Tissue transglutaminase autoantibodies in childhood celiac disease

Abstract

Celiac disease is a prevalent small bowel disease in children caused by permanent intolerance against gliadin, which is the alcohol-soluble fraction of the cereal protein gluten in wheat, rye and barley. Celiac disease is characterized by an inflammatory infiltrate of CD4+ T lymphocytes in the intestinal mucosa leading to damage of villous structure and loss of absorptive surface. As a consequence, gastrointestinal symptoms and signs of malnutrition often occur in children. The exclusion of gluten from the diet results in healing of the intestinal mucosa. Celiac disease is also strongly associated with tissue transglutaminase (tTG) autoantibodies that are considered to be markers for the disease. Moreover, levels of tTG autoantibodies decline after gluten withdrawal, which enables objective evaluation of how patients respond to treatment with gluten-free diet. The use of serological markers for diagnostic purposes in celiac disease will most likely increase as screenings of large populations are performed. It is therefore important to test the current methods for autoantibody detection. The aim of the present thesis was to evaluate radioimmunoassays for the assessment of tTG autoantibodies in children with celiac disease. In Study I, the diagnostic sensitivity and specificity were determined for autoantibodies against human recombinant tTG with liquid phase radioligand binding immunoassays. It was shown that the diagnostic sensitivities for IgA-tTG and IgG-tTG were 85% and 84%, respectively, and the specificity for both isotypes was 94%. The sensitivities were lower compared with previous studies based on similar radioimmunoassays and mainly explained by the inclusion of children diagnosed at two years of age or younger. In Study II, it was examined how human recombinant tTG affected the binding of tTG autoantibodies in liquid phase compared with solid phase immunoassays. We hypothesized that epitopes may be hidden for autoantibodies in the solid phase, but results showed high concordance for IgA-tTG in children with untreated celiac disease. However, the specific binding of IgG-tTG was significantly reduced compared with the two IgA-assays. In contrast, using protein A for binding IgG-tTG in the radioligand binding assays nearly displayed as high diagnostic accuracy as IgA-tTG. In Study III, the effect of gluten-free diet on tTG autoantibody levels and subsets of peripheral blood lymphocytes by flow cytometry were investigated in children with newly diagnosed celiac disease. It was observed that the decline in tTG autoantibody levels subsequent to gluten-free diet was associated with concomitant changes in B cells and a subset of CD4+ regulatory T cells expressing the markers CD25 and CCR4, indicating that flow cytometry might be a useful complement to tTG autoantibodies in monitoring of the disease activity in celiac disease. In Study IV, tTG autoantibodies and endomysial autoantibodies were measured in a screening for celiac disease performed on normal 3-year old children. The outcome of the study diagnosed 0.5% of children with previously unrecognized celiac disease. Although the study revealed a high number of children with transient autoantibodies, the combination of IgA-tTG and IgG-tTG seemed to better predict persistent autoantibodies and a pathological biopsy than any of the autoantibodies alone. In conlusion, this thesis adds new aspects in terms of how tTG autoantibodies can be used as serological markers in children investigated for celiac disease. It is proposed that both IgA-tTG and IgG-tTG are analyzed with radioligand binding assays in children screened for celiac disease with the primary goal to develop a standardized immunoassay in near future.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Bakgrund - Glutenintolerans (celiaki) är en vanlig kronisk tunntarmssjukdom som drabbar 1% av befolkningen och beror på att man inte tål ämnet gluten som förekommer i vete, korn och råg. Celiaki är delvis ärftligt och förekommer i alla åldrar, men upptäcks framför allt hos barn. Intoleransen mot gluten orsakas av en immunologisk reaktion mot tunntarmens slemhinna som efter en tid stöts bort. I normala fall är slemhinnan kraftigt veckad och försedd med fingerliknande utskott (s.k. villi) för att optimera näringsupptaget från tunntarmen.



En skadad tunntarmslemhinna kan ge upphov till en rad olika symptom. Om celiaki förblir obehandlad kan detta i sin tur leda till komplikationer till följd av bristande upptag av näring, vitaminer och spårämnen. Hos små barn yttrar sig sjukdomen främst i form av mag- och tarmsymptom med episoder av diarréer eller förstoppningar, magsmärtor och kräkningar. Oftast tappar dessa barn vikt och har en minskad längdtillväxt. Emellertid medför inte celiaki alltid tydliga symtom, vilket ibland gör sjukdomen svår att upptäcka. Hos äldre barn och ungdomar kan symtomen vara mera diffusa och associerade med kortvuxenhet, försenad pubertetsutveckling och trötthet till föjd av järnbrist. För att fastställa diagnosen krävs idag en undersökning av tunntarmen med s.k. biopsi som syftar till att en vävnadsbit tas för undersökning i mikroskop. Om det finns typiska tecken till skada på slemhinna är behandlingen glutenfri kost. Detta medför att inflammationen läker ut och tunntarmen återfår sin normala funktion.



Idag kan man analysera särskilda antikroppar i blodprov för celiaki, s.k. serologiska markörer. Dessa antikroppar tycks vara mycket sjukdomsspecifika och sannolikt involverade vid utvecklingen av sjukdomen. Analys av blodprov för dessa antikroppar används idag i kliniskt bruk vid utredningen av celiaki. Detta har också gjort det möjligt att analysera stora grupper med eller utan risk för celiaki genom screening. Det har då visat sig att sjukdomen förekommer i högre omfattning än man tidigare trott, i synnerhet hos individer med typ 1 diabetes och Downs syndrom.



Syfte ? Målsättningen med studierna i denna avhandling var att utvärdera en ny serologisk markör, autoantikroppar mot vävnadstransglutaminas (tTG-antikroppar), vid utredning och behandling av barn och ungdomar med celiaki.



Den specifika målsättningen med delarbete I var att utveckla en radioaktiv mätmetod (RBA) för analys av tTG-antikroppar hos barn med obehandlad och behandlad celiaki och jämföra resultaten med en redan vedertagen kliniskt tillgänglig markör, endomysium-antikroppar (EMA). Vi fann att tTG-antikroppar uppvisade lika hög diagnostisk sensitivitet (85%) och specificitet (94%) som för EMA hos barn med obehandlad celiaki. Däremot visade resultaten att barn med celiaki under två års ålder till viss del saknar dessa antikroppar (37% negativa), vilket troligen är en förklaring till att sensitiviteten i vår studie rapporterades lägre än i andra studier. Däremot fann vi att närmare 20% av barn med redan behandlad celiaki har påvisbara tTG-antikroppar trots behandling med glutenfri kost i mer än sex månader.



Huvudsyftet med delarbete II var att jämföra två olika metoder, ELISA och RBA, för att se om analyserna skiljde sig åt vid detektion av tTG-antikroppar hos barn med behandlad och obehandlad celiaki. Vi fann att en de specificka analyserna av IgA och IgG antikroppar inte skiljde sig åt mellan metoderna för detektionen av barn med obehandlad celiaki. Däremot såg vi att den skillnad som tidgare beskrivits mellan metoderna för analys av IgG var orsakad av användandet av protein A i RBA; ett äggviteämne som används i somliga analyser för att binda IgG-antikroppar. Vidare bekräftade vi vår tidigare observation att det finns en skillnad mellan metoderna vad gällde barn med behandlad celiaki där RBA fann kvarvarande tTG-antikroppar i väsentlig omfattning jämfört med de övriga mätmetoderna.



I delarbete III följde vi en liten homogen grupp av barn med celiaki sex månader efter insatt glutenfri kost. Vi undersökte blodprover vid diagnostillfället samt efter tre och sex månader. Blodproven analyserades för en uppsättning markörer för olika vita blodkroppar i blodet för att belysa om det kunde påvisas skillnader före och efter behandling. Som förväntat sjönk tTG-antikropparna som svar på den inledda kostbehandlingen. Emellertid var det en markant skillnaden i nivåer och somliga barn hade kvarvarande höga koncentrationer av tTG-antikroppar efter sex månader. Vi kunde då se att den grupp av barn som sjunkti mest i nivåer av tTG-antikroppar efter behandling också var den grupp där man endast kunde se skillnader i det perifera immunförsvaret, de specifika celler som berör toleransutvecklingen mot främmande ämnen.



I sista arbetet, delarbete IV, jämförde vi tTG-antikroppar med EMA i en celiaki-sceening av en årskull av 3-åriga barn i Malmö. Av 652 inkluderade barn fann vi att 2-3% bär på olika antikroppar beroende på vilken analys som användes, men att närmare hälften av barnen med var negativa i ett uppföljningsprov. Av de barn som hade antikroppar i båda blodproven konstaterades celiaki med en tunntarmsbiopsi i 0.5%, men kunde misstänkas i 0.8% om de som inte biopserades av olika anledningar inräknades. I samma årskull hade ytterligare 0.3% redan diagnosticerad celiaki. Vi fann att analys av tTG-antikroppar kan användas som alternativa markörer till EMA vid screening av barn för celiaki.



Slutsatser ? Sammantaget visar denna avhandling att tTG-antikroppar kan användas som serologisk markör vid utredning av barn med celiaki. Avhandlingen visar också att man i blodprov kan påvisa skillnader i immunförsvaret som involverar specifika vita blodkroppar före och efter glutenfri kost. Slutligen konstaterades att man med hjälp av tTG-antikroppar kan finna tidigare oupptäckta barn med celiaki vid screening och att sjukdomen är mera vanligt förekommande i den svenska befolkningen än man tidigare trott.

• author: Agardh, Daniel
• supervisor: Sten-Anders Ivarsson
• opponent: Professor Stenhammar, Lars, Linköping
• organization: Paediatric Endocrinology (research group)
• publishing date: 2006
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Endocrinology and Diabetes; Pediatrics
• keywords: Immunologi, serologi, Medicine (human and vertebrates), Medicin (människa och djur), Immunology, serology, transplantation, villous atrophy, T cells, serological marker, screening, intestinal mucosa, children, celiac disease, CD25, CD8, CD4, autoantibodies, B cells, gluten-free diet, autoimmunity
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 83,5972222222222
• pages: 109 pages
• defense location: Medicinska Aulan, Universitetssjukhuset MAS, Malmö
• defense date: 2006-03-03 09:15:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 91-85481-45-9
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: D Agardh, S Borulf, Å Lernmark and S Ivarsson. 2003. Tissue transglutaminase immunoglobulin isotypes in children with untreated and treated celiac disease. J Pediatr Gastroenterol Nutr, vol 36 pp 77-82.; D Agardh, I Dahlbom, T Daniels, E Lörinc, S Ivarsson, Å Lernmark and T Hansson. 2005. Autoantibodies against soluble and immobilized human recombinant tissue transglutaminase in children with celiac disease. J Pediatr Gastroenterol Nutr, vol 41 pp 322-327.; D Agardh, K Lynch, C Brundin, S Ivarsson, Å Lernmark and CM Cilio. 2006. Reduction of tissue transglutaminase autoantibody levels by gluten-free diet is associated with changes in subsets of peripheral blood lymphocytes in children with newly diagnosed celiac disease. Clin Exp Immunol, (inpress); D Agardh, A Carlsson, K Lynch, I Axelsson, Å Lernmark and S Ivarsson. 2004. Using radioligand-binding assays to measure tissue transglutaminase autoantibodies in young children. Acta Paediatr, vol 93 pp 1046-1051.
• id: becb6151-fdc5-4fcd-8e56-e1431a523120 (old id 546315)
• date added to LUP: 2016-04-01 15:30:19
• date last changed: 2019-05-22 06:01:32