Risikofaktoren in der Entstehung der alkoholischen Leberzirrhose 23. Symposium, NSF e.V., Hannover 10.05.2017 Risikofaktoren in der Entstehung der alkoholischen Leberzirrhose Felix Stickel Klinik für Gastronterologie und Hepatologie, Universitätsspital Zürich & Leberzentrum, Hirslanden Klinik Beau Site, Bern

Progression der (Nicht-)alkoholischen Fettleber 90-100% 10-35% 8-20% (Nicht)-Alkoholzirrhose ± HCC (Nicht)-Alkoholische Fettleber (Nicht)-Alkoholische Steatohepatitis Nur eine Minderheit entwickelt eine schwere Leberkrankheit (Komplikationen) Seitz & Stickel. Nature Rev Cancer 2007;7:599 Stickel & Hellerbrand. GUT 2010;59:1303 Stickel & Hampe. GUT 2012;61:150 Stickel et al. J Hepatol 2017;66:195

Risikofaktoren der Alkoholischen Leberkrankheit Alkohol (Menge, Getränk?, Trinkmuster) Übergewicht Koinfektion mit Hepatitisviren Genetik Nikotin, Cannabis, Kaffee

Risikofaktoren der Progression Alkohol Wirtsgenetik Geschlecht Genetische Varianten (Polymorphismen) Ethnische Herkunft Metabolisches Syndrom Chronische Virushepatitis Ernährung Zirrhose

Alkoholmenge und Zirrhoserisiko Bellentani et al Alkoholmenge und Zirrhoserisiko Bellentani et al., Gut 1997;41:845-50 (Dionyssos-Studie) Alc cirrhotics Non-cirrhotic ALD %

Alkoholmenge und Zirrhoserisiko Corrao et al. Prev Med 2004;38:613-9 Metaanalyse zu Alkoholmenge und Erkrankungsrisiko (15 maligne und nicht maligne Erkr.) 9 Studien erfassten Zirrhose risiko (n=2,202) 6 Fall-Kontrol-Studien, 3 Kohortenstudien Risikoassessment gemäss täglichem Alkoholkonsum (25g, 50g, 100g)

Alkoholische und/oder Nicht-alkoholische Leberkrankheit?

Adipositas und Zirrhoserisiko Studie N Hauptergebnis Naveau et al. 1,604 Zirrhose und Steatose mit Adipositas >10 J. assoziiert Raynard et al. 268 Pts mit Fibrose (>F2) zeigten höheren BMI (25 vs. 23kg/m2)

Adipositas und Zirrhoserisiko Adipokines Naveau et al. J Hepatol 2010;52:895-902

CHC Progression: niedriger / moderater Alkoholkonsum Monto et al., Hepatology 2004;39:826-34 N = 800 P <0.05

HCC-Risiko bei Alkoholikern mit Hepatitis B oder C Donato et al. Am J Epidemiol 2002;155:323-31

Genetisches Risiko der Alkoholzirrhose Frauen sind gegenüber gleichen Mengen Alkohol anfälliger (Pares et al. 1986, Sato et al. 2001) Hispanier haben ein höheres Risiko für eine Alkoholzirrhose als Kaukasier und Schwarzafrikaner (Wickramasinghe et al. 1995, Stinson et al. 2001) Monozygote Zwillinge zeigen 3-fach höhere Prävalenz einer Alkoholzirrhose als dizygote Zwillinge (Hrubec et al. 1981, Reed et al. 1996)

Genetische Fallkontrollstudien (SNP – single nucleotide polymorphism) Hypothesen-getrieben (gesicherte/mutmassliche Rolle der SNPs in der Pathophysiologie) 100s von Studien Kleine Stichproben Fehlerhaftes Fall-Kontroll-Design Häufige Zufallsassoziationen Kein bestätigter genetischer Marker (bis vor kurzem)

Genetik der Nicht-alkoholischen Fettleberkrankheit Romeo et al. Nat Genet 2008;40:1461-5 PNPLA3 PNPLA3 rs738409 – patatin-like phospholipase domain containing 3

EASL 2014, London Searching for wine and dine…

PNPLA3 und ALE (vs. alle Kontrollen) Chamorro et al. Alim Pharm Ther 2014;40:571-81 GG vs. CC GC vs. CC

PNPLA3 rs738409 (G) Allelfrequenz bei Alkoholzirrhose Alkoholische Leberkrankheit Risikotrinker (SHIP) N=1,043 N=376 Stickel et al. Hepatology 2011;53:86-95

PNPLA3 rs738409 (G) Allel und HCC Trépo et al. Hepatology 2014;59:2170-7

Genom-weite Assoziationsstudie (GWAS) bei Alkoholzirrhose (±HCC) .

Patienten und Methoden Rekrutierung zwischen 2000-2014 in GI/Hepatologie und Suchtkliniken Einschlusskriterien: Alkoholkonsum (>60g/Tag ♀; >80g/Tag ♂ >10 Jahre) Zirrhose belegt durch (1) Biopsie (Ishak 4-6), (2) Zirrhosekomplikationen, (3) unstrittige US oder CT Ergebnisse bzw. Ösophagusvarizen Standardlabor (ALT, AST, GGT, AP, Bilirubin, INR, Albumin, BB), US Ausschluss von CHB+C, Hämochromatose, Autoimmunhepatitis Schritt II: Unabhängige Validierung Deutschland/CH: Zirrhose (n=521), Kontrollen (n=761) Belgien: Zirrhose (n=619), Kontrollen (n=160) Genotypisierung GWAS: OmniExpress (Illumina, San Diego, US) – 532,238; gemeinsamer Markerset Imputation 1,000 Genomes Validierung: TaqMan PCR für die 10 Top Hits der GWAS Schritt I: Multizentische GWAS Deutschland/CH/Österreich: Zirrhose (n=410), Kontrollen (n=1,119) UK: Zirrhose (n=302), Kontrollen (n=346) Buch et al. Nature Genetics 2015

Schritt II (Validierung) Ergebnisse Patientencharakteristika   Schritt I (GWAS) Schritt II (Validierung) Deutschland (n=1,490) UK (n=648) Deutschland Replikation 1 (n=1,290) Belgien Replikation 2 (n=780) Zirrhose (n=410) Kontrolle (n=1,080) (n=302) (n=346) (n=529) (n=761) (n=619) (n=161) Alter (IQR) 53 (47-61) 42 (36-48) 53 (47-60) 49 (42-56) 54 (47-62) 46 (39-53) 55 (49-61) 47 (41-55) Männer (% ) 71 100 68 77 72 83 70 69 BMI (IQR)* 26.2 (22.8-29.3) 24.8 (22.7-27.5) (22.8-26.8) 24.6 (22.8-26.6) 26.0 (23.0-29.2) 24.3 (21.7-27.0) 25.8 (22.7-29.8) 22.8 (20.6-25.7) Diabetes Typ II (%)* 24 4.0 0* 18.2 11.3 2 * Diabetiker ausgeschlossen Buch et al. Nature Genetics 2015

GWAS Alkoholzirrhose Buch et al. Nature Genetics 2015;47:1443-8 genomweite Signifikanz 5x10-8 suggestive Signifikanz 1x10-5 Buch et al. Nature Genetics 2015;47:1443-8

Ergebnisse Top 10 Hits der GWAS   GWAS Hit -Position Locus P 1 PNPLA3 I148M 1,17E-28 2 TM6SF2 E147K 2,86E-06 3 TM4SF20 1,31E-06 4 PSD3 1,46E-06 5 DUSP1 2,51E-06 6 LPHN2 5,43E-06 7 IL21 7,64E-06 8 PDE7B 7,84E-06 9 CSMD1 1,02E-05 10 MBOAT7 1,35E-05 Buch et al. Nature Genetics 2015

Ergebnisse Top 10 Hits der GWAS   GWAS Validierung Validation (adjustiert) Hit -Position Locus P P (unadjustiert) SEX_AGE_BMI_DIABETES 1 PNPLA3 I148M 1,17E-28 2.45e-23 5.50e-13 2 TM6SF2 E147K 2,86E-06 2.61e-05 0.029 3 TM4SF20 1,31E-06 0.69 0.72 4 PSD3 1,46E-06 0.68 0.82 5 DUSP1 2,51E-06 0.18 0.75 6 LPHN2 5,43E-06 0.49 0.21 7 IL21 7,64E-06 0.63 0.64 8 PDE7B 7,84E-06 0.36 0.24 9 CSMD1 1,02E-05 0.19 0.90 10 MBOAT7 1,35E-05 1.35e-04 9.70e-04 Buch et al. Nature Genetics 2015

GWAS Alkoholzirrhose Buch et al. Nature Genetics 2015;47:1443-8 Locus   Locus Chr P discovery metaanlysis GWAS P validation metaanalysis Germany / Belgium Odds ratio Validierung Odds ratio, Adjustiert für Geschlecht, Alter, BMI, Diabetes Risikoallel-Frequenz (Fälle) (Kontrollen) hit #1 PNPLA3 148M 22 1.17 x 10-28 2.45 x 10-23 2.03 [1.89-2.17] 2.05 [1.85-2.24] 0.376 0.225 hit #2 TM6SF2 E167K 19 2.68 x 10-06 2.61 x 10-05 1.63 [1.40-1.86] 1.42 [1.11-1.73] 0.101 0.065 hit #10 MBOAT7 1.35 x 10-05 1.35 x 10-04 1.29 [1.16-1.42] 1.38 [1.18-1.57] 0.476 0.403 Buch et al. Nature Genetics 2015;47:1443-8

Risikoloci für Alkoholische Leberzirrhose PNPLA3 rs738409 – patatin-like phospholipase domain containing 3 TM6SF2 rs58542926 - transmembrane 6 superfamily member 2 MBOAT7 rs641738 - membrane bound O-acyltransferase domain containing 7

Fine-Mapping der Risikoloci MBOAT7 TM6SF2 Buch et al. Nature Genetics 2015

Gewebsexpression (MBOAT7/TMC4) Buch et al. Nature Genetics 2015

Ergebnisse Effektgrösse in Subgruppen MBOAT7 PNPLA3 TM6SF2 Buch et al. Nature Genetics 2015

Genetik der Nicht-alkoholischen Fettleberkrankheit Mancina et al. Gastroenterology 2016;150:1219-30 MBOAT7 Romeo et al. Nat Genet 2008;40:1461-5 PNPLA3 Kozlitina et al. Nat Genet 2014;46:352

NCAN und TM6SF2 sind in komplettem Linkage Disequilibrium!! Sequenzvariation im NCAN- und PNPLA3-Gen sind mit HCC-Risiko bei Alkoholzirrhose assoziiert Alkoholzirrhose ohne HCC Alkoholzirrhose mit HCC 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 WT NCAN oder PNPLA3 Risiko- variante NCAN und PNPLA3 Risiko Frequenz (%) n=242 n=448 n=105 P=0.00034 P=0.0000001 P=0.0016 NCAN und TM6SF2 sind in komplettem Linkage Disequilibrium!! Nischalke et al. J Hepatol 2014;61:1073-9

PNPLA3 und TM6SF2-Trägerstatus beim alkoholassoziierter HCC Stickel et al. J Hepatol 2017;69:440A

Risikoloci – Welche Rolle in der Pathophysiologie? PNPLA3 TM6SF2 MBOAT7

PNPLA3 Variation und Proteinfunktion PNPLA3 hydrolysiert Triglyceride in vitro (Lake et al, J Lipid Res 2005) PNPLA3 rs738409 (G/G) mindert Triglyzeridhydrolysis in vitro (He et al, J Biol Chem 2010;285:6706-15) PNPLA3 rs738409 (G/G) überexprimierende Mäuse zeigen mehr Steatose als Wildtypen (He et al, J Biol Chem 2010;285:6706-15)

PNPLA3 Variation – rs738409 C>G (I148M) Funktionsverlust TG TG

TM6SF2 – Funktion? Smagris E, et al. J Biol Chem 2016;291:10659-76

MBOAT7 – Funktion? Gen kodiert Enzym mit Lysophosphatidylinositol Acyltransferase-Aktivität (Gijon et al, JBC 2008) MBOAT7 katalysiert den Transfer von Fettsäuren zwischen Phospholipiden und Lysophospholipiden in Rattenlebermikrosomen (Yamashita et al. JBC 2003) Regulation von Arachidonsäurekonzentration in Neutrophilen Crosstalk zum Endocannabinoidssystem (Patsenker et al. Mol Med 2011)

Stickel et al. J Hepatol 2017

Genotypisierung und Risikoabschätzung Manolio Nature 2009

PNPLA3 im Patientenmanagement (HCC)? 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 PNPLA3 (rs738409) Alter + Geschlecht + BMI + Diabetes PNPLA3 + Klinische Faktoren 0.36 Tatsächlich Positiv Falsch positiv

Zusammenfassung Etablierte Risikofaktoren für die Alkoholzirrhose sind Alkoholmenge, Adipositas, chronische Virushepatitis, männliches Geschlecht, hispanische Ethnie, Wirtsgenetik Genetische Fall-Kontroll-Studien identifizieren PNPLA3 rs738409 als Risikofaktor für die alkoholische Zirrhose und das HCC GWAS Daten bestätigen die zentrale Rolle von PNPLA3. Als neue Risikoloci sind TM6SF2 und MBOAT7 identifiziert Als diagnostische/prognostische Tests fehlt die ausreichende Spezifität/Sensitivität