Long-term outcome and extraintestinal manifestations in congenital chloride diarrhea

The rare autosomal recessive disease congenital chloride diarrhea (CLD) is caused by mutations in the solute carrier family 26 member 3 (SLC26A3) gene on chromosome 7q22.3-31.1. SLC26A3 encodes for an apical epithelial chloride-bicarbonate exchanger, the intestinal loss of which leads to profuse chloride-rich diarrhea, and a tendency to hypochloremic and hypokalemic metabolic alkalosis. Although untreated CLD is usually lethal in early infancy, the development of salt substitution therapy with NaCl and KCl in the late 1960s made the disease treatable. While the salt substitution allows normal childhood growth and development in CLD, data on long-term outcome have remained unclarified. One of the world s highest incidences of CLD 1:30 000 to 1:40 000 occurs in Finland, and CLD is part of the Finnish disease heritage. We utilized a unique sample of Finnish patients to characterize the long-term outcome of CLD. Another purpose of this study was to search for novel manifestations of CLD based on the extraintestinal expression of the SLC26A3 gene. This study on a sample of 36 patients (ages 10-38) shows that the long-term outcome of treated CLD is favorable. In untreated or poorly treated cases, however, chronic contraction and metabolic imbalance may lead to renal injury and even to renal transplantation. Our results demonstrate a low-level expression of SLC26A3 in the human kidney. Although SLC26A3 may play a minor role in homeostasis, post-transplant recurrence of renal changes shows the unlikelihood of direct transporter modulation in the pathogenesis of CLD-related renal injury. Options to resolve the diarrheal symptoms of CLD have been limited. Unfortunately, our pilot trial indicated the inefficacy of oral butyrate as well. This study reveals novel manifestations of CLD. These include an increased risk for hyperuricemia, inguinal hernias, and probably for intestinal inflammation. The most notable finding of this study is CLD-associated male subfertility. This involves a low concentration of poorly motile spermatozoa with abnormal morphology, high seminal plasma chloride with a low pH, and a tendency to form spermatoceles. That SLC26A3 immunoexpression appeared at multiple sites of the male reproductive tract in part together with the main interacting proteins cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) and sodium-hydrogen exchanger 3 (NHE3) suggests novel sites for the cooperation of these proteins. As evidence of the cooperation, defects occurring in any of these transporters are associated with reduced male fertility. Together with a finding of high sweat chloride in CLD, this study provides novel data on extraintestinal actions of the SLC26A3 gene both in the male reproductive tract and in the sweat gland. These results provide the basis for future studies regarding the role of SLC26A3 in different tissues, especially in the male reproductive tract. Fortunately, normal spermatogenesis in CLD is likely to make artificial reproductive technologies to treat infertility and even make unassisted reproduction possible.

Synnynnäinen kloridiripuli on harvinainen peittyvästi periytyvä sairaus, joka aiheutuu kromosomissa 7q22.3-31.1 sijaitsevan SLC26A3-geenin virheistä. Geenivirheet johtavat suoliston tärkeimmän kloridi-bikarbonaattikuljettajan toiminnan häiriintymiseen. Suolojen ja veden imeytymisen estyminen aiheuttaa kloridiripulille tyypillisen ripulioireen ja johtaa henkeä uhkaaviin suola- ja happo-emästasapainon häiriöihin. Vaikka Suomessa 1960-luvun lopulla kehitetyn suolakorvaushoidon ansiosta potilaat jäivät ensimmäistä kertaa henkiin ja hoidon todettin mahdollistavan normaalin lapsuusiän kasvun ja kehityksen, taudin pitkäaikaisennusteesta ei ole ollut tietoa. Kloridiripuli kuuluu nk. suomalaiseen tautiperintöön ja taudin ilmaantuvuus Suomessa on yksi maailman korkeimmista, 1:30 000-1:40 000. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää synnynnäisen kloridiripulin pitkäaikaisennustetta ja etsiä uusia sairauden ilmenemismuotoja perustuen SLC26A3-geenin ilmenemiseen suoliston ulkopuolisissa kudoksissa. Tutkimuksemme osoittaa 36 suomalaisen 10-38-vuotiaan potilaan aineistossa, että suolakorvaushoito mahdollistaa kloridiripulin suotuisan pitkäaikaisennusteen. Riittämätön hoito saattaa kuitenkin johtaa munuaisvaurioon ja jopa munuaisensiirtoon. Vaikka havaitsimme SLC26A3-geenin ilmentymisen ihmisen munuaisessa, munuaisvaurion uusiutuminen munuaissiirteissä tukee suola- ja happoemästasapainon häiriön keskeistä merkitystä munuaisvaurion taustalla. Kloridiripuliin ei ole olemassa oireita helpottavaa hoitoa. Valitettavasti aiemmin yhdellä potilaalla hyödylliseksi havaittu butyraatti eli voihappo ei vaikuttanut ripulioireeseen suomalaispotilailla. Tutkimuksessamme löysimme uusia kloridiripuliin liittyviä ilmenemismuotoja. Taudin yhteydessä riski veren uraattipitoisuuksien kohoamiseen, nivustyrien muodostumiseen sekä tulehduksellisiin suolistosairauksiin on lisääntynyt. Merkittävin havainnoistamme oli kuitenkin kloridiripulia sairastavien miesten heikentynyt hedelmällisyys, johon liittyy siittiöiden vähäinen määrä ja niiden epänormaali muoto, siemennesteen korkea kloridipitoisuus ja matala happamuus sekä taipumus siemennestekystien muodostumiseen. Havaitsimme SLC26A3-proteiinin ilmentyvän miehen lisääntymiselimistössä osin yhdessä CFTR- sekä NHE3-proteiinin kanssa, joiden toimintahäiriöihin tiedetään liittyvän miesten hedelmättömyyttä. Koska osalla potilaista myös hien kloridipitoisuus oli koholla, tutkimuksemme tuottaa uutta tietoa SLC26A3-geenin toiminnasta sekä miehen lisääntymiselimistössä että ihon hikirauhasessa. Tässä väitöskirjassa esitetyt tulokset luovat perustaa jatkotutkimuksille selvitettäessä SLC26A3-geenin virheellisen toiminnan merkitystä eri kudoksissa, erityisesti miehen lisääntymiselimistössä. Onneksi normaali siittiönkehitys kloridiripulia sairastavilla miehillä mahdollistaa erilaiset hedelmöityshoidot ja jopa lisääntymisen ilman hedelmöityshoitoja.