IGF ja muut neurotrofiset tekijät dementiapotilailla

Johdanto Dementia Dementian arvioitu esiintyvyys Tanskassa on 85 000 (2011) ja maailmanlaajuinen esiintyvyys on lähes 36 miljoonaa (2010). Lisäksi määrän ennustetaan kaksinkertaistuvan seuraavien 20 vuoden aikana, mikä johtuu pääasiassa väestön ikääntymisestä. Dementian kustannukset ovat 1 % maailman bruttokansantuotteesta – näkökulma, joka haastaa nykyiset terveydenhuoltojärjestelmät ja kansantaloudet (1,2,3).

Dementia sisältää useita progressiivisia rappeuttavia aivosairauksia. Dementialle on ominaista kognition, toiminnan ja käyttäytymisen asteittainen heikkeneminen, joka on riittävän vakavaa vaarantaakseen sosiaalisen ja ammatillisen toiminnan. Dementialle on tyypillistä episodisen muistin menetys, nimeämis- ja sanojen löytämisvaikeudet, apraksia, toimeenpanon toimintahäiriöt sekä muutokset persoonallisuudessa ja mielialassa. Yleisin dementian syy on Alzheimerin tauti (4, 5, 6).

Alzheimerin dementian patogeneesi on edelleen vaikeaselkoinen. Monien vuosien ajan Alzheimerin dementian patofysiologinen tunnusmerkki on ollut myrkyllisyys, jonka aiheuttaa proteiinien amyloidi-beeta kerääntyminen plakkeihin ja fosforyloituneeseen tau-proteiiniin, joka liittyy neurofibrillaarisiin sotkuihin. Tämä teoria perustuu kuitenkin geneettiseen "varhain alkavaan familiaaliseen Alzheimeriin", joka on harvempi perinnöllinen tyyppi. Tällä hetkellä hypoteesit Alzheimerin taudin patogeneesistä ovat itse asiassa eri mieltä amyloidi-beeta-teorian kanssa. Siksi on tarpeen lisätä ymmärrystämme mekanismeista, jotka johtavat Alzheimerin taudin yleisimpiin muotoihin. Taudin parempi ymmärtäminen voi mahdollistaa Alzheimerin varhaisemman diagnoosin ja mikä tärkeintä, kausaalisen hoidon, toisin kuin nykyään saatavilla olevat pelkkä oireenmukaiset vaihtoehdot (4, 7, 8, 9).

IGF-järjestelmä Yksi viimeaikaisen dementian tutkimuksen pääalueista on neurotrofisen tuen rooli, joka on insuliinin ja insuliinin kaltaisen kasvutekijäjärjestelmän tutkimusalue. Insuliini ja IGF-järjestelmä ovat tärkeitä normaalissa somaattisessa kasvussa, kehityksessä, kudosten korjaamisessa ja regeneraatiossa koko elämän ajan. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että aivojen glukoosin käytön ja energia-aineenvaihdunnan heikkeneminen edustaa hyvin varhaisia ​​poikkeavuuksia, jotka edeltävät kognitiivisen heikentymisen alkuvaiheita tai seuraavat niitä. Tyypin 2 diabetesta, jolle on usein tunnusomaista insuliiniresistenssi, ei kuitenkaan ole osoitettu Alzheimerin taudin syyksi, vaikka insuliiniresistenssin ja kognitiivisten toimintahäiriöiden välillä on korrelaatio.

IGF-I:n ja IGF-II:n solujen signalointireitit menevät suuressa määrin päällekkäin insuliinin käyttämien reittien kanssa, ja kaikki kolme proteiinia sitoutuvat samoihin reseptoreihin, vaikkakin eri affiniteeteilla. Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että aivo-selkäydinnesteen (CSF) ja plasman (CSF/plasma-suhde) IGF-I-pitoisuuksien välinen suhde on pienentynyt Alzheimer-potilailla. Mielenkiintoista on, että IGF-I näyttää edistävän amyloidi-beetan puhdistumaa.

IGF-II:ta on tutkittu vähemmän, mutta se ilmentyy aivoissa sekä kehityksen aikana että aikuisiässä ja vähenee ikääntymisen myötä. Aivoissa suhteellinen pitoisuus on korkein hippokampuksessa. (10-14). Lisäksi ryhmällämme on uusia tietoja, jotka osoittavat, että CSF:ssä IGF-II on tärkein kasvutekijä IGF-I-reseptorin aktivoinnissa (Mia-Maiken Kallestrup et al., käsikirjoitus valmisteilla).

Muisti Muisti on konsolidoitumiskysymys, jolloin vasta opittu labiili tieto vahvistuu ja kestää häiriötä. Tämä prosessi riippuu de novo RNA:sta ja proteiinisynteesistä sekä cAMP-vasteelementtiä sitovan proteiinin (CREB) ja CCAAT-tehostajaa sitovan proteiinin (C/EBP) toiminnasta, jotka molemmat ovat transkriptiotekijöitä. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että C/EBP:lle on sitoutumiskohta IGF-II-geenin promoottorialueella maksassa ja muissa kudoksissa (10).

IGF-II ja muisti Dementian pulman ratkaisemiseksi on tärkeää selittää varhaiset muutokset dementian alkuvaiheessa olevissa biomarkkereissa ja siten mahdollisesti paljastaa patogeneesi ja mahdolliset hoidot. Kokeilu rotilla ja muistilla on saattanut jo ottaa ensimmäisen askeleen kohti tätä. On osoitettu, että IGF-II:n antaminen rotille parantaa merkittävästi muistin säilymistä ja estää unohtamisen. Lisäksi estävä välttämisoppiminen (paradigma, jossa koehenkilö oppii yhdistämään tietyn kontekstin tapahtumaan) johtaa IGF-II:n hippokampuksen ilmentymisen lisääntymiseen. Lopuksi, mikä on vielä tärkeää, rekombinantti-IGF-II:n injektiot hippokampukseen harjoittelun tai muistin palauttamisen jälkeen lisäävät merkittävästi muistin säilymistä ja estävät unohtamisen (10).

Neurotrofiset kasvutekijät:

Aikuisen ihmisen aivot pystyvät synnyttämään uusia hermosoluja, vaikka niiden kapasiteetti on rajallinen. Mahdollisesti tämä kapasiteetti riippuu riittävistä neurotrofisista kasvutekijöistä. Neurotrofisia tekijöitä ovat hermokasvutekijä (NGF) ja aivoista peräisin oleva neurotrofinen tekijä (BDNF).

BDNF on tärkeä hermosolujen selviytymisessä, synaptisessa plastisuudessa ja muistissa, mikä yhdessä Alzheimerin taudin alkuvaiheessa olevan BDNF-tason nousun kanssa viittaa yhteyteen. BDNF:n lisääntyminen Alzheimerin taudin alkuvaiheissa voisi olla heijastus hermoston rappeutumisen kompensaatiosta. Alzheimerin taudin etenemisen aikana BDNF-taso laskee terveiden iäkkäiden ihmisten tasolle.

NGF indusoi hermosolujen kasvua ja ylläpitää hermosolujen lisääntymistä vuorovaikutuksessa muiden kasvutekijöiden kanssa. NGF-tasot seerumissa, CSF:ssä tai aivoissa eivät näytä eroavan Alzheimerin tautia sairastavilla potilailla ja normaaleista iäkkäistä potilaista, mutta näyttävät vaihtelevan eri aivoalueiden välillä. Lopuksi BDNF:n ja NGF:n ilmentymismalli korreloi voimakkaasti amyloidipitoisuuden kanssa (15).

Erilaistumisklusteri 163 (CD-163) CD-163 on scavenger-reseptori, joka tunnistaa ja ottaa vastaan ​​makromolekyylejä hemoglobiini-haptoglobiinikompleksille ja sen tasoille, mikä osoittaa monosyytti-makrofagien aktivoitumisen. Reseptorin liukoista muotoa kutsutaan sCD163:ksi ja sitä löytyy plasmasta. Plasman sCD163-tasot ovat lisääntyneet monissa tulehdussairauksissa (16).

Hypoteesi Dementiapotilailla on säädellyt IGF-I:n, IGF-II:n, NGF:n, BDNF:n ja sCD-163:n pitoisuus ja/tai aktiivisuus aivo-selkäydinnesteessä.

Tarkoitus Määrittää IGF-I:n, IGF-II:n, BDNF:n, NGF:n ja sCD-163:n pitoisuus ja biologinen aktiivisuus aivo-selkäydinnesteessä ja seerumissa Alzheimerin tautia sairastavilla potilailla verrokkeihin (potilaat, joilla on määrittelemättömiä neurologisia oireita tai sairautta).

Menetelmä Tutkimuspopulaatio Kaikkien osallistuvien potilaiden on oltava yli 18-vuotiaita. Heidät suljetaan pois tutkimuksesta akuutin bakteeriperäisen hermotulehduksen ja akuutin verenvuodon yhteydessä. Tämän projektin tutkimuspopulaatio sisältää kaikki potilaat, joilla on todettu tai epäilty dementia ja joille tehdään lannepunktio Aarhusin yliopistollisen sairaalan neurologian osastolla osana tutkimusta. heidän diagnostista työtään.

Kontrollit sisältävät potilaat, joilla on määrittelemättömät neurologiset oireet tai sairaudet, joille tehdään lannepunktio Århusin yliopistollisen sairaalan neurologian osastolla osana diagnostista työtään tästä tutkimuksesta riippumatta.

Potilaat saavat tietoa tutkimushankkeesta ja heitä pyydetään antamaan sisältönsä osallistumiseen. Osallistuminen edellyttää 2-3 ml ylimääräistä selkäydinnestettä ja ylimääräistä verinäytettä (10 ml), jota käytetään IGF-järjestelmän komponenttien ja neurotrofisten tekijöiden analysointiin. Osallistujat eivät saa minkäänlaista maksua, mutta voivat saada korvauksen kuljetuksesta.

Diagnostisen työn ja sitä kautta tutkimusprojektin aikana otamme aina potilaan henkisen ja fyysisen kunnon huomioon. Tutkimushanke toteutetaan henkilötietojen käsittelystä annetun lain mukaisesti.

Århusin yliopistollisen sairaalan neurologian osastolla dementiaklinikka käyttää lannepunktiota diagnostisena työkaluna noin kolmella potilaalla viikossa. On arvioitu, että noin 1/3 - 1/2 näistä potilaista päätyy Alzheimerin diagnoosiin ja nämä potilaat otetaan lopulta mukaan projektiin 36-40 viikon ajan. Kaiken kaikkiaan tutkimusjakson aikana tämä mahdollistaa 50-60 potilaan osallistumisen.

Analyysi Selkäydinneste ja seerumi analysoidaan lääketieteellisessä tutkimuslaboratoriossa. Selkäydinneste ja verinäytteet talletetaan tutkimusbiopankkiin Århusin yliopistolliseen sairaalaan. Suunnitelmana on tehdä kaikki biokemialliset analyysit samaan aikaan, kun kaikki näytteet on kerätty. Mikäli alalta tiedetään, aiomme tallettaa näytteet 5 vuodeksi tämän projektin jälkeen. Jos näytteitä käytetään johonkin toiseen hankkeeseen Kansallinen terveystutkimuksen etiikkakomitea ja Tanskan tietosuojavirasto vaativat hakemuksen vielä kerran.

IGF-I:n ja IGF-II:n immunologiset pitoisuudet mitataan validoiduilla talon sisäisillä analyyseillä. Lisäksi Aarhusin yliopistollisessa sairaalassa on ainutlaatuinen tekniikka, jolla voidaan mitata IGF-I:n ja -II:n bioaktiivisuutta aivo-selkäydinnesteessä. Tekniikka perustuu vuonna 2003 kehitettyyn solupohjaiseen sisäiseen bioanalyysiin. Tässä menetelmässä otetaan huomioon, että suuri osa IGF-I:stä ja IGF-II:sta on sitoutunut proteiineihin ja siten sitä pidetään biologisesti inaktiivisena. Biotestillä voidaan mitata sekä seerumin että aivo-selkäydinnesteen kyky stimuloida IGF-IR:tä in vitro, mikä tekee menetelmästä paljon spesifisemmän. Ryhmämme pilottitutkimukset ovat osoittaneet, että on mahdollista mitata biologista IGF-IR-aktiivisuutta aivo-selkäydinnesteessä. On todistettu, että:

i) Aivo-selkäydinnesteen biologinen IGF-aktiivisuus in vitro tulee ensisijaisesti IGF-II:sta. ii) Biologinen aktiivisuus on paljon odotettua korkeampi verrattuna yksinkertaisiin pitoisuusmittauksiin IGF:ää sitovien proteiinien alhaisten pitoisuuksien vuoksi.

IGF:ää sitovien proteiinien immunologiset pitoisuudet mitataan kaupallisilla tai itse kehitetyillä immunomäärityksillä ja ligandiblottaustekniikoilla.

NGF-, BDNF- ja sCD-163-pitoisuudet selkäydinnesteessä ja seerumissa analysoidaan jo vakiintuneilla tekniikoilla ja selkäydinnestettä tutkitaan spektrometrisesti.

Kliininen tutkimus Kliininen tutkimus tehdään luonnollisena osana dementian tutkimusta. Tämä sisältää sairaushistorian ja objektiivisen tutkimuksen, CT-skannauksen ja kognitiiviset testit, mukaan lukien MMSE (mini-mental state -tutkimus) ja ACE (Adenbrooken kognitiivinen tutkimus). Epäselvissä tapauksissa neurofysiologi suorittaa laajemman tutkimuksen. Kliinisestä tutkimuksesta saatuja tietoja potilaskertomusten muodossa käytetään dementian mahdollisen diagnoosin arvioimiseen, mukaan lukien taudin eteneminen, ja siten IGF-I:n, IGF-II:n, NGF:n, BDNF ja sCD-163 aivo-selkäydinnesteessä.

Teho IGF:n bioaktiivisuutta aivo-selkäydinnesteessä dementiapotilailla ei ole aiemmin määritetty. Pilottitiedot osoittavat, että IGF-II:n bioaktiivisuus terveillä ihmisillä (n = 9) on 57 ± 13 ng/ml (keskiarvo ± SD). Jos potilasryhmän ero on asetettu arvoon 26 ng/ml ( ̴ 2 x SD), 10 henkilön sisällyttäminen ryhmää kohden antaa projektille 90 % tehon ANOVA:n avulla ja merkittävän 5 % tason. Siksi hankkeeseen on valittu 15 potilasta.

Tilasto ANOVA-ohjelmaa käytetään tilastollisiin analyyseihin. Parametrisia tai ei-parametrisia testejä käytetään riippuen tietojen normaalijakaumasta. Kaikessa tilastollisessa analyysissä käytetään 5 %:n merkitsevyystasoa.

Näkökulma Kuten aiemmin mainittiin, dementian kustannukset ovat jo 1 % maailman bruttokansantuotteesta ja dementian esiintyvyyden odotetaan kaksinkertaistuvan seuraavan kahdenkymmenen vuoden aikana. Taudin etenevä luonne tarkoittaa, että arviolta 43 % dementiatapauksista tarvitsee korkeatasoista hoitoa (vastaa hoitokotia). Siksi on selvää, että ennaltaehkäisy, viivästynyt puhkeaminen, hidastunut eteneminen ja mahdollinen parantuvuus ovat keskeisiä tekijöitä paitsi potilaiden ja omaisten hyvinvoinnille myös terveydenhuoltojärjestelmän taloudelle. (2,17) Tämä tutkimusprojekti perustuu viimeaikaiseen teoriaan dementiasta IGF-järjestelmän sairautena, mutta toisin kuin muista tutkimuksista pystymme mittaamaan pitoisuuksia sekä bioaktiivisuutta. Tämä mahdollisesti avaa lisätietoa dementian dynamiikasta ja paljastaa siten lisätietoa dementian patogeneesistä ja lääketieteellisistä kohteista.

Eettiset näkökohdat Eettiset näkökohdat yleisesti Tässä tutkimusprojektissa mukana oleville potilaille tehdyt testit ovat lannepunktio ja verinäytteitä. Molemmat testit suoritetaan osana diagnostiikkatyötä tästä tutkimuksesta riippumatta.

Lannepunktion tekemiseen liittyy riskejä, kuten lannepunktion jälkeinen päänsärky, jonka ilmaantuvuus on 12 %, mutta se on yleisintä nuoremmilla potilailla. Useimmiten päänsärky on lyhytkestoista ja se voidaan parantaa käyttämällä verilappua. Neulan käyttö lannepunktiossa voi aiheuttaa tilapäistä lannerangan kipua ja kertymistä. Eettiset näkökohdat dementiapotilaille Asianomaisen potilasryhmän eettinen harkinta on laajempi. Kuten aiemmin mainittiin, dementian oireet aiheuttavat muistin menetystä, vaikeuksia löytää oikeita sanoja ja ymmärtää, mitä ihmiset sanovat. Sellaisenaan on kyseenalaista, pystyvätkö potilaat tekemään itsenäisen päätöksen osallistumisesta hankkeeseen (6).

Kaikille dementiapotilaille tehdään kaikki testit osana tavanomaista dementian diagnostista työtä. Tästä syystä tämä tutkimus ei esitä lisätutkimuksia, jotka puolustaisivat tämän tutkimuksen eettistä näkökohtaa. Ottaen huomioon tämän hankkeen alhaisen riskin, lievän dementian muodot sekä taudin korkean esiintyvyyden ja vakavuuden arvioimme tämän hankkeen eettisesti hyväksyttäväksi. Lisäksi on erittäin tärkeää selvittää dementian patogeneesi ja mahdolliset kohteet.

Tavoite Tämän tutkimuksen positiiviset, negatiiviset ja epäselvät tulokset julkaistaan. Tulokset muodostavat pohjan tutkimusvuoden raportille ja artikkelille julkaistavaksi englanninkielisessä vertaisarvioidussa lehdessä.