Evaluation of the humoral components of innate and adaptive immunity in gastroenterological diseases with chronic inflammation

BEVEZETÉS A veleszületett immunrendszert alkotó celluláris és humorális alkotóelemek működésének megváltozása jelentős szerepet tölt be a különféle, nagy betegpopulációt érintő krónikus gyulladással járó gasztroenterológiai kórképek patogenezisében, mint például a gyulladásos bélbetegségek (IBD) vagy a coeliakia. Elégtelen működésük számos betegcsoportban, így májcirrhosisban is gyakoribb, súlyosabb infekciók kialakulásához vezethet. A coeliakiához vezető korai pathológiás történések magukba foglalják a veleszületett immunrendszer aktivációját is, mely elsősorban az epitheliumban zajlik. Emellett a coeliakia tipikus jellegzetessége a különböző antitestek jelenléte, habár ezek termelődésének hátterében álló mehanizmusok és a betegség pathogenezisében betöltött tényleges szerepük egyelőre nem teljesen tisztázott. A szöveti transzglutamináz 2 (TG2) a fő autoantigénje az anti-endomysialis antitesteknek (EMA) és az anti-TG2/EMA vizsgálata gyakran használt módszer a CD szűrésében és diagnosztikájában. A különféle baktériumok sejtfalának szénhidrát epitópjai ellen termelődő antitestek a szövődményes Crohn-betegség markerei. Az anti-Saccharomyces cerevisiae antitest (ASCA) gyakoribb megjelenését coeliakiában is leírták. Ugyanakkor az IBD-ben észlelt egyéb antimikrobiális antitestek (ALCA, AMCA, ACCA, anti-OMP) előfordulásának gyakorisága illetve klinikai jelentősége coeliakiában nem tisztázott. A májcirrhosisos betegek különösen fogékonyak a bakteriális fertőzések kialakulására, a cirrhosis asszociált immundeficiencia (CAID) szindróma jelenléte miatt, ennek azonban még nem minden komponense ismert. A komplement rendszer lektin útvonalának molekulái a veleszületett immunrendszerhez tartoznak, a májban képződnek és központi szerepet töltenek be a mikrobákkal szembeni védekezésben. A fikolinok (FCN) szolubilis mintázatfelismerő receptorként működnek, míg a mannóz-kötő lektin szerin proteázok (MASP) effektor molekulák. A funkcionális fehérjék alacsony szintje növeli a különféle fertőzés kialakulásának kockázatát, elsősorban immunszupresszióval járó kórképek esetén. A májcirrhosishoz kapcsolódó bakteriális fertőzésekben betöltött szerepük kevéssé ismert. CÉLKITŰZÉSEK Vizsgálataink során célul tűztük ki, hogy felnőtt coeliakias betegekben meghatározzuk a különféle glikán típusú antimikrobiális antitestek előfordulási gyakoriságát, a betegség klinikai fenotípusával való kapcsolatát, valamint azok jelenlétének lehetséges összefüggését a glutén expozícióval. Prospektíven követett, nagy esetszámú májcirrhosisos betegcsoportban célul tűztük ki továbbá annak vizsgálatát, hogy a lektin útvonal egyes molekuláinak (FCN-2, FCN-3 és MASP-2) szérumszintje hogyan változik az egészséges populációhoz képest és mutat-e összefüggést a betegségspecifikus szövődmények jelenlétével. Ötéves utánkövetéses klinikai vizsgálatban elemeztük a fikolinok és a MASP-2 molekulák szérumszintjének összefüggését a klinikailag jelentős bakterális infekciók kialakulásával és a halálozással. MÓDSZEREK A coeliakiás betegcsoportban az antimikrobiális antitestek illetve a májcirrhosisos betegekben a lektin útvonal molekuláinak (FCN-2, FCN-3, MASP-2) meghatározása ELISA módszerrel történt, szérum mintákból. EREDMÉNYEK Coeliakiás betegcsoportban elvégzett vizsgálataink eredményeit az alábbiakban foglalhatjuk össze: (I) A különféle glikán típusú antitestek közül a gASCA, AMCA, és ACCA az antitest előfordulási gyakorisága szignifikánsan magasabb volt a coeliakia diagnózisának felállításakor az egészséges és a gastrointestinalis kontrollokéhoz képest. Az ALCA IgG és anti-OMP esetén különbséget a vizsgált csoportok között nem találtunk. (II) Összefüggés volt kimutatható a glikán ellenes antitestek szintjei, illetve az EMA és TGA szintek között. (III) Szigorú gluténmentes diétát tartó betegekben kellő hosszúságú idő elteltével a glikán ellenes antitestek a szérumból teljesen eltűntek. (IV) Súlyos malabsorptios betegeknél jóval gyakrabban észleltünk többszörös antitest pozitivitást, míg a nem specifikus gastrointestinális tünetek vagy vashiányos anaemia esetén gyakoribb volt a szeroreaktivitás hiánya, vagy a csupán egy glikán komponens ellen kimutatható reaktivitás. Májcirrhosisos betegcsoportban elvégzett vizsgálataink eredményeit az alábbiakban foglalhatjuk össze:(I) A FCN-2, FCN-3 és MASP-2 szintek szignifikánsan alacsonyabbak voltak cirrhosisos betegekben az egészséges kontrollokhoz képest, és a betegség súlyosságával összefüggően csökkentek. (II) Az alacsony individuális FCN-2 és FCN-3 szintek és méginkább a kombinált fikolin deficiencia jelenléte esetén szignifikánsan gyakrabban alakult ki klinikailag jelentős bakteriális infekció a követési idő alatt, MASP-2 deficiencia esetén ilyen összefüggést nem találtunk. Ez az összefüggés azonban nem volt független a májbetegség súlyosságától. (III) Ugyanakkor sem a FCN profil, sem pedig a MASP-2 deficiencia nem mutatott összefüggést az infekciófüggő mortalitással. KÖVETKEZTETÉSEK Coeliakiás betegcsopotban végzett vizsgálatunk eredményei azt a feltételezést támasztják alá, hogy a gASCA és az egyéb glikán ellenes antitestek kialakulásának oka coeliakiában a károsodott vékonybél nyálkahártyán történő fokozott antigénátjutás. Továbbá, a glikán ellenes antitest pozitivitás a coeliakia jelenlétének és a diétás compliance markereként is értelmezhető. Májcirrhosisos betegekben észlelhető alacsony fikolin szintek a CAID szindróma újonnan azonosított komponensének tekinthetők. Jelentőségük elsősorban az infekciók patogenezise, illetőleg a jövőben esetlegesen terápiás célpontként való figyelembevétel szempontjából lehet. Az infekciók prognosztikájában független kockázati tényezőként azonban nem alkalmazhatók, mert a májbetegség súlyosságával szignifikáns összefüggést mutatnak.INTRODUCTION Changes in the functioning of the cellular and humoral components of the innate immune system play a significant role in the pathogenesis of various chronic inflammatory gastroenterological diseases (e.g. inflammatory bowel diseases (IBD) or coeliac disease) affecting a large patient population. Their insufficient function may lead to the more frequent development of severe infections in various patient groups, such as in cirrhosis. Early pathologic events resulting in coeliac disease are also involved the activation of the innate immune system which mainly takes place in the epithelium. In addition, the presence of various antibodies is the typical characteristic of coeliac disease, even though the background mechanisms of their production and their actual role in the disease pathogenesis are not entirely clarified. Tissue transglutaminase 2 (TG2) is the main autoantigen of anti-endomysial antibodies (EMA) and the analysis of anti-TG2/EMA is a frequent method during the screening and diagnostics of CD. The antibodies produced against the carbohydrate epitopes of the cell walls of various bacteria are the markers of complicated Crohn’s disease. The more frequent presence of anti-Saccharomyces cerevisiae antibody (ASCA) was observed also in coeliac disease. At the same time, the frequency and CD-related clinical significance of other antimicrobial antibodies observed in IBD (ALCA, AMCA, ACCA, anti-OMP) is not clarified. Cirrhosis patients are especially susceptible to bacterial infections due to the cirrhosis-associated immune deficiency syndrome (CAID). However, not all components of this syndrome is known. Lectin pathway molecules of the complement system are synthesised by hepatocytes and have pivotal role in innate host defense against infectious organisms. Ficolins (FCNs) act as soluble pattern recognition molecules, while mannan-binding lectin serine proteases (MASPs) are effective in elimination of pathogens. The low level of functional proteins increases the risk of various infections, especially in immunosuppressive diseases, while their role in bacterial infection related cirrhosis is less known. AIMS The objective of these analyses was to determine the prevalence of various glycan type antimicrobial antibodies in adult CD patients, as well as their correlation with the clinical disease phenotype and the possible connection between their presence and gluten exposition. In addition, a prospectively followed large study was performed in cirrhosis patients with the aim to examine how the serum level of each molecule of the lectin pathway (FCN2, FCN3 and MASP2) changes in comparison with the healthy population and whether there is any correlation with the presence of disease-specific complications. A five-year-long follow-up clinical study was performed to analyse the correlation of the serum level of ficolins and MASP2 molecules with the development of clinically significant bacterial infections and mortality. METHODS ELISA was used to determine the antimicrobial antibodies in coeliac patients and the lectin pathway molecules (FCN-2, FCN-3, MASP-2) in cirrhosis patients from serum samples. RESULTS The results of analysis performed in the coeliac patient group is summarised as follows: (I) Of the various glycan type antibodies, the prevalence of gASCA, AMCA and ACCA antibody was significantly higher than the healthy and gastrointestinal control at the time of setting up the coeliac diagnosis. No difference was found between the examined groups in the case of ALCA IgG and anti-OMP. (II) Correlation was found between the levels of anti-glycan antibodies and those EMA and TGA. (III) In the case of patients on strict gluten-free diet, anti-glycan antibodies totally disappeared from the serum. (IV) Multiple antibody positivity was observed significantly more frequently in the case of patients suffering from severe malabsorption. However, in the case of non-specific gastrointestinal symptoms or iron deficiency anaemia, the lack of seroreactivity or reactivity against a single glycan component were observed more frequently. The results of analysis performed in the cirrhosis patient group is summarised as follows: (I) FCN-2, FCN-3 and MASP-2 levels were significantly lower in cirrhosis patients in comparison with healthy controls and decreased in conformity with disease severity. (II) During the follow-up period, clinically significant bacterial infection developed significantly more frequently in the case of low individual FCN-2 and FCN-3 levels and especially combined ficolin deficiency. At the same time, no such correlation was found in the case of MASP-2 deficiency. However, this correlation was dependent on the severity of liver disease. (III) At the same time, neither the FCN profile, nor MASP-2 deficiency showed any correlation with infection-dependent mortality. CONCLUSIONS The results of our study performed in a coeliac patient group confirmed the assumption that the reason for generation of gASCA and other anti-glycan antibodies is the increased antigen presentation through the impaired small bowel mucosa. In addition, anti-glycan antibody positivity can also be interpreted as the marker of coeliac disease and dietary adherence. Low ficolin levels observed in cirrhosis patients can be regarded as the newly identified component of CAID syndrome. Their primary significance lies in the pathogenesis of infections, while they could also considered as therapeutic target in the future. However, they cannot be used as independent risk factors in the prognosis of infections, because they show significant correlation with the severity of liver diseases.N

Extracorporalis immunmoduláns kezelések alkalmazása akut gasztroenterológiai kórképekben = The use of extracorporal immunomodulatory treatments in acute gastroenterological disorders

Az akut, életet veszélyeztető gasztroenterológiai kórképek közül a súlyos akut pancreatitis és az akut májelégtelenség magas mortalitású kórképek, kezelésük napjainkban is kihívást jelent. Mindkét kórkép esetén jelentős sejtkárosodás jön létre, ezen felül a gyakran társuló infekció is túlzott immunválaszt, „citokinvihart” eredményezhet, amelynek kontrollálására a gyógyszeres próbálkozások nem jelentettek kellő hatékonyságú megoldást, ezért az extracorporalis technikák kerültek előtérbe. A citokin-adszorberek közül a CytoSorb alkalmazásával van jelenleg világszerte a legtöbb tapasztalat, amely kombinálható egyéb extracorporalis szervpótló kezelésekkel is. Két esetünk kapcsán szeretnénk bemutatni a jelenlegi terápiás lehetőségeinket, illetve tapasztalatainkat

HLA-DQ2 homozygosis increases tTGA levels at diagnosis but does not influence the clinical phenotype of celiac disease: a multicenter study

L

The characteristics and prognostic role of acute abdominal on-admission pain in acute pancreatitis: A prospective cohort analysis of 1432 cases

Introduction Pain is the most common symptom in acute pancreatitis (AP) and is among the diagnostic criteria. Therefore, we aimed to characterize acute abdominal pain in AP. Methods The Hungarian Pancreatic Study Group prospectively collected multicentre clinical data on 1435 adult AP patients between 2012 and 2017. Pain was characterized by its intensity (mild or intense), duration prior to admission (hours), localization (nine regions of the abdomen) and type (sharp, dull or cramping). Results 97.3% of patients (n = 1394) had pain on admission. Of the initial population with acute abdominal pain, 727 patients answered questions about pain intensity, 1148 about pain type, 1134 about pain localization and 1202 about pain duration. Pain was mostly intense (70%, n = 511/727), characterized by cramping (61%, n = 705/1148), mostly starting less than 24 h prior to admission (56.7%, n = 682/1202). Interestingly, 50.9% of the patients (n = 577/1134) had atypical pain, which means pain other than epigastric or belt-like upper abdominal pain. We observed a higher proportion of peripancreatic fluid collection (19.5% vs. 11.0%; p = 0.009) and oedematous pancreas (8.4% vs. 3.1%; p = 0.016) with intense pain. Sharp pain was associated with AP severity (OR = 2.481 95% CI: 1.550-3.969) and increased mortality (OR = 2.263, 95% CI: 1.199-4.059) compared to other types. Longstanding pain (>72 h) on admission was not associated with outcomes. Pain characteristics showed little association with the patient's baseline characteristics. Conclusion A comprehensive patient interview should include questions about pain characteristics, including pain type. Patients with sharp and intense pain might need special monitoring and tailored pain management. Significance Acute abdominal pain is the leading presenting symptom in acute pancreatitis; however, we currently lack specific guidelines for pain assessment and management. In our cohort analysis, intense and sharp pain on admission was associated with higher odds for severe AP and several systemic and local complications. Therefore, a comprehensive patient interview should include questions about pain characteristics and patients with intense and sharp pain might need closer monitoring

Early prediction of acute necrotizing pancreatitis by artificial intelligence : a prospective cohort-analysis of 2387 cases

Pancreatic necrosis is a consistent prognostic factor in acute pancreatitis (AP). However, the clinical scores currently in use are either too complicated or require data that are unavailable on admission or lack sufficient predictive value. We therefore aimed to develop a tool to aid in necrosis prediction. The XGBoost machine learning algorithm processed data from 2387 patients with AP. The confidence of the model was estimated by a bootstrapping method and interpreted via the 10th and the 90th percentiles of the prediction scores. Shapley Additive exPlanations (SHAP) values were calculated to quantify the contribution of each variable provided. Finally, the model was implemented as an online application using the Streamlit Python-based framework. The XGBoost classifier provided an AUC value of 0.757. Glucose, C-reactive protein, alkaline phosphatase, gender and total white blood cell count have the most impact on prediction based on the SHAP values. The relationship between the size of the training dataset and model performance shows that prediction performance can be improved. This study combines necrosis prediction and artificial intelligence. The predictive potential of this model is comparable to the current clinical scoring systems and has several advantages over them

EASY-APP : An artificial intelligence model and application for early and easy prediction of severity in acute pancreatitis

Acute pancreatitis (AP) is a potentially severe or even fatal inflammation of the pancreas. Early identification of patients at high risk for developing a severe course of the disease is crucial for preventing organ failure and death. Most of the former predictive scores require many parameters or at least 24 h to predict the severity; therefore, the early therapeutic window is often missed.The early achievable severity index (EASY) is a multicentre, multinational, prospective and observational study (ISRCTN10525246). The predictions were made using machine learning models. We used the scikit-learn, xgboost and catboost Python packages for modelling. We evaluated our models using fourfold cross-validation, and the receiver operating characteristic (ROC) curve, the area under the ROC curve (AUC), and accuracy metrics were calculated on the union of the test sets of the cross-validation. The most critical factors and their contribution to the prediction were identified using a modern tool of explainable artificial intelligence called SHapley Additive exPlanations (SHAP).The prediction model was based on an international cohort of 1184 patients and a validation cohort of 3543 patients. The best performing model was an XGBoost classifier with an average AUC score of 0.81 ± 0.033 and an accuracy of 89.1%, and the model improved with experience. The six most influential features were the respiratory rate, body temperature, abdominal muscular reflex, gender, age and glucose level. Using the XGBoost machine learning algorithm for prediction, the SHAP values for the explanation and the bootstrapping method to estimate confidence, we developed a free and easy-to-use web application in the Streamlit Python-based framework (http://easy-app.org/).The EASY prediction score is a practical tool for identifying patients at high risk for severe AP within hours of hospital admission. The web application is available for clinicians and contributes to the improvement of the model

Hypertriglyceridemia-induced acute pancreatitis: A prospective, multicenter, international cohort analysis of 716 acute pancreatitis cases

Background Hypertriglyceridemia is the third most common cause of acute pancreatitis (AP). It has been shown that hypertriglyceridemia aggravates the severity and related complications of AP; however, detailed analyses of large cohorts are inadequate and contradictory. Our aim was to investigate the dose-dependent effect of hypertriglyceridemia on AP. Methods AP patients over 18 years old who underwent triglyceride measurement within the initial three days were included into our cohort analysis from a prospective international, multicenter AP registry operated by the Hungarian Pancreatic Study Group. Data on 716 AP cases were analyzed. Six groups were created based on the highest triglyceride level (Peer reviewe