Alkoholiriippuvuuden perinnöllisyys

Transkriptio

1 Alkoholiriippuvuuden perinnöllisyys Akseli Gallen-Kallela: The Symposium, 1894 Sirkku Saarikoski Biolääketieteen laitos, HY (Alkoholitutkimusyksikkö, KTL/THL)

2 Alkoholinkäytössä periytyy: - Alttius alkoholiriippuvuudelle (hermostovaikutukset) - Alkoholin sietokyky - Alkoholiaineenvaihdunta Kenestäkään ei tule alkoholiriippuvaista pelkästään perintötekijöidensä takia. Alttius riippuvuuteen periytyy

3 Mikä on geneettisten tekijöiden vs. ympäristötekijöiden merkitys alkoholiriippuvuudessa?

4 Alkoholiriippuvuuden perinnöllisyys Näyttö: Kaksostutkimukset Adoptiotutkimukset Koe-eläinmallit

5 Kaksostutkimukset Yleensä verrataan identtisiä ja epäidenttisiä kaksosia Identtiset kaksoset 100% geenit 100% ympäristö Epäidenttiset kaksoset 50% geenit 100% ympäristö

6 Kaksostutkimusten tuloksia periytyvien tekijöiden merkityksestä Agrawal & Lynskey, Addiction, 2008

7 Suomalainen kaksostutkimus Kaksosaineisto 879 identtistä kaksosparia 1940 epäidenttistä kaksosparia miehiä, syntyneet ennen v Perintötekijöiden vaikutus havaittiin juomistiheys (useus) kerralla juotu määrä juotu kokonaismäärä Kaprio et al., Alcohol Clin Exp Res., 1987

8 Adoptiotutkimukset Ympäristötekijät Adoptiovanhempien alkoholinkäyttö Adoptoidun alkoholinkäyttö Perintötekijät Biologisten vanhempien alkoholinkäyttö

9 Tukholman adoptiotutkimus 862 miestä ja 913 naista Adoptoitu keskimäärin 4 kk:n iässä eisukulaisperheeseen Tutkittaessa vuotiaita Adoptoitujen sekä heidän biologisten ja adoptio-vanhempiensa alkoholinkäyttö, terveys, rikoshistoria ym. tutkittiin Cloninger et al., Recent Dev Alcohol., 1985

10 Tukholman adoptiotutkimus: adoptoitujen alkoholin ongelmakäyttö (%) Pojat Tyttäret % Isä Äiti Isä Äiti Biologisten vanhempien alkoholin ongelmakäyttö lisää lasten ongelmakäytön vaaraa. Adoptiovanhempien alkoholin käyttö ei lisännyt riskiä. Cloninger et al., Recent Dev Alcohol. 1985

11 Cloningerin alkoholistityyppi-luokitus Ominaispiirre Tyyppi 1 Tyyppi 2 Ikä ongelmakäytön alkaessa > 25 < 25 Kykenemättömyys pidättäytyä juomisesta Humalassa tappelu, rattijuoppous ym. Tuurijuoppous Periytyvyys Luonteenpiirteet Cloninger et al., Recent Dev Alcohol Ei Ei Kyllä Ympäristö+perimä Huolestunut, hyväksymistä tavoitteleva, alistuva, riippuvainen, uusia asioita ja vaikeuksia karttava, pelokas, estoinen, syyllisyydentunne Kyllä Kyllä Ei Isältä pojalle Epäsosiaalinen, impulsiivinen, jännitystä etsivä, itsenäinen, huoleton, itsevarma, sinnikäs

12 Alkoholinkäytön periytyminen koe-eläinmalleissa Heterogeeninen lähtöpopulaatio 1. selektiosukupolvi 2. selektiosukupolvi 3. seletiosukupolvi Adapted from Phillips et al., Behav Neurosci 119:892, Valikoivalla jalostuksella on pystytty kehittämään periytyvästi alkoholia suosivia ja sitä välttäviä eläinkantoja. Osoittaa, että juomistaipumuksella geneettinen tausta

13 Alkoholiriippuvuuden periytyvyys. Yhteenveto 2 x suurempi riski identtisillä vs. epäidenttisillä kaksosilla 3 x riski adoptoiduilla alkoholistien lapsilla vs. eialkoholisoituneet vanhemmat 4 x riski ensimmäisen asteen sukulaisilla Koe-eläindata; juopot ja raittiit kannat vahvistavat perityvien tekijöiden merkityksen Kaksos- ja adoptiotutkimusten perusteella perinnöllisyyden osuudeksi arvioidaan n. 50%

14 Komorbiditeetti alkoholismin kanssa Huumeiden käyttö (opioidit, kokaiini, kannabis) nikotiiniaddiktio Epäsosiaalinen persoonallisuushäiriö Depressio Ahdistuneisuushäiriö bulimia nervosa

15 Alkoholistin riski samanaikaiseen mielenterveysongelmaan (verrattuna normaalipopulaatioon ) DSM-IV 12-kuukauden prevalenssi Riski Ahdistuneisuushäiriöt Paniikkihäiriö 3.5x Sosiaalinen fobia 2.5x Generalisoitunut ahdistuneisuus 3.1x Mielialahäiriöt Vakava masennus 3.7x Dysthymia 2.8x Mania 5.7x Hypomania 5.2x Huumeriippuvuus 36.9x Nikotiiniriippuvuus 6.4x Epäsosiaalinen personaallisuushäiriö 7.1x NIAAA National Epidemiologic Survey on Alcohol and Related Conditions, 2003.

16 Alkoholi- ja huumeriippuvuus perustuvat samoihin aivomekanismeihin Mielihyvärata Alkoholi ja huumeet aktivoivat aivojen mielihyväradan Accumbens-tumake

17 Alkoholiriippuvuuteen vaikuttavat geenit

18 Perinnöllinen variaatio (polymorfia) Väestössä esiintyvät sekvenssivariaatiot (polymorfia) syntyvät alkujaan mutaatioiden seurauksena ja vakiintuvat osaksi populaation perimää. Voivat vaikuttaa mm.: A. Geenien/proteiinien ilmenemiseen (ekspressioon) - yli/aliekspressio B. Proteiinien rakenteeseen -> lisääntynyt, vähentynyt tai muuntunut aktiivisuus TAAAAAT TAACAAT Geeni X TAAAAAT TAAAAAT TAACAAT TAAAAAT TAAAAAT TAACAAT TAACAAT TAACAAT

19 Tutkimusmenetelmiä alkoholiriippuvuuten vaikuttavien geenien identifioinnissa Kandidaattigeenitutkimus (hypoteesilähtöinen) Genominlaajuiset kartoitukset (eihypoteesilähtöinen) Koe-eläinmallit

20 Alkoholiriippuvuuteen vaikuttavat geenit Alkoholismiin vaikuttavat useiden geneettisten tekijöiden yhteisvaikutukset ja ympäristötekijät. Kunkin yksittäisen geenin vaikutus pieni. Alkoholin aineenvaihduntaan osallistuvien geenien muuntelun vaikutus alkoholiriippuvuuteen tunnetaan parhaiten Mielihyvävaikutuksiin liittyvien kandidaattigeenien osalta tulokset ristiriitaisia

21 Alkoholimetaboliaan vaikuttavat geneettiset tekijät Etanolin metaboliasta vastaavat etupäässä: Alkoholidehydrogenaasit (ADH) Muuttavat etanolin asetaldehydiksi Aldehydidehydrogenaasit (ALDH) Muuttavat asetaldehydin asetaatiksi Vähäisemmässä määrin sytokromi P450 2E1 (CYP2E1) ja katalaasi Etanoli -> asetaldehydi

22 Funktionaaliset polymorfiat alkoholin metaboliassa Etanoli His47Arg Superaktiivinen - Lisää asetaldehydin kertymistä ADH1B*2 ADH1B*1 ADH1C*1 CYP2E1 Katalaasi ADH1A1 ADH4 ADH7 ADH1C*2 Glu487Lys Inaktiivinen - Lisää asetaldehydin kertymistä Asetaldehydi ALDH2*1 ALDH2*2 Asetaatti Flushing CYP2E1

23 Flushing -reaktio Juomista seuraavat epämiellyttävät oireet: Punastuminen Pahoinvointi, huimaus Sydämentykytys Verrattavissa Antabus (disulfiraami)-reaktioon. Antabus on ALDH2-inhibiittori

24 ADH1B (ent. ADH2)-alleelien esiintyvyys eri etnisissä ryhmissä ADH1B*1 ADH1B*2 (superaktiivinen, voimakas asealdehydimuodostus, suojaa alkoholismilta) White- American >95% < 5% White-European 85% 15% Japanese 15% 85% Black-American 85% < 5% Bosron et. al., Semin Liver Dis, 1993 & Crabb, Prog Liver Dis, 1995

25 Funktionaaliset polymorfiat alkoholin metaboliassa Etanoli His47Arg Superaktiivinen - Lisää asetaldehydin kertymistä - Suojaa riippuvuudelta ADH1B*2 ADH1B*1 ADH1C*1 ADH1C*2 CYP2E1 Katalaasi ADH1A1 ADH4 ADH7 Glu487Lys Inaktiivinen - Lisää asetaldehydin kertymistä - Suojaa riippuvuudelta Asetaldehydi ALDH2*1 ALDH2*2 Asetaatti Flushing CYP2E1

26 ALDH2 Tärkein asetaldehydiä metaboloiva entsyymi Polymorfinen : Pistemutaatio Glu487Lys (L-glutamiinihappo -> lysiini) Inaktiivinen varianttialleeli ALDH2*2 (Lys) (villityyppi ALDH2*1, Glu) Aldehydidehydrogenaasit ovat tetrameerejä

27 ALDH2 Polymorfia ALDH2*2/*2 homotsygooteilla entsyymiaktiivisuus puuttuu lähes kokonaan 6-20-kertaiset asetaldehyditasot alkoholia juotaessa Eivät voi juoda alkoholia epämiellyttävien oireiden vuoksi ( Flushing ) Suojaa alkoholiriippuvuudelta

28 ALDH2 Polymorfia II Aldehydidehydrogenaasi on tetrameeri -> heterotsygooteilla henkilöillä (ALDH2*1/*2) vain 1/16 entsyymeistä täysin funktionaalisia Heterotsygootit pystyvät juomaan alkoholia ALDH2-entsyymiaktiivisuus heterotsygooteilla vain 6% ALDH2*1/*1 villityypin homotsygoottien aktiivisuudesta -> asetaldehydin metabolituminen asetaatiksi heikentynyt Juodessaan alkoholia, heterotsygootit altistuvat korkeille asetaldehydipitoisuuksille -> riski asetaldehydin karsinogeenisille vaikutuksille korkea

29 ALDH2*2-alleelin esiintyvyys eri etnisissä ryhmissä 30-50%:lla aasialaisista ovat ALDH2*2-alleeli homo- tai heterotsygoottisena ja heillä on siksi geneettisesti puutteellinen kyky metaboloida asetaldehydiä Muilla etnisillä ryhmillä ALDH2*2-alleeli harvinainen

30 Alkoholiriippuvuus ja mielihyväjärjestemä

31 Alkoholin (ja huumausaineiden) vaikutuskohteet mielihyväradan välittäjäainesysteemeissä (Ventral Tegmental Area ja Nucleus Accumbens) From: Nestler EJ, Nat Neurosci, 2005, 8: From: Nestler EJ, Nat Neurosci, 2005, 8:

32 Eri välittäjäaineet ja alkoholi Dopamiini mielihyvä, vahvistaminen - alkoholi lisää vapautumista Opioidit/endorfiinit mielihyvä, vahvistaminen - alkoholi lisää vapautumista Serotoniini mielihyvä, vahvistaminen - alkoholi lisää vapautumista GABA A inhibitorinen - alkoholi tehostaa, humalan lamaannus/rentous Glutamaatti eksitatorinen/kiihdyttävä - alkoholi inhiboi NMDA-reseptoria, lamaannus

33 Keskeisimpiä alkoholiriippuvuuteen assosioituja geenejä/polymorfioita Alkoholidehydrogenaasi ADH1B Alkoholidehydrogenaasi ADH1C Alkoholidehydrogenaasi ADH4 Aldehydidehydrogenaasi ALDH2 Sytokromi 2E1 (CYP2E1) GABA A -reseptori α2 (GABRA2) GABA A -reseptori α6 (GABRA6) GABA A -reseptori β2 (GABRB2) GABA A -reseptori β3 (GABRB3) GABA A -reseptori γ2 (GABRG2) Neuropeptidi Y (NPY) Dopamiinireseptori D2 Dopamiinireseptori D4 Dopamiinitransportteri Serotoniinireseptori 1B Serotoniinireseptori 2A Serotoniinitransportteri SLC6A4 Monoamiinioksidaasi MAO Katekoli-O-metyylitransferaasi (COMT) Tyrpsiini hydroksylaasi Glutamaattitransportteri Opiodireseptori µ (OPRM1)

34 Tulokset mielihyväjärjestelmien geenien variaation yhteydestä alkoholiriippuvuuteen ristiriitaisia Esimerkki: Opioidireseptori µ:n (OPRM1) Asn40Asp-polymorfia vs. alkoholi/huumeriippuvuus Arias et al., Drug Alcohol Depend. 2006

35 Genominlaajuiset kartoitukset Ei etukäteishypoteesia Tavoitteena identifioida genomialueita (QTL, quantitative trait loci), jotka vaikuttavat kvantitatiivisen ominaisuuden (tässä alkoholiriippuvuuden) variaatioon Lopullisena tavoitteena identifioida genomialueelta geeni/geenejä, joka vaikuttaa riippuvuuteen

36 Assosiaatiotutkimukset - tapaus-verrokki GWA (Genome Wide Association) Perhetutkimukset Tapaukset * * * * * * * Kontrollit * * * * * * * * * * * * * Kromosomaalinen lokalisaatio *

37 * Perheaineisto/Tapaus-verrokkiaineisto Tutkitaan satoja mikrosatelliittimarkkereita tai SNPejä, jotka kattavat koko kromosomiston (10 cm) Tarkempi analysointi kandidaattialueilla (1 cm) Selvitetään mitä geenejä kyseisellä alueella on Identifioidaan sairausgeeni Etsitään geenin mutaatio Selvitetään geenin funktio/merkitys sairausmekanismissa Varmistus tapaus/verrokkitutkimuksilla

38 Esimerkki: Alkoholiriippuvuuden assosiaatio GABA A -reseptoreiden ja ADH-geenien alueelle 1 Chromosome ,1 p-value 0,01 0,001 ADH Cluster 0,0001 0,00001 GABA A Cluster cm from pter Long et al, Am J Med Genetics, 1998

39 Koe-eläinmallit Koe-eläinten käyttö mahdollistaa monia tutkimusmenetelmiä ja lähestymistpoja, joita ei ihmisellä voi käyttää, kuten: ympäristötekijöiden kontrolloimisen erilaisten kudosnäytteiden keräämisen geneettiset ja farmakologiset manipulaatiot (transgeeniset eläimet, targetoitu mutageneesi, sirna teknologiat )

40 Kantaerojen hyväksikäyttö tutkimuksessa Kulutus 10% EtOH (g/kg) D2 Bachmanov, unpublished B6 C57BL/6 (B6)-kantaa käytetään usein korkeita alkoholimääriä juovana mallikantana, DBA/2J (D2)-kantaa raittiina kantamallina

41 Valikoiva risteytys Valikoivalla jalostuksella on kehitetty perityvästi alkoholia suosivia ja sitä välttäviä eläinkantoja. AA (ALKO ALCOHOL) JUOPPOKANTA ANA (ALKO NON-ALCOHOL) RAITIS KANTA AA-rotat kuluttavat vapaaehtoisesti 6-9 g etanolia/kg/ vrk (vastaa ihmisellä 1.5 g/kg/vrk tai 8-9 annosta/päivä) Työskentelevät saadakseen etanolia AA-rotille kehittyy toleranssi ja fyysinen riippuvuus kroonisen juomisen seurauksena

42 Transgeeniset ja knockout-hiirimallit alkoholitutkimuksessa Voidaan tutkia yksittäisten geenien vaikutusta (Esimerkit: Bowers, Alcohol Research and Health, 2000)

43 Summa summarum Genettisillä tekijöillä merkittävä rooli alttiudessa alkoholiriippuvuudelle Yksittäisten alkoholiriippuvuuteen vaikuttavien geenien identifiointi on kuitenkin ollut vaikeaa. Yksiselitteisiä tuloksia ainoastaan lähinnä aasialaisilla esiintyvien alkoholimetaboliaan vaikuttavien polymorfisten geenien osalta (ADH, ALDH). Muiden yksittäisten geenien vaikutus ilmeisesti vähäinen (ja siksi vaikeasti tutkimuksissa todennettavissa). Alttius johtunee useiden altistavien geneettisten tekijöiden kasautumisesta, jolloin näiden yhteisvaikutus voi nousta merkittäväksi.