION IL-6 IL-8 IL-10 IL-1RA Gute Halbwertzeit Stabiles Niveau
Interleukin-6 12000 10000 * [IL-6] (pg/ml) 8000 6000 4000 * +MODS -MODS * * * * MODS * 2000 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Tage nach Trauma
IL-6 Sepsis 1200 * [IL-6] (pg/ml) 1000 800 600 400 +Sepsis -Sepsis 200 * * * * * 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Zeit nach Trauma (Tage)
IL-10 MODS 90 80 [IL-10] (pg/ml) 70 60 50 40 30 20 10 +MODS -MODS * * * MODS 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Zeit nach Trauma (Tage)
IL-10 Sepsis [IL-10] (pg/ml) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 * +Sepsis -Sepsis * * * * * 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Zeit nach Trauma (Tage)
IL-10 80 70 IL-10 in pg/ml 60 50 40 30 20 10 * * * * * Verstorben Überlebt 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Tage
Zytokine Posttraumatischen Verlauf
Trauma Gene Zytokine Zellaktivität Immunzellen Endothelzellen Organe Dysfunktion
Villar et al. Crit Care. 2004; 8: 180 189
LBP SIRS vs. Sepsis 140 Sepsis [LBP] (µg/ml) 120 100 80 60 40 * * * * * * * * * * * * * +SIRS-Sepsis +Sepsis 20 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Zeit nach Trauma (Tage)
Holmes, C. L. et al. Chest 2003;124:1103-1115
Untersuchte Polymorphismen Gen Marker Assoziation BPI Lys-Glu (216) - BPI Noncoding PstI - BPI Synonymous TaqI (545) - LBP Cys-Gly (98) + (male) LBP Leu-Pro (436) - LBP Synonymous HpaII (291) - CD14-260 (-159) promoter - TLR-4 Asp-Gly (299) + TLR-4 Thr-Ile (399) - TLR-4 Rare coding mutations + TLR-2 Arg-Gln (753) + TLR-2 Rare coding mutations - Villar et al. Crit Care. 2004; 8: 180 189
Weitere Faktoren Gen Marker Assoziation Plasminogen activator inhibitor-1 Tissue-type plasminogen activator IL-1 receptor antagonist IL-1β Promoter single base indel a Noncoding indel a Noncoding microsatellite Synonymous TaqI (297) + - + - IL-6-174 promoter - IL-10-1082 promoter + TNF-α -308 promoter + TNF-β (LTA) Noncoding NcoI + Villar et al. Crit Care. 2004; 8: 180 189
Sepsis Experiment Gram- Gram+ 6h und 24h Geweben für RNA
Identifizierte Gene Gram+ und Gram- Gram- 4 65 22 Gram+
Funktionskategorien Protein processing 9% Nucleic acid Processing 8% Transport function 7% Energy pathway 6% Metabolism 19% Cytoskeleton organization 9% Cell proliferation 6% Immune response 7% Acute phase protein 2% ROS/Stress response 12% Cell communication 3% Signal transduction 9% Detoxification 3%
DNA chips RNA SSH-Libraries Clone-Set I + II cdna Microarrays Identifikation von dysregulierten Genen
Validierungskriterien Power der Studie prospektiv vs. retrospektiv Genetik der Familie genetische Assoziationen/Epiphenomene genetische Konstellation der Population Reproduzierbarkeit (2. Kohort)
Medline sepsis AND polymorphism 492 AND cytokines 163 TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-10, IFN-γ 104
Polymorphismen TNF -308 TNF1 TNF2 TNF NcoI TNFB1 TNFB2 IL-1β TaqI klein groß IL-6 174G/C GG GC CC IL-10 Rx/Gx IFNγ-receptor 1 D6S471
TNF -308 TNF2 allel anwesend TNF-α nach LPS Stimulierung Louis, Clin.Exp.Immunol. 113 (1998) Inzidenz der Sepsis und nach Trauma TNF2: mehr Sepsis O Keefe, J.Trauma 52 (2002) Outcome Inzidenz der postoperativen Sepsis Inzidenz der Sepsis interne ITS Tang, Crit.Care Med. 28 (2000) Mira, JAMA 282 (1999)
TNF -308 Keine Assoziation gefunden mit TNF1 oder TNF2: Inzidenz der Sepsis TNF-α Produktion nach LPS Stüber, J.Inflamm. 46 (1995)
TNF NcoI TNFB2 homozygote Inzidenz der schwere Sepsis nach Trauma Majetschak, Ann.Surg. 230 (1999) mehr Sepsis Ex vivo TNF-α in posttraumatische Sepsis TNFB2: Outcome Flach, Cytokine 11 (1999) Mortalität in postoperative schwere Sepsis Stüber, Crit.Care Med. 24 (1996) Inzidenz von MODS nach post-op schwere Sepsis Stüber, Crit.Care Med. 24 (1996)
IL-1β TaqI Großes Fragment (13.4 kb) allel + In vitro: mehr IL-1β Produktion Pociot, Eur.J.Clin.Invest. 22 (1992) - keine Assoziation mit Outcome nach post-op sepsis Fang, Crit.Care Med. 27 (1999)
IL-6 174G/C CC homozygote IL-6 bei Inflammation IL-6 174C: Osiri, Genes Immun. 1 (1999) IL-6 LPS Stimulation: IL-6 Sekretion Fishman, J.Clin.Invest. 102 (1998) Outcome Mortalität nach post-op schwere sepsis Schlüter, Crit.Care Med. 30 (2002) SIRS Inzidenz nach Trauma Hildebrand, van Griensven, Shock 24 (2005)
IL-6 6 nach Typhus Impfung Bennermo et al. Clin Chem 2004; 50:2136-2140
IL-10 Rx/Gx IL-10 R3/G7 niedrigste IL-10 Sekretion IL-10 R2/G14höchste IL-10 SeKretion Eskdale, PNAS 95 (1998) Bedeutung bei Trauma/Sepsis?
IFNγ-receptor 1 D6S471 AA homozygote starke Korrelation mit Infektion bei stumpfem Trauma Davis, Surgery 128 (2000) n=38
TLR4 Asp299Gly und Thr399Ile Humane endotoxinämie Marsik, C. et al. Clin Chem 2005;51:2178-2180
Grenzen Genetische Abhängigkeiten nicht untersucht Keine Vergleiche mit der Normalbevölkerung Reproduzierbarkeit nicht untersucht Häufig kleine Patientenzahlen
Gibt es genetische Prädisposition beim (posttraumatischen)) Sepsis? TNF2 JA TNFB2 IL-6 174 CC
Offene Fragen Kombination schlechte Polymorphismen? Andere Gene? Welche Endpunkten sollte man untersuchen? Kosten? Durchführbarkeit in der Routine? Ethische Bedenken?
Und dann?! Risiko-Abschätzung Timing der Operation Art der chirurgischen Prozedur (?) Verabreichung von Modulatoren?
Polymorphismus Trauma Gene Zytokine Zellaktivität Immunzellen Endothelzellen Organe Dysfunktion