IGF e altri fattori neurotrofici nei pazienti con demenza

Introduzione Demenza La prevalenza stimata della demenza in Danimarca è di 85.000 (2011) e la prevalenza globale è vicina a 36 milioni (2010). Inoltre si prevede che il numero raddoppierà nei prossimi 20 anni, principalmente a causa dell'invecchiamento demografico. I costi della demenza rappresentano l'1% del PIL mondiale, una prospettiva che metterà alla prova gli attuali sistemi sanitari e le economie nazionali (1,2,3).

La demenza include una serie di malattie cerebrali degenerative progressive. La demenza è caratterizzata da un progressivo deterioramento della cognizione, della funzione e del comportamento che è sufficientemente grave da compromettere il funzionamento sociale e lavorativo. La demenza è caratterizzata da perdita della memoria episodica, difficoltà nel nominare e trovare le parole, aprassia, disfunzione esecutiva e cambiamenti nella personalità e nell'umore. La causa più comune di demenza è il morbo di Alzheimer (4, 5, 6).

La patogenesi della demenza di Alzheimer rimane sfuggente. Per molti anni la caratteristica fisiopatologica della demenza di Alzheimer è stata la tossicità causata dall'accumulo delle proteine ​​amiloide-beta nelle placche e della tau fosforilata associata ai grovigli neurofibrillari. Tuttavia, questa teoria si basa sulla genetica "Alzheimer familiare ad esordio precoce", che è un tipo ereditario meno frequente. Attualmente, le ipotesi sulla patogenesi dell'Alzheimer di fatto non concordano con quella della teoria dell'amiloide-beta. Pertanto, è necessario aumentare la nostra comprensione dei meccanismi che portano alle forme più comuni di malattia di Alzheimer. Una migliore comprensione della malattia può consentire una diagnosi precoce e, soprattutto, un trattamento causale dell'Alzheimer rispetto alle opzioni meramente sintomatiche disponibili oggigiorno (4, 7, 8, 9).

Sistema IGF Una delle aree principali della recente ricerca sulla demenza è il ruolo del supporto neurotrofico, un'area di ricerca che abbraccia l'insulina e il sistema del fattore di crescita simile all'insulina. L'insulina e il sistema IGF sono importanti per la normale crescita somatica, lo sviluppo, la riparazione e la rigenerazione dei tessuti per tutta la vita. Studi precedenti hanno indicato che le menomazioni nell'utilizzo cerebrale del glucosio e nel metabolismo energetico rappresentano anomalie molto precoci che precedono o accompagnano le fasi iniziali del deterioramento cognitivo. Tuttavia, il diabete di tipo 2, che è spesso caratterizzato da insulino-resistenza, non è stato stabilito come causa dell'Alzheimer, sebbene esista una correlazione tra insulino-resistenza e disfunzione cognitiva.

Le vie di segnalazione cellulare di IGF-I e IGF-II si sovrappongono in larga misura con le vie utilizzate dall'insulina e tutte e tre le proteine ​​si legano agli stessi recettori sebbene con affinità diverse. Diversi studi hanno dimostrato che il rapporto tra le concentrazioni di IGF-I nel liquido cerebrospinale (CSF) e nel plasma (il rapporto CSF/plasma) è ridotto nei pazienti con Alzheimer. È interessante notare che l'IGF-I sembra promuovere la clearance dell'amiloide-beta.

L'IGF-II è stato meno studiato ma è espresso nel cervello sia durante lo sviluppo che nell'età adulta e diminuisce con l'invecchiamento. Nel cervello la concentrazione relativa è più alta nell'ippocampo. (10-14). Inoltre, il nostro gruppo dispone di nuovi dati che indicano che nel CSF, IGF-II è il fattore di crescita più importante quando si tratta di attivare il recettore IGF-I (Mia-Maiken Kallestrup et al., manoscritto in preparazione).

Memoria La memoria è una questione di consolidamento per mezzo della quale le informazioni labili appena apprese diventano più forti e resilienti alla rottura. Questo processo dipende dall'RNA de novo e dalla sintesi proteica e dalla funzione della proteina legante l'elemento di risposta cAMP (CREB) e della proteina legante potenziatore CCAAT (C/EBP), che sono entrambi fattori di trascrizione. Precedenti studi hanno dimostrato che esiste un sito di legame per C/EBP nella regione del promotore del gene IGF-II nel fegato e in altri tessuti (10).

IGF-II e memoria Per risolvere l'enigma della demenza è importante spiegare i primi cambiamenti nei biomarcatori nelle prime fasi della demenza e quindi possibilmente rivelare la patogenesi ei possibili trattamenti. Un esperimento con i ratti e la memoria potrebbe già aver fatto il primo passo verso questo. È stato dimostrato che la somministrazione di IGF-II ai ratti migliora significativamente la conservazione della memoria e previene l'oblio. Inoltre l'apprendimento dell'evitamento inibitorio (un paradigma in cui il soggetto impara ad associare un particolare contesto all'evento) porta ad un aumento dell'espressione ippocampale di IGF-II. Infine, ma soprattutto, le iniezioni di IGF-II ricombinante nell'ippocampo dopo l'allenamento o il recupero della memoria migliorano significativamente la conservazione della memoria e prevengono l'oblio (10).

Fattori di crescita neurotrofici:

Il cervello umano adulto è in grado di generare nuovi neuroni anche se ha una capacità limitata. Forse questa capacità dipende da fattori di crescita neurotrofici sufficienti. I fattori neurotrofici includono il fattore di crescita nervoso (NGF) e il fattore neurotrofico derivato dal cervello (BDNF).

Il BDNF è importante per la sopravvivenza neuronale, la plasticità sinaptica e la memoria, che insieme alla tendenza all'aumento dei livelli di BDNF nelle prime fasi dell'Alzheimer indicano una connessione. L'aumento del BDNF nelle prime fasi dell'Alzheimer potrebbe essere un riflesso della compensazione della neurodegenerazione. Durante la progressione dell'Alzheimer il livello di BDNF sta diminuendo a un livello di persone anziane sane.

L'NGF induce la crescita dei neuroni e mantiene la proliferazione dei neuroni interagendo con altri fattori di crescita. I livelli di NGF nel siero, nel liquido cerebrospinale o nel cervello non sembrano differire dai malati di Alzheimer ai normali pazienti anziani, ma sembrano variare tra le diverse regioni del cervello. Infine il pattern di espressione di BDNF e NGF è altamente correlato con la concentrazione di amiloide (15).

Cluster di differenziazione 163(CD-163) Il CD-163 è un recettore scavenger, che riconosce e assorbe le macromolecole per il complesso emoglobina-aptoglobina ei suoi livelli in un'indicazione dell'attivazione dei monociti-macrofagi. La forma solubile del recettore è chiamata sCD163 e si trova nel plasma. I livelli plasmatici di sCD163 sono sovraregolati in una vasta gamma di malattie infiammatorie (16).

Ipotesi I pazienti con demenza hanno una concentrazione e/o attività deregolata di IGF-I, IGF-II, NGF, BDNF e sCD-163 nel liquido cerebrospinale.

Scopo Definire la concentrazione e l'attività biologica di IGF-I, IGF-II, BDNF, NGF e sCD-163 nel liquido cerebrospinale e nel siero nei pazienti con malattia di Alzheimer rispetto ai controlli (pazienti con sintomi o malattia neurologici non specificati).

Metodo Popolazione dello studio Tutti i pazienti partecipanti devono avere più di 18 anni. Sono esclusi dallo studio in caso di neuroinfezione batterica acuta e sanguinamento acuto La popolazione di studio di questo progetto includerà tutti i pazienti con demenza accertata o sospetta, che saranno sottoposti a puntura lombare presso il Dipartimento di Neurologia dell'ospedale universitario di Aarhus come parte di il loro iter diagnostico.

I controlli includono pazienti con sintomi o malattie neurologiche non specificati che subiranno una puntura lombare presso il Dipartimento di Neurologia dell'ospedale universitario di Aarhus come parte del loro iter diagnostico indipendentemente da questo studio.

I pazienti riceveranno informazioni sul progetto di ricerca e saranno invitati a fornire i propri contenuti alla partecipazione. La partecipazione implica l'estrazione di 2-3 ml extra di liquido spinale e un campione di sangue extra (10 ml), che verrà utilizzato per l'analisi dei componenti del sistema IGF e dei fattori neurotrofici. I partecipanti non riceveranno alcuna forma di pagamento, ma potranno ricevere un compenso per il trasporto.

In ogni momento durante l'iter diagnostico e conseguentemente nel progetto di ricerca terremo in considerazione le condizioni psico-fisiche del paziente. Il progetto di ricerca sarà svolto secondo la legge sul trattamento dei dati personali.

Presso il Dipartimento di Neurologia dell'ospedale universitario di Aarhus, la Dementia Clinic utilizza la puntura lombare come strumento diagnostico in circa tre pazienti a settimana. Si stima che da 1/3 a 1/2 di questi pazienti finirà con la diagnosi di Alzheimer e alla fine questi pazienti saranno inclusi nel progetto per un periodo di 36-40 settimane. Complessivamente durante il periodo di studio ciò consentirà l'inclusione di 50-60 pazienti.

Analisi Il liquido spinale e il siero saranno analizzati presso il Laboratorio di ricerca medica. I campioni di liquido spinale e sangue saranno depositati in una biobanca di ricerca presso l'ospedale universitario di Aarhus. Il piano è di eseguire tutte le analisi biochimiche contemporaneamente alla raccolta di tutti i campioni. In caso di conoscenze acquisite nel settore intendiamo depositare i campioni per 5 anni dopo questo progetto. Se i campioni devono essere utilizzati per un altro progetto, il Comitato nazionale per l'etica della ricerca sanitaria e l'Agenzia danese per la protezione dei dati richiederanno ancora una volta una domanda.

Le concentrazioni immunologiche di IGF-I e IGF-II sono misurate mediante analisi interne convalidate. Inoltre, l'ospedale universitario di Aarhus dispone di una tecnica unica, grazie alla quale è possibile misurare la bioattività di IGF-I e -II nel liquido cerebrospinale. La tecnica si basa su un saggio biologico interno basato su cellule sviluppato nel 2003. Questo metodo tiene conto del fatto che gran parte dell'IGF-I e dell'IGF-II è legata a proteine ​​e quindi da considerarsi biologicamente inattiva. Il saggio biologico è in grado di misurare la capacità sia del siero che del liquido cerebrospinale di stimolare l'IGF-IR in vitro, il che rende il metodo molto più specifico. Le indagini pilota del nostro gruppo hanno dimostrato che è possibile misurare l'attività biologica dell'IGF-IR nel liquido cerebrospinale. È stato dimostrato che:

i) L'attività biologica dell'IGF in vitro del liquido cerebrospinale deriva principalmente dall'IGF-II ii) L'attività biologica è molto più elevata del previsto rispetto alle semplici misure di concentrazione a causa delle basse concentrazioni di proteine ​​leganti l'IGF.

Le concentrazioni immunologiche delle proteine ​​leganti l'IGF saranno misurate mediante saggi immunologici commerciali o sviluppati internamente e tecniche di ligand blotting.

Le concentrazioni di NGF, BDNF e sCD-163 nel liquido spinale e nel siero saranno analizzate con tecniche già consolidate e il liquido spinale sarà esaminato con spettrometria.

Esame clinico L'esame clinico sarà eseguito come parte naturale dell'esame della demenza. Ciò include anamnesi e un esame obiettivo, TAC e test cognitivi tra cui MMSE (mini-esame dello stato mentale) e ACE (esame cognitivo di Adenbrooke). In caso di dubbio un esame più approfondito verrà eseguito da un neurofisiologo. Le informazioni dell'esame clinico sotto forma di cartella clinica saranno utilizzate per valutare la possibilità di demenza come diagnosi inclusa la progressione della malattia e quindi per valutare le possibili concentrazioni e/o attività deregolate di IGF-I, IGF-II, NGF, BDNF e sCD-163 nel liquido cerebrospinale.

Potenza La bioattività dell'IGF nel liquido cerebrospinale nei pazienti con demenza non è stata determinata in precedenza. I dati pilota indicano che la bioattività dell'IGF-II nelle persone sane (n= 9) è di 57 ± 13 ng/ml (media ± DS). Se la differenza in un gruppo di pazienti è impostata a 26 ng/ml ( ̴ 2 x SD), l'inclusione di 10 persone per gruppo conferisce al progetto una potenza del 90% mediante l'uso dell'ANOVA e un livello significativo del 5%. Si è quindi scelto di includere nel progetto 15 pazienti.

Statistica Il programma ANOVA sarà utilizzato per analisi statistiche. Verranno utilizzati test parametrici o non parametrici a seconda della normale distribuzione dei dati. In tutte le analisi statistiche verrà utilizzato un livello di significatività del 5%.

Prospettiva Come accennato in precedenza, i costi della demenza rappresentano già l'1% del PIL mondiale e si prevede che la prevalenza della demenza raddoppierà entro i prossimi vent'anni. La natura progressiva della malattia significa che il 43% stimato dei casi con demenza necessita di un alto livello di assistenza (equivalente a una casa di cura). Pertanto, è ovvio che la prevenzione, l'insorgenza ritardata, la progressione rallentata e la potenziale curabilità sono fattori cruciali non solo per il benessere dei pazienti e dei familiari, ma anche per l'economia dei sistemi sanitari. (2,17) Questo progetto di ricerca si basa sulla recente teoria della demenza come malattia nel sistema IGF, ma a differenza di altri studi siamo in grado di misurare le concentrazioni così come la bioattività. Ciò aprirà potenzialmente a ulteriori conoscenze sulla dinamica della demenza e quindi potenzialmente rivelerà un'ulteriore comprensione della patogenesi e degli obiettivi medici della demenza.

Considerazioni etiche Considerazioni etiche in generale Gli esami eseguiti sui pazienti coinvolti in questo progetto di ricerca sono la puntura lombare ei prelievi di sangue. Entrambi questi test verranno eseguiti come parte del workup diagnostico indipendentemente da questo studio.

L'esecuzione di una puntura lombare comporta alcuni rischi, tra cui cefalea post puntura lombare con un'incidenza del 12%, ma è più comune nei pazienti più giovani. Il più delle volte, il mal di testa ha una breve durata e può essere curato con l'applicazione di un cerotto. L'uso di un ago per la puntura lombare può causare dolore lombare temporaneo e un accumulo Considerazioni etiche per i pazienti con demenza Il gruppo di pazienti interessati provoca un'estesa considerazione etica. Come accennato in precedenza i sintomi della demenza provocano perdita di memoria, difficoltà nel trovare le parole giuste e nel capire cosa dicono le persone. In quanto tale, è discutibile se i pazienti siano in grado di prendere una decisione indipendente sulla partecipazione al progetto (6).

Tutti i pazienti con demenza avranno tutti i test eseguiti come parte del lavoro diagnostico standard per la demenza. Pertanto questo studio non introduce alcuna indagine aggiuntiva a difesa dell'aspetto etico di questo studio. In considerazione del basso rischio insito in questo progetto, delle forme di demenza lieve e dell'elevata prevalenza e gravità della malattia, valutiamo che questo progetto sia eticamente accettabile. Inoltre è di grande importanza esaminare la patogenesi ei possibili bersagli della demenza.

Scopo I risultati positivi, negativi e inconcludenti di questo studio saranno pubblicati. I risultati costituiranno la base di un rapporto sull'anno di ricerca e di un articolo per la pubblicazione in una rivista scritta in inglese sottoposta a revisione paritaria.