PET-MRI F-DOPA 在中皮质边缘系统中的活性和抑郁症状在预测治疗相容性中的作用

介绍：

重度抑郁症 (MDD) 是一种多才多艺的精神疾病，在许多国家/地区的人口中患病率为 8-12%。

根据目前的方法，MDD 的特征是单胺类神经递质的活性降低，尚不确定是由于它们的受体敏感性不同还是由于低表达或 mao-a/mao-b 过度活跃导致突触间隙耗尽。

今天使用的大多数抗抑郁药物都是基于抑郁症的单胺耗竭理论。 这些药物包括选择性 5-羟色胺再摄取抑制剂 (SSRI)、5-羟色胺去甲肾上腺素再摄取抑制剂 (SNRI) 或三环类抗抑郁药 (TCA)，所有这些药物都会抑制部分或全部这些单胺的再摄取，从而导致突触间隙中的水平升高。 一些药物直接影响单胺受体。

功能失调的多巴胺神经传递在注意力、动力和快感缺乏的缺陷中起着重要作用，这些是抑郁症的核心症状。 抑郁症患者与健康人相比，前额叶皮层 (PFC) 中的突触前 D2r（多巴胺 2 受体）密度显着降低。

目前，大多数在抑郁症患者中使用成像技术的研究主要使用不同类型的磁共振成像 (MRI) 或带有正电子发射断层扫描 (PET) 示踪剂的单独核医学成像。 传统MRI在抑郁症和其他精神疾病评估中的作用，在不同的研究中，主要是为了区分结构特征，从而有助于加强这方面的诊断。 与对照组相比，重度抑郁症患者的大脑存在多种结构变化。 其中，与缓解患者相比，海马体体积也有所减少，下丘脑-垂体体积增加，前额叶皮质 (PFC) 和基底神经节体积减少。 这些发现也是根据迄今为止使用 MRI 和 CT 扫描进行的结构变化的最大荟萃分析研究得出的。 PET 扫描给出关于大脑的一般或药物特异性代谢的指示。 大多数对抑郁症患者进行的 PET 扫描使用 FDG 或 11-C 血清素放射性配体。 只有少数研究检查了抑郁症患者的 F-DOPA PET 摄取情况，其中大部分是帕金森抑郁症患者，其中一项研究的样本量非常小 (n=6)，并且有情绪低落或冲动症状。 大多数研究表明纹状体中多巴摄取减少，特别是伏隔核 (NAc)。 需要更多信息来表明 MDD 大脑相关区域对 F-DOPA 的摄取。 据我们所知，这将是第一项在抑郁症患者中使用 [18F] F-DOPA PET/MRI 的研究。 PET/MRI 通过结合解剖学、功能和分子过程提供真正的多模态成像，从而更准确地识别疾病评估。

一个公认的事实是，遗传因素和整个生命周期中发生的环境因素可能是抑郁症易感性的基础。 然而，在对几项全基因组关联研究 (GWAS) 的大型分析中，分析了 120 万个常染色体和 X 染色体单核苷酸多态性 (SNP)，没有发现任何 SNP 具有全基因组意义。 持续观察到的重度抑郁症的显着遗传性 (18) 与没有发现特定遗传变异对这种疾病有显着影响的事实之间的这种差异表明其他机制在起作用。 表观遗传学是指染色质结构的变化，它是基因表达变化的基础，与 DNA 序列的改变无关。 DNA甲基化是表观遗传学的基础系统之一。 DNA 的甲基化需要在 CpG 二核苷酸胞嘧啶的 5' 位置添加一个甲基。 胞嘧啶甲基化后，由于位阻干扰，转录因子进入调节元件的途径减少。 DNA 甲基化模式一方面是可遗传的，另一方面对环境有动态反应。 表观遗传学的这一特征使其成为一种调节机制，决定基因表达，这与精神疾病的性质是一致的。 在经受不同环境的不同组织中观察到不同的 DNA 甲基化模式。 在不同的大脑区域之间甚至是不同的。 表观基因组范围的关联研究 (EWAS) 正在进行中。 在其中一个死后抑郁症受试者的 PFC 组织中，研究人员发现了神经元生长和发育基因位点的富集，例如脑驱动神经营养因子 (BDNF)。BDNF 水平降低是抑郁症的一个公认标志。 在暴露于慢性应激的动物的海马体中，也有报道称 BDNF 蛋白水平较低。 有趣的是，服用抗抑郁药会增加海马 BDNF，从而防止压力引起的减少。 鉴于在情绪障碍中观察到的海马体体积减少以及在情绪障碍或抑郁人格特征的个体中 BDNF 血清水平降低，这些发现很有趣。 基于这些趋同的临床前和临床数据，BDNF 基因代表了情绪障碍遗传学研究的合乎逻辑的目标。

另一项分析全血 DNA 的表观基因组关联研究发现，终生抑郁症患者的 IL-6 和 C 反应蛋白 (CRP) 血浆水平升高，而在仅患有抑郁症的患者中，IL-6 甲基化与血浆呈负相关IL-6 和 CRP。

迄今为止，在精神病诊所中还没有通用的成像实践来区分哪种药物治疗最适合哪个患者。 据我们所知，这将是第一项使用 [18F] F-DOPA PET/MRI 成像和治疗前症状评估相结合来评估治疗相容性的研究。

研究目标和目的：

该研究的目的是评估模态成像和症状评估在预测治疗相容性方面的可行性。 通过 18F-FDOPA PET 在中皮质边缘系统 (VTA-NAc-PFC) 中测量的多巴胺代谢以及诊断为抑郁症治疗前患者的结构和功能 MR 结果。

主要目标：

1. 比较健康个体与未接受治疗的抑郁症患者在中脑皮质边缘系统 (VTA-NAc-PFC) 中的初始 F-DOPA 再摄取水平，并评估两组在海马、下丘脑-垂体和中脑皮质边缘系统 (VTA- NAc-PFC) 和静息态 fMRI。

次要目标：

1. 比较患者与健康对照者血浆中 DNA 甲基化的差异。
2. 评估基线和 6 个月后症状的严重程度评分（根据汉密尔顿评定量表评估）与中脑皮质边缘系统中 PET 18F-DOPA 摄取库、结构测量和 DNA 甲基化之间的相关性。

材料和方法：

研究设计：一项前瞻性试点研究。

临床评估：

将根据“汉密尔顿抑郁量表”和基线（治疗前）、治疗开始后 3 个月和 6 个月时的 DSM-V 标准进行临床评估，确定症状负担的定量测量。 根据 DSM-5，抑郁症的诊断需要在同一 2 周内出现以下五项（或更多）症状，并且代表与之前功能相比的变化：(1) 情绪低落 (2) 失去兴趣或愉悦感. (3)体重明显减轻或消瘦。 (4)失眠或嗜睡。 (5) 精神运动性激越或迟滞。(6) 几乎感到疲劳或失去活力。 (7) 无价值感或过度或不适当的内疚感。 (8) 思考或集中注意力的能力下降。 (9) 反复出现死亡的念头。

汉密尔顿评定量表的症状评估将由精神科医生完成。 最后，我们将尝试根据影像学和分子发现将特定症状群与治疗相容性联系起来。 将以“护理标准”方式将治疗与这些药物的相容性与诊所中治疗成功的百分比进行比较。 对患者进展的评估将通过症状变化和/或 3.6 个月后通过随访进行的第二次扫描来确定。

.成像诊断 PET/MR 协议：我们将使用多巴胺前体 3,4-dihydroxy-6-[18F]-fluoro-l-phenylalanine ([18F] FDOPA) 摄取速率常数 (K(i)) 的评估，即反映左旋多巴转运。 L-芳香族氨基酸脱羧酶活性、小泡摄取和多巴胺神经末梢的数量。 我们想测量和比较抑郁症未接受药物治疗的患者和健康个体中皮质边缘网络中 [18F] F-DOPA 的摄取。 然后，我们将检查 [18F] F-DOPA 摄取库，并根据多种症状的表现以及分子和人口统计数据来描述不同抑郁大脑的典型时空模式。 此外，我们将实施新的 MR 序列，例如弥散张量成像 (DTI) 和磁化率加权成像 (SWI)，以评估这些患者的 mesocoticolimbic 多巴胺能束，并使用 T1、T2 序列测量海马和下丘脑-垂体体积与健康人相比。 此外，我们将使用 T2* 序列来评估静息状态血氧水平依赖 (BOLD) 对比成像。 此外，扫描结果将与未接受药物治疗的患者的症状临床评估相关联。

所有扫描都将根据制造商的指南，使用 PET/MR 扫描仪（Biograph mMR，Siemens AG，​​Erlangen，Germany）在 Tel-Aviv Assuta 医疗中心的核医学科进行。

患者必须在到达科室前至少禁食 4 小时。 抵达后，将放置一根静脉导管用于放射性药物和钆给药。 患者将在 PET MR 台上接受 10 mCi 的 18F-FDOPA 静脉注射，扫描将立即开始。 动态 PET 参数将与不同的 MR 序列一起获取。 大脑 MR 将包括以下序列：T1、T2 和 T2 流体衰减反转恢复序列 (FLAIR)、磁化率加权序列 (SWI)、弥散张量成像 (DTI)、血氧水平依赖性 (BOLD) 信号静息态功能成像。 此外，将评估有无钆的大脑灌注。 将使用 ExploreDTI 软件将大脑的解剖立体定位图分层，与扫描结果一致。

对于对比增强序列，我们使用 Dotarem（钆特酸）（0.2 ml/kg，0.1 mmol/kg，2ml/s，20ml 生理盐水冲洗）总扫描时间约为 45 分钟。

数据收集和程序：

对于符合条件的健康志愿者，将在基线时记录以下数据：

1. 基线参数：出生日期、性别、社会经济地位、种族、吸烟、饮酒。
2. 详细的病史。
3. 药物清单
4. 使用汉密尔顿抑郁量表进行症状评估
5. 血液样本

对于符合条件的抑郁症患者，将在基线、3 个月后和 6 个月后记录以下数据。

1. 基线参数：出生日期、性别、
2. 详细的病史。
3. 药物清单
4. 使用汉密尔顿抑郁量表进行症状评估
5. 血液样本
6. 临床诊断和症状发作。

生物样本采集：

在扫描以评估外周血血浆中的全基因组 DNA 甲基化之前，将从患者和健康对照中抽取血样。 血样将从基线的健康对照和抑郁患者中采集。 在治疗开始日期 6 个月后，还将从抑郁症受试者中抽血，以根据基线的表观遗传学发现评估特定标记物的基因表达 mRNA 或蛋白质。

全基因组启动子DNA甲基化分析：

用于 MeDIP 分析的程序改编自以前发布的协议。 (13,14) 简而言之，对 2μg DNA 进行超声处理，并使用抗 5-甲基胞嘧啶 (Eurogentec, Fremont, CA, USA) 对甲基化 DNA 进行免疫沉淀。 DNA-抗体复合物用蛋白 G 进行免疫沉淀，然后将甲基化的 DNA 重新悬浮在消化缓冲液（50mM TRisHCl pH8；10mM EDTA；0.5% SDS）中，并在 55°C 下用蛋白酶 K 处理过夜。 使用全基因组扩增试剂盒（Sigma-Aldrich，St. Louis，MO，USA）对输入和结合部分进行纯化和扩增，并使用 CGH 酶标记分别标记用于与 Cy3-dUTP 和 Cy5-dUTP 的微阵列杂交试剂盒（安捷伦科技公司，加拿大安大略省米西索加）按照制造商的说明进行。 使用定制设计的平铺阵列（Agilent Technologies）。 杂交、洗涤、扫描和特征提取程序的所有步骤均按照用于芯片分析的安捷伦科技协议执行。 使用用于统计计算的 R 软件环境 (http://www.r-project.org/) 处理和分析提取的微阵列强度。

基因特异性验证：

MeDIP 数据的验证将通过使用 2-ΔΔCt 方法的定量实时 PCR (QPCR) 进行。 数据将表示为组平均值±s.e.m。 Graphpad 5 软件将用于执行单尾 Mann-Whitney U 检验。

从人血中提取RNA：

用于 RNA 提取的血液将在注射放射配体之前收集并吸入 PAXgene 血液 RNA 管（PreAnalytiX，Hombrechtikon，瑞士）。 使用 PAXgene 血液 RNA 试剂盒 (Qiagen) 提取 RNA。 RNA 样本的质量和数量将使用 Agilent 2100 生物分析仪（Agilent Technologies，Böblingen，Germany）进行分析。

人体血液基因表达分析：

将使用高容量 cDNA 逆转录试剂盒（Life Technologies，Darmstadt，Germany）进行逆转录。 将使用 QPCR 和 2-ΔΔCt 方法分析基因表达水平。 数据将表示为组平均值±s.e.m。 统计显着性将使用单尾 Mann-Whitney U 检验进行检验。

焦磷酸测序：

将通过焦磷酸测序分析特定基因的启动子区域。 简而言之，使用未修饰的正向引物和生物素标记的反向引物（Eurofins，Ebersberg，德国）通过 PCR（HotStar Taq DNA 聚合酶，Qiagen）引物信息扩增经亚硫酸氢盐处理的 DNA 片段（EpiTect Bisulfite Kit，Qiagen） . 将根据制造商的方案使用 PyroMark Q24 Advanced 系统（Qiagen；引物信息参见补充表 S2）进行焦磷酸测序。 甲基化和未甲基化的 EpiTect 对照 DNA 样本 (Qiagen) 将用作亚硫酸氢盐转化、扩增和焦磷酸测序的对照。 每个 CpG 位点的甲基化百分比将使用 PyroMark Q24 Advanced 软件版本 3.0.0 进行量化 (Qiagen) 测序将一式三份进行。 将使用 R 版本 2.15.3 (http://www.r-project.org) 对焦磷酸测序结果进行质量控制过滤和统计分析。 被 Pyromark 软件标记为不可靠的测量将从数据集中删除。 去除异常值（值偏差超过 3%）后，将对三次测量进行平均。 Mann-Whitney U 检验将用于比较 ELS 与对照组的 CpG 位点甲基化平均百分比。 数据将呈现为平均值±s。 嗯

基因分析：

将使用先前 MDD 研究的 GWAS 数据研究基因型。 将搜索所选基因的 dbSNP (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP) 以查找跨基因的 SNP（单核苷酸多态性）。 将执行 PLINK (v1.0.7)39 中实施的基于集合的测试（使用默认选项和 105 个排列），以测试 MDD 与数据集中整个遗传变异集之间的关联

磁共振发现：

• 海马体、下丘脑-垂体腺和中脑皮质边缘的 T1、T2 3D 测量（评估体积）。
• 中皮质边缘多巴胺能束的 DTI 测量。
• 抑郁症患者静息态 f-MRI (BOLD) 脑网络与正常图的比较

PET 检查结果：

1. 静态 F-DOPA（例如 SUVmax 和 SUVmean）的视觉评估和定量测量将在 VTA、NAc、PFC 双边进行。
2. 将测量动态 F-DOPA 参数的测量值，例如可用时的 Ki（例如，达到峰值的时间、峰值等）。

统计数据：

将使用描述性统计总结患者特征。 定量变量将以均值和标准差表示，定性变量将以频率表示。

皮尔逊相关系数将用于衡量不同脑区的 PET 与集群症状之间关系的强度。

将使用 t 检验来比较不同参数的平均值。 样本量：这是一项试点研究，需要 60 名受试者（30 名健康人和 30 名患者）的样本量。

参与者抽样：所有符合纳入标准并提供知情同意书的患者将被连续纳入。

保密：

所有数据都将被编码，并且受试者将仅通过受试者的姓名首字母和受试者的研究编号来识别。

编码将由调查人员完成，并将保存在他们的安全计算机上和锁在首席调查员办公室壁橱里的调查员档案中。

所有与研究对象相关的报告和通讯都将使用给定的代码，不包含任何个人信息。