IGF et autres facteurs neurotrophiques chez les patients atteints de démence

Introduction Démence La prévalence estimée de la démence au Danemark est de 85 000 (2011) et la prévalence mondiale est proche de 36 millions (2010). En outre, ce nombre devrait doubler au cours des 20 prochaines années, principalement en raison du vieillissement démographique. Les coûts de la démence représentent 1 % du PIB mondial - une perspective qui mettra à l'épreuve les systèmes de santé et les économies nationales actuels (1,2,3).

La démence comprend un certain nombre de maladies cérébrales dégénératives progressives. La démence se caractérise par une détérioration progressive de la cognition, de la fonction et du comportement qui est suffisamment grave pour compromettre le fonctionnement social et professionnel. La démence se caractérise par une perte de mémoire épisodique, une difficulté à nommer et à trouver des mots, une apraxie, un dysfonctionnement exécutif et des changements de personnalité et d'humeur. La cause la plus fréquente de démence est la maladie d'Alzheimer (4, 5, 6).

La pathogenèse de la démence d'Alzheimer reste insaisissable. Pendant de nombreuses années, la caractéristique physiopathologique de la démence d'Alzheimer a été la toxicité causée par l'accumulation des protéines bêta-amyloïde dans les plaques et la protéine tau phosphorylée associée aux enchevêtrements neurofibrillaires. Cependant, cette théorie est basée sur la "maladie d'Alzheimer familiale précoce" génétique, qui est un type héréditaire moins fréquent. Actuellement, les hypothèses sur la pathogenèse de la maladie d'Alzheimer sont en fait en désaccord avec celle de la théorie de la bêta-amyloïde. Ainsi, il est nécessaire d'accroître notre compréhension des mécanismes conduisant aux formes les plus courantes de la maladie d'Alzheimer. Une meilleure compréhension de la maladie peut permettre un diagnostic plus précoce et, surtout, un traitement causal de la maladie d'Alzheimer par opposition aux options simplement symptomatiques disponibles aujourd'hui (4, 7, 8, 9).

Système IGF L'un des principaux domaines de la recherche récente sur la démence est le rôle du soutien neurotrophique, un domaine de recherche qui englobe l'insuline et le système des facteurs de croissance analogues à l'insuline. L'insuline et le système IGF jouent un rôle important dans la croissance somatique normale, le développement, la réparation et la régénération des tissus tout au long de la vie. Des études antérieures ont indiqué que les troubles de l'utilisation cérébrale du glucose et du métabolisme énergétique représentent des anomalies très précoces qui précèdent ou accompagnent les stades initiaux de la déficience cognitive. Cependant, le diabète de type 2, qui est souvent caractérisé par une résistance à l'insuline, n'a pas été établi comme cause de la maladie d'Alzheimer bien qu'il existe une corrélation entre la résistance à l'insuline et le dysfonctionnement cognitif.

Les voies de signalisation cellulaire de l'IGF-I et de l'IGF-II se chevauchent dans une large mesure avec les voies utilisées par l'insuline, et les trois protéines se lient aux mêmes récepteurs mais avec des affinités différentes. Plusieurs études ont montré que le rapport entre les concentrations d'IGF-I dans le liquide céphalo-rachidien (LCR) et le plasma (rapport LCR/plasma) est réduit chez les patients Alzheimer. Fait intéressant, l'IGF-I semble favoriser la clairance de la bêta-amyloïde.

L'IGF-II a été moins étudié mais il est exprimé dans le cerveau aussi bien au cours du développement qu'à l'âge adulte et décline avec l'âge. Dans le cerveau, la concentration relative est la plus élevée dans l'hippocampe. (10-14). De plus, notre groupe dispose de nouvelles données indiquant que dans le LCR, l'IGF-II est le facteur de croissance le plus important lorsqu'il s'agit d'activer le récepteur de l'IGF-I (Mia-Maiken Kallestrup et al., manuscrit en préparation).

Mémoire La mémoire est une question de consolidation par laquelle les informations labiles nouvellement apprises deviennent plus fortes et résistantes aux perturbations. Ce processus dépend de la synthèse de novo de l'ARN et des protéines et de la fonction de la protéine de liaison à l'élément de réponse à l'AMPc (CREB) et de la protéine de liaison à l'amplificateur CCAAT (C/EBP), qui sont toutes deux des facteurs de transcription. Des études antérieures ont montré qu'il existe un site de liaison pour C/EBP dans la région promotrice du gène IGF-II dans le foie et d'autres tissus (10).

IGF-II et mémoire Pour résoudre l'énigme de la démence, il est important d'expliquer les changements précoces des biomarqueurs aux stades précoces de la démence et de révéler ainsi éventuellement la pathogenèse et les traitements possibles. Une expérience avec des rats et de la mémoire aurait peut-être déjà fait le premier pas vers cela. Il a été démontré que l'administration d'IGF-II à des rats améliore significativement la rétention de la mémoire et prévient l'oubli. De plus, l'apprentissage de l'évitement inhibiteur (un paradigme dans lequel le sujet apprend à associer un contexte particulier à l'événement) conduit à une augmentation de l'expression hippocampique de l'IGF-II. Enfin, mais surtout, les injections d'IGF-II recombinant dans l'hippocampe après l'entraînement ou la récupération de la mémoire améliorent considérablement la rétention de la mémoire et préviennent l'oubli (10).

Facteurs de croissance neurotrophiques :

Le cerveau humain adulte est capable de générer de nouveaux neurones même s'il a une capacité limitée. Cette capacité dépend peut-être d'une quantité suffisante de facteurs de croissance neurotrophiques. Les facteurs neurotrophiques comprennent le facteur de croissance nerveuse (NGF) et le facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF).

Le BDNF est important dans la survie neuronale, la plasticité synaptique et la mémoire, ce qui, avec la tendance à l'augmentation des niveaux de BDNF dans les premiers stades de la maladie d'Alzheimer, indique une connexion. L'augmentation du BDNF dans les premiers stades de la maladie d'Alzheimer pourrait être le reflet d'une compensation de la neurodégénérescence. Au cours de la progression de la maladie d'Alzheimer, le niveau de BDNF diminue jusqu'au niveau des personnes âgées en bonne santé.

Le NGF induit la croissance des neurones et maintient la prolifération des neurones en interaction avec d'autres facteurs de croissance. Les niveaux de NGF dans le sérum, le LCR ou le cerveau ne semblent pas différer des patients atteints d'Alzheimer aux patients âgés normaux, mais semblent varier entre les différentes régions du cerveau. Enfin, le modèle d'expression du BDNF et du NGF est fortement corrélé à la concentration en amyloïde (15).

Groupe de différenciation 163(CD-163) Le CD-163 est un récepteur piégeur qui reconnaît et absorbe les macromolécules du complexe hémoglobine-haptoglobine et ses niveaux dans une indication de l'activation des monocytes-macrophages. La forme soluble du récepteur est appelée sCD163 et se trouve dans le plasma. Les taux plasmatiques de sCD163 sont régulés positivement dans un large éventail de maladies inflammatoires (16).

Hypothèse Les patients atteints de démence ont une concentration et/ou une activité dérégulées d'IGF-I, IGF-II, NGF, BDNF et sCD-163 dans le liquide céphalo-rachidien.

Objectif Définir la concentration et l'activité biologique de l'IGF-I, de l'IGF-II, du BDNF, du NGF et du sCD-163 dans le liquide céphalo-rachidien et le sérum chez les patients atteints de la maladie d'Alzheimer par rapport aux témoins (patients présentant des symptômes ou une maladie neurologiques non précisés).

Méthode Population de l'étude Tous les patients participants doivent être âgés de plus de 18 ans. Ils sont exclus de l'étude en cas de neuro-infection bactérienne aiguë et d'hémorragie aiguë La population d'étude de ce projet comprendra tous les patients atteints de démence établie ou suspectée, qui subiront une ponction lombaire au département de neurologie de l'hôpital universitaire d'Aarhus dans le cadre de leur bilan diagnostique.

Les témoins incluent des patients présentant des symptômes ou des maladies neurologiques non spécifiés qui subiront une ponction lombaire au département de neurologie de l'hôpital universitaire d'Aarhus dans le cadre de leur bilan diagnostique, indépendamment de cette étude.

Les patients recevront des informations sur le projet de recherche et seront invités à donner leur contenu à la participation. La participation implique l'extraction de 2-3 ml supplémentaires de liquide céphalo-rachidien et un échantillon de sang supplémentaire (10 ml), qui seront utilisés pour l'analyse des composants du système IGF et des facteurs neurotrophiques. Les participants ne recevront aucune forme de paiement, mais peuvent recevoir une compensation pour le transport.

À tout moment au cours du bilan diagnostique et par conséquent dans le projet de recherche, nous prendrons en considération l'état mental et physique des patients. Le projet de recherche sera mené conformément à la loi sur le traitement des données personnelles.

Au département de neurologie de l'hôpital universitaire d'Aarhus, la clinique de démence utilise la ponction lombaire comme outil de diagnostic chez environ trois patients par semaine. On estime qu'environ 1/3 à 1/2 de ces patients se retrouveront avec le diagnostic d'Alzheimer et ces patients seront finalement inclus dans le projet pendant une période de 36 à 40 semaines. Dans l'ensemble, au cours de la période d'étude, cela permettra l'inclusion de 50 à 60 patients.

Analyse Le liquide céphalo-rachidien et le sérum seront analysés au Laboratoire de recherche médicale. Les échantillons de liquide céphalo-rachidien et de sang seront déposés dans une biobanque de recherche à l'hôpital universitaire d'Aarhus. Le plan est d'effectuer toutes les analyses biochimiques en même temps lorsque tous les échantillons sont prélevés. En cas de connaissances connues dans le domaine, nous avons l'intention de déposer les échantillons pendant 5 ans après ce projet. Si les échantillons doivent être utilisés pour un autre projet, le Comité national d'éthique de la recherche en santé et l'Agence danoise de protection des données exigeront à nouveau une demande.

Les concentrations immunologiques d'IGF-I et d'IGF-II sont mesurées par des analyses internes validées. De plus, l'hôpital universitaire d'Aarhus dispose d'une technique unique, grâce à laquelle il est possible de mesurer la bioactivité des IGF-I et -II dans le liquide céphalo-rachidien. La technique est basée sur un bioessai cellulaire développé en 2003. Cette méthode tient compte du fait qu'une grande partie de l'IGF-I et de l'IGF-II est liée aux protéines et doit donc être considérée comme biologiquement inactive. Le bioessai est capable de mesurer la capacité du sérum et du liquide céphalo-rachidien à stimuler l'IGF-IR in vitro, ce qui rend la méthode beaucoup plus spécifique. Des investigations pilotes de notre groupe ont montré qu'il est possible de mesurer l'activité IGF-IR biologique dans le liquide céphalo-rachidien. Il a été prouvé que :

i) L'activité IGF biologique in vitro du liquide céphalo-rachidien provient principalement de l'IGF-II ii) L'activité biologique est beaucoup plus élevée que prévu par rapport à de simples mesures de concentration en raison des faibles concentrations de protéines de liaison à l'IGF.

Les concentrations immunologiques des protéines de liaison à l'IGF seront mesurées par des immunodosages commerciaux ou développés en interne et des techniques de transfert de ligand.

Les concentrations de NGF, BDNF et sCD-163 dans le liquide céphalo-rachidien et le sérum seront analysées par des techniques déjà établies et le liquide céphalo-rachidien sera examiné par spectrométrie.

Examen clinique L'examen clinique sera effectué comme une partie naturelle de l'examen de la démence. Cela comprend les antécédents médicaux et un examen objectif, un scanner et des tests cognitifs, notamment le MMSE (mini-examen de l'état mental) et l'ACE (examen cognitif d'Adenbrooke). En cas de doute un examen plus approfondi sera réalisé par un neurophysiologiste. Les informations de l'examen clinique sous forme de dossier médical seront utilisées pour évaluer la possibilité d'une démence en tant que diagnostic, y compris la progression de la maladie et ainsi pour évaluer les éventuelles concentrations et/ou activités dérégulées d'IGF-I, IGF-II, NGF, BDNF et sCD-163 dans le liquide céphalo-rachidien.

Puissance La bioactivité de l'IGF dans le liquide céphalo-rachidien chez les patients atteints de démence n'a pas été déterminée auparavant. Les données pilotes indiquent que la bioactivité de l'IGF-II chez les personnes en bonne santé (n = 9) est de 57 ± 13 ng/ml (moyenne ± ET). Si la différence dans un groupe de patients est fixée à 26ng/ml ( ̴ 2 x SD) alors l'inclusion de 10 personnes par groupe donne au projet une puissance de 90% par l'utilisation de l'ANOVA et un niveau significatif de 5%. Il a donc été choisi d'inclure 15 patients dans le projet.

Statistique Le programme ANOVA sera utilisé pour les analyses statistiques. Des tests paramétriques ou non paramétriques seront utilisés en fonction de la distribution normale des données. Dans toutes les analyses statistiques, un niveau de signification de 5 % sera utilisé.

Perspective Comme mentionné précédemment, les coûts de la démence représentent déjà 1 % du PIB mondial et la prévalence de la démence devrait doubler au cours des vingt prochaines années. La nature progressive de la maladie signifie qu'environ 43 % des cas de démence nécessitent un niveau élevé de soins (équivalent à une maison de retraite). Par conséquent, il est évident que la prévention, l'apparition retardée, la progression ralentie et la curabilité potentielle sont des facteurs cruciaux non seulement pour le bien-être des patients et des proches, mais aussi pour l'économie des systèmes de soins de santé. (2,17) Ce projet de recherche est basé sur la théorie récente de la démence en tant que maladie du système IGF, mais contrairement à d'autres études, nous sommes en mesure de mesurer les concentrations ainsi que la bioactivité. Cela ouvrira potentiellement de nouvelles connaissances sur la dynamique de la démence et révélera ainsi potentiellement une meilleure compréhension de la pathogenèse et des cibles médicales de la démence.

Considérations éthiques Considérations éthiques en général Les tests effectués sur les patients impliqués dans ce projet de recherche sont la ponction lombaire et les prélèvements sanguins. Ces deux tests seront effectués dans le cadre du bilan diagnostique indépendamment de cette étude.

La pratique d'une ponction lombaire comporte certains risques, notamment des céphalées post-ponction lombaire avec une incidence de 12 %, mais elles sont plus fréquentes chez les patients plus jeunes. Le plus souvent, le mal de tête est de courte durée et peut être guéri par l'application d'un patch sanguin. L'utilisation d'une aiguille pour la ponction lombaire peut provoquer des douleurs lombaires temporaires et une accumulation Considérations éthiques pour les patients atteints de démence Le groupe de patients concernés suscite une réflexion éthique étendue. Comme mentionné précédemment, les symptômes de la démence entraînent une perte de mémoire, une difficulté à trouver les mots justes et à comprendre ce que les gens disent. En tant que tel, on peut se demander si les patients sont en mesure de prendre une décision indépendante quant à leur participation au projet (6).

Tous les patients atteints de démence subiront tous les tests effectués dans le cadre du travail de diagnostic standard pour la démence. Cette étude n'introduit donc aucune investigation supplémentaire défendant l'aspect éthique de cette étude. Compte tenu du faible risque associé à ce projet, des formes de démence légère et de la prévalence et de la gravité élevées de la maladie, nous évaluons ce projet comme étant éthiquement acceptable. En outre, il est très important d'examiner la pathogenèse et les cibles possibles de la démence.

Objectif Les résultats positifs, négatifs et non concluants de cette étude seront publiés. Les résultats constitueront la base d'un rapport annuel de recherche et d'un article à publier dans une revue écrite en anglais à comité de lecture.