Fetal alkoholspektrumstörning - är detta en ciliopati?

Bakgrund: Termen "fetal alkoholspektrumstörning" (FASD) beskriver ett brett spektrum av neuroutvecklingspresentationer som är ett resultat av alkoholexponering i livmodern. Prevalensen har uppskattats till 1 av 100 personer och uppskattas till mer än 330 000 drabbade individer i Kanada. De kanadensiska diagnostiska riktlinjerna beskriver de fysiska och neuroutvecklingseffekter som är ett resultat av prenatal alkoholexponering. Dessa inkluderar distinkta ansiktsdrag, mikrocefali och neuroutvecklingsbrister.

Etanoltoxicitet forskas i samband med koncentrationen, varaktigheten och tidpunkten för etanolexponering och de möjliga vägarna som leder till fenotypisk översättning till teratogenes. Studier av FASD i djurmodeller börjar implicera ett antal känslighetsgener som är involverade i olika molekylära vägar på gen-etanolinteraktioner. Några av dem är enligt uppgift involverade i etanol-teratogenes som en del av deras roller i DNA-skadekontroll, bildande av centrala nervsystemets axel, cellulär överlevnad samt proliferation och tillväxt.

En mutation i en viss gen, neuronalt kväveoxidsyntas (nNOS)) är känt för att förvärra alkoholinducerad neuronal död både in vivo och in vitro, och uttryck av nNOS-genen skyddar neuroner mot alkoholtoxicitet. Kväveoxid (NO) syntetiseras av enzym kväveoxidsyntas (NOS genom) L-arginin Det finns tre NOS-isoformer: neuronal NOS (nNOS, NOS-1), inducerbar NOS (iNOS, NOS-2) och endotelial NOS (eNOS, NOS-3) .NO är associerad med modulering av neurotransmission och minnesbildning tillsammans med andra vitala aktiviteter. I närvaro av O2 bildas radikaler som kan leda till toxicitet. De kan vara störande för cellsignaleringsprocesser och resultera i patologiska tillstånd.

Data tyder på att etanol förändrar NOS-uttryck och aktivitet i hjärnan. Det finns kända effekter av etanol på produktion av NO, NOS-aktiviteter och interaktioner av NO med alkoholmetabolismenzymer.

Dos och längd av etanolexponering är de viktigaste faktorerna som bestämmer etanoleffekter på NO-produktion, NOS-aktivitet eller NOS-uttryck.

Strukturella medfödda hjärnanomalier beskrivs i samband med FASD inklusive mikrocefali, migrationsavvikelser, neuralrörsdefekter tillsammans med hjärnanomalier i mittlinjen som involverar corpus callosum, cerebellära anomalier och hydrocefalus.

Cilia är evolutionärt konserverade antennliknande organeller som finns på ytan av celler. Cilia upptäcker olika extracellulära stimuli såsom vätskeflöde, ljus, lukt och hormoner genom specifika ciliära receptorer, och de spelar nyckelroller i cellförflyttning och celldelning, vätskerörelse, såväl som embryonal utveckling av olika vävnader. När det gäller neural utveckling har ciliära tillväxtfaktorer nyligen visat sig spela en roll i embryonal neuronal cellmigration och signalering såväl som i bildandet av det centrala nervsystemet (CNS) mittlinjen och lateralisering. I den mogna organismen sträcker sig flimmerhåren från de basala kropparna av de ependymala cellerna som kantar den ventrikulära ytan av hjärnan, där de underlättar flödet av Cerebro Spinal Fluid (CSF).

Defekter i nervsystemet är starkt förknippade med ett antal ciliopatier, med vanliga fynd inklusive medellinjedefekter som hydrocefalus, neuralrörsdefekter och en uppsjö av kortikala och cerebellära avvikelser.

Prototypen av mänsklig ciliärsjukdom har varit primär ciliär dyskinesi (PCD). Under det senaste decenniet har betydande framsteg i förståelsen av PCD lett till förbättrad diagnos, främst genom upptäckten att nasal kväveoxid (nasal NO) är kraftigt reducerad hos dessa patienter. Mekanismen för denna minskning har föreslagits vara relaterad till minskat uttryck av iNOs som en del av ciliopatin. Nasal NO-mätning är ett enkelt icke-invasivt test som enkelt kan utföras även på de yngsta patienterna.

Eftersom NO-mätning är ett enkelt icke-invasivt test med omedelbara resultat, fungerar det som ett idealiskt screeningtest för suggestiv diagnos av olika ciliopatier, inklusive de som involverar hjärnmissbildningar.

I senare arbete var denna forskargrupp den första att fastställa ett samband mellan ciliär dysfunktion mätt med nasal NO-koncentration och isolerade anomalier i centrala nervsystemet (CNS) Den totala genomsnittliga nosala NO-nivån hos barn med isolerade CNS-anomalier i mittlinjen i studien, var signifikant lägre jämfört med det tidigare etablerade normala intervallet, med vissa inom intervallet för primär ciliär dyskinesi (PCD). Nyligen arbete visar att inter neuronal anslutning, hjärnventriklarnas morfogenes och korrekt bildning av neuralröret beror på oförstörd ciliarfunktion.

De primära flimmerhåren fungerar som ett resultat av membranproteiner såsom polycystin-1 (PC-1), PC-2, TRPV4, P2Y12 och fibrocystin. Acetylerat alfa-tubulin är en känd ciliärmarkör.

Förändringar i PC-1 är associerade med polycystisk njursjukdom typ 1-mutationer som visade sig vara associerade med fettsyraoxidationsdefekter i metabolomiska och lipidomiska tester. Acetylerat alfa-tubulin bedöms genom proteinomisk analys.

Hypotes: Med tanke på det senaste erkännandet av interaktionerna mellan NO med etanol och flimmerhårens viktiga roll i tidig hjärnutveckling, antar forskarna att flimmerhåren kan vara involverade i molekylära vägar som leder till hjärnskada hos barn som diagnostiseras med FASD. En sådan mekanism har inte undersökts tidigare.

Utredarna antar att nosala NO-nivåer såväl som nyckelmetaboliterna hos patienter som diagnostiserats med FASD kommer att minska jämfört med friska kontroller.

Syfte: Denna studie kommer att syfta till att mäta nasal NO i en utvald grupp patienter som diagnostiserats med fetal alkoholspektrumstörning, tillsammans med metabolomik och proteinomisk analys relaterad till nyckelmetaboliter involverade i NO-vägen i urinprov, och jämföra dem med friska barn. Denna studie kommer att göra det möjligt för läkare att potentiellt använda ett icke-invasivt screeningverktyg för pediatriska patienter med misstänkt fetalt alkoholspektrumstörning och överväga en tidig utvecklingsingripande.

Metod: 10 barn i åldrarna 5-16 år, som får diagnosen FASD, kommer att rekryteras från FASD-polikliniken på Glenrose Rehabilitation Hospital. 10 friska barn i samma åldersgrupp kommer att rekryteras genom HICUPP-registret för friska barn (Pro00056156).

Utredarna kommer att mäta nosala NO-nivåer genom att föra in en inert NO-provtagningsslang med en engångsskumoliv (DirectMed Inc., Glen Cove, NY) i barnets näsborre medan den kontralaterala näsborren lämnas öppen. Luft kommer sedan att tas med en konstant hastighet av 0,3 liter/min från näsan med en kemiluminescensanalysator som ger mätning av den nasala NO-nivån i delar per miljard (ppb). Alla nosala NO-mätningar kommer att utföras med försökspersonerna sittande.

Mätningar kommer att erhållas med en NO-analysator (CLD 88 SP, ECO PHYSICS AG, Duerten, Schweiz). Analysatorn kommer att kalibreras enligt tillverkarens specifikationer. Mätningar kommer att göras med velumförslutningsteknik via utandning från en djup inspiration genom ett fast motstånd (engångs, pappcylinder med 1 mm öppning; DirectMed Inc., Glen Cove, NY) i 20-40 sekunder eller via en utblåsningsleksak för fest. med ett jämförbart expiratoriskt motstånd. Båda typerna av motstånd kräver lätt uppblåsning av kinderna för att utveckla ett muntryck > 5 cm H2O, ett tryck som är tillräckligt för att stänga den mjuka gommen. Manövrarna kommer att utföras enligt ATS/ERS riktlinjer. Hos patienter som inte samarbetar med ovanstående manöver kommer mätningarna att göras med hjälp av tidal andedräktsprovtagning.

Granskaren kommer att mata in den uppmätta NO-nivån direkt i en datorfil, som kommer att sparas i ett krypterat format på en lösenordsskyddad dator på Glenrose Rehabilitation Hospital. Identifierande information som deltagarnas namn eller telefonnummer kommer inte att anges. Varje deltagare kommer att tilldelas ett nummer istället för ett namn, som kommer att registreras. Annan identifieringsinformation, såsom barnets kön, ålder och diagnos, kommer också att kodas med ett nummer.

Baserat på tillhandahållen information kommer en statistisk analys av kovarianter att utföras, där de uppmätta NO-nivåerna hos patienter med FASD jämförs med friska kontroller (med referensintervallet för det normala som publicerats i Mateo 2011 och Marthin 2011).

Utöver de nasala NO-mätningarna kommer utredarna också att utföra metabolomisk och proteomisk analys för att mäta nivåerna av nyckelmetaboliter och proteiner i urinen hos patienter med FASD. Dessa kommer att jämföras med de friska kontrollerna för att ytterligare utforska denna hypotes om ciliär involvering. De metabolomiska analyserna kommer att användas för att mäta nyckelmetaboliter involverade i NO-vägen (arginin, citrullin, ornitin, asymmetrisk dimetylarginin) såväl som lösliga NO-biprodukter (nitrotyrosin, nitrotryptofan och 3-nitro-4-hydroxifenylättiksyra). Ytterligare metabolomiska studier kommer att utföras för att leta efter förändrade betaoxidationsmarkörer (acylkarnitiner) som kan påverkas av ciliär dysfunktion, vitaminnivåer (ex. vitamin A och dess biprodukter) samt förändringar i katekolaminer (på grund av förändrade neuronala funktioner som påverkas av flimmerhåren) i urin. De metabolomiska analyserna kommer att göras med riktade, MS-baserade metabolomiska metoder. Utredarna kommer också att utföra proteomisk analys av urin hos FASD-patienter för att mäta förändringar i centrala ciliära proteiner, nämligen polycystin-1 (PC-1)( PC-2, TRPV4, P2Y12, fibrocystin) samt acetylerat alfa-tubulin och jämföra dessa värderingar för en grupp friska barn. De proteomiska analyserna kommer att bestå av en kombination av MS-baserad proteomik och immunanalyser.

Data kommer att analyseras med PASW Statistics Version 19 (SPSS Inc., 2010). Alfa kommer att sättas till 0,05 för alla analyser. Andelen barn som får över och under ålder och normbaserade gränsvärden för varje mätning kommer att beräknas.

För att avgöra om de två grupperna (FASD, friska kontroller) skiljer sig åt i den uppmätta nivån kommer en multivariat variansanalys (MANOVA) att utföras på subskalepoäng med hjälp av grupp som en mellan-subjektsfaktor.

Med tanke på att urvalsstorleken är liten kommer utredarna att rapportera en effektstorlek mellan grupperna för NO-nivån och metabolomics-analysen, samt ett 95 % konfidensintervall för effektstorleken. Hypotesen är att det är skillnad mellan grupperna; Med tanke på att utredarna inte kan bevisa noll (dvs. avsaknad av ett statistiskt signifikant fynd kommer inte att bevisa hypotesen), kommer utredarna att använda denna effektstorlek för att istället uppskatta effekten. Det antas dock att de nasala NO-nivåerna och nyckelmetaboliterna som hänför sig till NO hos barn med FASD kommer att minska i jämförelse med friska kontroller.

Efter avslutad studie kommer de avidentifierade uppgifterna att förvaras i en krypterad fil på den lösenordsskyddade datorn i minst fem år.