ПЭТ-МРТ Активность Ф-ДОФА в мезокортиколимбической системе и симптомы депрессии в прогнозировании совместимости лечения

Введение:

Большое депрессивное расстройство (БДР) — универсальное психическое расстройство, распространенность которого во многих странах составляет 8–12 % населения.

Согласно существующему подходу, БДР характеризуется пониженной активностью моноаминовых нейротрансмиттеров, неясно, является ли это результатом различий в чувствительности их рецепторов или истощением синаптической щели из-за низкой экспрессии или гиперактивности мао-а/мао-b.

Большинство антидепрессантов, используемых сегодня, основаны на теории истощения моноаминов при депрессии. Эти лекарства включают селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (СИОЗС), ингибиторы обратного захвата серотонина и норадреналина (СИОЗСН) или трициклические антидепрессанты (ТЦА), все из которых ингибируют обратный захват некоторых или всех этих моноаминов, вызывая повышение их уровня в синаптической щели. Некоторые лекарства воздействуют непосредственно на рецепторы моноаминов.

Дисфункциональная нейротрансмиссия дофамина играет важную роль в дефиците внимания, мотивации и ангедонии, которые являются основными симптомами депрессивного расстройства. Было показано, что пресинаптическая плотность D2r (рецептор дофамина 2) в префронтальной коре (ПФК) значительно ниже у пациентов с депрессией по сравнению со здоровыми людьми.

В настоящее время в большинстве исследований с использованием методов визуализации у пациентов с депрессией используются в основном различные типы магнитно-резонансной томографии (МРТ) или отдельные методы ядерной медицины с использованием индикаторов позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Роль традиционной МРТ в оценке депрессии и других психических расстройств в различных исследованиях направлена ​​главным образом на дифференциацию структурных признаков и, следовательно, на помощь в уточнении диагноза в этом аспекте. Есть несколько структурных изменений, измеренных в мозге пациентов с БДР по сравнению с контрольной группой. Среди них также показано снижение объема гиппокампа по сравнению с пациентами в ремиссии, увеличение объема гипоталамо-гипофизарной железы, уменьшение объема префронтальной коры (ПФК) и базальных ганглиев. Эти результаты также установлены в соответствии с крупнейшим метаанализом структурных изменений с использованием МРТ и КТ, проведенным на сегодняшний день. ПЭТ-сканирование дает представление об общем или специфичном для агента метаболизме мозга. В большинстве ПЭТ-сканирований, проводимых у пациентов с депрессией, используются радиолиганды FDG или 11-C серотонина. Только в нескольких исследованиях изучалось поглощение F-DOPA ПЭТ у пациентов с депрессией, в основном с паркинсонической депрессией и в одном с аффективным уплощением или импульсивными симптомами на очень небольшом размере выборки (n = 6). Большинство исследований указывают на снижение поглощения ДОФА в стриатуме, особенно в прилежащем ядре (NAc). Требуется дополнительная информация, указывающая на поглощение F-ДОФА в соответствующих областях мозга при БДР. Насколько нам известно, это будет первое исследование с использованием [18F] F-DOPA ПЭТ/МРТ у пациентов с депрессией. ПЭТ/МРТ предлагает настоящую мультимодальную визуализацию, сочетая анатомию, функцию и молекулярные процессы, что позволит более точно идентифицировать оценку заболевания.

Хорошо установленным фактом является то, что генетические факторы вместе с факторами окружающей среды, возникающими на протяжении всей жизни, вероятно, лежат в основе уязвимости к депрессии. Однако мегаанализ нескольких полногеномных ассоциативных исследований (GWAS), в ходе которого было проанализировано 1,2 миллиона аутосомных и однонуклеотидных полиморфизмов Х-хромосомы (SNP), не обнаружил ни одного SNP, достигающего полногеномной значимости. Это несоответствие между постоянно наблюдаемой существенной наследственностью большой депрессии (18) и тем фактом, что не было идентифицировано никаких конкретных генетических вариантов, которые в значительной степени способствовали бы расстройству, предполагает наличие других действующих механизмов. Эпигенетика относится к изменениям в структуре хроматина, которые лежат в основе изменений в экспрессии генов и которые не связаны с изменениями в последовательности ДНК. Метилирование ДНК — одна из систем, лежащих в основе эпигенетики. Метилирование ДНК требует добавления метильной группы в 5'-положении цитозинов в динуклеотидах CpG. После метилирования цитозина доступ факторов транскрипции к регуляторным элементам снижается из-за стерической интерференции. Паттерны метилирования ДНК, с одной стороны, наследственны, а с другой стороны, динамически реагируют на окружающую среду. Эта черта эпигенетики делает регуляторные механизмы, определяющие экспрессию генов, конгруэнтными природе психических расстройств. Разные модели метилирования ДНК наблюдаются в разных тканях, подвергающихся воздействию разных сред. Это даже отличается между отдельными областями мозга. На подходе эпигеномные ассоциативные исследования (EWAS). В одном из них в ткани префронтальной коры у посмертных депрессивных субъектов исследователи обнаружили обогащение участков генов роста и развития нейронов, таких как нейротрофический фактор головного мозга (BDNF). Снижение уровня BDNF является общепризнанным маркером депрессии. Также сообщалось о более низких уровнях белка BDNF в гиппокампе животных, подвергшихся хроническому стрессу. Интересно, что введение антидепрессантов увеличивало BDNF гиппокампа, предотвращая вызванное стрессом снижение. Эти результаты интригуют, учитывая потерю объема гиппокампа, наблюдаемую при расстройствах настроения, и снижение уровня BDNF в сыворотке у людей с расстройствами настроения или депрессивными чертами личности. Основываясь на этих конвергентных доклинических и клинических данных, ген BDNF представляет собой логическую мишень для генетических исследований расстройств настроения.

Другое общеэпигеномное ассоциативное исследование, анализирующее ДНК цельной крови, показало, что уровни ИЛ-6 и С-реактивного белка (СРБ) в плазме были повышены у людей с пожизненной депрессией, а среди тех, у кого была только депрессия, метилирование ИЛ-6 показало обратную корреляцию с уровнем в плазме. ИЛ-6 и СРБ.

На сегодняшний день в психиатрической клинике нет общей практики визуализации, позволяющей дифференцировать, какая медикаментозная терапия оптимальна для того или иного пациента. Насколько нам известно, это будет первое исследование по оценке совместимости лечения с использованием комбинации изображений [18F] F-DOPA ПЭТ/МРТ и оценки симптомов перед лечением.

Задачи и цель исследования:

Целью исследования является оценка возможностей визуализации модальности и оценки симптомов при прогнозировании совместимости лечения. Метаболизм дофамина, измеренный в мезокортиколимбической системе (VTA-NAc-PFC) с помощью ПЭТ с 18F-FDOPA со структурными и функциональными МРТ-результатами у пациентов с диагнозом депрессии до лечения.

Основные цели:

1. Сравнение наивных уровней обратного захвата F-DOPA у здоровых людей с нелечеными пациентами с депрессией в мезокортиколимбической системе (VTA-NAc-PFC) и оценка структурных различий между двумя группами в гиппокампе, гипоталамо-гипофизарной железе и мезокортиколимбической системе (VTA- NAc-PFC) и фМРТ в состоянии покоя.

Второстепенные цели:

1. Сравнение различий метилирования ДНК в плазме пациентов по сравнению со здоровым контролем.
2. Оценка корреляции между оценкой тяжести симптомов (оцененной на основе рейтинговой шкалы Гамильтона) в начале исследования и через 6 месяцев с репертуаром поглощения 18F-DOPA в мезокортиколимбической системе, структурными измерениями и метилированием ДНК.

Материалы и методы:

Дизайн исследования: проспективное пилотное исследование.

Клиническая оценка:

Количественная мера бремени симптомов будет определяться с помощью клинической оценки на основе «Рейтинговой шкалы Гамильтона для депрессии» и на основе критериев DSM-V на исходном уровне (до лечения), через 3 месяца и 6 месяцев после начала лечения. Согласно DSM-5, для диагностики депрессии требуется пять (или более) из следующих симптомов, которые присутствуют в течение одного и того же 2-недельного периода и представляют собой изменение по сравнению с предыдущим функционированием: (1) подавленное настроение (2) потеря интереса или удовольствия . (3) Значительная потеря веса или веса. (4) Бессонница или гиперсомния. (5) Психомоторное возбуждение или заторможенность. (6) Усталость или потеря энергии почти. (7) Чувство бесполезности или чрезмерной или неуместной вины. (8) Снижение способности думать или концентрироваться. (9) Повторяющиеся мысли о смерти.

Оценку симптомов по рейтинговой шкале Гамильтона проводит психиатр. Наконец, мы попытаемся связать определенные кластеры симптомов с совместимостью лечения в соответствии с визуальными и молекулярными данными. Совместимость лечения этими препаратами будет сравниваться с процентом успеха лечения в клинике в соответствии со стандартом лечения. Оценка прогресса пациента будет определяться изменением симптомов и/или повторным сканированием во время последующих посещений через 3,6 месяца.

Протокол ПЭТ/МР-диагностики изображений: мы будем использовать оценку константы скорости поглощения предшественника дофамина 3,4-дигидрокси-6-[18F]-фтор-1-фенилаланина ([18F] FDOPA) (K(i)), которая отражает транспорт L-дофа. Активность декарбоксилазы L-ароматических аминокислот, везикулярное поглощение и количество дофаминовых нервных окончаний. мы хотели бы измерить и сравнить поглощение [18F] F-DOPA в мезокортиколимбической сети у пациентов с депрессией, не получающих медикаментозное лечение, и у здоровых людей. Затем мы изучим репертуар поглощения [18F] F-DOPA и охарактеризуем типичный пространственно-временной паттерн в различных депрессивных мозгах в соответствии со многими видами проявления симптомов и молекулярными и демографическими данными. Кроме того, мы будем внедрять новые последовательности МРТ, такие как диффузно-тензорная визуализация (DTI) и визуализация с взвешиванием по восприимчивости (SWI), для оценки мезокотиколимбического дофаминергического тракта и использовать последовательности T1, T2 для измерения объемов гиппокампа и гипоталамо-гипофиза у этих пациентов. по сравнению со здоровыми людьми. Кроме того, мы будем использовать последовательность T2 * для оценки контрастного изображения в состоянии покоя, зависящего от уровня кислорода в крови (BOLD). Кроме того, результаты сканирования будут коррелировать с клинической оценкой симптомов пациентов, не получающих медикаментозное лечение.

Все сканирования будут выполняться в отделении ядерной медицины Тель-Авивского медицинского центра «Ассута» с использованием ПЭТ/МР-сканера (Biograph mMR, Siemens AG, Эрланген, Германия) в соответствии с рекомендациями производителя.

Пациенты обязаны голодать не менее чем за 4 часа до прибытия в отделение. По прибытии будет установлен внутривенный катетер для введения радиофармпрепаратов и гадолиния. Пациенты получат внутривенную инъекцию 10 мКи 18F-FDOPA на столе ПЭТ-МР, и сканирование начнется немедленно. Динамические параметры ПЭТ будут получены вместе с различными последовательностями МРТ. МР головного мозга будет включать следующие последовательности: T1, T2 и T2 последовательность восстановления инверсии, ослабленной жидкостью (FLAIR), последовательности, взвешенные по восприимчивости (SWI), диффузное тензорное изображение (DTI), сигналы, зависящие от уровня оксигенации крови (BOLD) для функциональная визуализация в состоянии покоя. Кроме того, будет оцениваться перфузия головного мозга с гадолинием и без него. Анатомическая стереотаксическая карта мозга будет наслоена в соответствии со сканами с использованием программного обеспечения ExploreDTI.

Для последовательностей с контрастным усилением мы используем Дотарем (гадотеровая кислота) (0,2 мл/кг, 0,1 ммоль/кг при 2 мл/с, 20 мл промывания физиологическим раствором). Общее время сканирования составляет около 45 минут.

Сбор данных и процедуры:

Для подходящих здоровых добровольцев на исходном уровне будут записаны следующие данные:

1. Исходные параметры: дата рождения, пол, социально-экономический статус, этническая принадлежность, курение, употребление алкоголя.
2. Подробная история болезни.
3. Список лекарств
4. Оценка симптома с использованием рейтинговой шкалы Гамильтона для депрессии
5. Образец крови

Для подходящих пациентов с депрессией следующие данные будут зарегистрированы на исходном уровне, через 3 месяца и через 6 месяцев.

1. Исходные параметры: дата рождения, пол,
2. Подробная история болезни.
3. Список лекарств
4. Оценка симптома с использованием рейтинговой шкалы Гамильтона для депрессии
5. Образец крови
6. Клинический диагноз и появление симптомов.

Сбор биологических образцов:

Образцы крови будут взяты у пациентов и здоровых контролей перед сканированием для оценки метилаиона полногеномной ДНК в плазме периферической крови. Образцы крови будут взяты у здоровых контролей и пациентов с депрессией на исходном уровне. У субъектов с депрессией также будет взята кровь через 6 месяцев от даты начала лечения для оценки экспрессии генов мРНК или белка специфических маркеров на основе эпигенетических данных от исходного уровня.

Анализ полногеномного метилирования промоторной ДНК:

Процедура, использованная для анализа MeDIP, была адаптирована из ранее опубликованных протоколов (13,14). Вкратце, 2 мкг ДНК обрабатывают ультразвуком, а метилированную ДНК подвергают иммунопреципитации с использованием анти-5-метил-цитозина (Eurogentec, Фремонт, Калифорния, США). Комплекс ДНК-антитело подвергали иммунопреципитации протеином G, а затем метилированную ДНК ресуспендировали в буфере для расщепления (50 мМ TRisHCl, pH 8; 10 мМ ЭДТА; 0,5% SDS) и обрабатывали протеиназой К в течение ночи при 55°С. Введенную и связанную фракцию очищают, амплифицируют с использованием набора для амплификации всего генома (Sigma-Aldrich, Сент-Луис, Миссури, США) и метят для гибридизации на микрочипах с Cy3-dUTP и Cy5-dUTP, соответственно, с использованием ферментативного мечения CGH. Набор (Agilent Technologies, Миссиссога, Онтарио, Канада) в соответствии с инструкциями производителя. Были использованы специально разработанные массивы тайлов (Agilent Technologies). Все этапы процедур гибридизации, промывки, сканирования и выделения признаков выполняются в соответствии с протоколом Agilent Technologies для анализа чипон-чип. Извлеченные интенсивности микрочипов обрабатываются и анализируются с использованием программной среды R для статистических вычислений (http://www.r-project.org/).

Генетическая проверка:

проверка данных MeDIP будет проводиться с использованием количественной ПЦР в реальном времени (КПЦР) с использованием метода 2-ΔΔCt. Данные будут выражены в виде групповых средних ± sem. Программное обеспечение Graphpad 5 будет использоваться для выполнения односторонних U-тестов Манна-Уитни.

Экстракция РНК из крови человека:

кровь для выделения РНК будет собираться перед инъекцией радиолиганда и помещаться в пробирки PAXgene Blood RNA (PreAnalytiX, Hombrechtikon, Швейцария). РНК выделяют с использованием набора PAXgene Blood RNA Kit (Qiagen). Качество и количество образцов РНК будут анализировать с помощью биоанализатора Agilent 2100 (Agilent Technologies, Бёблинген, Германия).

Анализ экспрессии генов в крови человека:

Обратная транскрипция будет проводиться с использованием набора для обратной транскрипции кДНК большой емкости (Life Technologies, Дармштадт, Германия). Уровни экспрессии генов будут проанализированы с использованием QPCR и метода 2-ΔΔCt. Данные будут выражены в виде групповых средних ± sem. Статистическая значимость будет проверена с использованием односторонних U-тестов Манна-Уитни.

Пиросеквенирование:

Промоторная область конкретных генов будет проанализирована с помощью пиросеквенирования. Вкратце, фрагменты ДНК, обработанной бисульфитом (EpiTect Bisulfit Kit, Qiagen), будут амплифицировать с помощью ПЦР (HotStar Taq DNA Polymerase, Qiagen) с информацией о праймерах с использованием немодифицированного прямого праймера и меченного биотином обратного праймера (Eurofins, Ebersberg, Germany). . Пиросеквенирование будет проводиться с использованием системы PyroMark Q24 Advanced (Qiagen; информацию о праймерах см. в дополнительной таблице S2) в соответствии с протоколом производителя. Метилированные и неметилированные контрольные образцы ДНК EpiTect (Qiagen) будут использоваться в качестве контролей для бисульфитной конверсии, амплификации и пиросеквенирования. Процент метилирования в каждом сайте CpG будет количественно определен с использованием программного обеспечения PyroMark Q24 Advanced версии 3.0.0. (Qiagen) Секвенирование будет проводиться в трех экземплярах. Фильтрация контроля качества и статистический анализ результатов пиросеквенирования будут проводиться с использованием версии R 2.15.3 (http://www.r-project.org). Измерения, отмеченные программным обеспечением Pyromark как недостоверные, будут удалены из набора данных. Трехкратные измерения будут усреднены после удаления выбросов (значения, отклоняющиеся более чем на 3%). U-критерий Манна-Уитни будет использоваться для сравнения среднего процента метилирования сайтов CpG для ELS по сравнению с контрольными группами. Данные будут представлены как среднее значение ± с. Эм.

Генетический анализ:

Генотипы будут исследованы с использованием данных GWAS предыдущего исследования MDD. dbSNP выбранных генов (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP) будет искать SNP (однонуклеотидные полиморфизмы) в генах. Тест на основе набора, реализованный в PLINK (v1.0.7)39, будет выполняться (с параметрами по умолчанию и 105 перестановками) для проверки связи между MDD и всем набором генетических вариантов в наборе данных.

Выводы МРТ:

• Т1, Т2 3D-измерения (оценка объема) гиппокампа, гипоталамо-гипофизарной железы и мезокортиколимбической системы.
• Измерения DTI в мезокортиколимбическом дофаминергическом тракте.
• Сравнение сетей f-MRI (BOLD) головного мозга в состоянии покоя у пациентов с депрессией с нормальными картами

Результаты ПЭТ:

1. Визуальная оценка и количественные измерения статического F-DOPA (например, SUVmax и SUVmean) будут выполняться в VTA, NAc, PFC на двусторонней основе.
2. Будут измеряться измерения динамических параметров F-DOPA, таких как Ki, если они доступны (например, время до пика, пиковое значение и т. д.).

Статистика:

Характеристики пациентов будут обобщены с использованием описательной статистики. Количественные переменные будут представлены как среднее значение и стандартное отклонение, качественные переменные будут представлены как частоты.

Коэффициент корреляции Пирсона будет использоваться для измерения силы взаимосвязи между ПЭТ в различных областях мозга и кластерными симптомами.

Для сравнения средних значений различных параметров будет использоваться t-тест. Размер выборки: это пилотное исследование, для которого требуется размер выборки 60 человек (30 здоровых людей и 30 пациентов).

Выборка участников: все пациенты, отвечающие критериям включения и предоставившие информированное согласие, будут последовательно включены в исследование.

Конфиденциальность:

Все данные будут закодированы, а субъект будет идентифицирован только по инициалам субъекта и номеру исследования субъекта.

Кодирование будет выполнено следователями и будет сохранено на их защищенных компьютерах и в файле следователя, запертом в шкафу в кабинете главного следователя.

Во всех отчетах и ​​сообщениях, касающихся субъектов исследования, будет использоваться указанный код без личной информации.