IGF og andre neurotrofiske faktorer hos patienter med demens

Introduktion Demens Den anslåede forekomst af demens i Danmark er 85.000 (2011), og den globale forekomst er tæt på 36 millioner (2010). Endvidere forudsiges antallet at fordobles i de næste 20 år, primært på grund af den demografiske aldring. Omkostningerne ved demens tegner sig for 1 % af verdens BNP – et perspektiv, der vil udfordre de nuværende sundhedssystemer og nationale økonomier (1,2,3).

Demens omfatter en række progressive degenerative hjernesygdomme. Demens er karakteriseret ved en progressiv forringelse af kognition, funktion og adfærd, der er tilstrækkelig alvorlig til at kompromittere social og erhvervsmæssig funktion. Demens er karakteriseret ved tab af episodisk hukommelse, svært ved at navngive og finde ord, apraksi, eksekutiv dysfunktion og ændringer i personlighed og humør. Den mest almindelige årsag til demens er Alzheimers sygdom (4, 5, 6).

Patogenesen af ​​Alzheimers demens forbliver uhåndgribelig. I mange år har det patofysiologiske kendetegn ved Alzheimers demens været toksiciteten forårsaget af akkumulering af proteinerne amyloid-beta i plaques og phosphoryleret tau forbundet med neurofibrillære sammenfiltringer. Denne teori er dog baseret på den genetiske "early-debut familial Alzheimers", som er en mindre hyppig arvelig type. I øjeblikket er hypoteserne om Alzheimers patogenese faktisk uenige med amyloid-beta-teorien. Der er således behov for at øge vores forståelse af de mekanismer, der fører til de mest almindelige former for Alzheimers sygdom. En bedre forståelse af sygdommen kan muliggøre en tidligere diagnose og vigtigst af alt en årsagsbehandling af Alzheimer i modsætning til de blot symptomatiske muligheder, der er til rådighed i dag (4, 7, 8, 9).

IGF-system Et af hovedområderne i nyere forskning i demens er rollen som neurotrofisk støtte, et forskningsområde, der omfatter insulin og det insulinlignende vækstfaktorsystem. Insulin og IGF-systemet er vigtige for normal somatisk vækst, udvikling, vævsreparation og regenerering gennem hele livet. Tidligere undersøgelser har vist, at svækkelser i cerebral glukoseudnyttelse og energimetabolisme repræsenterer meget tidlige abnormiteter, der går forud for eller ledsager de indledende stadier af kognitiv svækkelse. Type 2-diabetes, som ofte er karakteriseret ved insulinresistens, er dog ikke blevet fastslået som årsag til Alzheimers, selvom der er en sammenhæng mellem insulinresistens og kognitiv dysfunktion.

De cellulære signalveje for IGF-I og IGF-II overlapper i vid udstrækning med de veje, der bruges af insulin, og alle tre proteiner binder til de samme receptorer, men med forskellige affiniteter. Adskillige undersøgelser har vist, at forholdet mellem koncentrationerne af IGF-I i cerebrospinalvæske (CSF) og plasma (CSF/plasma-forholdet) er reduceret hos Alzheimer-patienter. Interessant nok synes IGF-I at fremme amyloid-beta-clearance.

IGF-II er blevet mindre undersøgt, men det kommer til udtryk i hjernen både under udvikling og i voksenalderen og aftager med aldring. I hjernen er den relative koncentration højest i hippocampus. (10-14). Desuden har vores gruppe nye data, der indikerer, at i CSF er IGF-II den vigtigste vækstfaktor, når det kommer til aktivering af IGF-I-receptoren (Mia-Maiken Kallestrup et al., manuskript under udarbejdelse).

Hukommelse Hukommelse er et spørgsmål om konsolidering, hvorved nyindlært labil information bliver stærkere og modstandsdygtig over for forstyrrelser. Denne proces afhænger af de novo RNA og proteinsyntese og funktionen af ​​cAMP respons element binding protein (CREB) og CCAAT enhancer binding protein (C/EBP), som begge er transkriptionsfaktorer. Tidligere undersøgelser har vist, at der er et bindingssted for C/EBP i promotorregionen af ​​IGF-II-genet i lever og andet væv (10).

IGF-II og hukommelse For at løse gåden med demens er det vigtigt at forklare tidlige ændringer i biomarkører i tidlige stadier af demens og derved muligvis afsløre patogenesen og mulige behandlinger. Et eksperiment med rotter og hukommelse har måske allerede taget det første skridt hen imod dette. Det er blevet påvist, at administration af IGF-II til rotter væsentligt forbedrer hukommelsesretention og forhindrer glemsel. Desuden fører hæmmende undgåelseslæring (et paradigme, hvor individet lærer at associere en bestemt kontekst med hændelsen) til en stigning i hippocampus-ekspressionen af ​​IGF-II. Endelig, men alligevel vigtigt, øger injektioner af rekombinant IGF-II i hippocampus efter træning eller hukommelseshentning markant hukommelsesbevaring og forhindrer glemsel (10).

Neurotrofiske vækstfaktorer:

Den menneskelige voksne hjerne er i stand til at generere nye neuroner, selvom den har en begrænset kapacitet. Muligvis afhænger denne kapacitet af tilstrækkelige neurotrofiske vækstfaktorer. De neurotrofiske faktorer omfatter nervevækstfaktor (NGF) og hjerneafledt neurotrofisk faktor (BDNF).

BDNF er vigtig i neuronal overlevelse, synaptisk plasticitet og hukommelse, hvilket sammen med tendensen til øgede niveauer af BDNF i tidlige stadier af Alzheimers indikerer en sammenhæng. Forøgelsen af ​​BDNF i tidlige stadier af Alzheimers kan være en afspejling af kompensation for neurodegenerationen. Under udviklingen af ​​Alzheimers er niveauet af BDNF faldende til et niveau for raske ældre mennesker.

NGF inducerer vækst af neuroner og opretholder neuronproliferation, der interagerer med andre vækstfaktorer. Niveauer af NGF i serum, CSF eller hjerne ser ikke ud til at adskille sig fra Alzheimers patienter til normale ældre patienter, men synes at variere mellem forskellige hjerneregioner. Endelig korrelerer ekspressionsmønsteret af BDNF og NGF i høj grad med amyloidkoncentrationen (15).

Cluster of differentiation 163(CD-163) CD-163 er en scavenger-receptor, som genkender og optager makromolekyler for hæmoglobin-haptoglobin-komplekset og dets niveauer i en indikation af monocyt-makrofager-aktivering. Den opløselige form af receptoren kaldes sCD163 og findes i plasma. Plasma-sCD163-niveauer er opreguleret i en lang række inflammatoriske sygdomme (16).

Hypotese Patienter med demens har en dereguleret koncentration og/eller aktivitet af IGF-I, IGF-II, NGF, BDNF og sCD-163 i cerebrospinalvæske.

Formål At definere koncentrationen og den biologiske aktivitet af IGF-I, IGF-II, BDNF, NGF og sCD-163 i cerebrospinalvæsken og serum hos patienter med Alzheimers sammenlignet med kontroller (patienter med uspecificerede neurologiske symptomer eller sygdom).

Metode Studiepopulation Alle deltagende patienter skal være over 18 år. De er udelukket fra undersøgelsen ved akut bakteriel neuroinfektion og akut blødning. Studiepopulationen i dette projekt vil omfatte alle patienter med etableret eller mistænkt demens, som skal gennemgå en lumbalpunktur på Neurologisk Afdeling på Aarhus Universitetshospital som led i deres diagnostiske arbejde.

Kontroller omfatter patienter med uspecificerede neurologiske symptomer eller sygdomme, som vil gennemgå en lumbalpunktur på Neurologisk Afdeling på Aarhus Universitetshospital som en del af deres diagnostiske arbejde, uanset denne undersøgelse.

Patienterne vil modtage information om forskningsprojektet og vil blive bedt om at give deres indhold til deltagelse. Deltagelsen indebærer ekstraktion af 2-3 ml ekstra spinalvæske og en ekstra blodprøve (10 ml), som vil blive brugt til analyse af IGF-systemkomponenter og neurotrofiske faktorer. Deltagerne vil ikke modtage nogen form for betaling, men kan modtage kompensation for transport.

Vi vil til enhver tid under den diagnostiske oparbejdning og dermed i forskningsprojektet tage patientens mentale og fysiske tilstand i betragtning. Forskningsprojektet vil blive gennemført efter lov om behandling af personoplysninger.

På Neurologisk Afdeling på Aarhus Universitetshospital bruger Demensklinikken lumbalpunktur som diagnostisk værktøj hos cirka tre patienter om ugen. Det vurderes, at omkring 1/3 til 1/2 af disse patienter vil ende med diagnosen Alzheimer, og disse patienter vil i sidste ende indgå i projektet i løbet af en periode på 36-40 uger. Samlet set vil dette i undersøgelsesperioden muliggøre inklusion af 50-60 patienter.

Analyse Spinalvæsken og serumet vil blive analyseret på Medicinsk Forskningslaboratorium. Spinalvæsken og blodprøverne vil blive deponeret i en forskningsbiobank på Aarhus Universitetshospital. Det er planen at gennemføre alle de biokemiske analyser på samme tid, når alle prøver er indsamlet. I tilfælde af kendt viden på området agter vi at deponere prøverne i 5 år efter dette projekt. Hvis prøverne skal bruges til et andet projekt, vil Den Sundhedsetiske Komité og Datatilsynet kræve en ansøgning igen.

De immunologiske koncentrationer af IGF-I og IGF-II måles ved validerede interne analyser. Endvidere har Aarhus Universitetshospital en unik teknik, hvorved det er muligt at måle bioaktiviteten af ​​IGF-I og -II i cerebrospinalvæsken. Teknikken er baseret på et cellebaseret in-house bioassay udviklet i 2003. Denne metode tager højde for, at en stor del af IGF-I og IGF-II er bundet til proteiner og derved at blive betragtet som biologisk inaktive. Bioassayet er i stand til at måle evnen af ​​både serum og cerebrospinalvæske til at stimulere IGF-IR in vitro, hvilket gør metoden meget mere specifik. Pilotundersøgelser fra vores gruppe har vist, at det er muligt at måle den biologiske IGF-IR-aktivitet i cerebrospinalvæske. Det er blevet bevist, at:

i) Cerebrospinalvæskens biologiske IGF in vitro-aktivitet kommer primært fra IGF-II ii) Den biologiske aktivitet er langt højere end forventet sammenlignet med simple koncentrationsmål på grund af de lave koncentrationer af IGF-bindende proteiner.

De immunologiske koncentrationer af de IGF-bindende proteiner vil blive målt ved kommercielle eller egenudviklede immunoassays og ligand blotting-teknikker.

Koncentrationerne af NGF, BDNF og sCD-163 i spinalvæske og serum vil blive analyseret ved allerede etablerede teknikker, og spinalvæsken vil blive undersøgt med spektrometri.

Klinisk undersøgelse Den kliniske undersøgelse vil blive udført som en naturlig del af undersøgelsen af ​​demens. Dette inkluderer sygehistorie og en objektiv undersøgelse, CT-scanning og kognitive tests inklusive MMSE (mini-mental tilstandsundersøgelse) og ACE (Adenbrookes kognitive undersøgelse). I tvivlstilfælde vil der blive foretaget en mere udvidet undersøgelse af en neurofysiolog. Oplysninger fra den kliniske undersøgelse i form af journal vil blive brugt til at vurdere muligheden for demens som diagnose, herunder sygdommens progression, og dermed til at vurdere de mulige deregulerede koncentrationer og/eller aktiviteter af IGF-I, IGF-II, NGF, BDNF og sCD-163 i cerebrospinalvæske.

Power Bioaktiviteten af ​​IGF i cerebrospinalvæske hos patienter med demens er ikke tidligere blevet bestemt. Pilotdata indikerer, at bioaktivitet fra IGF-II hos raske mennesker (n= 9) er 57 ± 13 ng/ml (gennemsnit ± SD). Hvis forskellen i en patientgruppe er sat til 26ng/ml (̴ 2 x SD), giver inklusion af 10 personer pr. gruppe projektet en styrke på 90 % ved brug af ANOVA og et signifikant niveau på 5 %. Det er derfor valgt at inddrage 15 patienter i projektet.

Statistik Programmet ANOVA vil blive brugt til statistiske analyser. Parametriske eller ikke-parametriske tests vil blive brugt afhængigt af den normale fordeling af data. I al statistisk analyse vil et signifikansniveau på 5 % blive brugt.

Perspektiv Som tidligere nævnt udgør omkostningerne ved demens allerede 1 % af verdens BNP, og forekomsten af ​​demens forventes at fordobles inden for de næste tyve år. Sygdommens fremadskridende karakter betyder, at anslået 43 % af tilfældene med demens har behov for et højt plejeniveau (svarende til et plejehjem). Derfor er det indlysende, at forebyggelse, forsinket debut, bremset progression og potentiel helbredelse er afgørende faktorer for ikke kun patienters og pårørendes velbefindende, men også for økonomien i sundhedsvæsenet. (2,17) Dette forskningsprojekt er baseret på den nyere teori om demens som en sygdom i IGF-systemet, men i modsætning til andre studier er vi i stand til at måle såvel koncentrationer som bioaktivitet. Dette vil potentielt åbne op for yderligere viden om demensdynamikken og derved potentielt afsløre yderligere forståelse for demens patogenes og medicinske mål.

Etiske overvejelser Etiske overvejelser generelt Testene udført på patienterne involveret i dette forskningsprojekt er lumbalpunktur og blodprøver. Begge disse tests vil blive udført som en del af den diagnostiske oparbejdning uanset denne undersøgelse.

Det indebærer nogle risici at udføre en lumbalpunktur, som omfatter hovedpine efter lumbalpunktur med en forekomst på 12 %, men er mest almindelig hos yngre patienter. Oftest har hovedpinen en kort varighed, og den kan kureres med påføring af et blodplaster. Anvendelse af en nål til lændepunkturen kan forårsage midlertidige lændesmerter og en ophobning Etiske overvejelser for patienter med demens Den pågældende patientgruppe medfører en udvidet etisk overvejelse. Som tidligere nævnt forårsager symptomerne på demens hukommelsestab, vanskeligheder med at finde de rigtige ord og forstå, hvad folk siger. Som sådan er det tvivlsomt, om patienterne er i stand til at træffe en selvstændig beslutning om, hvorvidt de vil deltage i projektet (6).

Alle demenspatienter vil få udført alle tests som en del af det standarddiagnostiske arbejde for demens. Derfor introducerer denne undersøgelse ikke nogen yderligere undersøgelse, der forsvarer det etiske aspekt af denne undersøgelse. I betragtning af den lave risiko, der er involveret i dette projekt, de milde demensformer og sygdommens høje forekomst og alvorlighed vurderer vi dette projekt til at være etisk acceptabelt. Endvidere er det af stor betydning at undersøge patogenesen og mulige mål for demens.

Mål Positive, negative såvel som inkonklusive resultater fra denne undersøgelse vil blive offentliggjort. Resultaterne vil danne grundlag for en forskningsårsrapport og en artikel til publicering i et engelsk skrevet peer reviewed-tidsskrift.