M.E.(cvs)-wetenschap

oktober 27, 2017

Fibromyalgie en microgliaal TNF-α

Filed under: Celbiologie — mewetenschap @ 7:05 am
Tags: , , , , , , , ,

Microglia – we hebben het op deze pagina’s al veelvuldig over dit specifiek type of brein-immuuncellen (de “macrofagen van het CZS”) gehad. Een Japanese groep researchers ontwikkelde een techniek om deze aan te maken uit witte bloedcellen uit het bloed zodat ze hun cellulaire eigenschappen bij ziekte kunnen onderzoeken. Ze rapporteren hier over initieel werk dat ze deden bij fibromylagie (niet hetzelfde als M.E.(cvs) maar zoals men weet overlappend).

Wellicht kunnen deze resultaten aanwijzingen geven voor verder onderzoek bij M.E(cvs)…

De met deze technologie gecreëerde microglia van fibromyalgie-patiënten blijken hyper-responsief voor ATP (‘energie-molekule’ maar ook neurotransmitter met een effekt op o.a. microglia) te zijn en meer van het pro-inflammatoir cytokine TNF-α tot expressie te brengen en af te geven (d.w.z. dat ze naburige cellen beïnvloeden). Dit cytokine was ook gelinkt met (subjectieve) pijn en er was een negatief verband met levenskwaliteit. De vraag blijft of de respons op ATP specifiek is voor deze aandoening… Anderzijds werd al gerapporteerd dat een ontoereikende adenosine-trifosfaat (ATP) produktie verband kan houden met de pathofysiologie van M.E.(cvs) door een inadequate ATP-generatie via oxidatieve fosforylatie (zie bv. ‘Oxidatieve fosforylatie na herhaalde inspanning bij CVS’ en ‘Verstoorde werking van pyruvaat-dehydrogenase bij M.E.(cvs)’)

Lees (o.a.) ook ‘Gliale aktivatoren: doelwit voor de behandeling van centrale sensitisatie (chronische pijn)?’.

————————-

Sci Rep. (2017) 7: 11882

Fibromyalgia and microglial TNF-α: Translational research using human blood induced microglia-like cells

Ohgidani M1, Kato TA2, Hosoi M3, Tsuda M4, Hayakawa K1, Hayaki C5, Iwaki R3, Sagata N1, Hashimoto R6, Inoue K4, Sudo N3,5, Kanba S1

1 Department of Neuropsychiatry, Graduate School of Medical Sciences, Kyushu University, Maidashi 3-1-1, Higashi-ku, Fukuoka, 812-8582, Japan

2 Department of Neuropsychiatry, Graduate School of Medical Sciences, Kyushu University, Maidashi 3-1-1, Higashi-ku, Fukuoka, 812-8582, Japan

3 Department of Psychosomatic Medicine, Kyushu University Hospital, Maidashi 3-1-1, Higashi-ku, Fukuoka, 812-8582, Japan

4 Department of Life Innovation, Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Kyushu University, Maidashi 3-1-1, Higashi-ku, Fukuoka, 812-8582, Japan

5 Department of Psychosomatic Medicine, Graduate School of Medical Sciences, Kyushu University, Maidashi 3-1-1, Higashi-ku, Fukuoka, 812-8582, Japan

6 Research Centre for Children’s Mental Development, United Graduate School of Child Development, Osaka University, Yamadaoka 1-1, Suita, Osaka, 565-0871, Japan

Samenvatting

Fibromyalgie is een hardnekkige ziekte die wordt gekenmerkt door chronische oncontroleerbare pijn en psychologisch lijden, en waarvan de oorzaak nog niet werd opgehelderd omwille van de complexe pathologie. Aktivatie van immuun-cellen in de hersenen – microglia genaamd – heeft de aandacht getrokken als een potentieel onderliggend pathologisch mechanisme bij chronische pijn. Technologische en ethische bezwaren hebben echter het vermogen om research met menselijke microglia uit te voeren beperkt. Om deze beperking te overwinnen, hebben we een techniek ontwikkeld om menselijke ‘induced microglia-like’ (iMG) [geïnduceerde mircroglia-achtige] cellen te creëren vertrekkende van menselijke perifeer bloed monocyten. In deze studie creëerden we iMG-cellen van 14 patiënten met fibromyalgie en 10 gezonde individuen, en vergeleken de aktivatie van iMG-cellen tussen de 2 groepen op cellulair niveau. De expressie van tumor necrose factor (TNF)-α was qua mRNA- en proteïne-waarden significant verhoogd in ATP-gestimuleerde iMG-cellen van patiënten met fibromyalgie in vergelijking met cellen van gezonde individuen. Interessant: er was een matige correlatie tussen ATP-geïnduceerde upregulering van de TNF-α expressie en klinische parameters van subjectieve pijn en andere mentale manifestaties van fibromyalgie. Deze bevindingen suggereren dat microglia van patiënten met fibromyalgie hypersensitief zijn voor ATP. TNF-α van microglia kunnen een sleutel-factor zijn die aan de basis ligt van de complexe pathologie van fibromyalgie.

Rapport

Fibromyalgie, een vorm van niet-organische pijn, is een chronische ziekte die ernstige systemische pijn met psychologisch lijden veroorzaakt, resulterend in funktie-beperkingen en een verminderde levenskwaliteit. Het klinisch beeld werd sinds lang gedocumenteerd; toch blijft fibromyalgie tot op heden een hardnekkige ziekte met ongekende etiologie. In een klinische studie die gebruik maakte van fMRI vertoonden patiënten met fibromyalgie hyper-responsiviteit op stimuli t.o.v. gezonde deelnemers. Daarnaast suggereren rapporten dat neuro-inflammatie veroorzaakt door immuun-cellen en inflammatoire cytokinen gerelateerd is met de pathofysiologie van fibromyalgie. Er werd gesuggereerd dat fibromyalgie wordt veroorzaakt door ingewikkelde bio-psycho-sociale factoren met het centraal zenuwstelsel (CZS) als de pathologische basis.

Microglia zijn immuun-cellen in het CZS en zijn gekend voor hun inflammatoire funkties via de afgifte van pro-inflammatoire cytokinen zoals as tumor necrose factor (TNF)-α en interleukine (IL)-1β. Op basis van studies bij knaagdieren rapporteerden we over de abnormaliteiten van microglia als pathologicshe basis van chronische pijn [Tsuda M et al. P2X(4) receptors induced in spinal microglia gate tactile allodynia after nerve injury. Nature. (2003) 424: 778-783 /// Masuda T. et al. Transcription factor IRF5 drives P2X4R(+)-reactive microglia gating neuropathic pain. Nat Commun. (2014) 5: 3771]. Deze knaagdieren-studies wezen op de over-aktivatie van microgliale cellen bij patiënten met chronische pijn, klinische molekulaire gegevens ontbreken echter omwille van ethische en technische kwesties. Zodoende zijn technieken ter ontwikkeling van menselijke microglia-achtige cellen uit niet-hersen weefsels gerechtvaardigd. Er werd gerapporteerd over een techniek om microglia-achtige cellen te induceren uit menselijke pluripotente [die kunnen uitgroeien tot bijna alle celtypes] stamcellen (iPS). De iPS-technologie maakt cel-gebaseerde testen mogelijk in gebieden zoals de embryologie, de farmacologie en de regeneratieve geneeskunde; de iPS-technologie heeft echter enkele beperkingen wat betreft het modelleren van niet-genetische ziekten en vereist veel tijd en uitgaven. Anderzijds hebben we een nieuwe techniek ontwikkeld om microglia-achtige (iMG) cellen te induceren direct uit menselijk perifeer bloed (monocyten) door gebruik te maken van de 2 cytokinen IL-34 en ‘granulocyte macrophage colony stimulating factor’ (GM-CSF) [fungeert als een groeifactor voor witte bloed-cellen, stimuleert stamcellen tot vorming van granulocyten/monocyten], binnen de 2 weken en zonder enige gen-modificiaties. Vergeleken met de iPS-cellen is onze iMG-techniek eenvoudiger en heeft de voordelen van tijd- en kosten-beheersing. Een andere verdienste is dat we iMG-cellen kunnen produceren zonder enige gen-modificatie. Er is vers bloed vereist om iMG-cells te produceren en we kunnen de iMG-cellen nu nog niet stockeren, wat een belangrijke beperking is. We hebben reeds abnormaliteiten bevestigd qua cellulaire responsen van iMG-cellen van patiënten met ziekte van Nasu-Hakola [zeldzame erfelijke aandoening met neurodegeneratie die leidt tot dementie en vroegtijdige dood], wat een gekende primaire microglia ziekte is. Verder hebben we de gen-expressie patronen geanalyseerd van iMG-cellen in de manische en depressieve fase van patiënten met bipolaire aandoeningen, en onthulden fase-afhankelijke microgliale experessie-patronen. Gen-expressie analyse door een andere research-groep legde bloot dat iMG-cellen de meeste gelijkaardige kenmerken vertonen met primaire menselijke microglia in vergelijking met andere cel-types zoals onsterfelijk gemaakte menselijke microglia en menselijke macrofagen. Onze eerdere studies en dit rapport suggereren sterk dat de iMG-techniek een krachtig instrument is voor het analyseren van dynamische molekulaire pathofysiologieën van microglia, niet enkel bij genetische ziekten maar ook niet-organische ziekten (inclusief fibromyalgie en meerdere psychiatrische aandoeningen).

Hier creëerden we iMG-cellen van gezonde vrijwilligers als controle-groep (HC) en patiënten met fibromyalgie [1990 ‘American College of Rheumatology’ klassificatie-criteria; duur van de pijn = 87 (59-146) maand] om de hypothese te testen dat microglia hyperaktief zijn in patiënten met fibromyalgie.

Het is geweten dat extracellulair ATP als een neurotransmitter en/of neuromodulator funktioneert in het CZS en verscheidene fysiologische funkties van microglia moduleert [Illes P, Ribeiro JA. Molecular physiology of P2 receptors in the central nervous system. Eur J Pharmacol. (2004) 483: 5-17]. We rapporteerden eerder een verband tussen chronische pijn en ATP in dieren-modellen [zie Tsuda M et al. hierboven] en ATP bleek geïmpliceerd in het chronische pijn mechanisme [Milligan ED, Watkins LR. Pathological and protective roles of glia in chronic pain. Nat Rev Neurosci. (2009) 10: 23-36]. We vergeleken door ATP uitgelokte responsen in iMG-cellen van gezonde vrijwilligers en patiënten met fibromyalgie. De gen-expressie van TNF-α was significant hoger in iMG-cellen van patiënten met fibromyalgie. Daarnaast bleken de TNF-α proteïne-waarden ook significant hoger in het cultuur-supernatant van iMG-cellen van patiënten met fibromyalgie. In tegenstelling daarmee waren er geen statistisch significante verschillen qua gen-expressie van IL-1β. De proteïne-waarden van IL-1β waren echter significant hoger in het cultuur-supernatant van iMG-cellen van patiënten met fibromyalgie. Daarnaast waren er geen significante verschillen tussen de 2 groepen qua secretie van de pro-inflammatoire cytokinen IL-6 en IL-8, en van het anti-inflammatoir cytokine IL-10. Op basaal niveau lag de TNF-α gen-expressie significant lager in iMG-cellen van patiënten met fibromyalgie. Anderzijds waren er geen significante verschillen qua fagocytische aktiviteit, en gen-expressie van TNF-α en IL-1β tijdens fagocytose [in de hier gebruikte test nemen de cellen latex-parels (als ‘vreemd’ lichaam) op] tussen gezonde vrijwilligers en patiënten met fibromyalgie. Deze resultaten suggereren dat microglia van patiënten met fibromyalgie hyper-responsief zijn voor ATP-stimulatie, wat kan resulteren in verhoogde afgifte van TNF-α in het CZS.

We voerden verder correlationele analyses uit tussen TNF-α gen-expressie in ATP-gestimuleerde iMG-cellen en verscheidene klinische parameters, inclusief de pijn-graad. We vonden een matig positieve correlatie tussen TNF-α expressie en subjectieve pijn-intensiteit [Visuele Analoge Schaal; FM: 79,1 ± 18,2 vs. controle: 5,6 ± 8,8]. De pijn-intensiteit [FM: 7,2 ± 1,7 vs. controle: 0,5 ± 0,8] en pijn-interferentie [‘BPI Interference Scale’; bepaalt de mate waarop pijn interfereert met aktiviteiten, stemming en slaap; FM: 7,1 ± 2,3 vs. controle: 0,3 ± 0,8] waren ook matig positief gecorreleerd met de TNF-α expressie. Fibromyalgie is een ziekte die dikwijls co-morbide is met psychiatrische aandoeningen. In het bijzonder werd een verband tussen fibromyalgie en psychiatrische symptomen zoals depressie en angst gerapporteerd. Hier tonen we een matig positieve correlatie tussen TNF-α expressie en ernst van angst en depressie. In tegenstelling daarmee was IL-1β niet significant gecorreleerd met eender welke klinische score. Anderzijds werd een matig negatieve correlatie geobserveerd tussen TNF-α expressie en levenskwaliteit. Deze bevindingen suggereren de mogelijkheid dat de ernst van de subjectieve pijn, psychiatrische symptomen (depressie en angst) en levenskwaliteit bij patiënten met fibromyalgie gecontroleerd wordt door de waarden van microglia TNF-α. Inderdaad: studies met knaagdieren hebben getoond dat TNF-α een belangrijke factor bij neuropathische pijn is en we toonden eerder aan dat TNF-α pijn-gerelateerd gedrag opwekt wanneer het wordt toegediend in de hersenen van ratten. TNF-α wordt ook beschouwd als een belangrijke factor in psychiatrische aandoeningen zoals depressie. Daarnaast wordt gesuggereerd dat modulatie van microgliaal TNF-α één van de therapeutische doelwitten is bij psychiatrische aandoeningen [Kato TA et al. Neurotransmitters, psychotropic drugs and microglia: clinical implications for psychiatry. Current medicinal chemistry. (2013) 20: 331-344 /// Sato-Kasai M et al. Aripiprazole inhibits polyI: C-induced microglial activation possibly via TRPM7. Schizophr Res. (2016) 178: 35-43]. Fibromyalgie is dikwijls co-morbide met psychiatrische aandoeningen (in het bijzonder depressie) omwille van de gedeelde pathologische karakteristieken.

Dit is de eerste studie die abnormale aktivatie van microglia bij fibromyalgie op cellulair niveau bij mensen suggereert. De huidige gegevens geven een positief verband aan tussen microgliale abnormaliteiten en klinische symptomen van fibromyalgie. Interessant is dat iMG-cellen van fibromyalgie-patiënten hyper-responsiviteit voor extracellulair ATP en verhogingen qua pro-inflammatoir cytokine TNF-α vertonen. IL-1β is een belangrijk pro-inflammatoir cytokine in het proces van microgliale aktivatie via inflammasoom-signalisering [inflammasomen = multi-proteïne molekulaire complexen die een brede waaier aan pathogenen ‘voelen’ en een rol spelen bij de inflammatoire respons]. In de huidige studie is de gen-expressie van IL-1β (mRNA) onveranderd, terwijl de proteïne-concentratie van IL-1β in het supernatant gestegen is. Deze gegevens suggereren dat microgliaal IL-1β geaktiveerd wordt in eerdere stadia vergeleken met TNF-α. Gelijkaardig met iMG-cellen was de TNF-α expressie versterkt door ATP-stimulatie in uit PBMC afgeleide macrofagen. Daarom zou ‘t kunnen dat de versterkte TNF-α expressie door iMG-cellen van patiënten door ATP misschien niet specifiek is voor iMG-cellen. Er dient verder onderzoek te worden uitgevoerd om de responsen op ATP tussen iMG-cellen en uit PBMC afgeleide macrofagen te vergelijken. Anderzijds werd gerapporteerd dat fractalkine ([chemokine] CX3CL1) betrokken is bij chronische pijn [zie ‘Systemische inflammatie & neuro-inflammatie bij fibromyalgie] alsook ATP. Het zou dus kunnen dat niet enkel ATP maar ook fractalkine iMG-cellen moduleren. Er zijn verdere studies nodig om op te helderen hoe fractalkine iMG-cellen moduleert bij patiënten met fibromyalgie. Daarnaast dient verdere research op te helderen of inflammasoom-gerelateerde molekulen zoals IL-18 en oppervlakte-expressie van HLA-DR, CD80 en CD86 worden gemoduleerd in iMG-cellen van patiënten met fibromyalgie. Van bijzonder belang is dat statistisch matige correlaties worden gezien tussen ATP-geïnduceerde TNF-α expressie en meerdere subjectieve parameters van pijn, depressie, angst en levenskwaliteit. Tot besluit: microgliaal TNF-α kan een mogelijke belangrijke modulerende factor zijn bij fibromyalgie en er is research nodig om een nieuw diagnostisch systeem en therapeutische strategieën aangaande fibromyalgie vast te stellen. We konden het oorzaak/effekt via het huidig studie-ontwerp niet bekrachtigen, dus zijn er prospectieve studies nodig. Bijvoorbeeld: het met verloop van tijd testen, bij verschillende pijn-gradaties in dezelfde patient, kan onthullen of iMG-analyse kan worden gebruikt als een instrument voor de beoordeling van de ernst van de pijn. We geloven dat de iMG-technolgie een nieuw licht werpt op de dynamische molekulaire pathologieën van microglia en op het ontwikkelen van objectieve meet-instrumenten bij een waaier van niet-organische [“zonder lichamelijke oorzaak”] hersen-ziekten [Jammer dat de auteurs deze gedateerde term gebruiken. Het verwijst naar “funktionele” of “psychogene” neurologische aandoeningen waarbij de neurologische symptomen te wijten zouden zijn aan een psychologische dysfunktie i.p.v. een onderliggend neurologisch probleem. Dit is voorbijgestreefd: de consensus is/zou moeten zijn dat non-organische aandoeningen niet onafhankelijk zijn van hersen-processen of brein-funktie.], en verdere studies zijn gerechtvaardigd.

Advertenties

oktober 14, 2017

PEA verhoogt de aktiviteit van microglia als doeltreffende beschermers van het brein

Filed under: Behandeling — mewetenschap @ 6:52 am
Tags: , , , ,

We hadden ‘t op deze paginas reeds over PEA (palmitoylethanolamide) – ziePalmitoylethanolamide, een natuurlijk middel tegen neuropathische pijn– als mogelijk analgeticum tegen neuropathische (zenuw-) pijn. Veel onderzoek daaromtrent is er nog niet op het gebied van M.E.(cvs). Voor fibromyalgie lijkt  het blijkbaar wel ingeburgerd in sommige landen (Nederland, Italië). Een mede-patient signaleert ons dat het ook in de pijnkliniek van het UZ Gent soms wordt aanbevolen. We bekeken de relevante literatuur en geven hier enkele stukken mee uit een artikel waar melding wordt gemaakt van z’n aktiviteit als immunomodulator met effekt op microglia. Het artikel gaat eigenlijk over de bescherming van de hersenen tegen infekties. We benadrukken hier de stukken betreffende PEA en laten de referenties naar onderzoekwerk aangaande de research naar brein-infekties (vooral dieren-modellen) voor wat het is… Deze lichaam-eigen stof zou bij M.E.(cvs) ook wel es van nut kunnen zijn naar pijn en inflammatie toe (via z’n effekt op microgliale cellen). Research!!??

Voor meer info over ‘glia’: geef de term in op onze zoek-robot.

————————-

Front Cell Neurosci (2014) 22: 138

Strategies to increase the activity of microglia as efficient protectors of the brain against infections

Nau R1, Ribes S2, Djukic M1, Eiffert H3

1 Department of Neuropathology, University Medical Centre Göttingen Göttingen, Germany; Department of Geriatrics, Evangelisches Krankenhaus Göttingen-Weende Göttingen, Germany

2 Department of Neuropathology, University Medical Centre Göttingen Göttingen, Germany

3 Department of Clinical Microbiology, University Medical Centre Göttingen Göttingen, Germany

Samenvatting

Bij gezonde individuen zijn infekties van het centraal zenuwstelsel (CZS) betrekkelijk zeldzaam. Op basis van het vermogen microgliale cellen om pathogenen te fagocyteren en te doden, en op klinische bevindingen in immuun-gecomprommiteerde patiënten met CZS-infekties, hypothiseren we dat een intacte microgliale funktie cruciaal is om het brein te beschermen tegen infekties. Fagocytose van pathogenen door microgliale cellen kan worden gestimuleerd door agonisten van receptoren van het aangeboren immuunsysteem. Versterking van dit mechanisme om de weerstand van de hersenen tegen infekties te verhogen, houdt het risico in van de inductie van collaterale schade van het zenuw-weefsel. De diversiteit van microgliale cellen opent wegen om sub-populaties verantwoordelijk voor de verdediging tegen pathogenen selektief te stimuleren, zonder de stimulatie van sub-populaties die verantwoordelijk zijn voor collaterale beschadiging van het zenuw-weefsel. Palmitoylethanolamide (PEA), een endogeen lipide, verhoogt fagocytose van bakterieën door microgliale cellen in vitro zonder een meetbaar pro-inflammatoir effekt. Het werd klinisch getest klaarblijkelijk zonder ernstige bijwerkingen. Glatiramer-acetaat verhoogde fagocytose van latex-parels door microglia en monocyten, en dimethyl-fumaraat versterkte de eliminatie van HIV uit geïnfekteerde macrofagen zonder een inductie van de afgifte van pro-inflammatoire stoffen. Daarom lijkt de ontdekking van molekulen die de eliminatie van pathogenen stimuleren zonder collaterale schade aan neuronale strukturen een haalbaar doel. PEA en, zonder beperkingen, glatiramer-acetaat en dimethyl-fumaraat lijken veelbelovende kandidaten.

INLEIDING

[…]

We hypothiseren dat het binnendringen van een pathogeen in het CZS waarschijnlijk niet ongewoon is. Toch worden, in een immunocompetente gastheer, de grote meerderheid aan pathogenen (die mogelijkerwijs het hersen-weefsel bereiken) ofwel geëlimineerd of gecontroleerd in een latente vorm door de immuuncellen van de het hersen-parenchym [funktioneel orgaan-weefsel], m.n. de microgliale cellen.

De immune verdediging van het CZS wordt vergeleken met een middeleeuws kasteel. De bloed/hersenen- en bloed/CSV- [cerebrospinaal vocht] barrières dienen als de buitenmuren. De slotgracht wordt vertegenwoordigd door de CSV-ruimte. De tweede muur wordt vertegenwoordigd door de glia limitans [membraan op de hersenschors dat de migratie van cellen en grote molekulen uit het bloed naar het CZS voorkomt] en residente macrofagen. Binnenin het kasteel (het CZS parenchym) verblijft de ‘koninlijke familie’ van sensitieve neuronen beschermd door (micro)gliale cellen. Er werd bewijs gevonden voor beschermende en herstellende funkties van microgliale cellen in het CZS bij verscheidene neurologische ziekten (Alzheimer’s, beroerte, excitotoxisch hersen-letsel). Men begint de gunstige aspecten van de immuun-respons in het zenuwstelsel te appreciëren en hun potentieel als farmacologische doelwitten wordt verkend. […].

[…] Microglia zijn de meest overvloedige immuun-cellen van het CZS. In hun ‘rust’-toestand, overzien ze continu hun omgeving via zeer mobiele processen. Microglia zijn geen “beruchte schurken die op de loer liggen” in het CZS die er op uit zijn neuronen bij elke gelegenheid te schaden. […] Ze spelen een belangrijke rol bij het elimineren (of minstens controleren van de replicatie) van pathogenen die de hersenen en het ruggemerg zijn binnengedrongen ondanks de ‘vestingwerken’ rondom het zenuw-weefsel.

Bij gezonde individuen vertrouwt de bescherming van het CZS tegen infekties op de integriteit van de bloed/CSV- en bloed/hersenen-barrières, en op de resident fagocyten, in het bijzonder microgliale cellen, en perivasculaire [rond de bloedvaten gelegen] en meningeale [meninges = hersenvliezen] macrofagen.

PATHOFYSIOLOGISCHE ASPECTEN VAN ACUTE OF CHRONISCHE CZS INFEKTIES

[…]

WEERSTAND VAN HET GEZONDE BREIN TEGEN INFEKTIES

[…] Aangezien circulerende leukocyten over het algemeen meerdere uren nodig hebben om naar de centrale zenuw-compartimenten te migreren, is het vermogen van de gastheer om binnengedrongen pathogenen te elimineren in de eerste uren afhankelijk van de plaatselijke immuun-defensie, t.t.z. de aktiviteit van microgliale cellen.

[…]

Microglia maken bij zoogdieren deel uit van het aangeboren immuunsysteem en brengen ‘pattern-recognition receptors’ (PRRs) [patroon-herkeninning receptoren; herkennen molekulaire patronen die tot expressie zijn gekomen bij binnendringende pathogenen] tot expressie die cruciaal zijn voor de herkenning van pathogenen. [bv. ‘Toll-like receptoren’ (TLRs; receptoren op het oppervlak van leukocyten), dienen als PRRs die verschillende microbe-strukturen, de zgn. ‘pathogen-associated molecular patterns (PAMPs)’ herkennen]. […]

De weerstand van het CZS van gezonde individuen tegen infektie […] berust op het vermogen van microgliale cellen en residente macrofagen om pathogenen te fagocyteren en te doden, wat wordt versterkt door de communicatie met circulerende immuun-cellen.

MICROGLIA KUNNEN WORDEN GESTIMULEERD OM BAKTERIEËN EN SCHIMMELS TE FAGOCYTEREN EN TE DODEN

[…] De toename van fagocytose door stimulatie van microgliale cellen via agonisten van receptoren van het aangeboren immuunsysteem gaat gepaard met een afgifte van NO en pro-inflammatoire cytokinen.

[…]

Microglia kunnen worden gestimuleerd door verschillende stoffen om pathogenen in vitro te fagocyteren en te doden. Preliminaire gegevens suggereren dat de toediening van deze molekulen ook de weerstand van het brein tegen infekties kan verhogen. Deze benadering kan echter het risico op de inductie van collaterale schade aan het zenuw-weefsel betekenen.

MICROGLIALE CYTO- EN CHEMOKINE RELEASE HANGT AF VAN DE PRO-INFLAMMATOIRE STIMULUS EN DE SUBGROEP VAN GEAKTIVEERDE MICROGLIALE CELLEN

De microgliale respons na contact met produkten van infektueuze agentia of hun synthetische analogen is niet uniform. […] In vitro en in vivo is de synthese van TNFα geen gemeenschappelijk kenmerk van alle microglia, maar beperkt tot een specifieke subgroep. […]

[…] De verdeling van de subgroepen cellen die cyto- en chemokinen afgeven dient nog te worden bepaald. Onze gegevens tonen echter aan dat data microgliale cellen niet uniform reageren op infektueuze stimuli, maar in staat zijn een genuanceerde reaktie op te zetten.

[…] Voor de immuun-respons van microgliale cellen lijkt het ook van belang welke TLR en welke co-receptor(en) worden gestimuleerd.

Anders dan eerst werd gedacht, toont steeds meer bewijsmateriaal de diversiteit van microgliale cellen. Dit opent de weg naar selektieve stimulatie van sub-populaties die verantwoordelijk zijn voor de verdediging tegen pathogenen zonder stimulatie van sub-populaties die verantwoordelijk zijn voor collaterale beschadiging van het zenuw-weefsel.

DE EFFICIËNTIE VAN MICROGLIA OM CZS-INFEKTIES TE VOORKOMEN HANGT AF VAN SAMENWERKING MET CIRCULERENDE IMMUUN-CELLEN

Microglia en CZS-macrofagen communiceren via meerdere mechanismen met circulerende bloed-cellen: (a) de bi-directionele passage van circulerende cytokinen of pro-inflammatoire pathogeen-molekulen door lekken in de bloed-hersen-barrière […], (b) de aktivatie van endotheliale cellen en perivasculaire macrofagen […], (c) via de nervus vagus. […]

De beschermende werking van microglia tegen infekties hangt sterk af van de communicatie met circulerende granulocyten en monocyten in de eerste uren, vooraleer circulerende leukocyten de hersenen en het CSV binnenkomen. Daarom dragen immunosuppressieve maatregelen die alle of specifieke subgroepen circulerende leukocyten beïnvloeden, waarschijnlijk het risico om ook de microgliale funktie aan te tasten door het verstoren van deze communicatie.

FAGOCYTOSE EN HET DODEN VAN PATHOGENEN DOOR MICROGLIA VEREIST NIET NOODZAKELIJK DE AFGIFTE VAN STIKSTOF-OXIDE OF CYTOKINEN

[…]

Momenteel is het onduidelijk of alle microgliale cellen of slechts een fraktie betrokken bij de fagocytose en inaktivatie van pathogenen. […] Het is aannemelijk dat een subgroep microgliale cellen fagocytische aktiviteit heeft tegen pathogenen. Selektieve stimulatie van de aktiviteit van de subgroep(en) microgliale cellen die pathonenen fagocyteren, lijkt een haalbaar doel voor toekomstige research.

Aangezien de afgifte van NO waarschijnlijk de hoofd-oorzaak is van collaterale schade aan zenuw-weefsel na microgliale aktivatie, is de bevinding dat de eliminatie van pathogenen niet noodzakelijk afhankelijk is van de afgifte van NO bemoedigend voor de zoektocht naar stimulanten die de pathogenen helpen opruimen zonder schade aan het zenuw-weefsel te induceren.

BEHANDELING MET ANTIBIOTICA: REDUCEREN VAN DE AFGIFTE VAN PRO-INFLAMMATOIRE MOLEKULEN OM OVERMATIGE MICROGLIALE AKTIVATIE TE VOORKOMEN

[…] Microgliale cellen gestimuleerd door bakteriële stoffen kunnen neuronen doden in vitro. Reductie van de hoeveelheid pro-inflammatoire/toxische pathogenen-produkten voorkomt over-stimulatie van residente en migrerende immuun-cellen, inclusief microglia, en beschermt het zenuw-weefsel. Daarom blijkt het wenselijk tijdens infektie en behandeling de concentraties pro-inflammatoure produkten van pathogenen laag te houden in het CZS. […]

In de klinische praktijk, hangt een gunstige uitkomst af van het snel opstarten van antibiotica-behandeling. Hoewel veel antibiotica die gewoonlijk worden gebruikt […] lyse van de bakterieën veroorzaken en daaropvolgend release van pro-inflammatorire of cytotoxische molekulen, stopt een snelle antibiotica-behandeling de bakteriële replicatie en de aanmaak van deze stoffen in het CZS. […]

[…]

De reductie van potentieel schadelijke pathogenen-molekulen door een snelle initiatie van een doeltreffende antibiotia-therapie of het kiezen van stoffen die geen grote hoeveelheden pathogenen-produkten afgeven is een beloftevolle strategie ter bescherming tegen over-stimulatie van microgliale cellen en het verminderen van neuronaal letsel.

PLEIOTROPE MOLEKULEN DIE DE MICROGLIALE FUNKTIE INHIBEREN

[pleiotroop = met meerdere effekten op verschillende cel-soorten of verschillende biologische funkties beïnvloedend]

De rol van corticosteroïden bij infekties van het CZS is al tientallen jaren het onderwerp van discussie.

Dexamethason inhibeert de afgifte van TNFα en IL-1β door microglia na blootstelling aan LPS [lipopolysacchariden; aktiveren het immuunsysteem] in vitro. Na toediening van dexamethason werden uitgesproken effekten op de transcriptie gezien in microglia […]. De meerderheid van de genen is gerelateerd met de immuun-funktie. […] Dexamethason reduceerde de densiteit van de cellen dramatisch en vele kregen een rond uitzicht. Microglia behandeld met corticosteroïden vertonen een verminderde migratie-capaciteit […]. Of corticosteroïden ook fagocytose en intracellulaire inaktivatie van pathogenen door microglia inhiberen, dient te worden onderzocht.

[…]

Cytostatica [geneesmiddelen die deling van cellen stoppen] (bv. cyclofosfamide) werken op een waaier aan prolifererende cellen en als immunosuppressiva remmen ze waarschijnlijk ook de proliferatie en werking van microgliale cellen. […]

Het langdurig gebruik van pleiotrope stoffen die de microgliale funktie beïnvloeden, verhoogt het risico op CZS-infekties. […] Corticosteroïden en andere pleiotrope immunosuppressiva zijn wellicht geen ideale agentia voor dit doel omdat ze het vermogen van microglia aantasten om pathogenen op te ruimen. […]

MOLEKULEN DIE FAGOCYTOSE DOOR MICROGLIALE CELLEN STIMULEREN ZONDER EEN INFLAMMATOIRE REAKTIE TE INDUCEREN

Palmitoylethanolamide (PEA) is klein endogeen lipide dat wijdverspreid aanwezig is in cellen, waaronder microglia, weefsels en lichaamsvochten. Het heeft analgetische, anticonvulsieve, neuroprotectieve, antipyretische en anti-inflammatoire eigenschappen. De werking ervan hangt voornamelijk af van de ‘peroxisome proliferator-activated’ receptor (PPAR)α [PPARs, peroxisoom proliferator geaktiveerde receptoren, zijn een groep receptor-eiwitten in de cel-kern die als transcriptie-factoren de expressie van bepaalde genen reguleren] maar het is ook een ligand van de ‘transient receptor potential vanilloid’ (TRPV1 [ionkanaal dat tot expressie komt in nociceptieve neuronen]) en de ‘orphan G-protein coupled receptor GPR55’ [vermeende cannabinoïd receptor] [Esposito E, Cuzzocrea S. Palmitoylethanolamide in homeostatic and traumatic central nervous system injuries. CNS Neurol. Disord. Drug Targets (2013) 12: 55-61]. […].

[…] PEA bleek niet toxisch voor microgliale cellen tot zelfs een concentratie van 1000 nM. Door PEA gemedieerde toename van bakteriële opname door microglia ging niet gepaard met een afgifte van pro-inflammatoire cyto-/chemokinen (TNFα, IL-6, CXCL1), waardoor het risico op vergezellend neuronaal letsel wordt vermeden. […] Meer dan 3.600 patiënten kregen dagelijkse dosissen PEA van 600 tot 1.800 mg en er werden geen nadelige effekten gerapporteerd [Keppel Hesselink JM, de Boer T, Witkamp RF. Palmitoylethanolamide: a natural body-own anti-inflammatory agent, effective and safe against influenza and common cold. Int. J. Inflam. (2013) 151028] Deze eigenschappen illustreren dat PEA een echte immunomodulator is en geen immunosuppressor, en maken het een beloftevol agens om de weerstand van de hersenen tegen infektie te verhogen zonder het risico op het induceren van neuronaal letsel.

Glatiramer-acetaat [immunomodulerend middel] verhoogde ook de fagocytose in vitro: […] het is een willekeurig polymeer van vier aminozuren […] een relatief molekule […] die in tegenstelling to PEA waarschijnlijk moeilijk door bloed/hersen- en bloed/CSV-barrière gaat. Het dient te worden bestudeerd of de glatiramer-acetaat concentraties in het CZS hoog genoeg zijn om de fagocytische aktiviteit van microglia te beïnvloeden.

Dimethyl-fumaraat [immunomodulator en inducer van de anti-oxidante respons] is een kleine lipofiele molekule. […] Lymfocytopenie [gering aantal lymfocyten in het bloed] en eosinofilie [verhoogd aantal eosinofiele granulocyten] zijn frequent voorkomende nevenwerkingen […].

De gegevens omtrent PEA […] onderstrepen dat de zoektocht naar modulators i.p.v. inhibitors van de microgliale aktiviteit beloftevol blijkt.

BESLUIT

Fagocytose van pathogenen door microgliale cellen kan worden gestimuleerd door agonisten van receptoren van het aangeboren immuunsysteem. Het gebruik van dit signalisering-mechanisme om de weerstand van het brein tegen infekties te verhogen, houdt het risico in op de inductie van collaterale schade aan het zenuw-weefsel. Tengevolge de microgliale diversiteit, blijkt het mogelijk molekulen te identificeren die de opname en elimintatie van pathogenen verhoogt, en die kunnen bijdragen tot de bescherming van de hersenen zonder een vergezellend meetbaar pro-inflammatoir effekt. In deze context blijkt PEA, een endogeen lipide dat klinisch werd getest in de jaren 70 en blijkbaar […] zonder ernstige nevenwerkingen, blijkt het meest beloftevol. […]

————————-

Lees ook ‘Palmitoylethanolamide Is a Disease-Modifying Agent in Peripheral Neuropathy: Pain Relief and Neuroprotection Share a PPAR-Alpha-Mediated Mechanism’ door Di Cesare Mannelli L (University of Florence) et al., in Mediators of Inlammation (2013):

Neuropathische syndromen die ontstaan door letsels in het perifeer of centraal zenuwstelsel zijn ontzettend moeilijk te behandelen en de beschikbare medicijnen hebben meestal niet samen anti-hyperalgetische én neuro-restoratieve effekten. N-Palmitoylethanolamine (PEA) heeft anti-nociceptieve effekten in meerdere dieren-modellen en inhibeert perifere inflammatie bij knaagdieren. […] De resultaten [muizen-model met schade aan de heup-zenuw (sciaticus)] suggereren sterk dat PEA direct kan tussenkomen bij veranderingen in het zenuw-weefsel die verantwoordelijk zijn voor pijn. [anti-neuropathische eigenschappen]

april 22, 2012

Microglia en geheugen

Filed under: Immunologie,Neurologie — mewetenschap @ 6:06 am
Tags: , , , , , ,

In Neurocognitie & cerebrale bloeddoorstroming bij CVS+POTS werd gewag gemaakt van het feit dat de bloeddoorstroming in respons op neurocognitieve taken sub-optimaal is (wat aanleiding geeft tot de zgn. ‘hersen-mist’ en dat mogelijks zou kunnen komen door gebreken in de neurovasculaire ‘unit’ (funktionele interakties tussen neuronen, bloedvaten en glia).

Bij het zoeken naar meer informatie hieromtrent, kwamen we uit op onderzoek van een team aan de Duke University dat o.i. mogelijke aanwijzingen biedt voor wat er in een M.E.(cvs) brein mogelijks zou kunnen gebeuren: de aktivatie van de infektie-bestrijders in de hersenen, de microglia (“pathogeen-eters”, die ook een invloed hebben op het geheugen en leren), lijkt het decor te vormen voor een toestand van verhoogde immune waakzaamheid en cognitieve problemen…

Staci Bilbo en haar team demonstreerden bij laboratorium-ratten dat een infektie op jonge leeftijd een agressieve microgliale immuun-respons geeft bij latere infekties (niet enkele in het brein maar over gans het lichaam body), samen met een verminderd leer-vermogen en geheugen. De bron van leer-moeilijkheden waren, zoals eerder was gebleken, terug te voeren naar het immuunsysteem zelf.

Microglia bleken interleukine-1 af te geven na een infektie. IL-1β is ook cruciaal voor een normaal leer-proces en geheugen in de hippocampus. Te veel IL-1β verstoort dit; is gebleken bij ratten. Jonge dieren die werden blootgesteld aan een infektie en die later een tweede keer werden besmet met onschadelijke, dode bakterieën bleek het leren en het geheugen aan te tasten. De microglia ‘onthouden’ die infektie en reageren verschillend. Het immuunsysteem was op de één of andere manier veranderd. De tweede infektie moet zelfs niet in de hersenen plaatsvinden: een bakterieel letsel op een lidmaat levert een voldoende signaal om de glia in de hersenen extra IL-1 te laten aanmaken. Het immuunsysteem werkt goed perifeer (buiten het centraal zenuwstelsel) maar dit gaat ten koste van het brein.

Bilbo vertelde in een interview (prohealth.com; 26/10/11) dat gliale cellen in de hersenen zowat op dezelfde manier werken als macrofagen in het immuunsysteem elders in het lichaam (cellen opschrokken en verscheuren). De glia stroomlijnen ook de neurale architektuur van de hersenen. Bij sommige hersen-aandoeningen verloopt dit ‘snoei-werk’ niet op de goeie manier.

De Israëlische professor psychobiologie, Raz Yirmiya, zei daarover: “Deze bevindingen zouden ons kunnen helpen begrijpen waarom sommigen meer kwetsbaar zijn voor cognitieve stoornissen na chronische infekties, bij ouder-worden en bij neurodegeneratieve ziekten zoals Alzheimer.”.

————————-

J Neuroimmune Pharmacol. 2012; 7(1): 24-41

A Lifespan Approach to Neuro-inflammatory and Cognitive Disorders: A Critical Role for Glia

Bilbo SD, Smith SH, Schwarz JM

Department of Psychology & Neuroscience, Duke University, Box 91050, Durham, NC, 27708, USA

Samenvatting

Cognitieve achteruitgang is een courant probleem bij het ouder worden. Aangezien meerdere neurale en gliale mechanismen hiervoor verantwoordelijk kunnen zijn, is microgliale sensitisatie [‘prikkeling’] en/of dystrofie [‘afsterven’] te voorschijn gekomen als een toonaangevende boosdoener bij brein-veroudering en -dysfunktie. Gliale aktivatie werd echter ook consistent geobserveerd bij normale brein-veroudering, onafhankelijk van neuro-inflammatie of funktionele stoornissen. Een dergelijke variabiliteit suggereert het bestaan van bijkomende kwetsbaarheid-factoren die een impact kunnen hebben op interakties tussen neuronen en glia, en dus op de algemene gezondheid van de hersenen en cognitie. Het doel van dit overzicht is het verduidelijken van onze hypothese dat het risico op of de veerkracht ten overstaan van neuro-inflammatoire aandoeningen en slechte cognitie bij ouder-worden, kan afhangen van gebeurtenissen in het vroeger leven, die de immuun-reaktiviteit in de hersenen kunnen veranderen voor de rest van het leven. Bijvoorbeeld: infekties bij ratten op jonge kunnen de werking van het geheugen later grondig verstoren, alsook de cognitieve achteruitgang bij vorderende leeftijd versnellen; deze zijn beide gelinkt met langdurige veranderingen qua gliale funktie die voorkomen in respons op de initiële infektie. We bespreken deze bevindingen binnen de context van de literatuur betreffende de rol van immuun-molekulen en neuro-immune communicatie bij normale hersen-ontwikkeling. We belichten de intrinsieke factoren (bv. chemokinen, hormonen) die de microgliale ontwikkeling en hun kolonisatie van het embryonaal en postnataal brein reguleren, en het vermogen tot het ontregelen en ‘her-programmeren’ van dit cruciaal proces bij externe gebeurtenissen (bv. stress, infektie). Een invloed op glia, die op z’n beurt de neurale ontwikkeling wijzigt, heeft de capaciteit een diepgaande impact te hebben op de cognitie en mentale gezondheid in alle stadia van het leven.

Inleiding

[…] Inflammatie in de periferie komt typisch voor als een acute respons op een letsel, met een kritieke tol voor herstel en een duidelijke verbetering, terwijl neuro-inflammatie in de literatuur grotendeels synoniem is met chronische gliale aktivatie (microglia en astrocyten) en overdreven expressie van pro-inflammatoire mediatoren in het centraal zenuwstelsel (bv. cytokinen, reaktieve zuurstof soorten). Of neuro-inflammatie oorzaak of gevolg is van neurale dysfunktie blijft echter onduidelijk […]. Of inflammatoire processen (en microgliale aktivatie in het bijzonder) uiteindelijk nuttig of schadelijk zijn, blijft ook onderwerp van discussie […].

[…] De factoren die een overgang bewerkstelligen van normale, leeftijd-gebonden gliale veranderingen naar echte pathologie (bv. Alzheimer) blijven onduidelijk.

Het doel van dit overzicht is het ophelderen van onze werk-hypothese dat het risico van een individu [dier] of haar/zijn veerkracht tegen neuro-inflammatoire aandoeningen, cognitieve dysfunktie en slechte cognitie bij ouder-worden, kunnen afhangen van ervaringen in het vroeger leven, die de immuun-reaktiviteit in het brein kunnen veranderen voor de rest van de leven-duur. Diverse gebeurtenissen, zoals infektie, stress, voeding of moeder-zorg, kunnen een impact hebben op het normaal verloop van immune of hersen-ontwikkeling, en zodoende permanent de volwassen cognitie en stemming wijzigen. […] Geheugen-tekorten blijven echter latent bij jong-volwassenen en komen slechts naar boven als ze worden blootgelegd door een inflammatoire uitdaging (een “tweede aanslag”) op het moment van het leren [bedoelt wordt: het aanleren van nieuwe motorische en cognitieve vaardigheden], wat een lange-termijn verandering in het immuunsysteem impliceert, die een acute impact heeft op de neurale processen die aan de basis liggen van het geheugen […]. Dezelfde dieren vertonen een versnelde cognitieve achteruitgang met de leeftijd, onafhankelijk van acute immune belasting, een wijziging die verbonden is met overdreven leeftijd-gerelateerde gliale aktivatie. […]

[…]

Besluiten

Alles tesamen zijn immuun-factoren kritiek voor normale hersen-funktie, maar ze zijn in toenemende mate geïmpliceerd bij brein-pathologie. De rol van microglia bij neurodegeneratieve en cognitieve aandoeningen werd intens onderzocht. Het ontcijferen van de oorzaak van pathologie en of microglia omstaanders bij of aanstichters van neuronale dysfunktie en inflammatie zijn, is echter zeer moeilijk gebleken. We stellen voor dat een overweging van de ontwikkeling-geschiedenis van het individu de sleutel kan zijn voor het begrijpen van funktionele wijzigingen in microglia en hun rol in de hersenen en bij gedrag.

Hoewel we ons bij dit overzicht hebben gefocust op de impact van infektie in het vroege leven en gliale ‘priming’ [Communicatie-mechanismen tussen het immuun-systeem en de hersenen kan veranderd zijn door aktivatie en verdere ‘voorbereiding’ van de glia-cellen, wat kan leiden tot een sterkere en langere respons bij verschijnen van bepaalde factoren (zie verder); dergelijke ‘priming’ zou ook de weg kunnen bereiden voor chronische pijn – een inhibitor van gliale aktivatie, bv. Naloxone, zou dit kunnen worden voorkomen.], geloven we dat de belangrijke rol van immuun-molekulen bij hersen-ontwikkeling implicaties heeft voor een groot aantal aanvallen die het immuunsysteem direct of indirect aktiveren, en daardoor langdurige effekten uitoefenen op de neurale funktie. Meer en meer bewijs suggereert dat de funktie van enkele TLRs [‘Toll-like receptors’; op het oppervlak van leukocyten voorkomende receptoren], o.a. TLR2 en 4, verder gaat dan die van ‘pathogen-associated molecular pattern’ (PAMP) herkenning (bv. LPS) naar de bredere ‘danger associated molecular patterns’ (DAMPs)). DAMPs omvatten endogene ‘alarminen’ [endogene molekulen die weefsel- en cel-schade signaliseren, samen met exogene PAMPs brengen ze een zelfde boodschap over en lokken ze gelijkaardigde responsen uit; het zijn subgroepen van een grotere groep, de DAMPs] die worden vrijgegeven in respons op cellulaire of weefsel-stress, of schade. Er bestaan veel vermeende ‘alarminen’, met inbegrip van IL-1α, hyaluronzuur [een polysaccharide die veel in bindweefsel, epitheel- en zenuw-weefsel voorkomy, één van de belangrijkste componenten van de extracellulaire matrix, van belang bij cel-proliferatie en -migratie], HMGB1 [high mobility group box 1’; een celkern-proteïne dat passief wordt afgegeven door necrotische cellen en aktief wordt gesekreteerd in respons op inflammatoire stimuli] en heat-shock proteïnen [zie ‘CVS * Oxidatieve Stress en Hsp bij inspanning’ & ‘‘Heat shock’ proteïnen en inspanning bij CVS]. Interessant is dat HMGB1 belangrijk is voor TLR4-afhankelijke veranderingen in ‘long-term potentiation’ [LTP, de lang-durende verbetering in communicatie tussen twee neuronen, verhoging van doeltreffendheid van een synaps] van de hippocampus en cognitieve dysfunktie na een perifere inflammatoire belasting.

Bovendien is er groeiend bewijs dat diverse omgeving-stimuli TLR-signalisering kunnen triggeren, direct of indirect via een alarmine-mechanisme, inclusief toxinen zoals diesel-uitlaat, drugs of misbruik van bv. morfine, en zelfs vetzuren uit de voeding. Als dergelijke factoren aanwezig zijn tijdens de ontwikkeling (of in het geval van vetzuren, in abnormale concentraties), kunnen ze het vermogen hebben de neuro-immune funktie op lange-termijn te programmeren, op dezelfde manier als infektie, via dit gemeenschappelijk TLR-mechanisme. Inderdaad: we hebben aangetoond dat TLR4 ge-upreguleerd is op microglia in de hersenen van pasgeboren ratten, als gevolg van hun moeders’ dieet rijk aan vetten en dat ze overdreven neuro-inflammatie in respons op perifeer LPS bij volwassenheid vertonen. [‘Matige Inspanning verhoogt Expressie van Sensorische, Adrenerge en Immuun Genen bij CVS’: “Na een volgehouden matige inspanning-test vertoonden CVS-patiënten grotere stijgingen qua gen-expressie voor (o.a.) TLR4.”]

Tot slot: het vermogen van residente immuun-cellen in het centraal zenuwstelsel om een brede waaier endogene en exogene signalen te herkennen en er op te reageren, zou diepgaande implicaties voor de programmering van de ontwikkeling binnen het immuunsysteem kunnen hebben […].

————————-

J Neurosci. 2011; 31(43): 15511-21

Microglia and memory: modulation by early-life infection

Williamson LL, Sholar PW, Mistry RS, Smith SH, Bilbo SD

Department of Psychology and Neuroscience, Duke University, Durham, North Carolina 27708, USA

Samenvatting

Het pro-inflammatoir cytokine interleukine-1β (IL-1β) is kritiek voor normale hippocampus (HP) -afhankelijke cognitie, terwijl hoge waarden het geheugen kunnen ontwrichten en betrokken zijn bij neurodegeneratie. De cellulaire bron van IL-1β tijdens het leren werd echter niet aangetoond en er is weinig bekend over de risico-factoren die leiden tot cytokine-ontregeling in de HP. We hebben gerapporteerd dat bakteriële infektie bij neonatale ratten tot uitgesproken gebreken van het HP-afhankelijk geheugen leidt. Er werden echter enkel tekorten geobserveerd bij een daaropvolgende immune belasting (lipopolysaccharide, LPS) tijdens het leren. Deze gegevens impliceren dat een verandering op lange-termijn in het immuunsysteem, na aktivatie met de ‘tweede aanslag’ [hier LPS maar zou dit ook een her-vaccinatie kunnen zijn???], een acute impact heeft op de neurale processen die ten grondslag liggen aan het geheugen. Inderdaad: inhibitie van hersen IL-1β vóór de LPS voorkomt geheugen-stornissen in neonataal geïnfekteerde (NI) ratten. Ons doel was de cellulaire bron van IL-1β te bepalen tijdens het normale leer-proces en zo inzicht verwerven in het mechanisme waarmee dit cytokine blijvend wordt veranderd tijdens infektie in het vroege leven. We tonen voor de eerste keer dat CD11b+ aangerijkte cellen [Bij muizen komt het CD11b antigen tot expressie op monocyten/macrofagen en microglia.] de bron zijn van IL-1β tijdens normaal HP-afhankelijk leren. CD11b+ cellen van NI ratten zijn funktioneel gesensitiseerd in de volwassen HP en produceren overmatig IL-1β ex vivo [buiten het lichaam],vergeleken met controles. Een overdreven IL-1β respons in vivo vereist echter LPS vóór het leer-proces. Bovendien: het verhinderen van microgliale aktivatie tijdens het leer-proces voorkomt geheugen-stoornissen in NI ratten, zelfs na een LPS-aanval. Gebeurtenissen in the vroege leven kunnen significant de normale leer-afhankelijke cytokine-aktiviteit in de HP moduleren via een specifieke blijvende impact op microgliale werking in de hersenen. [Bilbo gelooft dat de vroege infektie een permanente verandering in gen-expressie triggert.]

Inleiding

Immuun-molekulen blijken steeds meer een rol te spelen bij synaptische plasticiteit [vermogen om neurale circuits te veranderen en zo het denken, gedrag en gevoelens te wijzigen, om de sterkte van de verbinding (synaps) tussen twee zenuwcellen te wijzigen; de elektrische prikkelbaarheid van neuronen verandert ten gevolge hun eigen aktiviteit] mechanismen in de hersenen, inclusief het geheugen. Het pro-inflammatoir cytokine interleukine-1β (IL-1β) wordt geïnduceerd in de hippocampus (HP) in respons op normaal leren en is kritiek voor het behoud van ‘long-term potentiation’ [LTP; zie eerder]. Muizen die geen IL-1β of zijn type-1 receptor hebben, vertonen bovendien uitgesproken verstoord HP-afhankelijk leren en geheugen. In tegenstelling daarmee kunnen hoge IL-1β waarden het geheugen diepgaand verstoren en zijn ze geassocieerd met Alzheimer en andere neurodegeneratieve aandoeningen. Deze gegevens suggereren dat fysiologische IL-1β niveaus nodig zijn voor een normaal geheugen, terwijl concentraties die te laag of te hoog zijn, het geheugen verstoren.

De mechanismen die leiden tot cytokine-ontregeling in de hersenen en dus risico-factoren voor cognitieve aandoeningen, blijven slecht gedefinieerd. Research betreffende ‘developmental programming’ begint echter waardevolle inzichten te bieden aangaande de oorsprong van neuropsychiatrische aandoeningen. [Verwijzingen naar Bilbo’s eerder onderzoek, hierboven al aangehaald.]

We probeerden de cellulaire bron te bepalen van IL-1β tijdens normaal leren en hiermee inzicht te bieden in het mechanisme waarmee dit cytokine blijvend wordt veranderd door infektie in het vroege leven. Microglia zijn de primaire immuun-cellen van het brein, blijven lang bestaan en warden gelinkt aan neurodegeneratieve aandoeningen zoals. Of microglia en hun inflammatoire produkten een oorzaak of gevolg zijn van neurale dysfunktie blijft echter onderwerp van een intense discussie. We tonen aan dat CD11b+ cellen (microglia/macrofagen) funktioneel geprimed [voorbereid] worden in de volwassen HP bij NI ratten en overmatig IL-1β ex vivo produceren. Een overdreven IL-1β respons in de HP microglia bij NI ratten in vivo vereist echter LPS vóór het leren. Het vermijden van microgliale aktivatie tijdens het leren voorkomt bovendoen stoornissen van het geheugen in NI ratten, zelfs als dit werd voorafgegaan door LPS. Alles te samen genomen impliceren deze data direct voor het eerst microgliale IL-1β bij normaal leren. Belangrijk: ze suggereren dat het risico of de veerkracht van een individu tegenover neuro-inflammatoire aandoeningen zou kunnen afhangen van hun vroege leven-ervaring, die normale cognitie-afhankelijke cytokine-aktiviteit kan moduleren in de hersenen lang na de initiële aanval.

Bespreking

[…] Het eerste doel van deze studie was de cellulaire bron van HP IL-1β bij NI ratten te bepalen […]. We zochten naar het mechanisme waarmee de langdurige veranderingen qua immuun-reaktiviteit in de hersenen kunnen voortduren in respons op een initiële aanval, mogelijks voor de rest van het leven, en zo inzicht bieden in de milieu risico-factoren voor neurodegeneratieve en inflammatoire aandoeningen […] die niet kunnen worden verklaard door genetica alleen.

We tonen voor de eerste keer dat CD11b+ cellen de enige bron zijn van IL-1β in respons op normaal HP-afhankelijk leren en dat gebeurtenissen in het vroege leven significant leer-afhankelijke cytokine-aktiviteit in de HP kunnen moduleren via een specifiek, voortdurend effekt op microgliale funktie. Zoals eerder aangegeven sluit onze populatie van CD11b+ cellen geen residente perivasculaire [rondom de bloedvaten] macrofagen uit; deze populatie is echter vrij klein (ca. 4%). De residente microglia worden funktioneel geprimed in de HP ten gevolge de infektie in het vroege leven; specifiek: microglia van NI ratten brengen meer CD11b tot expressie […] en produceren meer IL-1β ex vivo vergeleken met microglia van controles [ratten zonder infektie]. Bovendien: het blokkeren van microgliale aktivatie met Minocycline [een antibioticum] voorkomt de gesensitiseerde IL-1β respons én de cognitieve stoornis bij NI ratten. Belangrijk is dat de gesensitiseerde IL-1β respons 24 h na LPS bij NI ratten in vivo een leer-ervaring vereist […]. IL-1β proteïne was overigens volledig ondetekteerbaar in herschors-gebieden van met zout-oplossing geïnjekteerde ratten die angst-conditionering [aanleren ergens bang voor te zijn en hiernaar handelen – in dit geval kregen ratten een elektrische shock na een geluid-signaal] ervaarden, terwijl deze concentraties laag maar detekteerbaar waren in de HP bij alle ratten. De leer-ervaring zelf induceerde dus IL-1β expressie op een door de HP beperkte manier. Ten slotte: het vermijden van microgliale aktivatie tijdens het leren voorkwam het gebrekkig geheugen bij NI ratten, zelfs na een LPS-belasting bij volwassen ratten.

Er bestaat betekenisvolle literatuur die de rol van IL-1β bij normaal én ontregeld geheugen documenteert. Fysiologische IL-1β waarden zijn vereist voor een [goed-werkend] geheugen, terwijl afwijkende waarden (te hoog óf te laag) schadelijk worden en sterk geassocieerd zijn met aandoeningen zoals Alzheimer. IL-1β mRNA verhoogt ten gevolge leren. Bovendien is IL-1 type 1 receptor expressie door astrocyten belangrijk voor HP-afhankelijke LTP en lange-termijn geheugen. De bron van IL-1β tijdens leren werd echter niet aangetoond, en er wordt gedacht dat neuronen, astrocyten en microglia, naast andere cellen, IL-1β in het brein produceren. We tonen dat leren […] IL-1β proteïne specificek in de HP induceert en dat de expressie ervan uitgesproken verhoogd is in NI ratten die LPS kregen 24 h ervoor. We repliceerden dit patroon overigens voor mRNA in gezuiverde CD11b+ cellen, terwijl IL-1β mRNA volledig ondetekteerbaar was in de populatie CD11b cellen, ongeacht de gedragmatige ervaring. Te samen genomen hebben we aangetoond dat microglia worden geprimed ten gevolge neonatale infektie en dat deze voorbereiding leidt tot afwijkende aanmaak van IL-1β specifiek tijdens het leren bij volwassenheid. Belangrijks is dat deze gegevens suggereren dat de residente microglia van de HP een noodzakelijke component zijn voor normale geheugen-vorming.

De kwetsbaarheid-factoren die leiden tot cytokine-ontregeling bij een bepaald individu worden niet goed begrepen, aangezien de meeste research betreffende IL-1 β en cognitie uitgevoerd werd in genetische muis-modellen waarbij de IL-1 of zijn receptor – helemaal of gedeeltelijk – ontbrak, of met over-expressie van zijn antagonist, IL-1ra. Ook gliale funktie werd dikwijls onderzocht in modellen met een geïnduceerd letsel (bv. beroerte, trauma) waarbij de precipiterende gebeurtenis intrinsiek is voor het model, wat aanleiding geeft tot vragen aangaande etiologie die moeilijk te beantwoorden zijn. Er is dwingend bewijsmateriaal uit de literatuur betreffende neurodegeneratie en ouder-worden dat microglia gesensitiseerd of geprimed worden na initiële aktivatie (door grotendeels onbekende factoren), die bijdragen tot neuronale dysfunktie of sterfte. Bij geprimede glia is er geen over-produktie van pro-inflammatoire mediatoren. De respons door geprimede glia op een daaropvolgende belasting (bv. systemische infektie) is echter significant overdreven, vergeleken met rustende glia die dezelfde belasting ondergaan. Dit patroon van sensitisatie lijkt op het fenotype dat we zien in ons ‘twee-aanslagen’ model. Onze data bieden echter, naar ons weten, het eerste bewijs dat ervaringen in het vroege leven de microgliale funktie in de hersenen kunnen wijzigen, in een mate die verder strekt dan de initiële aanval, wellicht zelfs voor de rest van het leven. Inderdaad: we hebben aangetoond dat NI ratten versnelde cognitieve achteruitgang op middelbare leeftijd vertonen, onafhankelijk van acute immune belasting, een wijziging die gelinkt is met overmatige, aan ouder-worden gerelateerde gliale sensitisatie. Het ouder-worden zelf en de impact daarvan op gliale reaktiviteit werkt dus als een ‘tweede aanslag’, enkel bij ratten die kwetsbaar waren door neonatale infektie.

Toenemend bewijs suggereert een rol voor microglia bij normale synaptische plasticiteit mechanismen in het volwassen brein […]. Deze cellen zijn aktief en dynamisch, zelfs wanneer ze ‘in rust-toestand’ verkeren (ze overzien bv. continu hun micro-milieu door uitstrekking en inkrimping in nabij-gelegen synapsen met een frequentie die aktiviteit-afhankelijk is). Ze hebben receptoren voor meerdere neurotransmitters, inclusief deze die belangrijk zijn voor het leren en geheugen (bv. ATP, norepinefrine, glutamaat). De vereiste voor het leren om de overdreven IL-1β respons  bij NI ratten 24 h na LPS in vivo te observeren, impliceert een neuronale – gliale interaktie. CD200 [proteïne uit de immunoglobuline super-familie] en CX3CL1 [bij mensen ‘fractalkine’ genaamd; een chemokine] komen beide tot expressie bij neuronen in de hersenen en inhiberen microglia […]. Deze inhiberende factoren dalen bij het ouder-worden en bij in neurodegeneratieve aandoeningen zoals Alzheimer, waarbij ze waarschijnlijk bijdragen tot verhoogde microgliale reaktiviteit. Muizen die geen fractalkine-receptor (CX3CR1) hebben, vertonen verhoogde Tau-pathologie [pathologische aggregatie van tau-proteïne in het menselijk brein; diagnostisch voor Alzheimer] in de HP, welke afhankelijk is van microgliaal IL-1β. Bij onze studie verschilde CX3CL1 niet per groep, terwijl zijn receptor basaal bij NI ratten gedaald was; dit impliceert een wijziging op het niveau van de microglia. In tegenstelling daarmee waren CD200 en zijn receptor beide gereduceerd (basaal bij NI ratten) maar niet na angst-conditionering. Deze gegevens suggereren dat er een rol voor CD200 als chemokine kan zijn bij synaptische plasticiteit gelijkaardig aan die beschreven voor CX3CL1, die een rol speelt bij AMPA-receptor [‘α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid’ receptor, een trans-membraan receptor voor glutamaat die snelle synaptische transmissie in het centraal zenuwstelsel medieert] funktie in aktieve synapsen; maar deze hypothese dient nog te worden onderzocht.

Het mechanisme waarbij leren leidt tot microgliale aanmaak van IL-1β in de HP moet ook nog worden bepaald. Eén opvallende bevinding bij deze studie was dat Minocycline voór de angst-conditionering het geheugen niet aantastte, gezien het feit dat IL-1β niveaus worden beschouwd als zijnde vitaal voor geheugen-vorming (zoals eerder besproken). Minocycline onderdrukte IL-1β echter niet volledig (bij geen enkele groep). Dus: terwijl de proteïne-concentraties laag zijn, blijven ze detekteerbaar, in tegenstelling tot met zout-oplossing geïnjekeerede ratten die geen angst-conditionering ondergaan. Daarom behouden met Minocycline behandelde ratten waarschijnlijk een drempel-waarde IL-1β proteïne die nodig is voor consolidatie van het geheugen. Indien dit waar is, suggereert dit dat Minocycline de aanmaak van IL-1β in respons op een inflammatoire stimulus (LPS) voorkomt, maar niet in respons op een door leren geïnduceerde stimulus/signaal, die gemedieerd zou kunnen zijn door neurotransmitter/hormoon. Ten slotte is er bewijs dat Minocycline de release van IL-1β verhoogt eerder dan ze te onderdrukken […]. Belangrijk is dat deze mogelijke mechanismen voor geheugen-vorming met betrekking tot Minocycline elkaar niet uitsluiten zijn en verder onderzocht zouden moeten worden.

Tot slot: we tonen voor de eerste keer dat CD11b+ cellen de voornaamste bron zijn van IL-1β in de HP tijdens het normale leren. Minocycline is een onvolmaakte microgliale inhibitor met niet-specifieke anti-inflammatoire eigenschappen. Onze farmacologische en gedrag-experimenten, gecombineerd met de bevinding dat IL-1β uitsluitend in CD11b+ cellen werd geproduceerd als een direct gevolg van leren, wijzen echter op een kritieke rol van microglia bij normaal leren. Het belangrijkste is: we hebben een risico-factor uit het vroege leven geïdentificeerd die het normale, aktiviteit-afhankelijke ‘instel-punt’ van IL-1β verandert via een specifieke, blijvende impact op de microglia. Microglia komen voort uit primitieve macrofaag-precursoren, die van mesodermale [mesoderm = middelste cellaag van het embryo in het kiemblad-stadium; hieruit ontwikkelen zich o.a. het hart- en bloedvatenstelsel, het spierstelsel, enz.] oorsprong zijn en het neuro-ectoderm [embryonaal weefsel waaruit het centraal zenuwstelsel zich ontwikkelt] binnenkomen tijdens de embryogenese, een basis-kolonie die profileert en het volledige ontwikkelende parenchym [funktioneel orgaan-weefsel] bevolkt. Belangrijk is dat volwassen microglia in normale knaagdieren verondersteld worden uitsluitend voort te komen uit de basis-populatie van primitieve macrofagen, met weinig of geen bijdrage van perifere, uit beenmerg afgeleide myeloïde voorlopers na de initiële kolonisatie en proliferatie tijdens de ontwikkeling. Gebeurtenissen uit het vroege leven kunnen zodoende blijvende effekten uitoefenen op de hersenen en het gedrag van organismen, via een impact op de funktie van deze residente lang-levende immuun-cellen. De hypothese dat het milieu van het vroege leven vooral van belang is bij het bepalen van latere risicos op aandoeningen zoals Alzheimer wordt klinisch ondersteund. Bovendien is er, bij jonge volwassen mensen, een aanzienlijke variabiliteit qua leer- en geheugen-stoornissen na een behandeling met lage dosis endotoxine die omgekeerd gecorreleerd is met waarden voor geïnduceerde circulerende cytokinen. Onze data bieden waardevol inzicht in de mechanismen die ten grondslag liggen aan deze variabiliteit en suggereren de interessante mogelijkheid dat veranderingen qua cognitie na een lage dosis endotoxine bij jonge volwassenen kan dienen als een nieuwe biomerker voor verhoogd risico op dementie in het latere leven. Deze mogelijkheid, alsook de rol van microglia en de door hen gesekreteerde molekulen, bij normale synaptische plasticiteit mechanismen in het algemeen, verdient nader onderzoek.

————————-

Hoewel het evident is dat deze artikels niet expliciet over M.E(cvs) gaan, laat staan dat het hier over studies bij mensen gaat; zal het voor de aandachtige lezer duidelijk zijn dat hier zeker richting-aanwijzingen te vinden zijn voor onderzoek naar de pathogenese en mogelijke behandeling van deze aandoening…

Voor nog meer artikels over glia, kijk bij: ‘Chronische microglia aktivatie na overmatige immuun-stimulatie’, ‘Gliale Cellen, Astrocyten en M.E.’, ‘Glia, glutamaat-transport en mentale vermoeidheid’, Glia, glutamaat-transport en chronische pijn, ‘Cerebrale inflammatie? TNF-α, Microglia, Bloed-Hersen-Barrière’ & ‘Microglia & CVS – Hypothesen & Onderzoek

Wat betreft de rol van IL-1β bij M.E.(cvs) blijkt er nog tegenstrijdigheid te zijn, toch concluderen sommige onderzoekers dat het een potentiële biomerker is (zie elders op deze paginas).

februari 4, 2011

Microglia & CVS – Hypothesen & Onderzoek

Filed under: Immunologie — mewetenschap @ 6:56 am
Tags: , , , , ,

Op deze paginas hadden we het al over de mogelijke relatie van microglia met (de inflammatie verbonden met) M.E.(cvs) (zie ‘Chronische microglia aktivatie na overmatige immuun-stimulatie’, ‘Gliale Cellen, Astrocyten en M.E.’, ‘Glia, glutamaat-transport en mentale vermoeidheid’, ‘Glia, glutamaat-transport en chronische pijn’ & ‘Cerebrale inflammatie? TNF-α, Microglia, Bloed-Hersen-Barrière’; en de stukken omtrent TGF-β). Op het ‘International Science Symposium for Myalgic Encephalomyelitis and Chronic Fatigue Syndrome’ in december 2010 aan de ‘Bond University’, Gold Coast, Queensland Australia (in samenwerking met het ‘Alison Hunter Memorial Foundation’) was er een duidelijke aanwezigheid van onderzoekers die hun ideëen en werk daaromtrent hebben gepresenteerd. We halen enkele interessante zaken daaromtrent aan uit een kort overzicht door dr Rosamund Vallings (ANZMES: ‘Associated New Zealand M.E. Society’) aan.

Het mag duidelijk zijn dat meerdere researchers de door ons eerder aangehaalde wegen bewandelen maar niettegenstaande de aanwijzingen zijn onderzoeken bij M.E.(cvs) er dus nog niet geweest, laat staan dat er duidelijk bewijs is voor betrokkenheid bij de ziekte… Werk aan de winkel!

 

 

Hugh Perry [‘School of Biological Sciences, University of Southampton’, V.K.; professor Experimentele Neuropathologie, researcher CZS-inflammatie] besprak de adaptieve and maladaptieve componenten van wat hij beschrijft als ‘ziekte-gedrag’. [zie elders op deze paginas; bv. ‘Identifikatie en behandeling van symptomen geassocieerd met inflammatie] Hij focuste dan op het taalgerbuik met betrekking ‘ziekte’ in verband met de manier waarop systemen zich gedragen tijdens inflammatie, bv. ‘zich ziek voelen’ met pijn en koorts. Hij beschreef ziekte-gedrag als een georganiseerde strategie die niet ‘slecht’ is. Infektie leidt tot een inflammatoire respons met afgifte van cytokinen, die dan met het brein communiceren en symptomen zoals malaise, koorts en neerslachtigheid veroorzaken. Systemische inflammatie aktiveert selektieve hersen-gebieden, met verschillende uitdagingen die verschillende gebieden aktiveren. Dit mechanisme werkt via de macrofagen in de hersenen via de bloed-hersen-barrière. Endotheliale cellen communiceren met de macrofagen via de microglia. Dit is een belangrijk deel van homeostase en is gewoonlijk van voorbijgaande aard.

Hij sprak dan verder over chronische neurologische ziekte wanneer microglia in aantal en qua aktivatie verhogen, en ‘voorbereid’ [ge-‘primed’] worden. Buitensporig ziekte-gedrag komt dan voor bij degenen met chronische hersen-ziekte, in respons op infektie. De microglia geven zeer makkelijk cytokinen af als ze reeds ge-‘primed’ zijn. Er onwikkelt zich een maladaptief mechanisme.

Een studie omvatte de follow-up van 300 patiënten met Alzheimer’s (2-maandelijks gedurende 6 maand). Degenen met een infektie vertoonden een snellere mentale achteruitgang, terwijl zij die geen infektie hadden geen verandering vertoonden. Ander ‘gedrag’ veranderde ook sterk ten gevolge infektie. Hij beschreef obesitas, roken, leeftijd en grijs haar als allemaal bijdragend tot vervroegde Alzheimer’s aangezien deze allemaal inflammatoire effekten hebben. Hij besloot met te zeggen dat systemische infekties leiden tot vervorming en maladaptie bij ziekte-gedrag, omwille van de ge-‘primed’e microglia. Dit leidt op z’n beurt tot versnelde progressie van hersen-ziekte. Hij zei dat een vaccinatie kan worden gebruikt als uitdaging om veranderingen te demonstreren. Funktionele MRI heeft meer nut bij het detekteren van deze veranderingen.

De kwestie van ‘ziekte-gedrag als terminologie werd door sommigen als een stap achteruit beschouwd en zou onpopulair kunnen zijn bij patiënten; Perry verklaarde zijn redenering echter heel duidelijk.

 

Professor V. Hugh Perry verduidelijkte (persoonlijke communicatie):

Het idee waarvan ik denk dat interessant kan zijn voor de CVS/M.E.-gemeenschap werd ontwikkeld in het kader van neurodegeneratieve ziekte maar zou toepasbaar kunnen zijn in andere contexten zoals bv. CVS/M.E. Signalisering van een perifere infektie naar het brein, wat leidt tot belangrijke veranderingen zoals koorts, neerslachtigheid, malaise, enz. is afhankelijk van de integriteit en de status van immuun-cellen in de hersenen – de microglia. De symptomen van ziekte gedurende een infektie zijn een evolutionair zeer oud en belangrijk deel van overleving-mechanismen. Maar, als de microglia in de hersenen reeds “geaktiveerd/aangezet” zijn door een pathologie of proces in het brein (ge-’primed’), dan zal het signaal vanuit de periferie na een (zelfs een milde) infektie, een groter effekt hebben op de hersenen en overdreven veranderingen teweegbrengen. Het is een eenvoudig idee maar lijkt waar te zijn bij Alzheimer’s en misschien in een aantal andere situaties (ouder-worden, M.S., enz. Als individuen worden blootgesteld aan een virale infektie of andere aanval, kunnen sommigen meer vatbaar zijn dan anderen voor het ge-‘primed’ zijn van de microglia en zo CVS/M.E. ontwikkelen. Het is [nog] maar een hypothese maar zou te testen moeten zijn.

He werk van Hansson et al. focust op een andere niet-neuronale cel (astrocyten) maar er is een nauwe communicatie tussen de twee. Men zou kunnen spreken over variaties op een thema.

De notie dat microglia [zouden] ge-‘primed’ zijn bij CVS is iets dat we hopen te bekijken via het bestuderen van de impact of courante infekties op individuen met CVS: men zou hetzelfde kunnen verwachten als we beschreven bij degeneratieve ziekte-toestanden, nl. een overdreven ziekte-respons. Dit kan echter wat tijd vergen gezien financiering moeilijk is.

 

Annual Review of Immunology Vol. 27: 119-145 (2009)

Microglial Physiology: Unique Stimuli, Specialized Responses

Richard M. Ransohoff1 & V. Hugh Perry2

1Neuroinflammation Research Centre, Lerner Research Institute, Cleveland Clinic, Cleveland, Ohio 44195

2School of Biological Sciences, University of Southampton, Southampton SO16 7PX, UK

Microglia [de macrofagen van het CZS] hebben in normale gezonde hersenen een apart fenotype geïnduceerd door molekulen die tot expressie komen op of worden gesecreteerd door naburige neuronen en astrocyten, en dit fenotype wordt ten dele behouden op grond van de exclusie van serum-componenten door de bloed-hersen-barrière. Microglia zijn continu aktief, waarbij hun processen hun lokale micro-omgeving aftasten en controleren. De microglia veranderen snel hun fenotype in respons op elke verstoring van de homeostase van het zenuwstelsel en worden gewoonlijk als geaktiveerd aangeduid op basis van de veranderingen in hun morfologie of expressie van cel-oppervlakte antigenen. Een schat aan gegevens toont aan dat de microglia zeer diverse effector-funkties hebben, overéénkomstig met macrofagen-populaties in andere organen. […]

Nat Rev Neurol. 2010, 6(4):193-201

Microglia in neurodegenerative disease

Perry VH, Nicoll JA, Holmes C

School of Biological Sciences, University of Southampton, Building 62, Boldrewood Campus, Southampton SO16 7PX, UK

Microglia […] zijn bijzonder gevoelig voor hersen-letsel en -ziekte, waarbij hun morfologie en fenotype verandert om zich aan te passen aan de zogenaamde geaktiveerde status in respons op pathophysiologische aanvallen in het brein. Morfologisch geaktiveerde microglia, zoals andere weefsel-macrofagen, hebben verschillende fenotypes, afhankelijk van de aard van het weefsel-letsel. Microgliale responsiviteit op letsels suggereert dat deze cellen het potentieel hebben te dienen als diagnostische merkers voor ziekte-aanvang of -progressie, en zouden kunnen bijdragen aan de uitkomst van neurodegeneratieve ziekten. De persistentie van geaktiveerde microglia lang na acuut letsel en bij chronische ziekte suggereert dat deze cellen een aangeboren immuun-geheugen hebben voor weefsel-letsel en degeneratie. Het microglia-fenotype wordt ook gemodificeerd door systemische infektie of inflammatie. Bewijs uit enkele pre-klinische modellen toont dat systemische manipulaties ziekte-progressie kunnen verbeteren, hoewel data van andere modellen er op wijst dat systemische inflammatie ziekte-progressie verergert. Systemische inflammatie is geassocieerd met een daling qua funktie bij patiënten met chronische neurodegeneratieve ziekte, acuut en op lange termijn. Het feit dat ziekten met een chronische systemische inflammatoire component risico-factoren zijn voor Alzheimer’s impliceert dat er wederzijdse communicatie is tussen systemische inflammatie en microglia in het CZS.

————————-

Dominic O’Donovan (Cambridge, V.K.), een neuropatholoog, stelde de resultaten voor van de autopsie van 4 patiënten die van een specialist de diagnose CVS hadden gekregen. [Bij één ervan werd in het ruggemerg en het brein een overmaat corpora amylacea (kleine korrels in neuroglia, bestaande uit gedegenereerde cellen) gevonden (meer dan bij normaal ouder-worden). Er waren ook intermediaire filamenten (filament-eiwitten van het cytoskelet die de span-krachten evenredig over een weefsel verdelen zodat geen cellen kapot gaan) nauw verwant met gliale cellen. (Immunohistochemische kleuring van bepaalde gliale fibrillaire proteïnen, die zich op voor astrocyten specifieke intermediaire filamenten bevinden, kunnen bepaalde (tumor)cellen identificeren.)]

————————-

Douglas Feinstein (Chicago, V.S.) presenteerde een studie over noradrenergische behandelingen voor neuro-degeneratieve ziekten. Gliale cellen worden geaktiveerd en produceren neurotoxinen, die neuronale schade en infiltratie van leukocyten in het CZS induceren. Noradrenaline reguleert gliale inflammatoire responsen, oefent neuro-protectieve effekten uit en helpt de integriteit van de bloed-hersen-barrière (BBB) te bewaren. Ontregeling van noradrenaline-signalisering zou ziekte kunnen verergeren. De veronderstelde verminderingen qua noradrenaline verhogen inflammatoire responsen, de amyloïde belasting en neurotrope factoren. Noradrenaline wordt hoofdzakelijk geproduceerd in de locus coeruleus [LC; centrale hoofd-kern in de hersenstam, betrokken bij de regulering van emoties, aktivatie-toestand van de hersenen en het slaap-waak ritme]. Dit deel van de hersenen is beschadigd bij Alzheimer’s en Parkinsonisme. Verlies van LC correleert met de vorming van plaque [eiwit-afzettingen bij Alzheimer’s] en het aantal verwevingen. De vraag werd gesteld: “Verbetert het verhogen van noradrenaline in het CZS de zaken?”.

Het medicijn Droxidopa [L-DOPS (L-threo-dihydroxyfenylserine)] is een voorloper van noradrenaline. Testen met dit medicijn bevinden zich in fase 3 wat betreft neurogene orthostatische hyopotensie. In muizen leidt het tot verbetering qua plaques en leren. Dit medicijn, dat wordt gebruikt bij M.S. en experimentele auto-immune encefalmyelitis (EAE), gaf stabilisatie vergeleken met controles. Deze test geeft aan dat de LC significant is beschadigd bij in M.S. and EAE. Noradrenaline-therapieën moeten worden overwogen als er misschien ook LC-verstoring is bij CVS.

 

J Neuroimmune Pharmacol. 2010, 5(2):252-9

Increasing CNS noradrenaline reduces EAE severity

Simonini MV, Polak PE, Sharp A, McGuire S, Galea E, Feinstein DL

Department of Anesthesiology, University of Illinois at Chicago, Chicago, IL 60612, USA

De endogene neurotransmitter noradrenaline (NA) oefent krachtige anti-inflammatoire effekten uit in gliale cells en biedt neuroprotectie tegen excitatorische en inflammatoire stimuli. Deze eigenschappen suggereren de mogelijkheid dat het verhogen van NA in het centraal zenuwstelsel (CZS) nuttig kan zijn bij neurologische ziekten en aandoeningen met een inflammatoire component. We testten hier deze mogelijkheid door de consequenties te onderzoeken van het selektief moduleren van NA-waarden in het CZS op de ontwikkeling van klinische tekenen in experimentele auto-immune encefalomyelitis (EAE). In muizen geïmmuniseerd met myeline oligodendrocyt glycoproteïne [MOG] peptide [een dier-model voor M.S. en chronische ziekten van het centraal zenuwstelsel] ter ontwikkeling van een chronische ziekte, verergerde een voor-behandeling, om selektief NA-waarden in het CZS uit te putten, de klinische scores. Verhoging van NA-waarden gebruikmakend van de selektieve NA-heropname inhibitor atomoxetine beïnvloedde de klinische scores niet, terwijl behandeling van geïmmuniseerde muizen met de synthetic NA-voorloper L-threo-3,4-dihydroxyfenylserine (L-DOPS) verdere verslechtering voorkwam. In tegensteling hiermee leidde de behandeling van muizen met een combinatie van atomoxetine en L-DOPS tot significante verbetering qua klinische scores vergeleken met de controle-groep. De combinatie-behandeling reduceerde astrocyt-aktivatie in de molekulaire laag [vezel-rijke, buitenste laag met weinig cellen] van het cerebellum [kleine hersenen] (vastgesteld via kleuring voor gliaal fibrillair proteïne [zie hierboven]) maar beïnvloedde Th1 of Th17 type cytokine-produktie door milt T-cellen niet. Deze gegevens suggereren dat selektieve verhoging NA-waarden in het CZS van nut kan zijn bij EAE en Multipele Sclerose zonder de perifere immuun-responsen te beïnvloeden.

 

Dr. Charles Lapp van het ‘Hunter Hopkins Centre’ (Philadelphia), voormalig lid van de ‘American Association for CFS’ en medisch adviseur voor de ‘American Fibromyalgia Syndrome Association’, leidt een farmacologische studie met Droxidopa (merknaam: Northera) bij CVS-patiënten die symptomen vertonen van neuraal gemedieerde hypotensie (een subgroep dus). De hypothese is dat Droxidopa zou kunnen helpen bij chronische vermoeidheid symptomen. De resultaten worden verwacht eind 2011…

————————-

Doina Ganea (Philadelphia, V.S.) sprak over Vaso-aktief Intestinaal Peptide (VIP), een endogene en exogene immunomodulator. VIP downreguleert de aangeboren immuun-respons via het inhiberen van de afgifte van pro-inflammatoire cytokinen, chemokinen en stikstof-oxide door geaktiveerde macrofagen, microglia en dendritische cellen. Het beïnvloedt ook de adaptieve immuun-respons via het reduceren van de co-stimulerende capaciteit van antigen-presenterende cellen [De binding van een T-cel met een antigen-presenterende cel (APC) is op zich niet genoeg om de T-cel te aktiveren en die om te vormen een effector-cel. Om geaktiveerd te worden moet de T-cel niet alleen binden met het antigen via zijn TCR (T-cel receptor) maar ook met een tweede signaal – co-stimlator – van de APC. Ontbreken van het ‘tweede signaal’ leidt tot apoptose van de T-cel.] en het induceren van Th2-type responsen [Th1 naar Th2 omschakeling laat intracellulaire pathogenen toe opsporing te ontwijken, veroorzaakt allergie. Dr Cheney zegt bv. “CVS-patiënten zijn Th2 geaktiveerd. Ze over-reageren op toxinen, allergenen, normale bakterieën en parasieten, en onder-reageren op virussen, gisten, kanker en intracellulaire bakterieën.”.]. Ze had bij meerdere ziekten, zoals collageen-geïnduceerde arthritis en auto-immune encefalomyelitis gekeken en had dendritische cellen gegenereerd in aanwezigheid van VIP/PACAP als immunomodulerende agentia gebruikt, met positieve resultaten. [zie ook:Cerebrale inflammatie? TNF-α, Microglia, Bloed-Hersen-Barrière’ & ‘Fosfodiesterase-inhibitoren tegen vermoeidheid?’]

 

J Neuroimmune Pharmacol. 2006, 1(4):400-9

A novel mechanism for immunosuppression: from neuropeptides to regulatory T-cells

Ganea D, Gonzalez-Rey E, Delgado M

Department of Physiology, Temple University School of Medicine, 3420 N. Broad St., Philadelphia, PA 19140, USA

Vasoaktief intestinaal peptide (VIP), een goed-gekend immunoregulerend neuropeptide, beïnvloedt aangeboren en adaptieve immuniteit, en werkt als een belangrijke anti-inflammatoire factor in dier-modellen voor auto-immune ziekten. VIP downreguleert de aangeboren immuun-respons door het inhiberen van de afgifte van pro-inflammatoire cytokinen, chemokinen en and stikdtof-oxide door geaktiveerde macrofagen, microglia en dendritische cellen. VIP beïnvloedt de adaptieve immuun-respons door het reduceren van de co-stimulerende capaciteit van antigen-presenterende cellen door het preferentieel induceren van Th(2)-type responsen. Dit wordt verwezenlijkt door preferentiële Th(2) differentiatie, verhoogde overleving van Th(2) effectoren en de inductie of Th(2)-aantrekkende chemokinen. We ontdekten een nieuw mechanisme voor het immunosuppressieve effekt van VIP waarbij de generatie van antigen-specifieke regulerende T-cellen (Treg) betrokken zijn via de inductie van tolerogene [aanleiding gevend tot immunologische tolerantie] dendritische cellen (tDC) [Dendritische cellen zijn een type wbc, antigen-presenterende cellen die immuun-responsen initiëren en reguleren. Tolerantie is het proces waarbij het immuun-systeem een antigen niét aanvalt.]. We bekijken hier de VIP-geïnduceerde generatie van Treg in vivo én in vitro, en het gebruik van VIP-gegenereerde Treg in twee modellen voor of auto-immuniteit […].

 

Uit het artikel over fosfodisterase-inhibitoren: “PACAP en VIP hebben een sleutel-rol bij de de produktie van cyclisch adenosine-monofosfaat (cAMP) die de regulatoire T-cel (Treg) en andere immuun-funkties beïnvloedt. Fosfodiesterase enzymen (PDEs) katalyseren cAMP en PDE-inhibitoren (PDEIs) behouden cAMP waarden, en hebben bewezen en goed-gekend therapeutisch nut in dier-modellen zoals experimentele allergische encefalomyelitis (EAE).” (Staines DR et al. 2009)

Aan de ‘Charles Drew University of Medicine and Science’ (L.A.) liep tot eind 2010 een studie naar het effekt van Sildenafil (Viagra) op vermoeidheid funktionele status en cerebrale doorbloeding bij patiënten met CVS. Hoofd-onderzoeker: Prof. Ted Friedman…

mei 22, 2010

Cerebrale inflammatie? TNF-α, Microglia, Bloed-Hersen-Barrière

Filed under: Immunologie,Neurologie — mewetenschap @ 7:19 am
Tags: , , , , , , ,

Moeheid bij langdurige inflammatoire ziekten ontstaat door immuun-cellen in brein

Patiënten met chronische ontstekingen zijn moe en lusteloos doordat een type witte bloedcellen de hersenen binnendringen. Dat denken canadese wetenschappers na onderzoek bij muizen met chronische lever-ontsteking (zie samenvatting hierna). Men dacht dat afweercellen, zoals witte bloedcellen, niet zomaar vanuit het bloed in het hersenweefsel konden binnendringen. De bloedvaten in de hersenen zijn bekleed met een beschermlaag, de bloed-hersen-barrière (BBB), die het brein isoleert van het immuunsysteem – bakterieën en andere schadelijke cellen buiten de hersenen moet houden.

Toch kunnen ontstekingen in het lichaam fysieke veranderingen in het brein veroorzaken, waardoor lusteloosheid/malaise ontstaat, de sociale interesse afneemt en de eetlust vermindert (‘sickness-behaviour’, ziekte-gedrag). De hersenen en het immuunsysteem communiceren dus met elkaar maar men dacht dat die communicatie via omwegen plaatsvond. Deze groep canadese onderzoekers vond een directe manier: immuun-cellen die de hersenen infiltreren.

Muizen met een lever-ontsteking snuffelden minder aan een nieuwe kooi-genoot en bleven vaker stil zitten. Ze aten ook minder. Hun bloed en hersenen werden onderzocht. Er bleken veel meer afweercellen in het bloed te zitten die TNF-α maakten. TNF-α is een cytokine, een communicatie-stof van het afweersysteem. TNF-α kwam in de hersenen terecht en aktiveerde daar microglia-cellen, een type afweercel dat altijd patrouilleert in de hersenen. De geaktiveerde microglia-cellen maakten op hun beurt weer een ander cytokine: monocyten chemo-attractant protein, MCP-1. Dit trok monocyten, een type witte bloedcellen, aan naar de hersenen. Dat bleek toen de onderzoekers monocyten uit het bloed haalden, ze labelden en weer terugspoten bij de muizen. Het brein van die muizen bevatte vele uit het bloed gerecruteerde, gelabelde monocyten. Dit nieuw ontdekte mechanisme zou een rol kunnen spelen bij chronische ontstekingen en suggereert mogelijke nieuwe behandel-mogelijkheden. Het belemmeren van het binnendringen van monocyten in de hersenen reduceerde het ‘ziekte-gedrag’ bij muizen waardoor ze meer mobiel werden. Mensen met chronische inflammatoire aandoeningen zouden voordeel kun halen uit behandelingen die de infiltratie van monocyten in het brein beperkt. Zo gaven we eerder bv. al mee dat anthocyaninen de secretie inhiberen van MCP-1 (‘Anthocyaninen & NF-kB, oxidatieve stress, inflammatie, inspanning’).

Het brein is de meester-coördinator van vele van de verdediging-responsen van ons lichaam dus moet het in staat zijn letsel en inflammatie gewaar te worden in afgelegen organen. Dit hier is het begin van een verklaring van de perifere communicatie-signalen die de hersen hiermomtrent aktiveren. Let wel dat het hier om een orgaan-inflammatie (in tegenstelling tot systemische inflammatie (bv. bij R.A.) – maar ‘ziekte-gedrag’ komt echter ook voor bij M.S. en M.E.) in een dier-model gaat. Misschien vinden researchers hier echter ook aanwijzingen voor de pathogenese van M.E.(cvs)…

————————-

The Journal of Neuroscience (2009) 29: 2089-2102

Cerebral Microglia Recruit Monocytes into the Brain in Response to Tumor Necrosis Factor-α Signaling during Peripheral Organ Inflammation

Charlotte D’Mello, Tai Le & Mark G. Swain

Immunology Research Group, Department of Medicine, University of Calgary, Calgary, Alberta, Canada T2N 4N1

Samenvatting

Bij inflammatoire ziekten buiten het central zenuwstelsel (CZS) resulteert de communicatie tussen de periferie en de hersenen via humorale en/of neurale wegen in centrale neurale veranderingen en geassocieerde gedrag-wijzigingen. We hebben een ander immuun-CZS communicatie-mechanisme geïdentificeerd in het kader van perifere inflammatie van een orgaan, namelijk de intrede van immuun-cellen in het brein. In deze studie, gebruikmakend van een muis-model voor inflammatoire lever-ziekte, hebben we de significante infiltratie van geaktiveerde monocyten in het brein bevestigd bij muizen met lever-inflammatie en het mechanisme gedefinieerd dat deze monocyten-trafiek medieert. Specifiek tonen we dat in aanwezigheid van lever-inflammatie, muizen gestegen cerebrale monocyten chemisch-aantrekkend proteïne (MCP)-1 [Monocyten Chemotactisch Proteïne-1, ook chemokine (C-C motief) ligand 2 (CCL2) genaamd, speelt een rol bij de recrutering van monocyten bij letsels en infektie] waarden, alsook verhoogde aantallen circulerende monocyten die CCR2 [C-C motief receptor 2, receptor voor MCP-1] tot expressie brengen, vertonen. Cerebrale recrutering van monocyten werd te niet gedaan in geïnflammeerde muizen die MCP-1/CCL2 of CCR2 misten. Verder werden microglia geaktiveerd en werd MCP-1/CCL2 geproduceerd vóór cerebrale monocyten-infiltratie. Bovendien was perifere tumor necrose factor (TNF)-α signalisering vereist om microglia te stimuleren tot produktie van MCP-1/CCL2. TNF-α signalisering via TNF receptor 1 (TNFR1) is vereist voor deze geobserveerde effekten aangezien bij TNFR1-deficiënte muizen met lever-inflammatie, microgliale expressie van MCP-1/CCL2 en cerebrale monocyten-recrutering beiden aanzienlijk geïnhibeerd waren, terwijl er geen inhibitie was in TNFR2-deficiënte muizen. [blokkering via TNF-α signalering => minder produktie van CCL2 door microglia => geen infiltratie van monocyten in de hersenen] Onze resultaten identificeren het bestaan van een nieuw immuniteit-CZS communicatie-mechanisme, voorkomend in de achtergrond van perifere orgaan-inflammatie, die specifieke implicaties zou kunnen hebben voor de ontwikkeling van wijzigingen in cerebrale neurotransmissie die men frequent tegenkomt bij talrijke inflammatoire ziekten voorkomend buiten het CZS.

————————-

De resultaten van bovenstaande studie wijzen er dus op dat zelfs in afwezigheid van duidelijk zichtbare CZS-inflammatie, microglia toch kunnen geaktiveerd zijn om MCP-1/CCL2 te produceren die biologisch relevant is voor de aantrekking van monocyten naar de hersenen toe. Het aantonen van een dergelijk mechanisme bij M.E.(cvs) zou ev. kunnen bewijzen dat er daar wel degelijk inflammatie is.

TNF-α signalisering via TNFR1 speelt een dominante rol bij het mediëren van inflammatie en TNF-α is een belangrijke factor bij het ontstaan van ‘ziekte-gedrag’. Aangezien een aanpak met anti-TNF-α therapieën een vermindering van klinische symptomen demonstreerde (monoklonaal antilichamen Infliximab bij ziekte van Crohn, Etanercept bij psoriasis of Adalimumab bij sarcoïdose /// TNF-α synthese blokker pentoxifylline bij hepatitis en auto-immune encephalomyelitis), kan dit mogelijk een belangrijke behandel-wijze zijn… Een piloot-studie met Etanercept (Lamprecht K; 2001 Meeting of the AACFS) leek beloftevol bij CVS maar werd niet bevestigd; Dr. Kerr zou hier wel een selekt aantal CVS-patiënten proberen mee behandelen…

We willen hierbij ook nog eens verwijzen naar eerdere bijdragen over microglia [‘Chronische microglia aktivatie na overmatige immuun-stimulatie’, ‘Gliale Cellen, Astrocyten en M.E.’, ‘Glia, glutamaat-transport en mentale vermoeidheid’] om hun mogelijk belang bij M.E.(cvs) te onderstrepen… Bovenvermeld team vond dus dat lever-inflammatie microglia (“macrofagen gevestigd in het CZS”; glia-cellen zijn niet-neuronale componenten van het centraal zenuwstelsel die nauw interageren met neuronen (en met mekaar) – omvatten astrocyten, oligodendroctyen en microglia-cellen) triggerde om CCL2 te produceren. In één van die bijdragen noteerden we ook reeds: “Daarnaast aktiveert ATP microglia via de stimulatie van purinerge receptoren.”. Daarop aansluitend geven we hier ook een ‘abstract’ mee door Dr Staines en medewerkers (zie ook ‘Fosfodiesterase-inhibitoren tegen vermoeidheid?’) dat hierop verder borduurt…

————————-

Bulletin of the IACFS/ME, Volume 18, Issue 1 (2010)

Novel pathomechanisms in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis: Do purinergic signalling perturbations and gliosis play a role?

D.R. Staines1,2, MBBS, MPH, FAFOM, FAFPHM, E.W. Brenu2, HBSc, Grad Dip BMed, S. Marshall-Gradisnik2, PhD

1. Queensland Health, Gold Coast Population Health Unit, Southport, Gold Coast, Queensland, Australia

2. Faculty of Health Science and Medicine, Population Health and Neuroimmunology Unit, Bond University, Robina, Queensland, Australia

Samenvatting

CVS/M.E. is een ernstige, vermoeidheid-gerelateerde aandoening met een waaier aan neurologische, immunologische en metabole dysfunkties. Dit artikel exploreert de mogelijkheid van stoornissen van purinerge [via ATP en andere nucleotiden] signalisering (PS) als een pathomechanisme voor CVS/M.E., waarbij gliale cel dysfunktie, ontwrichting van neuronale overdracht, neuro-inflammatie en mogelijke verstoringen van de werking van de bloed-hersen- en bloed-ruggemerg-barrières (BBB/BSB) betrokken zijn. We bespreken de mogelijkheid dat de vermeende neuro-inflammatoire processen kunnen voorkomen door verstoringen van PS waarbij vaso-aktief neuropeptide (VN) [omvatten o.a. VIP en PACAP, behoren tot de secretine/glucagon super-familie] dysfunktie (bv. via auto-immune mechanismen) betrokken is.

‘Pituitary adenylate cyclase activating polypeptide’ [PACAP, hypofysair adenylaat-cyclase aktiverend polypeptide] en vaso-aktief intestinaal peptide [VIP] werken als neurotransmitters, vaatverwijders, en regelaars van de immuniteit, nociceptie [pijn-waarneming] en hypoxisch [door zuurstof-gebrek] letsel. Ze zijn belangrijk in het centraal zenuwstelsel door het aktiveren van adenylaat-cyclase [AC; enzyme van belang bij het energie-meatbolimse] om cAMP uit ATP te produceren. Het compromiteren van het ATP-metabolisme kan neuronale en gliale toxiciteit bevorderen door verminderde cAMP-produktie of verzwakt ATP-metabolisme en deze kunnen de BBB/BSB-funktie wijzigen.

Hoewel speculatief, kunnen er diagnostische en therapeutische implicaties bestaan voor CVS/M.E. als compromitering van VN, samen met stoornissen van PS, wel degelijk de werking van neurologische en gliale cellen ontrgelen. Plausibele behandel-mogelijkheden omvatten fosfodiesterase-inhibitoren (PDEIs) [zie ‘Fosfodiesterase-inhibitoren tegen vermoeidheid?] en purinerge modulatoren.

————————-

Het purinerge signalisering-mechanisme dat gebruik maakt 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, 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 veelvuldige voorkomen in het centraal en perifeer zenuwstelsel (zie o.a. ‘Spier-metaboreceptoren’ & ‘Matige Inspanning verhoogt Expressie van Sensorische, Adrenerge en Immuun Genen bij CVS’). De P2Y receptoren zijn een familie van purinerge receptoren.

Gekende purinerge receptor-modulatoren zijn bv. PPADS (niet-selektieve P2 purinerge antagonist), apyrase (een plasma-membraan enzyme dat de omzetting van ATP naar AMP katalyseert), enz.

april 4, 2009

Chronische microglia aktivatie na overmatige immuun-stimulatie

Filed under: Immunologie,Neurologie — mewetenschap @ 5:40 pm
Tags: , , , , ,

Het ‘review’-artikel dat volgt heeft niet direct met M.E.(cvs) te maken. Het begint er echter steeds meer op te lijken dat M.E.(cvs) een chronische inflammatoire toestand van de hersenen impliceert, die werd ‘vertaald’ vanuit de periferie nadat de initiële ‘boosdoener’ is verdwenen. Deze ‘vertaling’ zou kunnen gebeuren via cytokinen en microglia. Het onderstaand stuk beschrijft hoe dit zou kunnen gebeuren bij het Golfoorlog Syndroom – verwant aan M.E.(cvs) – en autisme…

Het blijft voorlopig allemaal hypothetisch en zal door sommigen als controversieel worden bestempeld. Toch geven we het hier mee 1) omdat vaccinaties door M.E.(cvs)-patiënten zeer dikwijls worden aangeduid als aanzet voor hun ziekte maar vooral 2) om eventueel een aanzet te geven voor denkpistes in de richting van een rol voor microglia in de pathofysiologie van M.E.(cvs).

Journal of American Physicians and Surgeons Volume 9 Number 2 Summer 2004 (46-51)

Chronic Microglial Activation and Excitotoxicity Secondary to Excessive Immune Stimulation: Possible Factors in Gulf War Syndrome and Autism

Russell L. Blaylock, M.D.

[Een gepensioneerd neurochirurg; nu ‘President of Advanced Nutritional Research’ (Jackson, Mississipi)]

SAMENVATTING

Er is aanzienlijk en groeiend bewijs dat chronische microglia [zie ‘ Cytokine polymorfismen & respons op infektie’] aktivatie een belangrijke rol speelt bij talrijke neurologische aandoeningen inclusief Alzheimer’s dementie, ziekte van Parkinson, ALS [Amyotrofische Lateraal Sclerose of Ziekte van Lou Gehrig], beroerte en inflammatoire hersen-ziekten. De release van toxische elementen door geaktiveerde microglia, zoals cytokinen en excitotoxinen, is gekend voor het voortbrengen van neuro-degeneratie. Er werd aangetoond dat perifere immuun-stimulatie microglia in het centraal zenuwstelsel [CZS] aktiveren, en bij overmaat kan dit leiden tot neuro-degeneratie en cognitieve defekten, zoals deze die gebruikelijk geassocieerd zijn met ‘Gulf War’ Syndroom (GWS) en autisme. Dit artikel vat het mechanisme samen dat deze twee aandoeningen verbindt met overmatige immuun-stimulatie secundair aan over-vaccinatie.

Klinische Kenmerken van ‘Gulf War’ Syndroom en Autisme

[…]

In menig opzicht lijken gedragsproblemen geassocieerd met dit syndroom [GWS] op ‘astheno-emotional disorder’ [neuropsychiatrische aandoening; asthenie = veralgemeende lichaamszwakte, krachteloosheid], die wordt gekenmerkt door vermoeidheid bij langdurige mentale aktiviteit, stress-intolerantie, verminderde concentratie en korte-termijn geheugen, hoofdpijn bij mentale verwerking, prikkelbaarheid en gevoeligheid voor geluid en licht. Het anatomisch substraat voor dit syndroom – toegeschreven aan de hippocampus [gelegen aan de binnenzijde van de slaapkwab, deel van het limbisch systeem], limbische verbindingen [limbisch- systeem = hersen-strukturen betrokken bij emotie, motivatie, genot, geheugen, informatie-verwerking, stress,…; omvat naast de hippocampus o.a. ook de hypothalamus en de amygdala], temporale kwabben en delen van de frontale kwabben – overlapt met degenen die het meest beschadigd zijn door neuro-inflammatie en begeleidende excitotoxiciteit.

In het geval van autisme liep de significante en onverklaarde stijging beginnend in de jaren-80 parallel met de introduktie van een schare nieuwe vaccins: hoewel vaccinatie-authoriteiten een oorzakelijk verband niet aanvaarden. Bij de neurologische dysfunktie die wordt gezien bij autisme en de aandoeningen van het autisme-spectrum, net als die bij GWS, zijn de limbische connecties betrokken. Door de snelle ontwikkeling van de hersenen van het kind en de onrijpheid van verscheidene biochemische systemen, worden symptomen bij het autistisch kind gezien die niet zouden worden verwacht bij volwassenen (echolalia [letterlijk herhalen van woorden en zinnen zonder ze volledig te begrijpen], ongepast lachen en giechelen, en verschillende taal-gerelateerde symptomen. Zoals bij GWS, wordt significante immuun-dysfunktie waargenomen bij autisme-gevallen.

Het Effekt van Immuun-Stimulatie op het Centraal Zenuw Stelsel

Er is meer en meer bewijs dat over-stimulatie van het immuunsysteem kan leiden tot schadelijke effekten op de werking van het zenuwstelsel, inclusief neurodegeneratie. Terwijl de meeste mensen zich er van bewust zijn dat auto-immuniteit kan voorkomen wanneer componenten van het zenuwstelsel betrokken zijn bij immuun-reakties – bv. bij post-vaccinale encefalitis en sub-acute scleroserende panencefalitis [blijvende beschadiging van het brein na een hersen-ontsteking] – weten weinigen van chronische neurodegeneratie zónder auto-immuniteit. Recent bewijs wijst er op dat verschillende reakties kunnen voorkomen die mogelijks van belang zijn, niet enkel bij aandoeningen van het autisme-spectrum en GWS, maar ook bij neuro-trauma, ischemie [zuurstof-tekort] en verscheidene neurodegeneratieve ziekten.

McGeer en co [Local neuro-inflammation and the progression of Alzheimer’s disease. J Neurovirol 2002;8:529-538] hebben een immuun-proces gedefinieerd waarbij niet auto-immuniteit is betrokken, maar eerder een niet-specifieke immunologische vernietiging van neuronen, neurieten [zenuw-uitlopers] en synaptische verbindingen [synaps = spleet tussen zenuwecellen waar de ‘boodschap’ wordt doorgegeven], genaamd auto-toxiciteit. Bij dit proces kunnen ofwel systemische immuun-factoren (cytokinen) of lokale immuun-factoren zoals ß-amyloïd [eiwit waarvan de onoplosbare vorm zich bij Alzheimer tussen de hersencellen ophoopt als ‘plaques’] of virale componenten, het immuunsysteem van het brein stimuleren via aktivatie van astrocyten en microglia. In beide gevallen worden complement, cytokinen, reaktieve zuurtsof- en stikstof-species, cellulaire immuun-componenten, proteasen, adhesie-molekulen, excitotoxinen, arachidonzuur en andere chemokinen afgegeven. Deze toxische stoffen veroorzaken ‘bystander injury’ [schade aan omstaanders] aan de omliggende normale neurale elementen.

De Rol van de Microglia

Het immuunsysteem van het centraal zenuwstelsel wordt gecontroleerd door de microglia, een diffuse groep van normaal-gezien rustende cellen die zich bij aktivatie amoeboïde [met dunne, sterk vertakte uitlopers] gaan manifesteren en talrijke cytokinen, chemokinen, eicosanoïden [bepaalde groep hormonen die zijn afgeleid van essentiële vetzuren; omvat prostaglandinen, leukotrieënen, tromboxanen e.a.; bepalen het ontstaan en in stand houden van ontstekingen en de daarmee gepaard gaande pijn], proteasen, complement en ten minste twee excitotoxinen secreteren. Onder de meest acute omstandigheden en tijdens neuronale ontwikkeling, kunnen de immuun-cytokinen ageren als neurotrofische substanties die de groei van neurieten beschermen en bevorderen. Bij intense aktivatie en bij chronische aktivatie kunnen deze cytokinen en andere secretoire componenten van de microglia zeer destruktief zijn.

Hoge concentraties of interleukine-1ß (IL-1ß) geïnjekteerd in de hersenen kunnen lokale inflammatie en degeneratie van neuronen veroorzaken, en zelfs lage concentraties kunnen – in aanwezigheid van ß-amyloïd, ischemie, trauma of excitotoxinen – destruktieve reakties triggeren.

De sleutel-rol van de microglia wordt aangetoond door het feit dat gemengde culturen van neuronen en microglia intense destruktie van de neuronen veroorzaken als lipopolysaccharide [een endotoxine; belangrijkse component van de celwand van Gram-negatieve bakterieën; zit soms in vaccins om de immuun-respons te verhogen] wordt toegevoegd. Dit gebeurt niet in afwezigheid van microglia.

Er werd aangetoond dat aktivatie van microglia een vroege gebeurtenis is – in experimentele modellen én in bij mensen met Parkinson en Alzheimer. Gedragsmatige veranderingen en klinische effekten komen – in geval van Alzheimer -vóór het verschijnen van amyloïde plaques en neurofibrillaire knopen. Dat deze inflammatoire processen kunnen worden verergerd door systemische aktivatie van microglia werd aangetoond in proeven met experimentele amyloid-beta (A-beta) vaccins bij vrijwillge Alzheimer-patiënten bij wie meerdere gevallen van encefalitis werden gezien.

Microglia-aktivatie als een centraal destruktief proces werd aangetoond in een groeiende lijst aandoeningen, inclusief Multipele Sclerose (MS), Alzheimer-dementie, Parkinson, Amyotrofische Lateraal Sclerose (ALS), Ziekte van Huntington, glaucoma, trauma, beroerte, virale encefalopathie, humaan immunodeficiëntie virus (HIV)-geassocieerde dementie, prion-aandoeningen [bv. Creutzfeld-Jakob of gekke-koeien-ziekte, BSE] e.a. Het is ook bekend dat IL-1ß experimentele allergische encefalitis (EAE) kan verergeren wanneer het wordt geïnjekteerd in het ruggemerg, en dat blokkage van tumor necrose factor-alfa (TNF-alfa) en IL-1ß significant de vernietiging bij EAE kunnen verminderen.

Veel dingen kunnen de microglia immuun-cytokinen aktiveren, inclusief zware metalen, aluminium, geoxidieerd LDL, amyloïd, virussen, Mycoplasma’s, bakterieën en glutamaat. Het ingangspunt op het microglia-membraan is het ‘mitogen-activated protein kinase’ (MAPK) en zijn stress-proteïne enzyme (SAPK).

Eens microglia zijn geaktiveerd, wordt ook de eicosanoïd-produktie verhoogd: primair door het cyclo-oxygenase-1 (COX-1) enzyme. Ter zelfder tijd is er een verhoogde afgifte van arachidonzuur en produktie van prostaglandine-E2, een kreachtig inflammatoir cytokine. Release van deze destruktieve elementen in de aanvalszone verspreidt naar de omliggende gebieden, wat de zogenaamde ‘bystander-damage’ veroorzaakt. De mate daarvan hangt af van de intensiteit van de microglia-aktivatie en hoe lang deze aanhoudt. In de meeste gevallen stopt de aktivatie van microglia snel, waardoor de schade aan de omliggende cellen minimaal blijft. In geval van chronische microglia-aktivatie kan ‘bystander-damage’ extensief zijn. Dat is wat lijkt te gebeuren bij autisme-aandoeningen en GWS.

Verhogingen van IL-1ß in de hersenen bleken te interfereren met ‘long-term potentiation’ [LTP, langdurige verbetering van de communicatie tussen twee neuronen, resulterend uit hun gelijktijdige stimulatie], een kritiek proces bij de ontwikkeling van het geheugen. IL-2 en IL-6 zijn ook betrokken bij veranderingen van geheugen en leren. Dit is in het bijzonder zo in stressvolle situaties, zoals bv. bij oorlogssituaties. Andere studies hebben verminderde neurogenese [ontstaan van nieuwe neuronen] van de hippocampus aangetoond met chronische verhoogd IL-6 en tumor necrose factor-alfa (TNF-alfa). Dat is van bijzonder belang bij peuters en jonge kinderen.

Microglia-aktivatie komt voor bij alle virale encephalopathieën en zelfs spongiforme encephalopathieën [sponsachtige hersenziekte zoals bij BSE]. Dit is bijzonder belangrijk, overwegende dat de persistentie van het mazelen-virus in de hersenen voorkomt bij 20 percent van de gevallen die zijn blootgesteld aan het virus. Dit is veel meer dan wat klinisch evident is. Het is zelfs niet nodig dat het virus neuronen binnenkomt, zoals bij HIV-1 dementie. In dit geval is een viraal proteïne-fragment (gp41) voldoende om hersen-microglia te aktiveren. Herpes simplex virus type 1 (HSV-1) staat ook bekend brein-degeneratie te veroorzaken via hetzelfde mechanisme.

De Rol van Excitotoxiciteit

Schade aan neuronale mechanismen is niet beperkt tot directe cytokine-effekten. De excitotoxiciteit die wordt geïnitieerd door microglia-aktivatie is zelfs belangrijker. In gevallen van HIV-1 dementie, kan quinolinezuur, een excitotoxine gesecreteerd door geaktiveerde microglia, meer dan 300-voud stijgen. Daarenboven wordt glutamaat afgegeven in concentraties die bekend staan neuronen en/of synaptische vrbindingen te vernietigen.

Omdat glutamaat ook microglia kan aktiveren en cytokine-geïnduceerde neurodegenerative kan versterken, wordt een vicieuze cirkel gecreëerd waarbij immuun-cytokinen de release van glutamaat kunnen stimuleren, en glutamaat versterkt op zijn beurt de cytokine-produktie en -afgifte. Bovendien inhiberen cytokinen glutamaat-transporters die een kritische rol spelen in de verwijdering van overtollig extra-cellulair glutamaat. Nauw verbonden met excitotoxiciteit is de vorming van destruktieve vrije radikalen, in het bijzonder de reaktieve stikstof soorten zoals peroxynitriet en nitrosoperoxycarbonaat. Veel van de schade aan dendrieten, synapsen en neuronen, door cytokinen én excitotoxiciteit, wordt veroorzaakt door vrije radikalen.

De reaktieve stikstof species zijn verantwoordelijk voor nitratie van DNA-residuen, tyrosine, tryptofaan, aminen en metalloproteïnen, waarbij wijdverspreide disruptie van talrijke biochemische processen wordt veroorzaakt. Peroxynitriet speelt in het bijzonder een belangrijke rol bij de onderdrukking van mitochondriale energie-produktie. Dit interfereert niet enkel met hersen-funktie maar versterkt ook uitermate de excitotoxiciteit. Het werd aangetoond dat als de neuronale energie-voorraden uitgeput zijn, zelfs fysiologisch normale concentraties excitatorische [tegengestelde van inhibitorische] aminozuren excitotoxisch kunnen worden.

Excitotoxiciteit wordt ook ten zeerste versterkt door lage magnesium-concentraties, die werden gerapporteerd in de meeste gevallen van autisme en die frequent voorkomen in gevallen van stress, zoals bij ‘Gulf War’ veteranen. Door het verwijderen van magnesium uit een cultuur van cerebraal weefsel, wordt de excitotoxische sensitiviteit 100-voud verhoogd, net zoals bij energie-depletie. Daarenboven verhogen lage magnesium-waarden de release van inflammatoire cytokinen.

Injektie van excitotoxinen in de hersenen bleek de expressie van IL-1ß messenger-RNA en zijn proteïne te verhogen en wanneer excitotoxinen én IL-1ß via infusie in het striatum [bepaalde struktuur in het brein, van belang bij Parkinson] van de hersenen komen en bleek dat er significante vernietiging optreedt op een afstand in de cortex [hersenschors], alsook op de plaats van injektie. Deze bevinding demonstreert de uitgebreide aard van de schade veroorzaakt door combinatie van immuun-stimulatie en excitotoxiciteit; wat het effekt is van chronische microglia-aktivatie.

Een ander bijzonder destruktief produkt is 4-hydroxynonenal (4-HNE), een aldehyde lipiden-peroxidatie produkt dat overvloedig wordt gevonden in gevallen van neurodegeneratie. Interessant is dat peroxylnitriet en 4-HNE in dezelfde neuronen worden gevonden. Dit lipiden-peroxidatie produkt is bijzonder vernietigend voor synaptische verbindingen en mitochondriale enzymen, en kan significant glutamaat-transport-proteïnen inhiberen. Het wordt enkel geneutraliseerd door alfa-liponzuur, glutathion en bepaalde flavonoïden [organische verbindingen uit planten – bessen, druiven, thee, cacao; dus. ook in chocolade en rode wijn].

Stijgingen van brein-glutamaat en -aspartaat verstoren het behouden van het geheugen en beschadigen hypothalamische neuronen bij muizen (jong en volwassen). Dit kan worden verkaard door het feit dat de hippocampus en amygdala talrijke receptoren van het glutamaat-type, waarvan wordt gedacht dat ze een centrale rol spelen bij het leren en geheugen via LTP, bevatten. Daarenboven spelen hun limbische verbindingen – frontale en die van de cingularis [deel van de hersenschors], een belangrijke rol bij emotionele verwerking. Micro-injekties van excitotoxinen in het ventrale subiculum [specifiek deel] van de hippocampus verhogen bovendien locomotor-aktiviteit [beweging van een plaats naar een andere], erg vergelijkbaar met wordt gezien bij sommige autistische kinderen en ‘attention deficit hyperactivity disorder’ (ADHD). Hyper-responsiviteit op stressvolle stimuli kan worden veroorzaakt door excitotoxische schade aan de ventrale hippocampus op een zeer jonge leeftijd, iets dat zou worden verwacht in gevallen van autistische hyper-immune responsen.

Het gevolg van schade aan de synapsen, dendrieten en cel-lichamen zou verschillend zijn in ontwikkelende hersenen, in het bijzonder tijdens de periode van de groei van de hersenen (laatste trimester van de zwangerschap tot de leeftijd van twee jaar). Er werd aangetoond dat excitotoxiciteit niet enkel neurale elementen en funktie kan verstoren maar ook de ontwikkeling van hersen-netwerken kan veranderen, wat resulteert in een ‘mis-wired’ brein [met gestoorde circuits]. Bij volwassenen zou men stoornissen qua aandacht/geheugen, depressie en sociale terugtrekking met gelijkaardige letsels aan het limbisch systeem verwachten.

Neurologische en Gedragsmatige Effekten van Cytokinen

Van de beste informatie die we hebben betreffende cytokine-effeken op hersen-funktie komt van hun gebruik bij de behandeling van hepatitis- en kanker-patiënten. De effekten van deze stoffen worden onderverdeeld in acuut en chronisch. De acute effekten lijken op griep en duren één tot drie weken. Chronische effekten kunnen voorkomen bij alle dosages, toedieningswijzen en schema’s. Hogere dosissen zullen wellicht meer diepgaande en aanhoudende effekten veroorzaken.

Een groeiend aantal studies bij mensen hebben dramatische veranderingen qua leren, geheugen, aandacht en gevoelstoestand alsook waarneming en bewegingsfunkties na cytokine-behandelingen getoond. ALS-patiënten behandeld met interferon vertoonden significante verstoring van het verbaal geheugen en reken-mogelijkheden. In een andere studie bij 44 kanker-patiënten die IL-2 kregen, werd gevonden dat 71 percent die een hoge dosis kreeg milde tot ernstige gedragsveranderingen ontwikkelde, inclusief cognitieve dysfunktie. Al deze gedragsmatige symptomen verdwenen binnen de drie dagen dat de behandeling werd gestopt.

Patiënten die meer dan 1 miljoen eenheden interferon-alfa kregen, vertoonden enkele constitutionele symptomen. Chronische symptomen worden bij alle dosissen gezien maar zijn meer waarschijnlijk bij dosissen groter dan 18 tot 20 miljoen eenheden. Renault et al. verdeelden de gedragsmatige symptomen in drie categorieën: ‘organic personality syndrome’ [psychische stoornis gekenmerkt door een korte of langdurige persoonlijkheidsstoornis grotendeels te wijten aan de hersenen-dysfunctie], ‘organic affective syndrome’ [veranderingen van stemming en emoties, gewoonlijk vergezeld van veranderingen in aktiviteit, depressie, enz., maar ten gevolge een organische aandoening] en delirium [verwardheid, hallucinaties].

Eén groep symptomen is blijkbaar gelijkaardig aan die van autisme-spectrum patiënten: oncontroleerbare over-reaktie op kleine frustraties, uitgesproken prikkelbaarheid en een slecht humeur. ‘Gulf War’ veteranen vertonen gewoonlijk ‘organic affective’ symptomen zoals depressie, gevoelens van hopeloosheid en oncontroleerbare huil-buien. Verward bewustzijn, disoriëntatie, prikkelbaarheid en stemmingswisselingen gelijkaardig aan deze die worden gezien bij autisme-patiënten en ‘Gulf War’ veteranen werden ook vastgesteld. Daarenboven ontwikkelden patiënten die de interferon-alfa kregen perioden van ernstige agitatie of ze werden slechtgezind en trokken zich dikwijls terug – andere bevindingen die ze gemeenschappelijk hebben met autistische kinderen.

Psychomotorische vertraging werd gezien bij 47 tot 80 percent van de patiënten behandeld met interferon-alfa, tesamen met sociale afzondering. Cognitieve veranderingen kwamen ook voor, met een verkorte aandachtsspanne, gestoord korte-termijn geheugen en ‘hersen-mist’. Andere rapporten beschrijven patiënten die perioden van stilte vertonen en die zonder verwittiging in de verte staren, zelfs midden in een zin.

De meeste cognitieve veranderingen bleken omkeerbaar maar sommige meldingen beschrijven aanhoudende cognitieve problemen die tot twee jaar na het beëindigen van de behandeling voortduren. In zeldzame gevallen, worden patiënten volledig dement. Dit is begrijpbaar als we ons herinneren dat interferon excitotoxiciteit kan aktiveren en ernstige schade door vrije radikalen aan synapsen en neuronen kan veroorzaken. Van interferon-gamma wordt gemeld dat het superoxide-waarden doet stijgen. Vertraagde denk-processen, verwarring en zelfs Parkinson-symptomen werden gerapprorteerd bij patiënten die interferon-gamma gebruiken.

IL-2, aangewend om infektueuze ziekten en kanker te behandelen, resulteert in veranderingen van de mentale status, agitatie, strijdbaarheid, hallucinaties, concentratie-problemen en waan-beelden. IL-1 werd geassocieerd met waan-ideëen, aanvallen, agitatie en slaperigheid, terwijl TNF-alfa verbijgaand geheugenverlies, hallucinaties en zelfs afasie [verworven taalstoornis die veroorzaakt wordt door een hersenletsel en waarbij het begrijpen en het uiten van gesproken en geschreven taal gestoord is] kan veroorzaken.

IL-1ß én TNF-alfa kunnen glutamaat-heropname blokkeren, wat resulteert in hoge waarden aan toxisch extra-cellulair glutamaat. Cognitieve defekten zijn ook courant na IL-1ß gebaseerd op inhibitie van LTP, wat essentieel is voor het verwerven van geheugen.

De Rol van Vaccins

Zoals eerder vermeld: perifere immuun-stimulatie aktiveert vlot het immuunsystem van de hersenen. In de meeste gevallen is dit kortstondig en is neuronale schade minimaal. Chronische aktivatie van microglia kan echter leiden tot substantiële verstoring van de neuronale funktie en zelfs neurodegeneratie.

Twee basis-processen lijken verantwoordelijk voor de chronische stimulatie van hersen-immuniteit: herhaalde, kort op elkaar volgende inentingen zonder het brein toe te laten te herstellen, en inenting met levende virussen of contaminerende organismen die voortbestaan in de hersenen. ‘Gulf War’ veteranen kregen tot 17 inentingen zeer kort na elkaar. Kinderen krijgen dikwijls vijf tot zeven inentingen tijdens één pediatrisch consult, meerder als combinatie-vaccins, zoals mazelen-bof-rubella (‘MMR’).

[…]

Excitotoxinen dragen bij tot de schade bij infekties van het CZS. Glutamaat-concentraties in het cerebrospinaal vocht stijgen bij in bakteriële meningitis en de waarden correleren rechtsreeks met de prognose. Extracellulaire glutamaat-concentraties zijn verhoogd bij alle gevallen van virale encefalopathieën, inclusief die bij of AIDS. Glutamaat- en aspartaat-concentraties in het plasma bleken ook verhoogd bij 11 van 14 autistische kinderen. Er is ook bewijs dat virussen de toxiciteit van glutamaat kunnen versterken.

Injektie van het immuun-adjuvant lipopolysaccharide (LPS) is nauw verwant met het vaccinatie-proces. In een bepaalde studie werd voor het eerst aangetoond dat perifeer toegediend LPS het leergedrag bij muizen verminderde. De dosis die werd gebruikt, leidde niet tot observeerbare letsels aan de neuronen maar benadeelde de dieren significant bij testen van het ruimtelijk geheugen die een funktionele hippocampus vereisen. Associatief leren was het meest aangetast. Geheugen bleef behouden. LPS-injektie, zo werd aangetoond, veranderde norepinefrine- en serotonine-concentraties in de hippocampus (via het verhogen van IL-1 concentraties), en deed ook de glutamaat-waarden stijgen. Verhoogde serotonine-niveaus werden ook beschreven bij autisme.

Langdurige aanhoudende immuun-aktivatie en lichte brein-inflammatie werden ook gemeld bij drie kinderen die herstelden van Herpes simplex encefalitis voor de leeftijd van twee jaar. De kinderen vertoonden allemaal overvloedig geaktiveerde microglia in hersen-biopten en bleven achteruitgaan na virale behandeling, wat wijst op blijvende microglia-aktivatie. Virale fragmenten, zonder aktieve infektie, kunnen aanleiding geven tot dit fenomeen.

Niet alle aanhoudende virale infekties zijn geassocieerd met onmiskenbare inflammatoire responsen. Door gebruik te maken van een neurotrofe [die het centraal zenuwstelsel kunnen aantasten] mazelen-stam bij hamsters, werd gevonden dat een niet-inflammatoire encefalopathie kan gepaard gaan met vernietiging van de CA1- en CA3-segmenten van de hippocampus [zgn. ‘Cornu Ammonis’ gebieden met pyramidale cellen]. Dit zou nog meer kunnen lijken op de situatie bij autistische kinderen en sommige gevallen van GWS, aangezien duidelijke klinische en laboratorium-tekenen van inflammatie afwezig zou zijn. Neurodegeneratie veroorzaakt door dit neurotrofisch mazelen-virus kon worden geblokkeerd gebruikmakend van de NMDA-receptor antagonist, MK-801 [niet-competitieve antagonist die bindt binnenin het ion-kanaal van de receptor; gebruikt mij researh-experimenten; geeft psychotrope effekten], wat wijst op een excitotoxisch mechanisme. (De NMDA-receptor is de post-synaptische receptor voor L-glutamaat die kan worden geaktiveerd door het medicijn N-methyl-D-aspartaat.)

Het pokken-vaccin is verbonden met post-vaccinale encefalitis bij 1 op 110.000 vaccinaties. Dit omvat enkel de flagrante gevallen van encefalitis; meer chronische, subtiele gevallen met slecht-gedefinieerde neurologische symptomen lang na de vaccinatie kunnen over het hoofd worden gezien. De meeste vaccin follow-up studies gaan niet verder dan twee weken. Het blijkt duidelijk uit bovenstaande studies dat deze follow-up periode veel te kort is. Meer aanhoudende neurotropische virussen die nu worden ontdekt lijken gerelateerd met chronische neurodegeneratie. Deze omvatten HSV-1, coronavirus, mazelen-virus, en human herpes viruse 6 and 7 (HHV-6 en HHV-7). Een post-vaccinale encephalopathie werd ook beschreven bij kinderen jonger dan twee jaar na pokken-vaccinatie. De meeste daarvan komen voor als chronische aandoeningen.

Een Multi-factorieel Probleem

Enkel een deel van de bevolking die wordt blootgesteld aan deze pathogene factoren hebben symptomen en niet iedereen wordt op dezelfde manier aangetast. Er is een kritieke interaktie tussen vele factoren, inclusief blootstelling aan kwik, aan andere toxinen (pesticiden, chemische oorlogswapens en insekten-afweermiddelen) en aan andere infektueuze agentia, voeding, status van het anti-oxidant systeem en immuun-funktie.

Tekorten aan bepaalde voedingsstoffen blijken courant bij autistische kinderen: magnesium, pyridoxine (vitamine-B6) en docosahexaeenzuur (DHA, een essentieel omega-3 vetzuur). Zo’n tekorten kunnen excitotoxiciteit versterken. Van vitamine-B6 has werd getoond dat het de concentraties van glutamaat in het bloed en in hersenweefsel verlaagt. Magnesium werkt ter hoogte van de NMDA-receptor om calcium-toegang in de neuronen te downreguleren. DHA speelt een bijzonder belangrijke rol bij de funktie van cellulaire membranen – vooral mitochondriale membranen – en reduceert excitotoxiciteit. Recente studies hebben ook getoond dat het ook een belangrijke rol speelt bij synaptische membranen.

Immuun-dysfunktie in GWS, Autisme en Andere Gedragsaandoeningen

Er is groeiend bewijs dat immunologische dysfunktie een belangrijke rol heeft bij autisme en GWS. Verschuiving van het immuunsysteem van een Th1 profiel naar een Th2 pro auto-immuun profiel werd beschreven bij ‘Gulf War’ veteranen en bij autistische kinderen. Er is ook overtuigend bewijsmateriaal dat GWS gerelateerd is met blootstelling aan vaccin-adjuvant squaleen. Veel waarnemers hebben een stijging van oor-infekties en infekties van de bovenste luchtwegen genoteerd bij autistische kinderen.

Er is groeiend bewijs voor auto-immuniteit bij autisme en andere mogelijks gerelateerde aandoeningen (bv. ADHD). Warren et al. hebben een gemeenschappelijke link beschreven tussen autisme, ADHD en dyslexie, en een verhoogd voorkomen van het the ‘C4B null’ gen (dat géén complement-proteïne C4B produceert). Anderen hebben melding gemaakt van een stijging in antilichamen tegen myeline-eiwit en neuronale axon-filamenten [vertakkingen van zenuwcellen] in het brein. Verhogingen van TNF-alfa werden ook beschreven bij autisme.

Deze set immuun-deficiënties zou leiden tot directe cytokine-aktivatie van microglia via auto-immuun geïnduceerde cytokine-stimulatie van microglia-receptoren. De immuun-deficiëntie veroorzaakt door lage waarden aan C4B-complement, belangrijk voor het elimineren van virussen, Mycoplasma’s en schimmels zou de waarschijnlijkheid op virale en Mycoplasma persistentie in de hersenen kunnen verhogen. In beide gevallen zou chronische aktivatie van microglia kunenn voorkomen. Bij veel gevallen van autisme en GWS is geen auto-immuniteit betrokken maar is er eerder ‘bystander injury’.

Besluiten

Het bewijs suggereert dat over-stimulatie van het systemisch immuunsysteem, zoals bij herhaalde inentingen kort na elkaar, kan resulteren in chronische aktivatie van microglia in de hersenen, het immuun-mechanisme van het zenuwstelsel.

Er is overvloedig experimenteel en klinisch bewijs dat stijgingen in cytokinen kunnen resulteren in ontwrichting van de hersen-funktie, door het genereren van talrijke types vrije radikalen én door de release van de excitotoxinen glutamaat en quinolinezuur door geaktiveerde microglia. Een complexe interaktie van zuurstof- en stikstof-stress, excitotoxiciteit en immuune-cytokinen verandert, eens de microglia zijn geaktiveerd, synaptische verbindingen, conservatie van dendrieten en neuron-funktie, wat leidt tot een veelheid aan symptomen zoals deze die worden gezien bij GWS en autisme.

Beide syndromen vertonen een verstoord perifeer immuunsysteem, een mogelijk gevolg van de buitensporige vaccinatie zelf, neurotoxische vaccin-addititieven (aluminium en kwik) en immuun-suppressieve virussen zoals het mazelen-virus. Dit zou moeten een waarschuwing zijn voor degenen die zelfs meer vaccins in een schema – dat al vol zit – willen stoppen, alsook als een indicatie om de huidige schema’s te her-evalueren.

december 1, 2018

Neuroimmune toepassingen van stamcellen bij M.E.(cvs)

Filed under: Behandeling — mewetenschap @ 7:38 am
Tags: , , , , ,

Pluripotente stamcellen kunnen differentiëren tot cellen van alle drie de kiemlagen (buitenste ectoderm, middenste mesoderm, binnenste endoderm; waaruit de verschillende organen worden gevormd) van het embryo. Deze kunnen op verschillende manier worden verkregen: uit embryo’s, uit foetaal weefsel van afgebroken zwangerschappen, via celkern-transplantatie of therapeutisch klonen en via her-programmering van gedifferentieerde cellen (iPSCs).

Aan het begin van deze eeuw waren er anecdotische meldingen van “behandelingen” op basis van “stamcellen” (Dr Paul Cheney) maar deze bleken weinig gefundeerd en leverden ook niet echt een blijvend resultaat. Stamcel-onderzoek in relatie met M.E.(cvs) blijkt in de V.S. én in Europa weer in de belangstelling te komen van academische researchers…

Victoria Moreno-Manzano is team-leider van het ‘Neuronal and Tissue Regeneration Lab’ wat onderzoek verricht op het gebied van regeneratieve geneeskunde (therapeutische toepassingen van op stamcellen gebaseerde benaderingen). Elisa Oltra Garcia is professor ‘Cell and Molecular Biology’ en haar werk-gebied omvat stamcellen, kanker, fibromyalgie en genetica; ze werkt ook op het ‘European ME/CFS Biomarker Landscape project’ (een initiatief van het ‘European Network on Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome’, EUROMENE).

Onderstaande is een deel van het boek ‘Cell Culture’, uitgegeven door IntechOpen; naar eigen zeggen: “the world’s leading publisher of Open Access books”. Dit is een zgn. ‘open toegang’ uitgever van academische boeken. Niettegenstaande een deel van de boeken geïndexeerd is in het gerenommeerde ‘Web of Science’ wordt de uitgever door een deel van de wetenschappelijke gemeenschap als ‘predatory’ (roofzuchtig) beschouwd… Dit hoofdstuk geeft aan wat de hypothetische mogelijkheden van stamcel-therapie bij M.E.(cvs) kunnen zijn.

————————-

IntechOpen Paper 80714 (november 2018)

Culturing adult stem cells for cell-based therapeutics: neuroimmune applications

Victoria Moreno-Manzano (1,3), Elisa Oltra Garcia (2,3)

1 Centro de Investigacion Principe Felipe, Valencia

2 Catholic University of Valencia, Valencia

3 European network EUROMENE

Samenvatting

Pluripotente stamcellen kunnen op een succesvolle manier worden geïsoleerd uit verscheidene weefsels van volwassen organismen. Dit opent de opwindende mogelijkheid van cel-gebaseerde therapieën voor een groot aantal klinische behandelingen. De ontwikkeling van geoptimaliseerde protocollen om cellen te verkrijgen, laten groeien en cryopreserveren, alsook van doeltreffende klinische behandel-procedures is echter geen gemakkelijke opdracht. Het therapeutisch potentieel van cellen die in vitro worden ontwikkeld, hangt af van een veelvoud van factoren (isolatie-procedures, donor- en weefsel-types, expansie- en bewaar-methoden, enz.). Researchers investeren veel moeite om te bepalen welke van deze vele variabelen een significante impact hebben op de ‘downstream’ prestaties van in vitro ontwikkelde stamcellen via het bestuderen van geassocieerde veranderingen in molekulaire profielen en hun effekt op het immuunsysteem van de gastheer. Dit hoofdstuk biedt een overzicht van de huidige toestand wat betreft de produktie van stamcellen en afgeleiden daarvan, welke het pad effenen voor verschillende behandelingen. Door de onderzoek-interesses van onze laboratoria, wordt een bijzondere nadruk gelegd op de potentiële voordelen van stamcel-gebaseerde therapeutica voor de behandeling van ruggemerg-letsels en de neuro-immuun ziekte Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS) niet enkel door differentiatie- en cel-transplantatie mechanismen maar ook omwille van de anti-inflammatoire en immuun-regulerende capaciteiten van deze cellen.

1. Inleiding

Stamcellen vertonen bijzondere kenmerken die hen doen verschillen van andere cel-types. Ten eerste zijn het ongespecialiseerde, zelf-vernieuwende, in weefsels verblijvende cellen en ten tweede kunnen ze worden geïnduceerd om te differentiëren tot gespecialiseerde cel-types; wat beloftevol is naar de regeneratieve geneeskunde toe. Wanneer deze cellen worden geïsoleerd uit volwassen, volledig gedifferentieerde weefsels, worden ze beschouwd als volwassen stamcellen, ook zelfs als ze aanwezig zijn bij zuigelingen en foetussen. Daarom zou het meer gepast zijn er naar te refereren als weefsel-stamcellen of mesenchymale stamcellen [mesenchym = embryonaal bindweefsel] om ze te onderscheiden van residente voorloper-cellen met beperkte differentiatie-capaciteit. Deze MSCs [mesenchymale stamcellen; zie hieronder] kunnen worden geïsoleerd uit een groot aantal weefsels, zoals beenmerg, vet-weefsel, tandpulp, haar-follikels, amniotisch vocht [vruchtwater, beschermende vloeistof rond de foetus], gelei van Wharton [gelatineuze substantie met bindweefsel] in de navelstreng en zelfs uit zenuw- of hart-weefsel. MSCs zijn multipotent [kunnen tot een beperkt aantal celtypes differentiëren] en kunnen onder geschikte omstandigheden differentiëren naar chondrocyten [cellen die kraakbeen aanmaken en onderhouden], adipocyten [vet-cellen] en osteoblasten [cellen die botweefsel opbouwen]. MSCs kunnen in vitro meer dan een miljoen keer worden gekloond en ontwikkeld zonder hun differentiatie-potentieel te verliezen; wat theoretisch een rijke bron voor weefsel-herstel betekent. Hun gevoeligheid voor signalen uit de omgeving en genetische factoren, samen met een gebrek aan ‘standardized good manufacturing’ procedures (GMPs) gebaseerd op gedefinieerde componenten heeft echter hun waarachtig therapeutisch potentieel belemmerd. Sinds de ontdekking dat MSCs ‘mixed lymphocyte reactions’ [mengen van populaties (genetisch verschillende) lymfocyten, bij een transplantatie bv.] inhiberen en de afstoting van allogene huid-transplanten voorkomen, heeft een groot aantal rapporten bewijsmateriaal geleverd dat MSCs immuun-suppressief en immuun-regulerend zijn; eigenschappen die therapeutisch aangewend kunnen worden. Er blijven echter uitdagingen omtrent het volledig begrijpen en controleren van het regeneratief potentieel van MSCs.

Naast MSCs betekende het herprogrammeren van terminaal gedifferentieerde cellen of de inductie van de-differentiatie door de introductie van bepaalde sets of transcriptie-factoren een bijkomende reeks opportuniteiten in het veld van de regeneratieve geneeskunde. iPScs of geïnduceerde pluripotente stamcellen faciliteren de produktie van patient-specifieke cellen die immune afstoting en ook ethische bezorgdheden van antwoord kunnen bieden. Hoewel ze hun waarde hebben bewezen wat betreft het genereren van in vitro modellen voor menselijke ziekte [neurodegeneratieve aandoeningen zoals Parkinson’s, ALS; autisme, dementie], heeft de lage efficiëntie wat betreft her-programmatie en de bezorgdheden omtrent de veiligheid verbonden met het proces van het herprogrammeren hun gebruik in de kliniek belet.

Op basis van de research-interesses van onze laboratoria zet dit hoofdstuk, via het bespreken van de vooruitgang op gebied van het genereren van stamcellen met klinische kwaliteit of hun neven-produkten, de potentiële voordelen van stamcel-gebaseerde therapeutica voor de behandeling van ruggemerg-letsels (SCI) en de neuro-immune ziekte Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS) in de kijker.

2. Stamcel-therapie voor het herstel van ruggemerg-letsels

[…]

3. Stamcel-therapie voor andere neuro-immune gezondheid-problemen: potentiële voordelen voor de behandeling van Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS)

Mesenchymale stromale [steun-/ bindweefsel-] cellen (MSCs) werden in klinische testen (CTs) gebruikt voor een brede waaier aan immuun-gerelateerde gezondheid-problemen zoals acute en chronische inflammatoire aandoeningen, auto-immuun ziekten en transplant-afstoting omwille van hun krachtige immuun-suppressieve en anti-inflammatoire eigenschappen. In een overzicht [Wang et al. Human mesenchymal stem cells (MSCs) for treatment towards immune- and inflammation-mediated diseases: Review of current clinical trials. Journal of Biomedical Science (2016) 23: 76; echter niets over M.E.(cvs)] werd gewag gemaakt van meer dan 500 MSC-gerelateerde klinische testen die geregistreerd werden in de ‘clinicaltrials.gov’ database. Hoewel de immuun-modulerende eigenschappen van MSCs pas later werden geïdentificeerd werden of worden bijna de helft van de geregistreerde CTs (42%) uitgevoerd bij immuun- of inflammatie-gemedieerde ziekten [Multiple Sclerosis, type 1 diabetes mellitus, ‘graft-versus-host disease’, osteoartritis, prikkelbare darm syndroom].

Multipele Sclerose (MS) en het dier-model experimentele auto-immune encefalomyelitis (EAE) houden verband met inflammatie van het centraal zenuwstelsel, gliose [verhoogd aantal gliale cellen in een beschadigd gebied van de hersenen; non-specifieke neuropathologische reaktie van het brein op beschadiging], demyelinisatie en verlies van axonen. MSCs’ pleiotrope eigenschappen, inclusief immuun-modulatie, immuun-suppressie, neurotrofie en herstel-bevordering, maken hen tot aantrekkelijke kandidaten voor de behandeling van neurodegeneratieve ziekten, zoals MS. De her-myelinisatie voordelen die werden gerapporteerd voor MS worden grotendeels toegeschreven aan paracriene [waarbij door klieren uitgescheiden stoffen op de eigen of buur-cel inwerken] signalen en gesekreteerde oplosbare molekulen zoals tumor groei-factor (TGF-β1), interferon (INF)-γ, indoleamine-2,3-dioxygenase (IDO) en prostaglandine-E2 (PGE2). Anderzijds bevorderen neurale voorlopers verkregen uit geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs) de levensvatbaarheid van endogene OPCs [oligodendrocyt (type glia-cel met als voornaamste funktie het myeliniseren van axonen) progenitor (voorloper) cellen] wat de her-myelinisatie door de sekretie van leukemie inhiberende factor (LIF [cytokine dat cel-groei beïnvloedt door het inhiberen van differentiatie]) bij EAE. Er werd getoond dat LIF, een lid van de IL-6 cytokine familie die betrokken bleek in the pathofysiologie van MS, neuroprotectie en axonale regeneratie bood alsook de preventie van demyelinisatie.

Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS) is een complexe, multi-orgaan/-systeem ziekte, dikwijls ruïnerend, waar geen diagnostische test voor bestaat. De diagnose van M.E./CVS is gebaseerd op exclusie, wat betekent dat andere medische aandoeningen (inclusief psychiatrische aandoeningen), eerst dienen te worden uitgesloten. De ziekte wordt gekenmerkt door diepgaande vermoeidheid en invaliditeit die minstens 6 maanden aanhoudt, episodes van cognitieve dysfunktie, slaap-stoornissen, autonome abnormaliteiten, chronische of periodieke pijn syndromen, microbioom-abnormaliteiten, cerebrale cytokine-ontregeling, ‘natural killer’ cel dysfunktie en andere symptomen die verslechteren door inspanning. […]. Hoewel de etiologie van M.E./CVS onbekend blijft, lijken de vele hypotheses te wijzen op pathologische immuunsysteem-storing. Auto-immune kenmerken en latente infektie van ongekende micro-organismen, met een chronisch geaktiveerd immuunsysteem leidend tot inflammatoire situaties, hebben onze groep er toe geleid voor te stellen dat op stamcellen gebaseerde therapeutica (zoals bij MS) ook voor deze patiënten mogelijks voordelen hebben. De Wereld Gezondheid Organisatie (WHO) heeft M.E./CVS geklassificeerd als een neurologische aandoening […] op basis van de cognitieve en andere neurologische symptomen waar deze patiënten onder lijden. De neurologische symptomen zouden echter kunnen worden verklaard door microgliale aktivatie en de minder-dan-normale aanmaak van cortisol en adrenocorticotroop hormoon (ACTH) die deze patiënten vertonen, met serotonine en corticotropine (CRH) ontregeling tot gevolg. Een daling van de cortisol-produktie door de bijnieren kan op z’n beurt de aktiviteit van het immuunsysteem beïnvloeden. MSC-therapeutica kunnen, ten minste gedeeltelijk, de normale immune en, misschien, neurale funktie herstellen. Pre-klinische veiligheid-studies dienen echter vooraf te gaan aan CTs bij M.E./CVS.

4. Huidige protocollen voor stamcel-therapeutica

4.1. Mesenchymale stamcellen (MSCs)

Op MSCs komt geen ‘major histocompatibility’ complex klasse-I of -II tot expressie, wat de transfer tussen gastheren zonder het triggeren van acute afstoting toelaat. De ‘International Society for Cellular Therapy’ (ISCT) definieert menselijke MSCs als volgt: […] expressie van CD105, CD73 & CD90, en geen expressie van of CD45, CD34, CD14 of CD11b, CD79α of CD19, en HLA-DR oppervlakte-molekulen; differentiëren in vitro tot osteoblasten, adipocyten en chondroblasten [mesenchymale voorloper-cellen die aanleiding geven tot chondrocyten]. […] Dergelijke cellen kunnen worden geïsoleerd uit verschillende bronnen (vet, beenmerg, navelstreng-bloed, tandpulp, enz.) maar o.a. de weefsel-bron, leeftijd van de donor, mate en condities van de in vitro ontwikkeling kunnen het regeneratief potentieel beïnvloeden […]. […] De hoge inherente heterogeniteit blijft een uitdaging. […]

Er zijn slechts 13 menselijke op MSC gebaseerde produkten met marketing-autorisatie. […] De belangrijkste bron is het beenmerg, gevolgd door vet-weefsel […]. Aangezien dit laatste minimaal invasief is, zou dit wel eens de voornaamste keuze kunnen worden voor volwassen stamcellen met klinische toepassingen. […]

[…]

Het is duidelijk dat de weefsel-bron en optimale groei-condities voor MSC-produktie afhankelijk zal zijn van de noden opgelegd door de toepassingen. […]

Het regeneratief vermogen van MSCs wordt toegeschreven aan hun anti-inflammatoire, immuun-regulerende eigenschappen […]. In een vroeg stadium van trauma of microbiële invasie, wanneer de concentratie van pro-inflammatoire cytokinen laag is, vertonen MSCs de antimicrobiële, pro-inflammatoire eigenschappen van neutrofielen. Naar gelang de inflammatie vordert en pro-inflammatoire cytokinen opbouwen, switchen MSCs naar een anti-inflammatoir fenotype. […]

4.2. Geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs)

NSPCs [neurale stam/progenitor(voorloper)-cellen] kunnen differentiëren naar neurale cellen […]. De voornaamste bronnen zijn het foetaal en volwassen brein, en volwassen ruggemerg […]. Foetale NSPCs kunnen gedurende lange periodes in vitro worden ontwikkeld, terwijl volwassen NSPCs een beperkter vermogen hebben.

[…] Er werd gerapporteerd dat NSPCs neuropathische pijn bevorderen, een zorgwekkende nevenwerking. […]

[…] Studies toonden de veiligheid van menselijke iPSC-afgeleide NSPCs […] en het potentieel gebruik bij ruggemerg-letsels. Ze hebben significante voordelen zoals de afwezigheid van ethische controverse omtrent hun afkomst en hun potentieel bij autologe transplantatie [toediening van eigen cellen], waardoor het risico op afstoting of nevenwerkingen door immuun-suppressie wordt vermeden. […].

[…]

[…] Chromosomale instabiliteit en tumor-ontwikkelend potentieel door oncogene over-expressie doen vragen rijzen omtrent hun gebruik in de kliniek. […]

[…]

4.3. Preconditionering van stamcellen

Het kan voordeel bieden om MSCs of iPSCs vóór transplantatie te preconditioneren naargelang de toepassing of therapie zodat de cellen van een bepaald gewenst fenotype zijn. […]

[…]

[…]. Preconditionering-protocollen omvatten typisch fysieke behandelingen zoals verschillende mates van hypoxie, mechanische stretching, toepassing van elektromagnetische velden of nabootsen van drie-dimensionele omgevingen enerzijds, en chemische of farmacologische behandelingen, inclusief herbale medicijnen of natuurlijke extracten anderzijds. […].

4.4. Op extracellulaire vesikels gebaseerde therapeutica

Hoewel autologe MSCs een veiliger keuze betekenen in termen van het vermijden van ongewenste immuun-responsen, kunnen donor co-morbiditeiten het gebruik van hun eigen stamcellen hinderen. […] Het zal belangrijk zijn DNA-methylatie en wijzigingen qua gen-expressie, die immuun-responsen kunnen opwekken zelfs als de iPSCs autoloog zijn, te monitoren. Daarom kan de mogelijkheid van een therapeutisch cel-vrij produkt zeer relevant zijn naar veiligheid toe.

[…] De therapeutische waarde van stamcellen kan voornamelijk te wijten zijn aan afgegeven factoren of sekretoom [alle factoren gesekreteerd door een cel] inclusief oplosbare en in vesikels verpakte factoren. Deze fraktie, extracellulaire vesikels (EVs [zie ‘Extracellulaire vesikels: potentiële biomerkers voor M.E.(cvs)?]) genaamd, is een heterogene mix van vesikels inclusief exosomen, een subset van vesikels met dubbel membraan gekenmerkt door de expressie van merkers zoals tetraspaninen [familie van membraan-proteïnen], CD9 [adhesie-molekule op het cel-oppervlak], CD63 [trans-membraan-proteïne] & CD81 [ook een cel-oppervlakte proteïne] met een rol bij intercellulaire communicatie, waaronder de transfer van hun lading (DNA, RNA & proteïnen).

[…]. Veel pre-klinische modellen toonden het nut van op EV gebaseerde therapie, inclusief langdurige neuroprotectie. Behandeling met van MSCs afgeleide EVs bevorderden langdurig herstel van cognitieve funkties bij door inflammatie geïnduceerd hersen-lestel. […] De superioriteit van EVs met betrekking tot cel-gebaseerde therapeutica ligt in z’n beschikbaarheid, gemak van opslag en distributie, gereduceerde immuun-antigeniciteit, schaalbaarheid en mogelijkheid van meerdere manieren van toediening. EVs kunnen ook worden aangewend als aflevering-partikels, door molekulen van genetisch gemodificeerde cellen die van belang blijken te zijn, te verpakken en zo het risico van de transfer van getransformeerde levende cellen te vermijden […]. […]

[…]

5. Besluiten

Hoewel CTs over het algemeen bewijs hebben geleverd omtrent de veiligheid van MSCs, is de verwijdering van FBS [‘fetal bovine serum’; foetaal runder serum] uit klinische stamcel-protocollen essentieel. Het verzamelen van een groot aantal donoren voor cellen en op frakties van menselijk bloed gebaseerde media (via het aanwenden van stamcel-banken) of het gebruik van ‘xeno-free’ [alle componenten afkomstig van hetzelfde organisme] synthetische, gedefinieerde media zou zich moeten vertalen in allogene MSC-preparaten die leiden tot meer homogene klinische resultaten. Zo zorgt men voor minimale immuun-gerelateerde veiligheid-overwegingen door FBS en onthult de echte therapeutische waarde van in vitro ontwikkelde MSCs.

De iPSC produktie-technologie biedt de mogelijkheid van het ontwikkelen van op maat van de patient gemaakte cel-therapieën met overéénkomstige veiligheid en immuun-gerelateerde voordelen, aangezien genetisch identieke cellen immune afstoting zouden moeten vermijden. iPSCs kunnen differentiëren tot alle drie de kiemlagen en ze geven, door hun aard, geen aanleiding tot een bio-ethisch debat. Veiligheid-overwegingen verbonden met in vivo eigenschappen van onsterfelijke cel-types en het gebruik van genetisch gemanipuleerde cellen geeft echter aanleiding tot regulering-problemen voor het gebruik in de kliniek.

Preconditionering van in vitro ontwikkelde MSCs om cel-lijn verplichtingen te verzekeren, kan voordelig uitdraaien voor verbeterde behandelingen van bepaalde ziekten. Optimalisatie voor de behandeling van SCI [‘spinal cord injury’, ruggemerg-letsel] en andere neuro-immune gezondheid-problemen zoals M.E./CVS blijven nodig. EVs en in het bijzonder exosoom-aangerijkte, van MSC afgeleide frakties kunnen eventueel de geprefereerde behandeling voor cel-vrije therapeutica (zelfstandig of in combinatie met andere klinische behandelingen) worden, eens de GMP-produktie geoptimaliseerd blijkt.

november 3, 2018

Gliale aktivatie in de hersenen bij fibromyalgie

Filed under: Neurologie — mewetenschap @ 6:37 pm
Tags: , , , , , , ,

Een aantal jaren geleden gaven we hier al de mogelijkheid aan dat gliale cellen een rol zouden kunnen spelen bij M.E.(cvs). In een overzicht-artikel (zie ‘Gliale aktivatoren: doelwit voor de behandeling van centrale sensitisatie (chronische pijn)?’) suggereerden Jo Nijs en collega’s mogelijke triggers voor gliale aktiviteit die kunnen resulteren in centrale sensitisatie en chronische pijn. Een studie door Japanese onderzoekers had al bewijs geleverd dat er neuro-inflammatie aanwezig is in wijdverspreide hersen-gebieden bij M.E.(cvs)-patiënten (zie ‘Neuro-inflammatie bij Myalgische Encefalomyelitis (CVS) – een PET-studie’).

De groep van Marco Loggia (‘Pain Neuroimaging Lab’ van de ‘Harvard Medical School’ in Boston) bestudeerde de waarden van het translocator-proteïne (TSPO), een merker voor gliale aktivatie, in de hersenen (via positron-emissie-tomografie) bij patiënten met chronische lage-rug pijn (zie ‘Bewijs voor gliale aktivatie in de hersenen bij chronische pijn’). Dit onderzoek werd nu uitgebreid naar fibromyalgie – een aandoening gepaard met chronische pijn en overlappend met M.E.(cvs). Aangezien Zweedse researchers (van het ‘Karolinska Institute’ in Stockholm) met hetzelfde bezig waren, werden de krachten gebundeld. Een andere groep heeft overigens ook al bewijsmateriaal voor neuro-inflammatie bij fibromyalgie (FM) gevonden (zie ‘Systemische inflammatie & neuro-inflammatie bij fibromyalgie’).

Voor onderstaande studie werden dus patiënten van 2 geografisch verschillende plaatsen gecombineerd en er werd ook geprobeerd uit te zoeken welke van de verschillende gliale cel types (microglia of astrocyten) verantwoordelijk zouden kunnen zijn voor de neuro-inflammatie. De gegevens wijzen aan dat microglia wellicht verantwoordelijk zijn voor de TSPO-verhoging. Ook het hersengebied dat er uit sprong (de cingulate cortex) bleek hetzelfde als bij de Japanese studie.

Jarred Younger, de man van Lage Dosis Naltrexon (o.a.), beoordeelt inflammatie in de hersenen van mensen met M.E.(cvs) via ‘heat-mapping’ (niet-invasieve manier – magnetische resonantie spectroscopische thermometrie – om de temperatuur van het brein in kaart te brengen) en test mogelijke behandelingen (molekulen die gliale cel aktivatie kunnen inhiberen zoals bv. dextromethorfan). Hij meldde ook al dat dit deel van de hersenen een centrale kan spelen bij zowel M.E.(cvs) als FM (resultaten nog niet gepubliceerd)…

————————-

Brain Behaviour & Immunity; 2018 (pre-print)

Brain glial activation in fibromyalgia – A multi-site positron emission tomography investigation

Albrecht DS1, Forsberg A2, Sandström A3, Bergan C4, Kadetoff D5, Protsenko E6, Lampa J7, Lee YC8, Höglund CO9, Catana C10, Cervenka S11, Akeju O12, Lekander M13, Cohen G14, Halldin C15, Taylor N16, Kim M17, Hooker JM18, Edwards RR19, Napadow V20, Kosek E21, Loggia ML22

1 A.A. Martinos Centre for Biomedical Imaging, Department of Radiology, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA, United States

2 Department of Clinical Neuroscience, Centre for Psychiatry Research, Karolinska Institutet, and Stockholm County Council, SE-171 76 Stockholm, Sweden

3 Department of Clinical Neuroscience, Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden; Department of Neuroradiology, Karolinska University Hospital, Stockholm, Sweden

4 A.A. Martinos Centre for Biomedical Imaging, Department of Radiology, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA, United States

5 Department of Clinical Neuroscience, Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden; Department of Neuroradiology, Karolinska University Hospital, Stockholm, Sweden; Stockholm Spine Centre, Stockholm, Sweden

6 A.A. Martinos Centre for Biomedical Imaging, Department of Radiology, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA, United States

7 Rheumatology Unit, Department of Medicine, Karolinska Institutet, Karolinska University Hospital, Stockholm, Sweden

8 Division of Rheumatology, Brigham and Women’s Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA, United States; Division of Rheumatology, Northwestern University Feinberg School of Medicine, Chicago, IL, United States

9 Department of Physiology and Pharmacology, Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden

10 A.A. Martinos Centre for Biomedical Imaging, Department of Radiology, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA, United States

11 Department of Clinical Neuroscience, Centre for Psychiatry Research, Karolinska Institutet, and Stockholm County Council, SE-171 76 Stockholm, Sweden

12 Department of Anesthesia, Critical Care and Pain Medicine, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA, United States

13 Department of Clinical Neuroscience, Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden; Department of Neuroradiology, Karolinska University Hospital, Stockholm, Sweden; Stress Research Institute, Stockholm University, Stockholm, Sweden

14 Department of Rheumatology, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA, United States

15 Department of Clinical Neuroscience, Centre for Psychiatry Research, Karolinska Institutet, and Stockholm County Council, SE-171 76 Stockholm, Sweden

16 Department of Anesthesia, Critical Care and Pain Medicine, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA, United States

17 Department of Rheumatology, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA, United States

18 Department of Rheumatology, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA, United States

19 Department of Anesthesiology, Brigham and Women’s Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA, United States

20 A.A. Martinos Centre for Biomedical Imaging, Department of Radiology, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA, United States; Department of Anesthesiology, Brigham and Women’s Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA, United States

21 Department of Clinical Neuroscience, Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden; Department of Neuroradiology, Karolinska University Hospital, Stockholm, Sweden; Stockholm Spine Centre, Stockholm, Sweden

22 A.A. Martinos Centre for Biomedical Imaging, Department of Radiology, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA, United States

Samenvatting

Fibromyalgie (FM) is een slecht begrepen chronische aandoening die wordt gekenmerkt door wijdverspreide musculoskeletale pijn, vermoeidheid en cognitieve problemen. Hoewel steeds meer bewijsmateriaal een rol voor neuro-inflammatie suggereert, bestaat er geen studie die direct bewijs heeft geleverd voor gliale aktivatie in de hersenen bij FM. In deze studie voerden we een Positron Emissie Tomografie (PET) studie uit gebruikmakend van [11C]PBR28, dat bindt op het translocator proteïne (TSPO) [mitochondriaal proteïne], een proteïne dat geupreguleerd is bij geaktiveerde microglia en astrocyten. Om de statistische ‘power’ en generaliseerbaarheid te vergroten, combineerden we gegevens die onafhankelijk werden verzameld in twee afzonderlijke instituten (het ‘Massachusetts General Hospital’ [MGH] & het ‘Karolinska Institutet’ [KI]). In een poging de bijdragen van verschillende gliale cel types bij FM te ontwarren, werd een kleiner staal gescand in KI met [11C]-L-deprenyl-D2 PET, waarvan wordt gedacht dat het voornamelijk het astrocytisch (maar niet microgliaal) signaal weerspiegelt. 31 FM-patiënten en 27 gezonde controles (HC) werden onderzocht d.m.v. [11C]PBR28 PET. 11 FM-patiënten en 11 HC weden gescand gebruikmakend van [11C]-L-deprenyl-D2 PET. Er werden gestandaardiseerde opname-waarden [‘standardized uptake value’ (SUV) = verhouding van de radioaktiviteit van een beeld op de totale geïnkjekteerde radioaktiviteit] – genormaliseerd t.o.v. het occipitale cortex signaal [SUVR; verhouding van de SUV van een gebied t.o.v. een referentie-gebied] en distributie-volume (VT [theoretisch volume nodig om de totale hoeveelheid toegediende molekule te bevatten zodat de concentratie die van het bloed-plasma is]) – berekend uit de [11C]PBR28 gegevens. [11C]-L-deprenyl-D2 werd gekwantificeerd […]. PET-beeldvorming van de groepen werden vergeleken en bij verschillen bekeken t.o.v. klinische variabelen. In vergelijking met HC, vertoonden FM-patiënten wijdverspreide corticale stijgingen, en geen dalingen, qua [11C]PBR28 VT & SUVR; het meest geprononceerd in de mediale en laterale wanden van de frontale en pariëtale kwabben. Er waren geen gebieden die significante groep-verschillen qua [11C]-L-deprenyl-D2 signaal vertoonden, inclusief die met een verhoogd [11C]PBR28 signaal bij de patiënten (p’s ≥ 0.53, ongecorrigeerd). De stijgingen qua [11C]PBR28 VT & SUVR waren gecorrelereerd, zowel ruimtelijk (t.t.z. werden gezien in overlappende gebieden) en, in meerdere gebieden, ook in termen van grootte-orde. In verkennende, ongecorrigeerde analyses bleken hogere subjectieve scores voor vermoeidheid van de FM-patiënten geassocieerd met gestegen [11C]PBR28 SUVR in de anterieure en posterieure middelste cingulate cortexen (p’s < 0.03). SUVR was niet significant geassocieerd met enige andere klinische variabele. Ons werk levert het eerste in vivo bewijs ter ondersteuning van een rol voor gliale aktivatie bij FM-pathofysiologie. Gezien het feit dat de stijgingen qua [11C]PBR28 signaal niet vergezeld gingen met een verhoogd [11C]-L-deprenyl-D2 signaal, suggereren onze gegevens dat microglia, maar niet astrocyten, wellicht voor de TSPO-verhoging in deze gebieden zorgen. Hoewel [11C]-L-deprenyl-D2 signalen niet gestegen bleken bij FM-patiënten, zijn grotere studies nodig om verder de rol te bepalen van mogelijke astrocytische bijdrage tot FM. Globaal ondersteunen onze gegevens gliale modulatie als een potentieel therapeutische strategie bij FM.

[Omwille van de techniciteit van de studie beperken we ons tot de bespreking.]

Bespreking

De huidige studie levert bewijsmateriaal aangaande verhoogde TSPO-binding, gemeten via [11C]PBR28 PET, bij patiënten met fibromyalgie (FM) in vergelijking met gezonde controles (HC). Deze merker voor gliale aktivatie was gestegen in meerdere hersen-gebieden die bij FM-pathologie betrokken bleken in eerdere beeldvorming-studies. We rapporteren ook positieve associaties tussen het TSPO PET-signaal in meerdere van deze gebieden en subjectieve vermoeidheid scores, één van de meest courante symptomen die door FM-patiënten worden gerapporteerd. Onze observaties ondersteunen een rol voor neuro-immune/gliale aktivatie bij FM-pathologie.

Deze resultaten komen overéén met een geheel aan klinische gegevens die een mogelijk verband suggereren tussen neuro-inflammatie en FM. Meerdere studies met FM-patiënten toonden verhoogde waarden van molekulen betrokken bij neurogliale signalering, zoals fractalkine [chemokine betrokken bij chronische pijn] & IL-8, in het cerebrospinaal vocht [Backryd E et al. Evidence of both systemic inflammation and neuroinflammation in fibromyalgia patients, as assessed by a multiplex protein panel applied to the cerebrospinal fluid and to plasma. J. Pain Res. (2017) 10: 515-525 /// Kadetoff D et al. Evidence of central inflammation in fibromyalgia – increased cerebrospinal fluid interleukin-8 levels. J. Neuroimmunol. (2012) 242: 33-38 /// Kosek E et al. Evidence of different mediators of central inflammation in dysfunctional and inflammatory pain – interleukin-8 in fibromyalgia and interleukin-1 beta in rheumatoid arthritis. J. Neuroimmunol. (2015) 280: 49-55]. Bovendien toonden eerdere studies een gestegen endogene opioïderge [werkend via opioïde neuropeptide systemen] tonus bij FM, die van belang kan zijn aangezien door opioïden geïnduceerde hyperalgesie geassocieerd is met gliale aktivatie. Overéénkomend met dit bewijs is het feit dat sommige farmacologische behandelingen betrokken bij het opioïden-systeem en/of met vermoedelijke inhiberende werkingen op gliale cellen van nut zijn bij FM. Een voorbeeld daarvan is lage-dosis naltrexon, een opioïde antagonist, waarvan inhibitie van de gliale aktivatie werd geopperd [onderzoek bij ratten] en die voordelige effekten bleek te hebben voor FM [Younger J & Mackey S. Fibromyalgia symptoms are reduced by low-dose naltrexone: a pilot study. Pain Med. (2009) 10: 663-672 /// Younger J et al. Effects of naltrexone on pain sensitivity and mood in fibromyalgia: no evidence for endogenous opioid pathophysiology. PloS One (2009) 4: e5180 /// zie ook ‘Gebruik van lage-dosis naltrexon (LDN) als anti-inflammatoire behandeling voor chronische pijn]. Daarnaast zijn serotonine/noradrenaline-heropname inhibitoren (SNRIs; bv. duloxetine & milnacipran [antidepressiva], enz.) bij de meest courant voorgeschreven farmacologische behandelingen voor FM, en vertonen ze een matige doeltreffendheid wat betreft het reduceren van enkele FM-symptomen. Hoewel het voornaamste werking-mechanisme van SNRIs het normaliseren van de concentraties van endogene monoamine neurotransmitters – waarvan wordt gedacht dat ze uit evenwicht zijn bij FM – is, kan een mogelijk bijkomend mechanisme gliale modulatie zijn, aangezien zowel duloxetine als milnacipran microgliale aktivatie in dieren-modellen afzwakken. Interessant: bij de gebieden die neuro-immune aktivatie vertonen in onze huidige studie was de PCC [posterieure (achterste) cingulate cortex; belangrijke kern van het ‘default mode network’ (DMN) die aktief is tijdens rust/slaap] / precuneus [‘voorwig’], een kern-gebied van het ‘default mode network’ [netwerk van hersen-gebieden die aktief zijn wanneer een individu wakker is en rust], waar veranderingen qua met pijn gerelateerde aktivatie na behandeling specifiek verband hielden met de mate van positieve klinische respons op milnacipran-behandeling bij fibromyalgie-patiënten. Er zijn verdere studies vereist om de specifieke cellulaire en molekulaire mechanismen van FM-farmacotherapieën beter te begrijpen, en de potentiële rol die gliale cel inhibitie bij hun doeltreffendheid speelt.

Het nut van TSPO als merker voor gliale aktivatie wordt ondersteund door talrijke pre-klinische en post-mortem studies. Hoewel TSPO alomtegenwoordig tot expressie komt bij veel cel-types, kan het worden gebruikt als een gevoelige merker voor gliale aktivatie in vitro omdat het dramatisch geupreguleerd is in gliale cellen in de context van een neuro-inflammatoire respons. TSPO-upregulering komt samen voor met geaktiveerde microglia en/of astrocyten bij een spectrum CZS-aandoeningen, inclusief dieren-modellen voor neuropathische pijn, dierlijke MS-modellen en menselijke MS-letsels, dieren-modellen voor Alzheimer’s en menselijk post-mortem weefsel, en vele andere. De bruikbaarheid van TSPO als merker voor gliale aktivatie wordt verder ondersteund door talrijke in vivo PET-beeldvorming studies bij mensen. In vele daarvan werd een verhoogd TSPO PET-signaal gezien in hersen-gebieden waarvan is geweten dat er gliale aktivatie optreedt. TSPO-stijgingen werden gedocumenteerd in de primaire motor-cortex bij ALS, in witte- of grijze- hersentof letsels bij MS, in amyloïd-positieve gebieden bij Alzheimer’s en in de basale ganglia bij Huntington’s. Terwijl een overvloed aan menselijke en pre-klinische studies ondersteuning bieden voor TSPO als een gliale merker, is het echter belangrijk op te merken dat niet alle studies TSPO-upreguleringen hebben gedekteerd bij neuropathologieën met een gehypothiseerde inflammatoire component. Bv.: eerder werk toonde geen verschillen qua TSPO PET-signaal bij cocaïne-afhankelijkheid en een verminderd signaal bij alkohol-afhankelijkheid. Bij patiënten met psychose, toonden initiële studies met TSPO-tracers van de eerste generatie een toename, terwijl recentere studies met radioliganden van de tweede generatie ondersteuning bieden voor een daling van de TSPO-waarden. Er is dus verder werk vereist voor een betere beoordeling van het potentieel nut van TSPO als een middel om neuro-inflammatie en de betekenis van de vastgestelde veranderingen in het TSPO-signaal in beeld te brengen, bijzonderlijk bij bepaalde pathologieën.

Daarnaast blijft, zelfs bij aandoeningen waar TSPO meer gevestigd is als een merker voor gliale aktivatie, de specifieke funktionele betekenis van de upregulering onduidelijk en een aktief onderzoeksgbebied. Talrijke pre-klinische studies tonen analgetische en anti-inflammatoire effekten van TSPO, zoals verhoogde expressie van anti-inflammatoir IL-10 en andere M2-gerelateerde microgliale genen [M2-type macrofagen geven cytokinen af die proliferatie van of naburige cellen en weefsel-herstel bevorderen], indicatief voor het feit dat wijzigingen qua TSPO-expressie mogelijks een adaptieve respons op een homeostatische belasting zijn. In vitro studies bij mensen suggereren ook dat immuniteit-belastingen TSPO-upregulering induceren in anti-inflammatoire M2-achtige macrofagen, en TSPO-daling in inflammatoire M1-achtige macrofagen. We documenteerden eerder significant hogere IL-10 concentraties in het cerebrospinaal vocht en andere anti-inflammatoire cytokinen bij FM-patiënten, in tegenstelling tot een meer klassiek (M1-achtig) pro-inflammatoir cytokine-profiel in het cerebrospinaal vocht bij patiënten met Reumatoïde Artritis. Alles tesamen suggereren deze observaties dat het gestegen [11C]PBR28 PET-signaal bij FM-patiënten de weerspiegeling is van een M2-achtig gliaal fenotype, hoewel dit speculatief blijft in afwezigheid van PET-tracers met een hogere mate van fenotype-specificiteit.

Zoals hierboven vermeld kan gestegen TSPO tijdens een neuro-inflammatoire respons samen voorkomen met zowel microglia als astrocyten, afhankelijk van de specifieke omstandigheden. De exacte cellulaire bijdragen van deze gliale subtypes aan het TSPO PET-signaal zijn als zodanig onzeker. Om de cellulaire specificiteit van de TSPO-verhogingen die werden gezien in deze studie op te helderen, werd een kleiner staal FM-patiënten – gedeeltelijk overlappend met het staal dat werd gescand met [11C]PBR28 – geëvalueerd met [11C]-L-deprenyl-D2 om de waarden van MAO-B [monoamine-oxidase B; enzyme met een belangrijke rol bij het katabolisme van neuro-aktieve en vaso-aktieve amines in het centraal zenuwstelsel en perifere weefsels] in de hersenen te kwantificeren. Er wordt gedacht dat de expressie van dit proteïne in gliale cellen overwegend, misschien zelfs exclusief, in astrocyten is – met weinig of geen bijdrage door monocyten of microglia. Bv.: MAO-B upregulering bleek samen voor te komen met reaktieve astrocyten in post-mortem weefsels van patiënten met Alzheimer’s & ALS, aandoeningen die ook stijgingen qua [11C]-L-deprenyl-D2 PET-signaal vertonen. Omdat we in onze huidige studie geen groep-verschillen zagen qua [11C]-L-deprenyl-D2 binding, suggereren onze gegevens dat verhoogd [11C] PBR28 signaal bij FM-patiënten zou kunnen worden bepaald door geaktiveerde microglia i.p.v. door astrocyten. Bovendien suggereert het gebrek aan groep-verschillen qua [11C]-L-deprenyl-D2 signaal in enige andere anatomisch gedefinieerde hersen-gebieden, inclusief de totale hersenen en grijze-hersenstof, dat astrocyten-aktivatie niet relevant kan zijn voor de FM-pathofysiologie.

Overéénkomstig met onze huidige bevindingen van verhoogd TSPO PET-signaal bij FM-patiënten, hebben we eerder TSPO-stijgingen in de hersenen bij patiënten met een andere pijn-aandoening, chronische lage-rug pijn, gerapporteerd [Loggia M et al. Evidence for brain glial activation in chronic pain patients. Brain (2015) 138 (3): 604-615]. In deze studie zagen we een verschillend ruimtelijk patroon van gliale aktivatie dat gelokaliseerd was in de thalamus en gebieden van de somato-sensorische [dat de zintuigelijke informatie komende van het lichaam-oppervlak en diepere weefsels (spieren, pezen en gewrichten) ontvangt/verwerkt] en motor-cortexen, consistent met de somatotope afbeelding [overéénkomst van een lichaamsgebied met een specifiek punt in het centraal zenuwstelsel] van de rug en benen, gebieden waar deze deelnemers pijn voelden. Bij de FM-patiënten zagen we daarentegen een patroon dat meer ruimtelijk uitgebreid was, en enkel corticale gebieden besloeg. De grotere corticale verspreiding van neuro-inflammatie bij FM-patiënten vergeleken met patiënten met chronische lage-rug pijn kan een weerspiegeling zijn van de verschillen qua klinische presentatie van deze 2 patiënten-groepen, aangezien de eerste meer wijdverspreide pijn, en een hogere incidentie van cognitieve problemen en affectieve co-morbiditeiten rapporteren. Opmerkenswaardig: de meerderheid van FM-patiënten rapporteren ook lage-rug pijn maar, anders dan in onze eerdere [11C]PBR28 studie, zagen we geen statistisch significante verhogingen qua TSPO PET-signaal in de thalamus bij FM; wat suggereert dat gelijkaardige pijn-symptomen in de2 aandoeningen door afzonderlijke mechanismen kunnen worden gemedieerd. Aan de andere kant bleek het TSPO PET-signaal in de cingulate cortex, wat bij onze FM-patiënten geassocieerd was met vermoeidheid-scores, gestegen bij bij patiënten met Chronische Vermoeidheid Syndroom/ Myalgische Encefalomyelitis (CVS/M.E.) [Nakatomi Y et al. Neuroinflammation in patients with Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis: an (1)(1)C-(R)-PK11195 PET study. J. Nucl. Med. (2014) 55: 945-950], suggererend dat gliale aktivatie in dit gebied een potentieel mechanisme kan zijn dat aan de basis ligt van onderliggende pathologische vermoeidheid bij verschillende aandoeningen.

Belangrijk: onze resultaten toonden dat een verhoogd [11C]PBR28 signaal bij FM, dat initieel werd geïdentificeerd in de hoofd-analyse die gegevens van 2 verschillende lokaties (KI+MGH) combeerde, kon worden gezien voor elke plaats afzonderlijk in de follow-up analyses. De reproduceerbaarheid van de effekten op verschillende plaatsen versterkt de betrouwbaarheid betreffende de sterkte van onze observaties. We merkten echter ook dat de effekt-groottes voor de gegevens van de KI dataset globaal groter waren in vergelijking met deze van MGH. Dit verschil in grootte van de groep-verschillen kan het resultaat zijn van meerdere factoren, inclusief verschillende beeldvorming (andere PET-scanners, methodologie, tracer-injektie parameters, tracer-synthese, enz.). Daarnaast hadden patiënten van het KI significant hogere scores voor meerdere items van de ACR [American College of Rheumatology] diagnostisch criteria [fibromyalgie], inclusief symptoom-ernst en moeilijkheden om helder te denken, en namen ze minder medicatie.

Ten slotte zagen we een overlap qua ruimtelijk patroon van de [11C]PBR28 PET groep-verschillen tussen de SUVR- en VT-analyses, wat aangeeft dat deze analytische technieken een gelijkaardig potentieel hebben om gebieden die neuro-inflammatie vertonen bij FM te detekteren. […] Hoewel we in de huidige studie ook significant positieve correlaties tussen SUVR en VT in meerdere corticale gebieden observeerden, dient te worden opgemerkt dat een verband tussen deze metingen niet consistent werd gezien in de literatuur. Een diepgaander onderzoek naar de relatie tussen SUVR en VT is gerechtvaardigd om deze discrepantie beter te begrijpen.

Er waren meerdere waarschuwingen om in overweging te nemen bij het interpreteren van de resultaten van de huidige studie. In onze analyses implementeerden we een methode [technische uitleg] die wordt bekritiseerd als zijnde vatbaar zijn voor vals-positieven. We waren echter in staat stijgingen van het [11C]PBR28 signaal te tonen onafhankelijk voor elke studie-plaats, wat er op wijst dat het effekt waarschijnlijk het gevolg is van een echt fysiologisch effekt. […] Hoewel we vinden dat deze verkennende benadering gerechtvaardigd is, gezien het de eerste studie is die verhogingen qua TSPO-signaal bij FM toont, dient de klinische betekenis van [11C]PBR28 signaal stijging bij FM verder te worden onderzocht. Verder werden de ACR-gegevens voor alle patiënten van het KI en 2 van het MGH verkregen tijdens de screening maar niet bij de scan. Hoewel scores voor die vragenlijst stabiel zijn over tijd, is het mogelijk dat de scores van sommige patiënten veranderden tussen de screening en de scan. Ten slotte moeten de resultaten van de [11C]-L-deprenyl-D2 analyse omzichtig worden geïnterpreteerd. Belangrijk: de afwezigheid van een significant effekt kan niet worden bestempeld als overtuigend bewijs voor ‘geen verschil’, bijzonderlijk omwille van het klein staal in de huidige studie. Verder analyse met bij grotere groepen zal dus nodig zijn om te bevestigen dat astrocyten geen belangrijke rol spelen bij de pathofysiologie van FM.

Tot besluit: ons werk toont dat de waarden van de gliale merker TSPO, gemeten via [11C]PBR28 PET beeldvorming, in het brein gestegen zijn in de cortex van FM-patiënten t.o.v. gezonde controles. Bovendien vonden we een verband tussen het TSPO PET-signaal en vermoeidheid, een overheersend FM-symptoom. De afwezigheid van verhoogde [11C]-L-deprenyl-D2 binding bij FM kan worden gezien als ondersteuning voor een betrokkenheid van microgliale, eerder dan astrocytische, aktivatie. Toekomstige studies dienen te testen of gliale modulatie een werkbare therapeutische strategie voor FM kan zijn.

augustus 26, 2018

Mogelijke rol van mest-cellen bij inflammatie in de hypothalamus bij M.E.(cvs)

We hadden in het op deze pagina’s al over de suggestie dat mest-cellen – mastocyten; een type immuun-cellen die een rol spelen bij allergie en overgevoeligheid, ook betrokken bij wond-heling en verdediging tegen pathogenen – mogelijks betrokken zijn bij de pathogenese van M.E.(cvs) en hoe het gebruik van natuurlijke flavonoïden, organische verbindingen uit planten, bepaalde symptomen zouden kunnen verlichten (zie Hersen-mist, inflammatie – behandeld met luteoline?’).

Anderen opperden dat mest-cel aktivatie betrokken kan zijn bij ander symptomen die voorkomen bij M.E.(cvs) (zie Mest-cel aktivatie aandoeningen bij POTS (& CVS?)’).

Theoharis C. Theoharides van het Laboratorium of Molekulaire Immunofarmacologie, Departement Immunologie van de ‘Tufts University School of Medicine’ in Boston is zowat dé specialist op het gebied van mest-cellen.

Prof. Theoharides heeft een aantal patenten aangevraagd en heeft het daarbij over “samenstellingen met anti-inflammatoire effekten die het resultaat zijn van de aktivatie en daaropvolgende degranulatie van mest-cellen met sekretie van inflammatoire molekulen”. Die omvatten “één of meerdere flavonen of flavonoïd-glycosiden, een sterk gesulfateerd proteoglycan, een ongerafineerde olijfpitten-extract […], een hexosamine-sulfaat zoals D-glucosamine-sulfaat, S-adenosylmethionine, een histamine-1 receptor antagonist, een histamine-3 receptor agonist, een antagonist van de werking van CRH, een lange-keten onverzadigd vetzuur, een fosfolipide, Krill-olie [omega-3 vetzuren], een polyamine, glutiramer-acetaat en interferon”. Onderzoeken daaromtrent lopen… Zoals eerder meegegeven creëerde Theoharides (bij het bedrijf Algonot Inc.) flavinoïd-rijke supplementen (zoals bv. Neuroprotek dat luteoline, quercetine en rutine bevat). Er zijn een aantal aanwijzingen voor een mogelijke werking maar nog geen échte wetenschappelijk bewijzen…

Dit overzicht geeft de context voor en de hypothese over het mogelijk ontstaan van hersen-inflammatie door toedoen van mest-cellen. De stukken over ‘Metabole onregelmatigheden’, ‘Het verband tussen M.E./CVS en metabole ziekte’ en ‘Mitochondriale dysfunktie’ laten we nu achterwege omdat dit hier al meermaals aan bod is gekomen. Als de geïnteresseerde lezer alsnog de tekst wil lezen, kan men deze aanvragen…

————————-

Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics (augustus 2018)

Myalgic Encephalomyelitis/Chronic Fatigue Syndrome – Metabolic Disease or Disturbed Homeostasis due to Focal Inflammation in the Hypothalamus?

Erifili Hatziagelaki, MD, PhD, Maria Adamaki, PhD, Irene Tsilioni, PhD, George Dimitriadis, MD, Theoharis C. Theoharides, MS, MPhil, PhD, MD

Second Department of Internal Medicine, Attikon General Hospital, Athens Medical School, Athens, Greece (EH, MA, GD)

Laboratory of Molecular Immunopharmacology and Drug Discovery, Department of Immunology, Tufts University School of Medicine, Boston, MA, USA (IT, TCT)

Sackler School of Graduate Biomedical Sciences, Tufts University School of Medicine, Boston, MA, USA (TCT)

Departments of Internal Medicine and Psychiatry, Tufts University School of Medicine and Tufts Medical Centre, Boston, MA, USA (TCT)

Samenvatting

Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS) is een complexe ziekte die wordt gekenmerkt door invaliderende vermoeidheid, die voor minstens 6 maanden aanhoudt, samen met malaise, hoofdpijn, slaap-stoornissen en cognitieve problemen, met een ernstige impact op de levenskwaliteit. Een significant percentage M.E./CVS-patiënten krijgt geen diagnose, voornamelijk door de complexiteit van de ziekte en het gebrek aan betrouwbare objectieve biomerkers. M.E./CVS-patiënten vertonen een verminderd metabolisme en de ernst van de symptomen lijkt direct gecorreleerd met de graad van de metabole reductie die wellicht per individu verschilt. De precieze pathogenese is echter nog onbekend, wat de ontwikkeling van doeltreffende behandelingen bemoeilijkt. Het M.E./CVS-fenotype bleek geassocieerd met abnormaliteiten qua energie-metabolisme, klaarblijkelijk te wijten aan mitochondriale dysfunktie, in afwezigheid van mitochondriale ziekten, resulterend in een gedaald oxidatief metabolisme: mitochondrieën kunnen verder bijdragen tot de M.E./CVS-symptomatologie door de extracellulaire sekretie van mitochondriaal DNA, dat kan fungeren als een ‘aangeboren’ pathogen en een auto-inflammatoire toestand kan creëren in de hypothalamus. We stellen voor dat stimulatie van hypothalamische mest-cellen door neuro-immune pathogene en stress-triggers uit de omgeving microglia aktiveert, leidend tot focale inflammatie in het brein en tot verstoorde homeostase. Dit proces zou het doelwit kunnen worden voor de ontwikkeling van nieuwe doeltreffende behandelingen.

Inleiding

[…]

Er bleek een aantal mechanismen en molekulen betrokken bij de pathogenese van M.E./CVS. Auto-immune en metabole mechanismen lijken belangrijke rollen te spelen in de pathophysiologie van M.E./CVS. Neuro-immune en neuro-endocriene processen zouden ook betrokken maar die zijn nog grotendeels onbekend. Er werden klinische en sub-klinische virale infekties verdacht maar nooit bevestigd, als een mogelijke risico-factor voor de ontwikkeling van M.E./CVS. De betrokkenheid van neuro-inflammatie van de hersenen werd gesuggereerd zonder enig specifiek pathogeen mechanisme. Hier geven we een overzicht van de kennis omtrent de verbanden tussen M.E./CVS en metabole ziekte, en stellen voor dat focale inflammatie in de hypothalamus – te wijten aan de lolale aktivatie van mest-cellen en microglia – de homeostase kan wijzigen en een doelwit kan vormen voor nieuwe therapeutische benaderingen.

Metabole onregelmatigheden

[tekst beschikbaar op aanvraag]

Het verband tussen M.E./CVS en metabole ziekte

[tekst beschikbaar op aanvraag]

Mitochondriale dysfunktie

[tekst beschikbaar op aanvraag]

Focale inflammatie in de tussenhersenen en dysfunktionele HPA-as

Er werd gesuggereerd dat neuro-inflammatie [Nakatomi Y et al. Neuroinflammation in Patients with Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis: An 11C-(R)-PK11195 PET Study. J Nucl Med (2014) 55: 945-950] en immuun-dysfunktie [Nijs J et al. Altered immune response to exercise in patients with Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis: a systematic literature review. Exerc Immunol Rev (2014) 20: 94-116 /// Trivedi MS et al. Identification of Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome-associated DNA methylation patterns. PLos One (2018) 13: e201066] betrokken zijn bij de pathogenese van M.E./CVS maar de serum-waarden van pro-inflammatoire cytokinen werden niet bevestigd. Er is aanzienlijk bewijs dat aangeeft dat M.E./CVS wordt gekenmerkt door dysfunktie van de HPA-as en het is bekend dat de symptomen verergeren bij stress. Stress kan ook obesitas en cardiovasculaire voorvallen verergeren of precipiteren, door lokale inflammatie.

Corticotropine-afgevend hormoon (CRH) wordt gesekreteerd door de hypothalamus onder stress en stimuleert de HPA-as via aktivatie van 2 types of G-proteïne gekoppelde receptoren: CRHR-1 and CRHR-2 [signaaloverdracht via een trans-membranair systeem]. CRH dat wordt gesekreteerd bij acute stress bleek geïmpliceerd in de pathofysiologie van neuro-inflammatoire aandoeningen en myocard-infarct (MI).

We stellen voor dat stimulatie van hypothalamische mest-cellen door factoren in het milieu, neurale, immuun-pathogene (Lyme, mycotoxinen) of stress-triggers (CRH, somatostatine) microglia aktiveren, leidend tot focale inflammatie en verstoorde homeostase. [Samengevat: de voorgestelde mest-cell/microglia interakties in de hypothalamus dragen als volgt bij tot de pathogenese van M.E./CVS. Hypothalamische mest-cellen worden gestimuleerd door met stress geassocieerde triggers (zoals CRH, substantie-P & z’n homoloog hemokine-1) samen met mtDNA en IL-33. Gestimuleerde mest-cellen sekreteren dan molekulen zoals CXCL8, neurotensine, TNF, tryptase en mtDNA, die dan microglia aanzetten tot de afgifte van inflammatoire molekulen zoals IL-1β, IL-6 en CXCL8 die de homeostase verder ontregelen, mitochondriale dysfunktie veroorzaken en leiden tot de symptomen van M.E./CVS. Luteoline zou deze processen op meerdere niveaus kunnen inhiberen.] Mest-cellen en/of microglia triggers kunnen voortkomen uit de neus-holte of de hersenen bereiken door een verstoorde BBB [bloed-brein-barrière] of via de lymfevaten. Gestimuleerde mest-cellen zouden molekulen kunnen sekreteren die de homeostase op een directe manier kunnen wijzigen (via afgifte van CRH, urocortine [proteïne van de corticotropine-afgevende factor (CRF) familie; betrokken bij de stress-respons]) of microglia aktiveren (via sekretie van histamine, tryptase [enzyme] en mtDNA [mitochondriaal DNA]). Microglia geven dan meer inflammatoire molekulen (IL-1ß, IL-6 & CCL2 [cytokine/chemokine; chemokine (C-C motief) ligand 2 ook monocyten-aantrekkend proteïne 1 (MCP1) genoemd]) af, die de homeostase verder ontregelen, mitochondriale dysfunktie veroorzaken en bijdragen tot centrale én perifere vermoeidheid. Er werd gerapporteerd dat geaktiveerde microglia bijdragen tot de pathofysiologie van slaap-stoornissen. De betrokkenheid van meer dan één trigger kan leiden tot een significant verhoogde respons, en de trigger-drempel van mest-cellen én microglia verlagen, wat aanleiding geeft tot chronische symptomen.

Mest-cellen zijn unieke weefsel immuun-cellen betrokken bij allergische reakties maar die ook werken als sensoren voor omgeving- en psychologische stress. Zelfs indien we stimulatie van mest-cellen in de hypothalamus inroepen, betekent dit niet noodzakelijk dat mest-cellen noodzakelijkerwijs gestimuleerd zouden moeten zijn buiten het CZS. Niettemin zijn er rapporten geweest over een verband tussen M.E./CVS en acute rhinitis [ontsteking van het neusslijmvlies], inclusief significant hogere TNF & CXCL8 [chemokine; ook interleukine-8 (IL-8) of neutrofiel-aktiverende factor (NAF) genoemd] -waarden in lavage-vocht uit de neus. Daarnaast waren chronische rhinosinusitis symptomen significant erger bij patiënten met M.E./CVS [Chester AC. Symptoms of rhinosinusitis in patients with unexplained chronic fatigue or bodily pain: a pilot study. Arch Intern Med (2003) 163: 1832-1836], blijkbaar door niet-allergische rhinitis [Baraniuk JN & Ho LU The nonallergic rhinitis of Chronic Fatigue Syndrome. Clin Allergy Immunol 19 (2007): 427-447]. Het is goed bekend dat zowel allergische als aanhoudende rhinitis de aktivatie van mest-cellen omvatten. Er werd gerapporteerd dat de incidentie van M.E./CVS hoger lag bij patiënten met een voorgeschiedenis van atopie [de aanleg om immunglobuline (Ig)-E (antistoffen) aan te maken specifiek gericht tegen stoffen uit de omgeving] [Yang TY et al. Increased Risk of Chronic Fatigue Syndrome Following Atopy: A Population-Based Study. Medicine (Baltimore) (2015) 94: e1211]. Er werden overigens meer circulerende bloed mest-cel voorlopers gevonden bij M.E./CVS-patiënten [Nguyen T et al. Novel characterisation of mast cell phenotypes from peripheral blood mononuclear cells in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis patients. Asian Pac J Allergy Immunol (2017) 35: 75-81].

Mest-cellen zijn perivasculair [rond de bloedvaten] gelokaliseerd in de hypothalamus, de thalamus en het derde [hersen]ventrikel [omvat de ‘plexus chorioides’ waar hersenvocht aangemaakt wordt] van het diencefalon [tussenhersenen]. CRH kan mest-cellen stimuleren in de hypothalamus aangezien het CRHR-1 gen tot expressie komt op menselijke gecultiveerde mest-cellen: aktivatie daarvan induceert de aanmaak van vasculaire endotheliale groei-factor (VEGF) door de hersenen. Bovendien wordt CRH gesynthetiseerd door mest-cellen, wat impliceert dat het autocriene effekten [waarbij de uitgescheiden stoffen op de eigen cel inwerken] kan hebben. Interessant: zelfs somatostatine stimuleert mest-cellen. Mest-cellen worden ook gevonden in de pijnappelklier, hypofyse en schildklier, wat hun bijdrage tot de symptomen van M.E./CVS (zoals slaap-stoornissen, dysfunktionele HPA-as en vermoeidheid te wijten aan een dysfunktionele schildklier) verder uitbreidt. Mest-cellen zijn goed gekend voor hun rol bij allergie, wat de permeabileit van de bloed-brein-barrière (BBB) kan verhogen, leidend tot inflammatie-reakties; maar mest-cellen worden nu als belangrijk beschouwd bij aangeboren en verworven immuniteit, antigen-presentatie en inflammatie [Theoharides TC et al. Mast cells and inflammation. Biochim Biophys Acta (2010) 1822: 21-33].

Mest-cellen kunnen gestimuleerd worden door neuronen, hormonen, omgeving-, neuro-immune, pathogene en stress-triggers. [Stimuleren degranulatie: o.a. acetylcholine, adenosine, complement-fragmenten, IgE, IgG1, IgG4, histamine, serotonine, tryptase /// Stimuleren selektieve release van mediatoren zonder degranulatie: o.a. ATP, Borrelia burgdorferi, CRH, zware metalen, IL-33, mycotoxinen, LPS, virussen]. Reaktieve zuurstof soorten (ROS) kunnen mest-cellen ook stimuleren. Mest-cellen sekreteren ook leptine dat kan bijdragen tot cachexie [veralgemeende zwakte-toestand] en vermoeidheid. Mest-cellen sekreteren wel 100 verschillende mediatoren, dikwijls op een selektieve manier zonder degranulatie [Theoharides TC et al. Differential release of mast cell mediators and the pathogenesis of inflammation. Immunol Rev (2007) 217: 65-78] en gebruikmakend van verschillende sekretorische mechanismen. Mest-cellen kunnen ook ‘danger’-signalen [molekulen die attenderen op beschadiging/infektie] sekreteren [Theoharides TC. Danger Signals and Inflammation. Clin Ther (2016) 38: 996-999], inclusief veel chemokinen en cytokinen, en bijzonderlijk mitochondriaal DNA (mtDNA) (Zhang B et al. Stimulated human mast cells secrete mitochondrial components that have autocrine and paracrine inflammatory actions. PloS One (2012) 7:e49767] dat als een ‘aangeboren pathogen’ kan werken en leidt tot een plaatselijke auto-inflammatoire respons in de hersenen [Collins LV et al. Endogenously oxidized mitochondrial DNA induces in vivo and in vitro inflammatory responses. J Leukoc Biol (2004) 75: 995-1000 /// Theoharides TC et al. The “missing link” in autoimmunity and autism: Extracellular mitochondrial components secreted from activated live mast cells. Autoimmun Rev (2013) 12: 1136-1142]. Extracellulair mtDNA kan ofwel direct gesekreteerd worden in het diencefalon of het brein bereiken via lymfevaten. We rapporteerden dat mtDNA verhoogd is in het serum van kinderen met autisme spectrum aandoening (ASD). Van mest-cellen afkomstige mediatoren kunnen microglia dan stimuleren [Zhang X et al. Induction of Microglial Activation by Mediators Released from Mast Cells. Cell Physiol Biochem (2016) 38:1520-1531] om bijkomende pro-inflammatoire en homeostase-verstorende molekulen [de cytokinen IL-1β, IL-6 & TNF, en de chemokinen CCL2, CXCL8 & CCL5] te sekreteren, wat bijdraagt tot vermoeidheid en neuropsychiatrische symptomen [studie bij autisme spectrum stoornissen]. Het is interessant dat peptide-Y [stress-mediator] gestegen bleek te zijn in het plasma van patiënten met M.E./CVS en significant correleerde met stress [Fletcher MA et al. Plasma neuropeptide Y: a biomarker for symptom severity in chronic fatigue syndrome. Behav Brain Funct (2010) 6: 76], aangezien van dit peptide is geweten dat het mest-cellen stimuleert.

Een belangrijk onderdeel is dat de combinatie van triggers waarschijnlijk een belangrijker pathogenetische rol speelt dan individuele triggers. Bv.: we rapporteerden dat de combinatie van CRH en NT een synergistische werking vertonen bij het stimuleren van de VEGF-afgifte zonder tryptase van menselijke mest-cellen, alsook het induceren van de expressie van hun receptoren op menselijke mest-cellen. We toonden ook dat de combinatie van SP en IL-33 synergistisch werken bij het stimuleren van TNF-sekretie zonder tryptase door menselijke gecultiveerde mest-cellen [Taracanova A et al. SP and IL-33 together markedly enhance TNF synthesis and secretion from human mast cells mediated by the interaction of their receptors. Proc Natl Acad Sci USA (2017) 114: E4002-E4009].

CRH wordt dikwijls afgegeven tesamen met een ander peptide, neurotensine (NT) [neurotransmitter], dat vaso-aktief is en ook geïmpliceerd bleek bij inflammatie en neurologische ziekten. NT is verhoogd in de huid na acute stress en verhoogt de vasculaire doorlaatbaarheid, een effekt dat synergistisch is met CRH.

Mest-cellen worden ook gestimuleerd door het peptide Substantie-P (SP [neuropeptide dat funktioneert als een neurotransmitter en als een neuromodulator; zie ‘Mest-cellen & Substantie-P]) […] en er werd aangetoond dat het deelneemt in inflammatoire processen. IL-33 is een lid van de IL-1 familie van cytokinen en dook op als een vroeg waarschuwing-signaal (‘alarmine’ [alarminen zijn endogene molekulen die weefsel- en cel-schade signaliseren]) bij auto-immune of inflammatoire processen. IL-33 wordt afgegeven door fibroblasten en endotheliale cellen maar ook door mest-cellen. IL-33 verhoogt het effekt van IgE op de sekretie van histamine door mest-cellen en basofielen; maar er zijn geen rapporten over het effekt van IL-33 op zichzelf of in combinatie met SP op de sekretie van IL-1ß door menselijke mest-cellen. Substantie-P stimuleerde de afgifte van VEGF, een werking die wordt verhoogd door IL-33.

We toonden dat de stimulatie van menselijke mest-cellen door SP tesamen met IL-33 de sekretie en gen-expressie van het pro-inflammatoir cytokine TNF uitgesproken doet stijgen [zie Taracanova A et al. hierboven]. Interessant is dat chronische rhinosinusitis, wat (zoals eerder besproken) vrij courant voorkomt bij M.E./CVS, geassocieerd bleek met hoge waarden van nasaal IL-33, wat de hypothalamus kan bereiken via de cribriforme plexus [‘zeefvormig netwerk’; het hersenvlies rond de reukzenuw gaat door het zeefbeen (cribriforme plaat) en gaat over in lymfevaten die het hersenvocht door de lymfeknopen pompen].

Is er een behandeling die werkt?

Er zijn momenteel geen door de FDA goedgekeurde medicijnen drugs voor M.E./CVS, en de beschikbare psychologische, fysieke en farmacologische interventies lijken niet doeltreffend. Mitochondrieën lijken een aantrekkelijk doelwit voor medicijnen bij de behandeling van M.E./CVS, maar andere artikels rapporteerden geen klaarblijkelijke wijziging van de ATP-produktie [Shungu DC et al. Increased ventricular lactate in Chronic Fatigue Syndrome. III. Relationships to cortical glutathione and clinical symptoms implicate oxidative stress in disorder pathophysiology. NMR Biomed (2012) 25: 1073-1087]. Chemokinen en cytokinen werden voorgesteld als doelwitten voor neuro-inflammatoire aandoeningen maar die werden niet uitgeprobeerd bij M.E./CVS.

De peroxisoom proliferator geaktiveerde receptor (PPAR [peroxisoom proliferator geaktiveerde receptoren zijn een groep receptor-eiwitten in de cel-kern die als transcriptie-factoren de expressie van bepaalde genen reguleren]) agonist bezafibraat [bedoeld als vet-verlagend middel] verbeterde de mitochondriale funktie door stimulatie van mitochondriale biogenese en het verhogen van de efficiëntie van de oxidatieve fosforylatie in een aantal studies [Systemische Lupus Erythematosus, Huntington’s]. Er werd ook gesuggereerd dat – aangezien vermoeidheid geassocieerd is met hypotensie bij M.E./CVS-patiënten – het verhogen van de bloeddruk een doeltreffende therapeutische benadering kan betekenen voor dit symptoom. Alhoewel eerdere studies aangaande het gebruik van het mineralcorticoïd fludrocortison geen verbetering kon aantonen, heeft het aanwenden van de agonist midodrine [alfa-adrenerge agonist voor de behandeling van orthostatische hypotensie] om de bloeddruk te doen stijgen, enige verbetering van de vermoeidheid opgeleverd [Naschitz J et al. Midodrine treatment for Chronic Fatigue Syndrome. Postgrad Med J (2004) 80: 230-232]. Interessant is dat werd getoond dat angiotensine-II inhibitoren het mitochondriaal membraan potentiaal verhogen, mitochondriale funktie verbeteren en mitochondriale biogenese stimuleren. Inderdaad: er werd getoond dat blokkage van angiotensine-II de aanvang van T2DM [diabetes type-2] bij muizen voorkomt door het verhogen van de vet-oxidatie, triglyceriden in spieren vermindert en de glucose-tolerantie verbetert. De angiotensine-receptor blokker telmisartan [bloeddruk-verlagend middel] verbetert de mitochondriale dysfunktie door het versterken van mitochondriale biogenese en het beschermen tegen beschadiging van vasculaire en endotheliale cellen. Op dezelfde manier werd getoond dat de angiotensine-receptor blokker losartan [wordt gebruikt bij de behandeling van verhoogde bloeddruk] de werking van de mitochondriale respiratoire keten en co-enzyme-Q10 (CoQ10) inhoud verbetert bij hypertensieve dieren. Gezien de bloeddruk-verlagende effekten van deze middelen is het echter onwaarschijnlijk dat ze nuttig zouden zijn bij M.E./CVS, uitgezonderd bij een selekte groep patiënten misschien.

Meerdere natuurlijke stoffen kunnen een voordelig effekt hebben op de mitochondriale funktie. Magnesium-ionen spelen cruciale rollen bij het energie-metabolisme en het behouden van normale spier-funktie, als positief aktieve regulator van de glycolyse en van alle enzymatische reakties waarbij de transfer van fosfaat-groepen van ATP betrokken is. Meerdere studies hebben aangetoond dat magnesium-ion supplementen de spierkracht significant verhogen en optimale lichamelijke aktiviteit-prestaties bij mensen bewaren. Bij dieren lijkt deze verbetering van inspanning-prestaties te geschieden via het verhogen van de beschikbaarheid van glucose in de hersenen en spieren, en via het verminderen/vertragen van lactaat-accumulatie. Magnesium-sulfaat kan ook de mitochondriale respiratoire funktie verbeteren en de aanmaak van stikstof-oxide in het brein voorkomen.

Coenzyme-Q10 deficiëntie werd gerapporteerd bij patiënten met M.E./CVS. De toediening van CoQ10 aan M.E./CVS-patiënten gaf echter geen voordeel [Campagnolo N et al. Dietary and nutrition interventions for the therapeutic treatment of Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis: a systematic review. J Hum Nutr Diet (2017) 30: 247-259]. [Een Spaans onderzoeksteam rapporteerde “een significante verbetering qua vermoeidheid”; zie ‘Oraal Co-enzyme Q10 plus NADH voor M.E.(cvs)]

In de natuur voorkomende flavonoïden hebben krachtige anti-oxidante, anti-inflammatoire en neuroprotectieve werkingen en worden over het algemeen als veilig beschouwd. Het flavonoïd genisteïne verlicht spier-vermoeidheid bij mensen door het downreguleren van oxidatieve stress en het versterken van de aktiviteit van anti-oxidante enzymen. De flavonoïden epigallocatechine, naringine [polyfenol anti-oxidant] en curcumine kunnen M.E./CVS-symptomen verbeteren in experimentele modellen [ratten & muizen]. Andere rapporten documenteerden gelijkaardige chronische vermoeidheid verlichtende effekten voor de Astragalus [belangrijk kruid in de traditionele chinese geneeskunde] flavonoïden [ononine, formononetine & demethylhomopterocarpine] [Kuo YH et al. Astragalus membranaceus flavonoids (AMF) ameliorate Chronic Fatigue Syndrome induced by food intake restriction plus forced swimming. J Ethnopharmacol (2009) 122: 28-34] en olijven-extract [Gupta A et al. Possible role of oxidative stress and immunological activation in mouse model of Chronic Fatigue Syndrome and its attenuation by olive extract. J Neuroimmunol (2010) 226: 3-7]. Van de isoflavonen genisteïne en daidzeïne werd een omkering getoond van de effekten van poly-inosine:poly-cytidine zuur (poly I:C) [synthetisch dubbel-strengig RNA] op locomotor-aktiviteit bij muizen en expressie van brein-inflammatie mediator in een muizen-model voor vermoeidheid [Vasiadi M et al. Isoflavones inhibit poly(I:C)-induced serum, brain, and skin inflammatory mediators – relevance to chronic fatigue syndrome. J Neuroinflammation (2014) 11: 168]. Quercetine [flavonoïd; zie ook ‘Quercetine – Effekt op mitochondriale biogenese & inspanning-tolerantie] lijkt de inspanning-tolerantie te verhogen door het verlichten van oxidatieve stress in muizen-hersenen, en ter zelfder tijd een anti-oxidante en anti-inflammatoire werking te verlenen [Davis JM et al. Quercetin increases brain and muscle mitochondrial biogenesis and exercise tolerance. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol (2009) 296: R1071-R1077].

Luteoline onderdrukt de adipocyten [vet-cellen] -aktivatie van macrofagen en inflammatie, terwijl het de insuline-sensitiviteit van het endothelium verhoogt [Deqiu Z et al. Luteolin inhibits inflammatory response and improves insulin sensitivity in the endothelium. Biochimie (2011) 93: 506-512]. Luteoline inhibeert ook mest-cellen [Weng Z et al. The novel flavone tetramethoxyluteolin is a potent inhibitor of human mast cells. J Allergy Clin Immunol (2015) 135: 1044-1052] en microglia. In deze context is het interessant dat luteoline verbetering gaf van symptomen van ASD, post-Lyme syndroom en hersen-mist; in open-label testen. We toonden dat tetramethoxyluteoline krachtiger is dan luteoline wat betreft het vermogen om menselijke gecultiveerde microglia en mest-cellen te inhiberen [Patel AB & Theoharides TC. Methoxyluteolin Inhibits Neuropeptide-stimulated Proinflammatory Mediator Release via mTOR Activation from Human Mast Cells. J Pharmacol Exp Ther (2017) 361: 462-471]. Intranasale toediening van selekte flavonoïden kunnen inflammatie in de hypothalamus reduceren en de centrale pathogenese van M.E./CVS corrigeren. Er zijn nieuwe behandelingen nodig om de centrale pathogene processen aan te pakken. Bv.: er werd getoond dat intranasale toediening van curcumine ingekapseld in microvesikels inflammatie van het brein in een muizen-model inhibeert [Sun D et al. A novel nanoparticle drug delivery system: the anti-inflammatory activity of curcumin is enhanced when encapsulated in exosomes. Mol Ther (2010) 18: 1606-1614].

Besluiten

Over het geheel genomen bleek het M.E./CVS-fenotype verband te houden met klaarblijkelijke abnormaliteiten in het metabool profiel, mogelijks te wijten aan lokale inflammatie in de hypothalamus. Molekulen die de inflammatie in het brein zouden kunnen inhiberen, zoals tetramethoxy-luteoline of het anti-inflammatoir cytokine IL-37 [Mastrangelo F et al. Low-grade chronic inflammation mediated by mast cells in fibromyalgia: role of IL-37. J Biol Regul Homeost Agents (2018) 32: 195-198.] kunnen potentiële behandel-opties zijn.

november 24, 2017

miRNA veranderingen na inspanning in het ruggemergvocht bij CVS & GWI

Op deze pagina’s hadden we ’t reeds over ‘MicroRNAs in plasma bij CVS/M.E.’, ‘MicroRNAs: Potentiële diagnostische biomerkers in NK-cellen bij M.E.(cvs)’ & ‘Cytotoxische lymfocyten microRNAs – merkers voor M.E.(cvs)?’. miRNAs beïnvloeden de expressie van genen en dus de aanmaak van proteïnen (aan- of afzetten).

Professor James Baraniuk (‘Georgetown University’) rapporteerde ook al over studies bij veteranen met Golf Oorlog Ziekte (‘Gulf War Illness,’ GWI) (zie ‘Verband hersen-dysfunktie & post-exertionele malaise bij Golf Oorlog Ziekte’) en M.E.(cvs) ‘zie ‘CVS-gerelateerd proteoom in cerebrospinaal vocht’.

In onderstaande studie vergeleken de auteurs miRNA-patronen in ruggemerg-vocht (cerobrespinaal vocht; CSV) bij deze ziekten, voor en na inspanning. Vóór een fiets-inspanning waren de miRNA-waarden bij alle deelnemers hetzelfde; erna waren er significante verschillen. Controles, GWI-veteranen en M.E.(cvs)-patiënten vertoonden afzonderlijke verandering-patronen. Bij M.E.(cvs) waren er bv. 12 miRNAs verlaagd na inspanning. De auteurs lieten noteren dat “deze door inspanning geïnduceerde miRNA-patronen wijzen op andere mechanismen voor post-exertionele malaise, niettegenstaande de overlappende symptomen”.

Opmerking: Baraniuk & Shivapurkar hebben enkele patenten omtrent deze materie op hun naam…

————————-

Scientific Reports 7, Article: 15338 (november 2017)

Exercise-induced changes in cerebrospinal fluid miRNAs in Gulf War Illness, Chronic Fatigue Syndrome and sedentary control subjects

James N. Baraniuk, Narayan Shivapurkar

Division of Rheumatology, Immunology and Allergy, Department of Medicine, Georgetown University, Washington, District of Columbia, United States of America

Samenvatting

Golf Oorlog Ziekte (GWI) en Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) hebben gelijkaardige profielen met pijn, vermoeidheid, cognitieve dysfunktie en exertionele uitputting. Post-exertionele malaise suggereert dat inspanning het funktioneren van het centraal zenuwstelsel verandert. Er werden lumbaal-punkties uitgevoerd bij GWI-, CVS- en controle-individuen na (i) overnacht rust (‘non-exercise’) of (ii) submaximale fiets-inspanning. Inspanning induceerde posturale tachycardie bij een derde van de GWI-individuen (‘Stress Test Activated Reversible Tachycardia’, START). De rest waren ‘Stress Test Originated Phantom Perception’ (STOPP) individuen. MicroRNAs (miRNA) in het cerebrospinaal vocht werden vermenigvuldigd d.m.v. kwantitatieve PCR. De concentratie waren gelijkwaardig voor de ‘non-exercise’ GWI (n = 22), CVS (n = 43) en controle (n = 22) -groepen. Na inspanning vertoonden de START (n = 22) significant lager miR-22-3p dan de controles (n = 15) en STOPP (n = 42), maar hoger miR-9-3p dan STOPP. Alle groepen hadden significant gedaald miR-328 en miR-608 na inspanning vergeleken met de ‘non-exercise’ groepen; dit zouden merkers kunnen worden voor inspanning-effekten op de hersenen. Er waren 6 miRNAs significant verhoogd en 12 verminderd bij START, STOPP en controles na inspanning t.o.v. de ‘non-exercise’ groepen. Bij CVS waren 12 miRNAs verlaagd na inspanning. Ondanks de overlappende symptomen bij CVS, GWI en andere ziekten, duiden door inspanning geïnduceerde miRNA-patronen in het cerebrospinaal vocht op onderscheidende mechanismen voor post-exertionele malaise bij CVS, en de START- en STOPP-fenotypes van GWI.

Inleiding

[intro over CVS en GWI – we focussen ons hier echter zo veel mogelijk op CVS (1994 Center for Disease Control criteria)]

We rapporteerden eerder dat GWI-veteranen kunnen worden onderverdeeld in 2 fenotypes op basis van responsen op de fysiologische stressor van een submaximale inspanning test [Rayhan RU et al. Exercise challenge in Gulf War Illness reveals two subgroups with altered brain structure and function. PLoS One (2013) 8: e63903 – lees dit stuk voor meer uitleg over de STAT- & STOPP-fenotypes van GWI].

Cerebrospinaal vocht [ruggemergvocht, verkregen via lumbaal- of ruggemerg-punktie] werd uitgebreid getest wat micro-RNAs (miRNA), proteomica [Baraniuk JN et al. A Chronic Fatigue Syndrome related proteome in human cerebrospinal fluid. BMC Neurol (2005) 5: 22], metabolomica en andere molekulen om de centrale neurotoxische pathologieën te onderzoeken die werden voorgesteld voor GWI en CVS [Barnden LR et al. Autonomic correlations with MRI are abnormal in the brainstem vasomotor centre in Chronic Fatigue Syndrome. Neuroimage Clin. (2016) 11: 530-7]. miRNAs zijn ca. 22 nucleotide lange, enkel-strengige RNAs overgeschreven van genomisch DNA. Ze vormen het ‘RNA-induced silencing complex’(RISC [een multi-proteïne complex met één streng van een klein interfererend RNA (‘small interfering’ siRNA) of microRNA (miRNA). Het gebruikt het siRNA of miRNA als een patroon voor het herkennen van complementair mRNA. Wanneer het een complementaire streng vindt, aktiveert het RNase.]) en binden op complementaire sequenties in het 3’-onvertaald gebied [‘untranslated region, UTR; RNA-gebied gelegen na de start van de ‘translatie’ dat instaat voor de regulering ervan): beïnvloeden dikwijls de gen-expressie] van mRNAs om translatie te onderdrukken of mRNA-afbraak te bevorderen [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.]. miRNAs zorgen op een dynamische manier voor de afstelling van de expressie van de meeste cellulaire proteïnen. Er werd gebruik gemaakt van kwantitative polymerase-ketting-reaktie (QPCR) om miRNAs in het cerebrospinaal vocht te meten.

Onze eerste hypothese was dat CVS, GWI en sedentaire controle -individuen in rust (cvs0, gwi0 & sc0) onderling significante verschillen zouden vertonen qua cerebrospinaal vocht biomerkers. De ‘non-exercise’ groepen rustten overnacht en deden geen inspanningen vóór hun lumbaal-punktie. Er werd voorspeld dat de miRNA-patronen van de ‘non-exercise’ groepen verschillend zouden zijn van andere aandoeningen zoals depressie en fibromyalgie. Ten tweede: de verschillen zouden uitvergroot zijn bij SC, CVS en de via inspanning gedefinieerde START- en STOPP-fenotypes van GWI na inspanning wanneer ze onderling werden vergeleken. Ten derde: verschillen tussen de groepen na inspanning en hun overéénkomstige ‘non-exercise’ vergelijking-groep (SC vs. sc0, CVS vs. cvs0, START vs. gwi0, STOPP vs. gwi0) zouden de effekten van inspanning op het centraal zenuwstelsel en de pathologie van exertionele uitputting vormgeven.

Methodes

Klinische informatie

[…]

GWI en gezonde veteranen, en gezonde, niet-militaire, sedentaire controle (SC) individuen vulden vragenlijsten in aangaande de criteria voor GWI en CVS [‘Chronic Fatigue Syndrome Symptom Severity Questionnaire’], gemeenschappelijke symptomen bij CVS en GWI, levenskwaliteit [SF-36], ‘Generalized Anxiety Disorder’ [veralgemeende angst] screening en ‘Centre for Epidemiologic Studies’ Depressie Schaal scores. Fibromyalgie werd bepaald via pijn plus [‘tenderpoint’-]gevoeligheid (1990 [American College of Rheumatology] criteria). Voor klinische en methodologische details zie Rayhan RU et al. [hierboven]. Alle individuen voerden submaximale fiets-inspanning stress-testen uit op 2 opéénvolgende dagen met ervoor en erna magnetische resonantie beeldvorming, gevolgd door een lumbaal-punktie. De individuen fietsten aan 70% van de leeftijd-voorspelde maximum hartslag gedurende 25 min gevolgd door stapsgewijze toenames van de fiets-weerstand tot 85% van de leeftijd-voorspelde hartslag. De inspanning was vereist om de posturale tachycardie te induceren dat het START-fenotype definieert. […]

Kwantitatieve PCR

[…]

miRNA-selektie

Het eerste niveau van beperking vereistte dat miRNAs detekteerbaar zouden zijn via een PCR-cyclus-drempel (Ct [‘cycle-treshold’; aantal PCR-cycli waarbij het gegenereerd fragment significant boven de ‘background’ komt: op dat punt wordt een detekteerbare hoeveelheid van het te amplificeren stuk DNA/RNA gegenereerd. De Ct is omgekeerd evenredig met de oorspronkelijke expressie van het gen: hoe meer van het miRNA aanwezig, hoe minder PCR-cycli nodig om het detekteerbaar te maken]) ≤ 35. miRNAs met Ct > 35 werden bestempeld als “niet-detekteerbaar” en hun Ct werd als 35 ingebracht. Ten tweede: om te worden beschouwd als een bruikbare biomerker, moest een miRNA detekteerbaar zijn met een Ct ≤ 35 bij minstens twee derden van de individuen van een groep.

miRNA-normalisatie en ΔΔCt

[De 2 meest gebruikte methodes om gegevens van kwantitatieve PCR te analyseren zijn absolute en relatieve kwantificatie. De eerste bepaalt het ‘copy-number’ waarbij het PCR-signaal wordt uitgezet op een standaard-curve; de tweede bekijkt het PCR-signaal van het transcript in een groep t.o.v. dat van een ander staal (een controle). De 2(-Delta Delta C(T)) – 2−ΔΔCT – methode is een geschikte manier om de relatieve veranderingen in expressie te analyseren. ΔCt = Ct(een doelwit-gen) minus Ct(een referentie-gen); ΔΔCt = ΔCt(een doelwit-gen) minus ΔCt(een referentie-gen) – Δ staat voor verandering/verschil.]

Er werden 4 normalisatie-strategieën en ΔΔCt-berekeningen vergeleken.

N0-analyse (geen ‘normaliser’ [referentie]) gebruikte de volledige set gegevens (alle Ct > 35 ingebracht als 35). De gemiddelde ΔCt werd berekend voor elke groep, daarna werd ΔΔCt bepaald voor elk groepen-paar. […] Voor de andere ‘normalisers’ gebruikten 2 (N2), 3 (N3) en 6 (N6) miRNAs. Voor elk individu werd de ΔCt berekend: het verschil van de N2, N3 of N6 referenties minus de Ct voor elk van de andere miRNAs. […].

De uitkomsten waren: (i) verschillen tussen ‘non-exercise’ groepen (sc0, cvs0 en gwi0), (ii) verschillen tussen groepen na inspanning (SC, START, STOPP, CVS) en (iii) inspanning-geïnduceerde verschillen tussen elke ‘post-exercise’ groep en z’n overéénkomstige ‘non-exercise’ controle-groep. […].

Resultaten

Demografiek

In de CVS-groepen (cvs0, CVS) zaten meer vrouwen en in de GWI-groepen (gwi0, START, STOPP) meer mannen. De levenskwaliteit, vermoeidheid, cognitie, slaap en pijn waren significant verstoord bij de GWI- en CVS-groepen t.o.v. de sedentaire controles. [Baraniuk JN et al. A Chronic Fatigue Syndrome (CFS) severity score based on case designation criteria. Am. J. Transl. Res (2013) 5: 53-68] Fibromyalgie bleek meer prevalent bij CVS en GWI dan controles. De criteria voor GWI, CVS, veralgemeende angst en depressie hebben vermoeidheid, slaap, cognitie en het sympathisch zenuwstelsel als gemeenschappelijke symptomen. […]

‘Normalisers’

[…]

Voor N2 werd miR-489 & miR-490-3p als referentie gebruikt omdat ze (i) werden gedetekteerd in alle individuen met Ct ≤ 35, (ii) overvloedig aanwezig waren in het cerebrospinaal vocht, (iii) kleine varianties (25.2 ± 0.8 & 25.5 ± 0.9, respectievelijk) hadden met een enge reikwijdte voor Ct (minimum 22.8 – maximum 27.8, en minimum 22.3 – maximum 28.1, respectievelijk) en (iv) niet significant verschilden tussen de groepen […].

De N3 was het gemiddelde van miR-489, miR-490-3p & miR-127-3p (29.3 ± 1.2, minimum 24.2, maximum 35). […]

De N6 werd bekomen door toevoeging van miR-124-3p (30.6 ± 1.7), miR-183-3p (31.8 ± 1.0) & miR-433 (29.9 ± 1.5). […].

Alle miRNA-referenties hadden ΔΔCt < 1.0.

N0 selekteerde 31 miRNAs die voldeden aan de de significantie-criteria […]. N2 identificeerde er 21, N3 24 en N6 vond 23 significante miRNAs. De doorsnede van de 4 ‘normalisers’ identificeerde 18 miRNAs met minimum 1 significant verschil tussen de groepen. […] Er was een uitstekende overéénkomst qua grootte-ordes van ΔΔCt tussen de 4 ‘normalisers’. N0 selekteerde 9 bijkomende miRNAs die niet werden gevonden met N2, N3 & N6. Deze werden als vals-positieven beschouwd.

‘Non-exercise’ groepen

Op basis van onze strikte criteria waren geen enkele van de miRNAs significant verschillend bij de ‘non-exercise’ groepen. De ΔCt-waarden voor miR-22-3p waren hoger bij cvs0 dan bij sc0 maar de verschillen bleken niet significant […].

‘Post-exercise’ groepen

miR-22-3p & miR-9-3p waren de enige miRNAs die significant verschilden tussen de ‘post-exercise’ groepen. miR-22-3p bleek een anomalie omwille van het breed Ct-bereik in alle groepen. miR-22-3p was praktisch niet detekteerbaar bij START en dus waren die niveaus bij START significant verminderd in vergelijking met SC en STOPP. De daling bij START maar relatieve toename bij STOPP ondersteunde de aanwezigheid van 2 GWI-fenotypes. Specificiteit en sensitiviteit was 0.76 voor START versus SC (Ct-drempel 29) en START versus STOPP (Ct-drempel 33).

miR-9-3p vertoonde een andere trend. Enkel de START-groep had detekteerbare niveaus (Ct ≤ 35) bij meer dan twee derden van de individuen. Het verschil tussen START en STOPP was klein maar significant. De lage specificiteit en sensitiviteit van 65% bij een Ct-drempel van 33 weerspiegelt de lage niveaus van miR-9-3p in het cerebrospinaal vocht.

miRNAs verhoogd na inspanning vergeleken met ‘non-exercise’ groepen

Inspanning verhoogde de niveaus van meerdere miRNAs in vergelijking met de overéénkomstige ‘non-exercise’ groepen. SC hadden hogere waarden dan sc0 voor miR-22-3p, miR-30d-5p, miR-204-5p, miR-425-3p & miR-99b-5p. De specificiteiten en sensitiviteiten voor miR-204-5p & miR-22-3p waren 0.80 bij drempels van 31 en 32, respectievelijk.

START hadden verhoogde waarden van miR-425-3p & miR-99b-5p in vergelijking met gwi0. miR-370 werd in bijna alle cerebrospinaal vocht stalen gedetekteerd maar enkel START vertoonden een significante stijging t.o.v. ‘non-exercise’ (ΔΔCt = 1.7 ± 2.1 versus gwi0). STOPP vertoonden ook de inspanning-geïnduceerde stijging van miR-99-5p zoals bij SC en START. De specificiteiten en sensitiviteiten voor miR-99b-5p waren ca. 0.75 bij Ct-drempels van 33 voor SC, START en STOPP t.o.v. hun ‘non-exercise’ controls.

Bij CVS waren er geen stijgingingen van miRNA-waarden in vergelijking met cfs0.

miRNAs verlaagd na inspanning vergeleken met ‘non-exercise’ groepen

miR-328 & miR-608 waren significant gedaald door inspanning bij SC, CVS, START en STOPP t.o.v. de ‘non-exercise’ sc0, cfs0- en gwi0-groepen. Deze miRNAs waren detekteerbaar in bijna alle cerebrospinaal vocht stalen in deze studie. De specificiteiten en sensitiviteiten voor miR-328 varieerden van 0.74 bij Ct = 23 voor SC, 0.84 voor CVS, 0.86 voor STOPP en 0.91 voor START (Ct-drempels van 23 tot 25). De specificiteiten en sensitiviteiten voor miR-608 varieerden van 0.78 tot 0.83 (drempels = 28). Verlaagd miR-328 & miR-608 kan een gevolg zijn van inspanning die alle individuen beïnvloedt ongeacht hun ziekte-status.

miR-let-7i-5p, miR-200a-5p & miR-93-3p waren significant gedaald bij START, STOPP en CVS in vergelijking met hun gwi0 en cvs0 ‘non-exercise’ controles. Ze bleben onveranderd tussen SC en sc0.

CVS onderscheidde zich van de andere groepen op basis van significante dalingen van miR-126-5p, miR-186-3p, miR-19b-3p, miR-92a-3p & miR-505-3p t.o.v. de ‘non-exercise’ cvs0groep. De specificiteiten en sensitiviteiten waren ca. 0.82 voor miR-328, miR-608 & miR-92a-3p. Het groot aantal door inspanning geïnduceerde dalingen qua miRNAs differentieerde CVS van SC en de GWI-fenotypes.

Geslacht

miRNA-waarden in het cerebrospinaal vocht was voor vrouwen en mannen in de ‘non-exercise’ en de ‘post-exercise’ groepen gelijkwaardig, uitgezonderd voor een significant hogere waarde van miR-9-3p bij START t.o.v. STOPP-mannen (ΔΔCt = 1.7 ± 1.4).

De enige door inspanning geïnduceerde verandering bij vrouwen was een daling qua miR-328 in de STOPPgroep vergeleken met gwi0 (5.7 ± 0.8). De groepen ‘post-exercise’ SC- en STARTvrouwen (n = 3 elk) waren te klein om betekenisvolle verschillen te betekenen.

De ‘post-exercise’ mannelijke controles hadden significant verhoogde miR-204-3p (4.4 ± 2.8), miR-30d-5p (3.4 ± 2.3) & miR-30a-5p (2.9 ± 2.0) t.o.v. ‘non-exercise’ mannen.

miR-328 was gedaald na inspanning bij mannelijke START (7.2 ± 5.4), STOPP (6.9 ± 4.8) en CVS (5.7 ± 3.7) in vergelijking met ‘non-exercise’ mannen. Mannelijke controles hadden een gelijkaardige magnitude-verandering die niet significant was. STOPP-mannen hadden significant verminderd miR-608 (4.6 ± 3.2) & miR-200a-5p (3.7 ± 2.1).

Deze verschillen waren consistent met de algemene groep-effekten.

Bespreking

Dit is de eerste beschrijving van de effekten van inspanning op miRNA-expressie in het cerebrospinaal vocht bij gezonde individuen. Inspanning verminderde miR-328 & miR-608 bij alle individuen, wat een algemeen effekt op het brein suggereert. Inspanning veroorzaakte afzonderlijke patronen van miRNA-veranderingen bij CVS en de START- & STOPP-fenotypes van GWI, wat wijst op significante pathofysiologische verschillen tussen de aandoeningen.

Anders dan onze start-hypothese waren er geen verschillen qua miRNA-waarden tussen de ‘non-exercise’ groepen controle-, CVS- en GWI-individuen. Daarom zijn ‘baseline’ waarden van cerebrospinaal vocht miRNAs wellicht niet bruikbaar voor diagnose van CVS of GWI.

De enige significante verschillen tussen groepen na inspanning waren verminderd miR-22-3p bij START vergeleken met SC en STOPP, en gestegen miR-9-3p bij START vergeleken met STOPP. Deze verschillen tussen START en STOPP ondersteunen onze 2 GWI-fenotypes [zie Rayhan RU et al. hierboven].

De meest opvallende bevindingen waren de veranderingen tussen ‘post-exercise’ groepen en hun overéénkomstige ‘non-exercise’ vergelijking-groepen. SC hadden 5 verhoogde miRNAs na inspanning, vergeleken met 3 voor START, 1 voor STOPP, en geen bij CVS.

[…]

miR-let-7i-5p, miR-93-3p & miR-200a-5p waren significant verminderd na inspanning bij START, STOPP en CVS, maar niet bij SC. Dit was consistent met een kardinale bevinding bij CVS en GWI: het funktioneren mag normaal lijken in rust maar zal verslechteren na een fysiologische stressor. miR-let-7i was gereduceerd in het plasma na inspanning bij atleten [Nielsen S. et al. The miRNA plasma signature in response to acute aerobic exercise and endurance training. PLoS One (2014) 9: e87308]. De expressie van miR-let-7i is gedaald in de pre-frontale cortex van ratten-model voor depressie. IL6 is een doelwit van miR-let-7i en, zoals voorspeld, was dit cytokine significant gestegen in de hersenen van deze ratten. Wanneer deze ratten toegang tot een loop-rad kregen, verhoogde hun miR-let-7i expressie en daalde hun IL6. Modulatie van miR-let-7i en IL-6 kan bijdragen tot inspanning-geïnduceerde voordelen bij ‘inflammatoire’ depressie. miR-let-7i draagt ook bij tot de regulering van acetylcholine’s muscarine en α4β2 nicotine receptoren [mediëren de fysiologische funkties van de neurotransmitter acetylcholine (ACh)], en de epigenetische regulering van acetylcholinesterase [enzyme dat de afbraak van ACh in choline en acetaat katalyseert]. Deze dieren-modellen zijn wellicht niet geschikt voor CVS of GWI omdat menselijke individuen exertionele inspaning na inspanning ontwikkelen en het is onwaarschijnlijk dat ze spontaan hun inspanning-niveau significant zouden verhogen als ze een loop-band kregen [Keller BA, Pryor JL & Giloteaux L. Inability of Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome patients to reproduce VO2peak indicates functional impairment. J. Transl. Med. (2014) 12: 104].

In de CVS-groep waren 12 miRNAs gereduceerd na inspanning. miR-186-3p was gedaald bij ouder-wordende muizen waar het zich richt op ‘β-site amyloid precursor protein-cleaving enzyme 1’ (BACE1 [beta-secretase-1; enzyme dat van belang is bij de vorming van de myeline-schede van perifere zenuwen]) mRNA. Verminderd miR-186-3p laat verhoogde BACE1 mRNA translatie en splitsing van amyloïde peptiden (dat het risico op hersen-ziekte verhoogt) toe. miR-19b-3p bleek gereduceerd in het serum van patiënten met Alzheimer’s, en had ‘signal transduction and activator of transcription 3’ (STAT3 [een transcriptie-factor]) mRNA als doelwit in een muizen-model. miR-92a-3p bleek verhoogd bij glioblastoma [type hersen-kanker] en richtte zich op BCL2L11 [het proteïne gecodeerd door dit hen behoort tot de BCL-2 familie, die werken als anti- of pro-apoptotische regulatoren] om tumor-apoptose te verminderen. De daling ervan na inspanning kan apoptose bij CVS bevorderen. In endotheliale cellen kwam miR-126-5p sterk tot expressie; waar het vasculair (VCAM), intercellulair (ICAM) en geaktiveerd leukocyten (ALCAM) cel-adhesie molekule boodschapper-RNAs als doelwit heeft en dus trans-endotheliale migratie reduceert. Dit is relevant voor immuun-cel influx in de hersenen en hypothesen van neuro-inflammatie bij CVS-pathogenese.

Neuronen kunnen de bron zijn van miR-124-3p, miR-127-3p, miR-433 & miR-323b-5p. Er was weinig overlap met de miRNAs gesynthetiseerd in astrocyten, oligodendrocyten en microglia.

Het epithelium [‘dekweefsel’] van de plexus chorioideus [gebieden aan de rand van hersen-ventrikels waar hersenvocht wordt aangemaakt] kan een primaire bron zijn van miRNAs in het cerebrospinaal vocht. Epitheel-cellen vormen een ééncellige laag verbonden met ‘tight-junctions’ [membranen van cellen komen samen en vormen een soort barrière zodat substanties verplicht worden de cel binnen te dringen om door het weefsel te raken, zodat er controle is over welke toegelaten worden en welke niet] die de strakke cellulaire barrière rond gefenestreerde capillairen [met fenestraties; kleine openingen, poriën] creëeren. Interferon-gamma en andere mediatoren die opgewekt worden door inspanning, inflammatie en andere stressoren, werken op een directe manier op de plexus chorioideus om barrière-permeabiliteit, plasma proteïnen-transport, proteïne-synthesis en sekretie van nutrienten in het cerebrospinaal vocht te moduleren. miR-328, dat bij alle individuen aanwezig was en daalde na inspanning, bindt op de 3’-onvertaalde gebieden [zie hierboven] van bepaalde boodschapper-RNAs om extracellulaire barrière funkties te moduleren. Plexus chorioideus miRNAs worden verpakt in extracellulaire vesikels en afgegeven in het cerebrospinaal vocht. Doelwitten omvatten subventriculaire neurale stamcellen, rijpe neuronen, astrocyten, oligodendrocyten, microglia, meningeale en centrale immuun-cellen. Blokkage van extracellulaire vesikel sekretie door [epitheel]cellen van de plexus chorioideus verminderden hersen-inflammatie in een muizen-model met lipopolysaccharide-geïnduceerde inflammatie. Plexus chorioideus miRNAs kunnen nieuwe doelwitten zijn om acuut ziekte-gedrag, koorts en chronische pijn bij systemische ziekten te moduleren.

De plexus chorioideus is dysfunktioneel bij de ziekte van Alzheimer. Dit levert de rationale om de rol van de barrière bloed/cerebrospinaal vocht te overwegen bij de cognitieve dysfunktie van CVS en GWI. Er zijn talrijke rapporten over gestegen en gedaalde miRNAs in het cerebrospinaal vocht bij Alzheimer’s maar geen enkele kwam overéén met de patronen van onze groepen hier. miR-let-7i-5p was verhoogd bij de ziekte van Alzheimer maar de waarden waren gelijkwaardig met de de ‘non-exercise’ groepen.

Depressie behoort bij de differentiële diagnose omwille van de gemeenschappelijke diagnostische criteria. Majeure depressie wordt gedefinieerd als “affectieve dysfunktie met droevigheid, afgevlakte emoties en anhedonie als essentiële kenmerken”, gevolgd door secundaire criteria zoals vermoeidheid, cognitieve problemen, slaap-stoornissen en somatische dysfunktie. De vraaglijsten naar depressie beklemtonen echter de somatische symptomen. Klachten omtrent vermoeidheid, slaap en cognitieve dysfunktie zullen de totale scores opdrijven en kunnen leiden tot vals-positieve conclusies van majeure depressie zelfs als anhedonie of affectieve klachten afwezig zijn. Dit is bijzonderlijk problematisch bij CVS en GWI waar deze kenmerken behoren tot de diagnostische criteria. Ten gevolge daarvan waren de ‘Centre for Epidemiology-Depression’ (CESD) scores significant verhoogd voor GWI (78,3%), CVS (64,0%) en controles (25,0%).

Kwantitatieve PCR van miRNAs biedt een objectievere oplossing. miR-16 in het cerebrospinaal vocht was significant lager bij patiënten met majeure depressie dan bij controle-individuen. Dit werd echter niet bevestigd bij een onafhankelijke groep die een verschillende patroon (11 significant verhoogde en 5 gedaalde miRNAs) had. Onze gegevens bevestigden geen enkele van deze bevindingen omdat slechts 3 van de miRNAs gedetekteerd werden met Ct ≤ 35 bij meer dan twee derden van onze ‘non-exercise’ groep. miR-425-3p was significant gereduceerd bij depressie-patiënten en werd gedetekteerd bij ongeveer de helft van alle ‘non-exercise’ individuen. Het was verhoogd na inspanning bij SC, START en STOPP maar niet bij CVS. Het gebrek aan reproduceerbaarheid [bij depressie] benadrukt de noodzaak miRNA-bevindingen onafhanhelijk te verifiëren en ondersteunt onze rationale voor strikte statistische criteria om potentiële miRNA-biomerkers te definiëren.

De pijn en gevoeligheid van GWI-individuen gaf systemische hyperalgesie [verhoogde pijngevoeligheid] aan en suggereerde parallellen met fibromyalgie. Er waren 9 miRNAs virtueel ondetekteerbaar bij 10 vrouwen met fibromyalgie vergeleken met 8 gezonde vrouwelijke controles. miR-99b-5p & miR-29a-3p waren afwezig bij fibromyalgie maar werden gedetekteerd bij meer dan twee derden van onze deelnemers. miR-99b-5p was significant verhoogd na inspanning bij SC, START en STOPP. De andere 7 miRNAs werden gedetekteerd bij minder dan de helft van onze specimen. Dit suggereert dat GWI en CVS verschillen van fibromyalgie.

Beperkingen voor het diagnostisch gebruik van kwantitatieve miRNA-analyse in cerebrospinaal vocht omvatten het opmerkelijk gebrek aan consensus omtrent miRNA-waarden bij controle-individuen. Dit kan worden verholpen d.m.v. standardisatie van reagentia en protocollen, ‘open-source’ delen van studie-uitkomsten en meta-analyse van ruwe gegevens. De opbrengst van geëxtraheerd miRNA en detekteerbaarheid werden verbeterd door het gebruik van 0,5 ml i.p.v. 0,2 ml cerebrospinaal vocht. QPCR zonder Ct ‘cut-offs’ ≤ 35 cycli deed het aantal amplificatie-artefacten [sequenties die niet natuurlijk aanwezig zijn maar het kunstmatig gevolg zijn van de methodologie] dalen. De brede ‘range’ van miR-22-3p Ct-waarden kan te wijten zijn aan commerciële wijzigingen aan de reagentia ontworpen voor het verbeteren van miRNA-detektie. Zeer overvloedige miRNAs die werden gedetekteerd met Ct < 35 bij alle individuen werden gebruikt als ‘normalisers’ […]. Er werd gefocust op miRNAs die werden gedetekteerd bij meer dan twee derden van de individuen per groep die succesvolle biomerker-kandidaten voor gebruik in de algemene populatie kunnen zijn. De leeftijden waren vergelijkbaar tussen de groepen en er waren geen verschillen qua expressie tussen vrouwen en mannen. ‘Next-generation’ sequentie-bepaling is een uitstekend instrument maar heeft zorgvuldige interne standardisatie nodig om net zo gevoelig te zijn als QPCR. Voldoende grote stalen waren essentieel omdat onze initiële bevindingen met ca. een dozijn individuen per groep verschillen tussen START en STOPP na inspanning toonden [Baraniuk JN & Shivapurkar N. Cerebrospinal fluid MicroRNA (miRNA) in CFS and Gulf War Illness (GWI). International Association for Chronic Fatigue Syndrome/Myalgic Encephalomyelitis (IACFSME). Fort Lauderdale, 2016] maar deze verschillen kwamen tenslotte terug naar het gemiddelde naar gelang meer individuen werden geanalyseerd. Dit is bijzonder pertinent voor kleinere studies die de differentiële diagnose van CVS en GWI onderzoeken [bv. Bjersing JL et al. Profile of cerebrospinal microRNAs in fibromyalgia. PLoS One (2013) 8: e78762 /// Brenu EW et al. High-throughput sequencing of plasma microRNA in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. PloS One (2014) 9: e102783].

Beperkingen van het test-paradigma omvatten de intensieve aard van de inspanning en MRI-karakterisatie van GWI-individuen om hun fenotypes te bepalen. Er was een lumbaal-punktie vereist voor het verkrijgen van de cerebrospinaal vocht miRNA-biomerkers maar deze procedure is geen contra-indicatie voor het stellen van een objectieve diagnose van. Integendeel: magnetische resonantie beeldvorming met cerebrospinaal vocht QPCR miRNA-profiliering kunnen complementaire instrumenten zijn voor de diagnose van of CVS, GWI en hun subtypes.

Besluiten

De waarden van miRNA in het cerebrospinaal vocht waren gelijkwaardig tussen SC-, CVS- en GWI-individuen die hadden gerust voor inspanning (‘non-exercise’ groepen). De miRNA-waarden waren verschillend van deze die gewijzigd bleken bij depressie, fibromyalgie en Alzheimer’s, wat suggereert dat dit allemaal afzonderlijke ziekten zijn, of dat de gegevens van deze kleinere studies niet konden worden gerepliceerd in deze grotere studie. De miRNA-waarden waren gelijkwaardig tussen de ‘post-exercise’ SC, CVS en GWI-fenotypes (START & STOPP) met uitzondering van miR-22-3p & miR-9-3p die START en STOPP significant onderscheidden. Dit voegt een andere vorm van bewijs toe ter ondersteuning van een neurotoxische pathologie voor GWI en deze 2 GWI-fenotypes. De ‘post-exercise’ waren significant verhoogd (n = 6) of verlaagd (n = 12) t.o.v. de ‘non-exercise’ vergelijking-groepen. miR-328 en miR-608 waren gestegen bij SC, CVS, START en STOPP, en kunnen een globale merker zijn voor de inspanning-stressor op de plexus chorioideus en de hersenen.

CVS had 12 verminderde en 0 vermeerderde miRNAs na inspanning, wat er op wijst dat z’n pathofysiologie en responsen op inspanning uniek zijn in vergelijking met GWI en controless. Ondanks de overlap van symptomen van CVS, GWI en andere ziekten bij de differentiële diagnose, impliceren de afzonderlijke inspanning-geïnduceerde miRNA-patronen in het cerebrospinaal vocht afzonderlijke mechanismen voor post-exertionele malaise bij deze ziekten.

Volgende pagina »

Blog op WordPress.com.