M.E.(cvs)-wetenschap

januari 22, 2016

Gedaald IL-16, IL-7 & VEGF-A in het bloed bij M.E.(cvs)

Filed under: Immunologie — mewetenschap @ 7:36 am
Tags: , , , ,

Op deze pagina’s vatten we reeds meerdere studies samen die veranderde concentraties van bepaalde cytokinen rapporteerden bij M.E.(cvs). Daarbij stipten we telkens het belang aan van de analyse-methode, afname-tijdstip en andere variabelen (bv. geslacht, diagnose-criteria, inspanning-status, tijdstip in het verloop van de ziekte, enz.).

Ook bij onderstaande studie dient dit te worden in acht genomen. Het is weliswaar een deugdelijke studie die nog meer immunologische abnormaliteiten bij M.E.(cvs) aangeeft. Het vinden van een patroon dat uniek is voor de aandoening zou ons dichter bij een biomerker kunnen brengen. De gemelde resultaten en beweringen zullen echter slechts valabel zijn na bevestiging bij verschillende patiënten-groepen door meerdere onderzoekslaboratoria.

————————-

Cytokine Vol. 78, Februari 2016, p. 27-36 (November 2015)

Reductions in circulating levels of IL-16, IL-7 and VEGF-A in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome

Abdolamir Landi (a), David Broadhurst (b), Suzanne D. Vernon (c), D. Lorne J. Tyrrell (a), Michael Houghton (a)

a Li Ka Shing Institute of Virology, Department of Medical Microbiology and Immunology, Canada

b Department of Medicine, Katz Group Centre for Pharmacy & Health, University of Alberta, Edmonton, AB T6G 2E1, Canada

c Bateman Horne Centre, 1002 E. South Temple, Suite 408, Salt Lake City, UT 84102, USA

Samenvatting

Er werden verschillen wat betreft verscheidene chemokinen en cytokinen bij patiënten met Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS) t.o.v. controles gerapporteerd. Het profiel verschilde bovendien tussen patiënten met M.E./CVS van lange duur en patiënten die de ziekte minder dan 3 jaar hadden. In de huidige studie hebben we de plasma-waarden gemeten van 34 cytokinen, chemokinen en groei-factoren bij 100 patiënten met M.E./CVS-patiënten van lange duur en bij 79 voor geslacht en leeftijd gematchte controles. We zagen zeer significante verminderingen wat betreft de concentratie van circulerend interleukine (IL)-16, IL-7 en Vasculaire Endotheliale Groei Factor A (VEGF-A) bij de M.E./CVS-patiënten. Alle 3 deze biomerkers waren significant gecorreleerd in een multi-variate cluster-analyse. Daarnaast identificeerden we significante verminderingen van de concentraties van fractalkine (CX3CL1 [muizen die geen fractalkine-receptor hebben, vertonen meer pathologische aggregatie van tau-proteïne; in het menselijk brein diagnostisch voor Alzheimer]) en monokine-geïnduceerd-door-IFN-gamma (MIG; CXCL9 [chemoattractant voor geaktiveerd T cellen]) samen met verhogingen van de concentraties van eotaxine-2 (CCL24 [eosinofiel chemotactisch proteïne 2]) bij M.E./CVS-patiënten. Onze gegevens recapituleren eerdere gegevens van een andere Amerikaanse M.E./CVS-groep, waar circulerende waarden van IL-7 gedaald waren. Ook een gedaald niveau van VEGF-A werd eerder gerapporteerd in serum-stalen van patiënten met Golf Oorlog Ziekte; alsook in het cerebrospinaal vocht [CSV, ‘hersenvocht’] van een andere Amerikaanse groep M.E./CVS-patiënten. Naar ons weten zijn we de eersten die IL-16 testen bij M.E./CVS-patiënten. In combinatie met eerdere gegevens, suggereert ons werk dat de geclusterde daling van IL-7, IL-16 & VEGF-A een fysiologische relevantie voor M.E./CVS kunnen hebben. Dit profiel is M.E./CVS-specifiek aangezien metingen van dezelfde molekulen bij chronische infektueuze en auto-immune lever-ziekten, waar aanhoudende vermoeidheid ook een belangrijk symptoom is, niet dezelfde veranderingen aangaven. Verdere studies bij andere groepen met M.E./CVS en overlappende ziekten zijn aangewezen.

1. Inleiding

[…]. Er is bewijsmateriaal dat suggereert dat patiënten zouden kunnen lijden aan een neuro-immune aandoening met neuro-inflammatie in de hersenen [Neuro-inflammatie bij Myalgische Encefalomyelitis (CVS) – een PET-studie]. Er werden veranderingen qua aantallen en funktie van immuun-cellen zoals B-cellen en NK-cellen gerapporteerd [Rol van adaptieve en aangeboren immuun-cellen bij M.E.(cvs)’ /// ‘Screening van NK-, B- & T-cel fenotype en funktie bij CVS]. Abnormaliteiten wat betreft de concentraties van enkele circulerende cytokinen en chemokinen werden ook gemeld [o.a. Broderick G et al. A formal analysis of cytokine networks in Chronic Fatigue Syndrome. Brain Behav Immun (2010), 24: 1209-1217 – zie ‘Cytokine-netwerken bij CVS/// Fletcher MA et al. Plasma cytokines in women with Chronic Fatigue Syndrome. J Transl Med (2009) 7: 96 – zie ‘Cytokinen in plasma bij vrouwen met CVS’ /// Nakamura T et al. Cytokines across the night in Chronic Fatigue Syndrome with and without fibromyalgia. Clin. Vaccine Immunol (2010) 17: 582-587 – zie ‘Cytokinen bij CVS ‘s nachts], er waren ook 3 studies met plasma- en hersenvocht-stalen van M.E./CVS-patiënten [Peterson D et al. Cytokines in the cerebrospinal fluids of patients with Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. Mediators Inflamm. (2015) & Hornig M et al. Distinct plasma immune signatures in ME/CFS are present early in the course of illness. Sci. Adv. (2015) – zie ‘Afzonderlijke immuun-signaturen bij vroege & late M.E.(cvs)’ /// Hornig G et al. Cytokine network analysis of cerebrospinal fluid in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome. Mol. Psychiatry (2015) zie ‘Cytokine netwerk-analyse van het cerebrospinaal vocht bij M.E.(cvs)]. Er is tot op heden echter weinig bevestiging van deze abnormale molekulen tussen verschillende groepen M.E./CVS-patiënten. De doelstelling van de huidige studie was het meten van de waarden van verscheidene chemokinen, cytokinen en groei-factoren in het plasma van 100 M.E./CVS-patiënten uit de V.S. samen met 79 voor geslacht en leeftijd gematchte controles, om te bekijken of er overéénkomst is met eerdere studies.

2. Materialen en methodes

2.1. Patiënten en staal-afname

[…] Er werden stalen uit de ‘Solve ME/CFS BioBank’ geselekteerd uit 5 geografische sites van mensen die al lang patient zijn van een expert-klinicus gespecialiseerd in de diagnose en het behandelen van M.E./CVS. […] De diagnose van M.E./CVS was gebaseerd op de Fukuda en/of Canadese Consensus klinische definitie.

[…]

2.2. Analyse van cytokinen/chemokinen en groei-factoren

[…] De lijst omvatte: eotaxine-1 (CCL11), eotaxine-2 (CCL24), eoatxine-3 (CCL26), IL-8, interferon-gamma geïnduceerd proteïne-10 (IP-10; CXCL10), monocyt chemotactisch proteïne-1 (MCP-1; CCL2), monocyt chemotactisch proteïne-4 (MCP-4; CCL13), macrofaag-afgeleid chemokine (MDC; CCL22), macrofaag inflammatoir proteïne-1-alfa (MIP-1α; CCL3), macrofaag inflammatoir proteïne-1-beta (MIP-1β; CCL4), thymus en aktivatie gereguleerd chemokine (TARC; CCL17), granulocyt-macrofaag kolonie-stimulerende factor (GM-CSF), IL12/23p40, IL-15, IL-16, IL-17A, IL-1α, IL-5, IL-7, tumor necrose factor beta (TNF-β), Vasculaire Endotheliale GroeiFactor A (VEGF-A), interferon (IFN)-γ, IL-10, IL-12p70, IL-13, IL-1β, IL-2, IL-4, IL-6, TNF-α, fractalkine (CX3CL1), monokine geïnduceerd door IFN-γ (MIG; CXCL9), macrofaag inflammatoir proteïne-3-beta (MIP-3β; CCL19) & β2-microglobuline. […]

2.3. Verwerking van gegevens

[…]

2.4. Statistische analyses

A. Hypothese-testen

[…]

B. Multi-variate data-analyse

[…]

3. Resultaten

3.1. Studie-populatie

[…] Er waren geen significante verschillen qua geslacht of leeftijd tussen de groepen [patiënten en controles]. […]

3.2. Uni-variate analyse

[…]

Molekulen met concentraties onder de LLOQ [‘lower limit of quantification’, de onderste kwantificatie-limiet of de bepaalbaarheid-grens; de laagste concentratie van een molekule die gedetekteerd kan worden met aanvaardbare precisie en juistheid, het laagste punt van de calibratie- of standaard-curve] werden uitgesloten van de data-analyse. […] 5 molekulen vertoonden significant gedaalde niveaus bij de M.E./CVS-patiënten t.o.v. de gematchte controles (IL-16, IL-7, VEGF-A, CXCL9, CX3CL1) en 1 molekule was significant gestegen (CCL24). Na meting van deze 6 molekulen bij controle-patiënten met chronische HCV-infekties of auto-immune lever-ziekten […] bleek het patroon gezien bij M.E./CVS-patiënten uniek. Er was een minimale variatie tussen de standaard-curves van de verschillende bepalingen en de gegevens waren zeer goed reproduceerbaar. […]

3.3. Multi-variate analyse

Een correlatie-analyse van de 18 molekulen boven de LLOQ toonde dat de significant verschillende molekulen zich verenigen in 3 clusters. IL-16, IL-7 & VEGF-A waren in het bijzonder significant ge-downreguleerd en het sterkst gecorreleerd. De andere 2 clusters (één met CCL24 & CCL11 en één cluster met CXCL9, CX3CL1 & CCL19) vertoonden minder significantie.

[…]

De ‘Classification And Regression Trees’ (CART) analyse leverde 2 optimale beslissing-bomen [wetenschappelijk modellen voor de weergave van de alternatieven en keuzen in een besluitvorming-proces] (op basis van 2 series met 3 molekulen). CART-1 (combinatie van IL-16, CXCL9 & CCL19): specificiteit 96%, sensitiviteit voor het voorspellen van M.E./CVS 43% […]. CART-2 (op basis van IL-16, IL-7 & VEGF-A: specificiteit 96%, sensitiviteit voor het voorspellen van M.E./CVS 46%. Deze lage sensitivititeiten weerspiegelen wellicht een brede onderliggende heterogeniteit wat betreft de ziekte M.E./CVS.

4. Bespreking

Onze studie onthulde 6 molekulen die significant gewijzigd waren bij onze M.E./CVS-patiënten t.o.v. voor geslacht en leeftijd gematchte controles. Daarvan waren de meest significante veranderingen dalingen van de plasma-concentraties van IL-16 & IL-7, beiden significant gecorreleerd met verminderingen qua VEGF-A plasma-concentraties in een multi-variate cluster-analyse. Deze veranderingen waren specifiek voor M.E./CVS aangezien ze niet werden gezien bij patiënten die lijden aan chronische HCV-infecties of auto-immune lever-ziekten waarbij vermoeidheid ook een belangrijk symptoom is. Hoewel we, voor zo ver we weten, de eersten zijn om te testen voor IL-16 bij M.E./CVS-patiënten, hebben eerdere meldingen ook een vermindering qua circulerende waarden van IL-7 aangetoond bij een andere Amerikaanse groep M.E./CVS-patiënten [XMRV gerelateerd]. VEGF-A bleek gereduceerd in serum-stalen van patiënten met Golf Oorlog Ziekte (een subset van M.E./CVS) en in CSV-stalen van een andere groep Amerikaanse M.E./CVS-patiënten [Cytokine netwerk-analyse van het cerebrospinaal vocht bij M.E.(cvs)]. Hoewel de geclusterde daling van deze 3 molekulen dient te worden bevestigd in plasma- en CSV-stalen van andere M.E./CVS-groepen, en ook bij andere ziekten zoals primaire depressie en andere mentale aandoeningen als controles, is het verleidelijk om te speculeren over de mogelijke fysiologische betekenis van de door ons geobserveerde veranderingen. Het is onze bedoeling om een studie uit te voeren als we genoeg CSV-stalen van M.E./CVS-patiënten kunnen verzamelen.

Interleukine-16 is een uniek pro-inflammatoir cytokine met weinig sequentie-homologie met andere cytokinen/ chemokinen. Het is chemotactisch [trekt bepaalde leukocyten aan] voor CD4+ T-lymfocyten, monocyten, eosinofielen, en het wordt aangemaakt door epitheliale cellen, mest-cellen, lymfocyten, macrofagen, synoviale [in gewrichtsvocht] fibroblasten, eosinofielen en microglia in het brein. Expressie van CD4-receptor is vereist voor het mediëren van de IL-16 werking. In de periferie kan deze interaktie specifiek een toename van intra-cytoplasmisch inositol-trifosfaat (IP3) en calcium, allebei betrokken bij spier-contractie, initiëren. IL-16 mRNA komt constitutief [niet bepaald door één of andere behoefte] tot expressie op CD4+ en CD8+ T-cellen, wat verder wordt geïnduceerd na blootstelling aan antigenen. Er werd gerapporteerd dat IL-16 HIV-1 replicatie zou kunnen onderdrukken en de serum-concentratie zou dalen tijdens het voortschrijden van de ziekte. Daarnaast werd een belangrijke rol voor IL-16 bij de vroege ontwikkeling van het menselijk immuunsysteem beschreven. Er werd ook gesuggereerd dat lage concentraties IL-16 gecorreleerd zijn met de verstoorde ontwikkeling van of B-cellen in het beenmerg van thymus-loze naakte en oude muizen. In tegenstelling daarmee is hoge expressie van IL-16 gelinkt met pro-inflammatoire ziekten zoals astma, Reumatoïde Artritis, Systemische Lupus Erythematosus, colitis, atopische dermatitis en Multipele Sclerose. Dit kan aangeven dat het niveau circulerend IL-16 onderheving is aan een strenge controle en dat de stijging of daling er van kan resulteren in, respectievelijk, immuun-pathologie of immuun-deficiëntie.

Met betrekking tot het centraal zenuwstelsel (CZS), heeft de rol van IL-16 secreterende microglia-cellen bij de ontwikkeling van het menselijk foetaal brein een kritieke rol voor IL-16 bij neuronale ontwikkeling gesuggereerd. Rapporten over neuroprotectie door IL-16 is echter controversieel aangezien de microgliale IL-16 upregulering werd gerapporteerd onder inflammatoire en degeneratieve omstandigheden, terwijl zijn constitutieve maar lage expressie in normale hersenen werden gemeld. Alles samen zouden de lagere plasma-waarden die we zagen bij M.E./CVS-patiënten mogelijks een neuronale dysfunktie kunnen weerspiegelen die een reflectie is van de goed-bekende cognitieve dysfunktie en mentale mist geassocieerd met M.E./CVS.

IL-7 is een hematopoietische groei-factor [haematopoiese = vorming van bloedcellen] die kan worden gesecreteerd door een brede waaier aan cellen, inclusief stromale cellen [steun-cellen] in het beenmerg, de thymus, hepatocyten, epitheliale cellen en lymfocyten. Het is een onmisbaar interleukine voor T-cel, B-cel en NK-cel proliferatie en overleving. Ouderdom-gerelateerde thymus-atrofie en verminderde thymopoiese [proces in de thymus waarbij thymocyten differentiëren tot rijpe T-lymfocyten] bleek gecorreleerd met lagere IL-7 waarden. Deze processen resulteren in een afname van de T-lymfocyten, minder perifere T-cellen en lager aantal T-cellen in de lymfeknopen, wat op z’n beurt de immuun-respons kan compromitteren en immunosenescentie [her-modellering (verslechtering) van het immuunsysteem naar mate het ouder worden] bevorderen. Inderdaad: de anti-apoptotische effekten van IL-7 kunnen verantwoordelijk zijn voor de toename qua aantal en prestaties van T-cellen in dieren-modellen. Hogere waarden voor IL-7 worden gezien bij chronische hepatitis-C, wat mogelijks wijst op de chronische aktivatie van de immuun-respons. Interessant is dat IL-7 ook tot expressie komt in ontwikkelde hersen-neuronen, wat z’n potentiële rol bij CZS-gerelateerde ziekten kan aangeven, bijzonderlijk aangezien lager IL-7 gecorreleerd bleek met cognitieve aftakeling tijdens het ouder-worden. De daling bij M.E./CVS kan op z’n beurt een verminderde immuun-aktivatie aangeven bij ten minste een subgroep M.E./CVS-patiënten, samen met een mogelijke neuropathologie die het veroudering-proces zou kunnen nabootsen.

Van VEGF-A is geweten dat het wordt aangemaakt door samentrekkende pericyt-cellen die de endotheliale cellen van capillairen en kleine bloedvaten omgeven, en de overleving en stabiliteit bevorderen van endotheliale cellen. Het is een signalisering-proteïne dat initieel bekend stond voor zijn rol bij het stimulering van vasculaire angiogenese [vorming van bloedvaten] en spier-groei; verdere bevindingen gaven echter een belangrijke neurotrofe en neuroprotectieve rol aan voor VEGF-A. Er werd gesuggereerd dat de gestegen waarde van VEGF-A een vervangende merker voor perifere vasculaire ziekte kan zijn, in tegenstelling met zijn angiogenetisch effekt. Een studie heeft echter het bestaan van verschillende isoformen van VEGF-A (VEGF-A165a & VEGF-A165b) gesuggereerd die deze verschillende biologische effekten kunnen verklaren. De gestegen waarde van VEGF-A165b die wordt gezien bij periferie arteriële ziekte kan anti-angiogenitische kenmerken (gerelateerd aan de VEGF-A165a isoform) hebben, wat tegengesteld is aan het gekende angiogenitisch kenmerk van VEGF-A. De waarden van VEGF-A mRNA en proteïne bleken ook significant verhoogd na inspanning bij mensen en muizen, wat te wijten kan zijn aan de toename van de bloeddoorstroming in de spieren. Dit suggereert een rol voor VEGF-A bij de post-exertionele malaise en vermoeidheid bij M.E./CVS. Naast z’n perifere effekten, hebben latere bevindingen een belangrijke neurotrofe en neuroprotectieve rol voor VEGF-A in het perifeer en centraal zenuwstelsel aangegeven, wat suggereert dat z’n depletie bij M.E./CVS ook kan bijdragen tot het neurobiologisch fenotype van de ziekte. Er werd ook een effekt van VEGF-A op de bloed-hersen-barrière, dat het binnenkomen van immunomodulatoren in het centraal zenuwstelsel vergemakkelijkt, gerapporteerd. Interessant is dat VEGF-A neurogenese bevordert door het stimuleren van epitheliale cellen om neurogene signalen (zoals ‘brain-derived neurotrophic factor’, BDNF) af te geven; een factor die bleek onderdrukt te zijn in PBMCs van M.E./CVS-patiënten in vergelijking met gezonde controles [‘Brain derived neurotrophic factor’ is gedaald bij CVS & MS]. Aangezien BDNF ook neuroprotectief is, zou de afname van BDNF door een daling van VEGF-A het neurogenetisch proces kunnen inhiberen. Toediening van VEGF-bleek ook de cognitieve stoornis geïnduceerd door een traumatisch hersen-letsel om te keren en een slechter geheugen in een muis-model voor Alzheimer’s te herstellen. Downregulering van VEGF-A mRNA in het CSV en PBMCs van patiënten met primaire en secundaire MS werd ook gerapporteerd.

Ondanks de dringende noodzaak voor een serologische diagnostische merker voor M.E./CVS, werd nog geen bloed-test ontwikkeld die reproduceerbaar en gevalideerd is. De 3 algoritmen die hier warden beschreven, leverden zeer gelijkaardige waarden op […], zelfs al zijn ze gebaseerd op verschillende componenten van het cytokine/ chemokine/ groei-factor profiel (LASSO-LR model: IL-16, IL-7 & CCL24; CART-1 model: IL-16, CXCL9 & CCL19; CART-2 model: IL-16, IL-7 & VEGF-A). […] Het is duidelijk dat IL-16 een centrale component van het M.E./CVS biomerker-profiel is. Indien dit alles wordt bevestigd bij andere M.E./CVS-groepen, zouden deze algoritmen de diagnose van sommige M.E./CVS-patiënten sterk kunnen ondersteunen en mogelijks kunnen helpen bij hun klinische behandeling. Naar ons weten is dit de eerste studie die algoritmen met gedefinieerde sensitiviteiten en specificiteiten beschrijft naar het voorspellen van M.E./CVS toe en zijn er geen andere studies om onze sensitiviteiten en specificiteiten mee te vergelijken.

Tot besluit: onze studie toont significante wijzigingen in het circulerend cytokine, chemokine en groei-factor profiel bij M.E./CVS-patiënten uit de V.S. en is consistent met eerdere studies bij Amerikaanse M.E./CVS-groepen die ook dalingen qua IL-7 & VEGF-A vertoonden. In deze studie hebben we er grote zorg voor gedragen LLOD [‘lower limit of detection’; aantoonbaarheidsgrens = laagste concentratie verschillend van nul die een significant signaal geeft, duidelijk verschillend van het signaal verkregen van een blanco staal], LLOQ [zie hierboven], Intra-assay variatie-coëffient [maat voor de variatie van de resultaten binnen een experiment] & Inter-assay variatie-coëffient [maat voor de variatie van de resultaten verkregen uit herhaalde experimenten] waarden te rapporteren voor de bestudeerde molekulen, en interpretaties werden enkel besproken wanneer de gemeten waarden consistent reproduceerbaar waren (lage variantie en boven de LLOQ). Dit werd niet bij alle studies gedaan; wat een verklaring kan zijn voor enkele van de klaarblijkelijke variaties in de literatuur [Blundell S et al. Chronic Fatigue Syndrome and circulating cytokines: A systematic review. Brain Behav Immun (2015) 50:186-95]. Daarnaast detekteerden we dalingen van IL-16 die statistisch clusterden met IL-7 & VEGF-A. Hoewel het in de toekomst belangrijk zal zijn om deze molekulen te onderzoeken in bloed en CSV van andere M.E./CVS-groepen van over gans de wereld en bij patiënten met overlappende symptomen, suggereren onze gegevens dat er een fysiologische relevantie is wat betreft de waargenomen dalingen van deze 3 gelinkte molekulen bij M.E./CVS en die, mits bevestiging, nieuwe diagnostische en therapeutische wegen voor deze ziekte kunnen aangeven.

Advertenties

januari 7, 2016

Gewijzigd darm-microbioom na inspanning bij M.E.(cvs)

Filed under: Inspanning — mewetenschap @ 9:03 am
Tags: , , , , ,

Uit het stuk ‘Effekt van supplementering met melkzuur-producerende bakterieën bij CVS’ leerden we dat het veranderen van de darmflora – ook bij M.E.(cvs)-patiënten – niet evident is. Welke probiotische bakterie-stammen zouden moeten worden toegediend, ligt niet voor de hand. Daar dient nog veel onderzoek naar te gebeuren…

Dat de samenstelling van de darm-flora echter een rol speelt bij M.E.(cvs) wordt niet meer betwijfeld. Onderstaand artikel toont dit ook aan. De onderzoekers rapporteren dat veranderingen in de darm-flora en de verplaatsing van darm-bakteriëen naar het bloed, na inspanning, bij M.E.(cvs)-patiënten verantwoordelijk zou kunnen zijn voor de beruchte post-exertionele malaise.

————————-

PLOS One [December 2015]

Changes in Gut and Plasma Microbiome following Exercise Challenge in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome (ME/CFS)

Sanjay K. Shukla (1), Dane Cook (2,3), Jacob Meyer (2), Suzanne D. Vernon (4), Thao Le (1), Derek Clevidence (3), Charles E. Robertson (5), Steven J. Schrodi (1), Steven Yale (6), Daniel N. Frank (5)

1 Marshfield Clinic Research Foundation, Marshfield, WI, United States of America

2 William S. Middleton Memorial Veterans Hospital, Madison, WI, United States of America

3 University of Wisconsin, Madison, WI, United States of America

4 Bateman Horne Centre of Excellence, Salt Lake City, UT, United States of America

5 University of Colorado Denver Anschutz Medical Campus, Aurora, CO, United States of America

6 Marshfield Clinic, Marshfield, WI, United States of America

Samenvatting

Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS) is een ziekte die wordt gekenmerkt door een intense en uitputtende vermoeidheid (die niet te wijten is aan lichamelijke aktiviteit en die blijft aanhouden gedurende minstens 6 maanden), post-exertionele malaise en niet-verfrissende slaap, en gepaard gaat met een aantal secundaire symptomen (inclusief pijnlijke keel, geheugen- en concentratie-stoornissen, hoofdpijn en spier/gewricht-pijn). Bij patiënten met post-exertionele malaise treedt een significante verergering van de symptomen op na fysieke inspanning en een inspanning-test is een nuttige methode voor het identificeren van biomerkers voor inspanning-intolerantie. Bewijsmateriaal suggereert dat intestinale dysbiose [dysbakteriose; microbieel onevenwicht] en een systemische respons op micro-organismen in de darmen een rol kunnen spelen in de symptomatologie van M.E./CVS. Zodoende poneerden we de hypothese dat post-exertionele verergering van M.E./CVS-symptomen te wijten kan zijn aan een verhoogde bakteriële translokatie van de darmen naar de bloed-circulatie. Om deze hypothese te testen, verzamelden we symptoom-rapporten en bloed- & stoelgang-stalen van 10 klinisch gekarakteriseerde M.E./CVS-patiënten en 10 gematchte gezonde controles vóór en 15 min, 48 h & 72 h na een maximale inspanning belasting. De microbiomen [microbioom = gezamelijke genomen van de micro-organismen die in een bepaalde omgeving leven] van de bloed- & stoelgang-stalen werden onderzocht. De microbiomen van de stoelgang-stalen verschilden tussen M.E./CVS-patiënten en gezonde controles wat betreft de aantallen van meerdere belangrijke bakteriële klassen. Na maximale inspanning was er een toename qua relatief aantal van 6 van de 9 belangrijke bakteriële klassen/geslachten bij M.E./CVS-patiënten van baseline naar 72 h na inspanning in vergelijking met slechts 2 van de 9 bij controles (p = 0.005). Er was ook een significant verschil qua opruiming uit het bloed van specifieke bakteriële klassen na inspanning, waarbij hoge aantallen bakteriële [DNA-]sequenties aanwezig bleven bij de M.E./CVS-patiënten 72 h na inspanning (t.o.v. de controles). Deze resultaten bieden bewijs voor een systemisch effekt van een gewijzigd darm-microbioom bij M.E./CVS-patiënten vergeleken met controles. Na inspanning-belasting waren er significante veranderingen qua aantallen van de belangrijke bakteriële klassen in de darm gut van M.E./CVS-patiënten die niet werden gezien bij gezonde controles. Daarnaast was de opruiming van bakterieën uit het bloed vertraagd bij M.E./CVS-patiënten (in vergelijking met controles) na inspanning. Deze bevindingen suggereren een rol voor een veranderd darm-microbioom en verhoogde bakteriële translokatie [verplaatsing] na inspanning bij M.E./CVS-patiënten, wat verantwoordelijk kan zijn voor de diepgaande post-exertionele malaise die wordt ervaren door M.E./CVS-patiënten.

Inleiding

[…] Niet alle patiënten ervaren dezelfde symptomen, wat wijst op het bestaan van M.E./CVS-subgroepen. Er werden bv. subgroepen gebaseerd op basis de aan- of afwezigheid van gastro-intestinale symptomen en post-exertionele malaise beschreven.

In het bijzonder is post-exertionele malaise [PEM] tevoorschijn gekomen als een onderscheidend kenmerk van M.E./CVS. Het wordt beschreven als een significante verergering van meerdere symptomen na fysieke en mentale inspanning. Post-exertionele malaise bleek geassocieerd met abnormale neurovasculaire regulering en veranderde immuun- en metabole respons op aërobe inspanning [Light AR, White AT, Hughen RW, Light KC. Moderate exercise increases expression for sensory, adrenergic and immune genes in Chronic Fatigue Syndrome patients but not in normal subjects. J Pain (2009) 10: 1099-1112; zie Matige Inspanning verhoogt Expressie van Sensorische, Adrenerge en Immuun Genen bij CVS /// Meyer J, Light A, Shukla SK, Clevidence D, Yale S, Stegner AJ et al. Post-exertion malaise in Chronic Fatigue Syndrome: symptoms and gene expression. Fatigue: Biomedicine, Health, & Behavior (2013) 1: 190-209 /// Nijs J, Nees A, Paul L, De Kooning M, Ickmans K, Meeus M et al. Altered immune response to exercise in patients with Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis: a systematic literature review. Exerc Immunol Rev (2014) 20: 94-116]. Variabiliteit qua symptomen en ernst met verloop van tijd zorgen er voor dat M.E./CVS-patiënten een heterogene populatie is en meerdere studies zijn niet in staat gebleken verschillen te detekteren tussen patiënten en controles bij ‘baseline’. Een inspanning-belasting bij mensen die lijden aan PEM kan een nuttig instrument zijn om te proberen de verergerende symptomen en de ernst in de patiënten-groep in een gecontroleerde ‘setting’ te evalueren, en de mogelijke maar niet voor de hand liggende verschillen tussen patiënten en controles bloot te leggen. Karakterisatie van het darm-microbioom bij patiënten met M.E./CVS heeft significante veranderingen aangetoond in vergelijking met gezonde controles [Lakhan SE, Kirchgessner A. Gut inflammation in Chronic Fatigue Syndrome. Nutr Metab (2010) 7: 79]. Daarnaast werd aangetoond dat systemische antilichaam-responsen tegen darm micro-organismen voorkomen bij M.E./CVS, wat suggereert dat verhoogde intestinale permeabiliteit en bakteriële translokatie door de intestinale barrière kan resulteren in verdere inflammatie en bijdragen tot M.E./CVS-symptomen. IgA-antilicaam responsen tegen darm-batkterieën bij M.E./CVS-patiënten bleken geassocieerd met hogere serum-waarden van IL-1, TNFα en neopterine [merker voor immuun-aktivatie; afbraak-produkt van het nucleotide GTP, wordt gesynthetiseerd door macrofagen na stimulatie met interferon-gamma, geeft een pro-inflammatorire immune toestand aan], auto-immune responsen tegen serotonine en meer symptomen van prikkelbare darm syndroom. We poneerden de hypothese dat de ecologie van de darm-microbiomen bij M.E./CVS-patiënten zou verschillen van die van gematchte gezonde controles en dat deze verschillen geassocieerd zouden zijn met verhoogde bakteriële translokatie van de darm naar de bloed-circulatie, na inspanning met een verergering van de symptomen (pijn, vermoeidheid en stemming). De resultaten die worden voorgesteld bevestigen eerdere bevindingen die suggereren dat M.E./CVS-patiënten een gewijzigd darm-microbioom hebben en suggereren verder dat verhoogde bakteriële translokatie na inspanning een mogelijke verklaring biedt voor de diepgaande post-exertionele malaise die wordt ervaren door sommige M.E./CVS-patiënten.

Methodes

[…]

Resultaten

Fenotypische kenmerken

[…] In deze studie rapporteerden slechts 3 van de 10 patiënten en 2 van de 10 controles gastro-intestinale symptomen […] De resultaten van de maximale inspanning test [fiets-ergometer] waren gelijkaardig voor de 2 groepen […].

Post-exertionele malaise

[…] De symptomen veranderden van pre- naar post-inspanning en deze veranderingen waren verschillend tussen M.E./CVS-patiënten en controles. […] M.E./CVS-patiënten [criteria: Fukuda et al. 1994] vertoonden grote veranderingen qua pijn, vermoeidheid en verwardheid op verschillende tijdstippen na inspanning t.o.v. controles.

Microbioom-kenmerken

[…] Het bereik van het aantal gevonden sequenties op genus-niveau – de Good’s mean index – was 95%, wat aangeeft dat elke sequentie-dataset de onderliggende biodiversiteit adequaat aangeeft. De bloedstalen gaven, zoals verwacht, een lager aantal bakteriële sequenties […] dan de stoelgang-stalen […].

[…] In bloedstalen vonden we een lager relatief aantal Bacteroidetes [groep meestal goedaardige Gram-negatieve, staafvormige bakterieën] en een hoger relatief aantal Firmicutes [groep Gram-positieve bakterieën waartoe de Staphylococci, Clostridia en de Bacilli (ook lactobacillen) behoren] bij de M.E./CVS-patiënten t.o.v. controles. In de stoelgang-stalen vonden we daarentegen een hoger relatief aantal Bacteroidetes en een lager relatief aantal Firmicutes bij de M.E./CVS-patiënten t.o.v. controles. Het relatief aantal Actinobacteria [groep Gram-positieve bakterieën waartoe de bifidobakterieën behoren] in de darm was significant lager bij M.E./CVS-patiënten t.o.v. controles. […].

Microbioom-respons op maximale inspanning

Er werden veranderingen qua gemiddelde relatieve aantallen bakterie-soorten in stoelgang-stalen geobserveerd na de maximale inspanning test en deze veranderingen waren verschillend tussen M.E./CVS-patiënten en gezonde controles. Het gemiddeld relatief aantal bakterieën in de stoelgang van patiënten (7 van de 9 belangrijke bakterie-takken bij ‘baseline’) verhoogde tot 72 h na de inspanning, vergeleken met een toename bij slechts 2 van de 9 belangrijke bakterie-afdelingen/stammen bij gezonde controles (p = 0.005). In tegenstelling tot de M.E./CVS-patiënten daalde het relatief aantal van de belangrijkste stammen na 72 h in de stoelgang-stalen van gezonde controles, wat suggereert dat de bakteriële lading bij M.E./CVS-patiënten preferentieel verhoogd is bij post-exertionele malaise.

Gezien het hoog relatief aantal Firmicutes in de stoelgang-stalen, onderzochten we verder de mogelijkheid op translokatie van organismen van deze stam naar het bloed na inspanning. Er werden verschillen qua verandering in relatief aantal Firmicutes/Bacilli organismen geobserveerd in bloed- en stoelgang-stalen met verloop van tijd. Opmerkelijk is de significante toename qua relatief aantal Bacilli in het bloed van M.E./CVS-patiënten afgenomen 48 h na inspanning. We observeerden ook snelle veranderingen in het relatief aantal Clostridium XIVa & IV [groepen boterzuur-producerende bakterieën; worden onderzocht als mogelijke behandeling voor prikkelbare darm], behorende tot de Firmicutes, in bloed-stalen van ME/CV-patiënten afgenomen 15 min na maximale inspanning, maar niet van gezonde controles. We speculeren dat deze bakterieën zich zouden hebben kunnen verplaatst van de darm naar het bloed na maximale inspanning. Dit fenomeen lijkt specifiek voor bepaalde takken en is prominenter bij patiënten dan controles.

Bespreking

Neuro-inflammatie en oxidatieve ontregeling werd aangetoond bij patiënten met M.E./CVS. Hoewel differentiële intestinale microbioom-kenmerken werden beschreven voor M.E./CVS-patiënten en gezonde controles, en systemische antilichaam-responsen op darm-bakterieën geassocieerd bleken met verhoogde inflammatie, verergerde vermoeidheid en gastro-intestinale symptomen, werd de mogelijkheid van voorbijgaande veranderingen van de bakteriële kolonisatie in de darm en/of het bloed om de symptomen te moduleren niet geëvalueerd bij M.E./CVS-patiënten. Het bewijs van gewijzigde intestinale microbiomen en bakteriële translokatie naar het bloed na inspanning bij M.E./CVS-patiënten is consistent met eerdere bevindingen en betekent nieuw bewijsmateriaal voor een systemisch bakterieel signaal en door inspanning geïnduceerde bakteriële translokatie – een mogelijke verklaring voor de verergerde symptomen die worden gezien bij patiënten wanneer ze proberen fysiek meer aktief te worden.

Gedurende de laatste Jaren begrijpen we steeds meer van hoe wijzigingen in het menselijk microbioom gezondheid en ziekte beïnvloeden. Muizen-modellen suggereren dat darm-microbiomen kunnen bijdragen tot magerheid, obesitas, stress en emotioneel gedrag, via endocriene en neuro-endocriene mechanismen [Mayer EA, Tillisch K, Gupta A. Gut/brain axis and the microbiota. J Clin Invest (2015) 125: 926-938] en een aanzienlijke hoeveelheid bewijsmateriaal suggereert gelijkaardige gevolgen bij mensen via effekten op de gastheer-immuniteit en -metabolisme [Maranduba CM et al. Intestinal microbiota as modulators of the immune-system and neuro-immune system: impact on host health and homeostasis. J Immunol Res (2015) 2015: 931574 /// West CE et al. The gut microbiota and inflammatory non-communicable disease: associations and potentials for gut microbiota therapies. J Allergy Clin Immunol (2015) 135: 3-13]. De verschillen qua relatieve aantallen bakterieën van het intestinaal microbioom die werden opgetekend in de huidige studie, zijn consistent met deze die eerder in de literatuur werd gerapporteerd. Hoewel er tot op heden geen “typisch” enterotype werd gedefinieerd, zijn meldingen van dysbiose bij patiënten met M.E./CVS consistent met de veranderingen qua relatieve aantallen Firmicutes & Bacteroidetes die hier werden geobserveerd.

Wellicht belangrijker dan de bevestiging van intestinale dysbiose in de context van M.E./CVS is het bewijs van tijdelijke veranderingen qua microbioom-samenstelling na een maximale inspanning belasting en de nieuwe bevinding van een bakterieel signaal in de bloedstroom bij M.E./CVS-patiënten én gezonde controles dat optreedt gelijktijdig met symptoom-verergering. Deze bevinding is consistent met de systemische respons tegen darm micro-organismen en het feit dat een correlatie werd aangetoond tussen deze systemische respons, en pathologische M.E./CVS-processen en symptomen (inclusief hogere serum-waarden IL-1, TNFα & neopterine, auto-immune responsen tegen serotonine en meer prikkelbare darm syndroom symptomen). In de huidige studie gingen microbioom-wijzigingen en bakteriële metingen gepaard met grote veranderingen qua vermoeidheid, pijn en verwarring bij M.E./CVS-patiënten. Dergelijke door inspanning geïnduceerde veranderingen in het microbioom zijn consistent met deze die hierboven werden beschreven en bijkomende rapporten over gewijzigde immuun-responsen na inspanning bij patiënten met M.E./CVS, terwijl ze ook een plausibele verklaring voor dergelijke veranderingen bieden.

Hoewel geweten is dat de samenstelling van het intestinaal microbioom veranderingen kan teweegbrengen met verloop van tijd (bij ontwikkeling en veroudering, en in respons op veranderingen qua dieet) duurt het onderzoek van het menselijk intestinaal microbioom gewoonlijk weken, maanden of zelfs jaren, om te bepalen of er bewijs is voor een effekt van een bepaalde behandeling. De notie dat inspanning de samenstelling van darm-microbiomen kan beïnvloeden, werd beschreven bij dieren- én menselijke modellen [o.a. O’Sullivan O et al. Exercise and the microbiota. Gut Microbes (2015) 6: 131-136 /// Clarke SF et al. Exercise and associated dietary extremes impact on gut microbial diversity. Gut (2014) 63: 1913-1920]. Het hier aangedragen bewijsmateriaal suggereert dat lichamelijke aktivieit niet enkel de samenstelling van darm-microbiomen kan beïnvloeden, maar ook dat de tijdelijke effekten van dergelijke fysieke aktiviteit zich verschillend kunnen manifesteren bij gezonde en zieke individuen. Deze veranderingen verklaren mogelijks waarom acute inspanning sommige individuen met M.E./CVS nog zieker maakt.

Bloed wordt over het algemeen als steriel beschouwd, hoewel er bewijs voor kortstondige, asymptomatische bakteriëmie [voorkomen van bakterieën in het bloed] na een tand-extractie en darm-ingreep werd gerapporteerd. In de context van M.E./CVS suggereren systemische respons op micro-organismen in de darm dat bakteriële translokatie door de intestinale barrière ook kan voorkomen als onderdeel van deze ziekte. De notie dat inspanning ook kan resulteren in translokatie van bakterieën door de intestinale barrière is bijzonder interessant, vooral in het geval van M.E./CVS waar post-exertionele malaise een sleutel-kenmerk van de ziekte is. Na maximale inspanning, detekteerden we bakteriële signalen in bloedstalen van M.E./CVS-patiënten en gezonde controles. Consistent met verschillen qua intestinale microbiomen tussen de 2 groepen, noteerden we een verhoogd relatief aantal Firmicutes, in het bijzonder Clostridium clusters XIVa & IV, in bloedstalen van M.E./CVS-patiënten 15 min na inspanning. In vitro funktionele studies zullen ons beter in staat stellen deze observatie beter te beoordelen. We speculeren echter dat sommige Firmicutes en Bacilli – omwille van hun sterkere celwanden en inherente capaciteit te overleven in hardere omstandigheden – langer overleven in het bloed. Verder onderzoek naar de mogelijkheid van voorbijgaande translokatie van intestinale micro-organismen naar het bloed na inspanning en hoe de dysbiose die kenmerkend is voor bepaalde ziekten (zoals M.E./CVS) deze translokatie kan beïnvloeden, kan inzicht verschaffen omtrent hoe het microbioom ziekte-symptomen bepaalt.

Er is steeds meer bewijs voor gewijzigde intestinale permeabiliteit bij patiënten met M.E./CVS en preliminaire studies suggereren dat behandelingen bedoeld om de darm-microbiomen te moduleren of de funktie van de intestinale barrière te versterken in staat zouden kunnen zijn M.E./CVS-symptomen te verbeteren [Proal AD et al. Immunostimulation in the treatment for Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. Immunol Res (2013) 56: 398-412 /// Rao AV, Bested AC et al. A randomized, double-blind, placebo-controlled pilot-study of a probiotic in emotional symptoms of Chronic Fatigue Syndrome. Gut Pathog (2009) 1: 6]. Het feit dat we met verloop van tijd veranderingen kunnen detekteren in de samenstelling van het intestinaal microbioom en voorbijgaande bakteriële translokatie van de darm naar het bloed kunnen observeren na inspanning, kan een test-protocol bieden voor het testen van toekomstige behandelingen die worden ontworpen om deze uitkomsten te veranderen en om te bepalen of dit het werking-mechanisme is bij dergelijke behandelingen. Behandelingen die met enig succes werden getest bij andere chronische, inflammatoire, niet-overdraagbare ziekten (waarvan wordt gedacht dat intestinale dysbiose is betrokken), omvatten probiotica, prebiotica, voedingsvezels en transplantatie van faecale microbiomen [West CE et al. The gut-microbiota and inflammatory non-communicable disease: associations and potentials for gut microbiota therapies. J Allergy Clin Immunol (2015) 135: 3-13 /// Ianiro G et al. Therapeutic modulation of gut microbiota: current clinical applications and future perspectives. Curr Drug Targets (2014) 15: 762-770]. Gelijkaardige proeven bij M.E./CVS-patiënten kunnen nuttig zijn voor het monitoren van bacteriële signalen in de darm en het bloed.

Gepaste diagnose van M.E./CVS is een zeer ingewikkeld en grondig proces. Eén van de sterkte-punten van deze studie was dat klinici met expertise wat betreft de diagnose van M.E./CVS betrokken waren bij het identificeren van patiënten en controles in een groep van meer dan 100 mogelijke patiënten. De geïdentificeerde patiënten werden slechts opgenomen na onderzoek van bloed-testresultaten, om belangrijke co-morbide aandoeningen uit te sluiten die de M.E./CVS-symptomen zouden kunnen verklaren, en de controles werden zorgvuldige geselekteerd (gematcht op basis van leeftijd, geslacht, BMI en zelf-gerapporteerde algemene aktiviteit-patronen. Gezien dit echter gaat om een kleine piloot-studie (met slechts 10 patiënten en 10 controles), was het niet mogelijk te controleren voor alle mogelijke verstorende factoren, inclusief de brede waaier deelnemers, gebruik van medicatie en supplementen (bv. pijnstillers, anti-oxidantia) en bijkomende medische diagnoses (bv. depressie, gastro-intestinale symptomen, allergieën). Hoewel het zorgvuldig selektie-proces patiënten- en controle-populaties van hoge kwaliteit toeliet, was de studie-groep klein en veel observaties bereikten als dusdanig geen statistische significantie. Daarnaast was het bij voorbaat uitgesloten om op een directe manier de verbanden tussen symptomen en veranderingen van het darm- en plasma-microbioom te onderzoeken gezien de beperkte groep. Gezien deze beperkingen, moeten de bevindingen omzichtig worden geïnterpreteerd. Een groter groep zou helpen om de klinisch relevante observaties beter te beoordelen. Zelfs deze relatief kleine studie wijst echter op belangrijke verschillen qua samenstelling van het intestinaal microbioom en tijdelijke bakteriëmie die toekomstige grotere studies, ontworpen om te begrijpen hoe deze verschillen verband houden met de etiologie en/of symptomatologie van M.E./CVS, kunnen aansturen. Een ander beperking van de studie was de diepgaande microbioom-sequentiebepaling. […] Bijkomende ‘deep-sequencing’ [meer gesofisticeerde genetische methode] van de reeds verzamelde stalen zou waarschijnlijk de statistische ‘power’ verhogen wat betreft het detekteren van significante veranderingen van de meer zeldzame bakterie-soorten.

We zijn nog ver weg van een volledig begrijpen van hoe de intestinale microbiomen een impact hebben op de etiologie en symptomatologie van M.E./CVS maar het hier en elders geleverd bewijs suggereert dat veranderingen in het darm-microbioom verband houden met de ziekte. We presenteren hier bijkomend bewijsmateriaal ter ondersteuning van het idee dat tijdelijke veranderingen qua microbiële samenstelling in de darm en translokatie van darm-microben naar het bloed de symptomen van M.E./CVS kunnen beïnvloeden. Verdere studies naar M.E./CVS-etiologie en behandelingen zouden mikrobiële analyses moeten omvatten om deze interessante bevinding verder te verduidelijken.

————————-

In het artikel ‘Sleep quality and the treatment of intestinal microbiota imbalance in Chronic Fatigue Syndrome: A pilot study’ – Sleep Science (2015) – rapporteerden Australische onderzoekers (o.a. Henry Butt van Bioscreen Ltd.) over preliminair bewijs van een piloot-studie, dat veranderingen in de samenstelling van de darm-flora bij M.E.(cvs) de slaap kan beïnvloeden. Er werd nagegaan of bij een kleine groep (n = 21) met een gekende slechte slaap en een hoge graad qua kolonisatie met Gram-positieve faecale Streptococcen de slaap kon worden verbeterd (door toediening van het antibioticum erythromycine, 400 mg gedurende 6 dagen). Bij de meeste M.E.(cvs)-deelnemers bleek een korte antibiotica-behandeling onvoldoende om tot duurzame veranderingen in het ecosysteem van de darm te leiden. Er werd wat verbetering gevonden wat betreft objectieve slaap-parameters (significante toename van de totale slaap-tijd) en stemming bij 7 ‘responders’ (lager aantal Streptococcen), na behandeling met antibiotica. Dit dient verder en uitgebreider te worden onderzocht…

Blog op WordPress.com.