PET-MRI F-DOPA-aktivitet i det mesokortikolimbiska systemet och depressiva symtom vid förutsägelse av behandlingskompatibilitet

Introduktion:

Major depressive disorder (MDD) är en mångsidig psykiatrisk störning med en prevalens på 8-12 % av befolkningen i många länder.

Enligt nuvarande tillvägagångssätt kännetecknas MDD av minskad aktivitet hos monoaminneurotransmittorer, det är obestämt om det är som ett resultat av skillnader i känslighet för deras receptorer eller utarmning i synapspaltan på grund av lågt uttryck eller mao-a/mao-b hyperaktivitet.

De flesta antidepressiva läkemedel som används idag är baserade på teorin om monoaminutarmning om depression. Dessa mediciner inkluderar selektiva serotoninåterupptagshämmare (SSRI), serotonin noradrenalin återupptagshämmare (SNRI) eller tricykliska antidepressiva medel (TCA), som alla hämmar återupptaget av några eller alla dessa monoaminer, vilket inducerar förhöjda nivåer i synaptisk klyfta. Vissa mediciner påverkar monoaminreceptorerna direkt.

Dysfunktionell neurotransmission av dopamin har en väsentlig roll i brister med uppmärksamhet, motivation och anhedoni som är kärnsymptomen på depressiv sjukdom. Pre-synaptisk D2r (Dopamin 2-receptor) täthet i den prefrontala cortex (PFC) har visat sig vara betydligt lägre hos deprimerade patienter jämfört med friska individer.

För närvarande använder de flesta studier med avbildningstekniker hos deprimerade patienter huvudsakligen olika typer av magnetisk resonanstomografi (MRT) eller separat nuklearmedicinsk avbildning med positronemissionstomografi (PET) spårämnen. Traditionell MRTs roll i utvärderingen av depression och andra psykiatriska störningar, i olika studier, syftar främst till att differentiera strukturella egenskaper och därför bidra till att stärka diagnosen i den aspekten. Det finns flera strukturella förändringar som mäts i hjärnan hos MDD-patienter jämfört med kontroller. Bland dem visas minskad hippocampusvolym också jämfört med remitterade patienter, ökad hypotalamus-hypofysvolym, minskad Pre Frontal Cortex (PFC) och Basal-Ganglia volym. Dessa fynd är också fastställda i enlighet med den största metaanalysstudien av strukturella förändringar med hjälp av MRI- och CT-skanningar som hittills genomförts. PET-skanningar ger indikationer om hjärnans allmänna eller agentspecifika metabolism. De flesta PET-skanningar som utförs på deprimerade patienter använder FDG eller 11-C serotoninradioligander. Endast ett fåtal studier undersöker F-DOPA PET-upptag hos deprimerade patienter, mestadels med Parkinsons depression och en med affektiva tillplattade eller impulsiva symtom på en mycket liten provstorlek (n=6). De flesta av studierna visar indikationer på minskat DOPA-upptag i striatum specifikt i Nucleus Accombens (NAc). Ytterligare information krävs som indikerar F-DOPA-upptag i relevanta delar av hjärnan vid MDD. Så vitt vi vet kommer detta att vara den första studien som använder [18F] F-DOPA PET/MRI hos deprimerade patienter. PET/MRI erbjuder äkta multimodalitetsavbildning genom att kombinera anatomi, funktion och molekylära processer som möjliggör mer exakt identifiering av sjukdomsbedömning.

Ett faktum som är väletablerat är att genetiska faktorer tillsammans med miljöfaktorer som förekommer under hela livslängden sannolikt ligger till grund för sårbarheten för depression. Men i en megaanalys av flera genomomfattande associationsstudier (GWAS), som analyserade 1,2 miljoner autosomala och X-kromosomer av enkelnukleotidpolymorfismer (SNP) fann ingen SNP som uppnådde genomomfattande betydelse. Denna diskrepans mellan den konsekvent observerade betydande ärftligheten av allvarlig depression(18) och det faktum att inga specifika genetiska varianter har identifierats för att starkt bidra till sjukdomen tyder på andra mekanismer som fungerar. Epigenetik hänvisar till de förändringar i kromatinstrukturen som ligger till grund för förändringar i genuttryck och som inte är associerade med förändringar i DNA-sekvensen. DNA-metylering är ett av de system som ligger till grund för epigenetik. Metylering av DNA:t kräver tillägg av en metylgrupp vid 5'-positionen av cytosiner i CpG-dinukleotider. Efter cytosinmetylering reduceras tillgången för transkriptionsfaktorer till regulatoriska element på grund av sterisk interferens. DNA-metyleringsmönster är ärftliga å ena sidan och reagerar dynamiskt på miljön å andra sidan. Denna egenskap hos epigenetik gör det till en reglerande mekanism, som bestämmer genuttryck, som är kongruent med psykiatriska störningars natur. Olika mönster av DNA-metylering observeras i olika vävnader som utsätts för olika miljöer. Det är till och med olika mellan olika hjärnregioner. En epigenomomfattande associationsstudie (EWAS) är på väg. I en av dem i PFC-vävnad hos post mortem deprimerade försökspersoner fann forskare anrikning av neuronal tillväxt och utvecklingsgener platser såsom hjärndriven neurotrofisk faktor.(BDNF) Minskade BDNF-nivåer är en väletablerad markör för depression. Lägre nivåer av BDNF-protein har också rapporterats i hippocampus hos djur som utsätts för kronisk stress. Intressant nog ökade administrering av antidepressiva BDNF i hippocampus, vilket förhindrade den stressinducerade minskningen. Dessa fynd är spännande med tanke på den hippocampala volymförlusten som observerats vid humörstörningar och minskade BDNF-serumnivåer hos individer med humörstörningar eller depressiva personlighetsdrag. Baserat på dessa konvergenta prekliniska och kliniska data, representerar BDNF-genen ett logiskt mål för genetiska undersökningar av humörstörningar.

En annan epigenomomfattande associationsstudie som analyserade helblods-DNA fann att plasmanivåerna av IL-6 och C-reaktivt protein (CRP) ökade hos personer med livstidsdepression, och bland dem med depression endast visade IL-6-metylering en omvänd korrelation med plasma IL-6 och CRP.

Hittills finns det ingen vanlig praxis för bilddiagnostik på psykiatriska kliniken som gör det möjligt att differentiera vilken medicinsk behandling som är optimal för vilken patient. Så vitt vi vet kommer detta att vara den första studien för att utvärdera behandlingskompatibilitet med hjälp av kombinationen av [18F] F-DOPA PET/MRT-avbildning och symtombedömning förbehandling.

Studiens mål och syfte:

Syftet med studien är att bedöma genomförbarheten av modalitetsavbildning och symtomutvärdering för att förutsäga behandlingskompatibilitet. Dopaminmetabolism mätt i det mesokortikolimbiska systemet (VTA-NAc-PFC) med 18F-FDOPA PET med strukturella och funktionella MR-fynd hos patienter som diagnostiserats med depression förbehandling.

Huvud objekt:

1. Att jämföra naiva nivåer av F-DOPA-återupptag hos friska individer med obehandlade deprimerade patienter i det mesokortikolimbiska systemet (VTA-NAc-PFC) och bedöma strukturella skillnader mellan de två grupperna i hippocampus, hypotalamus-hypofysen och mesokortikolimbiska systemet (VTA- NAc-PFC) och fMRI i vilotillstånd.

Sekundära mål:

1. Jämföra skillnaderna mellan DNA-metylering i plasma hos patienter jämfört med friska kontroller.
2. Bedömning av sambandet mellan symtomens svårighetspoäng (utvärderad baserat på Hamilton Rating Scale) vid baslinjen och efter 6 månader till PET 18F-DOPA-upptagsrepertoaren i det mesokortikolimbiska systemet, strukturella mätningar och DNA-metylering.

Material och metoder:

Studiedesign: En prospektiv pilotstudie.

Klinisk bedömning:

Ett kvantitativt mått på symtombördan kommer att bestämmas genom klinisk bedömning baserat på "Hamilton Rating Scale for Depression" och baserat på DSM-V-kriterier vid baslinjen (förbehandling), 3 månader och 6 månader efter behandlingsstart. Enligt DSM-5 kräver diagnosen depression fem (eller fler) av följande symtom som är närvarande under samma 2-veckorsperiod och representerar en förändring från tidigare funktion: (1) nedstämdhet (2) förlust av intresse eller nöje . (3) Betydande viktminskning eller vikt. (4) Sömnlöshet eller hypersomni. (5) Psykomotorisk agitation eller retardation.(6) Trötthet eller förlust av energi nästan. (7) Känslor av värdelöshet eller överdriven eller olämplig skuld.(8) Nedsatt förmåga att tänka eller koncentrera sig. (9) Återkommande tankar på döden.

Symtomutvärdering av Hamilton Rating Scale kommer att göras av en psykiater. Slutligen kommer vi att försöka koppla specifika kluster av symtom till behandlingskompatibilitet i enlighet med avbildning och molekylära fynd. Behandlingens kompatibilitet med dessa läkemedel kommer att jämföras med procentandelen av behandlingsframgången på kliniken på ett "standardvårdssätt". Bedömning av patientens framsteg kommer att bestämmas av förändringar i symtom och/eller en andra skanning genom uppföljningsbesök efter 3,6 månader.

. Bilddiagnostiskt PET/MR-protokoll: Vi skulle använda utvärderingen av dopaminprekursorn 3,4-dihydroxi-6-[18F]-fluoro-l-fenylalanin ([18F] FDOPA) upptagningshastighetskonstant (K(i)) som speglar L-dopa transport. L-aromatisk aminosyradekarboxylasaktivitet, vesikulärt upptag och antalet dopaminnervterminaler. vi skulle vilja mäta och jämföra [18F] F-DOPA-upptaget i det mesokortikolimbiska nätverket hos depressiva icke-medicinerade patienter och friska individer. Vi kommer sedan att undersöka [18F] F-DOPA-upptagsrepertoar och karakterisera ett typiskt spatiotemporalt mönster längs olika depressiva hjärnor i enlighet med de många typerna av symptoms manifestation och molekylära och demografiska data. Dessutom skulle vi implementera nya MR-sekvenser som diffus tensor imaging (DTI) och susceptibility-weighted imaging (SWI) för att utvärdera det mesokotikolimbiska dopaminerga området och använda T1, T2-sekvenser för att mäta volymerna Hippocampus och Hypothalamus-hypofysen hos dessa patienter. jämfört med friska individer. Vidare kommer vi att använda T2*-sekvensen för att utvärdera vilotillstånd Blood-Oxygen-Level Dependent (BOLD) kontrastavbildning. Dessutom kommer skanningsresultaten att korreleras med klinisk utvärdering av symtom som är omedicinerade patienter.

Alla skanningar kommer att utföras på avdelningen för nuklearmedicin vid Tel-Aviv Assuta Medical Center med hjälp av en PET/MR-skanner (Biograph mMR, Siemens AG, Erlangen, Tyskland) i enlighet med tillverkarens riktlinjer.

Patienter måste fasta minst 4 timmar före ankomst till avdelningen. Vid ankomst kommer en intravenös kateter att placeras för radiofarmaceutisk administrering och gadolinium. Patienterna kommer att få en intravenös injektion av 10 mCi av 18F-FDOPA på PET MR-bordet och skanningen påbörjas omedelbart. Dynamiska PET-parametrar kommer att inhämtas tillsammans med de olika MR-sekvenserna. MR av hjärnan kommer att inkludera följande sekvenser: T1, T2 och T2 vätskeförsvagad inversionsåtervinningssekvens (FLAIR), känslighetsvägda sekvenser (SWI), diffus tensoravbildning (DTI), blodsyrenivåberoende (BOLD) signaler för funktionell avbildning i vilotillstånd. Dessutom kommer perfusion av hjärnan att utvärderas med och utan gadolinium. En anatomisk stereotaktisk karta över hjärnan kommer att skiktas i överensstämmelse med skanningarna med ExploreDTI Software.

För kontrastförstärkta sekvenser använder vi Dotarem (gadoterinsyra) (0,2 ml/kg ,0,1 mmol/kg vid 2 ml/s, 20 ml koksaltspolning) Den totala skanningstiden blir cirka 45 minuter.

Datainsamling och rutiner:

För kvalificerade friska frivilliga kommer följande data att registreras vid baslinjen:

1. Baslinjeparametrar: födelsedatum, kön, socioekonomisk status, etnicitet, rökning, alkoholkonsumtion.
2. Detaljerad medicinsk historia.
3. Lista över mediciner
4. Symptoms utvärdering med hjälp av Hamilton Rating Scale för depression
5. Blodprov

För berättigade deprimerade patienter kommer följande data att registreras vid baslinjen, efter 3 månader och efter 6 månader.

1. Baslinjeparametrar: födelsedatum, kön,
2. Detaljerad medicinsk historia.
3. Lista över mediciner
4. Symptoms utvärdering med hjälp av Hamilton Rating Scale för depression
5. Blodprov
6. Klinisk diagnos och symptomdebut.

Biologisk provsamling:

Blodprover kommer att tas från patienter och friska kontroller före skanningar för bedömning av helgenomets DNA-metylajon i plasma av perifert blod. Blodprover kommer att tas från friska kontroller och depreesed patienter på baslinjen. Från deprimerade försökspersoner kommer blod också att tas efter 6 månaders behandlingsstartdatum för utvärdering av genuttrycksmRNA eller protein från specifika markörer baserat på epigenetiska fynd från baslinjen.

Analys av genomomfattande promotor-DNA-metylering:

Proceduren som användes för MeDIP-analys har anpassats från tidigare publicerade protokoll.(13,14) Kortfattat sonikeras 2 μg DNA och metylerat DNA immunutfälls med hjälp av anti-5-metyl-cytosin (Eurogentec, Fremont, CA, USA). DNA-antikroppskomplexet immunutfälldes med protein G och det metylerade DNA:t återsuspenderas sedan i digestionsbuffert (50 mM TRisHCl pH8; 10 mM EDTA; 0,5 % SDS) och behandlas med proteinas K över natten vid 55°C. Den ingående och bundna fraktionen renas, amplifieras med hjälp av Whole Genome Amplification Kit (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) och märks för mikroarrayhybridisering med Cy3-dUTP respektive Cy5-dUTP, med användning av CGH Enzymatic Labeling Kit (Agilent Technologies, Mississauga, ON, Kanada) i enlighet med tillverkarens instruktioner. Specialdesignade plattsättningar användes (Agilent Technologies). Alla steg i hybridiserings-, tvättnings-, skannings- och funktionsextraktionsprocedurerna utförs i enlighet med Agilent Technologies-protokollet för chipon-chip-analys. Extraherade mikroarrayintensiteter bearbetas och analyseras med hjälp av R-programvarumiljön för statistisk beräkning (http://www.r-project.org/).

Genspecifik validering:

validering av MeDIP-data kommer att utföras med tillämpning av kvantitativ realtids-PCR (QPCR) med 2-ΔΔCt-metoden. Data kommer att uttryckas som gruppmedel±s.e.m. Programvaran Graphpad 5 kommer att användas för att utföra ensidiga Mann-Whitney U-tester.

RNA-extraktion från mänskligt blod:

blod för RNA-extraktion kommer att samlas in före injektion av radioliganden och dras in i PAXgene Blood RNA-rör (PreAnalytiX, Hombrechtikon, Schweiz). RNA extraheras med PAXgene Blood RNA Kit (Qiagen). Kvaliteten och kvantiteten av RNA-prover kommer att analyseras med en Agilent 2100 Bioanalyzer (Agilent Technologies, Böblingen, Tyskland).

Analys av genuttryck i mänskligt blod:

Omvänd transkription kommer att utföras med hjälp av cDNA Reverse Transcription Kit med hög kapacitet (Life Technologies, Darmstadt, Tyskland). Genuttrycksnivåer kommer att analyseras med QPCR och 2-ΔACt-metoden. Data kommer att uttryckas som gruppmedel±s.e.m. Statistisk signifikans kommer att testas med ensidiga Mann-Whitney U-tester.

Pyrosekvensering:

Promotorregionen för specifika gener kommer att analyseras genom pyrosekvensering. I korthet kommer fragment av bisulfitbehandlat DNA (EpiTect Bisulfite Kit, Qiagen) att amplifieras med PCR (HotStar Taq DNA Polymerase, Qiagen) primerinformation med användning av en omodifierad framåtriktad primer och en biotinmärkt omvänd primer (Eurofins, Tyskland) . Pyrosequencing kommer att utföras med ett PyroMark Q24 Advanced-system (Qiagen; primerinformation se tilläggstabell S2) i enlighet med tillverkarens protokoll. Metylerade och ometylerade EpiTect-kontroll-DNA-prover (Qiagen) kommer att användas som kontroller för bisulfitomvandling, amplifiering och pyrosekvensering. Procentandelen metylering vid varje CpG-ställe kommer att kvantifieras med PyroMark Q24 Advanced mjukvaruversion 3.0.0 (Qiagen) Sekvensering kommer att utföras i tre exemplar. Kvalitetskontrollfiltrering och statistiska analyser av pyrosekvenseringsresultaten kommer att utföras med R-version 2.15.3 (http://www.r-project.org). Mätningar som markerats som otillförlitliga av Pyromarks programvara kommer att tas bort från datamängden. Trippelmätningar beräknas i medeltal efter avlägsnande av extremvärden (värden som avviker mer än 3%). Ett Mann-Whitney U-test kommer att användas för att jämföra medelprocenten av metylering av CpG-ställen för ELS kontra kontrollgrupper. Data kommer att presenteras som medelvärden ±. e.m.

Genetisk analys:

Genotyper kommer att undersökas med hjälp av GWAS-data från en tidigare studie av MDD. dbSNP av valda gener (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP) kommer att sökas efter SNP (single-nucleotide polymorphisms) över generna. Det uppsättningsbaserade testet, som implementerat i PLINK (v1.0.7)39 kommer att utföras (med standardalternativ och 105 permutationer), för att testa för samband mellan MDD och hela uppsättningen genetiska varianter i datamängden

MR-fynd:

• T1,T2 3D-mätningar (bedömer volym) av hippocampus, hypotalamus-hypofysen och mesokortikolimbisk.
• DTI-mätningar i det mesokortikolimbiska dopaminerga området.
• Jämförelse av vilotillstånd f-MRI (BOLD) hjärnnätverk hos patienter med depression med normala kartor

PET-fynd:

1. Visuell bedömning och kvantitativa mätningar av statisk F-DOPA (t.ex. SUVmax och SUVmean) kommer att utföras i VTA, NAc, PFC bilateralt.
2. Mätningar av dynamiska F-DOPA-parametrar såsom Ki när de är tillgängliga (t.ex. tid till topp, toppvärde etc.) kommer att mätas.

Statistik:

Patientegenskaper kommer att sammanfattas med hjälp av beskrivande statistik. Kvantitativa variabler kommer att presenteras som medelvärde och SD, kvalitativa variabler kommer att presenteras som frekvenser.

Pearson korrelationskoefficient kommer att användas för att mäta styrkan i sambandet mellan PET i de olika hjärnområdena och klustersymptomen.

Ett t-test kommer att användas för att jämföra medelvärdena för de olika parametrarna. Provstorlek: Detta är en pilotstudie för vilken en urvalsstorlek på 60 försökspersoner (30 friska individer och 30 patienter) krävs.

Provtagning av deltagare: Alla patienter som uppfyller inklusionskriterierna och ger informerat samtycke kommer att registreras i följd.

Sekretess:

All data kommer att kodas och försökspersonen kommer endast att identifieras av försökspersonens initialer och av försökspersonens studienummer.

Kodningen kommer att göras av utredarna och kommer att sparas på deras säkrade datorer och i utredarens fil inlåst i en garderob på huvudutredarens kontor.

Alla rapporter och kommunikationer som rör ämnen i studien kommer att använda den angivna koden, utan personlig information.