Βιοδείκτες ακτινολογικής εξέλιξης στην αγκυλοποιητική σπονδυλίτιδα

Abstract

Background: Ankylosing spondylitis (AS) is a prototype of a group of diseases called Spondyloarthritides. The prevalence for the disease is 0.2-0.9%. Men are affected more often than women (ratio 2:1). The disease symptoms are morning stiffness and inflammatory low back pain, which improves with exercise. AS predominantly affects the axial skeleton with sacroiliac joint involvement (sacroiliitis) and syndesmophyte formation as its hallmark, causing decreased spinal mobility. Its striking feature is bone remodeling with new cartilage and bone formation leading to ankylosis. In contrast to the classical structural changes in the spine, hip joint inflammation in AS does not lead to formation of new bone but results in bone erosions and subsequent joint destruction. The aim of this study is the evaluation of radiographic progression both in spine and hip and the estimation of potential biomarkers.Methods: 100 AS patients (83 men, age: 49.5±15 years, disease duration: 24±4 years) were included in this 2-year prospective study. Fifty two patients were initially anti-TNF treatment-naïve. After entering the study cohort, thirty one of them with high disease activity started anti-TNF treatment. The patients’ disease activity and functional limitation, prior entering anti-TNF treatment, were recorded by Bath AS Disease Index (BASDAI), Ankylosing Spondylitis Disease Activity Score (ASDAS-CRP/ESR), Bath AS Functional Index (BASFI) and Bath AS Metrology Index (BASMI). Spinal X-rays were scored by mSASS-score. Both hips were scored using BASRI-hip score and mean joint space width (MJSW), a quantitative scoring method, previously applied in hip osteoarthritis. TL1A (TNF-like cytokine 1A, member of TNFa superfamily, which is pathogenetically involved in inflammatory bowel disease), Periostin (a matricellular protein, expressed in periosteum) and Semaphorin-4D (a recently identified coupling factor that regulates bone formation) were evaluated as potential biomarkers of radiographic progression in AS. Serum concentrations of those proteins were measured by ELISA. Additionally, the classic inflammatory markers CRP and ESR were measured in the same serum. Age and sex-matched healthy individuals served as controls.Results: As far as radiographic development in the spine is concerned, 84 out of 100 patients were evaluated, because the remaining 16 showed total bridging at the initial plain X-Rays of cervical and lumbar spine (mSASS-score=72). Definite radiographic progression in spine (ΔmSASSS>2/2years) was evident in 27 of 84 patients (32%). In particular, radiographic progression was evident in 17 of 38 anti-TNF-treated patients(44.7 %), in 8 of 28 (29%) anti-TNF-treatment naive at baseline who started treatment with TNFa inhibitors after entering the study, but only in 2 of 18 patients (11%), who remained anti-TNF-treatment naive through 2 years follow-up period. Presence of syndesmophytes (OR: 6.4, CI: 1.4-30.4), elevated ESR levels (>20 mm/hr) at baseline (OR: 5.7, CI: 1.3- 24.3) and elevated time averaged CRP levels (>5mg/L) (OR: 9.1, CI: 1.9 - 42.4) were identified as independent prognostic factors for its development. In anti-TNF-treated group, high disease activity during treatment (CRP time averaged>5 mg/L, OR: 6.2, CI: 1.2-31) was a prognostic factor of radiographic deterioration in the spine. Regarding radiographic progression of hip arthritis, in 38 patients with hip involvement at baseline, both BASRI-h score and MJSW remained unchanged after 2 years (BASRI-h-baseline: 2.5±0.86 vs. follow-up end: 2.5±0.86, P=NS and MJSW-baseline: 3.5±0.9mm vs. follow-up end: 3.4±0.8mm, P=NS). In a retrospective substudy of 23 anti-TNF-treated patients with baseline hip involvement, the aforementioned measurements were not reduced after 6±2.5 years of anti-TNF treatment (BASRI-h-baseline: 2.4±0.7 vs. follow-up end: 2.4±0.7, P=NS and MJSW-baseline: 3.56±0.7mm vs. follow-up end: 3.59±0.79mm, P=NS). Additionally, the radiographic scores of hip remained unchanged in 21 anti-TNF treatment-naive patients with low disease activity (BASRI-h-baseline: 0.38±0.9 vs. follow-up end: 0.42±0.9, P=NS and MJSW-baseline: 4.48±0.68 mm vs. follow-up end: 4.38±0.6 mm, P=NS). Moreover patients with hip involvement were mostly men (35/38), smokers [pack-years, median/IQR: 27(5-41) vs. 8(0-20), P=0.02], with longer disease duration [median/IQR: 34(22-40) vs. 12(7-26) years, P=0.0001]. Furthermore, they had significantly higher burden of disease, as expressed by the elevated levels of CRP [median/IQR: 18.7(12-33) vs. 10.9(3.2-22), P=0.01], BASDAI-score [6.3(4.9-7.1) vs. 5(2.8-6), P=0.004], BASFI-score (5.9±2.3 vs. 3.7±2.6, P=0.0004), and the increased percentage of presence of syndesmophytes (38/38,100%). As far as potential biomarkers is concerned, anti-TNF treatment-naive patients demonstrated a 2.6-fold higher sTL1A average value (mean±SEM: 581± 157.5 pg/ml) compared with healthy controls (226.7±48.24, p=0.042). The sTL1A levels of anti-TNF-treated patients (178±42 pg/ml) were significantly lower than anti-TNF treatment-naive patients (3.3-fold decrease, P =0.0038) and comparable to those of healthy controls. A positive correlation was observed between individual levels of sTL1A and both BASDAI (Spearman r=0.3, P = 0.008) and ASDAS-CRP (Spearman r=0.22, P = 0.058) scores, suggesting that sTL1A level may reflect disease activity in patients with AS. Average serum concentrations of Periostin were higher in anti-TNF- treated (2527.4 ± 1092.4 pg/ml) compared to anti-TNF-naïve patients (1996.3 ± 975.2 pg/ml, p= 0.02) and healthy controls (629.6 ± 633.4 pg/ml, p<0.0001). A positive correlation was observed between anti-TNF-naïve patients’ serum Periostin levels and both BASDAI (Spearman r=0.5, p=0.002) and ASDAS-ESR (Spearman r=0.44, p=0.007)/ASDAS-CRP (Spearman r=0.4, p=0.014) scores. Average serum concentrations of Semaphorin-4D were higher in healthy controls (22.4± 14.2 ng/ml) compared to patients (14.07± 12.6 ng/ml, p=0.0006). Notably, Semaphorin-4D levels were higher in anti-TNF- treated (17.9± 12.5 ng/ml) compared to anti-TNF-naive patients (10.2± 11.6 ng/ml, p=0.0005) and comparable to those of healthy controls' (22.4± 14.2 ng/ml, P =0.2). After administration of anti-TNF treatment in 20 anti-TNF-naive AS patients, an elevation of average Semaphorin-4D levels was observed (10.6±12 vs. 22.2±12.7 ng/ml, p= 0.0036). Individual TL1A, Periostin, Semaphorin-4D levels were neither correlated with baseline radiographic scores of spine and hip, nor with spinal radiographic progression at the end of the 2-year follow-up period.Conclusion: In AS patients with active disease, radiographic development in the spine occurs regardless of anti-TNF treatment initiation. In contrast, radiographic hip involvement seems to stabilize during anti-TNF treatment. Thus, although TNFa inhibitors cannot arrest the osteoproductive changes in the spine, they may act beneficially to the osteodestructive ones in hip, suggesting that the disease pattern is different in axial and in peripheral skeleton. CRP is a risk factor for development of hip arthritis in AS and could be a prognostic biomarker of spinal deterioration, during anti-TNF treatment. As far as potential biomarkers are concerned, increased serum concentrations of TL1A were observed in AS patients, which associates with clinical disease activity and can be controlled by anti-TNF treatment. Periostin is upregulated in AS and positively correlated with disease activity. In contrast, Semaphorin 4D is downregulated and beneficially influenced by anti-TNF treatment in AS without correlating with disease activity. Further studies in clinical and experimental level are required for the estimation of new potential biomarker of radiographic progression in AS.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ: H Αγκυλοποιητική Σπονδυλίτιδα (ΑΣ) είναι ο σημαντικότερος εκπρόσωπος των Σπονδυλοαρθροπαθειών. Ο επιπολασμός της εκτιμάται μεταξύ 0.2% και 0.9%. Η νόσος αρχίζει συνήθως την τρίτη δεκαετία της ζωής και η αναλογία ανδρών- γυναικών είναι 2:1. Το κύριο σύμπτωμά της είναι ο πόνος στην ράχη και στην οσφυϊκή χώρα, που εμφανίζει φλεγμονώδη χαρακτήρα, με πρωινή δυσκαμψία και βελτίωση με την άσκηση. Στο 90% των περιπτώσεων η νόσος αρχίζει ως ιερολαγονίτιδα και κατά την πορεία της δύναται να προσβληθεί ολόκληρη η σπονδυλική στήλη (ΣΣ). Χαρακτηριστικό γνώρισμά της είναι η τοπικά αυξημένη παραγωγή νέου οστού, που αρχίζει από το περιόστεο που βρίσκεται κοντά στις μεσοσπονδύλιες αρθρώσεις. Το γεγονός αυτό οδηγεί στον σχηματισμό συνδεσμοφύτων-κάθετες οστέινες δοκίδες μεταξύ των παρυφών των σπονδύλων- που δύναται να επεκταθούν σε ολόκληρη την σπονδυλική στήλη, καταλήγοντας σε αγκύλωση της ΣΣ. Η σχέση φλεγμονής και δημιουργίας νέου οστού στην ΑΣ δεν έχει πλήρως αποσαφηνιστεί και αποτελεί αντικείμενο εκτεταμένων πειραματικών και κλινικών μελετών. Σε αντίθεση με τις συνήθεις οστεοπαραγωγικές αλλοιώσεις της ΑΣ στην ΣΣ, η φλεγμονή στην άρθρωση του ισχίου δεν οδηγεί στον σχηματισμό νέου οστού, αλλά σε διαβρωτικές αλλοιώσεις και συχνά συνεπάγεται την καταστροφή της πάσχουσας άρθρωσης. Διευρύνοντας το πεδίο της έρευνας, γενικός σκοπός της παρούσας μελέτης είναι να μελετήσει την ακτινολογική εξέλιξη στην ΣΣ και στο ισχίο, και να καταδείξει βιοδείκτες που την επηρεάζουν. ΜΕΘΟΔΟΣ: Στην διετή προοπτική αυτή μελέτη εκτιμήθηκαν συνολικά 100 ασθενείς (83 άνδρες, μέσος όρος ηλικίας ± SD, 49.5±15 έτη), με διάρκεια νόσου 24±14 έτη. Από τους ασθενείς αυτούς, οι 48 ήταν υπό θεραπεία με βιολογικό παράγοντα (anti-TNF), λόγω υψηλής ενεργότητας νόσου, μη ανταποκρινόμενης στην αρχική θεραπεία με μη στεροειδή αντιφλεγμονώδη (ΜΣΑΦ). Οι υπόλοιποι 52 ασθενείς ήταν anti-TNF naive. Οι anti-TNF naïve ασθενείς με υψηλή ενεργότητα νόσου (n=31) τέθηκαν σε θεραπεία με TNFa αναστολείς κατά την ένταξή τους στη μελέτη. Οι υπόλοιποι (n=21) συνέχισαν με συντηρητική αγωγή που περιλαμβάνει άσκηση και λήψη ΜΣΑΦ. H ενεργότητα της νόσου και η λειτουργική ικανότητα των ασθενών καταγράφηκαν με την βοήθεια των αντίστοιχων αυτοσυμπληρούμενων ερωτηματολογίων Bath AS Disease Index (BASDAI), Ankylosing Spondylitis Disease Activity Score (ASDAS-CRP/TKE) και Bath AS Functional Index (BASFI). Η κινητικότητα της ΣΣ εκτιμήθηκε από το Bath AS Metrology Index (ΒΑSΜΙ) και την έκπτυξη του θώρακα. Η ακτινολογική εικόνα στην σπονδυλική στήλη εκτιμήθηκε με το mSASS-score, και στο ισχίο με BASRI-hip score και μια πρωτότυπη ποσοτικοποιημένη μέθοδο υπολογισμού του μέσου εύρους της άρθρωσης, που αντίστοιχή της έχει εφαρμοστεί στην εκτίμηση της οστεοαρθρίτιδας του ισχίου. Ως δυνητικοί βιοδείκτες εκτιμήθηκαν τα ακόλουθα νεότερα μόρια φλεγμονής και οστικής ανακατασκευής: 1) TL1A (TNF-like cytokine 1A, μέλος της TNFa υπεροικογένειας, που εμπλέκεται στην παθογένεια των φλεγμονωδών νόσων του εντέρου), 2) Περιοστίνη (πρωτεΐνη της θεμέλιας ουσίας, που εκφράζεται στα οστεοκύτταρα και στους οστεοβλάστες του περιοστέου), 3) Εμφορημένη 4D (συζευκτικός παράγοντας οστικής ανακατασκευής). Τα επίπεδα των υπό μελέτη μορίων στον ορό μετρήθηκαν με ELISA. Στον ίδιο ορό προσδιορίστηκαν οι κλασικοί δείκτες φλεγμονής (ΤΚΕ και CRP) που συσχετίστηκαν επίσης με την ακτινολογική βλάβη και την εξέλιξή της. Την ομάδα ελέγχου αποτέλεσαν υγιή άτομα, σταθμισμένα ως προς το φύλο και την ηλικία.ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ: Στην αξιολόγηση της ακτινολογικής εξέλιξης της ΣΣ κατά τη διετή προοπτική παρακολούθηση, εκτιμήθηκαν 84 από το σύνολο των 100 ασθενών. Εξαιρέθηκαν 16 ασθενείς, οι οποίοι στις αρχικές ακτινογραφίες εμφάνισαν πλήρη αγκύλωση της σπονδυλικής στήλης (mSASSS=72). Επιβεβαιωμένη ακτινολογική εξέλιξη (ΔmSASSS≥2/2ετία) εμφάνισαν 27 από τους 84 ασθενείς (32%). Ειδικότερα, εμφάνισαν 17 από τους 38 anti-TNF θεραπευθέντες (44.7%), 8 από τους 28 (29%) αρχικά anti-TNF-naive με υψηλή ενεργότητα νόσου που τέθηκαν σε TNFa αναστολείς, 2 από τους 18 (11%) anti-TNF-naive με χαμηλή ενεργότητα νόσου. Οι προϋπάρχουσες ακτινολογικές αλλοιώσεις (παρουσία συνδεσμοφύτων) (OR: 6.4, CI: 1.4-30.4), τα αυξημένα επίπεδα ΤΚΕ (>20 mm/hr) στην αρχική επίσκεψη (OR: 5.7, CI: 1.3- 24.3) και τα αυξημένα επίπεδα CRP (>5mg/L) στο διάστημα της διετούς παρακολούθησης (time averaged CRP), (OR:9.1, CI:1.9- 42.4) αποτελούν ανεξάρτητους προγνωστικούς παράγοντες ακτινολογικής εξέλιξης στην ΣΣ. Επιπρόσθετα, στην υποομάδα των ασθενών που λάμβαναν TNFa αναστολείς κατά την ένταξή τους στην μελέτη, τα αυξημένα επίπεδα CRP κατά τη διάρκεια της θεραπείας (CRP time averaged>5 mg/L, OR: 6.2, CI: 1.2-31) αποτελούν δυσμενή προγνωστικό παράγοντα ακτινολογικής εξέλιξης. Αναφορικά στην ακτινολογική εξέλιξη της αρθρίτιδας του ισχίου στους 38 ασθενείς με προϋπάρχουσα βλάβη κατά την ένταξή τους στη μελέτη, δεν παρατηρήθηκε σημαντική μεταβολή τόσο του BASRI-hip-score (από 2.5±0.86 σε 2.5±0.86, P=NS) όσο και του μέσου εύρους της άρθρωσης του ισχίου (από 3.5±0.9mm σε 3.4±0.8mm, P=NS) κατά τη διετή προοπτική παρακολούθηση. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα αναδρομικής υπομελέτης 23 anti-TNF θεραπευθέντων ασθενών με επιβεβαιωμένη αρθρίτιδα ισχίου, οι παραπάνω δείκτες παρέμειναν αμετάβλητοι και μετά από 6.0±2.5 έτη συνεχούς anti-TNF θεραπείας (BASRI-hip-score: από 2.4±0.7 σε 2.4±0.7, P=NS και μέσο εύρος της άρθρωσης του ισχίου: από 3.56±0.7mm σε 3.59±0.79mm, P=NS). Αμετάβλητη παρέμεινε η ακτινολογική εικόνα των ισχίων των 21 anti-TNF naive ασθενών με χαμηλή ενεργότητα νόσου κατά τη διετή παρακολούθηση(BASRI-hip-score: από 0.38±0.9 σε 0.42±0.9, P=NS και μέσο εύρος της άρθρωσης του ισχίου: από 4.48±0.68 mm σε 4.38±0.6 mm, P=NS).Οι ασθενείς με ΑΣ και αρθρίτιδα του ισχίου βρέθηκε ότι είναι καθ’ υπεροχή άνδρες (35/38), καπνιστές [πακετοέτη, διάμεσος/ενδοτεταρτημοριακή απόκλιση: 27(5-41) vs. 8(0-20), P=0.02], με μεγάλη διάρκεια νόσου [34(22-40) vs. 12(7-26) έτη, P=0.0001]. Επιπρόσθετα, είχαν και βαρύ φορτίο νόσου, όπως αποδεικνύεται από τα αυξημένα επίπεδα της CRP [18.7(12-33) vs. 10.9(3.2-22) mg/L, P=0.01], του BASDAI [6.3(4.9-7.1) vs. 5(2.8-6), P=0.004], του BASFI-score (5.9±2.3 vs. 3.7±2.6, P=0.0004), καθώς και του αυξημένου ποσοστού παρουσίας συνδεσμοφύτων (38/38,100%). Όσον αφορά στον ρόλο των νεώτερων μορίων φλεγμονής και οστικής ανακατασκευής, τα αποτελέσματα της μελέτης έδειξαν ότι οι anti-TNF-naive ασθενείς εμφάνισαν 2.6 φορές υψηλότερα επίπεδα TL1A(mean ±SEM: 581± 157.5 pg/ml) σε σχέση με τους υγιείς μάρτυρες (226.7±48.24, p=0.042). Τα επίπεδα TL1A των anti-TNF θεραπευόμενων ασθενών (178±42 pg/ml) ήταν σημαντικά χαμηλότερα κατά 3.3 φορές συγκριτικά των anti-TNF-naive(p=0.0038) και συγκρίσιμα με αυτά των υγιών μαρτύρων. Επίσης, παρατηρήθηκε θετική συσχέτιση μεταξύ των επιπέδων TL1A και των δεικτών ενεργότητας της νόσου, BASDAI (Spearman r=0.3, p= 0.008) και ASDAS-CRP (Spearman r=0.22, p=0.058). Τα επίπεδα της περιοστίνης στον ορό, στο συνολικό δείγμα των ασθενών ήταν σημαντικά υψηλότερα (mean ±SD: 2261.8 ± 1063 ng/ml) από τα αντίστοιχα των υγιών μαρτύρων(629.6 ± 633.4 ng/ml, P<0.0001). Ειδικότερα, οι anti-TNF θεραπευόμενοι ασθενείς εμφάνισαν υψηλότερα επίπεδα περιοστίνης (means: 2527.4 ± 1092.4 ng/ml) συγκριτικά με τους anti-TNF naive (1996.3 ± 975.2 ng/ml, P = 0.02) και τους υγιείς μάρτυρες (629.6 ± 633.4 ng/ml, P<0.0001). Επίσης, παρατηρήθηκε θετική συσχέτιση των επιπέδων της περιοστίνης των anti-TNF naive ασθενών με τους δείκτες ενεργότητας της νόσου BASDAI (Spearman r=0.5, p=0.002), ASDAS-ΤΚΕ (Spearman r=0.44,p=0.007) και ASDAS-CRP (Spearman r=0.4, p=0.014). Αναφορικά στην Σεμαφορίνη 4D, τα κυκλοφορούντα επίπεδά της ήταν υψηλότερα στους anti-TNF θεραπευθέντες ασθενείς (17.9±12.5 ng/ml) συγκριτικά με τους anti-TNF-naïve (10.2±11.6 ng/ml, p=0.0005), και συγκρίσιμα με εκείνα των υγιών μαρτύρων (22.4± 14.2 ng/ml, P =0.2). Μετά την χορήγηση anti-TNF θεραπείας σε 20 αρχικά anti-TNF-naïve ασθενείς, παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική αύξηση των επιπέδων της Σεμαφορίνης 4D (από 10.6±12 σε 22.2±12.7 ng/ml, p= 0.0036). Τα επίπεδα των παραπάρω μορίων δεν βρέθηκε να σχετίζονται τόσο με τα αρχικά ακτινολογικά σκορ στο ισχίο και στην ΣΣ (mSASSS, BASRI-h, μέσο εύρος της άρθρωσης του ισχίου), όσο και με την ακτινολογική εξέλιξη στην ΣΣ στο τέλος του διετούς διαστήματος παρακολούθησης.ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ: Η παρούσα διετή προοπτική μελέτη κατέδειξε ότι οι ακτινολογικές βλάβες της ΣΣ στην ΑΣ στους ασθενείς με ενεργό νόσο δεν αναστέλλονται, παρά την χορήγηση anti-TNF θεραπείας. Αντίθετα, η ακτινολογική εικόνα της αρθρίτιδας του ισχίου μοιάζει να σταθεροποιείται κατά τη χορήγηση αντίστοιχης θεραπείας. Συνεπώς, οι αναστολείς του TNFa αν και δεν επηρεάζουν την εξέλιξη των οστεοπαραγωγικών αλλοιώσεων στην ΣΣ, φαίνεται να επιδρούν ευεργετικά στις οστεοδιαβρωτικές αλλοιώσεις της αρθρίτιδας του ισχίου, καταδεικνύοντας ότι ο τύπος της νόσου είναι διαφορετικός στον περιφερικό και στον αξονικό σκελετό. Η CRP αποτελεί παράγοντα κινδύνου αρθρίτιδας του ισχίου, και δύναται να καταστεί βιοδείκτης ακτινολογικής εξέλιξης της ΣΣ κατά τη διάρκεια της anti-TNF θεραπείας. Η TL1A αυξάνεται στην ΑΣ, σχετίζεται με την ενεργότητα της νόσου και επηρεάζεται από την anti-TNF θεραπεία. Η περιοστίνη υπερεκφράζεται στην ΑΣ και σχετίζεται με την ενεργότητα της νόσου. Αντίθετα, η Σεμαφορίνη 4D υποεκφράζεται και δεν σχετίζεται με τους δείκτες ενεργότητας της ΑΣ, αλλά επηρεάζεται ευνοϊκά μετά την χορήγηση anti-TNF θεραπείας. Περαιτέρω μελέτες σε κλινικό και πειραματικό επίπεδο απαιτούνται για τον προσδιορισμό νέων προγνωστικών βιοδεικτών ακτινολογικής εξέλιξης στην ΑΣ.