PET-MRI F-DOPA aktivitet i det mesocorticolimbiske system og depressive symptomer i forudsigelse af behandlingskompatibilitet

Introduktion:

Major depressiv lidelse (MDD) er en alsidig psykiatrisk lidelse med en prævalens på 8-12 % af befolkningen i mange lande.

Ifølge den nuværende tilgang er MDD karakteriseret ved nedsat aktivitet af monoamin-neurotransmittere, det er uafklaret, om det er et resultat af forskelle i følsomhed af deres receptorer eller udtømning i den synaptiske kløft på grund af lav ekspression eller mao-a/mao-b hyperaktivitet.

Det meste af antidepressiv medicin, der bruges i dag, er baseret på teorien om monoaminudtømning om depression. Disse medikamenter omfatter selektive serotonin-genoptagelseshæmmere (SSRI'er), serotonin-noradrenalin-genoptagelseshæmmere (SNRI'er) eller tricykliske antidepressiva (TCA'er), som alle hæmmer genoptagelsen af ​​nogle eller alle disse monoaminer, hvilket inducerer forhøjede niveauer i den synaptiske kløft. Nogle medikamenter påvirker monoaminreceptorerne direkte.

Dysfunktionel dopamin neurotransmission spiller en væsentlig rolle i underskud med opmærksomhed, motivation og anhedoni, som er kernesymptomer på depressiv lidelse. Præ-synaptisk D2r (Dopamin 2-receptor) tæthed i den præfrontale cortex (PFC) har vist sig at være signifikant lavere hos deprimerede patienter i forhold til raske personer.

På nuværende tidspunkt bruger de fleste undersøgelser, der anvender billeddannelsesteknikker hos deprimerede patienter, hovedsageligt forskellige typer magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) eller separat nuklearmedicinsk billeddannelse med positronemissionstomografi (PET) sporstoffer. Traditionel MR's rolle i evalueringen af ​​depression og andre psykiatriske lidelser, i forskellige undersøgelser, er hovedsageligt rettet mod at differentiere strukturelle træk og er derfor med til at styrke diagnosen i dette aspekt. Der er flere strukturelle ændringer målt i hjernen hos MDD-patienter sammenlignet med kontroller. Blandt dem er også vist nedsat hippocampusvolumen sammenlignet med remitterede patienter, øget Hypothalamus-hypofysevolumen, nedsat Pre Frontal Cortex (PFC) og Basal-Ganglia volumen. Disse resultater er også etableret i overensstemmelse med den største meta-analyse undersøgelse af strukturelle ændringer ved hjælp af MR- og CT-scanninger udført til dato. PET-scanninger giver indikationer om hjernens generelle eller agentspecifikke metabolisme. De fleste PET-scanninger udført på deprimerede patienter bruger FDG eller 11-C Serotonin radioligander. Kun få studier undersøger F-DOPA PET-optagelse hos deprimerede patienter, for det meste med Parkinson-depression og én med affektiv udfladning eller impulsive symptomer på en meget lille stikprøvestørrelse (n=6). De fleste af undersøgelserne viser indikation af nedsat DOPA-optagelse i striatum specifikt i Nucleus Accombens (NAc). Yderligere information er påkrævet, der indikerer F-DOPA-optagelse i relevante områder af hjernen ved MDD. Så vidt vi ved, vil dette være den første undersøgelse, der bruger [18F] F-DOPA PET/MRI hos deprimerede patienter. PET/MRI tilbyder ægte multimodalitetsbilleddannelse ved at kombinere anatomi, funktion og molekylære processer, der muliggør mere nøjagtig identifikation af sygdomsvurdering.

En kendsgerning, der er veletableret, er, at genetiske faktorer sammen med miljøfaktorer, der forekommer over hele levetiden, sandsynligvis ligger til grund for sårbarheden for depression. I en mega-analyse af adskillige genomomfattende associationsstudier (GWAS), som analyserede 1,2 millioner autosomale og X-kromosom-enkeltnukleotid-polymorfier (SNP'er), fandt man imidlertid ingen SNP, der opnåede genom-omfattende betydning. Denne uoverensstemmelse mellem den konsekvent observerede betydelige arvelighed af svær depression(18) og det faktum, at ingen specifikke genetiske varianter er blevet identificeret til at bidrage robust til lidelsen, tyder på andre mekanismer, der virker. Epigenetik refererer til de ændringer i kromatinstrukturen, der ligger til grund for ændringer i genekspression, og som ikke er forbundet med ændringer i DNA-sekvensen. DNA-methylering er et af de systemer, der ligger til grund for epigenetik. Methylering af DNA'et kræver tilsætning af en methylgruppe ved 5'-positionen af ​​cytosiner i CpG-dinukleotider. Efter cytosin-methylering er adgangen af ​​transkriptionsfaktorer til regulatoriske elementer reduceret på grund af sterisk interferens. DNA-methyleringsmønstre er arvelige på den ene side og reagerer dynamisk på miljøet på den anden side. Denne egenskab ved epigenetik gør det til en regulatorisk mekanisme, der bestemmer genekspression, som er kongruent med karakteren af ​​psykiatriske lidelser. Forskellige mønstre af DNA-methylering observeres i forskellige væv udsat for forskellige miljøer. Det er endda forskelligt mellem separate hjerneregioner. En epigenom-dækkende associationsundersøgelse (EWAS) er på vej. I et af dem i PFC-væv hos post mortem deprimerede forsøgspersoner fandt forskerne berigelse i neuronal vækst og udviklingsgener, såsom hjernedrevet neurotrofisk faktor.(BDNF) Faldende BDNF-niveauer er en veletableret markør for depression. Lavere niveauer af BDNF-protein er også blevet rapporteret i hippocampus hos dyr udsat for kronisk stress. Interessant nok øgede administration af antidepressiva hippocampus BDNF, hvilket forhindrede det stress-inducerede fald. Disse resultater er spændende i betragtning af det hippocampale volumentab observeret ved humørsygdomme og nedsatte BDNF-serumniveauer hos personer med humørforstyrrelser eller depressive personlighedstræk. Baseret på disse konvergerende prækliniske og kliniske data repræsenterer BDNF-genet et logisk mål for genetiske undersøgelser af humørsygdomme.

En anden epigenom-dækkende associationsundersøgelse, der analyserede fuldblods-DNA, fandt, at IL-6 og C-reaktivt protein (CRP) plasmaniveauer var øget hos de personer med livstidsdepression, og blandt dem kun med depression viste IL-6-methylering en omvendt korrelation med plasma IL-6 og CRP.

Hidtil er der ingen almindelig billeddiagnostisk praksis i den psykiatriske klinik, der gør det muligt at differentiere, hvilken medicinsk behandling der er optimal for hvilken patient. Så vidt vi ved, vil dette være den første undersøgelse, der evaluerer behandlingskompatibilitet ved hjælp af kombinationen af ​​[18F] F-DOPA PET/MRI-billeddannelse og symptomvurdering forud for behandling.

Undersøgelsens mål og formål:

Formålet med undersøgelsen er at vurdere gennemførligheden af ​​modalitetsbilleddannelse og symptomevaluering i forudsigelsen af ​​behandlingskompatibilitet. Dopaminmetabolisme målt i det mesocorticolimbiske system (VTA-NAc-PFC) af 18F-FDOPA PET med strukturelle og funktionelle MR-fund hos patienter diagnosticeret med depression forud for behandling.

Hovedmål:

1. Sammenligning af naive niveauer af F-DOPA-genoptagelse hos raske individer med ubehandlede deprimerede patienter i det mesocorticolimbiske system (VTA-NAc-PFC) og vurdering af strukturelle forskelle mellem de to grupper i Hippocampus, Hypothalamus-Hypofysen og Mesocorticolimbic System (VTA- NAc-PFC) og hviletilstand fMRI.

Sekundære mål:

1. Sammenligning af forskellene mellem DNA-methylering i plasma hos patienter sammenlignet med raske kontroller.
2. Vurdering af sammenhængen mellem symptomernes sværhedsgrad (bedømt baseret på Hamilton Rating Scale) ved baseline og efter 6 måneder til PET 18F-DOPA-optagelsesrepertoire i det mesocorticolimbiske system, strukturelle målinger og DNA-methylering.

Materialer og metoder:

Studiedesign: Et prospektivt pilotstudie.

Klinisk vurdering:

Et kvantitativt mål for symptomernes byrde vil blive bestemt ud fra en klinisk vurdering baseret på "Hamilton Rating Scale for Depression" og baseret på DSM-V kriterier ved baseline (før-behandling), 3 måneder og 6 måneder efter behandlingsstart. Ifølge DSM-5 kræver diagnosen depression fem (eller flere) af følgende symptomer, der er til stede i den samme 2-ugers periode og repræsenterer en ændring fra tidligere funktion: (1) deprimeret humør (2) tab af interesse eller glæde . (3) Betydeligt vægttab eller vægt. (4) Søvnløshed eller hypersomni. (5) Psykomotorisk agitation eller retardering.(6) Træthed eller tab af energi næsten. (7) Følelser af værdiløshed eller overdreven eller upassende skyld.(8) Nedsat evne til at tænke eller koncentrere sig. (9) Tilbagevendende tanker om døden.

Symptomevaluering af Hamilton Rating Scale vil blive udført af en psykiater. Til sidst vil vi forsøge at knytte specifikke klynger af symptomer til behandlingskompatibilitet i overensstemmelse med billeddiagnostik og molekylære fund. Behandlingens kompatibilitet med disse lægemidler vil blive sammenlignet med procentdelen af ​​behandlingssucces i klinikken på en "standart of care" måde. Vurdering af patientens fremskridt vil blive bestemt ved ændring i symptomer og/eller en anden scanning gennem opfølgningsbesøg efter 3,6 måneder.

.Imagediagnostisk PET/MR-protokol: Vi ville bruge evalueringen af ​​dopaminprecursoren 3,4-dihydroxy-6-[18F]-fluoro-l-phenylalanin ([18F] FDOPA) optagelseshastighedskonstant (K(i)), som afspejler L-dopa transport. L-aromatisk aminosyredecarboxylaseaktivitet, vesikulær optagelse og antallet af dopaminnerveterminaler. vi vil gerne måle og sammenligne [18F] F-DOPA-optagelsen i det mesocorticolimbiske netværk hos depressive umedicinerede patienter og raske individer. Vi vil derefter undersøge [18F] F-DOPA-optagelsesrepertoire og karakterisere et typisk spatiotemporalt mønster langs forskellige depressive hjerner i overensstemmelse med de mange slags symptomers manifestation og molekylære og demografiske data. Derudover vil vi implementere nye MR-sekvenser såsom diffus tensor imaging (DTI) og susceptibility-weighted imaging (SWI) for at evaluere den mesocoticolimbiske dopaminerge kanal og bruge T1, T2 sekvenser til at måle volumen af ​​Hippocampus og Hypothalamus-Hypofyse hos disse patienter sammenlignet med raske personer. Desuden vil vi bruge T2*-sekvensen til at evaluere hviletilstand Blood-Oxygen-Level Dependent (BOLD) kontrastbilleddannelse. Derudover vil scanningsresultater være korreleret til klinisk evaluering af symptomer på umedicinerede patienter.

Alle scanninger vil blive udført i afdelingen for nuklearmedicin på Tel-Aviv Assuta Medical Center ved hjælp af en PET/MR-scanner (Biograph mMR, Siemens AG, Erlangen, Tyskland) i overensstemmelse med producentens retningslinjer.

Patienter skal faste mindst 4 timer før ankomst til afdelingen. Ved ankomsten vil et intravenøst ​​kateter blive placeret til radiofarmaceutisk og gadoliniumadministration. Patienterne vil modtage en intravenøs injektion af 10 mCi 18F-FDOPA på PET MR-bordet, og scanningen begynder med det samme. Dynamiske PET-parametre vil blive erhvervet sammen med de forskellige MR-sekvenser. MR af hjernen vil omfatte følgende sekvenser: T1, T2 og T2 væskesvækket inversion recovery-sekvens (FLAIR), følsomhedsvægtede sekvenser (SWI), diffus tensor imaging (DTI), blod-iltningsniveauafhængige (BOLD) signaler for funktionel billeddannelse i hviletilstand. Derudover vil perfusion af hjernen blive evalueret med og uden gadolinium. Et anatomisk stereotaktisk kort over hjernen vil blive lagdelt i overensstemmelse med scanningerne ved hjælp af ExploreDTI Software.

Til kontrastforstærkede sekvenser bruger vi Dotarem (gadoteric acid) (0,2 ml/kg ,0,1 mmol/kg ved 2ml/s, 20ml saltvandsskyl) Den samlede scanningstid vil være omkring 45 minutter.

Dataindsamling og procedurer:

For kvalificerede raske frivillige vil følgende data blive registreret ved baseline:

1. Baseline parametre: fødselsdato, køn, socioøkonomisk status, etnicitet, rygning, alkoholforbrug.
2. Detaljeret sygehistorie.
3. Liste over medicin
4. Symptoms evaluering ved hjælp af Hamilton Rating Scale for Depression
5. Blodprøve

For egnede deprimerede patienter vil følgende data blive registreret ved baseline, efter 3 måneder og efter 6 måneder.

1. Baseline parametre: fødselsdato, køn,
2. Detaljeret sygehistorie.
3. Liste over medicin
4. Symptoms evaluering ved hjælp af Hamilton Rating Scale for Depression
5. Blodprøve
6. Klinisk diagnose og symptomer debut.

Biologisk prøvesamling:

Blodprøver vil blive udtaget fra patienter og raske kontroller forud for scanninger til vurdering af helgenomets DNA-methylaion i plasma fra perifert blod. Blodprøver vil blive taget fra raske kontroller og depreesed patienter på baseline. Fra deprimerede forsøgspersoner vil der også blive udtaget blod efter 6 måneders behandlingsstartdato til evaluering af genekspression mRNA eller protein af specifikke markører baseret på epigenetiske fund fra baseline.

Analyse af genom-dækkende promotor-DNA-methylering:

Proceduren brugt til MeDIP-analyse blev tilpasset fra tidligere offentliggjorte protokoller.(13,14) Kort fortalt sonikeres 2μg DNA, og methyleret DNA immunpræcipiteres ved hjælp af anti-5-methyl-cytosin (Eurogentec, Fremont, CA, USA). DNA-antistofkomplekset blev immunpræcipiteret med protein G, og det methylerede DNA resuspenderes derefter i fordøjelsesbuffer (50mM TRisHCl pH8; 10mM EDTA; 0,5% SDS) og behandles med proteinase K natten over ved 55°C. Input og bundet fraktion oprenses, amplificeres ved hjælp af Whole Genome Amplification Kit (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) og mærkes til mikroarray-hybridisering med henholdsvis Cy3-dUTP og Cy5-dUTP ved hjælp af CGH Enzymatic Labeling Kit (Agilent Technologies, Mississauga, ON, Canada) i overensstemmelse med producentens instruktioner. Der blev brugt specialdesignede flisearrays (Agilent Technologies). Alle trin i hybridiserings-, vask-, scannings- og ekstraktionsprocedurerne udføres i overensstemmelse med Agilent Technologies-protokollen til chipon-chip-analyse. Udtrukne mikroarray-intensiteter behandles og analyseres ved hjælp af R-softwaremiljøet til statistisk databehandling (http://www.r-project.org/).

Genspecifik validering:

validering af MeDIP-data vil blive udført ved anvendelse af kvantitativ realtids-PCR (QPCR) ved hjælp af 2-ΔΔCt-metoden. Data vil blive udtrykt som gruppemiddel±s.e.m. Graphpad 5-softwaren vil blive brugt til at udføre en-halede Mann-Whitney U-tests.

RNA-ekstraktion fra humant blod:

blod til RNA-ekstraktion vil blive opsamlet før injektion af radioliganden og trukket ind i PAXgene Blood RNA-rør (PreAnalytiX, Hombrechtikon, Schweiz). RNA ekstraheres ved hjælp af PAXgene Blood RNA Kit (Qiagen). Kvaliteten og kvantiteten af ​​RNA-prøver vil blive analyseret ved hjælp af en Agilent 2100 Bioanalyzer (Agilent Technologies, Böblingen, Tyskland).

Analyse af genekspression i humant blod:

Revers transkription vil blive udført ved hjælp af højkapacitets cDNA Reverse Transcription Kit (Life Technologies, Darmstadt, Tyskland). Genekspressionsniveauer vil blive analyseret ved hjælp af QPCR og 2-ΔΔCt metoden. Data vil blive udtrykt som gruppemiddel±s.e.m. Statistisk signifikans vil blive testet ved hjælp af en-halede Mann-Whitney U-tests.

Pyrosequencing:

Promotorregionen af ​​specifikke gener vil blive analyseret ved pyrosequencing. Kort fortalt vil fragmenter af bisulfit-behandlet DNA (EpiTect Bisulfite Kit, Qiagen) blive amplificeret af PCR (HotStar Taq DNA Polymerase, Qiagen) primerinformation ved brug af en umodificeret fremadgående primer og en biotinmærket revers primer (Eurofins, Tyskland) . Pyrosequencing vil blive udført ved hjælp af et PyroMark Q24 Advanced-system (Qiagen; primerinformation se supplerende tabel S2) i overensstemmelse med producentens protokol. Methylerede og umethylerede EpiTect kontrol DNA-prøver (Qiagen) vil blive brugt som kontroller til bisulfitkonvertering, amplifikation og pyrosekventering. Procentdelen af ​​methylering på hvert CpG-sted vil blive kvantificeret ved hjælp af PyroMark Q24 Advanced-softwareversion 3.0.0 (Qiagen) Sekventering vil blive udført i tre eksemplarer. Kvalitetskontrolfiltrering og statistiske analyser af pyrosekventeringsresultaterne vil blive udført ved hjælp af R Version 2.15.3 (http://www.r-project.org). Målinger markeret som upålidelige af Pyromark-softwaren vil blive fjernet fra datasættet. Der beregnes et gennemsnit af tredobbelte målinger efter fjernelse af outliers (værdier, der afviger mere end 3%). En Mann-Whitney U-test vil blive brugt til at sammenligne den gennemsnitlige procentdel af methylering af CpG-steder for ELS versus kontrolgrupper. Data vil blive præsenteret som middelværdier. e.m.

Genetisk analyse:

Genotyper vil blive undersøgt ved hjælp af GWAS-data fra en tidligere undersøgelse af MDD. dbSNP af udvalgte gener (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP) vil blive søgt efter SNP'er (single-nucleotid polymorphisms) på tværs af generne. Den sætbaserede test, som implementeret i PLINK (v1.0.7)39 vil blive udført (med standardindstillinger og 105 permutationer), for at teste for sammenhæng mellem MDD og hele sættet af genetiske varianter i datasættet

MR fund:

• T1,T2 3D-målinger (vurderer volumen) af hippocampus, hypothalamus-hypofyse og mesocorticolimbic.
• DTI-målinger i den mesocorticolimbiske dopaminerge kanal.
• Sammenligning af hviletilstand f-MRI (BOLD) hjernenetværk hos patienter med depression med normale kort

PET-resultater:

1. Visuel vurdering og kvantitative målinger af statisk F-DOPA (f.eks. SUVmax og SUVmean) vil blive udført i VTA, NAc, PFC bilateralt.
2. Målinger af dynamiske F-DOPA-parametre, såsom Ki, når de er tilgængelige (f.eks. tid til peak, spidsværdi osv.) vil blive målt.

Statistikker:

Patientkarakteristika vil blive opsummeret ved hjælp af beskrivende statistik. Kvantitative variable vil blive præsenteret som middel og SD, kvalitative variable vil blive præsenteret som frekvenser.

Pearson korrelationskoefficient vil blive brugt til at måle styrken af ​​forholdet mellem PET i de forskellige hjerneområder og klyngesymptomerne.

En t-test vil blive brugt til at sammenligne middelværdierne af de forskellige parametre. Prøvestørrelse: Dette er et pilotstudie, hvor der kræves en prøvestørrelse på 60 forsøgspersoner (30 raske personer og 30 patienter).

Deltagerprøveudtagning: Alle patienter, der opfylder inklusionskriterier og giver informeret samtykke, vil blive tilmeldt fortløbende.

Fortrolighed:

Alle data vil blive kodet, og emnet vil kun blive identificeret ved forsøgspersonens initialer og ved forsøgspersonens undersøgelsesnummer.

Kodningen vil blive foretaget af efterforskerne og vil blive gemt på deres sikrede computere og i efterforskerens fil, der er låst inde i et skab på hovedefterforskernes kontor.

Alle rapporter og kommunikationer vedrørende emner i undersøgelsen vil bruge den angivne kode uden personlige oplysninger.