PET-MRI Aktywność F-DOPA w układzie mezokortykolimbicznym i objawy depresyjne w przewidywaniu zgodności leczenia

Wstęp:

Duże zaburzenie depresyjne (MDD) jest wszechstronnym zaburzeniem psychicznym, występującym u 8-12% populacji w wielu krajach.

Zgodnie z dotychczasowym podejściem MDD charakteryzuje się obniżoną aktywnością neuroprzekaźników monoaminowych, nie wiadomo czy jest to wynikiem różnic w czułości ich receptorów, czy wyczerpania szczeliny synaptycznej na skutek niskiej ekspresji lub nadaktywności mao-a/mao-b.

Większość stosowanych obecnie leków przeciwdepresyjnych opiera się na teorii depresji związanej z wyczerpaniem monoamin. Leki te obejmują selektywne inhibitory wychwytu zwrotnego serotoniny (SSRI), inhibitory wychwytu zwrotnego serotoniny i noradrenaliny (SNRI) lub trójpierścieniowe leki przeciwdepresyjne (TCA), z których wszystkie hamują wychwyt zwrotny niektórych lub wszystkich tych monoamin, wywołując podwyższone poziomy w szczelinie synaptycznej. Niektóre leki wpływają bezpośrednio na receptory monoamin.

Dysfunkcjonalna neurotransmisja dopaminy odgrywa zasadniczą rolę w deficytach uwagi, motywacji i anhedonii, które są podstawowymi objawami zaburzeń depresyjnych. Wykazano, że gęstość presynaptycznego D2r (receptora dopaminy 2) w korze przedczołowej (PFC) jest znacznie niższa u pacjentów z depresją w porównaniu z osobami zdrowymi.

Obecnie większość badań wykorzystujących techniki obrazowania u pacjentów z depresją wykorzystuje głównie różne rodzaje obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI) lub oddzielne obrazowanie medycyny nuklearnej ze znacznikami pozytonowej tomografii emisyjnej (PET). Rola tradycyjnego rezonansu magnetycznego w ocenie depresji i innych zaburzeń psychicznych w różnych badaniach ma na celu przede wszystkim różnicowanie cech strukturalnych, a tym samym wzmocnienie diagnozy w tym aspekcie. Istnieje kilka zmian strukturalnych mierzonych w mózgach pacjentów z MDD w porównaniu z grupą kontrolną. Wśród nich wykazano również zmniejszoną objętość hipokampa w porównaniu z pacjentami z remisją, zwiększoną objętość gruczołu podwzgórzowo-przysadkowego, zmniejszoną objętość kory przedczołowej (PFC) i zwojów podstawnych. Odkrycia te są również ustalone zgodnie z największą metaanalizą zmian strukturalnych przeprowadzoną do tej pory za pomocą skanów MRI i CT. Skany PET dają wskazówki dotyczące ogólnego lub specyficznego metabolizmu mózgu. Większość skanów PET wykonywanych u pacjentów z depresją wykorzystuje radioligandy FDG lub 11-C Serotonine. Tylko kilka badań bada wychwyt F-DOPA PET u pacjentów z depresją, głównie z chorobą Parkinsona i jednym z objawami spłaszczenia afektywnego lub objawami impulsywnymi na bardzo małej próbie (n=6). Większość badań wskazuje na zmniejszenie wychwytu DOPA w prążkowiu, szczególnie w jądrze Accombens (NAc). Wymagane są dodatkowe informacje wskazujące na wychwyt F-DOPA w odpowiednich regionach mózgu w przypadku MDD. Zgodnie z naszą najlepszą wiedzą będzie to pierwsze badanie z użyciem [18F] F-DOPA PET/MRI u pacjentów z depresją. PET/MRI oferuje prawdziwie multimodalne obrazowanie, łącząc anatomię, funkcje i procesy molekularne, co pozwoli na dokładniejszą identyfikację oceny choroby.

Powszechnie wiadomo, że czynniki genetyczne wraz z czynnikami środowiskowymi występującymi w ciągu całego życia prawdopodobnie leżą u podstaw podatności na depresję. Jednak w megaanalizie kilku badań asocjacyjnych genomu (GWAS), w których przeanalizowano 1,2 miliona polimorfizmów pojedynczego nukleotydu (SNP) autosomalnego i chromosomu X, nie stwierdzono, aby SNP osiągnął znaczenie dla całego genomu. Ta rozbieżność między konsekwentnie obserwowaną znaczną dziedziczeniem dużej depresji(18) a faktem, że nie zidentyfikowano żadnych specyficznych wariantów genetycznych, które zdecydowanie przyczyniają się do tego zaburzenia, sugeruje działanie innych mechanizmów. Epigenetyka odnosi się do zmian w strukturze chromatyny, które leżą u podstaw zmian w ekspresji genów i które nie są związane ze zmianami w sekwencji DNA. Metylacja DNA jest jednym z systemów leżących u podstaw epigenetyki. Metylacja DNA wymaga dodania grupy metylowej w pozycji 5' cytozyn w dinukleotydach CpG. Po metylacji cytozyny dostęp czynników transkrypcyjnych do elementów regulatorowych jest ograniczony z powodu interferencji sterycznej. Wzorce metylacji DNA są z jednej strony dziedziczne, az drugiej dynamicznie reagują na środowisko. Ta cecha epigenetyki czyni ją mechanizmem regulacyjnym, determinującym ekspresję genów, co jest zgodne z naturą zaburzeń psychicznych. Różne wzorce metylacji DNA obserwuje się w różnych tkankach narażonych na różne środowiska. Różni się nawet w poszczególnych regionach mózgu. Trwają badania asocjacyjne całego epigenomu (EWAS). W jednym z nich w tkance PFC osób z depresją pośmiertną badacze odkryli wzbogacenie w miejsca genów wzrostu i rozwoju neuronów, takie jak czynnik neurotroficzny kierowany przez mózg. (BDNF) Obniżony poziom BDNF jest dobrze znanym markerem depresji. Niższe poziomy białka BDNF odnotowano również w hipokampie zwierząt narażonych na przewlekły stres. Co ciekawe, podawanie leków przeciwdepresyjnych zwiększało BDNF w hipokampie, zapobiegając spadkowi wywołanemu stresem. Odkrycia te są intrygujące, biorąc pod uwagę utratę objętości hipokampu obserwowaną w zaburzeniach nastroju i obniżone poziomy BDNF w surowicy u osób z zaburzeniami nastroju lub depresyjnymi cechami osobowości. W oparciu o te zbieżne dane przedkliniczne i kliniczne, gen BDNF stanowi logiczny cel dla genetycznych badań zaburzeń nastroju.

W innym badaniu asocjacyjnym obejmującym cały Epigenom, analizującym DNA pełnej krwi, stwierdzono, że poziomy IL-6 i białka C-reaktywnego (CRP) w osoczu były podwyższone u osób z depresją trwającą całe życie, a wśród osób z samą depresją metylacja IL-6 wykazała odwrotną korelację z osoczem IL-6 i CRP.

Do tej pory nie ma powszechnej praktyki obrazowania w klinice psychiatrycznej pozwalającej na rozróżnienie, która terapia lekowa jest optymalna dla danego pacjenta. Zgodnie z naszą najlepszą wiedzą będzie to pierwsze badanie mające na celu ocenę zgodności leczenia przy użyciu połączenia obrazowania PET/MRI [18F] F-DOPA i oceny objawów przed leczeniem.

Cele i cel badania:

Celem pracy jest ocena przydatności metody obrazowania i oceny objawów w przewidywaniu kompatybilności leczenia. Metabolizm dopaminy mierzony w układzie mezokortykolimbicznym (VTA-NAc-PFC) za pomocą 18F-FDOPA PET ze strukturalnym i czynnościowym badaniem MR u pacjentów z rozpoznaną depresją przed leczeniem.

Główne cele:

1. Porównanie naiwnych poziomów wychwytu zwrotnego F-DOPA u osób zdrowych i nieleczonych pacjentów z depresją w układzie mezokortykolimbicznym (VTA-NAc-PFC) oraz ocena różnic strukturalnych między dwiema grupami w hipokampie, podwzgórzu-przysadce mózgowej i układzie mezokortykolimbicznym (VTA- NAc-PFC) i stan spoczynku fMRI.

Cele drugorzędne:

1. Porównanie różnic metylacji DNA w osoczu pacjentów w porównaniu ze zdrowymi kontrolami.
2. Ocena korelacji między stopniem nasilenia objawów (ocenianym na podstawie Skali Hamiltona) na początku i po 6 miesiącach z repertuarem wychwytu PET 18F-DOPA w układzie mezokortykolimbicznym, pomiarami strukturalnymi i metylacją DNA.

Materiały i metody:

Projekt badania: prospektywne badanie pilotażowe.

Ocena kliniczna:

Ilościowa miara nasilenia objawów zostanie określona na podstawie oceny klinicznej w oparciu o „Skalę oceny depresji Hamiltona” oraz w oparciu o kryteria DSM-V na początku badania (przed leczeniem), 3 miesiące i 6 miesięcy po rozpoczęciu leczenia. Według DSM-5 rozpoznanie depresji wymaga wystąpienia pięciu (lub więcej) z następujących objawów, które występują w tym samym 2-tygodniowym okresie i stanowią zmianę w stosunku do poprzedniego funkcjonowania: (1) nastrój depresyjny (2) utrata zainteresowania lub odczuwania przyjemności . (3) Znacząca utrata wagi lub waga. (4) Bezsenność lub nadmierna senność. (5) Pobudzenie lub spowolnienie psychomotoryczne.(6) Zmęczenie lub utrata energii prawie. (7) Poczucie bezwartościowości lub nadmierne lub niewłaściwe poczucie winy. (8) Zmniejszona zdolność myślenia lub koncentracji. (9) Nawracające myśli o śmierci.

Oceny objawów Skali Oceny Hamiltona dokona psychiatra. Na koniec spróbujemy powiązać określone skupiska objawów z kompatybilnością leczenia zgodnie z obrazowaniem i ustaleniami molekularnymi. Zgodność leczenia z tymi lekami zostanie porównana z odsetkiem powodzenia leczenia w klinice w sposób „standardowy”. Ocena postępów pacjenta zostanie określona na podstawie zmiany objawów i/lub drugiego badania w ramach wizyt kontrolnych po 3,6 miesiącu.

Protokół diagnostyki obrazowej PET/MR: wykorzystalibyśmy ocenę stałej szybkości wychwytu (K(i)) prekursora dopaminy 3,4-dihydroksy-6-[18F]-fluoro-1-fenyloalaniny ([18F] FDOPA), która odzwierciedla transport L-dopy. Aktywność dekarboksylazy aminokwasów aromatycznych, wychwyt pęcherzykowy i liczba dopaminergicznych zakończeń nerwowych. chcielibyśmy zmierzyć i porównać wychwyt [18F] F-DOPA w sieci mezokortykolimbicznej u pacjentów z depresją nieleczonych i osób zdrowych. Następnie zbadamy repertuar wychwytu [18F] F-DOPA i scharakteryzujemy typowy wzorzec czasoprzestrzenny wzdłuż różnych mózgów depresyjnych zgodnie z wieloma rodzajami manifestacji objawów oraz danymi molekularnymi i demograficznymi. Ponadto wdrożylibyśmy nowe sekwencje MR, takie jak dyfuzyjne obrazowanie tensorowe (DTI) i obrazowanie ważone podatnością (SWI), aby ocenić mezokokolimbiczny układ dopaminergiczny i użyć sekwencji T1, T2 do pomiaru objętości hipokampu i podwzgórza-przysadki mózgowej u tych pacjentów w porównaniu do osób zdrowych. Ponadto wykorzystamy sekwencję T2* do oceny stanu spoczynkowego obrazowania kontrastowego zależnego od poziomu tlenu we krwi (BOLD). Ponadto wyniki skanowania zostaną skorelowane z kliniczną oceną objawów pacjentów nieleczonych.

Wszystkie skany zostaną wykonane w oddziale Medycyny Nuklearnej Centrum Medycznego Assuta w Tel Awiwie przy użyciu skanera PET/MR (Biograph mMR, Siemens AG, Erlangen, Niemcy) zgodnie z wytycznymi producenta.

Pacjenci zobowiązani są do pozostania na czczo co najmniej 4 godziny przed przybyciem na oddział. Po przybyciu zostanie założony cewnik dożylny do podania radiofarmaceutyku i gadolinu. Pacjenci otrzymają dożylną iniekcję 10 mCi 18F-FDOPA na stole PET MR i skanowanie rozpocznie się natychmiast. Dynamiczne parametry PET zostaną uzyskane wraz z różnymi sekwencjami MR. Rezonans magnetyczny mózgu będzie obejmował następujące sekwencje: T1, T2 i T2 płynna atenuowana sekwencja odzyskiwania inwersji (FLAIR), sekwencje ważone podatnością (SWI), Obrazowanie Tensora Rozproszonego (DTI), sygnały zależne od poziomu natlenienia krwi (BOLD) dla funkcjonalne obrazowanie stanu spoczynku. Ponadto oceniana będzie perfuzja mózgu z gadolinem i bez niego. Anatomiczna stereotaktyczna mapa mózgu zostanie ułożona warstwowo zgodnie ze skanami za pomocą oprogramowania ExploreDTI.

Do sekwencji wzmocnionych kontrastem stosujemy Dotarem (kwas gadoterowy) (0,2 ml/kg, 0,1 mmol/kg przy 2 ml/s, przepłukanie 20 ml soli fizjologicznej). Całkowity czas skanowania wyniesie około 45 minut.

Zbieranie danych i procedury:

W przypadku kwalifikujących się zdrowych ochotników następujące dane będą rejestrowane na początku badania:

1. Parametry wyjściowe: data urodzenia, płeć, status społeczno-ekonomiczny, pochodzenie etniczne, palenie tytoniu, spożycie alkoholu.
2. Szczegółowa historia medyczna.
3. Lista leków
4. Ocena objawów za pomocą skali Hamiltona dla depresji
5. Próbka krwi

W przypadku kwalifikujących się pacjentów z depresją następujące dane zostaną zarejestrowane na początku badania, po 3 miesiącach i po 6 miesiącach.

1. Parametry wyjściowe: data urodzenia, płeć,
2. Szczegółowa historia medyczna.
3. Lista leków
4. Ocena objawów za pomocą skali Hamiltona dla depresji
5. Próbka krwi
6. Diagnoza kliniczna i początek objawów.

Pobieranie próbek biologicznych:

Próbki krwi zostaną pobrane od pacjentów i zdrowych osób kontrolnych przed skanowaniem w celu oceny metylacji całego genomu DNA w osoczu krwi obwodowej. Próbki krwi będą pobierane od zdrowych osób kontrolnych i pacjentów w depresji na linii podstawowej. Od osób z depresją zostanie pobrana krew również po 6 miesiącach od daty rozpoczęcia leczenia w celu oceny ekspresji genów mRNA lub białek specyficznych markerów na podstawie wyników epigenetycznych z linii podstawowej.

Analiza metylacji DNA promotora w całym genomie:

Procedura zastosowana do analizy MeDIP została zaadaptowana z wcześniej opublikowanych protokołów.(13,14) Krótko, 2 μg DNA poddaje się działaniu ultradźwięków, a metylowany DNA poddaje się immunoprecypitacji przy użyciu anty-5-metylo-cytozyny (Eurogentec, Fremont, CA, USA). Kompleks DNA-przeciwciało poddano immunoprecypitacji białkiem G, a następnie metylowany DNA ponownie zawieszono w buforze do trawienia (50 mM TRisHCl pH 8; 10 mM EDTA; 0,5% SDS) i potraktowano proteinazą K przez noc w temperaturze 55°C. Frakcję wejściową i frakcję związaną oczyszcza się, amplifikuje przy użyciu zestawu do amplifikacji całego genomu (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) i znakuje do hybrydyzacji mikromacierzy odpowiednio z Cy3-dUTP i Cy5-dUTP, stosując znakowanie enzymatyczne CGH Zestaw (Agilent Technologies, Mississauga, ON, Kanada) zgodnie z instrukcjami producenta. Wykorzystano specjalnie zaprojektowane tablice kafelkowe (Agilent Technologies). Wszystkie etapy procedur hybrydyzacji, płukania, skanowania i ekstrakcji cech przeprowadza się zgodnie z protokołem Agilent Technologies dla analizy chipon-chip. Wyodrębnione intensywności mikromacierzy są przetwarzane i analizowane przy użyciu środowiska oprogramowania R do obliczeń statystycznych (http://www.r-project.org/).

Walidacja specyficzna dla genu:

walidacja danych MeDIP zostanie przeprowadzona metodą ilościowego PCR w czasie rzeczywistym (QPCR) z wykorzystaniem metody 2-ΔΔCt. Dane zostaną wyrażone jako średnie grupowe ± s.e.m. Oprogramowanie Graphpad 5 będzie używane do przeprowadzania jednostronnych testów U Manna-Whitneya.

Ekstrakcja RNA z ludzkiej krwi:

krew do ekstrakcji RNA zostanie pobrana przed wstrzyknięciem radioligandu i pobrana do probówek PAXgene Blood RNA (PreAnalytiX, Hombrechtikon, Szwajcaria). RNA jest ekstrahowane przy użyciu zestawu PAXgene Blood RNA Kit (Qiagen). Jakość i ilość próbek RNA będzie analizowana przy użyciu analizatora Agilent 2100 Bioanalyzer (Agilent Technologies, Böblingen, Niemcy).

Analiza ekspresji genów w ludzkiej krwi:

Odwrotna transkrypcja zostanie przeprowadzona przy użyciu zestawu do odwrotnej transkrypcji cDNA o dużej pojemności (Life Technologies, Darmstadt, Niemcy). Poziomy ekspresji genów będą analizowane przy użyciu metody QPCR i 2-ΔΔCt. Dane zostaną wyrażone jako średnie grupowe ± s.e.m. Istotność statystyczna zostanie przetestowana przy użyciu jednostronnych testów U Manna-Whitneya.

Pirosekwencjonowanie:

Region promotorowy określonych genów będzie analizowany przez pirosekwencjonowanie. W skrócie, fragmenty DNA potraktowane wodorosiarczynem (EpiTect Bisulfite Kit, Qiagen) zostaną zamplifikowane metodą PCR (HotStar Taq DNA Polymerase, Qiagen) przy użyciu niezmodyfikowanego startera przedniego i startera wstecznego znakowanego biotyną (Eurofins, Ebersberg, Niemcy). . Pirosekwencjonowanie zostanie przeprowadzone przy użyciu systemu PyroMark Q24 Advanced (Qiagen; informacje o podkładach patrz tabela dodatkowa S2) zgodnie z protokołem producenta. Zmetylowane i niemetylowane kontrolne próbki DNA EpiTect (Qiagen) zostaną użyte jako kontrole konwersji wodorosiarczynem, amplifikacji i pirosekwencjonowania. Procent metylacji w każdym miejscu CpG zostanie określony ilościowo przy użyciu oprogramowania PyroMark Q24 Advanced w wersji 3.0.0 (Qiagen) Sekwencjonowanie zostanie przeprowadzone w trzech powtórzeniach. Filtrowanie kontroli jakości i analizy statystyczne wyników pirosekwencjonowania zostaną przeprowadzone przy użyciu wersji R 2.15.3 (http://www.r-project.org). Pomiary oznaczone przez oprogramowanie Pyromark jako niewiarygodne zostaną usunięte ze zbioru danych. Potrójne pomiary zostaną uśrednione po usunięciu wartości odstających (wartości odbiegające o więcej niż 3%). Test U Manna-Whitneya zostanie zastosowany do porównania średniego procentu metylacji miejsc CpG dla grup ELS i kontrolnych. Dane zostaną przedstawione jako średnie ± s. e.m.

Analiza genetyczna:

Genotypy zostaną zbadane przy użyciu danych GWAS z poprzedniego badania MDD. dbSNP wybranych genów (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP) zostanie przeszukany pod kątem SNP (polimorfizmów pojedynczego nukleotydu) w obrębie genów. Zostanie przeprowadzony test oparty na zestawach, zaimplementowany w PLINK (v1.0.7)39 (z domyślnymi opcjami i 105 permutacjami), aby przetestować związek między MDD a całym zestawem wariantów genetycznych w zbiorze danych

Wyniki rezonansu magnetycznego:

• T1,T2 Pomiary 3D (ocena objętości) hipokampu, podwzgórza-przysadki i mezokortykolimbicy.
• Pomiary DTI w mezokortykolimbicznym przewodzie dopaminergicznym.
• Porównanie sieci mózgowych f-MRI w stanie spoczynku (BOLD) u pacjentów z depresją z normalnymi mapami

Wyniki badania PET:

1. Ocena wizualna i pomiary ilościowe statycznej F-DOPA (np. SUVmax i SUVmean) zostaną przeprowadzone w VTA, NAc, PFC obustronnie.
2. Zostaną zmierzone pomiary parametrów dynamicznych F-DOPA, takich jak Ki, jeśli są dostępne (np. czas do osiągnięcia szczytu, wartość szczytu itp.).

Statystyka:

Charakterystyka pacjentów zostanie podsumowana za pomocą statystyk opisowych. Zmienne ilościowe zostaną przedstawione jako średnia i SD, zmienne jakościowe jako częstości.

Współczynnik korelacji Pearsona zostanie wykorzystany do pomiaru siły związku między PET w różnych obszarach mózgu a objawami klasterowymi.

Test t zostanie wykorzystany do porównania średnich wartości różnych parametrów. Wielkość próby: Jest to badanie pilotażowe, do którego wymagana jest próba licząca 60 osób (30 osób zdrowych i 30 pacjentów).

Pobieranie próbek od uczestników: Wszyscy pacjenci spełniający kryteria włączenia i wyrażający świadomą zgodę będą kolejno rejestrowani.

Poufność:

Wszystkie dane będą zakodowane, a osoba badana będzie identyfikowana wyłącznie na podstawie inicjałów osoby badanej oraz numeru badania osoby badanej.

Kodowanie zostanie wykonane przez badaczy i zostanie zapisane na ich zabezpieczonych komputerach oraz w aktach badacza zamkniętych w szafie w biurze głównego badacza.

Wszystkie raporty i komunikaty dotyczące osób biorących udział w badaniu będą korzystały z podanego kodu i nie będą zawierały danych osobowych.