The Mycobiome In the past few years, much attention has been given to the trillions of bacterial inhabitants in our guts and the myriad of ways in which they influence our overall health. But what about fungi? Iliev et al. (p. 1314 ) now report that mice and humans, along with several other mammals, contain a resident intestinal population of fungi. Deletion of Dectin-1, which acts as a major innate immune sensor for fungi, led to enhanced susceptibility and worse pathology in a chemically induced model of colitis in mice. A polymorphism in the gene that encodes Dectin-1 has been observed in patients with ulcerative colitis, which hints that, besides the traditional bacterial microbiome, alterations in the “mycobiome” may also play a role in health and disease.

BackgroundCrohn's disease and ulcerative colitis are the two major forms of inflammatory bowel disease; treatment strategies have historically been determined by this binary categorisation. Genetic studies have identified 163 susceptibility loci for inflammatory bowel disease, mostly shared between Crohn's disease and ulcerative colitis. We undertook the largest genotype association study, to date, in widely used clinical subphenotypes of inflammatory bowel disease with the goal of further understanding the biological relations between diseases.MethodsThis study included patients from 49 centres in 16 countries in Europe, North America, and Australasia. We applied the Montreal classification system of inflammatory bowel disease subphenotypes to 34 819 patients (19 713 with Crohn's disease, 14 683 with ulcerative colitis) genotyped on the Immunochip array. We tested for genotype–phenotype associations across 156 154 genetic variants. We generated genetic risk scores by combining information from all known inflammatory bowel disease associations to summarise the total load of genetic risk for a particular phenotype. We used these risk scores to test the hypothesis that colonic Crohn's disease, ileal Crohn's disease, and ulcerative colitis are all genetically distinct from each other, and to attempt to identify patients with a mismatch between clinical diagnosis and genetic risk profile.FindingsAfter quality control, the primary analysis included 29 838 patients (16 902 with Crohn's disease, 12 597 with ulcerative colitis). Three loci (NOD2, MHC, and MST1 3p21) were associated with subphenotypes of inflammatory bowel disease, mainly disease location (essentially fixed over time; median follow-up of 10·5 years). Little or no genetic association with disease behaviour (which changed dramatically over time) remained after conditioning on disease location and age at onset. The genetic risk score representing all known risk alleles for inflammatory bowel disease showed strong association with disease subphenotype (p=1·65 × 10−78), even after exclusion of NOD2, MHC, and 3p21 (p=9·23 × 10−18). Predictive models based on the genetic risk score strongly distinguished colonic from ileal Crohn's disease. Our genetic risk score could also identify a small number of patients with discrepant genetic risk profiles who were significantly more likely to have a revised diagnosis after follow-up (p=6·8 × 10−4).InterpretationOur data support a continuum of disorders within inflammatory bowel disease, much better explained by three groups (ileal Crohn's disease, colonic Crohn's disease, and ulcerative colitis) than by Crohn's disease and ulcerative colitis as currently defined. Disease location is an intrinsic aspect of a patient's disease, in part genetically determined, and the major driver to changes in disease behaviour over time.FundingInternational Inflammatory Bowel Disease Genetics Consortium members funding sources (see Acknowledgments for full list).

Clinical benefits of cytokine blockade in ileal Crohn’s disease (iCD) are limited to a subset of patients. Here, we applied single-cell technologies to iCD lesions to address whether cellular heterogeneity contributes to treatment resistance. We found that a subset of patients expressed a unique cellular module in inflamed tissues that consisted of IgG plasma cells, inflammatory mononuclear phagocytes, activated T cells, and stromal cells, which we named the GIMATS module. Analysis of ligand-receptor interaction pairs identified a distinct network connectivity that likely drives the GIMATS module. Strikingly, the GIMATS module was also present in a subset of patients in four independent iCD cohorts (n = 441), and its presence at diagnosis correlated with failure to achieve durable corticosteroid-free remission upon anti-TNF therapy. These results emphasize the limitations of current diagnostic assays and the potential for single-cell mapping tools to identify novel biomarkers of treatment response and tailored therapeutic opportunities.

Mark Seielstad and colleagues report results of a large genome-wide association and replication study of ulcerative colitis. The work identifies several new risk loci for this disease and provides further insight into the shared pathogenesis of ulcerative colitis and Crohn's disease. Ulcerative colitis is a chronic, relapsing inflammatory condition of the gastrointestinal tract with a complex genetic and environmental etiology. In an effort to identify genetic variation underlying ulcerative colitis risk, we present two distinct genome-wide association studies of ulcerative colitis and their joint analysis with a previously published scan1, comprising, in aggregate, 2,693 individuals with ulcerative colitis and 6,791 control subjects. Fifty-nine SNPs from 14 independent loci attained an association significance of P < 10−5. Seven of these loci exceeded genome-wide significance (P < 5 × 10−8). After testing an independent cohort of 2,009 cases of ulcerative colitis and 1,580 controls, we identified 13 loci that were significantly associated with ulcerative colitis (P < 5 × 10−8), including the immunoglobulin receptor gene FCGR2A, 5p15, 2p16 and ORMDL3 (orosomucoid1-like 3). We confirmed association with 14 previously identified ulcerative colitis susceptibility loci, and an analysis of acknowledged Crohn's disease loci showed that roughly half of the known Crohn's disease associations are shared with ulcerative colitis. These data implicate approximately 30 loci in ulcerative colitis, thereby providing insight into disease pathogenesis.

Background & Aims: Approximately 40% of inflammatory bowel disease (IBD) patients fail to benefit from 6-mercaptopurine (6-MP)/azathioprine (AZA). Recent reports suggest 6-thioguanine nucleotide (6-TGN) levels (>235) independently correlate with remission. An inverse correlation between 6-TGN and thiopurine methyltransferase (TPMT) has been described. The objectives of this study were to determine whether dose escalation optimizes both 6-TGN levels and efficacy in patients failing therapy because of subtherapeutic 6-TGN levels and its effect on TPMT. Methods: Therapeutic efficacy and adverse events were recorded at baseline and upon reevaluation after dose escalation in 51 IBD patients. 6-MP metabolite levels and TPMT activity were recorded blinded to clinical information. Results: Fourteen of 51 failing 6-MP/AZA at baseline achieved remission upon dose escalation, which coincided with significant rises in 6-TGN levels. Despite increased 6-MP/AZA doses, 37 continued to fail therapy at follow-up. Dose escalation resulted in minor changes in 6-TGN, yet a significant increase in 6-methylmercaptopurine ribonucleotides (6-MMPR) (P ≤ 0.01) and 6-MMPR:6-TGN ratio (P < 0.001). 6-MMPR rises were associated with dose-dependent hepatotoxicity in 12 patients (24%). TPMT was not influenced by dose escalation. Conclusions: Serial metabolite monitoring identifies a novel phenotype of IBD patients resistant to 6-MP/AZA therapy biochemically characterized by suboptimal 6-TGN and preferential 6-MMPR production upon dose escalation.GASTROENTEROLOGY 2002;122:904-915

Kyuyoung Song and colleagues report the results of a two-stage association study of thiopurine-induced early leukopenia in individuals undergoing treatment for Crohn's disease. They find a missense variant in NUDT15 associated with substantially higher risk of developing this life-threatening complication to thiopurine therapy. Thiopurine therapy, commonly used in autoimmune conditions, can be complicated by life-threatening leukopenia. This leukopenia is associated with genetic variation in TPMT (encoding thiopurine S-methyltransferase). Despite a lower frequency of TPMT mutations in Asians, the incidence of thiopurine-induced leukopenia is higher in Asians than in individuals of European descent. Here we performed an Immunochip-based 2-stage association study in 978 Korean subjects with Crohn's disease treated with thiopurines. We identified a nonsynonymous SNP in NUDT15 (encoding p.Arg139Cys) that was strongly associated with thiopurine-induced early leukopenia (odds ratio (OR) = 35.6; Pcombined = 4.88 × 10−94). In Koreans, this variant demonstrated sensitivity and specificity of 89.4% and 93.2%, respectively, for thiopurine-induced early leukopenia (in comparison to 12.1% and 97.6% for TPMT variants). Although rare, this SNP was also strongly associated with thiopurine-induced leukopenia in subjects with inflammatory bowel disease of European descent (OR = 9.50; P = 4.64 × 10−4). Thus, NUDT15 is a pharmacogenetic determinant for thiopurine-induced leukopenia in diverse populations.

Background & AimsSome women with inflammatory bowel disease require therapy with tumor necrosis factor (TNF) antagonists during pregnancy. It is not clear whether these drugs are transferred to the fetus via the placenta and then cleared, or whether structurally different TNF antagonists have different rates of transfer.MethodsWe studied 31 pregnant women with inflammatory bowel disease receiving infliximab (IFX, n = 11), adalimumab (ADA, n = 10), or certolizumab (CZP, n = 10). Serum concentrations of the drugs were measured at birth in the mother, infant, and in cord blood, and then monthly in the infant until the drugs were undetectable. Drug concentrations in the cord and the infant at birth were compared with those of the mother.ResultsConcentrations of IFX and ADA, but not CZP, were higher in infants at birth and their cords than in their mothers. The levels of CZP in infants and their cords were less than 2 μg/mL. The median level of IFX in the cord was 160% that of the mother, the median level of ADA in the cord was 153% that of the mother, and the median level of CZP in the cord was 3.9% that of the mother. IFX and ADA could be detected in the infants for as long as 6 months. No congenital anomalies or serious complications were reported.ConclusionsThe TNF antagonists IFX and ADA are transferred across the placenta and can be detected in infants at birth; the drugs were detected in infants up to 6 months after birth. CZP has the lowest level of placental transfer, based on levels measured in cords and infants at birth, of the drugs tested. Some women with inflammatory bowel disease require therapy with tumor necrosis factor (TNF) antagonists during pregnancy. It is not clear whether these drugs are transferred to the fetus via the placenta and then cleared, or whether structurally different TNF antagonists have different rates of transfer. We studied 31 pregnant women with inflammatory bowel disease receiving infliximab (IFX, n = 11), adalimumab (ADA, n = 10), or certolizumab (CZP, n = 10). Serum concentrations of the drugs were measured at birth in the mother, infant, and in cord blood, and then monthly in the infant until the drugs were undetectable. Drug concentrations in the cord and the infant at birth were compared with those of the mother. Concentrations of IFX and ADA, but not CZP, were higher in infants at birth and their cords than in their mothers. The levels of CZP in infants and their cords were less than 2 μg/mL. The median level of IFX in the cord was 160% that of the mother, the median level of ADA in the cord was 153% that of the mother, and the median level of CZP in the cord was 3.9% that of the mother. IFX and ADA could be detected in the infants for as long as 6 months. No congenital anomalies or serious complications were reported. The TNF antagonists IFX and ADA are transferred across the placenta and can be detected in infants at birth; the drugs were detected in infants up to 6 months after birth. CZP has the lowest level of placental transfer, based on levels measured in cords and infants at birth, of the drugs tested.

Microbiota are thought to influence the development and progression of inflammatory bowel disease (IBD), but determining generalizable effects of microbiota on IBD etiology requires larger-scale functional analyses. We colonized germ-free mice with intestinal microbiotas from 30 healthy and IBD donors and determined the homeostatic intestinal T cell response to each microbiota. Compared to microbiotas from healthy donors, transfer of IBD microbiotas into germ-free mice increased numbers of intestinal Th17 cells and Th2 cells and decreased numbers of RORγt+ Treg cells. Colonization with IBD microbiotas exacerbated disease in a model where colitis is induced upon transfer of naive T cells into Rag1−/− mice. The proportions of Th17 and RORγt+ Treg cells induced by each microbiota were predictive of human disease status and accounted for disease severity in the Rag1−/− colitis model. Thus, an impact on intestinal Th17 and RORγt+ Treg cell compartments emerges as a unifying feature of IBD microbiotas, suggesting a general mechanism for microbial contribution to IBD pathogenesis.

Genetic variation in both innate and adaptive immune systems is associated with Crohn's disease (CD) susceptibility, but much of the heritability to CD remains unknown. We performed a genome-wide association study (GWAS) in 896 CD cases and 3204 healthy controls all of Caucasian origin as defined by multidimensional scaling. We found supportive evidence for 21 out of 40 CD loci identified in a recent CD GWAS meta-analysis, including two loci which had only nominally achieved replication (rs4807569, 19p13; rs991804, CCL2/CCL7). In addition, we identified associations with genes involved in tight junctions/epithelial integrity (ASHL, ARPC1A), innate immunity (EXOC2), dendritic cell biology [CADM1 (IGSF4)], macrophage development (MMD2), TGF-β signaling (MAP3K7IP1) and FUT2 (a physiological trait that regulates gastrointestinal mucosal expression of blood group A and B antigens) (rs602662, P = 3.4 × 10−5). Twenty percent of Caucasians are ‘non-secretors’ who do not express ABO antigens in saliva as a result of the FUT2 W134X allele. We demonstrated replication in an independent cohort of 1174 CD cases and 357 controls between the four primary FUT2 single nucleotide polymorphisms (SNPs) and CD (rs602662, combined P-value 4.90 × 10−8) and also association with FUT2 W143X (P = 2.6 × 10−5). Further evidence of the relevance of this locus to CD pathogenesis was demonstrated by the association of the original four SNPs and CD in the recently published CD GWAS meta-analysis (rs602662, P = 0.001). These findings strongly implicate this locus in CD susceptibility and highlight the role of the mucus layer in the development of CD.