IGF en andere neurotrofe factoren bij patiënten met dementie

Inleiding Dementie De geschatte prevalentie van dementie in Denemarken is 85.000 (2011) en de wereldwijde prevalentie is bijna 36 miljoen (2010). Bovendien wordt voorspeld dat het aantal de komende 20 jaar zal verdubbelen, voornamelijk als gevolg van de demografische vergrijzing. De kosten van dementie vertegenwoordigen 1% van het wereldwijde BBP - een perspectief dat de huidige gezondheidszorgstelsels en nationale economieën zal uitdagen (1,2,3).

Dementie omvat een aantal progressieve degeneratieve hersenziekten. Dementie wordt gekenmerkt door een progressieve verslechtering van cognitie, functie en gedrag die voldoende ernstig is om sociaal en beroepsmatig functioneren in gevaar te brengen. Dementie wordt gekenmerkt door verlies van episodisch geheugen, moeite met benoemen en woordvinding, apraxie, executieve disfunctie en veranderingen in persoonlijkheid en stemming. De meest voorkomende oorzaak van dementie is de ziekte van Alzheimer (4, 5, 6).

De pathogenese van Alzheimer-dementie blijft ongrijpbaar. Jarenlang was het pathofysiologische kenmerk van de ziekte van Alzheimer de toxiciteit die wordt veroorzaakt door de ophoping van de eiwitten amyloïde-bèta in plaques en gefosforyleerd tau geassocieerd met neurofibrillaire knopen. Deze theorie is echter gebaseerd op de genetische "early-onset familiale Alzheimer", wat een minder frequent erfelijk type is. Momenteel zijn de hypothesen over de pathogenese van Alzheimer het eigenlijk niet eens met die van de amyloïde-beta-theorie. Er is dus behoefte aan meer begrip van de mechanismen die leiden tot de meest voorkomende vormen van de ziekte van Alzheimer. Een beter begrip van de ziekte kan een eerdere diagnose mogelijk maken en, belangrijker nog, een causale behandeling van Alzheimer mogelijk maken, in tegenstelling tot de louter symptomatische opties die vandaag beschikbaar zijn (4, 7, 8, 9).

IGF-systeem Een van de belangrijkste gebieden van recent onderzoek naar dementie is de rol van neurotrofe ondersteuning, een onderzoeksgebied dat insuline en het insulineachtige groeifactorsysteem omarmt. Insuline en het IGF-systeem zijn belangrijk bij normale somatische groei, ontwikkeling, weefselherstel en regeneratie gedurende het hele leven. Eerdere studies hebben aangetoond dat stoornissen in het gebruik van glucose in de hersenen en het energiemetabolisme zeer vroege afwijkingen vertegenwoordigen die voorafgaan aan of gepaard gaan met de eerste stadia van cognitieve stoornissen. Type 2-diabetes, dat vaak wordt gekenmerkt door insulineresistentie, is echter niet vastgesteld als een oorzaak van Alzheimer, hoewel er een verband bestaat tussen insulineresistentie en cognitieve disfunctie.

De cellulaire signaalroutes van IGF-I en IGF-II overlappen in hoge mate met de routes die door insuline worden gebruikt, en alle drie de eiwitten binden aan dezelfde receptoren, zij het met verschillende affiniteiten. Verschillende onderzoeken hebben aangetoond dat de verhouding tussen de concentraties van IGF-I in cerebrospinale vloeistof (CSF) en plasma (de CSF/plasma-ratio) lager is bij Alzheimerpatiënten. Interessant is dat IGF-I de klaring van amyloïde-bèta lijkt te bevorderen.

IGF-II is minder bestudeerd, maar komt tot expressie in de hersenen, zowel tijdens de ontwikkeling als op volwassen leeftijd, en neemt af met het ouder worden. In de hersenen is de relatieve concentratie het hoogst in de hippocampus. (10-14). Bovendien beschikt onze groep over nieuwe gegevens die aangeven dat IGF-II in CSF de belangrijkste groeifactor is als het gaat om het activeren van de IGF-I-receptor (Mia-Maiken Kallestrup et al., manuscript in voorbereiding).

Geheugen Geheugen is een kwestie van consolidatie waarbij nieuw aangeleerde labiele informatie sterker en veerkrachtiger wordt voor verstoring. Dit proces hangt af van de novo RNA- en eiwitsynthese en de functie van het cAMP-responselement-bindend eiwit (CREB) en het CCAAT-versterker-bindend eiwit (C/EBP), die beide transcriptiefactoren zijn. Eerdere studies hebben aangetoond dat er een bindingsplaats is voor C/EBP in het promotorgebied van het IGF-II-gen in lever en andere weefsels (10).

IGF-II en geheugen Om de puzzel van dementie op te lossen, is het belangrijk vroege veranderingen in biomarkers in vroege stadia van dementie te verklaren en daarmee mogelijk de pathogenese en mogelijke behandelingen te onthullen. Een experiment met ratten en geheugen zou hiertoe wellicht al de eerste stap hebben gezet. Het is aangetoond dat toediening van IGF-II aan ratten het geheugenbehoud aanzienlijk verbetert en vergeten voorkomt. Bovendien leidt inhibitievermijdingsleren (een paradigma waarin de proefpersoon leert een bepaalde context te associëren met het voorval) tot een toename van de hippocampale expressie van IGF-II. Ten slotte, maar belangrijker, injecties van recombinant IGF-II in de hippocampus na training of het ophalen van geheugen verbeteren het geheugenbehoud aanzienlijk en voorkomen vergeten (10).

Neurotrofe groeifactoren:

Het menselijk volwassen brein is in staat nieuwe neuronen te genereren, ook al heeft het een beperkte capaciteit. Mogelijk is deze capaciteit afhankelijk van voldoende neurotrofe groeifactoren. De neurotrofe factoren omvatten zenuwgroeifactor (NGF) en van de hersenen afgeleide neurotrofe factor (BDNF).

BDNF is belangrijk bij neuronale overleving, synaptische plasticiteit en geheugen, wat samen met de tendens van verhoogde niveaus van BDNF in de vroege stadia van de ziekte van Alzheimer op een verband wijst. De toename van BDNF in de vroege stadia van de ziekte van Alzheimer zou een weerspiegeling kunnen zijn van compensatie voor de neurodegeneratie. Tijdens de progressie van de ziekte van Alzheimer daalt het niveau van BDNF tot het niveau van gezonde ouderen.

NGF induceert de groei van neuronen en handhaaft de proliferatie van neuronen in wisselwerking met andere groeifactoren. Niveaus van NGF in serum, CSF of hersenen lijken niet te verschillen van Alzheimerpatiënten tot normale oudere patiënten, maar lijken te variëren tussen verschillende hersengebieden. Ten slotte correleert het expressiepatroon van BDNF en NGF sterk met de amyloïdeconcentratie (15).

Cluster van differentiatie 163 (CD-163) CD-163 is een scavenger-receptor, die macromoleculen voor het hemoglobine-haptoglobinecomplex en zijn niveaus herkent en opneemt als indicatie van monocyt-macrofaagactivering. De oplosbare vorm van de receptor wordt sCD163 genoemd en wordt aangetroffen in plasma. Plasma-sCD163-spiegels zijn opwaarts gereguleerd bij een groot aantal ontstekingsziekten (16).

Hypothese Patiënten met dementie hebben een gedereguleerde concentratie en/of activiteit van IGF-I, IGF-II, NGF, BDNF en sCD-163 in hersenvocht.

Doel Het definiëren van de concentratie en biologische activiteit van IGF-I, IGF-II, BDNF, NGF en sCD-163 in de cerebrospinale vloeistof en serum bij patiënten met de ziekte van Alzheimer in vergelijking met controles (patiënten met niet-gespecificeerde neurologische symptomen of ziekte).

Methode Onderzoekspopulatie Alle deelnemende patiënten moeten ouder zijn dan 18 jaar. Ze worden uitgesloten van de studie in geval van acute bacteriële neuro-infectie en acute bloeding. De onderzoekspopulatie van dit project omvat alle patiënten met vastgestelde of vermoede dementie, die een lumbaalpunctie zullen ondergaan op de afdeling Neurologie van het Universitair Ziekenhuis van Aarhus als onderdeel van hun diagnostisch onderzoek.

Tot de controlegroep behoren patiënten met niet-gespecificeerde neurologische symptomen of ziekten die een lumbaalpunctie zullen ondergaan op de afdeling Neurologie van het Universitair Ziekenhuis van Aarhus als onderdeel van hun diagnostisch onderzoek, ongeacht deze studie.

De patiënten krijgen informatie over het onderzoeksproject en worden gevraagd hun inhoud aan deelname te geven. De deelname impliceert extractie van 2-3 ml extra ruggenmergvocht en een extra bloedmonster (10 ml), dat zal worden gebruikt voor analyse van IGF-systeemcomponenten en neurotrofe factoren. Deelnemers ontvangen geen enkele vorm van betaling, maar kunnen wel een vergoeding krijgen voor vervoer.

Tijdens het diagnostisch onderzoek en dus ook tijdens het onderzoeksproject houden we altijd rekening met de mentale en fysieke gesteldheid van de patiënt. Het onderzoeksproject wordt uitgevoerd volgens de Wet Verwerking Persoonsgegevens.

Op de afdeling Neurologie van het Universitair Ziekenhuis van Aarhus gebruikt de Dementiekliniek lumbaalpunctie als diagnostisch hulpmiddel bij ongeveer drie patiënten per week. Naar schatting zal ongeveer 1/3 tot 1/2 van deze patiënten de diagnose Alzheimer krijgen en deze patiënten zullen uiteindelijk gedurende een periode van 36-40 weken in het project worden opgenomen. Over het geheel genomen zal dit tijdens de onderzoeksperiode de inclusie van 50-60 patiënten mogelijk maken.

Analyse Het ruggenmergvocht en het serum worden geanalyseerd in het Medical Research Laboratory. Het ruggenmergvocht en de bloedmonsters zullen worden gedeponeerd in een biobank voor onderzoek in het Universitair Ziekenhuis van Aarhus. Het plan is om alle biochemische analyses tegelijkertijd uit te voeren wanneer alle monsters zijn verzameld. In het geval van bekende kennis in het veld, zijn we van plan de monsters gedurende 5 jaar na dit project te deponeren. Als de monsters voor een ander project worden gebruikt, zullen de Nationale Commissie voor gezondheidsonderzoekethiek en het Deense bureau voor gegevensbescherming opnieuw om een ​​aanvraag vragen.

De immunologische concentraties van IGF-I en IGF-II worden gemeten door middel van gevalideerde interne analyses. Bovendien beschikt het Universitair Ziekenhuis van Aarhus over een unieke techniek, waarmee de bioactiviteit van IGF-I en -II in het hersenvocht kan worden gemeten. De techniek is gebaseerd op een in-house bioassay op celbasis die in 2003 is ontwikkeld. Deze methode houdt er rekening mee dat een groot deel van de IGF-I en IGF-II gebonden is aan eiwitten en daardoor als biologisch inactief moet worden beschouwd. De bioassay kan het vermogen van zowel serum als hersenvocht meten om IGF-IR in vitro te stimuleren, wat de methode veel specifieker maakt. Pilotonderzoeken van onze groep hebben aangetoond dat het mogelijk is om de biologische IGF-IR-activiteit in hersenvocht te meten. Het is bewezen dat:

i) De biologische IGF in vitro activiteit van cerebrospinale vloeistof is voornamelijk afkomstig van IGF-II ii) De biologische activiteit is veel hoger dan verwacht in vergelijking met eenvoudige concentratiemetingen vanwege de lage concentraties van IGF-bindende eiwitten.

De immunologische concentraties van de IGF-bindende eiwitten zullen worden gemeten door middel van commerciële of intern ontwikkelde immunoassays en ligand-blottingtechnieken.

De concentraties van NGF, BDNF en sCD-163 in ruggenmergvocht en serum zullen worden geanalyseerd met reeds gevestigde technieken en het ruggenmergvocht zal worden onderzocht met spectrometrie.

Klinisch onderzoek Het klinisch onderzoek wordt uitgevoerd als een natuurlijk onderdeel van het onderzoek naar dementie. Dit omvat medische geschiedenis en een objectief onderzoek, CT-scan en cognitieve tests, waaronder MMSE (mini-mental state exam) en ACE (Adenbrooke's Cognitive Examination). Bij twijfel wordt een uitgebreider onderzoek uitgevoerd door een neurofysioloog. Informatie uit het klinisch onderzoek in de vorm van een medisch dossier zal worden gebruikt om de mogelijkheid van dementie als diagnose te evalueren, inclusief de progressie van de ziekte en daardoor om de mogelijke gedereguleerde concentraties en/of activiteiten van IGF-I, IGF-II, NGF, BDNF en sCD-163 in hersenvocht.

Vermogen De biologische activiteit van IGF in hersenvocht bij patiënten met dementie is niet eerder vastgesteld. Pilotgegevens geven aan dat de biologische activiteit van IGF-II bij gezonde mensen (n=9) 57 ± 13 ng/ml is (gemiddelde ± SD). Als het verschil in een patiëntengroep is ingesteld op 26 ng/ml ( ̴ 2 x SD), dan geeft de opname van 10 personen per groep het project een power van 90% door gebruik te maken van ANOVA en een significant niveau van 5%. Daarom is ervoor gekozen om 15 patiënten in het project op te nemen.

Statistiek Voor statistische analyses wordt het programma ANOVA gebruikt. Parametrische of niet-parametrische tests zullen worden gebruikt, afhankelijk van de normale verdeling van gegevens. Bij alle statistische analyses wordt een significantieniveau van 5% gebruikt.

Perspectief Zoals eerder vermeld, zijn de kosten van dementie al goed voor 1% van het wereldwijde BBP en de verwachting is dat de prevalentie van dementie binnen de komende twintig jaar zal verdubbelen. Door de progressieve aard van de ziekte heeft naar schatting 43% van de gevallen met dementie een hoog niveau van zorg nodig (vergelijkbaar met een verpleeghuis). Daarom is het duidelijk dat preventie, vertraagde aanvang, vertraagde progressie en mogelijke genezing cruciale factoren zijn, niet alleen voor het welzijn van patiënten en familieleden, maar ook voor de economie van de gezondheidszorgstelsels. (2,17) Dit onderzoeksproject is gebaseerd op de recente theorie van dementie als een ziekte in het IGF-systeem, maar in tegenstelling tot andere studies kunnen we zowel concentraties als bioactiviteit meten. Dit zal potentieel leiden tot meer kennis over de dynamiek van dementie en daarmee mogelijk tot een beter begrip van de pathogenese en medische doelen van dementie.

Ethische overweging Ethische overwegingen in het algemeen De tests die worden uitgevoerd bij de patiënten die betrokken zijn bij dit onderzoeksproject zijn lumbaalpunctie en bloedmonsters. Beide tests zullen worden uitgevoerd als onderdeel van de diagnostische opwerking, ongeacht deze studie.

Het uitvoeren van een lumbaalpunctie brengt enkele risico's met zich mee, waaronder hoofdpijn na lumbaalpunctie met een incidentie van 12%, maar komt het meest voor bij jongere patiënten. Meestal is de hoofdpijn van korte duur en kan deze worden genezen door het aanbrengen van een bloedpleister. Het gebruik van een naald bij de lumbaalpunctie kan tijdelijke lumbaalpijn en een accumulatie veroorzaken. Ethische overwegingen bij patiënten met dementie De betrokken patiëntengroep zorgt voor een uitgebreide ethische afweging. Zoals eerder vermeld, veroorzaken de symptomen van dementie geheugenverlies, moeite met het vinden van de juiste woorden en het begrijpen van wat mensen zeggen. Het is dan ook de vraag of de patiënten in staat zijn om zelfstandig te beslissen of ze aan het project willen deelnemen (6).

Bij alle dementiepatiënten worden alle tests uitgevoerd als onderdeel van het standaard diagnostisch onderzoek naar dementie. Daarom introduceert deze studie geen aanvullend onderzoek ter verdediging van het ethische aspect van deze studie. Gezien het lage risico van dit project, de milde vormen van dementie en de hoge prevalentie en ernst van de ziekte, beoordelen we dit project als ethisch aanvaardbaar. Verder is het van groot belang om de pathogenese en mogelijke doelwitten van dementie te onderzoeken.

Doel Positieve, negatieve en onduidelijke resultaten van dit onderzoek zullen worden gepubliceerd. De resultaten zullen de basis vormen voor een onderzoeksjaarverslag en een artikel voor publicatie in een Engelstalig peer-reviewed tijdschrift.