PET-MRT-F-DOPA-Aktivität im mesocorticolimbischen System und depressive Symptome bei der Vorhersage der Behandlungskompatibilität

Einführung:

Die Major Depression (MDD) ist eine vielseitige psychiatrische Störung mit einer Prävalenz von 8–12 % der Bevölkerung in vielen Ländern.

Dem aktuellen Ansatz zufolge ist MDD durch eine verringerte Aktivität von Monoamin-Neurotransmittern gekennzeichnet. Es ist unklar, ob dies auf Unterschiede in der Empfindlichkeit ihrer Rezeptoren oder auf eine Erschöpfung im synaptischen Spalt aufgrund einer geringen Expression oder einer Mao-a/Mao-b-Hyperaktivität zurückzuführen ist.

Die meisten heute verwendeten Antidepressiva basieren auf der Monoaminmangeltheorie der Depression. Zu diesen Medikamenten gehören selektive Serotonin-Wiederaufnahmehemmer (SSRIs), Serotonin-Noradrenalin-Wiederaufnahmehemmer (SNRIs) oder trizyklische Antidepressiva (TCAs), die alle die Wiederaufnahme einiger oder aller dieser Monoamine hemmen und so zu erhöhten Spiegeln im synaptischen Spalt führen. Einige Medikamente wirken direkt auf die Monoaminrezeptoren.

Eine gestörte Dopamin-Neurotransmission spielt eine wesentliche Rolle bei Aufmerksamkeits-, Motivations- und Anhedonie-Defiziten, die Kernsymptome einer depressiven Störung sind. Es hat sich gezeigt, dass die präsynaptische D2r-Dichte (Dopamin-2-Rezeptor) im präfrontalen Kortex (PFC) bei depressiven Patienten im Vergleich zu gesunden Personen deutlich geringer ist.

Derzeit werden in den meisten Studien mit bildgebenden Verfahren bei depressiven Patienten hauptsächlich verschiedene Arten der Magnetresonanztomographie (MRT) oder separate nuklearmedizinische Bildgebung mit Positronenemissionstomographie (PET)-Tracern eingesetzt. Die Rolle der traditionellen MRT bei der Beurteilung von Depressionen und anderen psychiatrischen Störungen zielt in verschiedenen Studien hauptsächlich darauf ab, strukturelle Merkmale zu differenzieren und somit dazu beizutragen, die Diagnose in diesem Aspekt zu stärken. Im Gehirn von MDD-Patienten wurden im Vergleich zu Kontrollpersonen mehrere strukturelle Veränderungen gemessen. Darunter zeigte sich auch im Vergleich zu remittierten Patienten ein verringertes Hippocampusvolumen, ein erhöhtes Hypothalamus-Hypophysen-Volumen, ein verringertes präfrontales Kortex- (PFC) und Basalganglienvolumen. Diese Ergebnisse werden auch im Einklang mit der bisher größten Metaanalysestudie zu strukturellen Veränderungen mithilfe von MRT- und CT-Scans ermittelt. PET-Scans geben Hinweise auf den allgemeinen oder erregerspezifischen Stoffwechsel des Gehirns. Bei den meisten PET-Scans, die bei depressiven Patienten durchgeführt werden, werden FDG- oder 11-C-Serotonin-Radioliganden verwendet. Nur wenige Studien untersuchen die F-DOPA-PET-Aufnahme bei depressiven Patienten, meist mit Parkinson-Depression und einer mit affektiver Abflachung oder impulsiven Symptomen, an einer sehr kleinen Stichprobe (n=6). Die meisten Studien zeigen Hinweise auf eine verminderte DOPA-Aufnahme im Striatum, insbesondere im Nucleus Accombens (NAc). Es sind zusätzliche Informationen erforderlich, die auf die Aufnahme von F-DOPA in relevanten Regionen des Gehirns bei MDD hinweisen. Nach unserem besten Wissen wird dies die erste Studie sein, in der [18F] F-DOPA PET/MRT bei depressiven Patienten eingesetzt wird. PET/MRT bietet echte multimodale Bildgebung durch die Kombination von Anatomie, Funktion und molekularen Prozessen, die eine genauere Identifizierung der Krankheitsbeurteilung ermöglichen.

Eine gut belegte Tatsache ist, dass genetische Faktoren zusammen mit Umweltfaktoren, die über die gesamte Lebensspanne hinweg auftreten, wahrscheinlich die Ursache für die Anfälligkeit für Depressionen sind. In einer Megaanalyse mehrerer genomweiter Assoziationsstudien (GWAS), in der 1,2 Millionen autosomale und X-chromosomale Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs) analysiert wurden, wurde jedoch festgestellt, dass kein SNP eine genomweite Bedeutung erlangte. Diese Diskrepanz zwischen der stets beobachteten erheblichen Erblichkeit einer schweren Depression (18) und der Tatsache, dass keine spezifischen genetischen Varianten identifiziert wurden, die eindeutig zur Erkrankung beitragen, lässt darauf schließen, dass andere Mechanismen am Werk sind. Epigenetik bezieht sich auf die Veränderungen in der Chromatinstruktur, die Veränderungen in der Genexpression zugrunde liegen und die nicht mit Veränderungen in der DNA-Sequenz verbunden sind. Die DNA-Methylierung ist eines der Systeme, die der Epigenetik zugrunde liegen. Die Methylierung der DNA erfordert die Hinzufügung einer Methylgruppe an der 5'-Position von Cytosinen in CpG-Dinukleotiden. Nach der Methylierung von Cytosin wird der Zugang von Transkriptionsfaktoren zu regulatorischen Elementen aufgrund sterischer Interferenzen verringert. DNA-Methylierungsmuster sind einerseits vererbbar und reagieren andererseits dynamisch auf die Umgebung. Dieses Merkmal der Epigenetik macht sie zu einem Regulierungsmechanismus, der die Genexpression bestimmt und mit der Natur psychiatrischer Störungen übereinstimmt. In verschiedenen Geweben, die unterschiedlichen Umgebungen ausgesetzt sind, werden unterschiedliche Muster der DNA-Methylierung beobachtet. Es ist sogar zwischen einzelnen Gehirnregionen unterschiedlich. Eine epigenomweite Assoziationsstudie (EWAS) ist in Vorbereitung. In einem von ihnen fanden Forscher im PFC-Gewebe postmortal depressiver Probanden eine Anreicherung neuronaler Wachstums- und Entwicklungsgenstellen wie des Brain Driven Neurotrophic Factor (BDNF). Verminderte BDNF-Spiegel sind ein gut etablierter Marker für Depressionen. Auch im Hippocampus von Tieren, die chronischem Stress ausgesetzt waren, wurde über geringere BDNF-Proteinspiegel berichtet. Interessanterweise erhöhte die Verabreichung von Antidepressiva den BDNF im Hippocampus und verhinderte so den stressbedingten Rückgang. Diese Ergebnisse sind angesichts des Volumenverlusts des Hippocampus, der bei Stimmungsstörungen beobachtet wird, und der verringerten BDNF-Serumspiegel bei Personen mit Stimmungsstörungen oder depressiven Persönlichkeitsmerkmalen faszinierend. Basierend auf diesen konvergenten präklinischen und klinischen Daten stellt das BDNF-Gen ein logisches Ziel für genetische Untersuchungen von Stimmungsstörungen dar.

Eine weitere epigenomweite Assoziationsstudie zur Analyse der Vollblut-DNA ergab, dass die Plasmaspiegel von IL-6 und C-reaktivem Protein (CRP) bei Personen mit lebenslanger Depression erhöht waren, und bei Personen mit nur Depression zeigte die IL-6-Methylierung eine umgekehrte Korrelation mit dem Plasma IL-6 und CRP.

Bisher gibt es in der psychiatrischen Klinik keine einheitliche Bildgebungspraxis, die es erlaubt, zu unterscheiden, welche medikamentöse Therapie für welchen Patienten optimal ist. Nach unserem besten Wissen wird dies die erste Studie sein, die die Behandlungskompatibilität mithilfe der Kombination aus [18F] F-DOPA-PET/MRT-Bildgebung und Symptombeurteilung vor der Behandlung bewertet.

Studienziele und Zweck:

Ziel der Studie ist es, die Machbarkeit der Modalität Bildgebung und Symptombewertung bei der Vorhersage der Behandlungskompatibilität zu bewerten. Der Dopaminstoffwechsel wurde im mesocorticolimbischen System (VTA-NAc-PFC) mittels 18F-FDOPA-PET mit strukturellen und funktionellen MR-Befunden bei Patienten mit diagnostizierter Depression vor der Behandlung gemessen.

Hauptziele:

1. Vergleich der naiven Werte der F-DOPA-Wiederaufnahme bei gesunden Personen mit unbehandelten depressiven Patienten im mesokortikolimbischen System (VTA-NAc-PFC) und Bewertung der strukturellen Unterschiede zwischen den beiden Gruppen im Hippocampus, der Hypothalamus-Hypophyse und dem mesokortikolimbischen System (VTA- NAc-PFC) und Ruhezustands-fMRT.

Sekundäre Ziele:

1. Vergleich der Unterschiede der DNA-Methylierung im Plasma von Patienten im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen.
2. Beurteilung der Korrelation zwischen dem Schweregrad der Symptome (bewertet anhand der Hamilton-Bewertungsskala) zu Studienbeginn und nach 6 Monaten mit dem PET-18F-DOPA-Aufnahmerepertoire im mesocorticolimbischen System, Strukturmessungen und DNA-Methylierung.

Materialen und Methoden:

Studiendesign: Eine prospektive Pilotstudie.

Klinische Untersuchung:

Ein quantitatives Maß für die Belastung durch Symptome wird durch eine klinische Beurteilung auf der Grundlage der „Hamilton Rating Scale for Depression“ und der DSM-V-Kriterien zu Studienbeginn (Vorbehandlung), 3 Monate und 6 Monate nach Behandlungsbeginn ermittelt. Laut DSM-5 erfordert die Diagnose einer Depression fünf (oder mehr) der folgenden Symptome, die während desselben zweiwöchigen Zeitraums vorhanden sind und eine Veränderung gegenüber der vorherigen Funktionsfähigkeit darstellen: (1) depressive Stimmung (2) Verlust von Interesse oder Vergnügen . (3) Erheblicher Gewichtsverlust oder Gewicht. (4) Schlaflosigkeit oder Hypersomnie. (5) Psychomotorische Unruhe oder Retardierung.(6) Fast Müdigkeit oder Energieverlust. (7) Gefühle der Wertlosigkeit oder übermäßiger oder unangemessener Schuldgefühle.(8) Verminderte Denk- oder Konzentrationsfähigkeit. (9) Wiederkehrende Todesgedanken.

Die Symptombewertung der Hamilton-Bewertungsskala wird von einem Psychiater durchgeführt. Schließlich werden wir versuchen, bestimmte Symptomcluster mit der Behandlungskompatibilität in Abhängigkeit von bildgebenden und molekularen Befunden zu verknüpfen. Die Kompatibilität der Behandlung mit diesen Medikamenten wird mit dem Prozentsatz des Behandlungserfolgs in der Klinik nach dem Standard der Pflege verglichen. Die Beurteilung des Fortschritts des Patienten wird durch eine Veränderung der Symptome und/oder einen zweiten Scan durch Nachuntersuchungen nach 3,6 Monaten bestimmt.

.Bildgebendes diagnostisches PET/MR-Protokoll: Wir würden die Auswertung der Aufnahmeratenkonstante (K(i)) des Dopaminvorläufers 3,4-Dihydroxy-6-[18F]-fluor-l-phenylalanin ([18F] FDOPA) verwenden spiegelt den L-Dopa-Transport wider. L-aromatische Aminosäure-Decarboxylase-Aktivität, vesikuläre Aufnahme und Anzahl der Dopamin-Nervenendigungen. Wir möchten die [18F] F-DOPA-Aufnahme im mesocorticolimbischen Netzwerk bei depressiven, nicht medikamentös behandelten Patienten und gesunden Personen messen und vergleichen. Anschließend werden wir das Aufnahmerepertoire von [18F] F-DOPA untersuchen und ein typisches räumlich-zeitliches Muster entlang verschiedener depressiver Gehirne in Übereinstimmung mit den vielen Arten der Manifestation von Symptomen sowie molekularen und demografischen Daten charakterisieren. Darüber hinaus würden wir neue MR-Sequenzen wie die diffuse Tensor-Bildgebung (DTI) und die suszeptibilitätsgewichtete Bildgebung (SWI) implementieren, um den mesokotikolimbischen dopaminergen Trakt zu bewerten und T1-, T2-Sequenzen zur Messung des Hippocampus- und Hypothalamus-Hypophysen-Volumens bei diesen Patienten verwenden im Vergleich zu gesunden Personen. Darüber hinaus werden wir die T2*-Sequenz verwenden, um die blutsauerstoffspiegelabhängige (BOLD) Kontrastbildgebung im Ruhezustand zu bewerten. Darüber hinaus werden die Scan-Ergebnisse mit der klinischen Bewertung der Symptome bei nicht medikamentös behandelten Patienten korreliert.

Alle Scans werden in der Abteilung für Nuklearmedizin des Tel-Aviv Assuta Medical Center unter Verwendung eines PET/MR-Scanners (Biograph mMR, Siemens AG, Erlangen, Deutschland) gemäß den Richtlinien des Herstellers durchgeführt.

Patienten müssen mindestens 4 Stunden vor ihrer Ankunft in der Abteilung nüchtern sein. Bei der Ankunft wird ein intravenöser Katheter für die Verabreichung von Radiopharmaka und Gadolinium gelegt. Die Patienten erhalten eine intravenöse Injektion von 10 mCi 18F-FDOPA auf dem PET-MR-Tisch und der Scanvorgang beginnt sofort. Zusammen mit den verschiedenen MR-Sequenzen werden dynamische PET-Parameter erfasst. Die MR des Gehirns umfasst die folgenden Sequenzen: T1, T2 und T2 Fluid Attenuated Inversion Recovery Sequence (FLAIR), Suszeptibilitätsgewichtete Sequenzen (SWI), Diffuse Tensor Imaging (DTI), Blutoxygenierungsniveau-abhängige (BOLD) Signale für Funktionelle Bildgebung im Ruhezustand. Darüber hinaus wird die Durchblutung des Gehirns mit und ohne Gadolinium untersucht. Eine anatomische stereotaktische Karte des Gehirns wird mit der ExploreDTI-Software kongruent zu den Scans geschichtet.

Für kontrastverstärkte Sequenzen verwenden wir Dotarem (Gadotersäure) (0,2 ml/kg, 0,1 mmol/kg bei 2 ml/s, 20 ml Kochsalzlösung). Die gesamte Scanzeit beträgt etwa 45 Minuten.

Datenerhebung und Verfahren:

Für geeignete gesunde Freiwillige werden zu Studienbeginn folgende Daten erfasst:

1. Basisparameter: Geburtsdatum, Geschlecht, sozioökonomischer Status, ethnische Zugehörigkeit, Rauchen, Alkoholkonsum.
2. Detaillierte Krankengeschichte.
3. Liste der Medikamente
4. Bewertung der Symptome anhand der Hamilton-Bewertungsskala für Depressionen
5. Blutprobe

Für geeignete depressive Patienten werden die folgenden Daten zu Studienbeginn, nach 3 Monaten und nach 6 Monaten aufgezeichnet.

1. Basisparameter: Geburtsdatum, Geschlecht,
2. Detaillierte Krankengeschichte.
3. Liste der Medikamente
4. Bewertung der Symptome anhand der Hamilton-Bewertungsskala für Depressionen
5. Blutprobe
6. Klinische Diagnose und Auftreten der Symptome.

Sammlung biologischer Proben:

Vor den Scans werden Blutproben von Patienten und gesunden Kontrollpersonen entnommen Beurteilung der DNA-Methylierung des gesamten Genoms im Plasma von peripherem Blut. Es werden Blutproben von gesunden Kontrollpersonen und deprimierten Patienten zu Studienbeginn entnommen. Bei depressiven Probanden wird außerdem 6 Monate nach Beginn der Behandlung Blut abgenommen, um die Genexpression von mRNA oder Protein spezifischer Marker auf der Grundlage epigenetischer Befunde aus der Grundlinie zu bewerten.

Analyse der genomweiten Promotor-DNA-Methylierung:

Das für die MeDIP-Analyse verwendete Verfahren wurde aus zuvor veröffentlichten Protokollen angepasst.(13,14) Kurz gesagt werden 2 μg DNA beschallt und methylierte DNA wird unter Verwendung von Anti-5-Methyl-Cytosin (Eurogentec, Fremont, CA, USA) immunpräzipitiert. Der DNA-Antikörper-Komplex wurde mit Protein G immunpräzipitiert und die methylierte DNA wird dann in Verdauungspuffer (50 mM TRisHCl pH8; 10 mM EDTA; 0,5 % SDS) resuspendiert und über Nacht bei 55 °C mit Proteinase K behandelt. Die eingegebene und gebundene Fraktion wird gereinigt, mit dem Whole Genome Amplification Kit (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) amplifiziert und für die Microarray-Hybridisierung mit Cy3-dUTP bzw. Cy5-dUTP unter Verwendung des CGH Enzymatic Labeling markiert Kit (Agilent Technologies, Mississauga, ON, Kanada) gemäß den Anweisungen des Herstellers. Es wurden speziell entwickelte Kachelarrays verwendet (Agilent Technologies). Alle Schritte der Hybridisierungs-, Wasch-, Scan- und Merkmalsextraktionsverfahren werden gemäß dem Protokoll von Agilent Technologies für die Chip-on-Chip-Analyse durchgeführt. Extrahierte Microarray-Intensitäten werden mithilfe der R-Softwareumgebung für statistische Berechnungen (http://www.r-project.org/) verarbeitet und analysiert.

Genspezifische Validierung:

Die Validierung der MeDIP-Daten erfolgt mittels quantitativer Echtzeit-PCR (QPCR) unter Verwendung der 2-ΔΔCt-Methode. Die Daten werden als Gruppenmittelwerte ± Standardabweichung ausgedrückt. Die Graphpad 5-Software wird zur Durchführung einseitiger Mann-Whitney-U-Tests verwendet.

RNA-Extraktion aus menschlichem Blut:

Blut für die RNA-Extraktion wird vor der Injektion des Radioliganden gesammelt und in PAXgene-Blut-RNA-Röhrchen (PreAnalytiX, Hombrechtikon, Schweiz) aufgezogen. Die RNA wird mit dem PAXgene Blood RNA Kit (Qiagen) extrahiert. Die Qualität und Quantität der RNA-Proben wird mit einem Agilent 2100 Bioanalyzer (Agilent Technologies, Böblingen, Deutschland) analysiert.

Analyse der Genexpression im menschlichen Blut:

Die Reverse Transkription wird mit dem leistungsstarken cDNA Reverse Transcription Kit (Life Technologies, Darmstadt, Deutschland) durchgeführt. Die Genexpressionsniveaus werden mithilfe von QPCR und der 2-ΔΔCt-Methode analysiert. Die Daten werden als Gruppenmittelwerte ± Standardabweichung ausgedrückt. Die statistische Signifikanz wird mithilfe einseitiger Mann-Whitney-U-Tests getestet.

Pyrosequenzierung:

Die Promotorregion spezifischer Gene wird durch Pyrosequenzierung analysiert. Kurz gesagt, Fragmente Bisulfit-behandelter DNA (EpiTect Bisulfite Kit, Qiagen) werden durch PCR (HotStar Taq DNA Polymerase, Qiagen) mit Primerinformationen unter Verwendung eines unmodifizierten Vorwärtsprimers und eines mit Biotin markierten Rückwärtsprimers (Eurofins, Ebersberg, Deutschland) amplifiziert. . Die Pyrosequenzierung wird mit einem PyroMark Q24 Advanced-System (Qiagen; Primerinformationen siehe Ergänzungstabelle S2) gemäß dem Protokoll des Herstellers durchgeführt. Methylierte und unmethylierte EpiTect-Kontroll-DNA-Proben (Qiagen) werden als Kontrollen für die Bisulfit-Umwandlung, Amplifikation und Pyrosequenzierung verwendet. Der Prozentsatz der Methylierung an jeder CpG-Stelle wird mit der PyroMark Q24 Advanced-Softwareversion 3.0.0 quantifiziert (Qiagen) Die Sequenzierung wird in dreifacher Ausfertigung durchgeführt. Qualitätskontrollfilterung und statistische Analysen der Pyrosequenzierungsergebnisse werden mit R Version 2.15.3 (http://www.r-project.org) durchgeführt. Messungen, die von der Pyromark-Software als unzuverlässig markiert wurden, werden aus dem Datensatz entfernt. Dreifache Messungen werden nach der Entfernung von Ausreißern (Werte, die mehr als 3 % abweichen) gemittelt. Ein Mann-Whitney-U-Test wird verwendet, um den mittleren Prozentsatz der Methylierung von CpG-Stellen für die ELS mit denen der Kontrollgruppen zu vergleichen. Die Daten werden als Mittelwert ± s dargestellt. e.m.

Genetische Analyse:

Genotypen werden anhand von GWAS-Daten einer früheren MDD-Studie untersucht. dbSNP ausgewählter Gene (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP) wird nach SNPs (Einzelnukleotid-Polymorphismen) in den Genen durchsucht. Der satzbasierte Test, wie er in PLINK (v1.0.7)39 implementiert ist, wird durchgeführt (mit Standardoptionen und 105 Permutationen), um den Zusammenhang zwischen MDD und dem gesamten Satz genetischer Varianten im Datensatz zu testen

MR-Befunde:

• T1,T2 3D-Messungen (Volumenbeurteilung) des Hippocampus, der Hypothalamus-Hypophyse und der mesokortikolimbischen Drüse.
• DTI-Messungen im mesocorticolimbischen dopaminergen Trakt.
• Vergleich von Ruhezustands-f-MRT (BOLD)-Gehirnnetzwerken bei Patienten mit Depression mit Normalkarten

PET-Befunde:

1. Visuelle Beurteilung und quantitative Messungen von statischem F-DOPA (z. B. SUVmax und SUVmean) werden bilateral im VTA, NAc, PFC durchgeführt.
2. Messungen dynamischer F-DOPA-Parameter wie Ki, sofern verfügbar (z. B. Zeit bis zum Spitzenwert, Spitzenwert usw.), werden gemessen.

Statistiken:

Die Patientenmerkmale werden mithilfe deskriptiver Statistiken zusammengefasst. Quantitative Variablen werden als Mittelwert und SD dargestellt, qualitative Variablen werden als Häufigkeiten dargestellt.

Der Pearson-Korrelationskoeffizient wird verwendet, um die Stärke der Beziehung zwischen der PET in den verschiedenen Gehirnbereichen und den Cluster-Symptomen zu messen.

Ein t-Test wird verwendet, um die Mittelwerte der verschiedenen Parameter zu vergleichen. Stichprobengröße: Hierbei handelt es sich um eine Pilotstudie, für die eine Stichprobengröße von 60 Probanden (30 gesunde Personen und 30 Patienten) erforderlich ist.

Teilnehmerstichprobe: Alle Patienten, die die Einschlusskriterien erfüllen und eine Einverständniserklärung abgeben, werden nacheinander aufgenommen.

Vertraulichkeit:

Alle Daten werden kodiert und der Proband wird nur durch die Initialen des Probanden und durch die Studiennummer des Probanden identifiziert.

Die Kodierung wird von den Ermittlern durchgeführt und auf ihren gesicherten Computern sowie in der Ermittlerakte gespeichert, die in einem Schrank im Büro des Hauptermittlers verschlossen ist.

Für alle Berichte und Mitteilungen im Zusammenhang mit den Studienteilnehmern wird der angegebene Code verwendet, ohne personenbezogene Daten.