PET-MRI F-DOPA -aktiivisuus mesokortikolimbisessa järjestelmässä ja masennusoireet hoidon yhteensopivuuden ennustamisessa

Esittely:

Masennushäiriö (MDD) on monipuolinen psykiatrinen häiriö, jonka esiintyvyys on monissa maissa 8–12 % väestöstä.

Nykyisen lähestymistavan mukaan MDD:lle on tunnusomaista monoamiinin välittäjäaineiden heikentynyt aktiivisuus, on epäselvää, johtuuko se niiden reseptorien herkkyyseroista vai synaptisen raon ehtymisestä alhaisesta ilmentymisestä tai mao-a/mao-b-hyperaktiivisuudesta.

Useimmat nykyään käytetyt masennuslääkkeet perustuvat masennuksen monoamiinin poistoteoriaan. Näitä lääkkeitä ovat selektiiviset serotoniinin takaisinoton estäjät (SSRI:t), serotoniininorepinefriinin takaisinoton estäjät (SNRI:t) tai trisykliset masennuslääkkeet (TCA:t), jotka kaikki estävät joidenkin tai kaikkien näiden monoamiinien takaisinottoa aiheuttaen kohonneita tasoja synaptisessa rakossa. Jotkut lääkkeet vaikuttavat suoraan monoamiinireseptoreihin.

Toiminnattoman dopamiinin neurotransmissiolla on olennainen rooli keskittymis-, motivaatio- ja anhedoniassa, jotka ovat masennushäiriön ydinoireita. Pre-synaptisen D2r:n (dopamiini 2 -reseptorin) tiheyden prefrontaalisessa aivokuoressa (PFC) on osoitettu olevan merkittävästi pienempi masentuneilla potilailla verrattuna terveisiin yksilöihin.

Tällä hetkellä useimmat masentuneiden potilaiden kuvantamistekniikoilla tehdyt tutkimukset käyttävät pääasiassa erityyppisiä magneettikuvauksia (MRI) tai erillistä isotooppilääketieteellistä kuvantamista positroniemissiotomografia (PET) -merkkiaineilla. Perinteisen MRI:n rooli masennuksen ja muiden psykiatristen häiriöiden arvioinnissa eri tutkimuksissa tähtää lähinnä rakenteellisten piirteiden erottamiseen ja siten diagnoosin vahvistamiseen siltä osin. MDD-potilaiden aivoissa mitataan useita rakenteellisia muutoksia verrokkeihin verrattuna. Niiden joukossa aivotursotilavuus väheni myös remitoituneisiin potilaisiin verrattuna, lisääntynyt hypotalamuksen ja aivolisäkkeen tilavuus, pienentynyt Pre Frontal Cortex (PFC) ja Basal-Ganglioiden tilavuus. Nämä havainnot on vahvistettu myös suurimman tähän mennessä tehdyn MRI- ja CT-tutkimuksilla tehdyn rakennemuutoksia koskevan meta-analyysitutkimuksen mukaisesti. PET-skannaukset antavat viitteitä aivojen yleisestä tai ainekohtaisesta aineenvaihdunnasta. Useimmat masentuneelle potilaalle tehdyt PET-skannaukset käyttävät FDG- tai 11-C-serotoniiniradioligandeja. Vain muutamassa tutkimuksessa tutkitaan F-DOPA PET:n ottoa masentuneilla potilailla, joista enimmäkseen sairastavat Parkinsonin taudin masennusta ja yhdessä, jolla on affektiivisia litistymiä tai impulsiivisia oireita, erittäin pienellä otoskoolla (n=6). Useimmat tutkimukset osoittavat, että DOPA:n otto on vähentynyt striatumissa, erityisesti Nucleus Accombensissa (NAc). Tarvitaan lisätietoja, jotka osoittavat F-DOPA:n oton asiaankuuluvilla aivojen alueilla MDD:ssä. Tietojemme mukaan tämä on ensimmäinen tutkimus, jossa käytetään [18F] F-DOPA PET/MRI:tä masentuneilla potilailla. PET/MRI tarjoaa todellisen multimodaalisen kuvantamisen yhdistämällä anatomian, toiminnan ja molekyyliprosessit, mikä mahdollistaa taudin arvioinnin tarkemman tunnistamisen.

Hyvin todistettu tosiasia on, että geneettiset tekijät yhdessä ympäristötekijöiden kanssa eliniän aikana ovat todennäköisesti masennuksen haavoittuvuuden taustalla. Useiden genominlaajuisten assosiaatiotutkimusten (GWAS) mega-analyysissä, jossa analysoitiin 1,2 miljoonaa autosomaalista ja X-kromosomin yhden nukleotidin polymorfismia (SNP), ei kuitenkaan löydetty SNP:tä, joka olisi saavuttanut genominlaajuisen merkityksen. Tämä ero vakavan masennuksen johdonmukaisesti havaitun huomattavan perinnöllisyyden (18) ja sen tosiasian välillä, ettei ole tunnistettu erityisiä geneettisiä muunnelmia, jotka vaikuttaisivat voimakkaasti sairauteen, viittaa muihin mekanismeihin. Epigenetiikka viittaa kromatiinin rakenteen muutoksiin, jotka ovat taustalla geenien ilmentymisen muutoksilla ja jotka eivät liity DNA-sekvenssin muutoksiin. DNA:n metylaatio on yksi epigenetiikan taustalla olevista systeemeistä. DNA:n metylointi vaatii metyyliryhmän lisäämisen sytosiinien 5'-asemaan CpG-dinukleotideissa. Sytosiinin metylaation jälkeen transkriptiotekijöiden pääsy säätelyelementteihin vähenee steeristen häiriöiden vuoksi. DNA:n metylaatiomallit ovat toisaalta perinnöllisiä ja toisaalta reagoivat dynaamisesti ympäristöön. Tämä epigenetiikan piirre tekee siitä säätelymekanismeja, jotka määrittävät geenin ilmentymisen, mikä on yhteneväinen psykiatristen häiriöiden luonteen kanssa. Erilaisia ​​DNA-metylaatiomalleja havaitaan erilaisissa kudoksissa, jotka ovat altistuneet erilaisille ympäristöille. Se on jopa erilainen eri aivoalueiden välillä. Epigenomin laajuiset assosiaatiotutkimukset (EWAS) ovat tulossa. Yhdessä niistä post mortem masentuneiden koehenkilöiden PFC-kudoksesta tutkijat havaitsivat rikastuneen hermosolujen kasvu- ja kehitysgeeneissä, kuten aivovetoisessa neurotrofisessa tekijässä (BDNF). Vähentyneet BDNF-tasot ovat vakiintunut masennuksen merkki. Alhaisempia BDNF-proteiinitasoja on raportoitu myös krooniselle stressille altistuneiden eläinten hippokampuksessa. Mielenkiintoista on, että masennuslääkkeiden antaminen lisäsi hippokampuksen BDNF:ää estäen stressin aiheuttaman laskun. Nämä havainnot ovat kiehtovia, kun otetaan huomioon mielialahäiriöissä havaittu hippokampuksen tilavuuden väheneminen ja alentuneet BDNF-seerumitasot henkilöillä, joilla on mielialahäiriöitä tai masennusta persoonallisuuden piirteitä. Näiden konvergoituvien prekliinisten ja kliinisten tietojen perusteella BDNF-geeni edustaa loogista kohdetta mielialahäiriöiden geneettisille tutkimuksille.

Toisessa epigenomin laajuisessa assosiaatiotutkimuksessa, jossa analysoitiin kokoveren DNA:ta, havaittiin, että IL-6:n ja C-reaktiivisen proteiinin (CRP) plasmatasot olivat kohonneet niillä henkilöillä, joilla oli elinikäinen masennus, ja niillä, joilla oli vain masennus, IL-6:n metylaatio osoitti käänteisen korrelaation plasman kanssa. IL-6 ja CRP.

Toistaiseksi psykiatrisella klinikalla ei ole yleistä kuvantamiskäytäntöä, jonka avulla voitaisiin erottaa, mikä lääkehoito on optimaalinen millekin potilaalle. Tietojemme mukaan tämä on ensimmäinen tutkimus, jossa arvioidaan hoidon yhteensopivuutta käyttämällä [18F] F-DOPA PET/MRI-kuvauksen ja oireiden arvioinnin esikäsittelyä.

Opintojen tavoitteet ja tarkoitus:

Tutkimuksen tavoitteena on arvioida modaalikuvantamisen ja oireiden arvioinnin toteutettavuutta hoidon yhteensopivuuden ennustamisessa. Dopamiinin aineenvaihdunta mitattu mesokortikolimbisessa järjestelmässä (VTA-NAc-PFC) 18F-FDOPA PET:llä ja rakenteellisia ja toiminnallisia MR-löydöksiä potilailla, joilla on diagnosoitu masennuksen esihoito.

Päätavoitteet:

1. Vertaamalla terveiden yksilöiden F-DOPA:n takaisinoton naiivitasoja hoitamattomiin masentuneisiin potilaisiin mesokortikolimbisessa järjestelmässä (VTA-NAc-PFC) ja arvioimalla rakenteellisia eroja näiden kahden ryhmän välillä hippokampuksessa, hypotalamus-aivolisäkkeessä ja mesokortikolimbisessa järjestelmässä (VTA- NAc-PFC) ja lepotilan fMRI.

Toissijaiset tavoitteet:

1. Vertaamalla potilaiden plasman DNA-metylaation eroja terveisiin verrokkeihin.
2. Arvioidaan korrelaatiota oireiden vakavuuspisteiden (arvioitu Hamilton Rating Scale -asteikon perusteella) lähtötasolla ja 6 kuukauden kuluttua PET 18F-DOPA:n sisäänottovalikoiman välillä mesokortikolimbisessa järjestelmässä, rakenteelliset mittaukset ja DNA-metylaatio.

Materiaalit ja menetelmät:

Tutkimuksen suunnittelu: Prospektiivinen pilottitutkimus.

Kliininen arvio:

Oireiden määrä määritetään kliinisellä arvioinnilla "Hamilton Rating Scale for Depression" ja DSM-V-kriteerien perusteella lähtötilanteessa (esihoito), 3 kuukautta ja 6 kuukautta hoidon aloittamisen jälkeen. DSM-5:n mukaan masennuksen diagnoosi vaatii viisi (tai useampia) seuraavista oireista, jotka esiintyvät saman 2 viikon aikana ja edustavat muutosta aiempaan toimintaan: (1) masentunut mieliala (2) kiinnostuksen tai nautinnon menetys. . (3) Merkittävä laihtuminen tai paino. (4) Unettomuus tai hypersomnia. (5) Psykomotorinen agitaatio tai hidastuminen.(6) Väsymys tai energian menetys melkein. (7) Arvottomuuden tunne tai liiallinen tai sopimaton syyllisyys.(8) Heikentynyt ajattelu- tai keskittymiskyky. (9) Toistuvat ajatukset kuolemasta.

Psykiatri tekee Hamiltonin luokitusasteikon oireiden arvioinnin. Lopuksi yritämme yhdistää tiettyjä oireyhtymiä hoidon yhteensopivuuteen kuvantamisen ja molekyylilöydösten mukaisesti. Hoidon yhteensopivuutta näiden lääkkeiden kanssa verrataan hoidon onnistumisen prosenttiosuuteen klinikalla "hoidon standardin" mukaisesti. Arvio potilaan etenemisestä määräytyy oireiden muutoksen ja/tai toisen skannauksen perusteella seurantakäynneillä 3,6 kuukauden kuluttua.

.Kuvantamisen diagnostinen PET/MR-protokolla: Käyttäisimme dopamiiniprekursorin 3,4-dihydroksi-6-[18F]-fluori-l-fenyylialaniinin ([18F] FDOPA) sisäänottonopeusvakion (K(i)) arviointia. heijastaa L-dopa-kuljetusta. L-aromaattisen aminohapon dekarboksylaasiaktiivisuus, rakkulakertymä ja dopamiinin hermopäätteiden lukumäärä. Haluaisimme mitata ja verrata [18F] F-DOPA:n ottoa mesokortikolimbisessa verkossa masennuspotilailla ja terveillä yksilöillä. Tämän jälkeen tutkimme [18F] F-DOPA:n sisäänottorepertuaaria ja karakterisoimme tyypillisen spatiotemporaalisen mallin eri masennusaivoissa erilaisten oireiden ilmenemismuotojen sekä molekyyli- ja demografisten tietojen mukaisesti. Lisäksi otamme käyttöön uusia MR-sekvenssejä, kuten diffuusi tensorikuvaus (DTI) ja herkkyyspainotettu kuvantaminen (SWI) mesokotikolimbisen dopaminergisen alueen arvioimiseksi ja käyttäisimme T1-, T2-sekvenssejä aivoturso- ja hypotalamus-aivolisäketilavuuksien mittaamiseen näillä potilailla. verrattuna terveisiin yksilöihin. Lisäksi käytämme T2*-sekvenssiä lepotilan veren-happitasosta riippuvaisen (BOLD) kontrastikuvauksen arvioimiseen. Lisäksi skannaustulokset korreloidaan lääkittämättömien potilaiden oireiden kliiniseen arviointiin.

Kaikki skannaukset tehdään Tel-Aviv Assuta Medical Centerin ydinlääketieteen osastolla käyttäen PET/MR-skanneria (Biograph mMR, Siemens AG, Erlangen, Saksa) valmistajan ohjeiden mukaisesti.

Potilaiden tulee paastota vähintään 4 tuntia ennen osastolle saapumista. Saapumisen yhteydessä asetetaan suonensisäinen katetri radiofarmaseuttista ja gadoliniumia varten. Potilaat saavat suonensisäisen 10 mCi:n 18F-FDOPA:n injektion PET-MR-pöydälle ja skannaus aloitetaan välittömästi. Dynaamiset PET-parametrit hankitaan yhdessä erilaisten MR-sekvenssien kanssa. Aivojen MR sisältää seuraavat sekvenssit: T1, T2 ja T2 nesteen vaimennettu inversion palautussekvenssi (FLAIR), herkkyyspainotetut sekvenssit (SWI), diffuusi tensorikuvaus (DTI), veren happipitoisuudesta riippuvaiset (BOLD) signaalit lepotilan toiminnallinen kuvantaminen. Lisäksi aivojen perfuusio arvioidaan gadoliniumin kanssa ja ilman. Aivojen anatominen stereotaktinen kartta kerrostetaan skannausten mukaisesti ExploreDTI-ohjelmistolla.

Varjoainesekvensseihin käytämme Dotarem (gadoteriinihappoa) (0,2 ml/kg, 0,1 mmol/kg nopeudella 2 ml/s, 20 ml suolaliuosta huuhtelemalla) Kokonaiskuvausaika on noin 45 minuuttia.

Tiedonkeruu ja menettelyt:

Kelpoisista terveistä vapaaehtoisista seuraavat tiedot tallennetaan lähtötilanteessa:

1. Perusparametrit: syntymäaika, sukupuoli, sosioekonominen asema, etnisyys, tupakointi, alkoholin kulutus.
2. Yksityiskohtainen sairaushistoria.
3. Luettelo lääkkeistä
4. Oireiden arviointi Hamiltonin masennuksen luokitusasteikolla
5. Verinäyte

Soveltuvien masentuneiden potilaiden osalta seuraavat tiedot tallennetaan lähtötilanteessa, 3 kuukauden ja 6 kuukauden kuluttua.

1. Perusparametrit: syntymäaika, sukupuoli,
2. Yksityiskohtainen sairaushistoria.
3. Luettelo lääkkeistä
4. Oireiden arviointi Hamiltonin masennuksen luokitusasteikolla
5. Verinäyte
6. Kliininen diagnoosi ja oireiden alkaminen.

Biologinen näytekokoelma:

Potilailta ja terveiltä kontrolleilta otetaan verinäytteitä ennen skannauksia koko genomin DNA:n metyyliaionin arvioimiseksi ääreisveren plasmassa. Verinäytteet otetaan terveiltä kontrolleilta ja masentuneilta potilailta lähtötasolla. Masentuneilta koehenkilöiltä otetaan verta 6 kuukauden hoidon aloituspäivän jälkeen spesifisten merkkiaineiden geeniekspression mRNA:n tai proteiinin arvioimiseksi perusviivan epigeneettisten löydösten perusteella.

Genominlaajuisen promoottori-DNA-metylaation analyysi:

MeDIP-analyysiin käytetty menettely on mukautettu aiemmin julkaistuista protokollista.(13,14) Lyhyesti sanottuna 2 μg DNA:ta sonikoidaan ja metyloitu DNA immunosaostetaan käyttämällä anti-5-metyylisytosiinia (Eurogentec, Fremont, CA, USA). DNA-vasta-ainekompleksi immunosaostettiin proteiini G:llä ja metyloitu DNA suspendoidaan sitten uudelleen digestiopuskuriin (50 mM TRisHCl pH 8; 10 mM EDTA; 0,5 % SDS) ja käsitellään proteinaasi K:lla yön yli 55 °C:ssa. Syötetty ja sitoutunut fraktio puhdistetaan, monistetaan käyttämällä Whole Genome Amplification Kit -sarjaa (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) ja leimataan mikrosiruhybridisaatiota varten Cy3-dUTP:lla ja Cy5-dUTP:llä, vastaavasti käyttämällä CGH Enzymatic Labeling -merkintää. Kit (Agilent Technologies, Mississauga, ON, Kanada) valmistajan ohjeiden mukaisesti. Käytettiin räätälöityjä laatoitusjärjestelmiä (Agilent Technologies). Kaikki hybridisaatio-, pesu-, skannaus- ja piirteiden erotusmenettelyjen vaiheet suoritetaan siru-siru-analyysin Agilent Technologies -protokollan mukaisesti. Poistetut mikrosiru-intensiteetit käsitellään ja analysoidaan käyttämällä R-ohjelmistoympäristöä tilastolliseen laskemiseen (http://www.r-project.org/).

Geenispesifinen validointi:

MeDIP-tietojen validointi suoritetaan käyttämällä kvantitatiivista reaaliaikaista PCR:ää (QPCR) käyttäen 2-ΔΔCt-menetelmää. Tiedot ilmaistaan ​​ryhmän keskiarvoina±s.e.m. Graphpad 5 -ohjelmistoa käytetään yksisuuntaisten Mann-Whitneyn U-testien suorittamiseen.

RNA:n erottaminen ihmisen verestä:

veri RNA:n uuttamista varten kerätään ennen radioligandin injektiota ja vedetään PAXgene Blood RNA -putkiin (PreAnalytiX, Hombrechtikon, Sveitsi). RNA uutetaan käyttämällä PAXgene Blood RNA Kit -sarjaa (Qiagen). RNA-näytteiden laatu ja määrä analysoidaan käyttämällä Agilent 2100 Bioanalyzer -laitetta (Agilent Technologies, Böblingen, Saksa).

Geeniekspression analyysi ihmisen veressä:

Käänteistranskriptio suoritetaan käyttämällä suuren kapasiteetin cDNA Reverse Transcription Kit -pakkausta (Life Technologies, Darmstadt, Saksa). Geeniekspressiotasot analysoidaan käyttämällä QPCR:ää ja 2-ΔΔCt-menetelmää. Tiedot ilmaistaan ​​ryhmän keskiarvoina±s.e.m. Tilastollinen merkitsevyys testataan yksisuuntaisilla Mann-Whitneyn U-testeillä.

Pyrosekvensointi:

Spesifisten geenien promoottorialue analysoidaan pyrosekvensoimalla. Lyhyesti sanottuna bisulfiittikäsitellyn DNA:n fragmentit (EpiTect Bisulfite Kit, Qiagen) monistetaan PCR:llä (HotStar Taq DNA Polymerase, Qiagen) aluketiedoilla käyttämällä modifioimatonta eteenpäin suuntautuvaa aluketta ja biotiinileimattua käänteisaluketta (Eurofins, Saksa). . Pyrosekvensointi suoritetaan käyttämällä PyroMark Q24 Advanced -järjestelmää (Qiagen; aluketiedot, katso lisätaulukko S2) valmistajan protokollan mukaisesti. Metyloituja ja metyloimattomia EpiTect-kontrolli-DNA-näytteitä (Qiagen) käytetään kontrolleina bisulfiitin muuntamiseen, monistamiseen ja pyrosekvensointiin. Metylaatioprosentti kussakin CpG-kohdassa mitataan PyroMark Q24 Advanced -ohjelmistoversiolla 3.0.0 (Qiagen) Sekvensointi suoritetaan kolmena kappaleena. Pyrosekvensointitulosten laadunvalvontasuodatus ja tilastolliset analyysit suoritetaan käyttämällä R-versiota 2.15.3 (http://www.r-project.org). Pyromark-ohjelmistolla epäluotettaviksi merkityt mittaukset poistetaan tietojoukosta. Kolminkertaisista mittauksista lasketaan keskiarvo poikkeavien arvojen poistamisen jälkeen (arvot poikkeavat yli 3 %). Mann-Whitneyn U-testiä käytetään vertaamaan CpG-kohtien metylaatioiden keskimääräistä prosenttiosuutta ELS:ssä verrattuna kontrolliryhmiin. Tiedot esitetään keskiarvoina ±s. e.m.

Geenianalyysi:

Genotyyppejä tutkitaan käyttämällä aiemman MDD-tutkimuksen GWAS-tietoja. Valittujen geenien dbSNP:tä (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP) etsitään SNP:iden (single-nukleotid polymorphisms) varalta geeneistä. Joukkopohjainen testi, sellaisena kuin se on toteutettu PLINK:ssä (v1.0.7)39, suoritetaan (oletusvaihtoehdoilla ja 105 permutaatiolla) MDD:n ja koko tietojoukon geneettisten muunnelmien välisen yhteyden testaamiseksi.

MR löydökset:

• Hippokampuksen, hypotalamus-aivolisäkkeen ja mesokortikolimbisen T1,T2 3D-mittaukset (tilavuuden arvioiminen).
• DTI-mittaukset mesokortikolimbisessa dopaminergisessä kanavassa.
• Lepotilan f-MRI (BOLD) -aivoverkkojen vertailu masennuspotilailla normaaleiden karttojen kanssa

PET-löydökset:

1. Staattisen F-DOPA:n visuaalinen arviointi ja kvantitatiiviset mittaukset (esim. SUVmax ja SUVmean) suoritetaan VTA:ssa, NAc:ssa, PFC:ssä kahdenvälisesti.
2. Dynaamisten F-DOPA-parametrien, kuten Ki:n, mittaukset (esim. aika huippuun, huippuarvo jne.) mitataan.

Tilastot:

Potilaan ominaisuudet tehdään yhteenveto käyttämällä kuvaavia tilastoja. Kvantitatiiviset muuttujat esitetään keskiarvona ja SD, kvalitatiiviset muuttujat esitetään frekvensseinä.

Pearson-korrelaatiokerrointa käytetään mittaamaan eri aivoalueiden PET:n ja klusterioireiden välisen suhteen vahvuutta.

Eri parametrien keskiarvoja verrataan t-testillä. Otoskoko: Tämä on pilottitutkimus, jossa vaaditaan 60 henkilön (30 tervettä henkilöä ja 30 potilasta) otoskoko.

Osallistujien näytteenotto: Kaikki potilaat, jotka täyttävät osallistumiskriteerit ja antavat tietoisen suostumuksen, rekisteröidään peräkkäin.

Luottamuksellisuus:

Kaikki tiedot koodataan ja tutkittava tunnistetaan vain koehenkilön nimikirjaimilla ja tutkittavan tutkimusnumerolla.

Koodauksen tekevät tutkijat ja ne tallennetaan heidän suojatuille tietokoneilleen ja tutkijatiedostoon, joka on lukittu kaappiin päätutkintatoimistossa.

Kaikki tutkimukseen osallistuviin aiheisiin liittyvät raportit ja yhteydenotot käytetään annettua koodia ilman henkilötietoja.