Gladde darmen

Een pil tegen gluten- allergie, kondigden Noorse en Amerikaanse onderzoekers vorige week aan in Science. Veel te optimistisch, zegt de Leidse onderzoeker dr. Frits Koning van het Nederlandse Coeliac Disease Consortium.

Mensen met glutenallergie (ook: coeliakie of darmspruw), waardoor ze ernstige darmstoornissen krijgen na het eten van tarwe, gerst of rogge, kunnen hun ziekte over een aantal jaren waarschijnlijk bestrijden met een pil, in plaats van met het strenge glutenvrije dieet dat ze nu moeten volgen. Dat schreven onderzoekers van Stanford University in Californië en de universiteit van Oslo vorige week in Science. Zij hebben één fragment van een graaneiwit geïdentificeerd dat volgens hen bij de meeste patiënten de ziekte veroorzaakt.

Maar volgens dr. Frits Koning, verbonden aan de afdeling immunohematologie van het Leids Universitair Medisch Centrum, wordt coeliakie niet door één fragment van een graaneiwit veroorzaakt. Zijn coeliakie-onderzoeksgroep heeft al veel meer delen van graaneiwitten opgespoord die de darmziekte kunnen veroorzaken. Koning: ``Als er al een pil tegen coeliakie komt op basis van het Amerikaanse onderzoek, dan hebben patiënten daar maar een beetje baat bij.''

Toch is er de afgelopen paar jaar zoveel ontdekt over het ziektemechanisme van coeliakie dat voor de patiënten nu voor het eerst therapieën aan de horizon verschijnen. Tot nu toe lag voor hen alleen een levenslang vol te houden streng dieet in het verschiet. Dat dieet is vaak niet succesvol. Gluten zit namelijk niet alleen in brood, gebak en andere duidelijke graanproducten, maar wordt ook ruim gebruikt bij de industriële voedselbereiding en zit dus ook in snoep, soepen en sauzen.

Glutenallergie (of coeliakie) is een veel voorkomende, maar vaak ongediagnosticeerde darmziekte. Naar schatting 1 op de 200 à 300 mensen in de westerse wereld heeft last van glutenallergie. Het betekent dat er in Nederland 60.000 tot 70.000 patiënten zijn. Er zijn er echter maar 10.000 gediagnosticeerd. Koning: ``Het duurt vaak lang voordat de diagnose wordt gesteld. Iemand moet erg vaak met buikpijnklachten bij de huisarts komen, eer er een verwijzing voor verder onderzoek komt.'' Om de diagnose definitief te kunnen stellen neemt een maag-darmspecialist via een endoscoop een klein hapje weefsel uit de dunne darm. Is dat stukje dunne darm uit een coeliakiepatiënt afkomstig, dan kan de immunoloog er afweercellen (T-cellen) uit kweken die tegen gluteneiwitten zijn gericht. En onder de microscoop is te zien dat de binnenzijde van de dunne darm van coeliakiepatiënten glad is, terwijl er bij gezonde patiënten tal van plooien te zien zijn. Bij gezonde mensen komen de cellagen in de plooien in intensief contact met de voorbijglijdende voedselmassa en nemen daaruit voedingsstoffen op. Koning: ``Door al die plooien heeft de dunne darm aan de binnenzijde een oppervlak van een voetbalveld. Bij patiënten is dat meer een A4-tje.''

In de darm van coeliakiepatiënten glijdt de brij snel voorbij en is de voedselopname gestoord. Patiënten hebben een slecht-verteerde, vettige en volumineuze ontlasting. Op termijn dreigen groeiachterstand, skeletmisvormingen door vitamine D-gebrek, botontkalking (osteoporose), onvruchtbaarheid, miskramen en bloedarmoede. Vermoeidheid is een veelgehoorde klacht van coeliakiepatiënten. En hun risico op lymfomen, kanker van de witte bloedcellen is verhoogd.

``Van de groeiachterstand bij kinderen bestaan afschrikwekkende voorbeelden,'' zegt Koning en uit zijn powerpointpresentatie voor wetenschappelijke congressen laat hij een foto zien van een peuter met dunne beentjes en dikke hongeroedeembuik. De foto is niet lang geleden in Nederland genomen. Koning: ``De ouders kwamen met het kind bij de huisarts omdat het humeurig was en allerlei lichamelijke klachten had. Het kind is duidelijk ondervoed. Dit hoort in Nederland natuurlijk niet meer te gebeuren.''

Gluten bestaat uit graaneiwitten. Het zijn de eiwitten die het ontkiemende graanplantje tot voedsel dienen. Eiwitten zijn opgebouwd uit lange ketens aminozuren. Voor de opbouw worden 20 verschillende aminozuren gebruikt, maar in gluten zit naar verhouding erg veel van de aminozuren proline en glutamine. De bijzondere bouw van proline stelt het eiwit in staat om zich compact op te vouwen en glutamine bevat extra stikstof, een belangrijk element voor de groei van het graanplantje.

Voor de mens is gluten vooral belangrijk vanwege de kleverige eigenschappen. In gekneed deeg zijn grote glutennetwerken aanwezig die de door gisting ontstane luchtbelletjes goed vasthouden. We danken ons luchtige brood aan gluten. En ook harde pasta's ontlenen hun eigenschappen voor een groot deel aan gluten.

Gluten is een verzameling van een groot aantal verschillende tarwe-eiwitten. De aminozuurketens waar die eiwitten uit zijn opgebouwd, variëren in lengte en in samenstelling. Koning: ``In een tarwekorrel kunnen 25 tot 100 verschillende gluteneiwitten zitten. De tarwesoorten die voor brood worden gebruikt zijn bijvoorbeeld hexaploïd. De korrel bevat dan drie complete genomen, waardoor er erg veel verschillende gluteneiwitten in één korrel kunnen zitten. Een goede pastatarwe is daarentegen tetraploïd, wat betekent dat er twee genomen in voorkomen. Meel waar bakkers brood van bakken is bovendien meestal een mengsel van meerdere graanvariëteiten. Of er tarwesoorten zijn die meer of minder allergie veroorzaken, is niet bekend.'' Gluteneiwitten worden, op grond van hun oplosbaarheid in alcohol, onderscheiden in twee typen: de gliadinen en de gluteninen. En van ieder zijn weer een aantal ondertypen gedefinieerd. Behalve de gluten in tarwe zijn er overeenkomstige eiwitten in rogge en gerst die ook coeliakie kunnen veroorzaken. Wat de gluten is in tarwe, zijn de hordeïnen in gerst en de secalinen in rogge.

Coeliakie is decennialang nauwelijks serieus genomen. De patiënten met hun vreselijke buikpijnklachten hadden het, vonden veel artsen, vooral tussen de oren. Het waren somatiserende patiënten, die hun stress- en depressieklachten onbewust omzetten in lichamelijke klachten.

De laatste 20 jaar is die situatie veranderd. En de laatste paar jaar zeer snel. In de jaren tachtig werd ontdekt dat bijna alle coeliakiepatiënten drager waren van de HLA-klasse II-moleculen DQ2 en DQ8. HLA-moleculen zijn eiwitten die voorkomen op de buitenzijde van alle lichaamscellen, en speciaal op de buitenkant van een bepaald type afweercel: de antigeenpresenterende witte bloedcellen. De HLA-moleculen pikken overal in het lichaam, zowel binnen lichaamscellen als in de extra-cellulaire ruimte, brokstukken van eiwitten op. En die laten ze aan patrouillerende afweercellen zien. Die `beoordelen' of de eiwitfragmenten lichaamsvreemd of lichaamseigen zijn. De brokstukken zijn meestal restjes eiwitketen, van een stuk of tien aminozuren lang, afkomstig van de tienduizenden verschillende eiwitten uit het eigen lichaam. Zodra een cel een lichaamsvreemd eiwit toont (bijvoorbeeld afkomstig van een virus dat de cel is binnengedrongen) komt het afweersysteem in actie en vernietigt de cel vanwaaruit het eiwit werd getoond.

ander type

Er bestaat een grote, erfelijk bepaalde variëteit aan HLA-moleculen. Ze presenteren allemaal een ander type eiwitbrokstuk. Meestal moet in een volgorde van acht tot tien aminozuren op twee, drie of vier posities een bepaald aminozuur aanwezig zijn om aan een bepaald type HLA-molecuul te binden.

Het door de biologieboekjes geschetste ideale beeld van onze spijsvertering is dat voorbij de twaalfvingerige darm helemaal geen eiwitbrokstukken van tien of meer aminozuren meer aanwezig zijn. Alle eiwitten worden in de maag door het maagzuur gedenatureerd en vervolgens door eiwitsplitsende enzymen in losse aminozuren, of in stukjes van hooguit twee of drie aan elkaar gekoppelde aminozuren geknipt. Die kleine fragmenten worden door de dunne darm opgenomen en komen als bouwstof voor nieuwe eiwitten in de bloedbaan terecht. Maar zo ideaal gaat het in werkelijkheid allemaal niet. In de darm komen ook nog wel eiwitbrokken van 10 tot 50 aminozuren lang terecht, die niet meer door de menselijke eiwitsplitsende enzymen worden gesplitst. De bacteriën die in de dunne darm en vooral in de dikke darm leven weten uiteindelijk wel weg met de restjes, maar voor die tijd ontstaat er bij sommige mensen opeens een afweerreactie tegen die overgebleven eiwitbrokstukken, die uiteindelijk de werking van de dunne darm ernstig aantast.

Koning: ``Jarenlang wisten we alleen dat 90 procent van de coeliakiepatiënten HLA-DQ2-drager is en 5 procent HLA-DQ8-drager. Het verband tussen coeliakie en HLA-DQ2 is niet sterk, ook al niet omdat maar liefst een derde van de westerse bevolking HLA-DQ2-drager is. Verreweg de meeste dragers worden dus niet ziek. Ook was vreemd dat HLA-DQ2 alleen brokstukjes eiwit met negatief geladen aminozuren kan presenteren. Maar die aminozuren zijn nauwelijks in gluten te vinden. In gluten overheersen de neutrale aminozuren.''

Vier jaar geleden losten Koning en zijn Noorse collega Ludvig Sollid bijna tegelijkertijd het raadsel van de binding aan HLA-DQ2 op. Zij ontdekten de functie van het enzym transglutaminase. Dat zit in veel cellen, ook in de dunne darm en doet niks. Pas als de cel beschadigd raakt gaat het bliksemsnel eiwitten aan elkaar knopen. Door die crosslinks ontstaan netwerken die de schade beperken. Normaal knoopt transglutaminase het aminozuur lysine in de ene eiwitketen aan een glutamine in de andere keten. Koning: ``Maar als er geen lysine is, pakt het enzym een watermolecuul en bindt dat aan glutamine. Daardoor wordt glutamine omgezet in glutaminezuur. Dat is een negatief geladen aminozuur. En omdat er erg weinig lysine en erg veel glutamine in gluten zit, ontstaan er daardoor in de dunne darm snel negatief geladen brokstukken die wèl aan HLA-DQ2 binden.''

Transglutaminase is de brug tussen de ongesplitste glutenresten en het HLA-DQ2. Maar waarom dat enzym bij sommige mensen actief is, blijft een raadsel. Het is nog steeds de vraag waarom zoveel mensen met HLA-DQ2 níet ziek worden. Koning: ``Het is bijvoorbeeld niet zo dat bij patiënten er overmatig veel transglutaminase in de dunne darm aanwezig is. Iedereen heeft dat enzym wel in de darm. Er ontstaat altijd wel schade aan de cellen die de wand van de dunne darm bekleden. Wie 's zomers aan het strand een boterham eet, krijgt ook zand binnen en dat schuurt cellen kapot. En wie niet goed kauwt beschadigt ook darmcellen.''

In de afgelopen jaren vonden Koning en zijn promovendi Yvonne van de Wal en Willemijn Vader wel 50 eiwitbrokstukken in gluten, hordeïnen en secalinen die na bewerking door transglutaminase op HLA-DQ2 `passen' en die daardoor een afweerreactie op gang kunnen brengen. De Leidse onderzoekers publiceerden dit resultaat in maart van dit jaar in het Jounal of Experimental Medicine. En daarom ``is het nu duidelijk dat een groot aantal eiwitbrokstukken uit voedingsgranen in staat zijn om via DQ2 en DQ8 een afweerreactie van T-cellen op gang te brengen'', schrijft een commentator deze maand in het tijdschrift Gastroenterology over de nieuwste ontwikkelingen op coeliakiegebied.

fragment

Het tijdschrift Science, dat nooit eerder iets over coeliakie publiceerde, ruimde vorige week echter een prominente plaats in voor een artikel waarin één brokstuk uit gluten als de belangrijkste ziekteverwekker wordt aangewezen. De Noorse immunoloog Ludvig Sollid en Stanfordbiochemicus Chaitan Khosla (met vrouw en kind die coeliakiepatiënt zijn) vonden het fragment in één van de gluteneiwitten (2-gliadine, opgebouwd uit een keten van 266 aminozuren). Weliswaar is het een brok van 33 aminozuren waarop drie epitopen liggen die ieder via HLA-DQ2 een afweerreactie op gang kunnen brengen, maar het is erg vreemd dat Sollid en Khosla nergens refereren aan de tientallen coeliakieveroorzakende eiwitfragmenten waarover Koning en zijn groep in de belangrijke vaktijdschriften hebben gepubliceerd. ``Het kwam duidelijk niet in hun straatje te pas,'' zegt Koning.

Sollid en Khosla hebben uit een bacterie een eiwitsplitsende enzym geïsoleerd dat hun gevonden eiwit wél kan splitsen. Verwerkt in een pil zou het enzym de patiënten ontslaan van hun strenge dieet.

``Dat is een belangrijke ontwikkeling, maar veel te kort door de bocht,'' zegt Koning en dat heeft hij Science ook direct geschreven. ``Je zet patiënten daarmee op het verkeerde been. Je geeft ze te veel hoop.''

Khosla heeft de Celiac Sprue Research Foundation opgericht en zoekt dit jaar nog twee miljoen dollar om volgend jaar onderzoek aan het medicijn op stoom te brengen. Dat zal overigens nog zeker 7 tot 10 jaar duren, voordat er iets voor de patiënt beschikbaar is, schetsen ze op hun website (www.celiacsprue.org).

Koning, overigens lid van de wetenschappelijke adviesraad van de Foundation van Sollid en Khosla, vraagt zich af zo'n enzymtherapie ooit een kans van slagen heeft: ``In een boterham zit twee gram gluten, maar een dosis van een miljoen maal minder kan al ziekte veroorzaken. Dat eiwitsplitsende enzym moet zijn werk dus wel erg grondig doen. En dat moet gebeuren voordat het voedsel van de maag in de dunne darm komt. Want bij patiënten vind je de beschadigingen direct na de maagportier.'' Waarschijnlijk zal geen enzym er ooit in slagen om het schadelijke peptide, laat staan een hele serie schadelijke peptiden, op tijd uit te schakelen. Koning wijst op het feit dat de peptiden erg lang in een omringende matrix van zetmeel en eiwit verborgen zitten. Koning: ``Ze zijn gebakken en zijn vaak moeilijk enzymatisch bereikbaar.''

Begin deze week heeft Koning, als een van de deelnemers aan het Nederlandse Coeliac Disease Consortium (CDC), voor een deskundigenpanel van het Regieorgaan Genomics een subsidieaanvraag van negen miljoen euro toegelicht. Het CDC is een samenwerking van Konings groep aan het LUMC, onderzoekers van TNO Voeding in Zeist, van de universiteit van Wageningen en van het Universitair Medisch Centrum Utrecht. Er zijn vijf zaaizaad-, meel- en voedingsproducenten die zich bij het project hebben aangesloten. De bedoeling is om een goede en snelle test voor de diagnose van de ziekte en voor het voorkomen van allergieveroorzakende eiwitten in graan te ontwikkelen, om veiliger voedsel voor de patiënten te ontwikkelen en om een geneesmiddel te maken. De onderzoekers willen in een honderdtal graanvariëteiten vaststellen welke glutengenen daarin voorkomen. Denkbaar is dat daar tarwes uit voortkomen die niet of nauwelijks allergie veroorzaken. Genetische manipulatie van graan, om de allergieveroorzakende volgorden uit te schakelen, is een verderweg gelegen doel. TNO Voeding wil achterhalen wat er precies in maag en darm gebeurt met de gluteneiwitten en het transglutaminase. De bacteriële darmflora is misschien van belang. De genetici in Utrecht zoeken naar de reden waarom zoveel mensen die ook HLA-DQ2-drager zijn níet ziek worden. Waarschijnlijk spelen er meer genen een rol. Bij een medicijn denkt Koning eerder aan een HLA-DQ2-blokkerend molecuul. Een prototype daarvoor hebben de Leidse onderzoekers in handen.

    • Wim Köhler