PET-MRI F-DOPA aktivita v mezokortikolimbickém systému a depresivní symptomy v predikci kompatibility léčby

Úvod:

Velká depresivní porucha (MDD) je všestranná psychiatrická porucha s prevalencí 8–12 % populace v mnoha zemích.

Podle současného přístupu je MDD charakterizována sníženou aktivitou monoaminových neurotransmiterů, není určeno, zda je to důsledkem rozdílů v citlivosti jejich receptorů nebo deplecí v synaptické štěrbině v důsledku nízké exprese nebo hyperaktivity mao-a/mao-b.

Většina antidepresiv používaných dnes je založena na teorii deplece monoaminů deprese. Tyto léky zahrnují selektivní inhibitory zpětného vychytávání serotoninu (SSRI), inhibitory zpětného vychytávání serotoninu a norepinefrinu (SNRI) nebo tricyklická antidepresiva (TCA), z nichž všechny inhibují zpětné vychytávání některých nebo všech těchto monoaminů, což vyvolává zvýšené hladiny v synaptické štěrbině. Některé léky ovlivňují monoaminové receptory přímo.

Dysfunkční dopaminová neurotransmise má zásadní roli při deficitech pozornosti, motivace a anhedonie, což jsou hlavní příznaky depresivní poruchy. Presynaptická hustota D2r (receptor dopaminu 2) v prefrontálním kortexu (PFC) se ukázala být významně nižší u pacientů s depresí oproti zdravým jedincům.

V současnosti většina studií využívajících zobrazovací techniky u pacientů s depresí využívá především různé typy zobrazování magnetickou rezonancí (MRI) nebo samostatné zobrazování v nukleární medicíně s indikátory pozitronové emisní tomografie (PET). Role tradiční MRI při hodnocení deprese a jiných psychiatrických poruch je v různých studiích zaměřena hlavně na odlišení strukturálních rysů, a tedy na pomoc při posílení diagnózy v tomto aspektu. Existuje několik strukturálních změn naměřených v mozcích pacientů s MDD ve srovnání s kontrolami. Mezi nimi snížený objem hipokampu zobrazený také ve srovnání s remitovanými pacienty, zvýšený objem hypotalamo-hypofyzární žlázy, snížený objem Prefrontální kůry (PFC) a objem Basal-Ganglia. Tyto nálezy jsou také stanoveny v souladu s dosud největší metaanalýzou strukturálních změn pomocí MRI a CT skenů. PET skeny poskytují údaje týkající se celkového metabolismu mozku nebo metabolismu specifického pro činidlo. Většina PET skenů prováděných u pacientů s depresí používá FDG nebo 11-C serotoninové radioligandy. Pouze několik studií zkoumá vychytávání F-DOPA PET u depresivních pacientů, většinou s parkinsonskou depresí a jednoho s afektivním oploštěním nebo impulzivními příznaky na velmi malém vzorku (n=6). Většina studií ukazujících indikaci sníženého vychytávání DOPA ve striatu, konkrétně v Nucleus Accombens (NAc). Jsou vyžadovány další informace ukazující vychytávání F-DOPA v příslušných oblastech mozku při MDD. Podle našich nejlepších znalostí to bude první studie využívající [18F] F-DOPA PET/MRI u pacientů s depresí. PET/MRI nabízí skutečné multimodální zobrazení kombinací anatomie, funkce a molekulárních procesů, které umožní přesnější identifikaci hodnocení onemocnění.

Faktem, který je dobře prokázaný, je, že genetické faktory spolu s faktory životního prostředí vyskytující se v průběhu života pravděpodobně stojí za zranitelností pro depresi. Nicméně v megaanalýze několika genomových asociačních studií (GWAS), které analyzovaly 1,2 milionu autozomálních a X chromozomových jednonukleotidových polymorfismů (SNP), nenalezly žádný SNP dosahující celogenomového významu. Tento rozpor mezi konzistentně pozorovanou podstatnou dědičností velké deprese (18) a skutečností, že nebyly identifikovány žádné specifické genetické varianty, které by výrazně přispěly k poruše, naznačuje, že fungují jiné mechanismy. Epigenetika označuje změny ve struktuře chromatinu, které jsou základem změn v genové expresi a které nejsou spojeny se změnami v sekvenci DNA. Metylace DNA je jedním ze základních systémů epigenetiky. Methylace DNA vyžaduje přidání methylové skupiny na 5' pozici cytosinů v CpG dinukleotidech. Po metylaci cytosinu je omezen přístup transkripčních faktorů k regulačním prvkům v důsledku sterické interference. Vzorce metylace DNA jsou na jedné straně dědičné a na druhé straně dynamicky reagují na prostředí. Tento rys epigenetiky z ní dělá regulační mechanismus, určující genovou expresi, který je v souladu s povahou psychiatrických poruch. Různé vzorce methylace DNA jsou pozorovány v různých tkáních vystavených různým prostředím. Rozdíl je dokonce i mezi jednotlivými oblastmi mozku. Studie asociace celého epigenomu (EWAS) jsou na cestě. V jednom z nich v PFC tkáni post mortem depresivních subjektů výzkumníci našli obohacení v místech neuronového růstu a vývojových genů, jako je Brain řízený neurotrofický faktor (BDNF). Snížené hladiny BDNF jsou dobře zavedeným markerem deprese. Nižší hladiny proteinu BDNF byly také hlášeny v hippocampu zvířat vystavených chronickému stresu. Je zajímavé, že podávání antidepresiv zvýšilo hipokampální BDNF, čímž se zabránilo poklesu vyvolanému stresem. Tato zjištění jsou zajímavá vzhledem ke ztrátě objemu hipokampu pozorované při poruchách nálady a sníženým hladinám BDNF v séru u jedinců s poruchami nálady nebo depresivními osobnostními rysy. Na základě těchto konvergentních preklinických a klinických dat představuje gen BDNF logický cíl pro genetické vyšetřování poruch nálady.

Další asociační studie v celém epigenomu, která analyzovala DNA plné krve, zjistila, že plazmatické hladiny IL-6 a C-reaktivního proteinu (CRP) byly zvýšené u osob s celoživotní depresí a u osob s pouze depresí vykazovala methylace IL-6 inverzní korelaci s plazmou. IL-6 a CRP.

Dosud neexistuje na psychiatrické klinice žádná běžná zobrazovací praxe, která by umožňovala rozlišit, která medikovaná terapie je pro kterého pacienta optimální. Podle našich nejlepších znalostí se bude jednat o první studii, která vyhodnotí kompatibilitu léčby pomocí kombinace zobrazování [18F] F-DOPA PET/MRI a předléčby vyhodnocení symptomů.

Cíle a účel studia:

Cílem studie je posoudit proveditelnost zobrazení modality a hodnocení symptomů v predikci kompatibility léčby. Metabolismus dopaminu měřený v mezokortikolimbickém systému (VTA-NAc-PFC) pomocí 18F-FDOPA PET se strukturálním a funkčním nálezem MR u pacientů s diagnózou před léčbou deprese.

Hlavní úkol:

1. Porovnání naivních úrovní zpětného vychytávání F-DOPA u zdravých jedinců s neléčenými pacienty s depresí v mezokortikolimbickém systému (VTA-NAc-PFC) a posouzení strukturálních rozdílů mezi těmito dvěma skupinami v hippocampu, hypotalamo-hypofýze a mezokortikolimbickém systému (VTA- NAc-PFC) a fMRI v klidovém stavu.

Sekundární cíle:

1. Porovnání rozdílů methylace DNA v plazmě pacientů ve srovnání se zdravými kontrolami.
2. Posouzení korelace mezi skóre závažnosti symptomů (vyhodnoceno na základě Hamilton Rating Scale) na začátku a po 6 měsících s repertoárem příjmu PET 18F-DOPA v mezokortikolimbickém systému, strukturálními měřeními a methylací DNA.

Materiály a metody:

Design studie: Prospektivní, pilotní studie.

Klinické hodnocení:

Kvantitativní měření zátěže symptomů bude stanoveno na základě klinického hodnocení na základě "Hamiltonovy hodnotící škály pro depresi" a na základě kritérií DSM-V na začátku léčby (před léčbou), 3 měsíce a 6 měsíců po zahájení léčby. Podle DSM-5 diagnóza deprese vyžaduje pět (nebo více) z následujících příznaků, které jsou přítomny během stejného dvoutýdenního období a představují změnu oproti předchozímu fungování: (1) depresivní nálada (2) ztráta zájmu nebo potěšení . (3) Významný úbytek hmotnosti nebo hmotnosti. (4) Nespavost nebo hypersomnie . (5) Psychomotorická neklid nebo retardace.(6) Téměř únava nebo ztráta energie. (7) Pocit bezcennosti nebo nadměrné či nepřiměřené viny. (8) Snížená schopnost myslet nebo se soustředit. (9) Opakující se myšlenky na smrt.

Vyhodnocení příznaků Hamiltonovy hodnotící škály provede psychiatr. Nakonec se pokusíme spojit specifické shluky symptomů s léčebnou kompatibilitou v souladu se zobrazovacími a molekulárními nálezy. Kompatibilita léčby těmito léky bude porovnána s procentem úspěšnosti léčby na klinice způsobem „standardní péče“. Posouzení pokroku pacienta bude určeno změnou symptomů a/nebo druhým skenováním prostřednictvím kontrolních návštěv po 3,6 měsících.

.Zobrazovací diagnostický protokol PET/MR: Použili bychom hodnocení konstanty rychlosti vychytávání dopaminového prekurzoru 3,4-dihydroxy-6-[18F]-fluor-l-fenylalaninu ([18F] FDOPA) (K(i)), která odráží transport L-dopy. Aktivita dekarboxylázy L-aromatických aminokyselin, vezikulární vychytávání a počet dopaminových nervových zakončení. rádi bychom změřili a porovnali vychytávání [18F] F-DOPA v mezokortikolimbické síti u depresivních neléčených pacientů a zdravých jedinců. Poté prozkoumáme repertoár příjmu [18F] F-DOPA a charakterizujeme typický časoprostorový vzor podél různých depresivních mozků v souladu s mnoha druhy projevů symptomů a molekulárních a demografických údajů. Kromě toho bychom implementovali nové MR sekvence, jako je difuzní tensor imaging (DTI) a susceptibility-weighted imaging (SWI), abychom vyhodnotili mezokokolimbický dopaminergní trakt a použili T1, T2 sekvence k měření objemů hippocampu a hypotalamo-hypofýzy u těchto pacientů. ve srovnání se zdravými jedinci. Dále budeme používat T2* sekvenci k vyhodnocení klidového stavu krve-kyslík-závislého kontrastního zobrazení (BOLD). Kromě toho budou výsledky skenování korelovány s klinickým hodnocením symptomů neléčených pacientů.

Všechny skeny budou prováděny na oddělení nukleární medicíny v Tel-Aviv Assuta Medical Center pomocí PET/MR skeneru (Biograph mMR, Siemens AG, Erlangen, Německo) v souladu s pokyny výrobce.

Pacienti jsou povinni držet půst alespoň 4 hodiny před příjezdem na oddělení. Po příjezdu bude zaveden intravenózní katétr pro aplikaci radiofarmaka a gadolinia. Pacienti dostanou intravenózní injekci 10 mCi 18F-FDOPA na stůl PET MR a skenování začne okamžitě. Dynamické PET parametry budou získány spolu s různými MR sekvencemi. MR mozku bude zahrnovat následující sekvence: T1, T2 a T2 tekutinou zeslabenou inverzní sekvenci zotavení (FLAIR), sekvence vážené citlivostí (SWI), difuzní zobrazení tenzoru (DTI), signály závislé na hladině kyslíku v krvi (BOLD) pro funkční zobrazování v klidovém stavu. Kromě toho bude hodnocena perfuze mozku s a bez gadolinia. Anatomická stereotaktická mapa mozku bude navrstvena v souladu se skeny pomocí softwaru ExploreDTI.

Pro sekvence se zvýšeným kontrastem používáme Dotarem (kyselina gadoterová) (0,2 ml/kg , 0,1 mmol/kg při 2 ml/s, 20 ml fyziologického roztoku) Celková doba skenování bude asi 45 minut.

Sběr dat a postupy:

U způsobilých zdravých dobrovolníků budou na začátku zaznamenány následující údaje:

1. Základní parametry: datum narození, pohlaví, socioekonomický status, etnická příslušnost, kouření, konzumace alkoholu.
2. Podrobná anamnéza.
3. Seznam léků
4. Hodnocení symptomů pomocí Hamiltonovy hodnotící škály pro depresi
5. Krevní vzorek

U vhodných pacientů s depresí budou následující údaje zaznamenány na začátku, po 3 měsících a po 6 měsících.

1. Základní parametry: datum narození, pohlaví,
2. Podrobná anamnéza.
3. Seznam léků
4. Hodnocení symptomů pomocí Hamiltonovy hodnotící škály pro depresi
5. Krevní vzorek
6. Klinická diagnóza a nástup symptomů.

Sbírka biologických vzorků:

Vzorky krve budou odebrány pacientům a zdravým kontrolám před skeny pro hodnocení methylaionu DNA celého genomu v plazmě periferní krve. Na základní linii budou odebrány vzorky krve od zdravých kontrol a pacientů s depresí. Depresivním subjektům bude odebrána krev také po 6 měsících od data zahájení léčby pro vyhodnocení genové exprese mRNA nebo proteinu specifických markerů na základě epigenetických nálezů ze základní linie.

Analýza metylace genomové promotorové DNA:

Postup použitý pro analýzu MeDIP byl upraven z dříve publikovaných protokolů.(13,14) Stručně řečeno, 2 μg DNA jsou sonikovány a methylovaná DNA je imunoprecipitována pomocí anti-5-methyl-cytosinu (Eurogentec, Fremont, CA, USA). Komplex DNA-protilátka byl imunoprecipitován proteinem G a methylovaná DNA je poté resuspendována ve štěpícím pufru (50 mM TRisHCl pH 8; 10 mM EDTA; 0,5 % SDS) a ošetřena proteinázou K přes noc při 55 °C. Vstupní a navázaná frakce je purifikována, amplifikována pomocí soupravy Whole Genome Amplication Kit (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) a značena pro mikročipovou hybridizaci s Cy3-dUTP a Cy5-dUTP, v daném pořadí, pomocí CGH Enzymatic Labeling Kit (Agilent Technologies, Mississauga, ON, Kanada) v souladu s pokyny výrobce. Byly použity zakázkově navržené dlaždicové pole (Agilent Technologies). Všechny kroky hybridizace, promývání, skenování a extrakce rysů se provádějí v souladu s protokolem Agilent Technologies pro analýzu čipů na čipu. Extrahované intenzity mikročipů jsou zpracovány a analyzovány pomocí softwarového prostředí R pro statistické výpočty (http://www.r-project.org/).

Genově specifické ověření:

validace dat MeDIP bude provedena pomocí kvantitativní PCR v reálném čase (QPCR) metodou 2-ΔACt. Data budou vyjádřena jako průměr skupiny ± směrodatná odchylka. Software Graphpad 5 bude použit k provádění jednostranných Mann-Whitney U-testů.

Extrakce RNA z lidské krve:

krev pro extrakci RNA bude odebrána před injekcí radioligandu a odebrána do zkumavek PAXgene Blood RNA (PreAnalytiX, Hombrechtikon, Švýcarsko). RNA se extrahuje pomocí soupravy PAXgene Blood RNA Kit (Qiagen). Kvalita a množství vzorků RNA budou analyzovány pomocí bioanalyzátoru Agilent 2100 (Agilent Technologies, Böblingen, Německo).

Analýza genové exprese v lidské krvi:

Reverzní transkripce bude provedena pomocí vysokokapacitního cDNA Reverse Transscription Kit (Life Technologies, Darmstadt, Německo). Hladiny genové exprese budou analyzovány pomocí QPCR a metody 2-AACt. Data budou vyjádřena jako průměr skupiny ± směrodatná odchylka. Statistická významnost bude testována pomocí jednostranných Mann-Whitney U-testů.

Pyrosekvenování:

Promotorová oblast specifických genů bude analyzována pyrosekvenováním. Stručně řečeno, fragmenty bisulfitem ošetřené DNA (EpiTect Bisulfite Kit, Qiagen) budou amplifikovány pomocí PCR (HotStar Taq DNA Polymerase, Qiagen) informací o primeru s použitím nemodifikovaného dopředného primeru a biotinem značeného reverzního primeru (Eurofins, Ebersberg, Německo). . Pyrosekvenování bude provedeno pomocí systému PyroMark Q24 Advanced (Qiagen; informace o primeru viz doplňková tabulka S2) v souladu s protokolem výrobce. Methylované a nemethylované vzorky kontrolní DNA EpiTect (Qiagen) budou použity jako kontroly pro bisulfitovou konverzi, amplifikaci a pyrosekvenování. Procento methylace na každém místě CpG bude kvantifikováno pomocí softwaru PyroMark Q24 Advanced verze 3.0.0 (Qiagen) Sekvenování bude provedeno trojmo. Filtrování kontroly kvality a statistické analýzy výsledků pyrosekvenování budou prováděny pomocí R verze 2.15.3 (http://www.r-project.org). Měření označená softwarem Pyromark jako nespolehlivá budou z datové sady odstraněna. Triplikovaná měření budou zprůměrována po odstranění odlehlých hodnot (hodnoty odchylující se o více než 3 %). Pro srovnání průměrného procenta methylace míst CpG pro ELS oproti kontrolním skupinám bude použit Mann-Whitney U-test. Data budou prezentována jako průměr ± s. e.m.

Genetická analýza:

Genotypy budou zkoumány pomocí dat GWAS z předchozí studie MDD. dbSNP vybraných genů (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP) budou hledány SNP (jednonukleotidové polymorfismy) napříč geny. Bude proveden setbased test implementovaný v PLINK (v1.0.7)39 (s výchozími možnostmi a 105 permutacemi), aby se otestovala asociace mezi MDD a celou sadou genetických variant v sadě dat.

Nálezy MR:

• T1,T2 3D měření (hodnocení objemu) hipokampu, hypotalamo-hypofýzy a mezokortikolimbické žlázy.
• Měření DTI v mezokortikolimbickém dopaminergním traktu.
• Porovnání klidových f-MRI (BOLD) mozkových sítí u pacientů s depresí s normálními mapami

PET nálezy:

1. Vizuální hodnocení a kvantitativní měření statického F-DOPA (např. SUVmax a SUVmean) budou prováděna ve VTA, NAc, PFC bilaterálně.
2. Budou měřena měření dynamických parametrů F-DOPA, jako je Ki, pokud jsou k dispozici (např. čas do vrcholu, maximální hodnota atd.).

Statistika:

Charakteristiky pacientů budou shrnuty pomocí deskriptivní statistiky. Kvantitativní proměnné budou prezentovány jako průměr a SD, kvalitativní proměnné budou prezentovány jako frekvence.

Pearsonův korelační koeficient bude použit k měření síly vztahu mezi PET v různých oblastech mozku a klastrovými symptomy.

K porovnání středních hodnot různých parametrů se použije t-test. Velikost vzorku: Toto je pilotní studie, pro kterou je vyžadována velikost vzorku 60 subjektů (30 zdravých jedinců a 30 pacientů).

Odběr vzorků účastníků: Všichni pacienti splňující kritéria zařazení a poskytující informovaný souhlas budou postupně zařazeni.

Důvěrnost:

Všechny údaje budou kódovány a subjekt bude identifikován pouze iniciálami subjektu a číslem studie subjektu.

Kódování provedou vyšetřovatelé a bude uloženo na jejich zabezpečených počítačích a ve vyšetřovací složce uzamčené ve skříni v kanceláři hlavního vyšetřovatele.

Všechny zprávy a komunikace týkající se subjektů ve studii budou používat daný kód bez osobních údajů.