M.E.(cvs)-wetenschap

december 22, 2012

Antilichamen tegen EBV dUTPase & EBV DNA polymerase in een CVS subrgoep

Filed under: Infektie — mewetenschap @ 3:18 pm
Tags: , , ,

Onderstaand artikel gaat over een piloot-studie bij een zeer kleine groep (6) CVS-patiënten. Al te sterke conclusies zijn dus nog voorbarig en de resultaten moeten worden herhaald/bevestigd bij een grotere populatie. Noteer ook dat het om onderzoek gaat bij een subgroep. Lerner (zelf ooit een CVS-patient maar -naar eigen zeggen- dramatisch verbeterd door antivirale middelen) selekteerde de 6 bloedstalen voor deze studie zorgvuldig… Hoewel er wel een patent voor de diagnostische methode werd aangevraagd, is het gebruik van de beschreven proteïnen (antilichamen) in een klinische laboratorium-test dus voorlopig nog voorbarig.

Het Epstein-Barr virus (EBV) is een humaan herpes-virus dat infektueuze mononucleose en meerdere types tumoren veroorzaakt. Zowat 95% van de volwassen bevolking zou geïnfekteerd zijn met het virus maar minder dan de helft maakt de ziekte door. Eens geïnfekteerd blijft het virus sluimeren in het lichaam en het kan worden gereaktiveerd zonder ziekte-symptomen te veroorzaken.

Epstein-Barr virus heeft 2 systemen voor het vermenigvuldigen van zijn genoom: één dat de aanmaak van virus tijdens aktieve of ‘lytische’ infektie ondersteunt en een tweede dat funktioneert tijdens de latente stadia van infektie om de virale genomen toe te laten vermenigvuldigd te worden tijdens elke cel-deling cyclus. De lytische cyclus wordt beschouwd als de voornaamste methode aangezien deze resulteert in de vernietiging van de de geïnfekteerde cel. Tijdens latente infektie, terwijl de genen nodig voor lytische replicatie en virus-produktie stil liggen, wordt het circulair EBV-chromosoom vermenigvuldigd door de DNA-replicatie machinerie van de gastheer-cel. EBV blijkt levenslang mensen te infekteren door in B-lymfocyten te verblijven. EBV-replicatie tijdens latentie vertrouwt bijna volledig op de gastheer-cel. Lytische replicatie van EBV levert duizenden copieën van het viraal genoom per cel op die tot virus-partikels leiden. EBV codeert voor een aantal lytische replicatie enzymen.

In de beschreven studie lijkt het er op dat een latent Epstein-Barr virus is beginnen reaktiveren maar dat het nieuw, wakker geworden virus niet z’n volledig potentieel om de gastheer-cellen over te nemen heeft bereikt. Die gedeeltelijke reaktivatie ging echter ver genoeg om ten minste 2 virale eiwitten te genereren: DNA-polymerase en dUTPase (deoxyuridine-trifosfsaat-nucleotidohydrolase * Het EA – ‘early’/vroeg antigen-complex – codeert voor minstens 6 virale enzymen.): de patiënten hier maakten dan ook antilichamen aan (gedurende meer dan een jaar) die specifiek bedoeld zijn om die eiwitten te identificeren en te neutraliseren.

De wetenschappers theoretiseren dat zelfs bij afwezigheid van volledige aktieve infektie (gedeeltelijke virus-reaktivatie), de capaciteit van deze virale proteïnen om inflammatoire signalen te induceren, voor genoeg chaos in het immuunsysteem zorgt om tot CVS te leiden.

————————-

Plos One Vol 7, #11 (2012): e47891

Antibody to Epstein-Barr Virus Deoxyuridine Triphosphate Nucleotidohydrolase and Deoxyribonucleotide Polymerase in a Chronic Fatigue Syndrome Subset

Martin Lerner (1), Maria E. Ariza (2), Marshall Williams (2), Leonard Jason (3), Safedin Beqaj (4), James T. Fitzgerald (5), Stanley Lemeshow (6), Ronald Glaser (7)

1 Department of Medicine, Oakland University William Beaumont School of Medicine, Rochester, Michigan, United States of America

2 Department of Molecular Virology, Immunology and Medical Genetics, The Ohio State University, Columbus, Ohio, United States of America

3 Centre for Community Research, DePaul University, Chicago, Illinois, United States of America

4 Pathology Inc, Torrance, California, United States of America

5 Department of Medical Education, University of Michigan School of Medicine, Ann Arbor, Michigan, United States of America

6 College of Public Health, The Ohio State University, Columbus, Ohio, United States of America

7 Institute for Behavioural Medicine Research, The Ohio State University, Columbus, Ohio, United States of America

[Studie gedeeltelijk gefinancierd door de ‘National Institutes of Health.’]

Samenvatting

Achtergrond Een diagnostisch panel differentieerde patiënten die de diagnose Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) hadden gekregen op basis van de Fukuda/Carruthers criteria. Dit panel identificeerde een subgroep patiënten met Epstein-Barr virus (EBV), waarbij voor het eerst gelijkaardige ‘klinische’ aandoeningen zoals cytomegalovirus (CMV), humaan herpesvirus 6 (HHV6), babesiose [tekenkoorts; infektie met de parasiet Babesia], ehrlichiose [infektie, via teken, met de bakterie Ehrlichia], borreliose [infektie met Borrelia; ziekte van Lyme], Mycoplasma pneumoniae, Chlamydia pneumoniae en adulte reumatische koorts, die verkeerdelijk CVS zouden kunnen worden genoemd, werden uitgesloten. CVS-patiënten werden behandeld met valacyclovir [Valtrex ®; antiviraal middel tegen herpesvirussen] (14,3 mg/kg elke 6h) gedurende ≥ 12 maanden. Elke patient verbeterde – op basis van de ‘Functional Activity Appraisal: Energy Index Score Healthcare Worker Assessment (EIPS)’, een gevalideerde schaal met een hoge interne consistentie.

Methodes Antilichamen tegen EBV ‘viral capsid antigen’ (VCA) [viraal kapsel antigen] IgM, EBV ‘Diffuse Early Antigen EA(D)’ [diffuus vroeg antigen] en neutraliserende antilichamen tegen EBV-gecodeerd DNA-polymerase en EBV-gecodeerd dUTPase werden ca. elke 3 maand gedurende 13-16 maand bepaald in sera verkregen van patiënten met CVS en sera van 20 patiënten zonder CVS [“Ongekende personen die gezondheid-gerelateerde onderzoeken ondergingen in een commercieel laboratorium”].

Resultaat Antilichamen tegen EBV EA(D) en neutraliserende antilichamen tegen EBV DNA-polymerase en deoxyuridine-trifosfaat-nucleotidohydrolase (dUTPase) waren aanwezig bij de EBV-subgroep CVS-patiënten. Van de serum-stalen verkregen van patiënten met CVS waren 93,9% positief voor EBV EA(D), tegenover 31,6% van de controle-patiënten. Serum-stalen van de EBV-subset CVS-patiënten waren positief voor neutraliserende antilichamen tegen het EBV-gecodeerd dUTPase (23/52; 44,2%) en DNA-polymerase (41/52; 78,8%), maar negatief in sera van de controles.

Besluiten Er is langdurig een verhoogd antilichaam-niveau EBV dUTPase en EBV DNA polymerase waar te nemen in een subgroep CVS-patiënten, wat suggereert dat dit antilichaam-panel zou kunnen worden gebruikt om deze patiënten te identificeren, als deze preliminaire bevindingen worden bevestigd via studies met een groter aantal EBV-subgroep CVS-patiënten.

Achtergrond

Een belangrijk probleem voor onderzoekers die CVS bestuderen is de heterogeniteit van de populatie die wordt verenigd door courante symptomen maar zonder wetenschappelijke bevestigende laboratorium-test. Door middel van de Fukuda/Carruthers criteria en een systematische beoordeling van 142 CVS-patiënten, werden twee groepen gedefinieerd. Groep-A: CVS-patiënten met verhoogde serum IgG-antilichamen tegen de herpesvirussen Epstein-Barr virus (EBV), alleen of tesamen met cytomegalovirus (CMV) en humaan herpesvirus 6 (HHV6); waarbij geen andere co-infecties werden geïdentificeerd. Groep-B: CVS-patiënten met gelijkaardige gestegen herpesvirus antilichaam-titers, plus serologisch bewijs voor andere co-infecties, inclusief Borrelia burgdorferi, Anaplasma phagocytophilia, Babesia microti, Mycoplasma pneumoniae, Chlamydia pneumonia of reumatische koorts. 106 groep-A CVS-patiënten werden via de systematische beoordeling gevolgd (2001-2007) en gedurende ≥ 12 maand behandeld met valacyclovir (voor de EBV-subgroep) of valganciclovir [Valcyte ®; antiviraal middel tegen CMV-infekties] (voor HCMV & HHV6 subgroepen). De gegevens omvatten meer dan 5.000 patiënten-bezoeken en 35.000 data-punten. 79 (74,5%) Groep-A patiënten herstelden; op basis van de inschatting van hun funktionele aktiviteit: ‘energy index-score healthcare-worker assessment’ [een gevalideerde, betrouwbare methode om vermoeidheid bij CVS-patiënten te beoordelen; bekomen via consensus tussen arts en patient] en hun capaciteit om een 40u werkweek en normale sociale aktiviteiten te kunnen hervatten (p < 0.0001).

Een ‘evidence-based’ test voor de diagnose van CVS blijft moeilijk bereikbaar. Glaser, Williams en Lerner hypothiseren dat CVS verband zou kunnen houden met abortieve [vruchteloze] lytische replicatie [zie onze inleiding] van EBV in afwezigheid van het voorkomen van EBV-DNA in het bloed of IgM-antilichamen tegen viraal struktureel proteïne [zie ook: Lerner AM, Beqaj SH. A paradigm linking herpesvirus immediate-early gene expression apoptosis and Myalgic Encephalomyelitis / Chronic Fatigue Syndrome. Virus Adaptation and Treatment (2011) 3: 19-24]. Glaser, Williams en co vonden dat het vroege EBV-gecodeerde deoxyuridine-triphosphate-nucleotidohydrolase (dUTPase) leukocyten aanzette om meerdere pro-inflammatoire cytokinen in vitro te synthetiseren, die op gelijkaardige wijze gestegen zijn bij sommige CVS-patiënten. Dit EBV-gecodeerde dUTPase induceerde ook immuniteit-veranderingen en ziekte bij muizen. Er werd gelijkaardig bewijs voor viraal geïnduceerde immune ontregeling en wijzigingen qua intracellulaire perforinen en granzymen gevonden bij CVS-patiënten [zie ‘CVS: inflammatie, immuun-funktie en neuro-endocriene interakties].

Valacyclovir en valganciclovir […] werken als alternatieve substraten voor de herpesvirussen-gecodeerde DNA-polymerasen en inhiberen virale DNA-replicatie via het voorkomen van DNA keten-verlenging. Aangezien valacyclovir en valganciclovir de synthese van vroege herpesvirus-proteïnen niet inhiberen en zodoende een type abortief-lytische replicatie induceren, suggereerden we dat nieuwe herpesvirus gastheer-cel recrutering onderbroken wordt bij de (met valacyclovir/valganciclovir) behandelde CVS-patiënten die herstelden. Het is mogelijk dat één of meer herpesvirus vroege proteïnen belangrijk zouden kunnen zijn bij CVS-pathofysiologie. We rapporteerden eerder verhoogde HCMV IgM serum antilichaam-titers tegen de vroege proteïnen p52 en CM2 bij 61 CMV-subgroep CVS-patiënten. Deze vroege CMV-gecodeerde gestegen serum antilichaam-titers waren niet aanwezig bij een controle-groep met normale patiënten [Beqaj SH, Lerner AM, Fitzgerald JT. Immunoassay with cytomegalovirus early antigens from gene products p52 and CM2 (UL44 and UL57) detects active infection in patients with Chronic Fatigue Syndrome. J Clin Pathol (2008) 61: 623-626]. We ontdekten ook verhoogde serum antilichaam-titers tegen EBV EA(D) bij 86 van de 106 (81%) CVS-patiënten van Groep-A [Lerner AM, Beqaj SH, Fitzgerald JT, Gill K, Gill C, et al. Subset-directed antiviral treatment of 142 herpesvirus patients with Chronic Fatigue Syndrome. Virus Adaptation and Treatment (2010) 2: 47-57].

De EBV-gecodeerde vroege virale proteïnen dUTPase en DNA-polymerase zijn enzymen die betrokken zijn bij EBV lytische DNA-replicatie. We rapporteren hier de herhaalde significante aanwezigheid van positieve serum-antilichamen tegen EBV-gecodeerd dUTPase en DNA-polymerase bij 6 Groep-A EBV-subgroep CVS-patiënten. Tijdens 13-16 opéénvolgende maanden (2003-2007) waren gestegen serum neutraliserende lichamen aanwezig tegen EBV-gecodeerd dUTPase in 23/52 serum-stalen (44,2%), en tegen het EBV DNA-gecodeerd polymerase (41/52 bepalingen, 78,8%) gedurende meer dan 400 dagen tijdens behandeling met valacyclovir. Testen bij een vergelijking-groep (20 willekeurige voor leeftijd en geslacht gematchte personen die routinematig bloedstalen werden afgenomen in een commercieel laboratorium) op neutraliserend antilichaam tegen het EBV-gecodeerd dUTPase en DNA-polymerase waren negatief (gedeeltelijk voorgesteld op de ‘10th IACFS Conference for Physicians and Healthcare Professionals Translating Evidence into Practice’, September 2011, Ottawa, Canada). Verhoogd serum neutraliserend antilichaam tegen EBV-gecodeerd dUTPase en EBV DNA-polymerase suggereert dat onvolledige of abortieve lytische replicatie heeft plaatsgevonden, wat verwacht wordt omwille van het werkingmechanisme van het antiviraal agens dat wordt gebruikt bij deze patiënten. De preliminaire gegevens tonen een langdurig gestegen antilichaam-niveau tegen in een subgroep patiënten met CVS, suggererend dat dit antilichaam-panel zou kunnen worden gebruikt om dergelijke patiënten te identificeren.

[…]

Besluiten

Het EBV, een humaan DNA tumor-virus, codeert voor 6 virale enzymen die deel uitmaken van het vroeg (‘early antigen’, EA) antigen-complex. Deze proteïnen worden gesynthetiseerd voorafgaand aan EBV DNA-replicatie. Dergelijke proteïnen worden geklassificeerd als vroege proteïnen. Werk in onze laboratoria heeft zich toegespitst op unieke antilichaam-patronen tegen EBV-gecodeerde enzymen, bv. DNase, DNA-polymerase en dUTPase. We vonden dat patiënten met nasofaryngeale kanker [NPC; kanker van het bovenste deel van de keelholte achter de neus] antilichamen hebben tegen EBV-gecodeerd DNase. Van de 101 serum-stalen van normale EBV-seropositieve patiënten (geneeskunde-studenten) was er geen enkel positief voor antilichamen tegen EBV-gecodeerd DNase, terwijl 94% van 49 serum-stalen van NPC-patiënten positief waren voor antilichamen tegen EBV-gecodeerd DNase.

NPC-patiënten kunnen ook antilichamen aanmaken tegen EBV TK [thymidylaat-kinase; enzyme met een sleutel-funktie bij DNA-synthese]. Patiënten met infektueuze mononucleose (IM), chronische aktieve EBV-infektie en patiënten geïnfekteerd met HIV hebben verhoogde antilichaam-titers tegen EBV-gecodeerd dUTPase. Hoewel de unieke antilichaam-patronen tegen deze EBV-proteïnen (of andere herpesvirus-proteïnen) en andere EBV-gecodeerde proteïnen klinisch nuttig bleken, worden de onderliggende factor(en) die deze antilichaam-patronen tegen EBV-proteïnen opleveren en de rol die deze proteïnen zouden kunnen spelen bij de pathofysiologie van met EBV geassocieerde ziekte, afgezien hun rol bij de replicatie van het virus, nog steeds onderzocht. Er zijn niet veel studies geweest om te bepalen of EBV-gecodeerde proteïnen, die tot expressie komen tijdens lytische en/of abortief-lytische replicatie, immuun-regulerende eigenschappen hebben. Dit is ten dele te wijten aan het gebrek aan een in vitro cel-systeem dat EBV lytische infektie volledig toelaat. Er werd echter goed gedocumenteerd dat antilichamen tegen verscheidene EBV-gecodeerde proteïnen, die betrokken zijn bij lytische replicatie van het virus, worden aangemaakt tijdens EBV-infekties. Antilichamen tegen EBV-gecodeerde proteïnen komen voor bij patiënten met IM, Burkitt-lymfoom [kwaadaardig lymfoom (kanker van het lymfevaten-stelsel (in het bijzonder de B-lymfocyten)], NPC en CVS en de aanwezigheid van deze antilichamen hebben klinische betekenis.

Er werd voorgesteld dat één of meerdere van de EBV vroege proteïnen, die worden gesynthetiseerd nadat het latent virus wordt gereaktiveerd, alleen of in combinatie met andere EBV-gecodeerde (of door een ander latent herpesvirus gecodeerde) proteïnen, een rol zouden kunnen spelen in de pathofysiologie van met EBV geassocieerde ziekte. We publiceerden het eerste bewijsmateriaal voor het feit dat het EBV-gecodeerd dUTPase in staat is immune ontregeling in vitro te induceren, zoals werd aangetoond door z’n effekt op de replicatie van PBMCs [perifeer bloed mononucleaire cellen; type witte bloedcellen] en de aanmaak van meerdere verschillende pro-inflammatoire cytokinen – inclusief IL-1b, TNF-a, IL-6, IL-8 en IL-10. We hebben ook aangetoond dat het EBV dUTPase immune ontregeling en ziekte-gedrag bij muizen kan induceren. We hypothiseren dat de immune ontregeling geïnduceerd door EBV-gecodeerd dUTPase (en misschien nog te identificeren andere herpesvirus-gecodeerde proteïnen) een rol spelen in de pathofysiologie van EBV-geassocieerde ziekte. De beschikbaarheid van deze EBV vroege proteïnen om een antilichaam-respons te induceren, zou het resultaat kunnen zijn van de lyse van cellen waarin het latent EBV-genoom volledig wordt gereaktiveerd. Het is ook mogelijk dat vroege proteïnen zoals het EBV-gecodeerd dUTPase kunnen vrijkomen uit cellen die abortieve reaktivatie ondergaan via exosomale release [afgifte via membraan-vesikels] of via apoptose van de geïnfekteerde cel. Of de vroege proteïnen gesynthetiseerd door andere herpesvirussen immune ontregeling kunnen induceren, moet worden onderzocht. De gegevens van onze studie [Glaser R, Litsky ML, Padgett DA, Baiocchic RA, Yang EV, et al. EBV-encoded dUTPase induces immune dysregulation: Implications for the pathophysiology of EBV-associated disease. Virology (2006) 346: 205-218] en deze van anderen, tonen echter dat ten minste enkele van de viraal gecodeerde proteïnen wijzigingen kunnen veroorzaken in zowel humorale als cellulaire immuniteit, afgezien van rollen bij virus-replicatie/latentie.

In deze studie toonden we aan dat er een statistisch significante stijging is qua antilichaam-niveaus tegen EBV EA-D complex, EBV-gecodeerd dUTPase en EBV-encoded DNA-polymerase in herhaalde longitudinale serum-stalen verkregen van 6 Groep-A EBV-subgroep CVS-patiënten die werden bestudeerd gedurende een periode van 13-16 maanden en werden behandeld met valacyclovir, vergeleken met een controle-groep. Bijzonderlijk antilichamen tegen EBV-gecodeerd DNA-polymerase onderscheiden hier de EBV-subgroep CVS-patiënten van de patiënten uit de vergelijking-groep. De EBV-subgroep CVS-patiënten geïdentificeerd in deze studie vormen een afzonderlijke groep (op basis van laboratorium-testen) waarvan de identificatie voor het eerst mogelijk werd gemaakt via de ontwikkeling van een uniek diagnostisch panel, bij geselekteerde studie-patiënten. Andere eerdere CVS-studies hadden dit diagnostisch panel niet ter beschikking.

In een dubbel-blinde placebo-gecontroleerde studie hebben Fluge et al. [Benefit from B-Lymphocyte Depletion Using the Anti-CD20 rituximab in Chronic Fatigue Syndrome A Double-Blind and Placebo-Controlled Study. PLoS (2011) 6: 1-13] kortstondige klinische verbetering van CVS-symptomen bij in patiënten die voldeden aan de Fukuda/Carruthers criteria gerapporteerd; op basis van 2 intraveneuze infusen met het monoclonaal B-lymfocyten verminderend anti-CD20 antilichaam (500 mg/m2; toegediend met een tussentijd van 2 weken) Rituximab. Er werd een klinisch nut vastgesteld bij 10 van de 15 CVS-patiënten na de Rituximab-infusen. [Voorzichtigheid voor verregaande conclusies  hieromtrent blijft echter geboden! De Noorse overheid schrapte financiering van studies hieromtrent…] Zoals aangegeven door Fluge et al. zou de verbetering van deze patiënten ten dele te wijten kunnen zijn door de eliminatie van B-lymfotrope virussen [met een voorkeur voor B-lymfocyten], wat onze eerdere studies ondersteunt alsook die door Kogelnik – die consistent zijn met abortieve lytische replicatie [J Clin Virol (2006) 37 Suppl 1: S33-38]. Strayer et. al. meldden ook verbetering qua inspanning-tolerantie en vermindering qua CVS-symptomen tijdens een (gerandomiseerde placebo-gecontroleerde) proef met rintatolimod [Ampligen of poly I:poly C12U, een experimenteel immunomodulerend medicijn ontwikkeld door Hemispherx Biopharma. Een adviserend experten-panel voor het Amerikaanse ‘Food & Drug Administration’ vond (Dec 2012) dat er onvoldoende bewijs is wat betreft doeltreffendheid en veiligheid, om Ampligen goed te keuren voor behandeling van CVS…] versus placebo (p = 0.04) [PLoS ONE (2012) 7: e31334]. Rintatolimod is een aktiverend ligand (dsRNA) voor TLR3, wat een eerste-lijn verdediging-mechanisme is bij de inductie van aangeboren immuniteit. EBERs – niet-polygeadenyleerd [kunnen niet worden vertaald naar eiwitten] en niet-coderend RNA dat tot expressie komt in cellen die latent geïnfekteerd zijn met EBV bleken ook TLR3 [TLR = ‘Toll-like receptors’ = op het oppervlak van leukocyten voorkomende receptoren] te aktiveren. Zowel de studies door Fluge als Strayer zijn consistent met het herpesvirus’ CVS-paradigma dat door onze groep werd voorgesteld, en dit wordt ondersteund door de aanwezigheid van verhoogde serum antilichamen tegen EBV DNA-polymerase en EBV dUTPase zoals hier wordt gerapporteerd. CVS-patiënten hebben een verstoorde NK-cel funktie en aantallen. Deze NK-veranderingen kunnen ofwel primair genetisch zijn of te wijten aan herpesvirus abortieve lytische replicatie, zoals we beschrijven.

We merken op dat wijzelf en Natelson et. al. [J Med Virol (1994) 42: 42-46] gestegen serum antilichaam-titers tegen EBV DNA-polymerase hebben gerapporteerd bij sommige CVS-patiënten zonder de kritieke definitie van Groep-A EBV subroep CVS-individuen. Bij geen van deze eerdere studies werden CVS-patiënten behandeld met valacyclovir. Patiënten met Groep-A CVS met CMV of HHV6 reageren niet op valacyclovir. Ook Groep-B CVS-patiënten met co-infekties reageren niet op valacyclovir. Wat we opmerkelijk vinden bij het vergelijken van onze nieuwe gegevens met deze die we publiceerden in ons artikel uit 1988 [Jones JF, Williams M, Schooley RT, Robinson C, Glaser R. Antibodies to Epstein-Barr virus-specific DNase and DNA polymerase in the Chronic Fatigue Syndrome. Arch Intern Med (1988) 148: 1957-1960], is de samenhang van de antilichaam-patronen tegen de EBV-gecodeerde proteïnen met die in deze studie. Interessant is het feit dat er bewijs is dat CVS-patiënten een hoger risico op lymfomen [kanker van de lymfocyten] lopen. In een eerdere studie van ons laboratorium, betreffende CVS en EBV-gecodeerd DNAse en DNA-polymerase, kregen 3 op 6 bestudeerde CVS-patiënten met verhoogde anti-EBV-enzyme antilichaam-waarden fatale lymfomen. Een studie door Paul Levine et al. ondersteunt het verband [Levine PH, Pilkington D, Strickland P, Peterson D. Chronic Fatigue Syndrome and Cancer. Journal of Chronic Fatigue Syndrome (2000) 7: 29-38]. Een ander rapport bevestigde dat er een relatie is tussen CVS met kwaadaardige ziekten [Chang CM, Warren JL, Engels EA. Chronic Fatigue Syndrome and Subsequent Risk of Cancer Among Elderly US Adults. Cancer (2012) 118:5929-36]. De rol die EBV-gecodeerde enzymen spelen in de pathofysiologie van met EBV geassocieerde ziekte, inclusief CVS infektie, is een research-domein dat belangrijk kan zijn bij het ophelderen van de etiologie en behandeling van CVS en sommige lymfoïde tumoren.

Advertenties

december 8, 2012

Link tussen oxidatieve stress, pijn en doorbloeding bij M.E.(cvs)?

Filed under: Fysiologie — mewetenschap @ 9:45 am
Tags: , , , , , ,

Marvin S. Medow, professor pediatrie en fysiologie en vice-directeur van het ‘Centre for Hypotension at New York Medical College’ bestudeert al jaren het posturaal orthostatische tachycardie syndroom (POTS), een aandoening die o.a. kan resulteren in een verminderde bloeddoorstroming naar de hersenen (‘cerebrale blood-flow’). Die gedaalde ‘blood-flow’ kan leiden tot duizeligheid, lichthoofdigheid en (soms) bewustzijn-verlies. Het gebeurt bij het rechtopstaan omdat het bloed zich (door de zwaartekracht) verzamelt in de buik en de benen en de normale mechanismen die het bloed helpen terugkeren naar het hart en de hersenen, niet naar behoren funktioneren.

Dr. Medow en zijn directeur Prof. Dr., Julian M. Stewart stelden vast dat veel mensen met POTS ook CVS hebben. Ze bestuderen beide aandoeningen met de hulp van financiering van het ‘Institutes of Health’ en de ‘CFIDS Association’. We rapporteerden al over hun werk betreffende problemen met geheugen, concentratie en informatie-verwerking (zie ‘Neurocognitie & cerebrale bloeddoorstroming bij CVS+POTS’). Ze zetten hun werk verder met het onderzoeken van de hypothese dat de verminderde cerebrale bloeddoorstroming (en ‘hersen-mist’) zou kunnen worden veroorzaakt door verstoorde controle-mechanismen voor het reguleren van CO2 (één van de krachtigste modulatoren van hersen-doorbloeding) en bloeddruk. Verbetering zou dan kunnen via het veranderen van de bloeddruk (m.b.v. intraveneus fenylefrine) bij orthostase, het toevoegen van CO2 aan de ingeademde lucht of het verhogen van de bloeddoorstroming (d.m.v. intraveneus acetazolamide) de symptomen en neurocognitieve capaciteit. We proberen dit op te volgen…

Ondertussen geven we hier de resultaten mee van ander werk van hen betreffende individuen met CVS die pijn ervaren bij een gewoonlijk niet-pijnlijke prikkel (allodynia); waar ze vonden dat de reaktie op plaatselijke opwarming van de huid (indicatief voor vasculaire controle, de mechanismen die bloedvaten controleren), in verband zou kunnen staan met de waarden van radikale soorten (ROS) op die plaats en met de verhoogde prikkelbaarheid van de gevoel-zenuwen (hyperesthesie) / verhoogde gevoeligheid voor pijnlijke stimuli (hyperalgesie) die door veel mensen met CVS wordt ervaren. Dit onderzoek bekijkt dus de link tussen oxidatieve stress, pijn en doorbloeding.

————————-

J Appl Physiol. 2012 [pre-print]

Modulation of the Axon-Reflex Response to Local Heat by Reactive Oxygen Species (ROS) in subjects with Chronic Fatigue Syndrome

Marvin S. Medow, Arun Aggarwal, Ila Leigh Baugham, Zachary R. Messer & Julian M. Stewart

New York Medical College

Samenvatting

Plaatselijke opwarming van de huid veroorzaakt vasodilatie [vaatverwijding] met een initiële eerste piek, een laagste punt (nadir) en verhoging tot een plateau. Reaktieve zuurstof soorten (ROS) [oxidatieve stress] moduleren het warmte-plateau bij gezonde controles. De initiële piek, te wijten aan C-vezel nociceptor [nociceptoren van niet gemyeliniseerde zenuw-vezels, geaktiveerd door meerdere types stimuli (warmte, mechanische druk of inflammatie-mediatoren t.g.v. weefselschade)] gemedieerde axon-reflexen [‘axon reflex flare reaction’; reaktie na een mechanische, chemische of elektrische stimulatie doordat C-vezels over-prikkeling van de axonen veroorzaken; dit leidt tot aktivatie van inflammatoire mediatoren en dus verwijde bloedvaten], kan worden afgestompt met lokale anesthetica en kan dienen als vervanger voor de cutane [van de huid] respons op perifere warmte. Mensen met Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) rapporteren verhoogde pijn-perceptie. Om de rol van ROS te bepalen bij deze neuraal-gemedieerde respons, evalueerden we veranderingen qua doorbloeding van de huid bij lokale opwarming bij 9 CVS-individuen [CDC criteria] (16-22 jaar) vergeleken met 8 gezonde controles (18-26 jaar). We verwarmden de huid tot 42°C en maten plaatselijke bloeddoorstroming als percentage van de maximale cutane vasculaire geleiding (%CVCmax). [Bloeddoorstroming (‘flow’) wordt via Laser-Doppler gemeten en uitgedrukt in arbitraire perfusie-eenheden. LDF (Laser Doppler Flow) data worden dan omgezet in CVC-eenheden door te delen door arteriële bloeddruk.] Terwijl CVS-individuen een significant lagere baseline doorstroming hadden (8,75 ± 0,56 vs. 12,27 ± 1,07 – CVS vs. controle), waren er geen verschillen tussen de groepen bij lokale opwarming. We maten dit opnieuw met de inhibitoren apocynine voor NADPH-oxidase, allopurinol voor xanthine-oxidase, tempol voor superoxide en ebselen om H2O2 te reduceren. Apocynine verhoogde significant de baseline bloeddoorstroming (14,9 1± 2,21 vs. 8,75 ± 1,66, voor opwarming) en de eerste warmte-piek (69,33 ± 3,36 vs. 59,75 ± 2,75). Allopurinol en ebselen versterkten enkel de eerste warmte-piek (71,55 ± 2,48 vs. 61,72 ± 2,01 en 76,55 ± 5,21 vs. 58,5 6± 3,66, respectievelijk). Tempol had geen effekt op plaatselijke opwarming. Geen enkele van deze agentia veranderde de respons op lokale warmte bij controle-indviduen. De respons op hitte zou dus gewijzigd kunnen zijn door lokale ROS-niveaus, in het bijzonder H2O2, bij CVS-individuen, en zou verband kunnen houden met hun hyperesthesie/ hyperalgesie.

INLEIDING

[…] Veel mensen met CVS en fibromyalgie beschrijven buitensporige pijn – met allodynia, een verhoogde gevoeligheid van hun huid voor warmte- of mechanische stimulatie – als een belangrijk symptoom. Deze sensaties worden doorgegeven via cutane nociceptoren die temperatuur en pijnlijke stimuli voelen. Aangezien deze stimuli een verhoogde respons bij mensen met allodynia opwekken, kozen we er voor de respons van de huid van mensen met CVS te onderzoeken bij het toepassen van plaatselijke warmte en maten de wijzigingen qua cutane bloeddoorstroming met bijzondere aandacht voor de eerste hitte-piek, die neuraal gemedieerd is.

De respons van de huid op plaatselijke opwarming resulteert in 3 afzonderlijke fasen in de cutane bloeddoorstroming: een initiële snelle fase (eerste piek), een nadir (laagste punt) en een toename naar een plateau. De eerste hitte-piek, hoofdzakelijk gemedieerd d.m.v. neurogene reflexen via lokale sensorische zenuwen, kan worden afgezwakt door lokale anesthetica en geeft informatie betreffende de acute responsiviteit van de huid op plaatselijke warmte-stimulatie. In tegenstelling daarmee is het plateau, dat optreedt na 20-30 min opwarming, NO-afhankelijk en vertegenwoordigt het een meer tijdelijke chronische respons op plaatselijke opwarming.

Er wordt verhoogde oxidatieve stress gemeld bij CVS-individuen [zie ‘Oxidatieve stress] en ROS, met inbegrip van superoxide-anionen (SO), waterstof-peroxide (H2O2) en hydroxyl-radikalen zouden een rol kunnen spelen bij cutane inflammatoire hyperalgesie. ROS kunnen door ‘transient receptor potential vanilloid’ type 1 (TRPV1) [zie o.a.Spier-metaboreceptoren’ & ‘Matige Inspanning verhoogt Expressie van Sensorische, Adrenerge en Immuun Genen bij CVS] ion-kanaal gemedieerde verhogingen van de huid-doorbloeding moduleren. TRPV1 ion-kanalen, waarvan wordt gedacht dat ze warmte- én pijn-voelend zijn, zijn gelokaliseerd in sensorische afferenten [neuronen die informatie naar de hersenen brengen] en dragen bij tot de eerste hitte-piek in respons op plaatselijke cutane opwarming.

Daarom maten we de cutane vasculaire respons op locale hitte bij CVS-individuen om de hypothese te testen dat ROS de respons op lokale opwarming verandert. Er werd bijzondere aandacht besteed aan de eerste hitte-piek die te wijten is aan neurogene reflexeen die worden gemedieerd via de aktiviteit van lokale sensorische zenuwen. We gebruikten allopurinol en apocynine om respectievelijk xanthine-oxidase en NADPH-oxidase [ROS-genererende enzymen] te inhiberen, en ook gereduceerde lokale cutane waarden van superoxide (met tempol) en H2O2 (met ebselen) omwille van hun gerapporteerde vaso-aktieve en sympathische effekten.

[…]

RESULTATEN

De Effekten van Plaatselijke Opwarming op Cutane Vasculaire Geleiding

De toepassing van lokale opwarming, à ratio van 1°C/10 sec tot 42°C, resulteerde in de kenmerkende 3 fasen van cutane bloeddoorstroming: een initiële snelle fase (eerste piek), een nadir en een toename tot een plateau. […] CVS-individuen hadden een significant lagere baseline (vóór de opwarming) cutane bloeddoorstroming vergeleken met deze gemeten bij controle-individuen. Er waren echter geen verschillen qua %CVCmax gemeten bij controle en CVS-individuen voor de eerste warmte-piek, nadir en plateau.

De Effekten van Anti-oxidantia op Laser Doppler Flow (LDF)

Om te evalueren of ROS betrokken zijn bij de cutane respons op plaatselijke opwarming bij CVS, maten we eerst de lokale opwarming en daarna deze tijdens infusie met apocynine, allopurinol, ebselen of tempol. […] Bij CVS-individuen waren, bij NADPH-oxidase inhibitie (d.m.v. apocynine) de baseline %CVCmax (14,91 ± 2,21 vs. 8,75 ± 1,66) en de eerste hitte-piek (69,33 ± 3.36 vs. 59,75 ± 2,75) significant verhoogd (P < 0.05) […] Bij controle-individuen had apocynine geen effekt op de respons op lokale opwarming en in contrast tot CVS-individuen, geen effekt op de eerste hitte-piek.

[…] De respons op lokale warmte bij CVS-individuen en xanthine-oxidase inhibitie (d.m.v. allopurinol) was gelijkaardig op deze die werd gezien met apocynine: de eerste hitte-piek was significant verhoogd (71,55 ± 2,48 vs. 61,72 ± 2,01) (P < 0.05) bij vergelijking van CVS-individuen met en zonder inhibitie, respectievelijk. Allopurinol bleek weer geen effekt te hebben op de hoogte van de eerste hitte-piek bij controle-individuen.

[…] Het reduceren van H2O2 (d.m.v. het glutathion-peroxidase mimeticum ebselen [mimeticum: bootst de werking na van]), resulteerde ook in een significant verhoogde eerste hitte-piek (76,55 ± 5,20 vs. 58,56 ± 3,66) (P < 0.05) bij vergelijking van CVS-individuen met en zonder de inhibitor, respectievelijk; terwijl de baseline, nadir en het hitte-plateau ongewijzigd bleven. Er was geen effekt van ebselen op de eerste hitte-piek bij controle-individuen.

De effekten van gereduceerd superoxide werden getest gebruikmakend van tempol, een superoxide-dismutase mimeticum. Er waren geen verschillen qua hitte-respons bij vergelijking van CVS met en zonder inhibitor wat betreft %CVCmax gemeten bij baseline, eerste hitte-piek, nadir of plateau.

BESPREKING

Veel CVS-individuen melden een verhoogde sensitiviteit voor warmte en aanraking, of allodynia, dus werd een onderzoek ingesteld naar hun respons op plaatselijk toegepaste warmte. Aangezien we hebben gerapporteerd dat ROS aspekten van deze respons bij individuen met POTS – een courante co-morbiditeit bij CVS – moduleert, kan daarenboven het begrip van de factoren die deze respons beïnvloeden voor deze individuen nuttig blijken. De resultaten van onze studie tonen directe ROS-modulatie van de sensorische zenuwen afhankelijke neurogene respons in de huid, de zgn. eerste hitte-piek, veroorzaakt door plaatselijke opwarming. De eerste hitte-piekte wijten aan C-vezel nociceptor-gemedieerde axon-reflex – die resulteert in vasodilatatie, wordt verondersteld op te treden door de plaatselijke afgifte van ‘calcitonin gene-related’ peptide (CGRP) [peptide dat wordt geproduceerd door neuronen; krachtige vasodilator, kan tussenkomen bij pijn-transmissie], substantie-P [zie o.a. ‘Mest-cellen & Substantie-P] en neuropeptide-Y [zie o.a. ‘Neuropeptide-Y: biomerker voor symptoom-ernst bij CVS]. Deze fase van de hitte-respons kan worden afgezwakt d.m.v. lokale anesthetica maar niet door proximale neurale blokkage [blokkeren van zenuwen ter pijn-bestrijding] of blokkage van muscarinische receptoren [binding hierop induceert signaal-overdracht]. Alle fasen van de respons op lokale opwarming, in het bijzonder de plateau-fase, worden verondersteld afhankelijk te zijn van stikstof-oxide.

Een studie naar het effekt van leeftijd bij gezonde individuen toonde dat de initiële hitte-piek significant gedaald was bij ouderen, wat suggereert dat ouder worden een invloed heeft op de zenuwen die de axon-reflex mediëren of vasculaire responsiviteit op de neurotransmitters afgegeven door zenuwen verandert. Een andere studie toonde dat de eerste hitte-piek afgezwakt is bij individuen met chronische nier-ziekte, vergeleken met gezonde controles, en dat het anti-oxidant, ascorbinezuur [vitamine-C] deze respons terugbracht naar controle-waarden; wat suggereert dat oxidatieve stress de neurovasculaire en microvasculaire funktie bij deze populatie zou kunnen beïnvloeden. Studies hebben ook aangetoond dat exogene anti-oxidantia de effekten van ouder-worden op de responsen op lokale opwarming én afkoeling kunnen omkeren.

We hebben aangetoond – bij gezonde controle-individuen – dat ROS, geproduceerd via NADPH- en xanthine-oxidase mechanismen, de respons van de huid op hitte moduleert en zodoende bijdraagt tot de controle van de plaatselijke cutane bloeddoorstroming. Er bestaat echter weinig informatie betreffende de rol van ROS bij individuen met CVS. Deze studie hier suggereert dat, door het aantonen van een verhoging van de eerste hitte-piek bij verminderde ROS bij CVS-individuen, oxidatieve stress cutane vasculaire controle biedt bij deze individuen.

Onze resultaten – met uitzondering van tempol – tonen dat het reduceren van ROS resulteerde in een verhoogde eerste hitte-piek, wat impliceert dat ROS een onderdrukkende invloed verschaft op deze respons. Een studie bij ratten toonde dat ROS betrokken zijn bij TRPV1-gemedieerde vasodilatatie; in tegenstelling echter tot onze bevindingen, toonden ze aan dat een reductie van ROS de grootte van de eerste hitte-piek deed dalen. En verder: na inhibitie van de eerste hitte-piek met catalase [enzyme dat H2O2 afbreekt] en SOD [superoxide-dismutase; enzyme dat zuurstof-radikalen ‘opruimt’], toonde het toevoegen van apocynine dat ROS ontstaan via NADPH-oxidase wordt geproduceerd in respons op neuropeptiden. Gelijkaardig met de studie hier, toonden deze onderzoekers ook dat tempol geen effekt had op neurogene vasodilatie, in dit geval geïnduceerd via substantie-P, wat suggereert dat superoxide weinig effekt heeft op deze respons. De reden voor deze bevindingen is onduidelijk maar zou kunnen verband houden met verhoogde niveaus aan of H2O2.

De resultaten van onze studie suggereren dat de ROS verantwoordelijk voor de hitte-respons waarschijnlijk H2O2 is en niet superoxide. Dit is gebaseerd op het gebrek aan effekt van tempol bij het verminderen van superoxide-produktie en de bevinding dat ebselen, het glutathion-peroxidase mimeticum, significant de grootte-orde van de eerste hitte-piek verhoogde. Dit is ook consistent met onze bevinding dat apocynine en allopurinol de hoogte van de eerste hitte-piek verhoogden, aangezien […] NOX4 (NADPH-oxidase type 4) en xanthine-oxidase beide H2O2 kunnen produceren

De capaciteit van ROS om de hitte-respons bij deze groep individuen te moduleren, kan gerelateerd zijn met de allodynia die door vele CVS-individuen wordt gereapporteerd. [bv. Fulle S, Mecocci P, Fano G et al. Specific oxidative alterations in vastus lateralis muscle of patients with the diagnosis of Chronic Fatigue Syndrome. Free Radical Biol Med (2000) 29: 1252-1259]Gestegen ROS-waarden bleken betrokken bij het genereren en het onderhouden van met pijn geassocieerde symptomen en myalgieën bij individuen met CVS. Verhoogde ROS bleken aanhoudende neuropathische ruggemerg-pijn te induceren en het verminderen van ROS-waarden in ruggemerg-microglia verzwakte mechanische allodynia en thermale hyperalgesie bij muizen [Kim D, You B, Jo EK, Han SK, Simon MI and Lee SJ. NADPH-oxidase 2 derived reactive oxygen species in spinal cord microglia contribute to peripheral nerve injury-induced neuropathic pain. Proc Natl Acad Sci U S A (2010) 107: 14851-14856: “het verminderen van microgliale ROS-waarden via toediening van sulforafaan, verlichtte mechanische allodynia en thermale hyperalgesie…” — Sulforafaan (anti-oxidatieve molekule uit broccoli, spruiten, kool-soorten; in experimentele modellen werden anti-kanker en anti-microbiële eigenschappen gevonden) inhibeerde ook pro-inflammatoire gen-expressie in microglia.]. Het is daarom mogelijk dat gewijzigde lokale ROS, in het bijzonder H2O2, de aktiviteit van lokale sensorische zenuwen kan beïnvloeden en de allodynia, die wordt ervaren door veel individuen met CVS en fibromyalgie, verklaren. Hoewel de gegevens suggereren dat het gebruik van anti-oxidanten bij CVS-indivduen kan resulteren in verhoogde bloeddoorstroming van de huid, blijft – tot het verband tussen lokale huid-doorbloeding en nociceptie [pijn-waarneming] bij deze populatie wordt gedefinieerd – het therapeutisch nut van anti-oxidanten onbekend.

De eerste hitte-piek kan te wijten zijn aan TRPV-1 ion-kanaal aktivatie die als een plaatselijke hitte-sensor werkt via depolarisatie van sensorische zenuwen in de huid tijdens opwarming. Talrijke studies hebben de effekten van ROS op ion-kanaal aktiviteit en z’n effekt op het trans-membraan potentiaal [verschil in elektrische spanning over de cel-membranen] aangetoond. Daarenboven kunnen ROS de prikkelbaarheid van neuronen van de amygdala [kern van neuronen in de hersenen] beïnvloeden en zo centrale pijn-mechanismen veranderen. In tegenstelling met deze studies, zijn onze bevindingen ietwat tegenstrijdig aangezien het verminderen van plaatselijke ROS-waarden resulteerde in verhoogde lokale bloeddoorstroming te wijten aan de toepassing van plaatselijke warmte. Hoewel de relatie tussen verhoogde lokale bloeddoorstroming en de perceptie van pijn nog moeten worden bepaald bij deze populatie, zou perifere nociceptie bij CVS-individuen gedeeltelijk kunnen worden gecontroleerd door ROS-gerelateerde modulatie van receptoren.

In de huidige studie evalueerden we de perceptie van hitte door de individuen niet maar maten we door hitte geïnduceerde veranderingen van de bloeddoorstroming van de huid. Het is mogelijk dat CVS-individuen deze stimulus anders ervaarden dan controles. Aangezien er echter geen verschillen qua %CVCmax waren, niet voor de eerste hitte-piek en niet voor het plateau (bij vergelijking van CVS met controles), was dit waarschijnlijk niet het geval. Daarom kunnen we geen commentaar geven op de centrale perceptie van pijn maar perifere nociceptor aktiviteit is waarschijnlijk gewijzigd bij CVS-individuen. We gebruikten plaatselijke opwarming waarbij de temperatuur geleidelijk toeneemt (1°C/10 sec) tot een maximum van 42°C, wat gebaseerd is op eerdere studies bij gezonde controles en mensen met CVS/POTS; een temperatuur die als warm maar niet-pijnlijk wordt ervaren en resulteert in verhoogde plaatselijke bloedddoorstroming […]. Daarnaast evalueerden we de graad van allodynia bij de individuen van deze studie niet via het meten van de intensiteit van pijn-perceptie (druk-algometrie [pijn-meting m.b.v. een algometer, een instrument voor het bepalen van de gevoeligheid voor pijn veroorzaakt door druk]) – omwille van inherente bevooroordeling van deze methode, te wijten aan anticipatie van een pijnlijke stimulus of ten gevolge veralgemeende psychologische hyper-vigilantie.

In eerdere studies bij POTS-patiënten, waarvan de meeste ook CVS hadden, werden de individuen in 3 groepen onderverdeeld: met lage, normale en hoge doorstroming (flow; aan de kuit). We toonden dat, vergeleken met controles, POTS-individuen met lage flow een verlaagde bloeddoorstroming van de huid hadden (baseline en via plaatselijke opwarming geïnduceerde plateau-waarden). In tegenstelling daarmee hadden POTS-individuen met een normale flow, een baseline huid-bloeddoorstroming die gelijkaardig was met die van controles maar het plateau lag significant hoger. Terwijl de nadruk van de huidige studie op de eerste hitte-piek ligt, maten we een significante reductie van de baseline huid-bloeddoorstroming bij CVS-individuen vergeleken met controles. Het is mogelijk dat dit te wijten is aan verhoogde vasoconstrictie [vaatvernauwing] gemedieerd via de werking van AT1R [angiotensine II type I receptor; heeft bloeddruk-verlagende effekten en reguleert aldosteron-secretie] -aktivatie van NADPH-oxidase. De bevinding dat apocynine, door het inhiberen van NADPH-oxidase, de baseline bloeddoorstroming bij CVS-individuen verhoogt vergeleken met deze gemeten in afwezigheid van medicijnen, ondersteunt dit en suggereert dat ROS een rol zou kunnen spelen bij de controle van cutane bloeddoorstroming bij kamer-temperatuur. Aangezien opname in deze studie echter gebaseerd was op de diagnose van CVS en niet op metingen van bloeddoorstroming aan de kuit, is het moeilijk te weten of deze verschillen verband houden met de 3 POTS subgroepen.

Het gebrek aan effekt van tempol [inhibitor van superoxide] is in tegenstelling met wat we eerder hebben getoond bij gezonde controles: dat inhibitie van superoxide gedeeltelijk de vasoconstrictieve effekten van Ang II [peptide-hormoon dat vaat-vernauwing veroorzaakt en de bloeddruk doet stijgen] kan afzwakken via z’n effekt op het hitte-plateau. Interessant is dat geen enkele van deze agentia enig effekt hadden op de plateau-fase van de lokale hitte-respons gemeten bij CVS-individuen. […] Het is mogelijk dat de rol van lokale ROS bij de regulering van de NO-afhankelijke plateau-fase bij CVS minimaal is.

Beperkingen

Onderzoek van vrouwen zonder de menstruele cyclus in acht te nemen. Wellicht een beperking aangezien de fase van de menstruele cyclus NO-afhankelijke mechanismen en ROS-afhankelijke funkies kan beïnvloeden. We combineerden gegevens van vrouwen en mannen […] geslacht-gerelateerde verschillen bij de controle van de bloeddoorstroming van de huid. Dit wordt gesuggereerd door een studie die geslacht-specifiieke verschillen toont bij de respons van huid- bloeddoorstroming op adrenerge stimulatie.

Geen evaluatie van de graad van mechanische of thermale allodynia bij deze CVS-individuen. […]

Maak een gratis website of blog op WordPress.com.