Assessment of the Contribution of Genetic Factors in Acute Diverticulitis

Abstract

Acute diverticulitis is a gastrointestinal multifactorial disorder with various risk factors and organ systems involved on its development. Its etiology consists in the inflammation of the diverticula, which are herniations of the colonic mucosa and submucosa, resulting on symptoms such as acute pain and tenderness restricted to one quadrant of the colon, fever and bowel movement alterations. The inflammation is predominant on the sigmoid colon in the occidental region of the globe, but on the oriental regions it’s on the ascending colon. The complications associated to this pathology are abscesses, intestinal obstruction, fistulas and haemorrhages that can be life threatening.The risk factors associated to acute diverticulitis, still with uncertain influence on acute diverticulitis are age, gender, diet, regular drug intake, hormonal and genetic factors. These risk factors potentiate the development mechanism of this disorder that involves the nervous and immune system, but also the microbiome.There are two main groups that acute diverticulitis subdivides, the acute uncomplicated diverticulitis and the acute complicated diverticulitis, and the international guidelines for diagnosis advise an individual recognition of the clinical history of the patient, symptomatology, and presence of inflammatory markers. The biochemical inflammatory makers, such as C-reactive protein and procalcitonin are good indicators of severity of the various stages of acute diverticulitis (0-IV: Modified Hinchey Classification). On the other hand, imaging exams are a good complement for diagnosis and identification of complications.The treatment of acute diverticulitis is also on the clinician criteria, with individualized basis of the symptomatology of each patient, that can consist in an antibiotic regime, dietary changes, percutaneous drainage, and elective resection of the colon. The origin of recurrence of episodes isn’t entirely known, but it’s stipulated that there is a 90% chance of recurrence after the first episode in a 5-year time period.Recent studies suggest that the genetic factors can significantly influence the development, severity, recurrence, and selection for elective surgery in acute diverticulitis. With this study, it was intended to identify genotype-phenotype relations, by genotyping with risk associated variants to acute diverticulitis. The most associated genes to acute diverticulitis are the LAMB4, TNFSF15, ARHGAP15, FAM155A and COLQ genes, with a grand total of 13 studied variants. These genes have functions on the systems that are connected to the onset of acute diverticulitis, such as the nervous and immune system, but also play a main role of maintaining the integrity of the colonic barrier. Consequently, it’s justified the study of these variants because of the possibility of these compromising these systems that guarantee the homeostasis of the colon.The studies samples, from the Unidade de Cirurgia Colorretal of Centro Hospitalar Universitário do Porto, we sequenced by Capillary Sanger Sequencing, after the implementation of specially designed primers for these variants. The statistical analysis performed on the obtained data was based with the comparison of the genotype between the control populational group and the study group of patients, as well as comparison of the study group with himself, with the study variables. The results demonstrate that the FAM155A gene is the one with bigger association with the onset, recurrence, and selection for elective surgery. Following that, it’s the TNFSF15 gene with association to the onset and recurrence of acute diverticulitis.This study suggests that, although there is a lack of statistical significance, there is a huge potential on the studied variants, even on the ones where there wasn’t any observable tendency. The following studies need a more representative sampling of the population in study, in order to determine with higher significance, the influence of these variants on the course of acute diverticulitis. The genotype information might help on the future with determining the risk of incidence of the pathology, as well as recurrence and determining wich patients will need elective surgery.

A diverticulite aguda é uma doença gastrointestinal multifatorial com vários fatores de risco e sistemas de órgãos envolvidos no seu desenvolvimento. A sua etiologia consiste na inflamação de divertículos, herniações da mucosa e submucosa colónica, causando sintomas que vão desde dor e tensão aguda restrita a um quadrante do cólon, febre e alterações no trânsito intestinal. A inflamação é maioritária no colon sigmoide na região ocidental do globo, enquanto que no oriente é predominante no colon ascendente. Todavia, as complicações vão desde abcessos, obstrução intestinal, fístulas e hemorragias que poderão pôr em risco a vida do doente. Os fatores de risco associados à diverticulite aguda, com influência ainda incerta são: idade, género, dieta, consumo regular de fármacos, fatores hormonais e genéticos. Estes fatores de risco potenciam o mecanismo de desenvolvimento da diverticulite aguda que envolve o sistema nervoso, imunitário e o microbioma.Existem dois grandes grupos no qual a diverticulite aguda se subdivide, diverticulite aguda simples e diverticulite aguda complicada e as indicações internacionais para o diagnóstico desta patologia aconselham o reconhecimento individual da história clínica do doente, sintomatologia e presença de biomarcadores inflamatórios. Os marcadores inflamatórios bioquímicos, nomeadamente a proteína C-reativa e a procalcitonina são bons indicadores de severidade dos vários estádios da diverticulite aguda (0-IV: Modified Hinchey Classification). Por outro lado, exames imagiológicos são bons auxiliares de diagnóstico e identificação de complicações. O tratamento da diverticulite aguda é também ao critério do clínico com base individualizada da sintomatologia de cada doente, que poderá consistir num regime de antibióticos, mudanças dietéticas, drenagem percutânea e resseção eletiva do colon. A origem da recorrência de episódios é ainda não inteiramente conhecida, mas estipula-se que haja 90% probabilidade de recorrência após o primeiro episódio num período de 5 anos.Estudos recentes sugerem que os fatores genéticos poderão influenciar significativamente o desenvolvimento, severidade, recorrência e seleção para cirurgia eletiva na diverticulite aguda. Com este estudo, pretendeu-se tentar identificar relações genótipo-fenótipo, por genotipagem de variantes descritas na literatura como associadas a esta patologia. Os genes com maior associação com a diverticulite aguda são o LAMB4, TNFSF15, ARHGAP15, FAM155A e COLQ, e no total foram estudadas 13 variantes. Estes genes possuem funções nos sistemas envolvidos no desenvolvimento da diverticulite aguda, nomeadamente o sistema nervoso e imunitário, assim como funções na manutenção da integridade da barreira colónica. Consequentemente, é de interesse o estudo destas variantes pois estas podem comprometer estes sistemas que garantem a homeostase do cólon. As amostras em estudo, provenientes da Unidade de Cirurgia Colorretal do Centro Hospitalar Universitário do Porto, foram sequenciadas por Sequenciação de Sanger Capilar, após a implementação de primers especialmente desenhados para estas variantes. A análise estatística realizada aos dados obtidos teve por base a comparação do perfil genético entre o grupo de controlo populacional e os grupos dos doentes, assim como a comparação dos grupos dos doentes entre si com as variáveis em estudo. Os resultados demonstram que o gene FAM155A é o que possui maior associação com o desenvolvimento, recorrência e seleção para cirurgia eletiva. Em seguida fica o gene TNFSF15 com associação para o desenvolvimento e recorrência da diverticulite aguda. Este estudo sugere que, apesar da falta de significância estatística, existe enorme potencial nas variantes estudadas, mesmo naquelas em que não se observou qualquer tendência. Os estudos que se seguirão necessitam de uma amostragem mais representativa da população em estudo para determinar com maior significância a influência que estas variantes possuem no decorrer da diverticulite aguda. A informação do genótipo poderá no futuro ajudar a determinar o risco de surgimento da patologia, de recorrência e ajudar a determinar quais os doentes que necessitarão de ser submetidos a uma intervenção cirúrgica.