Calprotectine: een fecale marker voor diagnostiek en follow-up bij patiënten met chronische inflammatoire darmafwijkingen

Buikklachten en chronische diarree vormen een terugkerend diagnostisch probleem in de dagelijkse medische praktijk. Slechts een deel van deze klachten berust op aanwijsbaar onderliggend darmlijden, variërend van het prikkelbaredarmsyndroom, infectieuze ontstekingen, chronische inflammatoire darmziekte (‘inflammatory bowel disease’; IBD) tot maligniteiten. Vaak zijn invasieve methoden in de vorm van endoscopie in combinatie met histologisch onderzoek noodzakelijk om de diagnose te stellen. Ook beeldvormende onderzoeken, meestal tijdrovend, bewerkelijk en kostbaar, zijn soms nodig voor het stellen van de uiteindelijke diagnose. Eenvoudig screenend laboratoriumonderzoek in bloed en feces heeft hierin nauwelijks een bijdrage, niet alleen door gebrek aan specificiteit, maar met name ook van sensitiviteit van de meeste klinisch-chemische tests.

Een belangrijke groep bestaat uit de verschillende vormen van IBD, gekenmerkt doordat patiënten afwisselende perioden van klinisch welbevinden en perioden van ziekteactiviteit ervaren. Deze laatste kunnen zich uiten in algemene malaise en buikklachten, die afhankelijk zijn van de lokalisatie van de afwijking, soms in combinatie met koorts. Ontstekingen van het colonslijmvlies, met name in het distale colon, leiden meestal tot diarree, kramp en bloedverlies in de ontlasting. Bij de ziekte van Crohn zijn met name de dunnedarmafwijkingen lastig te duiden met soms alleen malaise, buikpijn, koorts, slechte eetlust of vermagering.

In de dagelijkse klinische praktijk is het op grond van klachten vaak lastig om onderscheid te maken tussen patiënten met functionele klachten, zoals het prikkelbaredarmsyndroom, en die met een IBD, en is derhalve invasief onderzoek meestal noodzakelijk. Diagnostiek bij patiënten met chronische darmklachten gaat daarom gepaard met zowel onder- als overdiagnostiek.

Een tweede diagnostisch probleem vormt de differentiatie tussen actieve ziekte met ontsteking in de dunne darm en inactieve vormen van IBD, welke laatste soms worden gemaskeerd door klachten ten gevolge van fibreuze vernauwing van het lumen die resteert na eerdere ontsteking.

Het onderscheid tussen enerzijds klachten op grond van ontsteking en stenosering en anderzijds functionele klachten is van belang voor de in te stellen behandeling. Voor diagnostische doeleinden zijn verscheidene laboratoriumparameters getest. Naast meting van bezinking, C-reactieve proteïne en aantal trombocyten in bloed worden verschillende eiwitten in feces bepaald, zoals ?₁-antitrypsine, lysozym en lactoferrine. Deze laatste bepalingen zijn specifieker,1 maar leveren vaak onvoldoende onderscheid tussen actieve en inactieve vormen van gastro-intestinale ontsteking.2 3

klinische monitoring van de ziekte van crohn

Na de initiële diagnostiek is het volgen van het beloop van de ziekte van Crohn soms lastig. De lokalisatie van de aandoening, de uitgebreidheid en de lokale ernst kunnen sterk verschillen, niet alleen bij eerste diagnose, maar ook tijdens het verdere beloop. De veranderingen van de ontsteking in de loop van de tijd hangen mede af van de behandeling die met name gericht is op het remmen van de ontstekingsactiviteit. Omgekeerd past men de behandeling aan aan het beloop van de ontsteking. Daarbij maakt men onderscheid tussen middelen om de ziekte in remissie te krijgen en die om een remissie te handhaven. Daarbij is het van belang een ziekteparameter te hebben die het bestaan van remissie of activiteit kan aangeven.

Indicatoren van ziekteactiviteit bij de ziekte van Crohn zijn de ‘Crohn's disease activity index’ (CDAI),4 de ‘Harvey Bradshaw activity index’5 en de ‘Dutch index’.6 Al deze indices zijn gebaseerd op klinische variabelen, fysisch-diagnostische gegevens en laboratoriumvariabelen. Alle hebben ook het probleem dat ze geen betrouwbaar onderscheid maken tussen actieve ziekte, klachten door fibrotische, niet-actieve ziekte en functionele klachten die bij patiënten met IBD vaker worden gezien dan bij mensen zonder deze ziekte.7 Dit wordt mede veroorzaakt door een grote mate van interindividuele variatie in de beoordeling. De indices worden dan ook vrijwel uitsluitend in klinische studies gebruikt. Voor de dagelijkse praktijk schieten ze vaak tekort en zijn ze daarnaast in het algemeen te bewerkelijk. Herhaalde endoscopische onderzoeken, soms aangevuld met beeldvormende technieken (CT, scintigrafie), zijn hierdoor veelal onmisbare, maar uit het oogpunt van patiëntenbelasting en de kosten weinig aantrekkelijke methoden om het ziekteproces te volgen.

alternatieve parameters voor monitoring

Scintigrafie

Scintigrafie met gebruik van autologe granulocyten, gelabeld met technetium-99 of met indium-111, levert waardevolle informatie over de plaats en ook de ernst van de ontsteking. Met name de bepaling van de uitscheiding van met indium-111 gelabelde leukocyten in de feces gedurende 3 dagen is een zeer betrouwbare maat voor de ontstekingsactiviteit in de darm. Dit type onderzoek is echter bewerkelijk en kostbaar, terwijl de stralenbelasting, met name voor lever en milt, een relatieve contra-indicatie vormt, zeker bij kinderen, adolescenten en zwangere vrouwen.8 Ook het ongemak van de benodigde meerdaagse fecesverzameling is weinig aantrekkelijk.

Fecesenzymen

Een alternatief voor het bepalen van radioactief gelabelde leukocyten is het bepalen van leukocytspecifieke enzymen in de feces. Immers, naarmate de darmontsteking actiever is, en gepaard gaat met erosies, ulceraties en uittreden van leukocyten, leidt het uiteenvallen van leukocyten tijdens het ontstekingsproces tot vrijkomen van intracellulaire enzymen en andere eiwitten, die vervolgens in de feces aantoonbaar zijn. Voorbeelden daarvan zijn ?₁-antitrypsine,2 elastase, lysozym,3 en naar sinds kort bekend is, ook calprotectine1-3 9-11 en lactoferrine.12

calprotectine

Calprotectine is een groot calcium- en zinkbindend eiwit met een molecuulmassa van 36 kD en met antimicrobiële eigenschappen. Calprotectine behoort tot de zogenaamde S-100-eiwitfamilie, die voornamelijk afkomstig is van neutrofiele en monocytaire cellen en die een regulerende functie heeft in het ontstekingsproces. Het werd voor het eerst door Fagerhol et al. geïsoleerd uit de cytosolische fractie van polymorfonucleaire cellen, waarin het meer dan 60 van alle eiwit vertegenwoordigt.9 13 Op grond van de calciumbindende eigenschappen in combinatie met de antimicrobiële werking werd de naam ‘calprotectine’ geïntroduceerd.13 Deze naam refereert enkel aan een antimicrobieel effect in vitro en negeert vele andere eigenschappen, zoals de cytotoxische en chemotoxische activiteit en de intracellulaire signaaleigenschappen.14 Het eiwit is een heterotrimeer bestaande uit 1 8,2 kD lichte en 2 13,3 kD zware polypeptideketens, die ieder 2 calciumionen kunnen binden, maar ook zink.

Regulator van ontsteking

Calprotectine oefent zijn werking uit doordat het de lokale concentraties aan zink en calcium vermindert. Op deze wijze is calprotectine betrokken bij de regulatie van ontstekingsreacties door remming van zinkafhankelijke metalloproteïnasen. Het eiwit is in aanwezigheid van calcium opmerkelijk goed bestand tegen afbraak in vitro en in vivo, en kan worden gemeten in bloed- of fecesmonsters. Verhoogde bloedspiegels zijn een bruikbare, maar niet-specifieke marker gebleken voor het bestuderen van de activiteit van verschillende ontstekingsgerelateerde aandoeningen.15 16 De hoogste plasmaconcentraties zijn gemeten bij patiënten die lijden aan reumatoïde artritis, cystische fibrose, ziekte van Crohn en acute bacteriële infecties. Relatief hoge concentraties calprotectine worden uitgescheiden in feces. Door zijn hoge concentraties in neutrofielen met antimicrobiële eigenschappen en zijn uitgebreide invloed op de niet-specifieke afweer speelt calprotectine een centrale rol in de regulatie van ontstekingsprocessen.17

Roseth et al.18 hebben een methode ontwikkeld voor het extraheren van calprotectine uit feces en het kwantificeren hiervan door middel van een aan enzym gekoppelde immunoassay. Calprotectine is bij kamertemperatuur tenminste 3 dagen stabiel, zodat fecesmonsters naar het laboratorium kunnen worden gestuurd met de reguliere interne post. Bij gezonde vrijwilligers bedroeg de mediane concentratie van calprotectine in feces 2 mg/l, gemeten met de originele extractiemethode.18 Een recent geïntroduceerde methode met een hogere opbrengst aan calprotectine heeft geresulteerd in een vijfvoudige verhoging van de gemeten concentraties in fecesmonsters in vergelijking met de originele methode.19

Verhoogde calprotectineconcentraties zijn gemeten in fecesmonsters afkomstig van patiënten lijdend aan coloncarcinoom, IBD en bacteriële infecties van het maag-darmkanaal, maar niet bij patiënten lijdend aan het prikkelbaredarmsyndroom.20 De oorzaak van de sterk verhoogde waarde van calprotectine in feces bij patiënten met inflammatoir darmlijden is deels verklaarbaar door de verhoogde permeabiliteit van de darmmucosa resulterend in een toegenomen migratie van granulocyten en monocyten naar het darmlumen op de plaats van de ontsteking;17 anderszins is er verhoogde aanwezigheid van granulocyten in het epitheel. De calprotectinewaarde in feces is daardoor niet specifiek voor het type aandoening van het maag-darmkanaal.

klinische relevantie van de calprotectinebepaling

De studies naar calprotectine hebben zich tot nu toe toegespitst op 3 toepassingen. Allereerst in de screening van patiënten met buikklachten en diarree bij wie lage calprotectinewaarden ernstige darmafwijkingen uitsluiten. Bij een afkapwaarde van 10 mg/l vertoont calprotectine een sensitiviteit van 89 en een specificiteit van 79 in de diagnostiek van organische darmafwijkingen zoals IBD, enteropathie, maligniteit, coeliakie en diverticulitis versus prikkelbaredarmsyndroom.11 De calprotectine-uitslag heeft een hoge negatief-voorspellende waarde voor IBD bij patiënten bij wie men wil differentiëren tussen prikkelbaredarmsyndroom en IBD.20 Daarnaast zijn recent studies verschenen naar de waarde van calprotectine als indicator voor de aanwezigheid van onderliggende pathologische afwijkingen bij kinderen met buikklachten,21 en bij volwassenen verwezen voor colonoscopie.1

Tenslotte is er een aantal studies verricht naar de waarde van calprotectine bij de screening van patiënten met colorectale carcinomen en poliepen. Voor poliepdetectie lijkt de sensitiviteit nauwelijks beter dan de, eveneens matig informatieve, hemocculttest en deze ligt tussen 30 en 55.22 Ook bleek bijna 90 van de patiënten met een coloncarcinoom een verhoogde calprotectine-uitslag te hebben, die daalde na operatie.23 Echter, de matige specificiteit maakt de test voor populatiescreening ongeschikt.23

De tweede toepassing van de calprotectinebepaling is die als parameter voor de mate van darmontsteking bij IBD en de differentiatie tussen een actief en een niet-actief ziekteproces, hetgeen met name voor patiënten met de ziekte van Crohn een meerwaarde betekent.1 8 10 11 24 De fecale calprotectineconcentratie bleek goed te correleren met de ziekteactiviteit welke endoscopisch,1 of met indiumlabeling werd bepaald.8 25

Dit brengt een derde toepassing in beeld, namelijk om het ontstekingsproces te volgen op geleide van de fecescalprotectinewaarden. De calprotectine-uitslag heeft voorspellende waarde voor recidivering bij patiënten met de ziekte van Crohn en met colitis ulcerosa.10 Gerichte vroegtijdige behandeling van de ontsteking zou klinisch recidief kunnen voorkómen, waarbij de dosering van de medicatie effectiever zou kunnen zijn en met minder bijwerkingen.10 De snelheid van respons op de behandeling en de inter- en intra-individuele variatie daarin dienen echter in grotere groepen patiënten nader onderzocht te worden.

eigen oriënterend onderzoek naar de calprotectinebepaling

In een oriënterend onderzoek bij 187 individuen werd door ons in willekeurig verzamelde fecesmonsters de calprotectinewaarde bepaald met een commercieel verkrijgbare immunoassay (Calprest, Eurospital SpA, Triëst, Italië). De monsters waren afkomstig van gezonde vrijwilligers en van patiënten bij wie na endoscopisch onderzoek hun darmziekte werd geclassificeerd als ‘actieve IBD’ of ‘IBD in remissie’, alsmede van patiënten met andere gastro-intestinale afwijkingen (tabel 1; figuur). De activiteit van het ziekteproces werd gevolgd op basis van klinische klachten, bloedonderzoek en endoscopie.

De mediane waarde bij 46 gezonde personen en patiënten met prikkelbaredarmsyndroom bedroeg 18 mg/l (uitersten: 1-96). De calprotectinewaarde bij 46 IBD-patiënten in remissie bedroeg 102 mg/l (uitersten: 4-441), bij 61 patiënten met actieve IBD 1108 mg/l (uitersten: 7-17.500), terwijl bij 34 patiënten met overige darmafwijkingen intermediaire waarden werden gevonden. De calprotectinewaarde leek daarbij uitstekend te correleren met de ziekteactiviteit. Met de toets volgens Wilcoxon verschilde de groep met inactieve ziekte van Crohn, de groep met actieve ziekte van Crohn en de groep met actieve colitis ulcerosa statistisch significant (p figuur).

Ofschoon ook uit deze resultaten blijkt dat een calprotectineverhoging niet uitsluitend gevonden wordt bij IBD-patiënten, vonden wij een hoge specificiteit en sensitiviteit voor de uitsluiting van daadwerkelijke darmafwijkingen (tabel 2). Zo bedroeg bij een afkapwaarde van 100 mg/l de specificiteit 100 (alle patiënten met niet-organische afwijkingen hadden calprotectinewaarden ? 100 mg/l) en de sensitiviteit voor actieve ziekte van Crohn 81 en voor actieve colitis 88 (verhoogde waarde bij ziekte). Bij een afkapwaarde van 40 mg/l verschoof de specificiteit naar 89 en de sensitiviteit voor beide actieve IBD-vormen naar 92. Zelfs patiënten met niet-actieve ziekte van Crohn hadden voor 57 een verhoogde calprotectinewaarde (> 40 mg/l) en daarmee was deze groep te onderscheiden van de groep zonder afwijkingen of met prikkelbaredarmsyndroom, van wie 89 een calprotectinewaarde kleiner of gelijk aan deze drempel had.

conclusie

Calprotectine is een ontstekingseiwit dat in hoge concentratie voorkomt in neutrofiele granulocyten en monocytaire cellen. Het eiwit wordt bij darmontsteking in hoge concentratie uitgescheiden in feces, is opmerkelijk stabiel en makkelijk kwantificeerbaar. Bepaling van calprotectine in feces lijkt een waardevolle en potentieel relevante parameter voor de diagnostiek en follow-up van inflammatoir darmlijden. Niet-invasieve en snelle bepaling van dit ontstekingseiwit in willekeurige fecesmonsters heeft een hoge negatief-voorspellende waarde voor het uitsluiten van ontsteking bij patiënten die zich presenteren met buikklachten en diarree. De calprotectinebepaling lijkt zodoende van waarde voor de differentiatie tussen functionele en inflammatoire darmaandoeningen. Daarnaast lijkt de bepaling bruikbaar voor het onderscheiden van patiënten met actieve en met niet-actieve ziekte van Crohn en daarmee tevens voor het volgen van de ziekteactiviteit bij patiënten met inflammatoir darmlijden. Gezien de frequente en belastende onderzoeken die deze patiënten maar al te vaak moeten ondergaan, verdient deze nieuwe bepaling verder onderzoek en mogelijk een bredere toepassing. De potentiële meerwaarde bij de follow-up van IBD-patiënten na instellen van therapie biedt in dit opzicht interessante perspectieven.

Belangenconflict: geen gemeld. Financiële ondersteuning: geen gemeld.