PET-MRI 中皮質大脳系における F-DOPA 活性と治療適合性の予測におけるうつ病症状

序章：

大うつ病性障害 (MDD) は、多くの国で人口の 8 ～ 12 % が罹患している多用途の精神疾患です。

現在のアプローチによれば、MDDはモノアミン神経伝達物質の活性低下を特徴としているが、それがそれらの受容体の感受性の違いによるものなのか、発現低下やmao-a/mao-bの過剰活性によるシナプス間隙の枯渇によるものなのかは不明である。

現在使用されているほとんどの抗うつ薬は、うつ病のモノアミン枯渇理論に基づいています。 これらの薬剤には、選択的セロトニン再取り込み阻害剤 (SSRI)、セロトニン ノルエピネフリン再取り込み阻害剤 (SNRI)、または三環系抗うつ薬 (TCA) が含まれます。これらはすべて、これらのモノアミンの一部またはすべての再取り込みを阻害し、シナプス間隙のレベルの上昇を引き起こします。 一部の薬剤はモノアミン受容体に直接影響を与えます。

ドーパミン神経伝達の機能不全は、うつ病性障害の中核症状である注意力、意欲、快感の欠如において重要な役割を果たしています。 前頭前皮質（PFC）のシナプス前D2r（ドーパミン2受容体）密度は、健康な人と比較してうつ病患者では著しく低いことが示されています。

現在、うつ病患者に対する画像技術を用いた研究のほとんどは、主にさまざまな種類の磁気共鳴画像法 (MRI) または陽電子放出断層撮影法 (PET) トレーサーを使用した個別の核医学画像法を使用しています。 さまざまな研究において、うつ病やその他の精神疾患の評価における従来の MRI の役割は、主に構造的特徴を区別することを目的としており、したがってその側面での診断を強化するのに役立ちます。 MDD患者の脳では、対照と比較していくつかの構造的変化が測定されています。 その中には、寛解患者と比較して海馬容積の減少、視床下部-下垂体容積の増加、前頭前皮質(PFC)および基底核容積の減少も示されています。 これらの発見は、これまでに実施された MRI および CT スキャンを使用した構造変化に関する最大規模のメタアナリシス研究にも基づいて確立されています。 PET スキャンは、脳の一般的な代謝または物質固有の代謝に関する指標を与えます。 うつ病患者に対して行われるほとんどの PET スキャンでは、FDG または 11-C セロトニン放射性リガンドが使用されます。 うつ病患者のF-DOPA PET摂取を調査した研究はわずか数件しかなく、ほとんどがパーキンソン病うつ病であり、非常に小さなサンプルサイズ（n=6）で感情平坦化または衝動性症状を伴う患者である。 研究のほとんどは、線条体、特に側坐核（NAc）におけるDOPA取り込みの減少を示しています。 MDD における脳の関連領域における F-DOPA の取り込みを示す追加情報が必要です。 私たちの知る限り、これはうつ病患者に対して[18F] F-DOPA PET/MRIを使用した最初の研究となります。 PET/MRI は、解剖学的構造、機能、分子プロセスを組み合わせることにより、真のマルチモダリティ イメージングを提供し、疾患評価のより正確な特定を可能にします。

よく確立されている事実は、遺伝的要因と生涯にわたって発生する環境的要因がうつ病になりやすい根底にある可能性が高いということです。 しかし、120万個の常染色体およびX染色体の一塩基多型（SNP）を分析したいくつかのゲノムワイド関連研究（GWAS）のメガアナリシスでは、ゲノムワイドな重要性を達成するSNPは見つからなかった。 大うつ病の実質的な遺伝率が一貫して観察されている(18)ことと、この障害に確実に寄与する特定の遺伝的変異が同定されていないという事実との間のこの矛盾は、他のメカニズムが働いていることを示唆している。 エピジェネティクスとは、遺伝子発現の変化の基礎となり、DNA 配列の変化とは関連しないクロマチン構造の変化を指します。 DNA メチル化は、エピジェネティクスの基礎となるシステムの 1 つです。 DNA のメチル化には、CpG ジヌクレオチドのシトシンの 5' 位にメチル基を追加する必要があります。 シトシンのメチル化後、立体干渉により転写因子の調節エレメントへのアクセスが減少します。 DNA メチル化パターンは、一方では遺伝性であり、他方では環境に動的に反応します。 エピジェネティクスのこの特性により、エピジェネティクスは遺伝子発現を決定する調節機構となり、精神疾患の性質に適合します。 DNA メチル化の多様なパターンは、さまざまな環境にさらされたさまざまな組織で観察されます。 別々の脳領域間でも異なります。 エピゲノム全体の関連研究 (EWAS) が進行中です。 研究者らは、死後のうつ病患者の PFC 組織の 1 つで、脳駆動神経栄養因子 (BDNF) などの神経成長および発達遺伝子部位が豊富であることを発見しました。BDNF レベルの低下は、うつ病の十分に確立されたマーカーです。 慢性ストレスにさらされた動物の海馬では、BDNF タンパク質のレベルが低下することも報告されています。 興味深いことに、抗うつ薬の投与により海馬のBDNFが増加し、ストレスによるBDNFの減少が防止されました。 気分障害で観察される海馬容積の減少と、気分障害または抑うつ性格特性を持つ個人のBDNF血清レベルの低下を考慮すると、これらの発見は興味深いものです。 これらの収束した前臨床データと臨床データに基づいて、BDNF 遺伝子は気分障害の遺伝子研究の論理的な標的となります。

全血 DNA を分析した別のエピゲノム全体関連研究では、生涯うつ病患者では IL-6 および C 反応性タンパク質 (CRP) の血漿レベルが増加し、うつ病のみの患者では IL-6 メチル化が血漿と逆相関を示したことが判明しました。 IL-6とCRP。

現在まで、精神科クリニックでは、どの薬物療法がどの患者に最適であるかを区別できる一般的な画像診断は行われていません。 私たちの知る限り、これは[18F] F-DOPA PET/MRIイメージングと治療前の症状評価の組み合わせを使用して治療の適合性を評価する最初の研究となります。

研究の目的と目的:

研究の目的は、治療適合性の予測におけるモダリティ画像化と症状評価の実現可能性を評価することです。 治療前にうつ病と診断された患者の構造的および機能的MR所見を伴う、18F-FDOPA PETによって中皮質大脳辺縁系（VTA-NAc-PFC）で測定されたドーパミン代謝。

主な目的:

1. 中皮質大脳系 (VTA-NAc-PFC) における健康な個人と未治療のうつ病患者における F-DOPA 再取り込みのナイーブレベルを比較し、海馬、視床下部-下垂体および中皮質大脳系 (VTA-NAc-PFC) における 2 つのグループ間の構造的差異を評価する。 NAc-PFC) と安静状態の fMRI。

二次的な目的:

1. 患者の血漿中の DNA メチル化の違いを健康な対照と比較します。
2. ベースライン時と6か月後の中皮質大脳系におけるPET 18F-DOPA取り込みレパートリー、構造測定およびDNAメチル化における症状の重症度スコア（ハミルトン評価スケールに基づいて評価）の間の相関関係を評価する。

材料および方法：

研究デザイン: 前向きのパイロット研究。

臨床評価:

症状の負担の定量的尺度は、「ハミルトンうつ病評価尺度」と、ベースライン（治療前）、治療開始後 3 か月後および 6 か月後の DSM-V 基準に基づいた臨床評価によって決定されます。 DSM-5 によると、うつ病の診断には、同じ 2 週間の期間中に存在し、以前の機能からの変化を示す以下の症状のうち 5 つ（またはそれ以上）が必要です: (1) 憂鬱な気分 (2) 興味や楽しみの喪失。 (3) 著しい体重減少または体重の減少。 (4) 不眠症または過眠症。 (5) 精神運動興奮または精神運動遅滞。(6) 疲労またはエネルギーの喪失に近い。 (7) 無価値感、または過剰または不適切な罪悪感。(8) 思考力や集中力の低下。 (9) 死についての繰り返しの考え。

ハミルトン評価スケールによる症状の評価は精神科医によって行われます。 最後に、画像および分子所見に従って、特定の症状群を治療適合性と関連付けることを試みます。 これらの薬剤による治療の適合性は、「標準治療」の方法でクリニックでの治療の成功率と比較されます。 患者の進行状況の評価は、症状の変化および/または 3.6 か月後のフォローアップ訪問による 2 回目のスキャンによって決定されます。

画像診断 PET/MR プロトコル: ドーパミン前駆体 3,4-ジヒドロキシ-6-[18F]-フルオロ-1-フェニルアラニン ([18F] FDOPA) 取り込み速度定数 (K(i)) の評価を使用します。 L-ドーパ輸送を反映します。 L-芳香族アミノ酸デカルボキシラーゼ活性、小胞取り込み、ドーパミン神経終末の数。 私たちは、投薬を受けていないうつ病患者と健康な人の中皮質大脳ネットワークにおける[18F] F-DOPAの取り込みを測定し、比較したいと考えています。 次に、[18F] F-DOPA 摂取レパートリーを調べ、さまざまな種類の症状発現と分子データおよび人口統計データに従って、さまざまなうつ病脳に沿った典型的な時空間パターンを特徴づけます。 さらに、拡散テンソルイメージング (DTI) や感受性強調イメージング (SWI) などの新しい MR シーケンスを実装して中脳辺縁系ドーパミン作動性路を評価し、T1、T2 シーケンスを使用してこれらの患者の海馬および視床下部-下垂体の体積を測定します。健康な人と比べて。 さらに、T2* シーケンスを使用して、安静状態の血中酸素濃度依存性 (BOLD) 造影イメージングを評価します。 さらに、スキャン結果は、投薬を受けていない患者の症状の臨床評価と関連付けられます。

すべてのスキャンは、製造元のガイドラインに従って、PET/MR スキャナー (Biograph mMR、Siemens AG、エアランゲン、ドイツ) を使用して、テルアビブ アスタ メディカル センターの核医学部門で行われます。

患者は当科に到着する少なくとも 4 時間前には絶食する必要があります。 到着すると、放射性医薬品とガドリニウムの投与のために静脈内カテーテルが挿入されます。 患者は PET MR テーブル上で 10 mCi の 18F-FDOPA の静脈内注射を受け、スキャンが直ちに開始されます。 動的 PET パラメータは、さまざまな MR シーケンスとともに取得されます。 脳の MR には次のシーケンスが含まれます: T1、T2、および T2 流体減衰反転回復シーケンス (FLAIR)、感受性強調シーケンス (SWI)、拡散テンソル イメージング (DTI)、血液酸素化レベル依存性 (BOLD) 信号安静状態の機能イメージング。 さらに、脳の灌流はガドリニウムの有無で評価されます。 ExploreDTI ソフトウェアを使用して、脳の解剖学的定位マップがスキャンに一致するように階層化されます。

コントラスト強調シーケンスには、Dotarem (ガドテリン酸) (0.2 ml/kg、2 ml/s で 0.1 mmol/kg、20 ml の生理食塩水フラッシュ) を使用します。合計スキャン時間は約 45 分です。

データ収集と手順:

資格のある健康なボランティアの場合、ベースラインで次のデータが記録されます。

1. ベースラインパラメータ: 生年月日、性別、社会経済的地位、民族性、喫煙、アルコール摂取量。
2. 詳細な病歴。
3. 薬のリスト
4. うつ病のハミルトン評価スケールを使用した症状の評価
5. 血液サンプル

適格なうつ病患者の場合、次のデータがベースライン、3 か月後、6 か月後に記録されます。

1. ベースラインパラメータ: 生年月日、性別、
2. 詳細な病歴。
3. 薬のリスト
4. うつ病のハミルトン評価スケールを使用した症状の評価
5. 血液サンプル
6. 臨床診断と症状の発症。

生物学的サンプルの収集:

末梢血の血漿中の全ゲノム DNA メチル化を評価するためのスキャンの前に、患者および健康な対照から血液サンプルが採取されます。 血液サンプルは、ベースラインで健康な対照者とうつ病患者から採取されます。 うつ病の被験者からは、ベースラインからのエピジェネティックな所見に基づいて、特定のマーカーの遺伝子発現mRNAまたはタンパク質を評価するために、治療開始日の6か月後に採血されます。

ゲノム全体のプロモーター DNA メチル化の分析:

MeDIP 分析に使用される手順は、以前に公開されたプロトコルから適応されました。(13、14) 簡単に説明すると、2 μg の DNA を超音波処理し、抗 5-メチル-シトシン (Eurogentec、米国カリフォルニア州フリーモント) を使用してメチル化 DNA を免疫沈降します。 DNA-抗体複合体をプロテイン G で免疫沈降し、メチル化 DNA を消化バッファー (50mM TRisHCl pH8、10mM EDTA、0.5% SDS) に再懸濁し、プロテイナーゼ K で 55℃ で一晩処理します。 インプットおよび結合画分は精製され、全ゲノム増幅キット (Sigma-Aldrich、セントルイス、ミズーリ州、米国) を使用して増幅され、CGH 酵素標識を使用して、それぞれ Cy3-dUTP および Cy5-dUTP とのマイクロアレイ ハイブリダイゼーション用に標識されます。キット (Agilent Technologies、ミシサガ、オンタリオ州、カナダ) をメーカーの指示に従って使用します。 カスタム設計のタイリング アレイを使用しました (Agilent Technologies)。 ハイブリダイゼーション、洗浄、スキャン、および特徴抽出手順のすべてのステップは、Agilent Technologies のチップチップ解析用プロトコルに従って実行されます。 抽出されたマイクロアレイ強度は、統計計算用の R ソフトウェア環境 (http://www.r-project.org/) を使用して処理および分析されます。

遺伝子特異的な検証:

MeDIP データの検証は、2-ΔΔCt 法を使用した定量的リアルタイム PCR (QPCR) を適用して実行されます。 データはグループ平均値±標準誤差として表されます。 Graphpad 5 ソフトウェアは、片側マンホイットニー U 検定を実行するために使用されます。

人間の血液からの RNA 抽出:

RNA抽出用の血液は、放射性リガンドの注射前に採取され、PAXgene Blood RNAチューブ（PreAnalytiX、Hombrechtikon、スイス）に引き込まれます。 ＲＮＡは、ＰＡＸｇｅｎｅ Ｂｌｏｏｄ ＲＮＡ Ｋｉｔ（Ｑｉａｇｅｎ）を使用して抽出される。 RNA サンプルの質と量は、Agilent 2100 Bioanalyzer (Agilent Technologies、ベーブリンゲン、ドイツ) を使用して分析されます。

ヒト血液中の遺伝子発現の分析:

逆転写は、大容量 cDNA 逆転写キット (Life Technologies、ダルムシュタット、ドイツ) を使用して実行されます。 遺伝子発現レベルは、QPCR および 2-ΔΔCt 法を使用して分析されます。 データはグループ平均値±標準誤差として表されます。 統計的有意性は、片側マンホイットニー U 検定を使用して検定されます。

パイロシーケンス:

特定の遺伝子のプロモーター領域はパイロシーケンシングによって解析されます。 簡単に説明すると、亜硫酸水素塩処理した DNA フラグメント (EpiTect Bisulfite Kit、Qiagen) を、未修飾のフォワード プライマーとビオチン標識リバース プライマー (Eurofins、Ebersberg、ドイツ) を使用した PCR (HotStar Taq DNA Polymerase、Qiagen) プライマー情報によって増幅します。 。 パイロシーケンスは、製造業者のプロトコルに従って、PyroMark Q24 Advanced システム (Qiagen; プライマー情報は補足表 S2 を参照) を使用して実行されます。 メチル化および非メチル化 EpiTect コントロール DNA サンプル (Qiagen) を、亜硫酸水素塩変換、増幅、およびパイロシーケンスのコントロールとして使用します。 各 CpG 部位のメチル化の割合は、PyroMark Q24 Advanced ソフトウェア バージョン 3.0.0 を使用して定量化されます。 (Qiagen) 配列決定は 3 回実行されます。 パイロシーケンス結果の品質管理フィルタリングと統計分析は、R バージョン 2.15.3 (http://www.r-project.org) を使用して実行されます。 Pyromark ソフトウェアによって信頼性がないとマークされた測定値は、データ セットから削除されます。 3 回の測定値は、外れ値 (3% を超えて逸脱する値) を除去した後に平均化されます。 マンホイットニー U 検定を使用して、ELS 群と対照群の CpG 部位のメチル化の平均パーセンテージを比較します。 データは平均±sとして表示されます。 e.m.

遺伝子分析:

遺伝子型は、MDD の以前の研究の GWAS データを使用して調査されます。 選択した遺伝子の dbSNP (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP) で、遺伝子全体の SNP (一塩基多型) が検索されます。 PLINK (v1.0.7)39 で実装されているセットベースのテストが (デフォルトのオプションと 105 の順列で) 実行され、MDD とデータセット内の遺伝的バリアントのセット全体との間の関連性がテストされます。

MR の所見:

• T1、T2 海馬、視床下部-下垂体および中皮質大脳辺縁系の 3D 測定 (体積の評価)。
• 中皮質大脳辺縁系ドーパミン作動性路における DTI 測定。
• うつ病患者の安静時 f-MRI (太字) 脳ネットワークと正常マップの比較

PET所見：

1. 静的 F-DOPA の視覚的評価および定量的測定 (SUVmax および SUVmean など) は、VTA、NAc、PFC で両側的に実行されます。
2. 利用可能な場合は、Ki などの動的な F-DOPA パラメーターの測定値 (ピークまでの時間、ピーク値など) が測定されます。

統計：

患者の特徴は記述統計を使用して要約されます。 量的変数は平均値と SD として表示され、質的変数は頻度として表示されます。

ピアソン相関係数は、さまざまな脳領域の PET とクラスター症状の間の関係の強さを測定するために使用されます。

t 検定は、さまざまなパラメーターの平均値を比較するために使用されます。 サンプルサイズ: これはパイロット研究であり、60 人の被験者 (30 人の健康な個人と 30 人の患者) のサンプルサイズが必要です。

参加者のサンプリング：対象基準を満たし、インフォームドコンセントを提供したすべての患者が連続して登録されます。

機密保持:

すべてのデータはコード化され、被験者は被験者のイニシャルと被験者の研究番号によってのみ識別されます。

コーディングは研究者によって行われ、安全なコンピュータと主任研究者のオフィスのクローゼットに保管された研究者ファイルに保存されます。

研究の被験者に関連するすべての報告とコミュニケーションは、個人情報を含まずに指定されたコードを使用します。