Significant Association of IL-18 Genetic Polymorphisms with Aspirin-Intolerant Urticaria in a Korean Population

Abstract

INTRODUCTION: Aspirin(acetylsalicylic acid)-intolerant urticaria(AIU) aggravates urticaria after aspirin ingestion. Although the pathogenesis of AIU has not been fully understood, mast cell activation and neutrophil infiltration have been suggested to be involved. Interleukin-18 (IL-18) can stimulate mast cells and then release inflammatory mediators such as IL-4, IL-13 by stimulating mast cells. IL-18 activates neutrophils by inducing the production of TNFα, which in turn induces the synthesis of leukotriene B4. The aim of this study is to elucidate the genetic contribution of the IL-18 gene on the phathogenesis of AIU. MATERIALS AND METHODS: To perform genetic association study of IL-18 gene polymorphism with AIU, 247 patients with aspirin-intolerant urticaria (AIU) and 196 normal healthy controls(NC) were recruited from Ajou University Hospital. Two promoter polymorphisms of IL-18 gene at -607A>C and -137G>C were genotyped using a primer extension method. The functional effects of the genetic polymorphims of IL-18 were examined by luciferase reporter assay, electrophoretic mobility shift assay (EMSA) and neutrophil chemotactic assay. RESULTS: The minor allele frequency of IL-18 at -607 A>C and haplotype 1 [C-607G-137] showed significantly higher in AIAU than in NC groups(p=0.019, for AIAU vs NC; p=0.048, for AIU vs NC). The promoter-reporter construct carrying the HT1 [CG] displayed significantly higher luciferase activity than those with other haplotypes, HT2 [AG] or HT3 [AC] in two different cells including HMC-1 and Beas2B. EMSA finding showed that CREB2 bound more tightly to the -607C allele sequence than to the A allele sequence by EMSA. Moreover, subjects significantly increased neutrophil chemotaxis carrying -607C allele (p<0.001). CONCLUSION: Our findings suggest that the promoter polymorphism of IL-18 modulates IL-18 expression by altering the binding affinities of transcription factor and increasing neutrophil chemotaxis, finally contribute to the susceptibility of AIU.

연구배경 및 목적: 아스피린 과민성 두드러기(aspirin-intolerant urticaria, AIU) 는 아스피린의 복용 후, 두드러기 증상의 악화를 초래한다. 아스피린 과민성 두드러기의 병인기전은 명확하게 밝혀지지 않았지만, 비만세포의 탈 과립화와 호중구의 침윤이 관여하는 것으로 보고되었다. 인터류킨-18(IL-18)은 비만세포를 자극하여 인터류킨-4와 인터류킨-13과 같은 염증신호전달 물질들을 유리시키고, 류코트리엔B4의 합성을 유도하여 종양 괴사 인자α (Tumor necrosis factor α, TNFα) 와 같은 사이토카인을 분비시켜 호중구의 활성에 주요한 역할을 나타낸다. 본 연구는 아스피린 과민성 두드러기에 대한 IL-18유전자의 유전적 관련성 여부를 연구하였다. 재료 및 방법: 아주대 병원에 내원한 아스피린 과민성 급성 두드러기(aspirin-intolerant acute urticaria, AIAU)01 환자 130명, 아스피린 과민성 만성 두드러기(aspirin-intolerant chronic urticaria, AICU) 환자145명, 정상 대조군(normal healthy control, NC) 196명의 한국인을 대상으로, IL-18 유전자의 단일염기 다형성(single nucleotide polymorphism, SNP)에 따른 유전자 연관성 연구를 수행하였다. IL-18 유전자 전사조절 부위의 -607 A>C와 -137G>C 의 다형성에 따른 기능 차이를 규명하기 위해 luciferase reporter assay와 전기 이동성 교대 분석 실험(electrophoretic mobility shift assay, EMSA)을 수행하였으며, 정상 대조군에서 유전자 다형성에 따른 호중구의 화학주성능을 분석하였다. 결과: IL-18 유전자의 -607 A>C다형성의 변이 대립형질과 일배체형(haplotype) HT1 [C-607G-137]이 AIAU 환자 군에서 정상 대조군에 비해 유의하게 높았다(p=0.019, for AIU vs NC). AIAU환자 군에서 혈청 TNFα의 양은 -607CC 유전자형과 HT1 [C-607G-137]이 다른 유전자형보다 유의하게 높았다(p=0.022). 인간 비만 세포주인 HMC-1과 기관지 상피세포인 Beas2B에서 luciferase reporter assay를 수행한 결과, HT1 [CG]를 가진 luciferase reporter construct가 HT2 [AG]와 HT3 [AC] 보다 유의하게 높은 프로모터 활성도를 나타내었다. EMSA 실험에서는 -607A 에 비해 -607C 서열 특이 CREB2 전사 인자의 결합을 확인하였다. 정상 대조군의 호중구를 이용한 화학주성능 분석 실험에서는 -607A에 비해 -607C 대립 유전자를 지닌 사람에서 호중구의 유주(migration)가 유의하게 증가하였다(p<0.001). 결론: 본 연구는 IL-18 유전자의 전사 조절 부위에서 -607 A>C 대립 인자에 따른 CREB2등의 전사 조절인자의 결합능의 차이에 따라 IL-18의 발현에 영향을 주어 호중구의 화학주성능을 증가시킴으로써 아스피린 과민성 두드러기의 병인기전에 기여할 가능성을 시사한다.