Vitamin D in the Prevention and Treatment of Multiple Sclerosis

Abstract

Background: Multiple sclerosis (MS) is a chronic autoimmune disease of the central nervous system (CNS); it is the most common cause of neurological disability in young adults. The cause of MS is unknown but it is believed to be precipitated by both genetic and environmental risk factors. An association between vitamin D deficiency and increased risk of MS has been detected in several epidemiological and case-control studies and is further supported by immunological and genetic studies. It is still unclear whether there is any special age at which exposure to vitamin D deficiency increases the MS risk e.g. is in utero vitamin D deficiency particularly detrimental. Serum levels of vitamin D are associated with both clinical and magnetic resonance imaging (MRI)-assessed disease activity but there have been very few randomized placebo-controlled trials (RCTs) investigating the benefits of vitamin D supplementation in established MS patients.

Aims of the study: This study initially investigated the association between vitamin D status during early pregnancy and the risk of MS in the offspring in the Finnish Maternity Cohort. Secondly, we performed the first RCT with vitamin D in MS, evaluating the safety and efficacy of 500 ug weekly dose of vitamin D supplementation or placebo in 68 MS patients receiving interferon beta-therapy. We also studied the mechanism of action of vitamin D supplementation in our study participants. Finally, we updated the MS prevalence and studied the fracture risk and the role of vitamin D in the risk of fractures in MS patients in Southwest Finland.

Results: Maternal vitamin D deficiency during early pregnancy was associated with a nearly 2-fold increased risk of MS in their children in comparison with children born to mothers who were non-deficient for vitamin D. In the vitamin D supplementation study there was a statistically significant decrease in the total number of T1 Gadolinium (Gd) enhancing lesions in patients treated with vitamin D in comparison with placebo treated patients. Serum levels of transforming growth factor beta (TGF-β), an immunoregulating cytokine, indirectly measured by a latency-associated peptide (LAP) immunoassay, increased significantly in the vitamin D treated group but not in the placebo group. The prevalence of MS in southwest Finland was 212/105. The relative risk was 1.3 for all types of fractures and 1.5 for osteoporotic fractures in patients with MS compared with matched controls.

Conclusions: Correcting vitamin D deficiency during pregnancy may exert a beneficial effect on the risk of the offspring developing MS. Vitamin D supplementation at 500 ug/week influenced the MRI-assessed activity in patients with MS. The immunoregulatory effects of TGF-β may play a role in the improved MRI outcomes observed in our vitamin D treated MS patients. At a mean serum level of 110 nmol/l of 25-hydroxyvitamin D (25(OH)D), its immunological effects can already be detected. We observed a statistically significantly elevated risk of osteoporotic fractures in patients with MS. Several conclusions emerge from our results. First, we recommend correcting vitamin D deficiency during pregnancy at the population level but especially in MS patients planning to become pregnant. Second, we recommend that vitamin D levels should be analyzed in all MS patients after the diagnosis of MS and vitamin D supplementation should be initiated at a dose of 50 to 100 ug/day, targeting serum levels above 100 nmol/l.

D-vitamiini MS-taudin ehkäisyssä ja hoidossa

Tausta: Multippeliskleroosi eli MS-tauti on keskushermoston krooninen autoimmuunisairaus ja yleisin liikunta- ja toimintakykyyn vaikuttava neurologinen sairaus nuorilla aikuisilla. MS-taudin aiheuttajaa ei tiedetä, mutta sen uskotaan syntyvän perintötekijöiden ja ympäristöriskitekijöiden yhteisvaikutuksesta. D-vitamiinin puute on noussut tärkeäksi MS-taudin ympäristöriskitekijäksi useissa epidemiologisissa ja tapaus-verrokkitutkimuksissa sekä immunologisissa ja geneettisissä tutkimuksissa. Vielä on epäselvää, missä iässä koettu D-vitamiinin puute lisää MS-taudin riskiä ja vaikuttaako esimerkiksi äidin raskaudenaikainen D-vitamiinin puute lapsen riskiin sairastua MS-tautiin. Seerumin D-vitamiinitasojen on todettu olevan yhteydessä MS-taudin kliiniseen ja magneettikuvauksella (MRI) todettavaan aktiivisuuteen, mutta D-vitamiinilisän tehoa jo puhjenneessa MS-taudissa on tutkittu vasta vähän satunnaistetussa lumekontrolloidussa asetelmassa.

Tavoitteet: Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tutkia äidin raskaudenaikaisen D-vitamiinitason yhteyttä lapsen MS-tautiriskiin Äitiysneuvolakohorttiin kuuluvilla naisilla. Tavoitteenamme oli myös tutkia 500 ug viikossa annosteltavan D-vitamiinilisän tai lumevalmisteen vaikutusta aivojen magneettikuvauksella todettavaan ja kliiniseen tautiaktiviteettiin MS-potilailla, jotka käyttävät interferoni beetaa, sekä selvittää D-vitamiinin immunologisen vaikutuksen mekanismeja näillä potilailla. Tavoitteenamme oli myös päivittää MS-taudin esiintyvyysluvut ja murtumariski MS-potilailla Varsinais-Suomen sairaanhoitopiirin alueella ja tutkia D-vitamiinin yhteyttä MS-potilaiden murtumariskiin.

Tulokset: Äidin raskaudenaikainen D-vitamiinin puute oli yhteydessä lapsen lähes kaksinkertaiseen riskiin sairastua MS-tautiin verrattuna niihin lapsiin, joiden äidillä ei ollut D-vitamiinin puutetta. D-vitamiinilisän vaikutuksia selvittäneessä tutkimuksessa D-vitamiinilisää saaneilla potilailla aivojen MRI:ssä nähtävät T1-painotteiset gadoliniumilla (Gd) tehostuvat muutokset vähenivät tilastollisesti merkitsevästi verrattuna lumevalmistetta saaneisiin potilaisiin. Immunologisessa osatutkimuksessa todettiin immuunivastetta vaimentavan sytokiinin, transformoiva kasvutekijä beetan (TGF-β), pitoisuutta mittaavan latency-associated peptide LAP:n pitoisuuden nousevan tilastollisesti merkitsevästi enemmän D-vitamiini- kuin lumeryhmässä. MS-taudin esiintyvyys Varsinais-Suomessa oli 212/105 vuonna 2012. Murtumariski MS-potilailla oli 1.3-kertainen ja osteoporoottisten murtumien riski 1.5-kertainen verrokkeihin nähden.

Johtopäätökset: Äidin raskaudenaikaisen D-vitamiinin puutoksen korjaamisesta saattaa olla hyötyä lasten MS-taudin ehkäisyssä. D-vitamiinilisä 500 ug viikossa vähensi aivojen magneettikuvauksella todettavaa MS-taudin aktiivisuutta. TGF-β:n immuunivastetta säätelevillä vaikutuksilla saattaa olla osuus MRI-tuloksiin, jotka havaittiin D-vitamiiniryhmässä. Immunologisia vaikutuksia voitiin todeta keskimäärin D-vitamiinitasolla 110 nmol/l. MS-potilaiden riski saada osteoporoottinen murtuma on merkitsevästi kohonnut. Tulostemme pohjalta suosittelemme D-vitamiinin puutoksen korjaamista raskausaikana sekä väestötasolla että erityisesti MS-potilailla, jotka suunnittelevat raskautta. Suosittelemme D-vitamiinitason määrittämistä kaikilta MS-potilailta ja D-vitamiinilisän aloittamista annoksella 50-100 ug päivässä tavoitteena seerumin D-vitamiinitaso yli 100 nmol/l.