Background and aims:

 Infliximab is an effective treatment for ulcerative colitis with over 60% of patients responding to treatment and up to 30% reaching remission. The mechanism of resistance to anti-tumour necrosis factor α (anti-TNFα) is unknown. This study used colonic mucosal gene expression to provide a predictive response signature for infliximab treatment in ulcerative colitis. 

Methods:

 Two cohorts of patients who received their first treatment with infliximab for refractory ulcerative colitis were studied. Response to infliximab was defined as endoscopic and histological healing. Total RNA from pre-treatment colonic mucosal biopsies was analysed with Affymetrix Human Genome U133 Plus 2.0 Arrays. Quantitative RT-PCR was used to confirm microarray data. 

Results:

 For predicting response to infliximab treatment, pre-treatment colonic mucosal expression profiles were compared for responders and non-responders. Comparative analysis identified 179 differentially expressed probe sets in cohort A and 361 in cohort B with an overlap of 74 probe sets, representing 53 known genes, between both analyses. Comparative analysis of both cohorts combined, yielded 212 differentially expressed probe sets. The top five differentially expressed genes in a combined analysis of both cohorts were osteoprotegerin, stanniocalcin-1, prostaglandin-endoperoxide synthase 2, interleukin 13 receptor alpha 2 and interleukin 11. All proteins encoded by these genes are involved in the adaptive immune response. These markers separated responders from non-responders with 95% sensitivity and 85% specificity. 

Conclusion:

 Gene array studies of ulcerative colitis mucosal biopsies identified predictive panels of genes for (non-)response to infliximab. Further study of the pathways involved should allow a better understanding of the mechanisms of resistance to infliximab therapy in ulcerative colitis. 

 ClinicalTrials.gov number, NCT00639821.

Antimicrobial peptides (AMPs) protect the host intestinal mucosa against microorganisms. Abnormal expression of defensins was shown in inflammatory bowel disease (IBD), but it is not clear whether this is a primary defect. We investigated the impact of anti-inflammatory therapy with infliximab on the mucosal gene expression of AMPs in IBD.Mucosal gene expression of 81 AMPs was assessed in 61 IBD patients before and 4-6 weeks after their first infliximab infusion and in 12 control patients, using Affymetrix arrays. Quantitative real-time reverse-transcription PCR and immunohistochemistry were used to confirm microarray data. The dysregulation of many AMPs in colonic IBD in comparison with control colons was widely restored by infliximab therapy, and only DEFB1 expression remained significantly decreased after therapy in the colonic mucosa of IBD responders to infliximab. In ileal Crohn's disease (CD), expression of two neuropeptides with antimicrobial activity, PYY and CHGB, was significantly decreased before therapy compared to control ileums, and ileal PYY expression remained significantly decreased after therapy in CD responders. Expression of the downregulated AMPs before and after treatment (DEFB1 and PYY) correlated with villin 1 expression, a gut epithelial cell marker, indicating that the decrease is a consequence of epithelial damage.Our study shows that the dysregulation of AMPs in IBD mucosa is the consequence of inflammation, but may be responsible for perpetuation of inflammation due to ineffective clearance of microorganisms.