IGF a další neurotrofické faktory u pacientů s demencí

Úvod Demence Odhadovaná prevalence demence v Dánsku je 85 000 (2011) a celosvětová prevalence se blíží 36 milionům (2010). Kromě toho se předpokládá, že se počet v příštích 20 letech zdvojnásobí, především kvůli demografickému stárnutí. Náklady na demenci tvoří 1 % světového HDP – perspektiva, která bude výzvou pro současné zdravotnické systémy a národní ekonomiky (1,2,3).

Demence zahrnuje řadu progresivních degenerativních onemocnění mozku. Demence je charakterizována progresivním zhoršováním kognitivních funkcí, funkcí a chování, které je dostatečně závažné, aby ohrozilo sociální a pracovní fungování. Demence je charakterizována ztrátou epizodické paměti, potížemi s pojmenováním a hledáním slov, apraxií, exekutivní dysfunkcí a změnami osobnosti a nálady. Nejčastější příčinou demence je Alzheimerova choroba (4, 5, 6).

Patogeneze Alzheimerovy demence zůstává nepolapitelná. Po mnoho let byla patofyziologickým znakem Alzheimerovy demence toxicita způsobená akumulací proteinů amyloid-beta v plakech a fosforylovaného tau spojeného s neurofibrilárními klubky. Tato teorie je však založena na genetických „familiárních Alzheimerech s časným nástupem“, což je méně častý dědičný typ. V současné době hypotézy o patogenezi Alzheimerovy choroby ve skutečnosti nesouhlasí s teorií amyloid-beta. Je tedy potřeba lépe porozumět mechanismům vedoucím k nejčastějším formám Alzheimerovy choroby. Lepší pochopení onemocnění může umožnit dřívější diagnózu a co je důležité, kauzální léčbu Alzheimerovy choroby na rozdíl od pouze symptomatických možností, které jsou dnes k dispozici (4, 7, 8, 9).

Systém IGF Jednou z hlavních oblastí současného výzkumu demence je úloha neurotrofické podpory, výzkumná oblast, která zahrnuje inzulín a systém růstových faktorů podobných inzulínu. Inzulín a IGF systém jsou důležité pro normální somatický růst, vývoj, opravu tkání a regeneraci po celý život. Dřívější studie ukázaly, že poruchy využití glukózy v mozku a energetického metabolismu představují velmi časné abnormality, které předcházejí nebo doprovázejí počáteční stadia kognitivní poruchy. Nicméně diabetes typu 2, který je často charakterizován inzulinovou rezistencí, nebyl stanoven jako příčina Alzheimerovy choroby, ačkoli existuje korelace mezi inzulinovou rezistencí a kognitivní dysfunkcí.

Buněčné signální dráhy IGF-I a IGF-II se do značné míry překrývají s dráhami používanými inzulínem a všechny tři proteiny se vážou na stejné receptory, i když s různými afinitami. Několik studií ukázalo, že poměr mezi koncentracemi IGF-I v mozkomíšním moku (CSF) a plazmě (poměr CSF/plazma) je u pacientů s Alzheimerovou chorobou snížen. Je zajímavé, že se zdá, že IGF-I podporuje clearance amyloidu-beta.

IGF-II byl méně studován, ale je exprimován v mozku během vývoje i v dospělosti a s věkem klesá. V mozku je relativní koncentrace nejvyšší v hipokampu. (10-14). Kromě toho má naše skupina nová data naznačující, že v CSF je IGF-II nejdůležitějším růstovým faktorem, pokud jde o aktivaci receptoru IGF-I (Mia-Maiken Kallestrup et al., připravovaný rukopis).

Paměť Paměť je otázkou konsolidace, kdy se nově naučené labilní informace stávají silnějšími a odolnějšími vůči narušení. Tento proces závisí na de novo syntéze RNA a proteinů a funkci vazebného proteinu cAMP responzního prvku (CREB) a vazebného proteinu zesilovače CCAAT (C/EBP), což jsou oba transkripční faktory. Dřívější studie ukázaly, že existuje vazebné místo pro C/EBP v promotorové oblasti genu IGF-II v játrech a dalších tkáních (10).

IGF-II a paměť K vyřešení hádanky demence je důležité vysvětlit časné změny biomarkerů v časných stádiích demence a tím případně odhalit patogenezi a možné způsoby léčby. Experiment s krysami a pamětí už možná udělal první krok k tomu. Bylo prokázáno, že podávání IGF-II krysám významně zvyšuje uchování paměti a zabraňuje zapomínání. Dále inhibiční vyhýbání se učení (paradigma, ve kterém se subjekt učí spojovat konkrétní kontext s výskytem) vede ke zvýšení hipokampální exprese IGF-II. A konečně, což je důležité, injekce rekombinantního IGF-II do hipokampu po tréninku nebo obnovení paměti významně zvyšují uchování paměti a zabraňují zapomínání (10).

Neurotrofní růstové faktory:

Dospělý lidský mozek je schopen generovat nové neurony, i když má omezenou kapacitu. Možná tato kapacita závisí na dostatečném množství neurotrofních růstových faktorů. Neurotrofické faktory zahrnují nervový růstový faktor (NGF) a neurotrofický faktor odvozený z mozku (BDNF).

BDNF je důležitý pro přežití neuronů, synaptickou plasticitu a paměť, což spolu s tendencí zvýšených hladin BDNF v časných stádiích Alzheimerovy choroby naznačuje souvislost. Nárůst BDNF v časných stádiích Alzheimerovy choroby by mohl být odrazem kompenzace neurodegenerace. Během progrese Alzheimerovy choroby se hladina BDNF snižuje na úroveň zdravých starších lidí.

NGF indukuje růst neuronů a udržuje proliferaci neuronů v interakci s jinými růstovými faktory. Zdá se, že hladiny NGF v séru, CSF nebo mozku se neliší od pacientů s Alzheimerovou chorobou a normálních starších pacientů, ale zdá se, že se liší mezi různými oblastmi mozku. Nakonec expresní profil BDNF a NGF vysoce koreluje s koncentrací amyloidu (15).

Shluk diferenciace 163(CD-163) CD-163 je scavengerový receptor, který rozpoznává a vychytává makromolekuly pro komplex hemoglobin-haptoglobin a jeho hladiny v indikaci aktivace monocytů a makrofágů. Rozpustná forma receptoru se nazývá sCD163 a nachází se v plazmě. Plazmatické hladiny sCD163 jsou up-regulovány u široké škály zánětlivých onemocnění (16).

Hypotéza Pacienti s demencí mají deregulovanou koncentraci a/nebo aktivitu IGF-I, IGF-II, NGF, BDNF a sCD-163 v mozkomíšním moku.

Účel Definovat koncentraci a biologickou aktivitu IGF-I, IGF-II, BDNF, NGF a sCD-163 v mozkomíšním moku a séru u pacientů s Alzheimerovou chorobou ve srovnání s kontrolami (pacienti s nespecifikovanými neurologickými příznaky nebo onemocněním).

Metoda Populace studie Všichni zúčastnění pacienti musí být starší 18 let. Ze studie jsou vyloučeni v případě akutní bakteriální neuroinfekce a akutního krvácení Studijní populace tohoto projektu bude zahrnovat všechny pacienty s prokázanou nebo suspektní demencí, kteří podstoupí lumbální punkci na neurologické klinice Fakultní nemocnice v Aarhusu v rámci jejich diagnostické zpracování.

Kontroly zahrnují pacienty s blíže nespecifikovanými neurologickými příznaky nebo nemocemi, kteří podstoupí lumbální punkci na neurologické klinice Fakultní nemocnice v Aarhusu jako součást jejich diagnostického zpracování bez ohledu na tuto studii.

Pacienti obdrží informace o výzkumném projektu a budou požádáni, aby poskytli svůj obsah k účasti. Účast zahrnuje extrakci 2-3 ml míšního moku navíc a extra vzorek krve (10 ml), který bude použit pro analýzu složek IGF systému a neurotrofických faktorů. Účastníci neobdrží žádnou formu platby, ale mohou získat náhradu za dopravu.

Po celou dobu diagnostického zpracování a následně i výzkumného projektu budeme brát ohled na psychický a fyzický stav pacienta. Výzkumný projekt bude realizován podle zákona o zpracování osobních údajů.

Na Neurologické klinice Fakultní nemocnice v Aarhusu používá Klinika demence jako diagnostický nástroj lumbální punkci přibližně u tří pacientů týdně. Odhaduje se, že asi 1/3 až 1/2 těchto pacientů skončí s diagnózou Alzheimer a tito pacienti budou nakonec zařazeni do projektu během období 36-40 týdnů. Celkově to během sledovaného období umožní zařazení 50-60 pacientů.

Analýza Míšní mok a sérum budou analyzovány v Medical Research Laboratory. Vzorky míšní tekutiny a krve budou uloženy do výzkumné biobanky v Aarhuské univerzitní nemocnici. Plán je provést všechny biochemické analýzy současně, když budou odebrány všechny vzorky. V případě známých znalostí v oboru hodláme vzorky uložit po dobu 5 let po tomto projektu. Pokud mají být vzorky použity pro jiný projekt, Národní výbor pro etiku zdravotnického výzkumu a Dánská agentura pro ochranu údajů si vyžádají žádost ještě jednou.

Imunologické koncentrace IGF-I a IGF-II se měří validovanými interními analýzami. Univerzitní nemocnice Aarhus má navíc unikátní techniku, pomocí které je možné měřit bioaktivitu IGF-I a -II v mozkomíšním moku. Tato technika je založena na buněčném interním biologickém testu vyvinutém v roce 2003. Tato metoda bere v úvahu, že velká část IGF-I a IGF-II je vázána na proteiny, a proto jsou považovány za biologicky neaktivní. Biotest je schopen měřit schopnost jak séra, tak mozkomíšního moku stimulovat IGF-IR in vitro, což činí metodu mnohem specifičtější. Pilotní výzkumy naší skupiny ukázaly, že je možné měřit biologickou aktivitu IGF-IR v mozkomíšním moku. Bylo prokázáno, že:

i) Biologická aktivita IGF in vitro mozkomíšního moku primárně pochází z IGF-II ii) Biologická aktivita je mnohem vyšší, než se očekávalo ve srovnání s jednoduchými měřeními koncentrace díky nízkým koncentracím proteinů vázajících IGF.

Imunologické koncentrace IGF-vazebných proteinů budou měřeny komerčními nebo vlastními vyvinutými imunotesty a technikami ligand blotting.

Koncentrace NGF, BDNF a sCD-163 v míšním moku a séru budou analyzovány již zavedenými technikami a míšní mok bude vyšetřen spektrometrií.

Klinické vyšetření Klinické vyšetření bude provedeno jako přirozená součást vyšetření demence. To zahrnuje anamnézu a objektivní vyšetření, CT sken a kognitivní testy včetně MMSE (mini-mentální vyšetření) a ACE (Adenbrooke's Cognitive Examination). V případě pochybností provede rozsáhlejší vyšetření neurofyziolog. Informace z klinického vyšetření ve formě lékařského záznamu budou použity k vyhodnocení možnosti demence jako diagnózy včetně progrese onemocnění a tím k vyhodnocení možných deregulovaných koncentrací a/nebo aktivit IGF-I, IGF-II, NGF, BDNF a sCD-163 v mozkomíšním moku.

Síla Bioaktivita IGF v mozkomíšním moku u pacientů s demencí nebyla dříve stanovena. Pilotní data ukazují, že biologická aktivita IGF-II u zdravých lidí (n= 9) je 57 ± 13 ng/ml (průměr ± SD). Pokud je rozdíl ve skupině pacientů nastaven na 26 ng/ml ( ̴ 2 x SD), pak zahrnutí 10 osob na skupinu dává projektu sílu 90 % při použití ANOVA a významnou úroveň 5 %. Bylo proto vybráno, aby do projektu bylo zahrnuto 15 pacientů.

Statistika Pro statistické analýzy bude použit program ANOVA. V závislosti na normální distribuci dat budou použity parametrické nebo neparametrické testy. Ve všech statistických analýzách bude použita 5% hladina významnosti.

Perspektiva Jak již bylo zmíněno, náklady na demenci již představují 1 % světového HDP a očekává se, že prevalence demence se během příštích dvaceti let zdvojnásobí. Progresivní povaha onemocnění znamená, že odhadem 43 % případů s demencí potřebuje vysokou úroveň péče (ekvivalentní péči v pečovatelském domě). Je tedy zřejmé, že prevence, opožděný nástup, zpomalená progrese a potenciální léčitelnost jsou zásadními faktory nejen pro pohodu pacientů a příbuzných, ale i pro ekonomiku zdravotnických systémů. (2,17) Tento výzkumný projekt je založen na nedávné teorii demence jako onemocnění v systému IGF, ale na rozdíl od jiných studií jsme schopni měřit koncentrace i bioaktivitu. To potenciálně otevře další znalosti o dynamice demence, a tím potenciálně odhalí další pochopení patogeneze a lékařských cílů demence.

Etické úvahy Etické aspekty obecně Testy prováděné na pacientech zapojených do tohoto výzkumného projektu jsou lumbální punkce a vzorky krve. Oba tyto testy budou provedeny jako součást diagnostického zpracování bez ohledu na tuto studii.

Provádění lumbální punkce s sebou nese určitá rizika, mezi něž patří bolest hlavy po lumbální punkci s incidencí 12 %, ale nejčastější u mladších pacientů. Bolest hlavy má nejčastěji krátké trvání a lze ji vyléčit aplikací krevní náplasti. Použití jehly k lumbální punkci může způsobit dočasnou bederní bolest a akumulaci. Jak již bylo zmíněno dříve, příznaky demence způsobují ztrátu paměti, potíže s hledáním správných slov a porozuměním tomu, co lidé říkají. Je tedy sporné, zda jsou pacienti schopni samostatně se rozhodnout, zda se projektu zúčastní (6).

U všech pacientů s demencí budou provedeny všechny testy v rámci standardní diagnostiky demence. Tato studie proto nezavádí žádné další šetření obhajující etický aspekt této studie. S ohledem na nízké riziko tohoto projektu, mírné formy demence a vysokou prevalenci a závažnost onemocnění hodnotíme tento projekt jako eticky přijatelný. Dále je velmi důležité prozkoumat patogenezi a možné cíle demence.

Cíl Budou zveřejněny pozitivní, negativní i neprůkazné výsledky této studie. Výsledky budou základem zprávy za rok výzkumu a článku pro publikaci v anglicky psaném recenzovaném časopise.