M.E.(cvs)-wetenschap

mei 27, 2016

NK-cellen & SNPs in ion-kanalen en receptor-genen bij M.E.(cvs)

Filed under: Genetica — mewetenschap @ 11:19 am
Tags: , , , , , ,

Onderstaand artikel is een integratie van resultaten betreffende TRP (‘SNPs in TRP ion-kanalen bij CVS’) en AChR (‘SNPs in in Acetylcholine Receptoren bij CVS’) gevonden in vol-bloed bij M.E.(cvs)-patiënten en het verder onderzoeken van deze bevindingen bij geïsoleerde NK-cellen. De lezer wordt aangeraden vooraf missschien ‘Immuniteit- en haemorheologische wijzigingen bij CVS’ (en ev. andere artikels betreffende NK-cellen alhier ook nog eens na te lezen…

In essentie rapporteert men hier over abnormale genen coderend voor ion-kanalen & receptoren in (geïsoleerde) ‘natural killer’ cellen. Men legt uit, op basis hiervan, waarom NK-cellen (onderdeel van het immuunsysteem) bij M.E.(cvs) niet goed funktioneren. Deze genen worden ook niet enkel gevonden in NK-cellen en met stelt dat de anomalieën verantwoordelijk zouden kunnen zijn voor andere de andere symptomen van de ziekte.

Het research-team van het ‘National Centre for Neuroimmunology and Emerging Diseases’ (NCNED) – waartoe deze onderzoekers behoren – blijken op termijn ook een screening-test op de markt te willen brengen op basis van “nieuwe merkers geïdentificeerd op witte bloedcellen”. Het is niet helemaal duidelijk of de hieronder beschreven SNPs daar ook onder vallen maar naar aanleiding van het persbericht daarover sprak Prof. Staines echter over “zeer specifieke delen van genen die coderen voor bepaalde receptoren of proteïnen die belangrijke rollen spelen bij het metabolisme, neuronale en cardiovasculaire funktie, enz.”. Wellicht zal het een combinatie zijn met de door deze onderzoeksgroep eerder gerapporteerde en gepatenteerde miRNAs…

————————-

Application of Clinical Genetics Vol. 9, pp 39-47 (2016)

Natural killer cells and single nucleotide polymorphisms of specific ion channels and receptor genes in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome

Sonya Marshall-Gradisnik (1,2), Teilah Huth (1,2), Anu Chacko (1,2), Samantha Johnston (1,2), Pete Smith (2), Donald Staines (2)

1School of Medical Science, Menzies Health Institute Queensland, Griffith University, Gold Coast, QLD, Australia

2National Centre for Neuroimmunology and Emerging Diseases [NCNED], Menzies Health Institute Queensland, Griffith University, Gold Coast, QLD, Australia

Samenvatting

Doelstelling Het doel van dit artikel is om de cytotoxische aktiviteit van ‘natural killer’ (NK) cellen te bepalen, en te kijken of ‘single nucleotide’ polymorfismen (SNPs) en genotypes in ‘transient receptor potential’ (TRP) ion-kanalen en acetylcholine-receptoren (AChRs) aanwezig waren in geïsoleerde NK-cellen van patiënten die eerder de diagnose Myalgische Encefalomyelitis (M.E.)/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) kregen.

Individuen en methodes Er werd een totaal van 39 M.E./CVS-patiënten (51,69 ± 2 jaar oud) en 30 niet-vermoeide controles (47,60 ± 2,39 jaar oud) in deze studie opgenomen. Patiënten kregen de diagnose op basis van de CDC criteria. Er werd flow-cytometrie aangewend om de NK cytotoxische aktiviteit te onderzoeken. Er werd een totaal van 678 SNPs in geïsoleerde NK-cellen onderzocht (voor 21 zoogdier TRP ion-kanaal genen en 9 zoogdier AChR genen […]). SNP-associatie en genotype werd bepaald […].

Resultaten M.E./CVS-patiënten vertoonden een significante reductie qua percentage lysis van doelwit-cellen door NK (17% ± 4,68%) t.o.v. de niet-vermoeide controle-groep (31% ± 6,78%). Van de 678 onderzochte SNPs, werden 11 SNPs voor TRP ion-kanaal genen (TRPC4, TRPC2, TRPM3 & TRPM8) geïdentificeerd in de M.E./CVS-groep. 5 van deze SNPs waren geassocieerd met TRPM3, terwijl de rest geassocieerd was met TRPM8, TRPC2 & TRPC4 (P < 0.05). 14 SNPs bleken geassocieerd met nicotine en muscarine AChR genen: 6 met CHRNA3, de rest met CHRNA2, CHRNB4, CHRNA5 & CHRNE (P < 0.05). Er werden 16 genotypes geïdentificeerd met SNPs in TRP ion-kanalen en AChRs voor TRPM3 (n = 5), TRPM8 (n = 2), TRPC4 (n = 3), TRPC2 (n = 1), CHRNE (n = 1), CHRNA2 (n = 2), CHRNA3 (n = 1) & CHRNB4 (n = 1) (P < 0.05).

Besluit We identificeerden een aantal SNPs en genotypes voor TRP ion-kanalen en AChRs bij geïsoleerde NK-cellen bij patiënten met M.E./CVS, wat suggereert dat deze SNPs en genotypes betrokken kunnen zijn bij veranderingen qua NK-cel funktie en de ontwikkeling van M.E./CVS-pathologie. Deze anomalieën suggereren een rol voor de ontregeling van Ca2+ in AChR en TRP ion-kanaal signalisering in het pathomechanisme van M.E./CVS.

Inleiding

‘Natural killer’ (NK) cellen zijn granulaire [gekorrelde] lymfocyten die worden gevonden in het perifeer bloed, het beenmerg, de milt en in lymfeknopen. In het perifeer bloed beslaan NK-cellen 15% van de lymfocyten en ze kunnen worden gegroepeerd in 4 subtypes volgens de expressie op het cel-oppervlak en de densiteit van CD56 (neurale cel-adhesie molekule) en CD16 (FcγIII receptor, de lage-affiniteit receptor voor IgG). Deze fenotypes omvatten CD56brightCD16-/dim, CD56dimCD16bright, CD56dimCD16 & CD56CD16bright. Ongeveer 90% van de NK-cellen in het perifeer bloed zijn CD56dimCD16bright en de CD56bright beslaan ca. 10%. NK-cel cytotoxische aktiviteit vereist een aantal gereguleerde processen om apoptose [geprogrammeerde cel-dood] van de doelwit-cel te verzekeren.

Hoewel er weinig is geweten over Ca2+-signalisering in NK-cellen, werd er gezien dat het granule-afhankelijk pad voor apoptose calcium-afhankelijk is, terwijl het ‘death’-receptor mechanisme dat niet is. Bij apoptose bleken het transport van lytische proteïnen, exocytose [proces waarbij een vesikel (‘blaasje’ met inhoud) en het pre-synaptisch membraan samensmelten en de inhoud van het vesikel wordt vrijgegeven in de synaptische ruimte] en fusie duidelijk calcium-afhankelijk. Ca2+ is ook vereist voor de her-oriëntatie van microtubules [buisvormige proteïne-strukturen die deel uitmaken van het cel-skelet] en het actine-skelet [het proteïne actine is een onderdeel van het cel-‘geraamte’ dat bestaat uit verschillende soorten proteïne-polymeren, die samen zorgen voor stevigheid, vorm en beweeglijkheid], alsook de aktivatie van cytokinen gen-transcriptie. Bovendien hebben studies aangetoond dat er een verband bestaat tussen calcium-mobilisatie en het stopzetten van de degranulatie in PLCγ2-deficiënte NK-cellen [PLC = fosfolipase; PLC-gamma is een belangrijke regulator van intracellulair Ca2+].

‘Transient receptor potential’ (TRP) ion-kanalen komen tot expressie op bijna alle cellen en hebben een significant effekt op fysiologische funkties. Ontregeling van TRPs bleek geassocieerd met pathologische aandoeningen en ziekten, zoals kanker, skeletale abnormaliteiten, pijn-syndroom, enz. TRP ion-kanalen worden geaktiveerd bij aanwezigheid van irriterende stoffen, inflammatoire produkten en xenobiotische [lichaamsvreemde] toxinen, en hebben een belangrijke rol bij Ca2+-signalisering.

Acetylcholine (ACh) bindt op 2 membraan-proteïnen, namelijk de muscarine receptor (mAChR) en de nicotine receptor (nAChR), waarvan meerdere isoformen bestaan. ACh heeft niet-neuronale funkties, het non-neuronaal cholinerg system genaamd, in pancreatische β-cellen, gliale cellen, lymfocyten, ooglens-cellen en vasculair endothelium [= bedekkende cellen van bloedvaten] van het brein, dat gemedieerd wordt door Ca2+-signalisering. AChRs brengen aktivatie-signalen over in een waaier van menselijke weefsels, inclusief skelet- en gladde spieren, alle pre-ganglionische [van het CZS tot de ganglia (zenuw-knopen)] autonome zenuw-vezels, post-ganglionische [van de ganglia naar een orgaan] autonome parasympathische zenuwen, en op veel plaatsen over gans het centraal zenuwstelsel.

Myalgische Encefalomyelitis (M.E.)/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) heeft een ongekende etiologie en er is geen specifieke diagnostische test. De ziekte wordt grotendeels gekenmerkt door significante stoornissen van de lichamelijke aktiviteit en uitputtende vermoeidheid, en kan gepaard gaan met stoornissen van het geheugen, de cognitie en concentratie, meer spier- en gewricht-pijn, hoofdpijn, pijnlijke keel en lymfeknopen. Het is verder geassocieerd met ontregeling van het gastro-intestinaal, cardiovasculair en immuunsysteem. Belangrijk: NK-cel dysfunktie, in het bijzonder verminderde NK-cel cytotoxische aktiviteit, is een courante bevinding bij M.E./CVS-patiënten. We hebben eerder ‘single nucleotide’ polymorfismen (SNPs) geïdentificeerd in TRP ion-kanaal genen (TRPM3, TRPA1, TRPC4) en AChR genen (CHRM3, CHRNA10, CHRNA5 & CHRNA2) in perifeer bloed van M.E./CVS-patiënten. [Marshall-Gradisnik SM, Smith P, Brenu EW, Nilius B, Ramos SB, Staines DR. Examination of single nucleotide polymorphisms (SNPs) in transient receptor potential (TRP) ion channels in Chronic Fatigue Syndrome patients. Immunol Immunogenet Insights. (2015) 7:1-6 /// Marshall-Gradisnik S, Smith P, Nilius B, Staines DR. Examination of single nucleotide polymorphisms in acetylcholine receptors in Chronic Fatigue Syndrome patients. Immunol Immunogenet Insights (2015) 7: 7-20; zie links onze inleiding] Deze SNP-anomalieën in genen coderend voor TRP ion-kanalen en AChRs kunnen gewijzigde receptor-proteïnen opleveren, die mogelijks de strukturen van TRP ion-kanalen en AChR, en ook hun funkties kunnen veranderen.

Het doel van deze studie was de NK cytotoxische aktiviteit te bepalen, alsook of SNPs en hun genotypes aanwezig waren in TRP ion-kanaal en AChR genen in geïsoleerde NK-cellen van M.E./CVS-patiënten.

Individuen en methodes

[…]

Resultaten

Deelnemers

Er waren 39 M.E./CVS-patiënten (51,69 ± 2 jaar) waarvan 71,79% vrouwen. Er waren 30 niet-vermoeide controles (47,60 ± 2,39 jaar) waarvan 56,67% vrouwen. […] Er werden geen significante verschillen gevonden qua tellingen van witte bloedcellen tussen M.E./CVS-patiënten en de niet-vermoeide controle-groep. […]

NK-cel zuiverheid

Er was geen significant verschil tussen de groepen wat betreft NK zuiverheid-graad. De zuiverheid van de NK-cellen na isolatie en aanrijking was > 93%.

NK-cel cytotoxische aktiviteit

Er was een significant verschil voor NK cytotoxische aktiviteit tussen de groepen wat betreft de E:T [effector/target’] ratio van 25:1 [de optimale verhouding voor het bepalen van de cytotoxische aktiviteit]. M.E./CVS-patiënten vertoonden een significante reductie qua NK percentage lyse van doelwit-cellen (17% ± 4,68%) vergeleken met de controle-groep (31% ± 6,78%).

SNP-analyse

Van de 678 SNPs geïdentificerd in TRP ion-kanaal and AChR genen van geïsoleerde NK-cellen, waren er 11 SNPs in TRP ion-kanaal genen (TRPC4, TRPC2, TRPM3 & TRPM8) die significant geassocieerd waren met de M.E./CVS-groep. Daarvan waren er 5 geassocieerd met TRPM3 […] terwijl de rest geassocieerd was met TRPM8 […] & TRPC4 […].

Er waren 14 SNPs geassocieerd met nicotine en muscarine AChR genen, waarvan er 6 met CHRNA3 […] en de rest met CHRNA2 […], CHRNB4 […], CHRNA5 […] & CHRNE […].

Genotype-analyse

Er werden 16 genotypes met SNPs geïdentificeerd die significant bleken voor TRPM3 (n = 5), TRPM8 (n = 2), TRPC4 (n = 3), TRPC2 (n = 1), CHRNE (n = 1), CHRNA2 (n = 2), CHRNA3 (n = 1) & CHRNB4 (n = 1). Van de als significant geïdentificeerde SNPs gingen we verder na of genotypes verschilden tussen de groepen. […] De ‘odds ratio’s [waarschijnlijkheid van het verband tussen aan- of afwezigheid van een bepaalde eigenschap en die van een andere eigenschap in een populatie] voor specifieke genotypes met SNPs in TRP & AChR genen in geïsoleerde NK-cellen varieerde tussen 3.13 & 11.39 voor M.E./CVS vergeleken met de niet-vermoeide controle-groep.

Bespreking

Verminderde NK-cel cytotoxische aktiviteit werd eerder al gerapporteerd bij M.E./CVS en de studie hier ondersteunt deze bevindingen. Het huidig onderzoek ondersteunt nieuwe bevindingen aangaande een aantal SNPs in genen coderend voor AChR en TRP varianten en genotypes van geïsoleerde NK-cellen van M.E./CVS-patiënten. Een bijkomende nieuwe bevinding is de identificatie van SNPs in TRPM3 & TRPM8 bij geïsoleerde NK-cellen, suggererend dat er TRPM3 & TRPM8 receptoren gelokaliseerd zijn op NK-cellen.

We rapporteren een significante reductie van de NK-lyse bij M.E./CVS-patiënten t.o.v. de niet-vermoeide controles. De rol van TRP ion-kanalen bij Ca2+-signalisering, en aangeboren en adaptieve immuun-cellen wordt meer en meer gedocumenteerd. De TRPs bleken TRP kation-kanalen [TRPC worden geaktiveerd door fosfolipase-C, membraan enzymen die fosfolipiden splitsen] en TRP-melastatine [TRPM; melastatine is een vermeende tumor-suppressor] subfamilies, voornamelijk TRPC1, TRPC3, TRPC5, TRPM2, TRPM4 & TRPM7 tot expressie te brengen. Deze kanalen zijn niet-selektief en doorlaatbaar voor calcium. Ca2+ speelt een sleutelrol bij fusie van lytische granules in NK-cellen, alsook bij het verzekeren dat lytische granules zich naar de immuun-synaps [de interface tussen een antigeen-presenterende cel of doelwit-cel en een lymfocyt zoals een effector-T-cel of NK-cel] verplaatsen om perforine en granzymes af te geven om doelwit-cellen te doden. Rho GTPase Miro [Mitochondriaal Rho GTPase; een enzyme met een belangrijke rol bij mitochondriaal transport, betrokken bij mitochondriale homeostase en apoptose] biedt een link tussen de mitochondrieën en de microtubules, waar het de Ca2+-afhankelijke stopzetting van de mitochondriale motiliteit medieert. Aangezien Miro mitochondriale polarisatie [ontstaan/opbouw van een spanningsverschil over de mitochondriale membranen] modificeert, zou het ook transport van lytische granules naar de immuun-synaps kunnen veranderen, alsook de lytische funktie, te wijten aan de modulatie door de Ca2+-concentratie in het cytosol via TRP-melastatine en AChR genen. Het is duidelijk: mitochondrieën spelen een belangrijke rol bij de werking van NK-cellen. De ontdekking dat mitochondrieën een waaier aan AChR-subtypes tot expressie brengen, inclusief nicotine-α3, die differentieel tot expressie komen naar gelang het weefsel-type, suggereert dat nAChRs een impact kunnen hebben op de mitochondriale funktie en regulering van oxidante stress. Interessant: we rapporteerden eerder een significante daling van de ‘respiratory burst’ [of ‘oxidative burst’; snelle afgifte van reaktieve zuurstof molekulen; speelt een belangrijke rol in het immuunsysteem] funktie van neutrofielen bij M.E./CVS-patiënten. [Brenu EW, Staines DR et al. Immune and hemorheological changes in Chronic Fatigue Syndrome. J Transl Med. (2010) 8:1; zie link onze inleiding]

TRPM2 en TRPM3 mobiliseren Ca2+, waarbij de laatste de Ca2+-signalisering bleek te mediëren voor polarisatie van cytolytische granules en degranulatie. [Na de herkenning van doelwit-cellen door NK-cellen worden NK-cel receptoren geaktiveerd, wat helpt bij de vorming van een immuun-synaps, waarbij cytolytische granules die perforine en granzymes bevatten, in dezelfde richting worden geleid.] […] Interessant is ook dat gelijkaardige bevindingen voor NK-cel funkties werden gerapporteerd in de M.E./CVS-research [Brenu EW et al. High-throughput sequencing of plasma microRNA in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. PloS One. (2014) 9: e102783 /// Brenu EW et al. Longitudinal investigation of natural killer cells and cytokines in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J Transl Med. (2012)10: 88 /// Brenu EW et al. Immunological abnormalities as potential biomarkers in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J Transl Med. (2011) 9: 81], wat mogelijks suggereert dat de genotype-wijzigingen die hier werden gerapporteerd voor TRPM3 ook een gelijkaardige rol kunnen spelen bij polarisatie en degranulatie van cytolytische granules.

Van de 678 SNPs die werden onderzocht, waren er 11 varianten van TRP ion-kanalen en 14 varianten van AChRs die significant geassocieerd waren met M.E./CVS vergeleken met niet-vermoeide controles. De variante TRP-SNPs waren gelegen in de gen-sequentie van 2 [kanonieke] TRP ion-kanalen (TRPC2 & TRPC4) en 2 melastatine TRP ion-kanalen (TRPM3 & TRPM8). We rapporteren ook variante SNPs in genen coderend voor 2 van de CHRM3receptoren, 2 CHRM1receptoren, 6 CHRNA3receptoren, 3 CHRNA2receptoren en 1 CHRNA5receptor, alsook 1 CHRNB4-receptor en 1 CHRNE-receptor.

Deze research hier rapporteert significante SNP associaties van genotypes van AChRs in geïsoleerde NK-cellen van M.E./CVS-patiënten. Lymfocyten brachten muscarine en nicotine AChRs tot expressie, T- en B-cellen en monocyten brachten alle 5 de subtypes van mAChRs (M1-M5) tot expressie, terwijl nAChRs werden gevonden voor α2-α7, α9, α10, β2 & β10 subunits. Lymfocyten maken deel uit van een cholinerg systeem dat onafhankelijk is van cholinerge zenuwen, wat resulteert in de regulering van de immuun-funktie. AChR-agonisten bleken lymfocyten-cytotoxiciteit te versterken en hun intracellulair cyclisch guanosine-monofosfaat [cGMP; een cyclisch nucleotide met een belangrijke rol in verscheidene biochemische processen in de cel, een zgn. secundaire boodschapper voor intracellulaire signaal-overdracht] en inositol-1,4,5-trifosfaat [IP3; secundaire boodschapper bij signaal-overdracht en lipiden-signalisering] te verhogen, wat suggereert dat het lymfocyten cholinerg systeem betrokken is bij de regulering van de immuun-funktie via AChRs gekoppeld met fosfolipase-C via veranderingen in Ca2+. Er is onderzoek dat het belang heeft benadrukt van varianten bij het beïnvloeden van gen-transcripten door het veroorzaken van alternatieve ‘splicing’ [splicing = tijdens het verwerken van RNA (na de transcriptie van DNA) worden de niet-coderende stukken (intronen) uit het pre-mRNA geknipt en de exonen van het pre-mRNA aan elkaar geplakt.], wat resulteert in anomalieën in het boodschapper-RNA en translatie-produkten. We identificeerden ook SNPs en een genotype in CHRNE bij M.E./CVS-patiënten. Het is interessant dat deze SNP gelegen is in het 3’ onvertaald gebied [‘untranslated regions, UTR; RNA-gebied gelegen na de start van de ‘translatie’ dat instaat voor de regulering ervan): beïnvloeden dikwijls de gen-expressie], waar een bindingplaats is voor regulerende proteïnen alsook voor microRNAs (miRNAs). Door binding op specifieke plaatsen in het 3’ onvertaald gebied, kunnen miRNAs gen-expressie van meerdere boodschapper-RNAs doen dalen door het inhiberen van de translatie of het direct veroorzaken van degradatie van het transcript. Onze eerdere research vond significante verschillen qua NK cytotoxische aktiviteit, alsook qua miRNAs in geïsoleerde NK-cellen van M.E./CVS-patiënten. [Brenu EW et al. Cytotoxic lymphocyte microRNAs as prospective biomarkers for Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J Affect Disord. (2012) 141: 261-269]

[Uitleg voor experten =>] Onderzoeken hebben gesuggereerd dat alternatieve ‘splicing’ in de coderende en ook niet-coderende sequenties significante onverwachte resultaten wat betreft het ‘splicing’-mechanisme van de gen-transcripten kunnen hebben. Het ‘splicen’ van genetische varianten gelegen in de exonen & intronen en de assemblage van het spliceosoom [complexe cellulaire ‘machine’ met een rol bij gen-expressie] dragen allemaal bij tot het ‘splicing’-mechanisme voor het correct coderen van een proteïne-sequentie. Bovendien zijn ‘enhancers’ [enhancer = kort stuk DNA dat kan binden met proteïnen (aktivatoren) om transcriptie van (een) gen(en) te aktiveren] en ‘silencers’ [transcriptie-regulerende factoren die zorgen voor verlaging of volledige onderdrukking van de vorming van RNA] gelegen in de exonen of intronen een integraal deel bij de herkenning van de correcte exon-sequentie. Belangrijk is dat intronen in staat zijn aktieve spliceosomen te genereren, wat aanleiding geeft tot alternatieve ‘splicing’. Gen 80036 (TRPM3) is geassocieerd met calcium-binnenkomst en calcium-opslag depletie via verschillende isoformen die geïdentificeerd werden via alternatieve ‘splicing’. Een gebied dat onontbeerlijk is voor kanaal-funktie [‘indispensable for channel function’; ICF] is een gebied van 18 aminozuren waarvan de afwezigheid zorgt dat de kanalen funktioneel niet in staat zijn om calcium-binnenkomst te mediëren, en dat bleek te ontbreken in een TRPM3 variant. Co-expressie van deze TRPM3 ICF varianten met funktionele TRPM3 ion-kanalen toonde daarenboven verstoorde calcium-mobilisatie. Aangezien TRPM3 ICF varianten overvloedige expressie vertonen in vele weefsels en cel-types, en 15% van alle TRPM3 isoformen uitmaken, kan de expressie op NK-cellen een mogelijke verklaring bieden voor gedaalde cytotoxische aktiviteit bij M.E./CVS-patiënten. Bepaalde ‘splice’-varianten, zoals TRPM3α1, kunnen mogelijks begunstigd zijn, culminerend in een gedaalde NK-cel cytotoxische respons en hitte-detektie, inclusief ontregeling van thermoregulerende responsen, nociceptie en transmissie van pijn, zoals centrale en perifere pijn-perceptie. Bovendien bleek TRPM8 ook geaktiveerd bij koude en schadelijke stimuli, wat suggereert dat de hier gerapporteerde genotype-wijzigingen overéénkomen met de klinische presentatie van thermoregulerende responsen, nociceptie, en transmissie van centrale en perifere pijn bij M.E./CVS-patiënten.

Onze resultaten suggereren dat SNP-varianten en genotypes gerapporteerd in NK-cellen wellicht niet exclusief zijn voor dit type immuun-cel. AChRs en TRP ion-kanaal receptoren komen overvloedig voor op meerdere cel-types en controleren andere funkties in lichamelijke systemen. Ca2+-signalisering in de context van TRP ion-kanalen en AChR-funktie is vitaal voor de werking van het centraal zenuwstelsel, en er is veel variëteit qua nicotine receptoren die tot expressie komen in dierlijke en menselijke immuun-cellen. Op te merken valt dat nAChRs betrokken bleken bij het wakker worden, slaap en vermoeidheid, alsook de funkties die verantwoordelijk zijn voor het verwerken van pijn, geheugen en cognitie, die allemaal klinische symptomen bij M.E./CVS zijn.

Besluit

In deze studie identificeerden we, voor de eerste keer, SNPs in genen coderend voor TRPM3 en TRPM8 ion-kanalen in geïsoleerde NK-cellen. We identificeerden ook talrijke SNPs in nAChRs samen met andere TRP-kanalen in geïsoleerde NK-cellen, wat de belangrijke rol van het niet-neuronale ACh systeem bij NK-cel funktie zou kunnen verklaren. Anomalieën in genotypes van TRP ion-kanalen en AChRs suggereren dat veranderd calcium een belangrijke funktionele consequentie kan zijn, niet enkel voor NK-cellen maar ook afhankelijk van weefsel-type, vatbaarheid of voorbestemdheid voor M.E./CVS.

mei 14, 2016

Verband tussen leptine en pijn bij vrouwen

Filed under: Immunologie — mewetenschap @ 6:37 am
Tags: , , , , , , ,

Via ons stuk ‘Leptine – verband met cytokinen & vermoeidheid bij CVS’ gaven we al mee dat Jared Younger en zijn team een (kleine) groep vrouwen had geïdentificeerd die sterke correlaties vertonen tussen leptine-concentraties en vermoeidheid-graad. Ondertussen startte hij zijn eigen ‘Neuro-inflammation, Pain and Fatigue Lab’ aan de Universiteit van Alabama en zette hij dit onderzoek (naast andere research met betrekking tot vermoeidheid en pijn) verder…

Onderstaand verslag gaat meer over fibromyalgie i.p.v. over M.E.(cvs) maar gezien de overlap tussen de 2 aandoeningen, zijn hier ook aanwijzingen te vinden voor M.E.(cvs); te meer omdat leptine microglia cellen (immuun-cellen in de hersenen) sensitiseren – na voorbehandeling van deze cellen met leptine is er een sterke aktivatie na blootstelling aan een trigger (lees goed: leptine alleen volstaat niet voor de overdreven ‘inflammatie-respons’).

Leptine onderdrukt ook de eetlust: na een maaltijd stijgen de waarden. Aangezien veel M.E.(cvs)-patiënten een verergering van hun symptomen ervaren na een maaltijd, is het dus inderdaad mogelijk dat het een rol speelt.

 

————————-

J Womens Health (2016) [pre-print]

Association of Leptin with Body Pain in Women

Younger J1, Kapphahn K2, Brennan K3, Sullivan SD4, Stefanick ML5

1 University of Alabama at Birmingham , Birmingham, Alabama

2 Stanford University , Stanford, California

3 University of California , Los Angeles, California

4 Georgetown University , Washington, DC

5 Department of Medicine, Stanford Prevention Research Centre, Stanford University , Stanford, California

Samenvatting

Leptine, een eetlust-regulerend hormoon, staat ook bekend als een pro-inflammatoir adipokine [cytokine dat wordt afgegeven door vet-weefsel]. Eén van de effekten van verhoogde systemische leptine-concentraties kan een hogere sensitiviteit voor pijn zijn. We rapporteren de resultaten van 2 studies die het verband onderzochten tussen leptine en pijn: een kleine piloot-studie, gevolgd door een grote studie. In Studie 1 werd van 3 vrouwen met een diagnose van fibromyalgie dagelijks bloed afgenomen gedurende 25 opéénvolgende dagen, tevens werd de zelf-gerapporteerde musculoskeletale pijn geregistreerd. Dagelijkse schommelingen qua serum-leptine bleken positief geassocieerd met pijn bij alle 3 de deelnemers (p < 0.001); leptine voorspelde ca. 49% van de pijn-variantie. In Studie 2 werd de relatie tussen leptine en lichaam-pijn onderzocht in een retrospectieve ‘cross-sectionele’ analyse [analyse van gegevens van een populatie op één specifiek tijdstip] van 5.676 over het algemeen gezonde post-menopausale vrouwen van het ‘Women’s Health Initiative’. Leptine-waarden verkregen via één enkele bloedafname, werden getest wat betreft een verband met zelf-gerapporteerde lichaam-pijn. Body-mass-index (BMI) werd ook opgenomen als voorspeller van pijn. Zowel leptine als BMI bleken onafhankelijk geassocieerd met zelf-gerapporteerde pijn (p = 0.001 & p < 0.001, respectivelijk), waarbij hogere leptine-waarden en hogere BMI elk geassocieerd waren met meer pijn. Leptine lijkt een voorspeller voor lichaam-pijn intra- en inter-individueel en zou een aandrijvende kracht kunnen zijn voor veralgemeende pijn zoals fibromyalgie.

Inleiding

In deze 2 studies verkenden we de relatie tussen leptine en gegeneraliseerde musculoskeletale pijn. Leptine is een proteïne dat voornamelijk door ‘wit’ vet-weefsel [Bruin vet-weefsel kan warmte produceren door de oxidatie van vet. De vet-cellen in dit weefsel hebben grote hoeveelheid (minder efficiënte) mitochondrieën die zorgen voor de bruine kleur. Dit in tegenstelling tot vet-cellen in het wit vet-weefsel, die minder mitochondrieën hebben.] wordt aangemaakt. Het wordt erkend als een eetlust-regulerend hormoon, maar er werd ook aangetoond dat leptine werkt als een pro-inflammatoir adipokine. Toediening van leptine aan mensen bleek meerdere klinische merkers voor systemische inflammatie, inclusief C-reaktief proteïne, te doen stijgen.

Door leptine gemedieerde inflammatie is geassocieerd met verhoogde pijn-sensitiviteit. Een klein aantal dieren-studies hebben getoond dat intrathecaal [binnen de hersen- of ruggemerg-vliezen] of perifeer geïnjekteerd leptine systemische hyperalgesie [verhoogde pijngevoeligheid] en allodynia [ervaring van pijn bij een gewoonlijk niet-pijnlijke prikkel] kunnen induceren. Hoewel er geen pijn-studies bij mensen werden uitgevoerd waarbij experimenteel leptine werd toegediend, zijn er meerdere meldingen dat leptine-waarden in synoviaal vocht [gewrichtsvocht] en in het perifeer bloed positief geassocieerd zijn met pijn-ernst bij individuen met osteoarthritis. Serum-leptine kan ook verhoogd zijn bij de pijn-aandoening fibromyalgie [Fietta P, Fietta P. Counterbalance between leptin and cortisol may be associated with fibromyalgia. Psychiatry Clin Neurosci (2006) 60: 529-529 /// Homann D et al. Acylated ghrelin: A potential marker for fibromyalgia? Eur J Pain (2013) 17: 1216-1224], hoewel niet alle studies een leptine-fibromyalgie link ondersteunden. [Ablin JN et al. Evaluation of leptin-levels among fibromyalgia patients before and after three months of treatment, in comparison with healthy controls. Pain Res Manag (2012) 17: 89-92]

We hebben eerder gerapporteerd dat dag-na-dag schommelingen qua serum-leptine dagelijkse vermoeidheid-ernst bij vrouwen met Chronische Vermoeidheid Syndroom voorspellen. [Stringer EA, Baker KS, Carroll IR et al. Daily cytokine fluctuations, driven by leptin, are associated with fatigue severity in Chronic Fatigue Syndrome: Evidence of inflammatory pathology. J Transl Med (2013) 11: 93; zie onze inleiding] Op dagen wanneer de leptine-concentraties hoger zijn, rapporteren vrouwen zelf een grotere vermoeidheid. Van de 50 in die studie onderzochte cytokinen en chemokinen, was leptine de molekule die meest consistent geassocieerd was met symptoom-ernst.

Veel vrouwen met Chronische Vermoeidheid Syndroom voldoen ook aan de diagnostische criteria voor fibromyalgie. Hoewel dit niet noodzakelijk overlappende etiologieën suggereert, zijn de kenmerkende symptomen voor de 2 aandoeningen gelijkaardig. Fibromyalgie is een chronische pijn aandoening met een onbekende etiologie die wordt gekarakteriseerd door wijdverspreide musculoskeletale pijn en gevoeligheid voor mechanische druk in zachte weefsels. Mensen die er aan lijden melden ook dikwijls diepgaande vermoeidheid, ontregeling van cognitieve processen, slaap-moeilijkheden en verergering van de symptomen na fysieke of mentale inspanning. Omwille van de mogelijke overlap tussen Chronische Vermoeidheid Syndroom en fibromyalgie, wilden we de rol onderzoeken die leptine ook zou kunnen spelen bij wijdverspreide musculoskeletale pijn.

In dit rapport onderzoeken we de resultaten van 2 studies die het verband nagingen tussen leptine en wijdverspreide lichamelijke pijn. Studie 1 was een kleine ‘proof-of-concept’ analyse [om de haalbaarheid of het principe/ de theorie aan te tonen] bij 3 vrouwen met fibromyalgie. De deelneemsters gaven bloed en scoorden hun pijn gedurende 25 opéénvolgende dagen. Onze hypothese was dat het serum-leptine dagelijks positief gecorreleerd zou zijn met zelf-gerapporteerde pijn. Terwijl leptine onze primaire voorspeller was, waren we ook geïnteresseerd in de rol van inflammatoire processen die chronische pijn aansturen. We onderzochten daarom 50 andere cytokinen en chemokinen in een verkennende analyse, om potentiële voorspellers van pijn te identificeren voor verdere studie.

In Studie 2 voerden we een ‘cross-sectionele’ analyse uit tussen leptine en algemene lichamelijke pijn bij meer dan 5.000 vrouwen van de ‘Women’s Health Initiative (WHI) Observational Study’ die eerder bloed hadden gegeven en scores kregen voor lichamelijke pijn. De body-mass-index (BMI) van de deelneemsters werd ook vastgesteld. Omdat BMI positief gecorreleerd is met leptine en geassocieerd is met zelf-gerapporteerde pijn en fibromyalgie [Okifuji A et al. Relationship between fibromyalgia and obesity in pain, Function, mood and sleep. J Pain (2010) 11:1329-1337 /// Ursini F et al. Fibromyalgia and obesity: The hidden link. Rheumatol Int (2011) 31:1403-1408], controleerden we in onze analyses voor BMI. De data-set bood daarom de kans om de eerste grootschalige ‘cross-sectionele’ analyse van de verbanden tussen leptine en lichamelijke pijn uit te voeren. Onze algemene hypothese was dat hogere serum leptine-concentraties en hogere BMI onafhankelijk geassocieerd zouden zijn met zelf-gerapporteerde algemene pijn. Onze specifieke hypotheses waren:

Hypothese 1: Gesecreteerd leptine is positief geassocieerd met meer zelf-gerapporteerde pijn.

Hypothese 2: BMI is positief geassocieerd met pijn.

Hypothese 3: Leptine is positief geassocieerd met pijn na controle voor BMI.

Hypothese 4: BMI is positief geassocieerd met pijn na controle voor leptine.

Omdat Studie 1 en Studie 2 substantieel verschillende studie-ontwerpen en analytische benaderingen hadden, worden ze apart weergegeven in dit artikel.

Studie 1: Pilootstudie Longitudinale Analyse van Dagelijks Leptine & Pijn in 3 Vrouwen met Fibromyalgie

Methodes

Deelnemers. De deelnemers in deze piloot-studie waren 3 Kaukasische vrouwen met een leeftijd van 31, 35 & 40 jaar, die voldeden aan de ‘American College of Rheumatology 1991’ én de 2010 diagnostische criteria voor fibromyalgie. […] Omwille van de kost van de dagelijkse immuniteit-monitoring, werden slechts 3 individuen gerecruteerd en opgenomen. Geen van de deelneemsters had een voorgeschiedenis van auto-immune of reumatologische aandoening. Alle deelneemsters hadden een normale erythrocyten-sedimentatie-snelheid, C-reaktief proteïne, schildklier-hormoon waarden, reumatoïde factor en antinucleaire antilichamen. Alle deelneemsters rapporteerden een gemiddelde waarde qua dagelijkse pijn van minstens 60 op 100 (visuele analoge schaal) en niemand nam geneesmiddelen op voorschrift.

Protocol. […] De pijn-ernst werd gerapporteerd gedurende de ganse duur van de studie (32 dagen). Tijdens de eerste week werd de pijn bij baseline en tijdens een gewenning-periode opgemeten. Er werd geen bloed afgenomen tijdens de eerste week. De baseline week liet het studie-team ook toe er voor te zorgen dat de deelneemsters hun symptomen op een betrouwbare manier zouden rapporteren.

Leptine- en cytokine-meting. […]

Statistische analyse. […]

Resultaten

[…] Voor alle 3 de deelneemsters waren er 72 bruikbare dagen (96%).

Het lichaamsgewicht voor de 3: 60,2, 82,1 en 101,2 kg. Leptine-concentraties: 0,7 ng/ml (0,2-2,0), 10,2 ng/ml (5,8-17,1) en 20,5 ng/ml (11,21-38,7). De gemiddelde leptine-waarden waren typisch voor gezonde vrouwen met het geobserveerde lichaamsgewicht.

De dagelijkse leptine-waarden waren significant geassocieerd met dagelijkse pijn-scores (p = 0.0007). Op dagen met meer zelf-gerapporteerde pijn lagen de leptine-waarden hoger. […] Geen enkel ander cytokine bereikte de statistische drempel. […]

Studie 2: Cross-Sectionele Analyse van Leptine en Lichaamspijn in 6.000 Post-menopausale Vrouwen

Methodes

Deelnemers. Dit betrof een subgroep post-menopausale vrouwen (50-79) die werden opgenomen in de ‘WHI Observational Study’ tussen 1993 en 1998. […] Van de 6.286 deelneemsters waarvan minstens één keer het serum-leptine werd gemeten, werden er 123 uitgesloten omwille van ontbrekende gegevens omtrent BMI of zelf-gerapporteerde pijn. Nog 472 vouwen extra werden uitgesloten omwille van een diagnose van auto-immune of reumatologische ziekte (Reumatoïde Artritis, Multipele Sclerose, lupus en Amyotrofe Laterale Sclerose) of omwille van zelf-gerapporteerd gebruik van opioïde pijnstillers. De uiteindelijke analyse-groep bestond uit 5.676 individuen.

Protocol. Bij de start van de studie werd lichamelijke pijn bepaald via één vraag: “Hoeveel lichamelijke pijn heeft u de voorbije 4 weken gehad?” De opties waren: geen, zeer licht, licht, matig en ernstig. […] De antwoorden kregen een cijfer tussen 1 en 5 – 1 corresponderend met ‘geen’ en 5 met ‘ernstig’. Pijn door andere oorzaken (bv. Ziekte of letsels) werd bepaald via andere vragen en werden in deze analyse niet onderzocht. […]

Leptine-meting. […]

Statistische analyse. De enige afhankelijke variabele was zelf-gerapporteerde lichamelijke pijn. Er werden 2 voorspellende variabelen gebruikt: serum-leptine en BMI. BMI werd als volgt gegroepeerd: onder-/normaal gewicht (BMI 0 – 25 kg/m2), overgewicht (BMI 25 – 29,925 kg/m2) en obees (BMI > 30 kg/m2). […] Er werden 3 modellen getest: In Model 1 (testen van Hypothese 1) was lichamelijke pijn de afhankelijke variabele; onafhankelijke variabelen waren: leptine, type, leeftijd en ras. In Model 2 (testen van Hypothese 2) was lichamelijke pijn de afhankelijke variabele; onafhankelijke variabelen waren: BMI, leeftijd en ras. In Model 3 (testen van Hypothese 3 & 4) was lichamelijke pijn de afhankelijke variabele; onafhankelijke variabelen waren: leptine, BMI, leptine-BMI interaktie, specimen, leeftijd en ras.

Resultaten

[…] De mediane waarden voor leptine (ng/ml) waren: 13,8 (geen pijn), 15,3 (zeer lichte pijn), 18,3 (lichte pijn), 20,3 (matige pijn) en 23,0 (ernstige pijn). De correlatie-coëfficiënt voor de 2 voorspellende factoren (leptine & BMI) was 0.64 [hoe dichter bij 1, hoe sterker de correlatie].

[…] In Model 1 werd serum-leptine getest als voorspeller voor zelf-gerapporteerde lichamelijke pijn. Het verband was significant ( p < 0.001). Hogere pijn-scores waren geassocieerd met hogere leptine-concentraties; een tweevoudige toename qua leptine was geassocieerd met een gemiddelde toename van 0,17 […] punten op de 0-4 pijn-schaal.

In Model 2 vonden we een significant positieve correlatie tussen BMI en zelf-gerapporteerde lichamelijke pijn (p < 0.001). Hogere pijn-scores waren geassocieerd met hogere BMI, waarbij individuen met overgewicht een gemiddelde pijn-score hadden van 0,30 […] punten hoger dan deze met onder-/normaal gewicht (p < 0.001). Obese individuen hadden een gemiddelde pijn-score van 0,69 […] punten hoger dan deze met onder-/normaal gewicht (p < 0.001).

In Model 3, was de leptine x BMI interaktie niet significant geassocieerd met zelf-gerapporteerde pijn (p = 0.38). Zowel leptine als BMI bleven significante voorspellers van pijn wanneer werd gecontroleerd voor de ene of andere factor (p = 0.001 & p < 0.001, respectievelijk). […] Bij het bekijken van de ruwe waarden zagen we dat elke ng/ml toename van leptine geassocieerd was met een 0,4% toename qua pijn (gemiddelde pijn-waarde 1.4). Dit zou een toename van 74% qua pijn betekenen tussen de minimum en maximum leptine-waarden geobserveerd in ons staal.

Als we leptine constant houden, hadden de individuen met overgewicht gemiddelde pijn-scores die 0,20 […] punten hogen lagen dan deze met onder-/normaal gewicht, obese individuen hadden gemiddelde pijn-scores die 0,51 […] punten hogen lagen dan deze met met onder-/normaal gewicht.

Algemene Bespreking

We zagen dat leptine geassocieerd is met zelf-gerapporteerde lichamelijke pijn zowel longitudinaal bij dezelfde persoon als tussen personen. In Studie 1 co-varieerde serum-leptine met de dagelijkse schommelingen qua pijn. In Studie 2 waren de leptine-waarden positief gecorreleerd met pijn, zelfs na controleren voor BMI. Onze resultaten komen overéén met eerdere dieren- en menselijke studies die suggereren dat leptine pijn-gevoeligheid kan verhogen, wellicht via pro-inflammatoire aktiviteit. Leptine bleek geassocieerd met een groot aantal inflammatoire ziekten zoals Reumatoïde Artritis, lupus en Multipele Sclerose.

Er werden meerdere mechanismen voor leptine-geïnduceerde inflammatie voorgesteld. Deze links omvatten STAT3 [‘signal transducer and activator of transcription 3’; een transcriptie-factor], IL-6 & IL-18. Leptine-provocatie van macrofagen kan leiden tot verhoogde output van factoren die pijn-verwerking verhogen. Leptine bleek ook microglia te ‘primen’ [voorbereiden], wat leidt tot overdreven IL-1beta produktie in respons op stimuli en microgliale produktie van IL-6 te triggeren. Abnormale microgliale aktiviteit wordt nauwkeurig onderzocht als een belangrijke factor bij chronische pijn [Ji RR et al. Glia and pain: Is chronic pain a gliopathy? Pain (2013) 154 Suppl 1: S10-S28] en signaalgevers zoals leptine die de microgliale aktiviteit moduleren kunnen belangrijke doelwitten voor toekomstige pijn-therapieën zijn. Leptine zou ook andere aspecten van de pijn-verwerking kunnen reguleren, zoals het verminderen van afdalende pijn-modulerende signalen […].

Steeds meer wordt obesitas gezien als een pro-inflammatoire toestand met verscheidene nadelige gevolgen. Leptine is één mechanisme dat obesitas zou kunnen linken met inflammatie en de geassocieerde lichamelijke en psychologische ziekten die meer frequent bij zwaarlijvige individuen worden gezien. Leptine-waarden worden echter ook gecontroleerd door factoren die niet geassocieerd zijn met BMI, zoals slaap en acute infektie.

Verdere informatie betreffende de link tussen leptine en pijn zou nieuwe behandelingen voor chronische pijn kunnen aansturen. Er zijn een aantal gedragmatige technieken voor het verlagen van leptine-waarden, zoals calorie-restrictie en gewicht-vermindering, alsook lichamelijke inspanning. Leptine-waarden kunnen ook farmacologisch worden gemoduleerd via nieuwe onderdrukkende en antagonistische middelen [bv. het fytohormoon genisteïne of de leptine-antagonist PEG-MLA] en modulatie van natuurlijk voorkomende hormonen zoals ghreline [‘growth hormone-releasing peptide’; hormoon dat honger opwekt en dus de voedsel-inname stimuleert]. Er is bewijsmateriaal dat suggereert dat toediening van leptine-antagonisten de door letsel geïnduceerde neuropathische pijn kan voorkomen en omkeren in dieren-modellen. Bij leptine-modulerende farmaceutica dient er echter voor gezorgd te worden dat bijwerkingen (wat betreft eetlust, calorie-inname en voortplanting) worden vermeden.

Geen van onze studies werd ontworpen om oorzakelijkheid te bepalen. Hoewel leptine beschikbaar is voor menselijk gebruik (injekteerbaar metreleptine [synthetisch analoog van leptine]), maken de significante nevenwerkingen het tot op heden onmogelijk het te gebruiken voor onderzoek-doeleinden. We merken op dat bij dieren-research de toediening van leptine een causaal verband van leptine met pijn ondersteunt. Verder suggereren beperkte gegevens van mensen dat leptine-waarden de toekomstige pijn-ernst kunnen voorspellen.

Hoewel leptine geassocieerd bleek met pijn-ernst (intra- en inter-individueel), was de effekt-grootte het meest significant bij de intra-individuele analyses […]. De link tussen leptine en pijn in de ‘cross-sectionele’ studie – niettegenstaande statistisch significant – was zwak en zou waarschijnlijk geen klinisch nut hebben als een merker voor pijn in de algemene bevolking. We hebben geen weet van andere bloed-merkers voor algemene pijn gerapporteerd in een zeer heterogene en grotendeels gezonde groep, en dergelijke merkers zijn typisch meer bruikbaar als indicatoren voor specifieke pijn-aandoeningen. Onze analyses werden uitgevoerd bij een [willekeurig] staal dat voor handen bleek. waarbij de pijn-metingen en bloedstalen werden verkregen op afzonderlijke dagen. Leptine kan significant variëren bij individuen, zelfs binnen dagen, dus was de timing in de studie niet optimaal om zeker te zijn dat het testen van de hypothese het meest sensitief was. […] Verdere studies die pijn en leptine onderzoeken, zouden de bedoeling moeten hebben de metingen zo dicht mogelijk bij elkaar uit te voeren.

De grote studie gebruikte ook een ruwe meting van de pijn-ernst met slechts 5 mogelijke pijn-gradaties. Meer geavanceerde benaderingen [netwerk-analyse] kunnen ook nuttig zijn bij het bepalen van de relatieve bijdrage van lichaamsgewicht en leptine aan de pijn-ernst, alsook bij het beschrijven van belangrijke […] effekten. Sterke correlaties tussen voorspellers kunnen de lineaire regressies nadelig beïnvloeden, hoewel zagen we dat de correlatie tussen BMI en leptine redelijk was (0.64). Niettemin dient te worden opgemerkt dat BMI een significante bepalende factor is van leptine zodat het moeilijk is de 2 conceptueel te scheiden. Verdere studies zouden ook meer accurate methodes voor lichaam-compositie moeten gebruiken, inclusief deze die vet-weefsel kunnen kwantificeren. Ondanks deze beperkingen vonden we dat pijn lineair daalde bij hogere leptine-waarden (zoals voorspeld).

Het dient ook te worden benadrukt dat Studie 1 individuen omvatte met een gediagnostiseerde pijn-aandoening, terwijl in Studie 2 individuen werden opgenomen met auto-immune aandoeningen zoals Reumatoïde Artritis (hoewel kan worden vermoed dat individuen die ‘ernstige’ pijn rapporteren een niet-gediagnostiseerde aandoening kunnen hebben). Jammer genoeg laat de WHI database niet toe op een betrouwbare manier de diagnose van fibromyalgie te stellen, dus waren we niet in staat te bepalen of leptine-waarden bij die individuen verhoogd zijn. Het is waarschijnlijk dat het staal enkele individuen met een diagnose van fibromyalgie bevatte. Toekomstige analyses zouden leptine-waarden moeten onderzoeken bij individuen met goed gekarakteriseerde diagnoses met chronische pijn. Omdat we ook een link identificeerden tussen leptine en vermoeidheid, zou het nuttig kunnen zijn dat toekomstige research ook meerdere klinische uitkomsten onderzoekt om alle implicaties van fluctuerende leptine-waarden te begrijpen.

We merken op dat, niettegenstaande het feit dat de meeste beschikbare literatuur wijst op een positief verband tussen leptine en pijn, er enkele studies zijn die rapporteren dat leptine eigenlijk de ervaring van pijn reduceert [neuropathische pijn bij ratten] en een neuroprotectieve funktie heeft [bij knaagdieren]. Ook is er minstens één studie die rapporteerde dat lagere leptine-waarden geassocieerd zijn met hogere pijn-ernst bij fibromyalgie-patiënten. [Egyptische vrouwen] Gezien de grote dag-na-dag veranderingen qua leptine-concentraties (zelfs al was het tijdstip van de dag constant) dient zorg te worden besteed aan de interpretatie van de resultaten van ‘cross-sectionele’ studies. Het is mogelijk dat één enkele leptine-bepaling niet volstaat voor het bepalen van de gemiddelde leptine-concentratie van een individu.

De gemiddelde leptine-waarden die we zagen in Studie 1 vielen alle binnen de waarden die worden verwacht voor een bepaald lichaamsgewicht maar er zijn geen klinische standaarden voor het bepalen van gestegen leptine-waarden voor een bepaald individu. Het is onwaarschijnlijk dat een leptine-bepaling klinisch nut heeft als enkelvoudige of onfrequente screening. Leptine werkt wellicht best als een longitudinale variabele, hoewel het niet is geweten of het een biomerker voor fibromyalgie is. De relatie tussen leptine en pijn zou gemoduleerd kunnen worden door andere factoren, (oestrogeen is een mogelijkheid). Ook: concepten zoals leptine-insensitiviteit [Ainslie DA et al. Estrogen deficiency causes central leptin insensitivity and increased hypothalamic neuropeptide Y. Int J Obes Relat Metab Disord (2001) 25: 1680-1688] dienen zorgvuldig te worden overwogen bij het onderzoeken van leptine en pijn. Toekomstige studies zouden factoren die bekend staan te interageren met leptine of zijn signalisering-mechanismen (ghreline, geslacht-hormonen, insuline & neuropeptide-Y) moeten onderzoeken.

Hoewel de statistische drempel niet werd bereikt, identificeerden we andere molekulen die mogelijks geassocieerd zijn met zelf-gerapporteerde pijn, inclusief IL-17F & eotaxine [een chemokine]. Hoewel het bespreken van de mogelijke rol hiervan bij pijn buiten de scope van dit artikel valt, merken we op dat IL-17 en eotaxine verhoogd bleken bij fibromyalgie-patiënten. [Pernambuco AP et al. Increased levels of IL-17A in patients with fibromyalgia. Clin Exp Rheumatol (2013) 31:S60-S63 /// Zhang Z et al. High plasma levels of MCP-1 and eotaxin provide evidence for an immunological basis of fibromyalgia. Exp Biol Med (2008) 233:1171-1180] Deze molekulen, en andere, zouden meer aandacht moeten krijgen in verdere studies. We waarschuwen echter dat deze bevindingen verkennend van aard zijn, dat er geen a priori hypothesen zijn en een zeer kleine groep individuen betreft.

Samengevat: we dragen bij aan de groeiende literatuur die een rol voor leptine bij acute en chronische pijn suggereert. Aangezien de waarden van gesecreteerd leptine substantieel hoger zijn bij vrouwen dan bij mannen, kan het helpen verklaren waarom vrouwen over het algemeen meer gevoelig zijn voor pijn dan mannen en meer de diagnose van een chronische pijn aandoening krijgen. Toekomstige research bij chronische pijn zou nieuwe doelwitten gebaseerd op leptine-mechanismen bij mensen kunnen verkennen. Leptine vertegenwoordigt één van vele fysiologische agentia die meerdere lichaam-systemen kunnen overbruggen en belangrijke aanwijzingen kunnen geven over hoe het best chronische pijn aan te pakken.

mei 1, 2016

De ‘cell danger response’

Filed under: Celbiologie — mewetenschap @ 6:57 am
Tags: , , , , ,

Prof. dr Robert K. Naviaux van de ‘University of California’ in San Diego is de stichter en co-directeur van het ‘Mitochondrial and Metabolic Disease Centre’ aldaar en voormalig voorzitter van de ‘Mitochondrial Medicine Society’; een pioneer op het gebied van mitochondriale research met een interesse voor immunologie.

Naviaux is lid van de ‘ME/CFS Scientific Advisory Board’ van de ‘Open Medicine Foundation’ (die research omtrent neuro-immune ziekten ondersteunt) geworden en er is een veelbelovend artikel (door sommigen aangekondigd als “truly spectacular … that will change the face of CFS-treatment”) van hem aangekondigd dat zou verschijnen in een belangrijk tijdschrift. Een reden om zijn hypothese van de ‘cell danger response’ (een model voor het begrijpen van chronische ziekte met als centraal kenmerk mitochondriale dysfunktie) alvast es onder de loep te nemen…

Het purinerge signalisering-mechanisme maakt gebruik van purinen en pyrimidinen (stikstof-basen waaruit nucleïnezuren zijn opgebouwd) als chemische ‘boodschappers’ en purinoceptoren (receptoren op het cel-oppervlak die ATP of ADP binden) als effectoren. Het is diep geworteld in evolutie en ontwikkeling, en is een centrale factor bij cel-communicatie. ATP en zijn afgeleiden funktioneren als een ‘gevaar-signaal’ bij de meest primitieve vormen van leven. Purinoceptoren zijn buitengewoon breed verspreid in alle cel-types en weefsels en ze zijn betrokken bij de regulering van een nog buitengewoner aantal biologische processen. Naast de snelle purinerge signalisering bij neurotransmissie, neuromodulatie en secretie, is er lange-termijn (trofische) purinerge signalisering met betrekking tot cel-proliferatie, differentiatie, beweeglijkheid en dood in de ontwikkeling en regeneratie van de meeste lichaam-systemen. Release van ATP door synapsen, axonen en glia aktiveren purinerge membraan-receptoren bekend als P2, die veelvuldig voorkomen in het centraal en perifeer zenuwstelsel (zie o.a. ‘Spier-metaboreceptoren’ & ‘Matige Inspanning verhoogt Expressie van Sensorische, Adrenerge en Immuun Genen bij CVS’).

————————-

Mitochondrion 16 (2014) 7-17

Metabolic features of the cell danger response

Robert K. Naviaux

The Mitochondrial and Metabolic Disease Centre, Departments of Medicine, Pediatrics & Pathology, University of California, San Diego School of Medicine, San Diego, CA, USA

Samenvatting

De ‘cell danger response’ (CDR) is de evolutionair bewaarde metabole respons die cellen beschermt en de gastheer van schade vrijwaart. Ze wordt getriggerd door chemische, fysieke of biologische bedreigingen die de cellulaire capaciteit voor homeostase overstijgen. De resulterende metabole wanverhouding tussen beschikbare redmiddelen en funktionele capaciteit veroorzaakt een waterval van veranderingen qua cellulaire elektronen-flow, zuurstof-verbruik, redox, membraan-fluïditeit, lipiden-dynamica, bio-energetica, toewijzing van koolstof- en zwavel-bronnen, proteïnen-opvouwing en -aggregatie, vitaminen-beschikbaarheid, metaal-homeostase, metabolisme van verscheidene bouwstenen en polymeer-vorming. De eerste golf gevaar-signalen omvat de afgifte van metabole tussen-produkten zoals ATP & ADP, intermediairen van de Krebs-cyclus, zuurstof en reaktieve zuurstof-soorten (ROS), en deze wordt ondersteund door purinerge signalisering. Nadat het gevaar werd geëlimineerd of geneutraliseerd, wordt een gechoreografeerde sequentie van anti-inflammatoire en regeneratieve mechanismen geaktiveerd om de CDR om te keren en te genezen. Wanneer de CDR abnormaal lang aanhoudt, wordt het lichamelijk metabolisme en het darm-microbioom verstoord, de gezamenlijke prestaties van meerdere orgaan-systemen beknot, het gedrag veranderd en het resultaat is chronische ziekte. De metabole herinnering van eerdere stresserende gebeurtenissen wordt opgeslagen onder de vorm van een gewijzigde inhoud qua mitochondriale en cellulaire macro-molekulen, wat resulteert in een toename qua funktionele reserve-capaciteit via een proces dat bekend staat als mitocellulaire hormese. [Mitochondrieën helpen cellen adapteren aan metabole stress uit het verleden via wijzigingen van de cellulaire reaktiviteit. Wanneer zowel mitochondriale als cellulaire mechanismen zich aanpassen, spreekt men van mitocellulaire hormese.] De systemische vorm van de CDR, en zijn uitvergrote vorm, de ‘purinergic life-threat response’ (PLTR), staan onder directe controle van aloude mechanismen in het brein die worden gecoördineerd in centra van de hersenstam. De chemo-sensorische integratie van het lichamelijk metabolisme gebeurt in de hersenstam en is een allereerste vereiste voor de normale cerebrale, motorische, vestibulaire, sensorische, sociale en spraak-ontwikkeling. Het begrijpen van de CDR laat ons toe oude concepten van pathogenese voor een brede waaier chronische, ontwikkelings-, auto-immune en degeneratieve aandoeningen in een ander kader te zien. Deze aandoeningen omvatten autisme-spectrum aandoeningen (ASD), ‘attention-deficit hyper-activity disorder’ (ADHD), astma, atopie, voedsel- (gluten) en chemische sensitiviteit syndromen, emfyseem, syndroom van Tourette, bipolaire stoornis, schizofrenie, post-traumatische stress aandoening (PTSD), chronische traumatische encefalopathie (CTE), traumatisch hersen-letsel (TBI), epilepsie, suïcidale gedachten, orgaan-transplant biologie, diabetes, nier-, lever- en hart-ziekte, kanker, Alzheimer’s en Parkinson’s, en auto-immune aandoeningen zoals lupus, Reumatoïde Artritis, Multipele Sclerose en primaire scleroserende cholangitis [chronische ontsteking van de galwegen].

1. Inleiding

Cellen beschikken over een beperkt aantal manieren om te reageren op een bedreiging. Een belangrijk gevolg daarvan is dat evolutionaire selektie gelijkaardige cellulaire responsen behoudt voor diverse bedreigingsvormen. De ‘cell danger response’ (CDR) is een evolutionair bewaarde cellulaire metabole respons die wordt geaktiveerd wanneer een cel een chemische, fysieke of microbiële bedreiging tegenkomt die de cel kan beschadigen of doden. Courante microbiële bedreigingen zijn virussen, bakterieën, schimmels en parasieten. Fysieke bedreigingen omvatten hitte, zout- of pH-shock, of UV of ioniserende straling. Chemische vormen van gevaar omvatten zware en spoor-metalen zoals lood, kwik, cadmium, arseen en nikkel, bepaalde elektrofiele aromatische chemicaliën zoals de weekmaker bisfenol-A, de chemische brand-vertragers zoals gebromeerde difenyl-ethers (BDEs), en bepaalde gehalogeneerde pesticiden zoals chlorpyrifos en DDT. Psychologisch trauma, bijzonderlijk tijdens de kindertijd, kunnen ook de ‘cell danger response’ aktiveren, chronische inflammatie veroorzaken en het risico op vele aandoeningen verhogen. Combinaties van deze factoren en vatbare genotypes [“genetische aanleg”] hebben synergistische effekten. De totale belasting van triggers wordt geïntegreerd door het metabolisme en reguleert de CDR. Mitochondrieën zijn geëvolueerd zodat ze al deze bedreigingen voelen naar gelang de geïnduceerde veranderingen qua elektronen-flow die beschikbaar is voor een normaal metabolisme. Dit overzicht zal focussen op de communicatie tussen mitochondrieën en de cel-kern, en tonen hoe vele mechanismen van extracellulaire, cel-cel communicatie uiteindelijk terug te brengen zijn tot het mitochondriaal metabolisme. De ‘cell danger response’ wordt gecoördineerd in de hersenen via chemosensorische integratie van het metabolisme van het ganse lichaam en het microbioom. Abnormale persistentie van de CDR leidt uiteindelijk tot wijzigingen qua orgaan-funktie en gedrag, en resulteert in chronische ziekte.

Kleine nutritionele molekulen en metabolieten zijn de eerste aanstokers van de CDR. Proteïnen, glycanen [glycatie = binding met suiker-molekulen], RNA, epigenetische en genetische veranderingen zijn essentieel maar secundair, en kunnen slechts worden begrepen met betrekking tot de eerste aanstokers in het metabolisme. Lezers die geïnteresseerd zijn in de met mitochondrieën geassocieerde proteïnen [Arnoult et al. Mitochondria in innate immunity. EMBO Rep. (2011) 12: 901-910], glycanen [Angata et al. Integrated approach toward the discovery of glyco-biomarkers of inflammation-related diseases. Ann. N. Y. Acad. Sci. (2012) 1253: 159-169], microRNAs, genetica en epigenetica [Knight JC. Genomic modulators of the immune response. Trends Genet. (2013) 29: 74-83] van de aangeboren immuniteit en inflammatie die betrokken zijn bij de CDR, worden verwezen naar overzichten aangaande deze onderwerpen.

2. Historische fundamenten

Het concept van de ‘cell danger response’ zoals beschreven in dit overzicht, is geëvolueerd vanuit een samenvloeiing van 6 stromingen die zich in relatieve isolatie van elkaar hebben ontwikkeld gedurende de voorbije 60 jaar. In het kort: 1) de erkenning dat overgeërfde aandoeningen in het purine- en pyrimidine-metabolisme afzonderlijke gedrag- en immunologische fenotypes opleveren die niet door hedendaagse concepten in de neurofarmacologie en immunologie kunnen worden verklaard, 2) de erkenning dat extracellulaire purinen en pyrimidines zoals ATP, ADP, UTP & UDP binden op alomtegenwoordige ion-kanalen en G-proteïne gekoppelde receptoren (GPCRs) om alles van neurotransmissie tot cortisol-produktie, inflammatie, chronische pijn signalisering en het autonoom zenuwstelsel te controleren, 3) de erkenning dat immunologische systemen zijn geëvolueerd niet om ‘zelf’ van ‘niet-zelf’ te onderscheiden, maar eerder te reageren op bedreigingen die resulteren in cellulaire beschadiging, 4) de erkenning uit het gebied van de virologie dat de meest adaptieve strategie een co-evolutionaire onderhandeling tussen virus en gastheer is, dat de voorafgaande blootstelling van de gastheer een groot deel van de pathologie van infektie bepaalt en dat bij bijna alle bestudeerde klassen dieren-virussen, er aanzienlijke genetische reserves besteed worden aan het targetten van het mitochondriaal “danger alarm system” van de gastheer, 5) de erkenning binnen het gebied van de mitochondriale geneeskunde dat extracellulaire nucleotiden uiteindelijk zijn terug te brengen tot mitochondrieën en dat één van de oudste funkties van mitochondrieën de cellulaire verdediging is – de detektie en de respons op cellulair gevaar als een fundamentele component van aangeboren immuniteit, en 6) het concept dat mensen en alle andere dieren ecosystemen van samenwerkende cellen zijn, en dat zelfs de meest complexe ecosystemen op aarde kunnen worden begrepen en weerbaarder worden gemaakt met aandacht voor de relevante drijvende krachten zoals habitat, beschikbaarheid van hulpbronnen, complementaire biodiversiteit, eliminatie van invasieve soorten en het recycleren en verwijderen van metabole eindprodukten.

2.1. Biochemische genetica

Biochemische genetica is een medische sub-specialiteit […] gewijd aan de zorg voor kinderen en volwassen met aangeboren metabole stoornissen sinds de jaren ‘60. [Een stukje geschiedenis…] Lesch-Nyhan Disease [X-chromosoom gebonden aandoening met jicht, enz.] en fosforibosyl-pyrofosfaat-synthase (PRPPS) super-aktiviteit syndroom [op autisme lijkend gedrag ten gevolgde een overgeërfde toename qua purine-synthese] resulteren in een sterke toename van de purine-biosynthese. De complexe gedrag- en immunologische syndromen ontstaan door overgeërfde defekten in het purine- en pyrimidine-metabolisme werden besproken [Micheli V. et al. Neurological disorders of purine and pyrimidine metabolism. Curr. Top Med. Chem. (2011) 11: 923-947 /// Nyhan WL. Disorders of purine and pyrimidine metabolism. Mol. Genet. Metab. (2005) 86: 25-33]. Hoewel het vastgesteld is dat purine- en pyrimidine-verstoringen tot deze syndromen leiden, bestaat er geen verenigende theorie om de ontwikkeling van deze complexe neuro-immuno-ontwikkeling aandoeningen te verklaren.

2.2. Purinerge signalisering

Purinerge signalisering kwam in de jaren ‘70 aan bod bij de beschrijving van non-adrenerge, non-cholinerge (NANC) signalisering [niet via adrenaline of acetylcholine] gemedieerd door de gestimuleerde release van ATP. Het skepticisme betreffende het feit dat extracellulair ATP een neurotransmitter kon zijn, was toen groot. Men vond uiteindelijk 19 verschillende purinerge receptoren die wijdverspreid zijn in elk neuraal en niet-neuraal weefsel in het lichaam. De rol van purinerge signalisering blijft uitbreiden naar zowat elk fundamentele cel-communicatie, stress-respons, autonoom, vestibulair [m.b.t. het evenwicht-systeem] en sensorisch mechanisme.

2.3. Immunologisch cel gevaar

In de vroege jaren ‘90 ontwikkelden onderzoekers het ‘cell danger’ model van tolerantie en immuun-reaktiviteit om te verklaren waarom doeltreffende adaptieve immuun-responsen het best worden opgezet bij ‘cell-danger’ en beschadiging. Deze gevaar-theorie voor immunologie heeft veel inzichten opgeleverd: van bijdragen tot tumor-immunologie, ‘graft-versus-host disease’ [complicaties van orgaan-transplantaties; de donor-cellen reageren tegen het lichaam van de patient], allergie, astma en adjuvanten.

2.4. Virologie

Sinds de polio-epidemieën van de jaren ‘50, hebben we geleerd dat de grote meerderheid van infekties de gastheer niet doden of permanent buiten gevecht stellen. In het geval van polio, ontwikkelt slechts 1 op 150 tot 1 op 1800 geïnfekteerde mensen verlamming-verschijnselen. Meer dan 99% van de poliovirus-infekties verlopen onopgemerkt of leiden tot beperkte infekties van de bovenste luchtwegen (‘verkoudheden’) of griep-achtige abdominale symptomen. Ondervoeding en de aangeboren immuniteit zijn belangrijke factoren die de waarschijnlijkheid bepalen dat blootstelling zal resulteren in verlamming. Darwin ging verder. Hij erkende dat velen van de inheemse bevolking werden geteisterd door ziekte die werd overgebracht door Europese ontdekkingsreizigers zonder klaarblijkelijke ziekte. De inheemsen hadden een aangeboren vatbaarheid voor ziekte die de Europeanen niet trof. […]

Het uitgebreid bestuderen van virale gen-strukturen sinds de jaren ‘90 heeft onthuld dat bijna elke klasse van dieren-virussen de machinerie in z’n genoom ingebouwd heeft om het mitochondriaal ‘danger alarm system’ te verijdelen, onderdrukken, neutraliseren of omzeilen. Dit genetisch inzicht heeft duidelijkheid gebracht omtrent de rol van mitochondrieën bij antivirale signalisering en cellulaire verdediging. In dit overzicht wordt de rol van mitochondrieën bij de initiatie en het bestendigen van de ‘cell danger response’ in de context geplaatst van gecoördineerde wijzigingen in het metabolisme van de cel en het lichaam, die samen leiden tot veranderingen in neurale ontwikkeling & gedrag, en chronische ziekte.

Gedurende vele jaren was de behandeling van aangeboren fouten in de mitochondriale oxidatieve fosforylatie gericht op het proberen herstellen van de cellulaire ATP-produktie, met beperkt succes. De gist-geneticus, biochemist en mitochondriaal bioloog Dr. Anthony Linnane zei ooit: “Als we intellectueel eerlijk zijn, moeten we de oude ideëen achterwege laten en zoeken naar nieuwe paradigma’s om de oorzaak van symptomen van een ziekte te verklaren als we een rationeel ontworpen therapie testen bij de patiënten met de ziekte, wanneer dit herhaaldelijk mislukt.” Mitochondrieën bevinden zich in de naaf van het wiel van het metabolisme, met 1.500 proteïnen die op maat gemaakt zijn om te voldoen aan de noden van elk verschillend cel-type en meer dan 500 verschillende chemische reakties van het metabolisme katalyseren. De connectie tussen neurodegeneratieve episoden en infektie bij mitochondriale ziekte werd erkend. Met de ontdekking dat mitochondrieën de frontlinie van de cellulaire verdediging en aangeboren immuniteit vertegenwoordigen, begint men deze connectie tussen neurologische achteruitgang en infektie te begrijpen. Uiteindelijk zijn alle gefosforyleerde nucleotiden van de cel terug te brengen naar reakties in de mitochondrieën. Dit maakt dat mitochondrieën fundamentele bronnen van nucleotiden voor purinerge signalisering zijn.

2.6. Ecologie en geneeskunde

Zelfs de meest complexe ecosysteem-dynamiek kan worden begrepen als een funktie van een set van aandrijvende variabelen die de fysieke habitat, hulpbronnen, complementaire biodiversiteit, verstorende biodiversiteit (invasieve soorten), en de recyclage en verwijdering van metabole eindprodukten omvatten. Metabolisme, en het funktioneren en de ontwikkeling van het lichaam, kunnen worden beschouwd als een complex web van onderling verbonden en van elkaar afhankelijke mechanismen die veranderen volgens een geordend patroon vanaf de bevruchting tot op oudere leeftijd. Ecologen focussen op de identificatie van aandrijvende factoren, variabelen die de toestand van een ecosysteem kunnen veranderen, de veerkracht ervan kunnen bewaren of de opvolging kunnen sturen. Aandrijvende factoren zijn bepaalde fysieke, chemische of biologische entiteiten die wanneer ze een kleine beetje veranderen, grote veranderingen geven in de interaktie en de prestaties van het ecosysteem als geheel. Bijvoorbeeld: factoren zoals zonlicht, temperatuur van de oceaan, pH, CO2 en concentratie opgelost zuurstof leiden tot dramatische veranderingen in de gezondheid van koraal-rif ecosystemen.

Als we de analyse-schaal reduceren tot het niveau van de cel, worden de chemische details belangrijker en de tijd-constanten van de respons korter (jaren voor ecosystemen op aarde, seconden tot maanden voor het metabolisme). Fysieke habitats zijn vervat in complementaire micro-habitats in elk orgaan, zoals van elkaar afhankelijke strukturen in het brein. Soorten worden gedifferentieerde cel-types in weefsels die complementaire en onderling afhankelijke metabolismen ontwikkelen. Binnen een cel zijn gespecialiseerde proteïnen en enzymen georganiseerd in complementaire en onderling afhankelijke compartimenten en micro-habitats – organellen genaamd – en ‘trofische lagen’ in een netwerk. Deze intracellulaire trofische lagen maken het onderscheid tussen proteïnen nodig voor het recycleren van voedingstoffen en proteïnen vereist voor de synthese van secundaire metabolieten en polymeren – grotere strukturen opgebouwd uit kleinere bouwstenen. De hulpbronnen in de cel zijn de chemische bouwstenen van proteïnen, vetten, koolhydraten en nucleïnezuren. Algemener: de verkeer-stromen van de hulpbronnen en elektronen binnen een cel bepalen de gezondheid-toestand, alarm of ziekte.

Wat zijn de toestand-variabelen in het metabolisme? In het metabolisme zijn pH, CO2 en zuurstof ook belangrijke variabelen. Metabole tussenprodukten zoals alfa-ketoglutaraat (AKG), en co-factoren en vitaminen zijn echter ook variabelen. Tekorten aan vitamine-C veroorzaken defekten in het collageen- en neurotransmitter-metabolisme (scheurbuik). Tekorten aan thiamine veroorzaken defekten in het glucose-, pyruvaat- en aminozuur-metabolisme (Beriberi & Wernicke-Korsakoff syndroom). Andere aandrijvende factoren en variabelen in het metabolisme zullen worden ontdekt via systematische toepassing van gevorderde massa-spectrometrie en metaboloom-methoden bij elke complexe ziekte-toestand, voor en na succesvolle behandeling.

In de ecologie kan een ecosysteem om vele redenen falen of ongezond worden. Het gebied van de restoratie-ecologie houdt zich bezig met het identificeren van de heersende dynamieken van het complex systeem en met de identificatie van de afzonderlijke factoren die kunnen worden gemodificeerd om gezondheid en veerkracht van het systeem te herstellen. Hetzelfde is waar voor de geneeskunde. Een belangrijke aansturende variabele bij de controle van chronische inflammatie en de ‘ cell danger response’ is purinerge signalisering.

3. De ‘cell danger response’

Wanneer ATP-synthese, nucleotide-metabolisme en purinerge signalisering worden verstoord, wordt een gecoördineerde set cellulaire respons getriggerd die evolueerde tot het helpen van cellen zich te verdedigen tegen een microbiële aanval of fysieke beschadiging. Er werden veel namen gegeven aan de elementen van deze ‘cell danger response’ (CDR) […]. De CDR omvat de endoplasmatisch reticulum (ER) stress-respons [Het endoplasmatisch reticulum is het cel-organel waar de lipiden-synthese, proteïnen-vouwing en -maturatie gebeurt.], de ongevouwen proteïne respons [een signaal-transductie systeem dat wordt geaktiveerd door ER-stress, wanneer proteïnen-vouwing in het ER wordt verstoord], de mitochondriaal ongevouwen proteïne respons [Tijdens ontwikkeling en cel-differentiatie wordt er voor gezorgd dat mitochondriale biogenese voldoet aan de fysiologische behoeften. Bij verstoring van mitochondriale aktiviteiten treden signalisering-mechanismen in werking. De ‘mitochondrial unfolded-protein response’ (UPRmt) monitort de import van mitochondriale proteïnen om de cel toe te laten de mitochondriale werking te evalueren, de proteïnen-synthese aan te passen en mitochondriale autofagie te bevorderen.], de ‘heat-shock’ proteïnen respons, de geïntegreerde cel-stress respons [ISR, een signalisering-mechanisme dat reageert op verscheidene stressoren door het aktiveren van een gemeenschappelijke set genen], de oxidatieve stres respons [Lushchak VI. Adaptive response to oxidative stress: bacteria, fungi, plants and animals. Comp. Biochem. Physiol. C Toxicol. Pharmacol. (2010) 153: 175-190.], de oxidatieve beschermende respons [Naviaux RK. Oxidative shielding or oxidative stress? J. Pharmacol. Exp. Ther. (2012) 342: 608-618], aangeboren immuniteit [West AP et al. Mitochondria in innate immune responses. Nat. Rev. Immunol. (2011) 11, 389-402] en inflammatie [Zhou R et al. A role for mitochondria in NLRP3 inflammasome activation. Nature (2011) 469, 221-225]. Deze kunnen worden gezien als een geünificeerde en funktioneel gecoördineerde respons door de CDR te beschouwen op basis van z’n meest fundamentele en oudste rol; het verbeteren van cel- en gastheer-overleving na een virale aanval. De acute CDR geeft minstens 8 funktionele veranderingen: 1) het verschuift het cellulair metabolisme van de netto polymeren-synthese naar monomeren-synthese om het kapen en gebruiken van cellulaire bronnen door intracellulaire pathogenen te voorkomen, 2) het doet de celmembranen stijver worden en begrenst een schade-gebied om verspreiding van pathogenen te beperken, 3) het geeft antivirale en antimicrobiële chemische stoffen af in het milieu rond de cel, 4) het verhoogt autofagie en mitochondriale splitsing om intracellulaire pathogenen te verwijderen, 5) het verandert DNA-methylatie en histonen-modificatie om gen-expressie te wijzigen, 6) het mobiliseert endogene retrovirussen en andere beweeglijke genetische elementen zoals de ‘long interspersed nuclear elements’ (LINEs) om genetische variatie te bevorderen, 7) het waarschuwt naburige cellen en afgelegen effector-cellen voor het gevaar, en 8) het wijzigt het gedrag van de gastheer om de verspreiding van de infektie naar verwanten te vermijden en slaap-patronen om de genezing te vergemakkelijken.

3.1. Oude en and triggers voor de CDR

In voorhistorische tijden waren de enige cellen die hun DNA konden overdragen naar de volgende generatie, de cellen die succesvol infektie door virussen en andere microbiële pathogenen, en blootstelling aan een brede waaier aan chemische en fysieke krachten die toen vaste waarden waren, konden overleven. Cellen van toen synthetiseerden ATP en andere nucleotiden voor velerlei metabole funkties naast RNA- & DNA-synthese. De concentratie van ATP binnenin een cel is gewoonlijk ca. 1-5 mM – bijna een miljoen keer meer dan in het extracellulair milieu (< 5-10 nM).Wanneer een cel beschadigd of gelyseerd werd door een virus, werden ATP en andere nucleotiden en metabolieten afgegeven in de omgeving, wat een heldere chemische “vuurpijl” waarschuwing voor het gevaar en de aanwezigheid van een pathogeen voor andere cellen gaf.

Vooraleer een cel kapot gaat of gelyseerd wordt, ‘voelen’ mitochondrieën in een geïnfekteerde (eukaryote) cel de aanwezigheid van een binnendringende microbe via de detektie van het wegleiden van elektronen (o.v.v. NADH & NADPH) en koolstof naar de virale biogenese (aanmaken van viraal RNA, proteïnen en DNA uit de bouwstenen aanwezig in de gastheer-cel). Deze “elektronen-diefstal” wordt gedetekteerd als een daling van het voltage of afname qua elektronen-flow beschikbaar in de cel voor oxidatieve fosforylatie in mitochondrieën. De metabole consequenties zijn bijna onmiddellijk. Mitochondrieën verminderen snel hun zuurstof-verbruik, wat gekoppeld is met de elektronen-flow. De concentratie opgeloste zuurstof in de cel begint te stijgen omdat mitochondrieën de zuurstof-‘gootsteen’ in elke eukaryote cel zijn. Dit maakt de cellulaire redox-chemie meer oxiderend. Sterk oxiderende omgevingen inhiberen sterk de assemblage van monomere bouwstenen naar polymeren, en doen de efficiënte van de RNA-, proteïnen- & DNA-synthese door het infekterend virus snel verminderen. Oxiderende omstandigheden resulteren ook in de oxidatie van zwavel naar methionine, en thiolen [verbindingen met een SHgroep] zoals cysteïne, homocysteïne en glutathion, en het demonteren van ijzer-zwavel clusters in menig enzyme-systeem, en verminderen de beschikbaarheid van het thiol van coenzyme-A dat essentieel is voor het intermediair metabolisme [speelt een rol bij de synthese en oxidatie van vetzuren, en de oxidatie van pyruvaat in de Krebs-cyclus].

Het vermogen van mitochondrieën om de elektronen-flow en de zwavel-oxidatie te monitoren, maakt ze bij uitstek geschikt als veralgemeende ‘cell danger alarms’. Hun snel metabolisme maakt van mitochondrieën de “kanaries in de koolmijn” voor de cel. Elk spore- of zwaar metaal dat werkt als een elektrofiel of sulfurofiel in de cel, zal een mitochondriale respons triggeren die gelijkaardig is met die van een virale infektie, omdat metal-elektrofielen en replicerende pathogenen elektronen wegleiden en verbruiken. Zo werden er sinds 1850 ook een groot aantal molekulen gesynthetiseerd (kleurstoffen, pesticiden, medicijnen en industriële chemicaliën). […] Deze moderne chemische stoffen […] zijn zeer elektrofiel en zullen aanleiding geven tot elektronen-‘diefstal’ in de cel, die ook de CDR kan aktiveren. De CDR is een algemene maar sterk geëvolueerde respons die dikwijls meer specifieke molekulaire effekten – die voorkomen wanneer een synthetische molekule bindt op een receptor of in competitie treedt met en de normale metabole of hormoon-signalisering verstoort – compliceert. Mengelingen van chemische en biologische bedreigingen kunnen synergistische effekten hebben, en de totale belasting van de gevaar-triggers kan de grootte-orde en de vorm van de CDR beïnvloeden. Wanneer een gevaar wordt gedetekteerd, gaan mitochondrieën het cellulair metabolisme veranderen om de cel tegen verder letsel te helpen beschermen. Dit wordt bewerkstelligd door verstijving van de celmembranen, aktivatie van de produktie van reaktieve zuurstof-soorten (ROS), en veranderingen in veel verschillende mechanismen in het intermediair metabolisme die het effekt hebben pathogeen-replicatie en de verspreiding van het gevaar te beperken. Deze mechanismen zijn immatuur bij pasgeborenen en opgroeiende kinderen, wat leidt tot effekten die niet beperkt blijven tot inflammatie en aangeboren immuniteit in perifere weefsels, maar ook de neuronale ontwikkeling kunnen wijzigen en het risico op andere chronische kinderziekten kunnen vergroten.

3.2. Zomer- en winter-metabolisme

De seizoen-variatie van het metabolisme kan in context geplaatst worden door de evolutionaire krachten die op onze voorouders hebben ingewerkt, in overweging te nemen. Seizoensveranderingen in calorieën-beschikbaarheid waren de regel. De zomer was een tijd van overvloed, door een omgeving die calorieën in overvloed bood, en die werden geoogst via lichamelijke inspanning. Dat was een natuurlijke periode voor cel-groei, waar bouwstenen werden gepolymeriseerd om nieuwe cellen aan te maken en de biomassa te vergroten. Lichamelijke inspanning verzekerde dat de bijgekomen biomassa funktioneel doeltreffend was. De belangrijkste brandstof-sensor in de cel tijdens de zomer is mTOR (‘mammalian target of rapamycin’). mTOR faciliteert de proteïne-synthese en de groei via nieuwe materialen opgenomen uit de omgeving. mTOR inhibeert de interne recyclage van gebruikte of beschadigde cellulaire hulpbronnen via autofagie [strikt geregeld proces waarbij de cel eigen cel-produkten verteert in de zogenaamde lysomen; maakt deel uit van normale cel-groei, ontwikkeling en homeostase, en helpt het evenwicht behouden tussen synthese, afbraak en recyclage van cellulaire produkten]. De mechanismen die worden ondersteund door mTOR hebben 2 gezichten. In cellen die kunnen delen, bevordert mTOR snelle groei (polymeren-synthese), zonder inflammatie. Gebruikte of beschadigde proteïnen, lipiden, glycanen, RNA en DNA worden verdund door nieuwe synthese uit verse bouwstenen verkregen uit de rijke zomer-ecosystemen. In gedifferentieerde cellen die de overtollige calorieën niet kunnen kwijtraken zonder hypertrofie, resulteert de mTOR-overmaat in de accumulatie van oude en beschadigde macro-molekulen zoals geoxideerde of geaggregeerde proteïnen, en geeft chronische inflammatie – oxiderende omstandigheden die werken als een rem op de onverbiddelijke accumulatie van intracellulaire polymeren zoals lipiden, proteïnen, glycogeen en nucleïnezuren.

De winter was een tijd van calorie-beperking en een tijd waar de gedurende de zomer en herfst opgeslagen hulpbronnen met grote efficiënte dienden te worden aangewend als men overleving wilde verzekeren. De belangrijkste brandstof-sensor in de winter is AMPK (‘AMP-activated protein-kinase’). AMPK optimaliseert de energie-efficiëntie en stimuleert de recyclage van cellulaire materialen bij autofagie. Deze cyclus verloopt in mindere mate ‘s nachts en bij vasten. De mechanismen die geaktiveerd worden door AMPK ondersteunen regeneratie en zijn anti-inflammatoir omdat ze beschadigde proteïnen, lipiden, glycanen, RNA en DNA afbreken. AMPK faciliteert de her-synthese van deze macro-molekulen via nieuw gesynthetiseerde monomeren en ververste bouwstenen. Monomeren- en polymeren-synthese zijn in evenwicht tijdens de winter. Voor 1980 was het meeste voeding-onderzoek bij mensen gefocust op aandoeningen door deficiëntie. Na 1980 werd veel van de voeding-research bij mensen gericht op aandoeningen met calorie-overmaat. Veel van de genen die bleken te beschermen tegen leeftijd-gerelateerde ziekten zoals diabetes, kanker en hart-ziekte zijn “winter-genen” gecoördineerd door AMPK, terwijl de “zomer-genen” gecoördineerd door mTOR leiden tot chronische ziekte en inflammatie – indien gecombineerd met een overmaat aan calorieën en fysieke inaktiviteit. Technologische vooruitgang en landbouw op industriële schaal zijn een tweesnijdend zwaard voor de gezondheid voor de wereldbevolking. Veel ontwikkelde landen ervaren tegenwoordig een “eindeloze zomer” met beschikbaarheid van calorieën, verminderde lichamelijke inspanning en een afwezigheid van de historische norm van winterse calorie-restrictie. Dit heeft geleid tot moderne epidemieën van obesitas bij zowel volwassen als kinderen, en tot een aangroeiende stroom van chronische ziekten die te herleiden zijn tot cellulaire inflammatie.

4. Metabole kenmerken van de CDR

Hier illustreren we 21 vertakking-punten in het metabolisme die normaliter overhellen in de richting van “gezonde ontwikkeling”, reducerende condities, polymeren-synthese en vernieuwing. Wanneer een cel echter geïnfekteerd is door een virus of ander microbieel pathogeen, verschuift het metabolisme naar aangeboren immuniteit, inflammatie, oxiderende condities en monomeren-synthese om het pathogeen te verhinderen om te parasiteren en zichzelf te vermenigvuldigen door polymeren te assembleren. Wanneer de veranderingen optreden in de context van cel-deling en de distributie van geaccumuleerde biomassa naar dochter-cellen tijdens groei, dan wordt inflammatie vermeden tenzij gepaard gaand met significante cel-schade. Problemen ontstaan wanneer deze omstandigheden worden geaktiveerd in post-mitotische weefsels [bestaande uit cellen die niet meer delen] die over een beperkte groei-capaciteit beschikken. […]

4.1. Mitochondrieën

Mitochondrieën fragmenteren onder de omstandigheden van CDR […].Wanneer cellen beschadigd raken en mitochondriale proteïnen vrijkomen in de extracellulaire ruimte, kunnen bepaalde mitochondriale proteïnen inflammatie stimuleren […]. Extracellulair mitochondriaal DNA aktiveert de aangeboren immuniteit via de TLR9-receptor en wordt afgegeven tijdens infektie door eosinofielen, als een antimicrobieel net [Yousefi S et al. Catapult-like release of mitochondrial DNA by eosinophils contributes to antibacterial defense. Nat. Med. (2008) 14: 949-953].

4.2. Zuurstof

Wanneer het mitochondriaal zuurstof-verbruikt daalt, stijgt het opgelost cytoplasmisch zuurstof en aktiveert de aanmaak van ROS […]. Verhoogd opgelost zuurstof, super-oxide en waterstof-peroxide aktiveert meerdere proteïnen, o.a. de centrale inflammatoire regulator NF-κB […]. […]

4.3. ATP

Purinerge signalisering nucleotiden zoals ATP, ADP, UTP & UDP worden in verhoogde hoeveelheden afgegeven door cellen onder stress en aktiveren inflammatie. Cellen moeten kapot of gelyseerd zijn om de afgifte van ATP, andere nucleotiden en metabolieten te verhogen. ATP is een activator van NLRP3-inflammasoom assemblage [Riteau N et al. ATP release and purinergic signaling: a common pathway for particle-mediated inflammasome activation. Cell Death Dis. (2012) 3: e403.]. Purinerge signalisering via ATP stimuleert cortisol-synthese en -afgifte door de bijnierschors […].

4.4. Cysteïne & zwavel

Het zwavel-metabolisme verbruikt glutathion bij ontgifting-reakties in de lever en cysteïne wordt omgezet naar H2S, taurine en sulfaat. Ter compensatie zorgt de verhoogde plasma oxidatie-toestand van de CDR voor de oxidatie van cysteïne naar cystine […]

4.5. Vitamine-D

[…] Het vitamine-D metabolisme wordt significant gewijzigd door de CDR. 1α-hydroxylase (een mitochondriaal enzyme) is nodig om 25-hydroxyvitamine-D om te zetten in hormonaal aktief 1,25-dihydroxyvitamine-D. Een ander mitochondriaal enzyme, 24α-hydroxylase (verhoogd bij ‘cell-danger’) inaktiveert vitamine-D; daling van aktief vitamine-D verhoogt inflammatie maar ook het risico op het ontwikkelen van auto-antilichamen […].

4.6. Folaat & B12-metabolisme

Het metabolisme van foliumzuur en vitamine-B12 is nauwe verbonden met mitochondriale funktie, zwavel-metabolisme, nucleotide-synthese, en DNA- en histoon-methylatie. [histoon-proteïnen = kleine eiwitten met een hoog aantal positief geladen aminozuren die aan negatief geladen DNA binden; een nucleosoom is een complex van DNA en histoon-eiwitten dat de gen-expressie regelt] […] Eén van de B12-afhankelijke enzymen, methionine-synthase (MS) […] synthetiseert methionine uit homocysteïne. Methionine kan worden gebruikt om proteïne-synthese te initiëren of als voorloper voor S-adenosyl-methionine (SAM). […] Bij CDR wordt SAM preferentieel aangewend ter ondersteuning van de afgifte van ROS en antivirale/antimicrobiële stoffen. Dit verlaagt de beschikbaarheid van SAM voor DNA-methylatie. […]

4.7. SAM

SAM is een universele methyl-donor voor de methylatie van DNA, histonen en neurotransmitters. […] Binnendringende pathogenen kunnen zich SAM toe-eigenen als methyl-donor voor de maturatie van pathogene mRNAs. S-adenosyl-homocysteïne (SAH) is een krachtige inhibitor van door SAM gemedieerde methylatie-reakties. Door de daling van de SAM/SAH-ratio, zorgt de CDR verder voor een intracellulair milieu dat ongunstig is voor replicatie van pathogenen. […]

4.8. Ornithine

[…] Bij aktivatie van de CDR, wordt ornithine gedecarboxyleerd door het enzyme ornithine-decarboxylase (ODC) […]. Aanhoudende aktivatie van ODC kan bijdragen tot verhoogde inflammatie en de ontwikkeling van auto-antilichamen […].

4.9. Histidine

Acute aktivatie van de CDR stimuleert het enzyme histidine-decarboxylase dat histamine oplevert. Histamine is een krachtige vasodilator […] en is ook cruciaal voor de werking van mest-cellen en eosinofielen […].

4.10. Arginine

Arginine is een substraat van stikstof-oxide-synthase voor de vorming van stikstof-oxide (NO; een krachtige inhibitor van mitochondriaal cytochrome-c-coxidase (complex-IV). […]

4.11. Haem

Haem is een onderdeel van hemoglobine in rode bloedcellen maar ook een belangrijke groep in mitochondriale cytochromen van complex-II, -III & -IV. Bij aktivatie van de CDR wordt haem vrijgegeven voor beschadigde cellen. In de extracellulaire ruimte wordt haem gemetaboliseerd tot koolstof-monoxide (CO) […]. CO is ook een krachtige inhibitor van het mitochondriaal complex-IV. […]

4.12. Fosfolipiden

De membranen van alle eukaryote cellen zijn grotendeels samengesteld uit fosfolipiden. […] Bij CDR, wordt het cel-membraan stijver door de vervanging van poly-onverzadigde lipiden door langere, meer verzadigde lipiden. […] Dit geeft een effekt op purinerge signalisering bij de opstart van de CDR.

4.13. Tryptofaan

[…] Tryptofaan kan worden omgezet naar serotonine en melatonine door tryptofaan-hydroxylase, of naar kynureninezuur, quinolinezuur, niacine en pyridine-nucleotiden (NAD+, NADP+) via indolamine-2,3-dioxygenase (IDO). […] Omzetting van tryptofaan door darm-microben kan ook resulteren in kynureninezuur [zie ‘Kynurenine mechanisme hypothese] dat bepaalde funkties van de aangeboren immuniteit stimuleert […].

4.14. Lysine

De antivirale CDR wordt sterk gereguleerd door de post-translationele toestand van lysine op histonen en immune effector-proteïnen zoals het dubbel-strengig RNA-bindend proteïne ‘retinoic acid inducible gene 1’ RIG1 en de mitochondriale antivirale sensor (MAVS). […]

4.15. Cholesterol

[…] Het plasma-membraan van vele eukaryote cellen bestaat uit bijna 50 mol% on-veresterd cholesterol, dat de ruimte tussen de membranen vult […] om fosfolipiden te helpen oplosbaar maken. […]

4.16. Vitamine-B6

Lage plasma-concentraties van het aktief metaboliet van vitamine-B6, pyridoxal 5’-fosfaat (PLP) zijn een courant kenmerk van inflammatie en de CDR . […] Lage systemische waarden PLP […] onderhouden een aktieve CDR.

4.17. Arachidonaten

Cellen die bijzonder veel mitochondrieën hebben (brein, zenuwen en epitheliale cellen) zijn ook rijk aan plasmalogenen [type fosfolipiden], die arachidonzuur […] bevatten. Dit is een geprefereerd substraat zijn […] voor de afgifte van arachidonaten [poly-onverzadigde vetzuren] (voorlopers voor prostaglandine, leukotrieen) en synthese van andere inflammatoire lipiden tijdens een aktieve CDR.

4.18. Sfingosine

[onderdeel van sfingomyeline, één van de belangrijkste lipiden in de dubbele fosfolipiden-laag] Meerdere intracellulaire pathogenen hebben mechanismen ontwikkeld om de synthese en translocatie van sfingosine-1-fosfaat (S1P [signalisering-sfingolipide]) te inhiberen of zijn afbraak te stimuleren in mitochondrieën. […] S1P werkt de immunomodulerende effekten van kynurenine tegen […].

4.19. Ceramide

Ceramide [lipide-molekule in het celmembraan] is de voorloper van GM1 ganglioside [van belang bij neuronale plasticiteit en herstel-mechanismen], sfingosine & S1P. Het vereist mitochondrieën voor de synthese en richt zich op mitochondrieën onder omstandigheden die leiden tot cel-dood. […]

4.20. Metalen

Een normaal metabolisme is afhankelijk van Mg2+, Ca2+, Fe2+, Cu+, Zn2+, Mn2+, Mo4+, Se2+ & Co2+ die interageren met nucleotiden en andere metabolieten, en met proteïnen […]. Andere metalen zoals Pb, Hg, As, V, Ni, Al, Cd, Ce & Cr zijn toxisch. […] Wanneer de CDR wordt geaktiveerd, […] kunnen toxische hoeveelheden spore- en zware metalen zich opstapelen […]. […] Er kan een toestand ontstaan die bekend staat on der de naam pseudohypoxie waarbij […] de 3-dimensionele struktuur van de gereduceerde vorm van een proteïne de voorkeur krijgt bij normale zuurstof-concentraties […]. Daarnaast zijn er de specifieke neurotoxische effekten […]. Wanneer het funktioneel vitamine-D gedaald is door een chronisch aktieve CDR, kan sub-klinisch verlies van magnesium via de nieren optreden.

4.21. Darm-microbioom

Een gezond metabolisme werkt als een overleving-machine die de optimale chemische condities berekent […]. Wanneer men bloed of urine collecteert, verzamelt men eigenlijk het collectief metabolisme van het microbioom van de gastheer. Dit metabolisme controleert ook de epigenetische modificatie van DNA in somatische cellen die langdurige veranderingen qua gen-expressie creëeren [Naviaux RK. Mitochondrial control of epigenetics. Cancer Biol. Ther. (2008) 7: 1191-1193]. […] Het volwassen menselijk lichaam bestaat uit ca. 1014 menselijke cellen en 1015 bakteriële cellen die als levend schild werken om ons te helpen beschermen tegen pathogenen en ons gezond houden. Ongeveer 99% van ons microbioom bevindt zich in de darmen. […] Er zijn 3.000 tot 30.000 soorten bakterieën en andere organismen in ons darm-microbioom met een genetische complexiteit van ca. 4,5 × 1011 Gb – ongeveer 150 keer meer genetische informatie dan het menselijk genoom. Dit bewijst dat de metabole diversiteit in het darm-microbioom dat van de mens ver overstijgt.

De samenstelling en werking van het microbioom wordt best gezien als een ecosysteem dat continu wordt gevormd door ontwikkeling-geschiedenis, dieet, gezondheid en aktiviteit van de gastheer. […] Wanneer de gastheer ziek is, is het microbioom ook ziek. De chronische aktivatie van de CDR wijzigt de fysieke omgeving van de darm en de beschikbaarheid van hulpbronnen onder de vorm van voedingstoffen. […] Het herstellen van een ziek microbioom is niet zo eenvoudig als het terug toevoegen van ontbrekende of ondervertegenwoordigde soorten. Zowel de fysieke leef-omgeving in de darm als de toegeleverde hulpbronnen uit de voeding moeten op een duurzame manier worden gewijzigd om een blijvende verandering in het complex microbieel ecosysteem te bewerkstelligen.

5. Oplossen van de CDR

Eens het gevaar is uitgeschakeld of geneutraliseerd, gebeuren er natuurlijkerwijs 2 zaken. Ten eerste: er wordt een gechoreografeerde sequentie van anti-inflammatoire en regeneratieve mechanismen geaktiveerd die de verloren cellen helpt vervangen en de normale werking van organen help herstellen. Daarna wordt een metabool geheugen van de blootstelling die leidde tot de CDR opgeslagen (op een gelijkaardige manier als de manier waarop de hersenen herinneringen opslaan), onder de vorm van duurzame veranderingen qua mitochondriale biomassa, en cellulaire proteïnen, lipiden en andere macromolekulen, cel-struktuur, en gen-expressie via somatische epigenetische modificaties. Dit metabool geheugen wordt ook mitocellulaire hormese genoemd. Onder omstandigheden bepaald door een mix van gastheer-genotype, en de aard, ontwikkeling-stadium, grootte-orde en frequentie van blootstelling, kan er een dysfunktionele vorm van de CDR blijven bestaan die leidt tot chronische ziekte. Omdat de CDR initieel adaptief en gecoördineerd wordt door de nauwe samenwerking van mitochondrieën en de cel, maar onaangepast wordt eens het gevaar is geweken, kan hiernaar worden verwezen als “anarcho-adaptive mitocellular dysfunction”.

6. Implicaties voor ziekte en samenvatting

Wanneer de CDR niet opgelost geraakt, resulteert dit in chronische ziekte. In het eerste trimester is de hersenstam verantwoordelijk voor de chemo-sensorische integratie van of lichamelijk metabolisme en de neuronale ontwikkeling. Na de geboorte kan het traject van normale ontwikkeling gewijzigd worden als de CDR en z’n begeleidende metabole veranderingen aanhouden. Enkele ziekten die het resultaat kunnen zijn van een pathologische persistentie van de CDR omvatten: autisme-spectrum aandoeningen (ASD), ‘attention-deficit hyper-activity disorder’ (ADHD), voedsel-allergieën, astma, atopie, emfyseem, syndroom van Tourette, bipolaire aandoening, schizofrenie, post-traumatische stress aandoening (PTSD), traumatisch hersen-letsel (TBI), chronische traumatische encefalopathie (CTE), zelfmoord-gedachten, ischemisch hersen-letsel, ruggemerg-letsel, diabetes, nier-, lever- & hart-ziekte, kanker, Alzheimer’s & Parkinson’s, en auto-immune aandoeningen zoals lupus, Reumatoïde Artritis, Multipele Sclerose en primaire scleroserende cholangitis. Pathologische persistentie van de CDR kan voorkomen nadat het veroorzakend agens weg is. Dit kan het resultaat zijn van hormese en metabool geheugen, somatische epigenetische veranderingen of beide. Purinerge signalisering lijkt een belangrijke rol te spelen bij het bestendigen van de veelzijdige metabole kenmerken van de CDR. Deze observatie leidde tot de succesvolle correctie van alle 16 multi-systeem, autisme-achtige kenmerken in een klassiek dieren-model voor ASD d.m.v. anti-purinerge therapie (APT) [de niet-selektieve purinerge antagonist suramine (competitieve inhibitor van de purinerge signalisering); lees: Naviaux RK et al. Antipurinergic therapy corrects the autism-like features in the poly(IC) mouse model. PLoS One (2013) 8: e57380].

De hierboven vermelde chronische CDR aandoeningen leidden tot abnormaliteiten in een brede waaier aan weefsels en cel-types. Het genotype en gezondheid van de gastheer, en het ontwikkeling-stadium en de aard van de blootstelling bepalen het risico op het wikkelen van een bepaalde ziekte. In veel gevallen lijkt een mix van ‘cell danger’ blootstellingen noodzakelijk. Wanneer de abnormaliteiten later de kindertijd of in de adolescentie ontstaan, en niet lang genoeg blijven aanhouden om strukturele abnormaliteiten te geven, bestaat de kans dat veel aandoeningen waarvan nu wordt gedacht dat ze statisch, onomkeerbaar of zelfs degeneratief zijn en slecht op behandeling reageren, eigenlijk dynamische toestanden zijn die goed reageren op anti-CDR behandelingen. Veel van de hierboven vernoemde aandoeningen bleken reeds te reageren op APT in dieren-modellen [bv. suramine voor M.S., R.A., enz.; A438079 voor epilepsie; P2X3-15h voor chronische pijn]. Een belangrijke waarschuwing bij APT is: als de fysieke, chemische of biologische trigger van de CDR niet werd geëlimineerd of geneutraliseerd, hebben behandelingen ontworpen om een persistente CDR te inhiberen, gemengde effekten. Bijvoorbeeld: als de CDR een respons is op perinatale blootstelling aan brand-vertragers maar die werden niet uit de leef-ruimte van het aangetast kind verwijderd, dan kan APT schade veroorzaken.

Elk van de metabole kenmerken van de CDR kan individueel worden aangepakt met specifieke behandelingen, of meer algemeen met een combinatie van supplementen, dieet- en aktiviteit-wijzigingen, of met adaptogeen-therapieën [Panossian A, Wikman G. Evidence-based efficacy of adaptogens in fatigue and molecular mechanisms related to their stress-protective activity. Curr. Clin. Pharmacol. (2009) 4: 198-219]. Aangezien de CDR echter een funktionele respons lijkt te zijn die wordt gecoördineerd via purinerge signalisering, kan men zich een nieuw hoofdstuk betreffende complexe ziekte-therapeutica indenken waarbij de farmacologie van purinerge antagonisten wordt uitgebreid, natuurlijke produkten worden gezocht en nieuwe anti-inflammatoire medicijnen worden ontwikkeld die op een selektieve manier één of meerdere van de 19 bekende klassen van purinerge receptoren aanpakken.

————————-

In ‘Gen-expressie factor analyse differentieert FM, CVS & depressie’ hadden Prof. Alan Light en z’n collega’s het al over de betrokkenheid van purinerge ion-kanaal genen bij M.E.(cvs). Lees ook: ‘Differences in metabolite-detecting, adrenergic and immune gene expression after moderate exercise in patients with Chronic Fatigue Syndrome, patients with Multiple Sclerosis and healthy controls.’ in Psychosom Med. (2012) 74: 46-54. Er werd ook gesuggereerd dat purinerge receptoren bij M.E.(cvs)-patiënten reageren op ATP-molekulen afkomstig van gestresseerde cellen…

Ook dr Donald Staines en medewerkers (Bond University, Queensland, Australië) opperden reeds (Bulletin of the IACFS/ME (2010) 18: 7-30) de mogelijkheid dat verstoringen van de purinerge signalisering een pathomechanisme voor M.E.(cvs) kunnen zijn (met betrokkenheid van dysfunktie van gliale cellen, ontregeling van of neuronale transmissie en neuro-inflammatie).

De zoektocht naar nieuwe stoffen die de purinerge respons blokkeren lijkt aan de orde. Er zijn een aantal natuurlijke en farmacologische middelen beschikbaar maar of die op hun eentje voor ‘genezing’ kunnen zorgen is nog maar de vraag. Sommige kunnen slechts voor een paar maanden of met tussenpozen worden ingenomen. Nieuwere anti-purinerge geneesmiddelen zouden dus welkom zijn…

Blog op WordPress.com.