Effekter av Kuvan på melatoninsekretion

Bakgrund: Fenylketonuri (PKU) är ett genetiskt tillstånd som beror på att ett av de viktigaste enzymerna för nedbrytning av fenylalanin (Phe) saknas. Det saknade enzymet är fenylalaninhydroxylas (PAH). På grund av bristen på enzymet är plasma Phe mycket förhöjt jämfört med andra plasmaaminosyror. Detta onormala förhållande, dvs Phe vs var och en av de andra stora neutrala aminosyrorna (LNAA) som transporteras in i hjärnan som prekursorer för neurotransmittorer genom den gemensamma transportören LAT1, kommer sannolikt att bidra till neurotransmittorbrister hos individer med PKU. Patienter som inte begränsar Phe-intaget utvecklar mental retardation och neuropsykologiska störningar. Behandling av PKU har historiskt sett begränsats till begränsning av Phe-intag, vilket betyder proteinbegränsning.

FDA godkände nyligen en ny medicin, Kuvan, en syntetisk form av tetrahydrobiopterin (BH4) tillverkad av BioMarin Pharmaceutical Inc., för patienter med PKU. Kuvan är en kofaktor för PAH, tyrosinhydroxylas och tryptofanhydroxylas. Patienter med PKU genomgår vanligtvis en månadslång prövning av Kuvan för att avgöra om de svarar på läkemedlet, vilket innebär att fenylalanin i blodet sjunker med mer än 30 procent. De som inte svarar fortsätter vanligtvis inte med Kuvan, men vår nyligen genomförda studie (HS 08-00147) visade att klassiska PKU-patienter som inte svarar på Kuvan visade förbättringar i sina maladaptiva beteenden, vilket tyder på vissa effekter av Kuvan i CNS-systemet utan att minska blodet. fenylalaninkoncentrationer (Moseley et al, manuskript under förberedelse). Sju försökspersoner som inte svarade på Kuvan med lägre Phe-nivåer i blodet hade signifikanta ökningar av tyrosin i blodet efter 6 månader (p=0,015), tillsammans med förbättringar i Vineland Internalizing and Overall Maladaptive Behavior Index efter 12 månader (p=0,032 respektive 0,049). Kaufman rapporterade att Kuvan vid en dos på 20 mg/kg/dag ökade CSF BH4-nivåer (1). Baserat på dessa observationer är det troligt att Kuvan har vissa effekter på neurotransmittorns metabolism.

Tillskott av stora neutrala aminosyror (LNAA) som medicinskt livsmedel har använts i Europa under de senaste 25 åren och det tros vara effektivt vid behandling av patienter med PKU. I artikeln av Shindeler et al. (2), 16 individer (7 män och 9 kvinnor; åldern 11 till 45 år) deltog i studien som bestod av 4 veckors tvättning och 4 tvåveckorssteg (på fenylalaninbegränsad diet och med/utan LNAA, och på ingen fenylalaninbegränsad diet och med/utan LNAA). Inga specifika negativa effekter rapporteras i artikeln. Stor neutral aminosyrabehandling för behandling av PKU har gjorts tidigare (3). LNAA används främst för ungdomar och vuxna som inte kan följa den vanliga phe-begränsade kosten. LNAA-behandling har godkänts för PKU-patienter precis som andra specialformler. Våra tidigare studier har visat på brist på serotonin i hjärnan, vilket framgår av låg nattlig melatoninutsöndring och minskad urindopamin jämfört med kontroller, och att tillskott med LNAA förbättrar, men normaliserar inte dessa markörer.

Motivering: Patienter med PKU tros ha brist på tyrosin och tryptofan i hjärnvävnadsnivån på grund av de onormala förhållandena mellan phe/tyrosin och phe/tryptofan. Tidigare studier visade låga serotoninnivåer i cerebrospinalvätska hos PKU-individer och viss förbättring observerades efter tryptofantillskott (4). Vår tidigare studie antydde att brist på tryptofan i hjärnvävnaden visades av låg nattlig melatoninsekretion och 6-sulfatoximelatonin, som är en stabil metabolit av melatonin (5). LNAA-tillskott resulterade i viss förbättring av melatoninsekretionen, men melatoninsekretionen hos patienter med PKU på LNAA var fortfarande signifikant lägre än kontrollgruppen. Tillskott av Kuvan kan aktivera hjärnans tyrosin- och tryptofanhydroxylaser (6), vilket resulterar i förbättring av nattlig melatoninutsöndring och koncentrationer av melatonin och dopamin i urinen. Genom att komplettera LNAA kommer en ökad mängd neurotransmittorprekursorer att transporteras in i hjärnan och aktiverade hjärntyrosin och tryptofanhydroxylaser av Kuvan kommer att verka på dessa prekursorer för att producera neurotransmittorer, dvs serotonin och dopamin. Dessa synergistiska effekter kan öka melatonin- och dopaminnivåerna till närmare kontrollnivåerna.

Syfte med studien: Att visa vetenskapliga bevis på förbättring av metabolismen av neurotransmittorer inklusive serotonin och dopamin hos patienter med PKU som endast behandlas med LNAA, endast Kuvan och Kuvan och LNAA.

Syfte: Denna forskarinitierade studie har tre syften: (1) Att utvärdera om tillskott av tetrahydrobiopterin (Kuvan) har gynnsamma effekter på melatoninsekretion och urindopaminnivåer hos individer med PKU när de behandlas och inte behandlas med stora neutrala aminosyror; (2) Att visa synergistiska effekter av LNAA-tillskott och Kuvan-terapi för att förbättra metabolismen av neurotransmittorer hos individer med PKU; och (3) För att samla pilotinformation som är nödvändig för att utforma en större multicenterstudie av dessa interventioner, om resultaten av dessa pilotstudier skulle indikera att ytterligare studier är motiverade.

Studiemetodik: Denna studie kommer att genomföras på vuxna patienter med PKU i fyra 4-veckors faser: fas I (stor neutral aminosyra/LNAA), fas II (Washout), fas III (endast Kuvan) och fas IV (Kuvan och LNAA) ). Kuvan-tillskott kommer att justeras för att ge 20 mg/kg/dag. LNAA-terapi anpassas till tillverkarens instruktioner (totalt LNAA-tabletter är 1/2 X BW kg). Den sista dagen i varje fas kommer försökspersonerna att stanna cirka 14 till 18 timmar över natten på CTU vid USC University Hospital. Blodprover kommer att tas varannan timme från 19:00 till 07:00. Den första tomma urinen kommer att samlas in på utskrivningsdagen (patienter kommer att uppmanas att tömma urinen kl. 23.00 och den första tomma urinen kommer att samlas upp).

Blod kommer att samlas upp i ett rött topprör (5 ml) genom en IV-ledning som är saltlösningslåst under studieperioden. Undvik hemolys genom att samla blod genom en IV-ledning in i en ganska stor perifer ven. Blodet lämnas att koagulera i 45 minuter i rumstemperatur (18-28 C) och skyddas från ljus (en svag blixt eller ett gult ljus < 100 lux). Serum kommer att samlas in och förvaras vid -20 C tills de utsätts för analys för plasmamelatonin och plasmaaminosyror. Urin 20 ml första tomrumsprov kommer att samlas in i två vanliga rör (10 ml per varje rör) och förvaras i en djupfrys (-20 C) tills det analyseras för dopamin och 6-sulfatoximelatonin.

Detta är en öppen studie. Under alla fyra 4-veckors faserna kommer försökspersonerna att fortsätta på sin proteinbegränsade diet. LNAA-tabletter anses inte vara ett läkemedel, utan är under kategorin medicinska livsmedel; exempel inkluderar lågproteinmat. LNAA-tabletter kommer att tillhandahållas av LNAA-tillverkaren (Applied Nutrition). Kuvan tas per oralt med frukost och LNAA-tabletter kommer att tas i samband med måltid tre gånger om dagen.