중피질변연계에서의 PET-MRI F-DOPA 활성과 치료 적합성 예측에서의 우울 증상

소개:

주요 우울 장애(MDD)는 많은 국가에서 인구의 8-12%가 유병률을 보이는 다재다능한 정신 장애입니다.

현재 접근 방식에 따르면 MDD는 모노아민 신경전달물질의 활성 저하를 특징으로 하며, 수용체 민감도의 차이 때문인지, 낮은 발현 또는 mao-a/mao-b 과다활성으로 인한 시냅스 갈라진 틈의 고갈 때문인지는 확인되지 않았습니다.

오늘날 사용되는 대부분의 항우울제는 우울증의 모노아민 고갈 이론에 근거합니다. 이러한 약물에는 선택적 세로토닌 재흡수 억제제(SSRI), 세로토닌 노르에피네프린 재흡수 억제제(SNRI's) 또는 삼환계 항우울제(TCA)가 포함되며, 이들은 모두 이러한 모노아민의 일부 또는 전부의 재흡수를 억제하여 시냅스 간극의 수치 상승을 유도합니다. 일부 약물은 모노아민 수용체에 직접 영향을 미칩니다.

기능 장애 도파민 신경 전달은 우울 장애의 핵심 증상인 주의력, 동기 부여 및 무쾌감증의 결핍에 필수적인 역할을 합니다. 전두엽 피질(PFC)의 시냅스 전 D2r(도파민 2 수용체) 밀도는 건강한 사람에 비해 우울증 환자에서 상당히 낮은 것으로 나타났습니다.

현재 우울증 환자에서 영상 기술을 사용한 대부분의 연구는 주로 다른 유형의 자기 공명 영상(MRI) 또는 양전자 방출 단층 촬영(PET) 추적자를 사용한 별도의 핵의학 영상을 사용합니다. 여러 연구에서 우울증 및 기타 정신 질환 평가에서 전통적인 MRI의 역할은 주로 구조적 특징을 구별하여 해당 측면에서 진단을 강화하는 것을 목표로 합니다. 대조군과 비교하여 MDD 환자의 뇌에서 측정된 몇 가지 구조적 변화가 있습니다. 그 중 감소된 해마 부피는 완화된 환자와 비교하여 나타났으며, 시상하부-뇌하수체 부피 증가, 전두엽 피질(PFC) 및 기저핵 부피 감소였습니다. 이러한 발견은 현재까지 수행된 MRI 및 CT 스캔을 사용한 구조적 변화에 대한 최대 규모의 메타 분석 연구에 따라 확립되었습니다. PET 스캔은 뇌의 일반 ​​또는 작용제 특정 대사에 관한 지표를 제공합니다. 우울증 환자에게 수행되는 대부분의 PET 스캔은 FDG 또는 11-C 세로토닌 방사성 리간드를 사용합니다. 우울증 환자에서 F-DOPA PET 흡수를 조사한 연구는 거의 없었으며, 대부분은 파킨슨병 우울증이 있고 하나는 매우 작은 표본 크기(n=6)에서 정서적 편평화 또는 충동 증상이 있습니다. 대부분의 연구는 특히 Nucleus Accombens (NAc)의 선조체에서 감소된 DOPA 흡수의 징후를 보여줍니다. MDD에서 뇌의 관련 영역에서 F-DOPA 섭취를 나타내는 추가 정보가 필요합니다. 우리가 아는 한 이것은 우울증 환자에서 [18F] F-DOPA PET/MRI를 사용한 첫 번째 연구가 될 것입니다. PET/MRI는 질병 평가를 보다 정확하게 식별할 수 있도록 해부, 기능 및 분자 프로세스를 결합하여 진정한 다중 양식 영상을 제공합니다.

잘 확립된 사실은 평생 동안 발생하는 환경적 요인과 함께 유전적 요인이 우울증에 대한 취약성의 기초가 될 가능성이 있다는 것입니다. 그러나 120만 개의 상염색체 및 X 염색체 SNP(single-nucleotide polymorphisms)를 분석한 여러 게놈 연관 연구(GWAS)의 대규모 분석에서 게놈 차원의 중요성을 달성하는 SNP가 없음을 발견했습니다. 일관되게 관찰되는 주요 우울증(18)의 실질적인 유전 가능성과 장애에 강력하게 기여하는 것으로 확인된 특정 유전 변이가 없다는 사실 사이의 이러한 불일치는 작동 중인 다른 메커니즘을 시사합니다. 후성유전학은 유전자 발현의 변화에 ​​기초하고 DNA 서열의 변경과 관련되지 않은 염색질 구조의 변화를 의미합니다. DNA 메틸화는 후성 유전학의 기초가 되는 시스템 중 하나입니다. DNA의 메틸화는 CpG 디뉴클레오티드에서 시토신의 5' 위치에 메틸 그룹을 추가해야 합니다. 시토신 메틸화 후 조절 요소에 대한 전사 인자의 접근은 입체 간섭으로 인해 감소합니다. DNA 메틸화 패턴은 한편으로는 유전 가능하고 다른 한편으로는 환경에 동적으로 반응합니다. 후성 유전학의 이러한 특성은 정신 질환의 특성과 일치하는 유전자 발현을 결정하는 조절 메커니즘을 만듭니다. 다양한 환경의 다양한 조직에서 DNA 메틸화의 다양한 패턴이 관찰됩니다. 별도의 뇌 영역 간에도 다릅니다. Epigenome-wide 연관 연구(EWAS)가 진행 중입니다. 그 중 하나에서 사후 우울 피험자의 PFC 조직에서 연구자들은 뇌 구동 신경 영양 인자(BDNF)와 같은 신경 성장 및 발달 유전자 부위가 풍부함을 발견했습니다. 감소된 BDNF 수준은 우울증에 대해 잘 확립된 마커입니다. 만성 스트레스에 노출된 동물의 해마에서도 낮은 수준의 BDNF 단백질이 보고되었습니다. 흥미롭게도 항우울제 투여는 해마의 BDNF를 증가시켜 스트레스로 인한 감소를 예방했습니다. 이러한 발견은 기분 장애에서 관찰되는 해마 용적 감소와 기분 장애 또는 우울한 성격 특성을 가진 개인의 BDNF 혈청 수치 감소를 고려할 때 흥미롭습니다. 이러한 수렴 전임상 및 임상 데이터를 기반으로 BDNF 유전자는 기분 장애의 유전적 조사를 위한 논리적 표적을 나타냅니다.

전혈 DNA를 분석한 또 다른 Epigenome-wide 연관 연구에서는 평생 우울증이 있는 사람에게서 IL-6 및 C-반응성 단백질(CRP) 혈장 수치가 증가했으며, 우울증만 있는 사람 중에서 IL-6 메틸화는 혈장과 반비례 관계를 보였다는 사실을 발견했습니다. IL-6 및 CRP.

현재까지 정신과 진료소에는 어떤 약물 치료가 어떤 환자에게 최적인지 구별할 수 있는 일반적인 영상 진료가 없습니다. 우리가 아는 한, 이것은 [18F] F-DOPA PET/MRI 영상 및 증상 평가 전처리의 조합을 사용하여 치료 적합성을 평가하는 첫 번째 연구가 될 것입니다.

연구 목적 및 목적:

이 연구의 목적은 치료 호환성 예측에서 양식 영상 및 증상 평가의 타당성을 평가하는 것입니다. 치료 전 우울증 진단을 받은 환자의 구조적 및 기능적 MR 소견과 함께 18F-FDOPA PET에 의해 중피질변연계(VTA-NAc-PFC)에서 측정된 도파민 대사.

주요 목표:

1. 중피질변연계(VTA-NAc-PFC)에서 치료되지 않은 우울증 환자와 건강한 개인의 순진한 F-DOPA 재흡수 수준을 비교하고 해마, 시상하부-뇌하수체 및 중피질변연계(VTA- NAc-PFC) 및 휴식 상태 fMRI.

보조 목표:

1. 건강한 대조군과 비교하여 환자의 혈장에서 DNA 메틸화의 차이를 비교합니다.
2. 기저선에서 그리고 6개월 후 중피질변연계에서 PET 18F-DOPA 흡수 레퍼토리, 구조적 측정 및 DNA 메틸화에 대한 증상의 중증도 점수(Hamilton Rating Scale을 기준으로 평가됨) 사이의 상관관계를 평가합니다.

재료 및 방법:

연구 설계: 예비 예비 연구.

임상 평가:

증상 부담의 정량적 측정은 "우울증에 대한 해밀턴 평가 척도" 및 기준선(치료 전), 치료 개시 후 3개월 및 6개월에 DSM-V 기준을 기반으로 하는 임상 평가를 통해 결정됩니다. DSM-5에 따르면 우울증 진단에는 동일한 2주 기간 동안 존재하고 이전 기능의 변화를 나타내는 다음 증상 중 5개(또는 그 이상)가 필요합니다. (1) 우울한 기분 (2) 흥미 또는 즐거움의 상실 . (3) 상당한 체중 감소 또는 체중. (4) 불면증 또는 과다수면. (5) 정신운동 초조 또는 지연.(6) 거의 피로 또는 에너지 손실. (7) 무가치감 또는 과도하거나 부적절한 죄책감.(8) 생각하거나 집중하는 능력이 저하됩니다. (9) 죽음에 대한 반복적인 생각.

Hamilton Rating Scale의 증상 평가는 정신과 의사가 수행합니다. 마지막으로 우리는 이미징 및 분자 발견에 따라 특정 증상 클러스터를 치료 호환성에 연결하려고 시도할 것입니다. 이러한 약물 치료의 적합성은 '치료 기준' 방식으로 클리닉에서 치료 성공률과 비교됩니다. 환자의 경과에 대한 평가는 증상의 변화 및/또는 3,6개월 후 후속 방문을 통한 2차 스캔으로 결정됩니다.

.이미징 진단 PET/MR 프로토콜: 우리는 도파민 전구체 3,4-디하이드록시-6-[18F]-플루오로-l-페닐알라닌([18F] FDOPA) 섭취 속도 상수(K(i))의 평가를 사용합니다. L-도파 수송을 반영합니다. L-aromatic amino acid decarboxylase 활성, 소포 흡수 및 도파민 신경 말단의 수. 우리는 우울한 비약물 환자와 건강한 개인의 Mesocorticolimbic 네트워크에서 [18F] F-DOPA 흡수를 측정하고 비교하고자 합니다. 그런 다음 [18F] F-DOPA 흡수 레퍼토리를 조사하고 여러 종류의 증상 발현과 분자 및 인구 통계 데이터에 따라 다양한 우울증 뇌를 따라 전형적인 시공간 패턴을 특성화합니다. 또한, 우리는 mesocoticolimbic dopaminergic tract를 평가하기 위해 DTI (diffuse tensor imaging) 및 SWI (susceptibility-weighted imaging)와 같은 새로운 MR 시퀀스를 구현하고 T1, T2 시퀀스를 사용하여 이러한 환자의 해마 및 시상 하부-뇌하수체 용적을 측정합니다. 건강한 사람에 비해 또한 T2* 시퀀스를 사용하여 휴식 상태 혈액-산소 수준 의존(BOLD) 조영 영상을 평가합니다. 또한 스캔 결과는 약을 복용하지 않은 환자의 증상에 대한 임상 평가와 연관될 것입니다.

모든 스캔은 제조업체의 지침에 따라 PET/MR 스캐너(Biograph mMR, Siemens AG, Erlangen, Germany)를 사용하여 Tel-Aviv Assuta Medical Center의 핵의학과에서 수행됩니다.

환자는 진료과에 도착하기 최소 4시간 전에 금식해야 합니다. 도착 시 방사성 의약품 및 가돌리늄 투여를 위해 정맥 카테터를 배치합니다. 환자는 PET MR 테이블에 10mCi의 18F-FDOPA를 정맥 주사하고 즉시 스캔을 시작합니다. 동적 PET 매개변수는 다양한 MR 시퀀스와 함께 획득됩니다. 뇌의 MR에는 다음 시퀀스가 ​​포함됩니다. 휴식 상태 기능 이미징. 또한 가돌리늄 유무에 관계없이 뇌의 관류를 평가합니다. Aa 뇌의 해부학적 정위 지도는 ExploreDTI 소프트웨어를 사용하여 스캔과 일치하여 계층화됩니다.

조영 증강 시퀀스의 경우 Dotarem(가도테린산)(2ml/s에서 0.2ml/kg, 0.1mmol/kg, 20ml 식염수 플러시)을 사용합니다. 총 스캔 시간은 약 45분입니다.

데이터 수집 및 절차:

적격한 건강한 지원자의 경우 기준선에서 다음 데이터가 기록됩니다.

1. 기준 매개변수: 생년월일, 성별, 사회경제적 지위, 인종, 흡연, 음주.
2. 자세한 병력.
3. 약물 목록
4. 우울증에 대한 Hamilton 등급 척도를 이용한 증상 평가
5. 혈액 샘플

적격 우울증 환자의 경우 기준선에서 3개월 후 및 6개월 후 다음 데이터가 기록됩니다.

1. 기준 매개변수: 생년월일, 성별,
2. 자세한 병력.
3. 약물 목록
4. 우울증에 대한 Hamilton 등급 척도를 이용한 증상 평가
5. 혈액 샘플
6. 임상 진단 및 증상 발병.

생물학적 샘플 수집:

혈액 샘플은 말초 혈액의 혈장에서 전체 게놈 DNA 메틸화의 평가를 위한 스캔 전에 환자 및 건강한 대조군으로부터 채취될 것입니다. 혈액 샘플은 기준선에서 건강한 대조군과 우울한 환자로부터 채취됩니다. 우울한 피험자로부터 기저선의 후생유전학적 소견에 기초한 특정 마커의 유전자 발현 mRNA 또는 단백질의 평가를 위해 치료 시작일로부터 6개월 후에 혈액을 채취할 것입니다.

게놈 차원의 프로모터 DNA 메틸화 분석:

MeDIP 분석에 사용된 절차는 이전에 발표된 프로토콜에서 채택되었습니다.(13,14) 간단히 말해서, 2μg의 DNA를 초음파 처리하고, 메틸화된 DNA를 항-5-메틸-시토신(Eurogentec, Fremont, CA, USA)을 사용하여 면역 침전시킵니다. DNA-항체 복합체를 단백질 G로 면역침전시킨 다음, 메틸화된 DNA를 소화 완충액(50mM TRisHCl pH8; 10mM EDTA; 0.5% SDS)에 재현탁시키고 프로테이나제 K로 55°C에서 밤새 처리합니다. 입력 및 결합 분획을 정제하고 Whole Genome Amplification Kit(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)를 사용하여 증폭하고 CGH Enzymatic Labeling을 사용하여 각각 Cy3-dUTP 및 Cy5-dUTP와 마이크로어레이 혼성화를 위해 레이블링합니다. 제조업체의 지침에 따라 키트(Agilent Technologies, Mississauga, ON, Canada). 맞춤 설계된 타일링 어레이가 사용되었습니다(Agilent Technologies). 혼성화, 세척, 스캐닝 및 특징 추출 절차의 모든 단계는 칩온 칩 분석을 위한 Agilent Technologies 프로토콜에 따라 수행됩니다. 추출된 마이크로어레이 강도는 통계 컴퓨팅을 위한 R 소프트웨어 환경(http://www.r-project.org/)을 사용하여 처리 및 분석됩니다.

유전자 특이적 검증:

MeDIP 데이터의 검증은 2-ΔΔCt 방법을 사용하여 정량적 실시간 PCR(QPCR)을 적용하여 수행됩니다. 데이터는 그룹 평균 ± SEM으로 표현됩니다. Graphpad 5 소프트웨어는 단측 Mann-Whitney U 테스트를 수행하는 데 사용됩니다.

인간 혈액에서 RNA 추출:

방사성리간드를 주입하기 전에 RNA 추출을 위한 혈액을 수집하고 PAXgene Blood RNA 튜브(PreAnalytiX, Hombrechtikon, Switzerland)로 끌어들입니다. PAXgene Blood RNA Kit(Qiagen)를 사용하여 RNA를 추출합니다. RNA 샘플의 품질과 양은 Agilent 2100 Bioanalyzer(Agilent Technologies, Böblingen, Germany)를 사용하여 분석됩니다.

인간 혈액의 유전자 발현 분석:

역전사는 고용량 cDNA 역전사 키트(Life Technologies, Darmstadt, Germany)를 사용하여 수행될 것이다. QPCR 및 2-ΔΔCt 방법을 사용하여 유전자 발현 수준을 분석할 것입니다. 데이터는 그룹 평균 ± SEM으로 표현됩니다. 통계적 유의성은 단측 Mann-Whitney U 테스트를 사용하여 테스트됩니다.

파이로시퀀싱:

특정 유전자의 프로모터 영역은 파이로시퀀싱으로 분석됩니다. 요약하면, Bisulfite 처리된 DNA(EpiTect Bisulfite Kit, Qiagen)의 단편은 수정되지 않은 정방향 프라이머와 비오틴 표지 역방향 프라이머(Eurofins, Ebersberg, Germany)를 사용하여 PCR(HotStar Taq DNA Polymerase, Qiagen) 프라이머 정보로 증폭됩니다. . 제조업체의 프로토콜에 따라 PyroMark Q24 Advanced 시스템(Qiagen; 프라이머 정보는 보충 표 S2 참조)을 사용하여 파이로시퀀싱을 수행합니다. 메틸화 및 비메틸화 EpiTect 컨트롤 DNA 샘플(Qiagen)은 바이설파이트 변환, 증폭 및 파이로시퀀싱을 위한 컨트롤로 사용됩니다. 각 CpG 부위의 메틸화 백분율은 PyroMark Q24 Advanced 소프트웨어 버전 3.0.0을 사용하여 정량화됩니다. (Qiagen) 시퀀싱은 3회 수행됩니다. 파이로시퀀싱 결과의 품질 관리 필터링 및 통계 분석은 R 버전 2.15.3(http://www.r-project.org)을 사용하여 수행됩니다. Pyromark 소프트웨어에서 신뢰할 수 없는 것으로 표시된 측정값은 데이터 세트에서 제거됩니다. 3회 측정은 이상치(3% 이상 편차가 있는 값)를 제거한 후 평균화됩니다. ELS 대 대조군에 대한 CpG 부위의 평균 메틸화 백분율을 비교하기 위해 Mann-Whitney U-테스트를 ​​사용할 것입니다. 데이터는 평균±s로 표시됩니다. 여자 이름.

유전자 분석:

유전자형은 이전 MDD 연구의 GWAS 데이터를 사용하여 조사됩니다. 선택된 유전자의 dbSNP(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP)는 유전자 전체에서 SNP(single-nucleotide polymorphisms)를 검색합니다. PLINK(v1.0.7)39에서 구현된 세트 기반 테스트는 MDD와 데이터 세트의 전체 유전자 변이 세트 간의 연관성을 테스트하기 위해 수행됩니다(기본 옵션 및 105 순열 사용).

MR 결과:

• 해마, 시상하부-뇌하수체 및 중피질 변연계의 T1,T2 3D 측정(용적 평가).
• mesocorticolimbic dopaminergic tract에서 DTI 측정.
• 우울증 환자의 휴식 상태 f-MRI(BOLD) 뇌 네트워크와 정상 지도 비교

PET 결과:

1. 정적 F-DOPA(예: SUVmax 및 SUVmean)의 시각적 평가 및 정량적 측정은 VTA, NAc, PFC에서 양측으로 수행됩니다.
2. 사용 가능한 경우 Ki와 같은 동적 F-DOPA 매개변수의 측정(예: 피크까지의 시간, 피크 값 등)이 측정됩니다.

통계:

기술 통계를 사용하여 환자 특성을 요약합니다. 정량적 변수는 평균과 SD로 표시되고 정성적 변수는 빈도로 표시됩니다.

Pearson 상관 계수는 다른 뇌 영역의 PET와 군집 증상 사이의 관계 강도를 측정하는 데 사용됩니다.

t-테스트는 다른 매개변수의 평균값을 비교하는 데 사용됩니다. 샘플 크기: 이것은 60명의 피험자(건강한 개인 30명과 환자 30명)의 샘플 크기가 필요한 파일럿 연구입니다.

참가자 샘플링: 포함 기준을 충족하고 정보에 입각한 동의를 제공한 모든 환자가 연속적으로 등록됩니다.

기밀성:

모든 데이터는 코드화되고 피험자는 피험자의 이니셜과 피험자의 연구 번호로만 식별됩니다.

코딩은 조사관이 수행하며 보안 컴퓨터와 수석 조사관 사무실의 벽장에 잠긴 조사 파일에 저장됩니다.

연구 대상과 관련된 모든 보고 및 통신은 개인 정보 없이 제공된 코드를 사용합니다.