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.

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.

september 29, 2017

Gliale aktivatoren: doelwit voor de behandeling van centrale sensitisatie (chronische pijn)?

Filed under: Behandeling — mewetenschap @ 11:32 am
Tags: , , , , , , ,

We gaven hier al informatie mee die wees op de mogelijke betrokkenheid van gliale cellen bij chronische pijn (zie ‘Bewijs voor gliale aktivatie in de hersenen bij chronische pijn’ & ‘Glia, glutamaat-transport en chronische pijn’) maar ook bij neuro-inflammatie (zie ‘Microglia en geheugen’ & ‘Cerebrale inflammatie? TNF-α, Microglia, Bloed-Hersen-Barrière’), vermoeidheid (zie ‘Glia, glutamaat-transport en mentale vermoeidheid’) en M.E.(cvs) (zie ‘Microglia & CVS – Hypothesen & Onderzoek’ & ‘Gliale Cellen, Astrocyten en M.E.’).

Fysio-/kinesitherapeut Jo Nijs en z’n team hebben nu blijkbaar ook deze piste ontdekt. Wellicht in afwachting van de resultaten van hun studie aangaande de epigenetica van het BDNF gen en z’n relevantie voor pijn (zie ook literatuurstudie ‘BDNF – neuroplasticiteit bij neuropathische pijn & centrale sensitisatie’) geven ze hier een overzicht over de research aangaande “afwijkende aktiviteit van glia als mogelijk onderliggend, zelfs etiologisch (oorzakelijk) mechanisme voor centrale sensitisatie (ook voorkomend bij M.E.(cvs); zie ‘Centrale sensitisatie & pijn-behandeling’).

Er volgt ook een opsomming van mogelijke farmacologische behandelingen om deze problematiek aan te pakken maar hun ‘Pain in Motion International Research Group’ blijft dus ook focussen op beweging en inspanningtherapie. Het artikel gaat inderdaad niet per se over M.E.(cvs) maar er wordt niet aangegeven dat een dergelijke (op training gebaseerde) behandeling hiervoor nefast kan zijn (zoals veelvuldig door patiënten wordt aangegeven en door onderzoek wordt benadrukt).

————————-

Expert Opin Ther Targets (2017) 12: 1-10

Sleep disturbances and severe stress as glial activators: key targets for treating central sensitization in chronic pain patients?

Nijs J1,2,3, Loggia ML4, Polli A1,2, Moens M5,6, Huysmans E1,2, Goudman L1,2,5, Meeus M1,7,8, Vanderweeën L1,2,9, Ickmans K1,3, Clauw D10

1 Department of physiotherapy, human physiology and anatomy, Pain in Motion International Research Group, Vrije Universiteit Brussel, Brussels, Belgium

2 Department of Physiotherapy, Human Physiology and Anatomy, Faculty of Physical Education & Physiotherapy, Vrije Universiteit Brussel, Brussels, Belgium.

3 Department of Physical Medicine and Physiotherapy, University Hospital Brussels, Brussels, Belgium

4 MGH/HST A. A. Martinos Centre for Biomedical Imaging, Department of Radiology, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Charlestown, MA, USA

5 Department of Neurosurgery and Radiology, University Hospital Brussels, Brussels, Belgium

6 Department of Manual Therapy, Faculty of Medicine and Pharmacy, Vrije Universiteit Brussel, Brussels, Belgium

7 Department of Rehabilitation Sciences and Physiotherapy, Ghent University, Ghent, Belgium

8 Department of Rehabilitation Sciences and Physiotherapy, University of Antwerp, Antwerp, Belgium

9 Private Practice for Spinal Manual Therapy, Schepdaal-Dilbeek, Belgium

10 Chronic Pain and Fatigue Research Centre, University of Michigan, Ann Arbor, USA

Samenvatting

Inleiding: Het mechanisme voor sensitisatie van het centraal zenuwstelsel verklaart gedeeltelijk de chronische pijn die door veel patiënten wordt ervaren maar de etiologische mechanismen van deze dysfunktie van het centraal zenuwstelsel worden niet goed begrepen. Een stijgend aantal studies suggereert dat afwijkende gliale aktivatie deel uitmaakt van het tot stand komen en/of onderhouden van centrale sensitisatie.

Domeinen: Dit overzicht focust op pre-klinisch werk en voornamelijk op de neurobiochemie bestudeerd bij dieren, met beperkte beschikbaarheid van studies bij mensen. Gliale over-aktivatie resuleert in een laag-gradige neuro-inflammatoire toestand, gekenmerkt door hoge waarden BDNF [Jason et al. rapporteerden in ‘Brain derived neurotrophic factor’ is gedaald bij CVS & MS’ over een onverwacht verminderde aanmaak], IL-1β, TNF-α, die op hun beurt de prikkelbaarheid van neuronen van het centraal zenuwstelsel verhogen door mechanismen zoals ‘long-term potentiation’ [LTP, langdurige versterkte communicatie tussen neuronen, resulterend uit hun gelijktijdige stimulatie; draagt in belangrijke mate bij aan chronische pijn] en verhoogde synaptische efficiëntie. Afwijkende gliale aktiviteit bij chronische pijn kan getriggerd zijn geweest door blootstelling aan ernstige stress, en/of slaap-stoornissen, die elk vastgestelde initiërende factoren zijn voor de ontwikkeling van chronische pijn.

Expert-opinie: Mogelijke behandel-paden omvatten meerdere farmacologische opties voor het verminderen van gliale aktiviteit, alsook conservatieve interventies zoals slaap-management, stress-management en inspanning-therapie. De farmacologische opties omvatten propentofylline, minocycline, β-adrenerge receptor antagonisten en cannabidiol. Vooraleer deze bevindingen te vertalen van basis-wetenschap naar klinische settings, zijn studies bij mensen nodig die de geschetste mechanismen verkennen bij patiënten met chronische pijn.

1. Inleiding

Moderne pijn-neurowetenschap heeft het begrijpen van pijn doe vooruitgaan, inclusief de rol van centrale sensitisatie (CS, of centrale hyper-exciteerbaarheid) bij aanwezigheid en amplificatie van (persistente) pijn-ervaringen. CS wordt gedefinieerd als een ‘amplificatie van neurale signalisering binnen het centraal zenuwstelsel die pijn hyper-sensitiviteit opwekt’ en ‘verhoogde responsiviteit van nociceptieve [nociceptie = pijn-waarneming] neuronen in het centraal zenuwstelsel voor normale of laag-drempelige afferente [signalen naar de hersenen] input’. Bij veel patiënten met chronische pijn ontbreekt een duidelijke oorzaak voor de nociceptieve input of ze is niet ernstig genoeg om de ernstige pijn en andere symptomen die door de patient worden ervaren, te verklaren. Bij dergelijke patiënten is CS dikwijls aanwezig en kan het klinisch beeld verklaren. Het is goed vastgesteld dat het mechanisme voor sensitisatie van het centraal zenuwstelsel gedeeltelijk de chronische pijn verklaart, inclusief bij mensen met neuropathische pijn, ‘whiplash’, chronische lage-rug pijn, osteoartritis, hoofdpijn, pijn na kanker-behandeling, fibromyalgie [Price DD, Staud R et al. Enhanced temporal summation of second pain and its central modulation in fibromyalgia patients. Pain. (2002) 99: 49-59], chronische schouder-pijn, Chronische Vermoeidheid Syndroom [Nijs J, Meeus M et al. In the mind or in the brain? Scientific evidence for central sensitisation in Chronic Fatigue Syndrome. Eur J Clin Invest. (2012) 42: 203-212; zie ook: ‘Centrale sensitisatie & pijn-behandeling], Reumatoïde Artritis, enz.

CS beslaat verscheidene gerelateerde dysfunkties binnen het centraal zenuwstelsel, die allemaal bijdragen tot gewijzigde, dikwijls verhoogde responsiviteit voor een waaier aan stimuli zoals mechanische druk, chemische substanties, licht, geluid, koude, warmte, stress en elektriciteit. Dergelijke dysfunkties van het centraal zenuwstelsel omvatten sensitisatie van ruggemerg-neuronen, veranderde sensorische verwerking in het brein met verhoogde hersen-aktiviteit in gebieden die bekend staan om hun betrokkenheid bij het voelen van acute pijn […]), betrokkenheid van meerdere hersenstam-kernen […], gewijzigde brein-neurochemie, slecht funktioneren van dalende anti-nociceptieve mechanismen en verhoogde aktiviteit van door de hersenen georkestreerde nociceptieve faciliterende mechanismen. Deze faciliterende mechanismen houden waarschijnlijk verband met de verhoogde hersen-aktiviteit zoals hierboven beschreven en ze kunnen (verder) worden geaktiveerd door cognitief-emotionele factoren zoals pijn-katastrofering, stress, hypervigilantie, gebrek aan aanvaarding, depressieve gedachten en maladaptieve ziekte-percepties (bv. ervaren onrechtvaardigheid, lage zelf-doeltreffendheid).

CS gaat ook gepaard met een overdreven respons van het centraal zenuwstelsel op nociceptieve of zelfs niet-nociceptieve input, resulterend in pijn die disproportioneel is met de stimulus. CS is dikwijls geassocieerd, niet enkel met ernstige pijn, maar ook met verscheidene andere symptomen zoals slaap-stoornissen en stress-intolerantie. Ondanks ons beter begrijpen van de mechanismen die (hyper-sensitiviteit) symptomen verklaren bij patiënten met chronische pijn, valt er veel te leren over de ontwikkeling van chronische pijn, inclusief de etiologische mechanisme die aan de basis van CS liggen. Waarom ontwikkelen sommige patiënten CS-pijn terwijl dat bij andere niet zo is?

Glia zijn niet-neuronale cellen in het zenuwstelsel. Een subgroep gliale cellen, in het bijzonder microglia en astrocyten, lijken fysiologisch op immuuncellen en kunnen daarom worden gezien als immuun-achtige of immuun-competente cellen. Al te lang hebben neurowetenschappers gefocust op neuronen en de glia verwaarloosd, waarschijnlijk omwille van het feit dat de basis-neurowetenschap historisch ontwikkelde uit methodes om de elektrische signalisering in (tussen) neuronen te monitoren. Toch zijn er veel meer glia dan neuronen en hebben ze een veel hogere cellulaire diversiteit en meer funkties dan neuronen.

Steeds meer pre-klinische studies suggereren dat afwijkende glia-aktivatie het bewerkstelligen en/of onderhouden van CS en persistente pijn kan verklaren [bv. Loggia ML et al. Evidence for brain glial activation in chronic pain patients. Brain: J Neural. (2015) 138: 604-615], en dat slechte slaap en ernstige stress [bv. Wohleb ES et al. Monocyte trafficking to the brain with stress and inflammation: a novel axis of immune-to­ brain communication that influences mood and behavior. Front Neurosci. (2014) 8: 447] elk kunnen resulteren in dergelijke gliale aktivatie. Hier geven we een update over het huidig begrip van de potentiële rol van afwijkende gliale aktiviteit bij het verklaren van (de aanvang van) CS bij patiënten met chronische pijn, samen met ernstige of langdurige stress en slaap-stoornissen als triggers voor afwijkende gliale aktivatie.

Ten slotte worden mogelijke farmacologische en niet-farmacologische behandel-paden voor deze neuro-immune interakties besproken. Deze ‘review’ focust op pre-klinisch werk en voornamelijk op de neurobiochemie bestudeerd bij dieren, waarbij menselijke studies beperkt beschikbaar zijn.

2. Gliale aktivatie, neuro-inflammatie en de etiologie van CS pijn

De 3 voornaamste gliale cel-types zijn microglia, astrocyten en oligodendrocyten. Hoewel oligodendrocyten ook geïmpliceerd bleken bij de ontwikkeling van centrale pijn, zullen we ons hier voornamelijk focussen op de eerste twee glia-klassen, aangezien hun rol bij pijn is meer gevestigd is. Er wordt soms naar microglia gerefereerd als de residente macrofagen in het brein: bij een letsel of infektie worden ze geaktiveerd en werken ze samen om de schade te herstellen en de brein-homeostase te herstellen. Om microglia toe te laten deze belangrijke fysiologische funktie uit te voeren, is het cruciaal dat het geen statische cellen zijn maar eerder een hoge graad van mobiliteit binnen het centraal zenuwstelsel hebben. Hoewel in het verleden auteurs microglia kenmerkten als in ‘rust-toestand’ of ‘geaktiveerde toestand’ vertoevend, accepteren de meeste nu dat microgliale cellen, wanneer ze niet geaktiveerd zijn, in een ‘surveillance’ eerder dan ‘rust’ toestand verkeren. Microglia zijn in feite continu hun processen aan het uitbreiden en terugtrekken om het molekulair en cellulair micro-milieu, inclusief synapsen, in hun nabijheid te scannen.

Daarnaast spelen microglia een cruciale rol bij synaps-vorming, synaps-eliminatie (bv. microglia kunnen hippocampus-synapsen fagocyteren) en verfijning van neuronale circuits met complement [onderdeel van de aangeboren immuun-respons dat antilichamen en fagocyterende cellen ‘complementeert’ (aanvult) in de strijd tegen pathogenen] -proteïnen (C1q en C3) als cruciale mediatoren. Synaps-vorming/-eliminatie is een belangrijk mechanisme voor veel funkties, inclusief leren (‘long-term potentiation’ en langdurige depressie) en bescherming tegen letsels. De REM-slaap is belangrijk bij het selektief elimineren en onderhouden van nieuw gevormde synapsen, wat op z’n beurt bijdraagt tot het leren en consolidatie van het geheugen. De mobiliteit van microglia wordt ook gereguleerd via verschillende manieren van neurotransmissie: verhoogd door glutamaterge neurotransmissie en verlaagd door GABAerge neurotransmissie. Vandaar dat microglia en neuronen bidirectioneel interageren en elkaar constant ‘fine-tunen’.

Na aktivatie transformeren microglia morfologisch van een vertakt (rustend) naar een amoeboïd (fagocyterend) fenotype. Niet elke geaktiveerde microglia vertoont een pro-inflammatoir patroon. Inflammatoire akties van microglia hangen af van het aktivatie-subtype. Het pro-inflammatoire subtype (M1) sekreteert pro-inflammatoire cytokinen (bv. tumor necrose factor α (TNF­α), interleukine-1β (IL-β), IL-6), neurotrofe factoren (bv. ‘brain­derived neurothrophic factor’, BDNF) en vrije radicalen toxisch die zijn voor de omringende cellen. Het anti-inflammatoire subtype (M2) sekreteert anti-inflammatoire cytokinen (bv. IL-10) voor het oplossen van inflammatie en trofe factoren voor het bevorderen van weefsel-genezing. Een dergelijk genereren van inflammatoire responsen wordt gemedieerd via de aktivatie van p38 mitogen-aktiverend kinase (MAPK [‘mitogen activated protein’ (MAP) kinasen reageren op extracellulaire stimuli (mitogenen) en reguleren verscheidene cellulaire aktiviteiten, zoals gen-expressie, celdeling, differentiatie en cel-overleving/apoptose]) in ruggemerg-microglia, ten minste bij mannelijke (maar niet bij vrouwelijke) dieren; dit speelt een centrale rol bij een brede dynamische waaier van neuronale hyper-exciteerbaarheid. M1-M2 polarisatie van microglia heeft ook verschillende effekten op de synaptogenese [ontstaan van synapsen]: M2-microglia stimuleren synaptogenese, terwijl M1-microglia in inflammatoire toestand resulteert in synaps-eliminatie (synaptische ‘stripping’, een mechanisme gelinkt met leer-processen). Er is discussie over het concept M1 versus M2 polarisatie van microglia, aangezien het een continu proces kan betekenen eerder dan verschillende subtypes. Ook het feit dat gliale cellen verschillende dynamieken vertonen en een verschillende mate van aktivatie na een stimulus kan verschillen bij patiënten verklaren, mogelijks zelfs gedeeltelijk waarom sommige mensen chronische pijn ontwikkelen na een gebeurtenis (bv. lichamelijk trauma), terwijl dat bij anderen niet het geval is.

In de acute of sub-acute fasen van een letsel of pijn, speelt gliale aktivatie waarschijnlijk een adaptieve rol, aangezien het weefsel-genezing en herstel begunstigt. Wanneer gliale aktivatie niet verdwijnt, en chronisch wordt, kan het pathogeen worden en leiden tot collaterale schade van nabijgelegen neuronen en andere glia. De resulterende laag-gradige chronische neuro-inflammatie is een onderliggend kenmerk van veel neurologische aandoeningen (zoals majeure depressie, Alzheimer’s, Parkinson’s, schizophrenie, traumatisch hersen-letsel, enz.). Gelijkaardige chronische neuro-inflammatie zou ook betrokken kunnen zijn bij de pathogenese van chronische pijn.

Afwijkende gliale aktiviteit heeft het potentieel CS te initiëren via meerdere mechanismen. Geaktiveerde microglia werden geïdentificeerd als een belangrijke bron voor de synthese en afgifte van BDNF dat verantwoordelijk is voor verhoogde neuronale prikkelbaarheid via het veroorzaken van ontremming in dorsale hoorn neuronen van het ruggemerg. Deze microglia-naar-neuron communicatie omvat niet enkel verzwakking van de pijn-inhiberende werking van gamma­aminoboterzuur (GABA) maar ook van glycine-receptor [één van de meest voorkomende neurotransmissie-inhiberende receptoren in het centraal zenuwstelsel] gemedieerde inhibitie. Verhoogde gliale synthese van BDNF in de nociceptieve mechanismen bij patiënten met CS pijn kan worden beschouwd als een pathofysiologische respons [Nijs J, Meeus M, Versijpt J et al. Brain-derived neurotrophic factor as a driving force behind neuroplasticity in neuropathic and central sensitization pain: a new therapeutic target? Expert Opin Ther Targets. (2015) 19: 565-576].

Gestegen IL-1 gen-expressie in microglia werd gelinkt aan de inductie en het onderhouden van ‘long-term potentiation’ (en bijgevolg met leren, angst en geheugen-processen). Zo ook gaat gliose [verhoogd aantal gliale cellen in een beschadigd gebied van de hersenen; de non-specifieke neuropathologische reaktie van het brein op verschillende neurologische ziekten] vergezeld van TNF-α beschikbaarheid, die op z’n beurt ‘long-term potentiation’ induceert en daardoor versterkte synaptische werkzaamheid en pijn-sensitisatie. ‘Long-term potentiation’ en versterkte synaptische werkzaamheid zijn (deels overlappende) sleutel-mechanismen die aan de basis liggen van verhoogde exciteerbaarheid van centraal zenuwstelsel pijn en de vorming van (maladaptief) pijn-geheugen bij patiënten met chronische pijn en CS, mogelijks gecoördineerd door gliose. Zo aktiveren ook pro-inflammatoire mediatoren, aangemaakt door geaktiveerde microglia tijdens neuro-inflammatie, op directe wijze nabijgelegen neuronen (die receptoren voor deze pro-inflammatoire cytokinen tot expressie brengen) die op hun beurt hyper-exciteerbaar worden.

Hoewel struktureel en funktioneel heel verschillend van microglia werd van astrocyten overtuigend aangetoond dat ze een sleutel-rol spelen in de pathogenese van aanhoudende pijn in dieren-modellen. Astrocyten zijn in staat de aanwezigheid van een aanval, zoals een inflammatoire belasting of zenuw-letsel, te detekteren, waarop ze reageren met hypertrofie en verhoogde expressie van een reeks molekulen die bijdragen tot hyperalgesie [verhoogde pijngevoeligheid] en allodynia [ervaring van pijn bij een gewoonlijk niet-pijnlijke prikkel], zoals het enzyme stikstof-oxide synthase, het pro-inflammatoir cytokine IL-1 en het chemokine CXCL1.

Naast de hierboven uitgelegde mechanismen, zouden andere mechanismen afwijkende gliale aktivatie en CS pijn kunnen linken. Dit omvat de expressie en funktie van de adenosine A1 receptor (A1AR) op microglia [Luongo L et al. The A1 adenosine receptor as a new player in microglia physiology. Glia. (2014) 62: 122-132]. Ca2+-influx geïnduceerd door ATP-behandeling en microgliale cellen voorbehandeld met een A1AR agonist [agonist = molekule die bindt op een receptor, deze aktiveert en een biologische respons opwekt], vertonen een lagere capaciteit om spinale [van het ruggemerg] nociceptieve neuronen te faciliteren. Daarnaast zijn er proteinase-geaktiveerde receptoren, een familie van G-proteïne-gekoppelde receptoren [na aktivatie van G-proteïne gebonden receptoren ontstaan er intracellulair zogenaamde ‘second messengers’ die, na een aantal biochemische tussenstappen, zorgen voor de uiteindelijke signaal-overdracht] in neuronen, microglia en astrocyten. Ze worden geaktiveerd door proteasen [eiwit-splitsende enzymen] en initiëren een reeks intracellulaire signalisatie mechanismen die resulteren, niet enkel in sensitisatie van pijn-mechanismen maar ook in de aktivatie van de nucleaire factor NF-κB [transcriptie-factor; regelt genen voor apoptose, viral replicatie, inflammatie en auto-immune ziekten], die belangrijk is voor neurale plasticiteit in het zenuwstelsel, inclusief synaptogenese. Geaktiveerd NF-κB heeft het vermogen de expressie van BDNF in centrale neuronen te verhogen.

Belangrijk: farmacologische ontwrichting van de astrogliale en microgliale funktie, of van de werking van hun produkten, kan nocifencief [gerelateerd met pijn en ongemak] gedrag in dieren reduceren, omkeren of voorkomen. Alles te samen tonen deze studies aan dat astrocyten, net zoals microglia, een belangrijke rol spelen in de pathogenese van persistente pijn bij dieren.

In feite werd bijna al het bewijsmateriaal aangaande het feit dat microglia een belangrijke rol kunnen spelen bij het onderhouden van chronische pijn afgeleid van dieren-modellen. De eerste menselijke studie aangaande gliale aktiviteit gebruikte een gevoelige in vivo merker voor gliale cel aktivatie, gemonitord d.m.v. positron-emissie-tomografie (PET), om aan te tonen dat denervatie van ledematen (n = 7) gliale aktivatie induceert […]. Enkel die ene patient met bilaterale zenuw-beschadiging vertoonde bilaterale microglia-aktivatie in de thalamus, terwijl de andere 6 patiënten slechts contra-laterale [aan de andere kant] aktivatie vertoonden. Een andere studie bij mensen (gebruikmakend van PET magnetische resonantie beeldvorming) identificeerde een patroon consistent met gliale aktivatie in de hersenen bij patiënten met chronische lage-rug pijn, een aandoening waarvan is geweten dat ze gerelateerd is met CS. Andere studies bij mensen (gebruikmakend van cerebrospinaal vocht) ondersteunen ook een mogelijke rol voor wijzigingen qua centrale cytokinen en neurotrofe factoren, consistent met afwijkende gliale aktivatie en gerelateerde neuro-inflammatie, bij een aantal toestanden met chronische pijn, ondanks variërende etiologieën. Vandaar: het beschikbare bewijsmateriaal ondersteunt een associatie tussen afwijkende gliale aktiviteit en neuro-inflammatie bij mensen met chronische pijn, maar direct bewijs dat aantoont dat afwijkende gliale aktiviteit en neuro-inflammatie leiden tot de ontwikkeling van CS bij mensen is nog niet beschikbaar en vereist verder onderzoek.

Als afwijkende gliale aktivatie of gliose de aanvang van CS verklaart, zal de volgende vraag zijn: wat triggert afwijkende gliale aktivatie? Neurowetenschap heeft ons voorzien van een aantal mogelijke antwoorden, inclusief ernstige stress en slaap-stoornissen die voornamelijk het brein als doelwit hebben. In het ruggemerg wordt gliale aktivatie voornamelijk getriggerd door inflammatie van perifeer weefsel of zenuw-beschadiging. In sommige gevallen is afwijkende gliale aktivatie wellicht niet voldoende voor pijn hyper-sensitiviteit, waardoor het nodig is verder te kijken dan door glia getriggerde neuro-inflammatie, naar de gevolgen van dergelijke afwijkende gliale aktivatie en gerelateerde neuro-inflammatie op de morfologie en de funktie van de hersenen.

3. Stress als een trigger voor gliale aktivatie en daaropvolgende morfologische hersen-veranderingen

Stress kan worden gedefinieerd als de continue strijd van levende organismen om te een interne dynamische toestand van evenwicht (homeostase) te behouden. Elke factor, fysiek, psycho­sociaal of emotioneel, die een uitdaging betekent voor de homeostase, wordt gelabeld als een stressor. Hoge waarden voor angst in de periode rond een traumatisch musculoskeletaal letsel voorspelt de ontwikkeling en het onderhouden van matig-tot-ernstige chronische pijn. Ook mishandeling tijdens de kindertijd (inclusief emotioneel misbruik) is niet alleen geassocieerd met een verhoogd risico op chronische (lage-rug) pijn, het houdt ook verband met langdurige CS voor nociceptieve stimuli – zoals wordt gezien in een subgroep van (zeer verzwakte) mensen met chronische lage-rug pijn.

In respons op langdurige stress wordt het lichaam blootgesteld aan hoge concentraties glucocorticoïden. Glucocorticoïden coördineren de expressie van subsets genen die betrokken zijn bij signaal-transductie, neuronale struktuur, dynamiek van vesikels [kleine membraan-blaasjes die kunnen versmelten met het cel-membraan zodat de stof die ze bevatten kan vrijkomen], neurotransmitter-katabolisme, codering van neurotrofe factoren en hun receptoren. Dit samen genomen resulteert stress in een zeer gecoördineerde set wijzigingen qua gen-expressie die aan de basis ligt van neuronale plasticiteit, gliale aktivatie en daaropvolgende neuro-inflammatie met verhoogde IL-1β en IL-6 mRNA expressie. Inderdaad: stress en de resulterende noradrenaline plus glucocorticoïden aktiveren microglia (die α1, α2, β1 en β2-adrenerge en glucocorticoid-receptoren tot expressie brengen), resulterend in neuro-inflammatie (met verhoogde beschikbaarheid van pro-inflammatoire cytokinen zoals IL-1, TNF-α en IL-6) /gliose. Stress aktiveert glia op zo’n manier dat ze transformeren naar het pro-inflammatoir subtype, wat dan CS kan induceren. Lang vooraleer ze geaktiveerd werden, zouden microglia kunnen zijn ‘voorbereid’ door een traumatische gebeurtenis zodat een tweede ‘hit’ (bv. een ander trauma of stress) een overdreven gliale respons induceert (de ‘double-hit’ hypothese zoals beschreven bij andere neuro-inflammatoire aandoeningen).

Het is niet verrassend dat, in respons op stress, microglia in meerdere hersen-gebieden geaktiveerd blijken te worden, inclusief de pre-frontale cortex, de laterale, baso-laterale, centrale en baso-mediale kernen van de amygdala, en in de [delen van de] hippocampus. Deze hersen-gebieden ondergaan morfologische wijzigingen in respons op stress en spelen ook een kardinale rol bij chronische pijn. Microglia zouden, via meerdere mechanismen, inclusief de aanmaak van BDNF [McEwen BS et al. Stress and anxiety: structural plasticity and epigenetic regulation as a consequence of stress. Neuropharmacology. (2012) 62:3-12], dergelijke stress-geïnduceerde morfologische veranderingen in de hersenen en zelfs CS kunnen verklaren. De pro-inflammatoire mediatoren geproduceerd door geaktiveerde microglia tijdens neuro-inflammatie aktiveren op directe wijze receptoren op nabijgelegen neuronen, en induceren hun hyper-exciteerbaarheid.

Verrassend is dat de morfologische brein-veranderingen in respons op chronische stress ietwat plaats-specifiek zijn i.p.v. diffuus, en voornamelijk hypertrofie in de amygdala, en atrofie in de pre-frontale cortex en hippocampus betrokken zijn. Dit kan ten dele gerelateerd zijn met de verdeling van glucocorticoid-receptoren, die wijdverspreid tot expressie komen in de hersenen maar hoge densiteiten hebben in de mediale pre-frontale cortex, en specialiteit hebben in de hippocampus en amygdala. Initiële experimenten betreffende de morfologische wijzigingen in belangrijke hersen-gebieden in respons op chronische stress werden uitgevoerd bij dieren, later bij mensen […]. Deze morfologische veranderingen kunnen worden geïnduceerd door herhaalde blootstelling aan milde stressoren of kortstondige maar intense stress. Het is belangrijk om te benadrukken dat deze stress-geïnduceerde morfologische wijzigingen omkeerbaar kunnen zijn en dus geen weerspiegeling zijn van echte hersen-schade maar eerder van een vorm van plasticiteit. Deze morfologicsche veranderingen zouden hersen-gebieden kunnen beschermen tegen permanente excitotoxische beschadiging [excitotoxicitet = pathologisch proces waarbij zenuwcellen worden beschadigd of gedood door overmatige stimulatie door neurotransmitters] en daarom adaptief kunnen zijn.

4. Slaap als een trigger van gliale aktivatie en neuro-inflammatie

In afwezigheid van andere intrinsieke slaap-aandoeningen en ploegen-arbeid, wordt insomnia [slapeloosheid] gedefinieerd als > 30 min slaap-latentie en/of minuten wakker na aanvang van de slaap > 3 dagen/week gedurende > 6 maanden. Stress, slaap en pijn zijn nauw met elkaar verbonden. Slapeloosheid is zeer prevalent bij patiënten met chronische pijn, waarbij 53-90% van de patiënten met chronische pijn lijden aan een klinische significante mate van slapeloosheid. Dit kan gedeeltelijk worden toegeschreven aan de rol van stress. Ten eerste: dagelijkse levens-stress (bv. piekeren over naar het werk gaan de volgende morgen) kan de slaap verstoren. Ook belangrijke stressvolle levens- en/of traumatische gebeurtenissen zoals natuurrampen, oorlogvoering of een verkeersongeval resulteren in wijzigingen qua slaap-architectuur die slechte slaap weerspiegelen. Meer ontwakingen en verminderde slaap-efficiëntie zijn de meest gevoelige slaap-architectuur variabelen in respons op stress. Ten tweede: slechte slaap (bv. ‘s nachts wakker liggen of de slaap niet kunnen vatten) kan een stressor zijn. Ten derde: de gevolgen van slechte slaap (bv. zich prikkelbaar en vermoeid voelen) resulteren in een uitgesproken verminderd vermogen om om te gaan met de dagdagelijkse stressoren. Om al deze redenen lijkt het logisch dat slaap-management dikwijls wordt opgenomen als onderdeel van stress-management programma’s.

Bij het aanpakken van slaap-problemen in de context van pijn-neurowetenschap, is het belangrijk om te benadrukken dat één enkele nacht van totale slaap-deprivatie bij gezonde mensen veralgemeende hyperalgesie kan induceren en angst verhogen. Deze bevindingen suggereren dat slaap-problemen niet enkel de hyper-exciteerbaarheid van het centraal zenuwstelsel kunnen bestendigen bij patiënten met chronische musculoskeletale maar ook dienen als een initiërende factor. Ons huidig begrip van slaap neuro-immunologie biedt potentiële links tussen slaap-problemen en (de aanvang van) pijn.

Melatonine is een neurohormoon dat cruciaal is voor (diepe) slaap en analgesie. Pre-klinische studies onthulden dat selektieve […] agonisten [binden en aktiveren een receptor] voor de MT2 melatonine-receptor [komt tot expressie in het netvlies; bindt melatonine] analgetische eigenschappen hebben via modulatie van […] dalende anti-nociceptieve systemen, in modellen voor neuropathische pijn.

Andere neurale mechanismen zouden kunnen bijdragen tot de nauwe interaktie tussen chronische pijn en slechte slaap. Terwijl een behoorlijke slaap de immune gezondheid faciliteert, resulteert slaap-deprivatie in laag-gradige inflammatoire responsen. Deze laag-gradige inflammatoire respons als een gevolg van slaap-deprivatie omvat verhoogde waarden van IL-6, prostaglandine-E2 en stikstof-oxide, mogelijks gemedieerd door cerebrale microglia. Zelfs lage waarden inflammatoire cytokinen staan er om bekend de hersen-funktie aan te tasten, wat correleert met observaties van verhoogde sensitiviteit voor pijnlijke stimuli na slaap-beperking. Slaap-apneu, soms gediagnostiseerd bij patiënten met chronische pijn, wordt gekenmerkt door periodieke hypoxie [zuurstof-tekort], wat op z’n beurt hersen-microglia aktiveert in de richting van een geaktiveerde, pro-inflammatoire toestand. Samengevoegd: slaap-ontbering geeft een glia-gemedieerde laag­gradige inflammatoire respons die leidt naar verhoogde gevoeligheid voor pijn, zoals typisch wordt gezien bij mensen die lijden onder chronische pijn.

Het begrijpen dat afwijkende gliale aktivatie of gliose mogelijks de aanvang van CS verklaart, doet de vraag rijzen hoe deze bevindingen te vertalen naar therapeutische doelwitten? Zo ook roept het begrijpen dat afwijkende gliale aktivatie te wijten kan zijn aan chronische stress en/of slaap-stoornissen de vraag op hoe er rekening mee te houden in de klinische praktijk? De studie van de rol van glia bij mensen met chronische pijn en het mechanisme van CS in het bijzonder, staat nog in de kinderschoenen, wat maakt dat het te vroeg is om deze bevindingen naar de klinische praktijk te vertalen. Nadenken over mogelijke therapeutische doelwitten biedt echter nieuwe innovatieve padden voor het experimenteel testen van deze ideeën bij mensen met CS en chronische pijn binnen een research-setting.

5. Behandeling die het potentieel hebben gliale aktiviteit te normaliseren

Farmacologische behandelingen zoals minocycline, een antibioticum, hebben theoretisch het vermogen om afwijkende gliale aktiviteit aan te pakken bij patiënten met CS en chronische pijn. Werk bij dieren heeft aangetoond dat (post-operatieve) minocycline microglia en astrocyten onderdukt, en TNF-α en IL-1β mRNA waarden in de hippocampus reduceert. Ook inhibeert minocycline spinale microgliale aktivatie en verzacht pijn in ratten met experimenteel geïnduceerde diabetes. Een kleine gerandomiseerde klinische proef heeft getoond dat een korte behandeling met minocycline geassocieerd was met een kleine maar statistisch significante vermindering van de pijn bij patiënten met lumbale radiculopathie [pijn veroorzaakt in de lage-rug en heup die uitstraalt naar de dij en het been]. Aangezien dergelijke patiënten verhoogde gliale aktiviteit vertonen, is het mogelijk dat minocycline bij mensen de pijn reduceert via inhibitie van microglia, aangezien het dit doet bij dieren.

Een ander therapeutisch pad omvat voorbehandeling met β­adrenerge receptor antagonisten (bv. propranolol [bloeddruk-verlager]), waarvan werd getoonde dat het microgliale aktivatie reduceert in een dieren-model. In vitro werk toonde dat ketamine [verdovingsmiddel en recreatieve drug] sommige van de inflammatoire responsen van zowel astrocyten en microgliale cellen inhibeerde. Daarnaast remt cannabidiol, een belangrijk niet-psychotomimetisch [zonder de symptomen van psychose, inclusief waanbeelden en/of delirium] bestanddeel van Cannabis sativa [hennep], microgliale aktivatie en daaropvolgende neuro-inflammatie [Gomes FV et al. Decreased glial reactivity could be involved in the antipsychotic-like effect of cannabidiol. Schizophr Res. (2015) 164: 155-163]. Toch dient voor al deze behandeling nog te worden vastgesteld of ze in staat zijn gliale aktiviteit bij mensen te normaliseren en indien dit het geval is: of dergelijke gliale effekten gepaard gaan met analgetische effekten.

Daarnaast werden inhibitoren van cytokine-synthese (die nauw verwant zijn met gliale aktiviteit), inclusief propentofylline [xanthine-derivaat, onderdrukt de produktie van pro-inflammatoire cytokinen, reaktieve zuurstof molekulen en stikstof-oxide], onderzocht op het gebruik als therapeutische agentia voor de behandeling van neuropathische pijn. Menselijke microglia waren minder responsief voor propentofylline-behandeling, wat twijfel deed rijzen omtrent het feit of directe microgliale inhibitie een relevant therapeutisch doelwit is voor patiënten met chronische pijn. Bezorgdheden omtrent de methodologie bij deze studies (duur van de proef, gebruikte dosering, specifieke doelwit-populatie en mogelijke interakties met andere medicijnen en voedsel-inname) beperkten de significantie van deze negatieve studie-uitkomsten.

Ook: bij de hierboven geschetste redenering aangaande de mogelijke rol van afwijkende gliale aktiviteit en neuro-inflammatie met betrekking tot CS werd primair gefocust op de aanvang van CS. Als CS geïnitieerd is en de afwijkende gliale aktiviteit en neuro-inflammatie gedurende enkele maanden of langer aanwezig is, heeft dit waarschijnlijk geresulteerd in neuroplastische veranderingen, inclusief enkele van de eerder besproken wijzigingen qua brein-morfologie of connectiviteit. Wanneer neuroplastische veranderingen reeds gevestigd zijn, kan het aanpakken van afwijkende gliale aktiviteit te laat zijn of op z’n best kan het verdere versnelling van CS bij patiënten met chronische pijn voorkomen, i.p.v. dienst te doen als een nieuwe potentiële behandeling voor chronische pijn. Deze redenering wordt ondersteund door werk bij dieren, dat toont dat – na afbinding van een ruggemerg-zenuw – dorsale hoorn microglia eerst worden geaktiveerd, gevolgd door aktivatie van astrocyten, vergezeld van een daling van microgliale aktiviteit. Vandaar dat het aanpakken van afwijkende gliale aktiviteit een nieuw therapeutisch pad kan zijn voor de preventie van de ontwikkeling, eerder dan de behandeling, van CS en chronische pijn. Een pre-klinische studie gaf positieve uitkomsten wanneer glia-onderdrukkende medicijnen worden toegediend in de vroege post-operatieve fase maar dit idee vereist experimentele testen bij mensen. De mogelijkheid van gliale aktivatie beeldvorming in vivo kan helpen patiënten te identificeren die het meest waarschijnlijk voordeel kunnen halen uit deze therapeutische benadering, en om optimaal behandel-venster, -duur of -dosering te identificeren.

6. Besluit

Een steeds groter wordende hoeveelheid gegevens van research bij dieren ondersteunt het idee van afwijkende gliale aktiviteit als een potentieel onderliggend, zelfs etiologisch, mechanisme voor CS. Dergelijke gliale over-aktivatie resulteert in een laag-gradige neuro-inflammatoire toestand, gekenmerkt door hoge waarden BDNF, IL-1β en TNF-α, wat op z’n beurt de exciteerbaarheid van neuronen van het centraal zenuwstelsel verhoogt via mechanismen zoals ‘long-term potentiation’ en verhoogde synaptische efficiëntie. Andere mechanismen die afwijkende gliale aktiviteit linken met de ontwikkeling van CS omvatten verzwakking van de nociceptieve inhiberende werking van GABA en glycine-receptor gemedieerde inhibitie. Daarnaast zou afwijkende gliale aktiviteit bij chronische pijn worden getriggerd door ernstige stress en/of slaap-stoornissen, die elk initiërende factoren bleken voor de ontwikkeling van chronische pijn. Mogelijke behandel-paden omvatten meerdere farmacologische opties voor het verminderen van gliale aktiviteit, alsook conservatieve interventies zoals slaap-management, stress-management en inspanning-therapie. Vooraleer deze bevindingen te vertalen van basis-wetenschap naar klinische settings, zijn meer studies bij mensen nodig die de geschetste mechanismen bij patiënten met chronische pijn onderzoeken.

Dit werk hier focust op de rol van de glia. Er bestaan nog andere neuro-immune mechanismen. Bijvoorbeeld: naast stress en slaap-problemen, suggereert research bij dieren dat neuro­trauma resulteert in afwijkende gliale aktiviteit. Ook: neuro-inflammatie geobserveerd bij dieren in respons op stress zou niet enkel aan gliale aktivitie kunnen worden toegeschreven: stress induceert ook monocyten-‘trafficking’ [het zich verplaatsen van immuun-cellen] naar de hersenen (bv. van het beenmerg naar de amygdala), resulterend in inflammatie (d.i. IL-1β gemedieerd angstig gedrag). Deze verhoogde monocyten-recrutering naar het brein is een uniek mechanisme waarbij het immuunsysteem communiceert met de hersenen. Daarnaast onthulde onderzoek bij dieren geslacht-verschillen, inclusief een microglia-onafhankelijk mechanisme dat pijn hyper-sensitiviteit medieert. Volgens deze studies zijn microglia niet vereist voor de ontwikkeling van mechanische pijn hyper-sensitiviteit bij vrouwelijke muizen, aangezien ze gelijkaardige niveaus bereiken qua pijn hyper-sensitiviteit via adaptieve immuun-cellen, waarschijnlijk T-lymfocyten. Monocyten-‘trafficking’ zou het gepreferreerd mechanisme kunnen zijn voor het medieren van pijn hyper-sensitiviteit bij vrouwen.

Deze ‘review’ focuste op het verklaren van onderliggende mechanismen voor CS, een mechanisme waarvan is vastgesteld dat het bedraagt aan een brede waaier aan pathologieën. Het is moeilijk bevindingen van veel verschillende of pathologieën, studies op verschillende molekulaire niveaus en van verscheidene types experimenten in één artikel te combineren. Het artikel heeft echter als doel een brug te creëeren tussen pre-klinische en klinische gegevens, om bij te dragen tot translationele inspanningen in dit onderzoekgebied (of ten minste translationeel werk [vertaling wetenschap naar kliniek] in dit gebied te stimuleren).

7. Expert opinie: niet-farmacologische behandel-opties om gliale aktiviteit te normaliseren

We benadrukten de rol van ernstige stress en slaap-stoornissen bij het triggeren van afwijkende gliale aktiviteit, implicerend dat afwijkende gliale aktiviteit niet de oorzaak is maar in plaats daarvan een onderdeel van een lange keten van gebeurtenissen die CS initiëren. Vandaar dat conservatieve interventies zoals stress- en slaap-management gerechtvaardigd lijken.

Binnen het onderzoekgebied van de conservatieve interventies, is inspanning ook een interventie die nuttig is bij veel chronische pijn toestanden en ook zou kunnen werken (ten dele) via gliale mechanismen. Inspanning verhoogt de expressie van ‘glial fibrillary acidic protein’ [GFAP; cytoskeletale component van o.a. astrocyten] in hippocampus-astrocyten, meer specifiek in het ‘stratum radiatum’, een gebied dat talrijke astrocyten bevat en belangrijk is voor leren en geheugen. De verhoogde expressie van de astrocyten-merker ‘glial fibrillary acidic protein’ impliceert dat inspanning resulteert in een substantiële toename qua astrogliaal metabolisme en proteïnen-synthese, consistent met een gezonde cellulaire hypertrofie in respons op verhoogde fysiologische vereisten. Deze notie wordt ondersteund door de geobserveerde wijziging qua morfologie van de astrocyten in respons op inspanning. Deze astrocyten-aktivatie in respons op inspanning kan worden verklaard door de toegenomen aanmaak van groeifactoren zoals ‘nerve growth-factor’, ‘fibroblast growth-factor’, ‘glial cell line-derived neurotrophic factor’ & BDNF in respons op inspanning [bv. Spielman U, Little JP, Klegeris A. Physical activity and exercise attenuate neuro-inflammation in neurological diseases. Brain Res Bull. (2016) 125:19-29] – bv. ‘nerve growth-factor’ en ‘fibroblast growth-factor’ zijn in staat astrocyt-proliferatie te induceren. Astrocyten-aktivatie in respons op inspanning impliceerde versterkte ‘tripartite’ synapsen [funktionele integratie van pre- & post-synaptisch membraan met glia], aangezien astrocyten nodig zijn (en hun morfologie wijzigen) rond gepotentieerde synapsen om neuronale plasticiteit te begeleiden, zoals wordt gezien tijdens ‘long-term potentiation’.

De immuun-modificerende, meer specifiek ‘whole-body’ anti­inflammatoire, effekten van milde fysieke aktiviteit/inspanning zijn goed gekend. Inspanning staat er om bekend de inflammatoire toestand te veranderen en anti-inflammatoir of neuroprotectief te worden bij meerdere neuro-inflammatoire ziekten zoals Multipele Sclerose en Systemische Lupus Erythematosus. Belangrijk: nieuwe research-bevindingen suggereren dat inspanning ook anti-inflammatoire effekten kan hebben op het centraal zenuwstelsel. Meer specifiek: het lijkt plausibel dat inspanning(therapie) de nadelige en niet-specifieke aktivatie van of gliale cellen (gliose) – zoals typisch wordt gezien bij chronische neuro-inflammatie kan verminderen. Op het niveau van de gliale cellen reduceert fysieke aktiviteit/inspanning microgliale proliferatie en triggert het een switch naar een anti-inflammatoir fenotype. Een dergelijke fenotype-verschuiving gaat gepaard met een dramatische verandering qua produktie van cytokinen (d.i. van pro- naar anti-inflammatoir). Dit biedt een plausibele verklaring voor hoe regelmatige en milde inspanning de gliale aktiveit binnen de gezonde perken houdt, wat op z’n beurt zou kunnen bijdragen tot de gedaalde incidentie van hersen-ziekte (gekenmerkt door chronische neuro-inflammatie) bij mensen die regelmatig trainen. Toch is er nog geen bewijsmateriaal beschikbaar dat fysieke aktiviteit/inspanning de gliale aktiviteit in menselijke hersen-gebieden (betrokken bij pijn-integratie en -perceptie) wijzigt en dit impliceert een belangrijke focus voor toekomstige research.

Het blijft onzeker of we deze redenering betreffende anti-neuro-inflammatoire effekten van inspanning-therapie kunnen toepassen op de behandeling van CS bij patiënten met chronische pijn. Eén studie bij muizen ondersteunt dit idee: fysieke training (zwemmen) na zenuw-letsel zorgde voor een omkering van mechanische hyper-sensitiviteit, normaliseerde door zenuw-letsel geïnduceerde ‘nerve growth factor’ en BDNF-expressie in de dorsale wortel ganglia, en zorgde voor een omkering van astrocyten en microglia hyper-aktiviteit in de dorsale hoornen; welke genormaliseerd bleven na het stoppen van de training [Almeida C et al. Exercise therapy normalizes BDNF upregulation and glial hyperactivity in a mouse model of neuropathic pain. Pain. (2015) 156: 504-513]. En andere pre-klinische studie toonde dat langdurige inspanning de vroege, door microglia- en astrocyten gemedieerde hersen-inflammatie na een myocard-infarct normaliseert. Ook de mogelijke anti-neuro-inflammatoire effekten van inspanning-therapie op de behandeling van CS bij patiënten met chronische pijn worden ondersteund door studies die gedaalde pijn-sensitiviteit na inspanning-therapie tonen bij patiënten met chronische pijn. Ten slotte nog een mechanisme waarbij inspanning voordelig kan zijn voor de gliale gezondheid: de stimulatie van gliale ‘heat-shock’ proteïne 72 [Hsp72, zou cellen beschermen tegen cellulaire stress; de ‘heat-shock’ respons is een universeel en essentieel adaptief mechanisme dat cellen toelaat te reageren op een brede waaier van schadelijke condities] expressie. Inspanning induceerde verhoogde neuronale en astrogliale waarden qua ‘heat-shock’ proteïne 72 in normaal ruggemerg-weefsel, wat het funktioneel herstel na experimenteel ruggemerg-letsel faciliteerde. Onderzoek bij dieren informeerde ons dat verhoogde gliale expressie van ‘heat-shock’ proteïne 72 anti-inflammatoire effekten heeft en beschermt tegen astrogliale apoptose.

————————-

De eerste auteur (Prof. Jo Nijs) drukt in het artikel zijn dankbaarheid uit ten aanzien van psychiater Boudewijn Van Houdenhove (gekend als adept van de psychiatrische school m.b.t. chronische vermoeidheid en als voorstander van cognitieve gedrag therapie en graduele oefen therapie als behandeling voor ‘cvs’) “om hem te motiveren en te inspireren om de rol van stress met betrekking tot chronische pijn te verkennen”. Zeer onthullend!

Jo Nijs geeft ook aan houder te zijn van de ‘Chair exercise immunology and chronic fatigue in health and disease’ opgericht door de Nederlandse ‘Berekuyl Academy/European College for Decongestive Lymphatic Therapy’ (doel: “stimuleren van het wetenschappelijk onderzoek naar de inspanning-immunologie van chronische vermoeidheid”). Een neuroloog die meeschreef aan dit artikel (Maarten Moens; neurochirurg en pijnspecialist, UZ Brussel) geeft aan de ‘Lyrica Independent Investigator Research Award (LIIRA)’ te hebben ontvangen als ook ooit te zijn betaald door Medtronic (bedrijf dat medische technologieaanbiedt, o.a. voor het verlichten van pijn) & Pfizer (farmaceutisch bedrijf dat Lyrica produceert).

juli 7, 2017

Neuromusculaire belasting verhoogt symptoom-intensiteit bij CVS

Filed under: Inspanning — mewetenschap @ 11:08 am
Tags: , , , , , , ,

Onderstaande studie werd gefinancierd d.m.v. een beurs van het ‘Solve ME/CFS Initiative’. Het is een bevestiging van de hypothese (‘Neuromusculaire belasting als bijdrage tot symptomen bij CVS’) waar we het hier al eerder over hadden.

De deelnemers aan onderstaande studie werd gevraagd 15 min. in ruglig het gestrekt been te heffen (‘straight leg raise’, SLR) of (zonder dat ze het zelf wisten) een ‘nep’ beweging die de SLR nabootst maar geen lichamelijke belasting veroorzaakt. Daarbij werd hen gevraagd elke 5 min. het niveau aan te geven van hun vermoeidheid, lichamelijke pijn, duizeligheid en andere symptomen. Na 24 uur werden dezelfde vragen gesteld. Het artikel spreekt voor zich. Het mag duidelijk zijn dat, gezien het feit dat een dergelijke belasting van de onderste ledematen in staat is de symptoom-intensiteit bij CVS-patiënten te verergeren, er heel erg voorzichtig dient te worden omgesprongen met het voorschrijven van inspanning/training als therapie.

————————-

PlosOne (2016) 11: e0159386

Neuromuscular strain increases symptom intensity in Chronic Fatigue Syndrome

Peter C. Rowe (1,*), Kevin R. Fontaine (2), Megan Lauver (1), Samantha E. Jasion (1), Colleen L. Marden (1), Malini Moni (1), Carol B. Thompson (3), Richard L. Violand (4)

1 Department of Pediatrics, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, Maryland, United States of America

2 Department of Health Behavior, University of Alabama at Birmingham School of Public Health, Birmingham, Alabama, United States of America

3 Department of Biostatistics, Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health, Baltimore, Maryland, United States of America

4 Rick Violand, PT LLC, Ellicott City, Maryland, United States of America

Samenvatting

Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) is een complexe, multi-systemische aandoening die invaliderend kan zijn. CVS-symptomen kunnen worden uitgelokt door verhoogde fysieke of cognitieve aktiviteit, en door orthostatische stress. In preliminair werk merkten we op dat bij aangetaste individuen CVS-symptomen ook kunnen worden opgewekt door toepassing van longitudinale neurale en ‘soft-tissue’ [weefsels die andere strukturen en organen verbinden, ondersteunen of omgeven; zoals bv. pezen, ligamenten, huid, vet, spieren, zenuwen en bloedvaten] belasting van de ledematen en de ruggegraat. In de studie hier maten we de responsen op een ‘straight leg raise’ [opheffen van een gestrekt been] neuromusculaire belasting bij individuen met CVS en gezonde controles. We lieten 60 individuen met CVS en 20 gezonde controles ofwel een passieve ‘straight leg raise’ (echte neuromusculaire belasting) in ruglig of een ‘sham’ [nep/valse/geveinsde] ‘straight leg raise’ van 15 minuten uitvoeren (willekeurige toewijzing). De primaire uitkomst-meting was het verschil in symptoom-intensiteit tussen de scores tijdens en 24 uur na het manoeuvre vergeleken met ‘baseline’. Scores voor vermoeidheid, lichamelijke pijn, duizeligheid, concentratie-problemen & hoofdpijn werden individueel gemeten op een 0-10 schaal, en opgeteld om te komen tot een samengestelde symptoom-score. Vergeleken met CVS-individuen in de groep die de ‘sham’ belasting kreeg, rapporteerden de CVS-individuen in de groep met de echte belasting significant meer lichamelijke pijn (P = 0.04) en concentratie-moeilijkheden (P = 0.02), alsook verhoogde samengestelde symptoom-scores (allemaal P = 0.03) tijdens de belasting. Na 24 uur waren de symptoom-intensiteit verschillen significant groter voor de CVS-individuen die de echte belasting ondergingen wat betreft het individueel symptoom duizeligheid (P = 0.001) en voor de samengestelde symptoom-score (P = 0.005). Tijdens en 24 uur na de echte belasting, hadden CVS-individuen significant hogere individuele en samengestelde symptoom-intensiteit veranderingen t.o.v. de gezonde controles. We besluiten dat een longitudinale belasting van de zenuwen en ‘soft-tissues’ van de onderste ledematen in staat is de symptoom-intensiteit bij mensen met CVS te verhogen gedurende 24 uur. Deze bevindingen ondersteunen onze preliminaire observaties omtrent verhoogde mechanische sensitiviteit als mogelijke bijdragende factor voor het uitlokken van symptomen van deze aandoening.

Inleiding

Chronische Vermoeidheid Syndroom (CFS), dikwijls ook Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS) genoemd, is een complexe, multi-systemische aandoening die wordt geassocieerd met een substantiële aantasting van de niveaus van aktiviteit en levenskwaliteit van voor de ziekte. Individuen met CVS vertonen meer symptomen tijdens en na verscheidene fysiologische belastingen, zoals fysieke inspanning, orthostatische stress en cognitieve taken. We rapporteerden dat een andere fysiologische uitdaging – neuromusculaire belasting – ook het potentieel heeft symptomen te verzwaren bij mensen met CVS. In een verkennende studie die blootstelling aan een periode van 12 minuten van progressief toenemende passieve ‘straight leg raise’ (SLR) in ruglig omvatte, vertoonden 2 jonge volwassenen met CVS een uitgesproken stijging qua vermoeidheid, cognitieve dysfunktie, duizeligheid en zicht-vervaging [Rowe PC, Fontaine KR, Violand RL. Neuromuscular strain as a contributor to cognitive and other symptoms in Chronic Fatigue Syndrome. Front Physiol. (2013) 4: 115]. Deze bevindingen werden uitgebreid in een grotere studie, waar 48 adolescenten en jonge volwassenen met CVS significant meer een abnormaal beweging-bereik hadden dan gezonde controles gematcht voor geslacht en mate van gewricht-hypermobiliteit. Bovendien hadden CVS-patiënten – in respons op bewegingen bij een fysiek onderzoek die bijdroegen tot een uitrekkende belasting van het zenuwstelsel en verwante ‘soft-tissues’ – meer kans op het ontwikkelen van abnormale symptomatische responsen op deze individuele manoeuvres/bewegingen en op de globale lichamelijke evaluatie [Rowe PC, Marden CL, Flaherty M, Jasion SE, Cranston EM, Johns AS, et al. Impaired range of motion of limbs and spine in Chronic Fatigue Syndrome. J Pediatrics. 2014; 165: 360-366]. Samen genomen zijn deze observaties consistent met een verminderde werking van het zenuwstelsel en de geassocieerde bindweefsels bij individuen met CVS, en met de hypothese dat verhoogde mechanische gevoeligheid kan bijdragen tot de ontwikkeling en verergering van CVS-symptomen.

Deze studie werd ontworpen voor het verder onderzoek van deze interaktie tussen CVS-symptomen en neuromusculaire belasting. We randomiseerden individuen met CVS en gezonde controles voor een echte passieve ‘straight leg raise’ neuromusculaire belasting of een ‘sham’ neuromusculaire belasting. Onze hypothese was dat de mensen met CVS die werden blootgesteld aan de echte belasting een grotere mate van symptoom-verergering zouden vertonen dan gezonde controles die aan dezelfde belasting werden blootgesteld, en dat de CVS-patiënten blootgesteld aan de echte belasting verhoogde vermoeidheid, lichamelijke pijn, duizeligheid, concentratie-problemen en hoofdpijn zouden rapporteren, alsook een grotere toename qua globale CVS-symptomen tijdens 24 uur na het manoeuvre, in vergelijking met zij die de nep belasting ondergingen.

Methodes

Studie-deelnemers

1994 ‘International Chronic Fatigue Syndrome Study Group’ criteria voor CVS; 16-55 jaar. […] Exclusie-criteria […] breuken, verrekkingen, chirurgie, gekende neuropathie, artritis, […], zwangerschap of ernstige obesitas. Gezonde controles met zelf-gerapporteeerde CVS of fibromyalgie, POTS, NMH, terugkerende syncope of ander gezondheid-aandoeningen die pijn en vermoeidheid veroorzaken, werden uitgesloten.

[…]

Studie-ontwerp

Na het invullen van een aantal ‘baseline’ vragenlijsten en na onderstaande metingen te hebben ondergaan, werden de deelnemers ruglig gepositioneerd in rust gedurende 15 min om de hartslag (HR) en bloeddruk (BP) te stabiliseren. Daarna volgde 15 min echte neuromusculaire belasting of 15 min ‘sham’ test (gerandomiseerd). De HR, BP en symptoom-intensiteit werden elke 5 min beoordeeld tijdens en 5 min na de belasting (echt of nep). 24 uur na het studie-bezoek werden de deelnemers telefonisch gecontacteerd om de mate van hun symptomen aan te geven.

Vragenlijsten bij ‘baseline’

Voor de belasting (echt of nep) werden de deelnemers beoordeeld op hun gezondheid-gerelateerde levenskwaliteit via:

  1. ‘Wellness score’, een deugdelijke en betrouwbare enkelvoudige meting die de respondenten vraagt een cijfer te geven aan hun algemeen gevoel van welzijn gedurende de voorbije maand (0 = dood; 100 = zo goed als een mens zich kan voelen as.
  2. ‘Multidimensional Fatigue Inventory’ (MFI), een schaal met 20 items die vermoeidheid bevraagt. Hogere scores duiden op ergere vermoeidheid.
  3. Symptoom-intensiteit, een subjectief cijfer (0-10: 0 = geen symptomen; 10 = grootste intensiteit) dat de respondent geeft aan de symptomen vermoeidheid, lichamelijke pijn, duizeligheid, concentratie-probelemen en hoofdpijn.
  4. ‘Wood Mental Fatigue Inventory’ (WMFI), een subjectieve schaal voor 9 mentale vermoeidheid symptomen. Hogere scores duiden op slechtere cognitieve prestaties.
  5. ‘Centre for Epidemiologic Studies-Depression Scale’ (CES-D), een vragenlijst met 20 items die een depressieve stemming meet. Hogere scores geven een grotere last qua depressieve symptomen aan.
  6. ‘Beck Anxiety Inventory’ (BAI), een schaal met 21 items (elk item 0-3). Scores van 0-21, 22-36, >36 duiden op erg lage, matige en hoge angst, respectievelijk.

‘Baseline’ onderzoeken

Alle deelnemers ondergingen een ‘tender-point’ onderzoek (gevoeligheid op de 18 plaatsen gespecificeerd in de 1990 ‘American College of Rheumatology’ fibromyalgie klassificatie-criteria). Er werd ook getest voor gewricht-hypermobiliteit (Beighton score-methode).

Belastende en ‘sham’ manoeuvres

Er werd de deelnemers verteld dat het doel van de studie was om de manier te meten waarop een belasting van de zenuwen en spieren van de benen de gebruikelijke CVS-symptomen aantast. Ze (CVS en gezonde controles) werden 1:1 gerandomiseerd in 2 groepen: echte neuromusculaire belasting of een geveinsde belasting (allebei 15 min). Om te verzekeren dat het beweging-bereik voor de groepen gelijkaardig was en om dit beweging-bereik te vergelijken tussen CVS en gezonde controles, ondergingen alle deelnemers een meting van het beweging-bereik bij passieve SLR vóór de studie-procedure. Tijdens deze meting kregen de deelnemers de instructie te melden wanneer ze enige uitrekking van het been voelden, zelfs een lichte: en dit werd beoordeeld als de aanvang van uitrekking. De heup-hoek voor deze stretch-aanvang werd opgetekend, alsook de hoek van het uiterste bereik. Het uiterste bereik werd gedefinieerd als de heup-hoek waarbij de deelnemers aangaven dat ze niet wilden dat het been nog verder werd opgeheven.

Omdat het beweging-bereik varieert, specificeerden we geen vooraf-bepaalde SLR-hoek voor de neuromusculaire belasting, aangezien een bepaalde hoek een onvoldoende belasting zou geven voor mensen met een verhoogd beweging-bereik, en uitermate oncomfortabel zou zijn voor mensen met een beperkt beweging-bereik. Daarom kozen we de midden-weg tussen de ‘stretch’-aanvang en uiterste bereik als de hoek voor de passieve SLR bij de echte neuromusculaire belasting.

Voor de 15 min passieve SLR belasting, ondersteunde het research-personeel passief het niet-dominant been bij de hiel met de heup van de deelnemer in een hoek en de knie in het verlengde van de heup-hoek, halverwege tussen de aanvang van de uitrekking en het eind-bereik. Voor de 15 min ‘sham’ SLR, positioneerde het research-personeel het niet-dominant been in een hoek van 5 graden heup-flexie met opgerolde handdoeken achter de knie en enkel om de neurale belasting en de kans op de ontwikkeling van symptomen te minimaliseren. De deelnemers kregen de instructie niet aktief mee te helpen d.m.v. spier-contractie om de positie van het been te behouden. Irrelevante/onnodige lidmaat-bewegingen werden afgeraden, en conversatie tussen staf-leden en de deelnemer werd beperkt tot enkel de essentiële instructies.

Hartslag en bloeddruk werden gemeten bij ‘baseline’ en elke 5 min […]. Bij ‘baseline’, elke 5 min tijdens het manoeuvre en 5 min nadien, vroeg de research-assistent de deelnemers om hun symptoom-intensiteit (0-10) verbaal te rapporteren. We kozen een verbale respons omdat het opschrijven onpraktisch was (deelnemers in ruglig en dit zou een extra neuromusculaire belasting van de bovenste ledematen hebben betekend, die zou interfereren met het meten van de respons op SLR.

Er werd alle deelnemers gevraagd zich te onthouden van matig-inspannende fysieke aktiviteit in de periode tussen het einde van de test en het follow-up telefoontje 24 uur erna. Na 24 uur werd de deelnemers gevraagd om hun symptoom intensiteit (0-10) op dat moment op te geven, alsook 2 korte vragenlijsten (‘Wellness Score’ & WMFI) te beantwoorden.

Grootte van de studie-groep en randomisatie-procedures

De belangrijkste vergelijking was het verschil qua symptoom-scores tussen individuen met CVS blootgesteld aan de echte neuromusculaire belasting of het nep manoeuvre. We beschouwden een 10% hogere symptoom-score (voor de 5 CVS-symptomen […] tijdens het studie-manoeuvre en 24 uur later als klinisch significant. Een staal-grootte van 30 per groep voor mensen met CVS had 80% ‘power’ om een 10% hogere toename qua symptomen te detekteren bij zij die de echte neuromusculaire belasting ondergingen. We kozen een groep gezonde controles om na te gaan of de impact van de studie-manoeuvres bij de CVS-individuen verschilde van die bij gezonde individuen. Op basis van een ‘pilot’-studie die aantoonde dat er een minimale impact was bij gezonde individuen, schatten we dat 20 gezonde controles zou volstaan. Er werden 2 afzonderlijke randomisatie-sequenties aangehouden: één voor de mensen met CVS en één voor de gezonde controles. […]

Statistische analyse

[…] Om de veranderingen qua individuele symptoom-intensiteit scores van ‘baseline’ naar respons op neuromusculaire belasting te evalueren, berekenden we 2 verandering-scores. Eén gebaseerd op de hoogste symptoom-intensiteit score (gerapporteerd tijdens de echte of ‘sham’ belasting), en de andere op de score 24 uur na de procedure. […]

Resultaten

Deelnemers

80 individuen (60 met CVS en 20 gezonde controles) registreerden voor de studie en ze vervolledigden allemaal het studie-protocol. Slechts 5 individuen in onze studie waren ingeschreven in de pediatrische CVS kliniek of had deelgenomen aan eerdere pediatrische CVS studies aan Johns Hopkins [University School of Medicine]. Er was geen verschil tussen CVS en gezonde controles wat betreft demografische variabelen.

Zoals verwacht rapporteerden individuen met CVS op alle metingen voor levenskwaliteit een significant slechtere funktie dan gezonde controles (P < 0.001). De gemiddelde (± SD) hoek van het middenpunt tussen de aanvang van uitrekking en het eind-bereik voor de SLR was 71 (± 14) graden voor de gezonde controles en 61 (± 17) voor de mensen met CVS (P = 0.02).  […]

De randomisering gaf gelijkaardige resultaten qua demografische, levenskwaliteit- en onderzoek-variabelen voor de belasting- en ‘sham’-groepen voor zowel gezonde controles als CVS-deelnemers.

Primaire uitkomsten

De individuele en samengestelde symptoom-intensiteit scores bij ‘baseline’, na 5, 10 & 15 min belasting, en 5 min & 24 uur nadien: 2 factoren beperkten het vermogen een echte verandering in symptomen te identificeren gebruikmakend van statistisch niet-aangepaste technieken. Ten eerste: vermoeidheid-intensiteit scores waren significant hoger bij ‘baseline’ voor de CVS’ sham’-groep dan de CVS belasting-groep (6,54 [± 1,67] vs. 5,38 [± 2,34]; P = 0.03). Ten tweede: bij de 60 CVS-deelnemers hadden 17% minstens één symptoom-score van 9 of 10 bij ‘baseline’, wat dus hun vermogen beperkte om een toename voor deze symptomen te rapporteren omwille van een plafond-effekt van de 0-10 schaal. Daarom gebruikten we regressie-analyse om de verschillen qua symptoom-intensiteit verandering na aanpassing voor ‘baseline’ waarden te onderzoeken.

Veranderingen qua individuele scores voor symptoom-intensiteit tijdens en 24 uur na het manoeuvre

CVS Belasting vs. Controle Belasting. We bekeken de voornaamste verschillen tussen groepen wat betreft symptoom-intensiteit (de hoogste symptoom-score tijdens de neuromusculaire belasting of na 24 uur minus de ‘baseline’ score). Vergeleken met de gezonde controles blootgesteld aan 15 min SLR, hadden CVS-deelnemers blootgesteld aan dezelfde neuromusculaire belasting een significant grotere gemiddelde verandering qua intensiteit van alle symptomen, aangepast voor ‘baseline’ waarden tijdens het manoeuvre. Bv.: de gemiddelde […] verandering in vermoeidheid-intensiteit was 2,78 punten hoger bij CVS-patiënten dan bij gezonde controles, en de gemiddelde verandering qua lichamelijke pijn was bij hen 2,05 punten hoger bij. Ook 24 uur na het manoeuvre, had de CVS belasting groep een significant grotere verandering qua symptoom-intensiteit vergeleken met de gezonde controles blootgesteld aan de belasting voor alle symptomen uitgezonderd hoofdpijn.

CVS Belasting vs. CVS ‘Sham’. Tijdens het manoeuvre, was het gemiddeld verschil tussen ‘baseline’ en piek symptoom-intensiteit 0,94 punten groter in de CVS belasting groep dan in de CVS ‘sham’-groep voor lichamelijke pijn, en 1,13 punter hoger in de CVS belasting groep voor concentratie-problemen. Het gemiddelde verschil qua vermoeidheid-graad was 0,72 punten hoger in de belasting groep (lichtjes significant). Veranderingen qua duizeligheid-intensiteit of en hoofdpijn verschilden niet tussen de groepen tijdens de belasting.

Ondanks het feit dat er geen verschil was qua duizeligheid tijdens de belasting, hadden de mensen in de CVS belasting groep 24 uur na het manoeuvre gemiddelde scores die 1,75 punten hoger waren. Er waren geen andere veranderingen qua individuele symptoom-intensiteit scores verschillend tussen de groepen 24 uur na het manoeuvre.

Veranderingen qua samengestelde symptoom-intensiteit scores tijdens en 24 uur na de belasting

CVS Belasting vs. Controle Belasting. Het gemiddeld verschil qua verandering van de samengestelde symptoom-score tijdens de belasting was 9,46 punten hoger bij de CVS-deelnemers dan in gezonde controle groep (P < 0.001). Het gemiddeld verschil qua samengestelde symptoom-scores na 24 uur t.o.v. ‘baseline’ was ook hoger (P < 0.001).

CVS Belasting vs. CVS ‘Sham’. CVS belasting deelnemers hadden een significant groter gemiddeld verschil van 3,52 punten voor de samengestelde symptoom-score tijdens de belasting dan CVS-patiënten die werden blootgesteld aan het nep-manoeuvre. Het gemiddeld verschil voor de samengestelde symptoom-score lag 4,30 punten hoger in de CVS belasting groep dan in de CVS ‘sham’-groep 24 uur na de belasting.

Aantal personen met veranderingen qua symptoom-intensiteit scores van ≥ 2 punten tijdens en 24 uur na de belasting

De hoge ‘baseline’ scores van 9 of 10 voor minstens één symptoom bij 17% dan de CVS-individuen betekende een potentieel tot het onderschatten van de grootte-orde van verandering qua symptomen in respons op het manoeuvre omwille van een plafond-effekt. Om dit aan te pakken voerden we ook een post-hoc analyse uit van het deel individuen dat een verhoging van minstens 2 punten voor minstens 1 symptoom, minstens 2 symptomen of minstens 3 symptomen tijdens en 24 uur na de belasting rapporteerde. Een significant hoger deel van de CVS belasting groep had een verhoging van minstens 2 punten qua symptoom-intensiteit voor minstens 1 symptoom (84% vs. 61%; P = 0.04), minstens 2 symptomen (63% vs. 36%; P = 0.04) of minstens 3 symptoms (47% vs. 14%; P = 0.01) t.o.v. de CVS ‘sham’ groep. Het verschil tussen CVS belasting en ‘sham’ was significant 24 uur na de test voor een verandering van minstens 2 punten voor minimum 3 symptomen (44% vs. 18%; P = 0.03).

De gemiddelde (± SD) ‘wellness’ score verschilde niet tussen de CVS belasting en ‘sham’ groepen 24 uur na de belasting [43 (± 18) vs. 48 (± 22); P = 0.40]; zo ook de ‘Wood Mental Fatigue Inventory’ score [17 (± 9) vs. 15 (± 8); P = 0.25].

Secundaire uitkomsten

Verschillen qua hartslag en bloeddruk. De gemiddelde (± SD) systolisch BP was gelijkaardig voor de CVS belasting en sham groepen bij ‘baseline’ [121 (± 14) vs. 116 (± 17); P = 0.22], alsook de diastolische BP [71 (± 8) vs. 71 (± 10); P = 0.80) en de HR [72 (± 12) vs. 71 (± 12); P = 0.84]. Er waren geen verschillen tussen de groepen na 15 min belasting (alle P > 0.10).

Bespreking

De voornaamste bevinding van deze studie is dat een aangehouden longitudinale belasting toegepast op de neurale en zachte weefsels van het been geassocieerd waren met een verhoogde intensiteit van kardinale CVS-symptomen tijdens en tot 24 na het manoeuvre. De mensen met CVS blootgesteld aan een passieve SLR van 15 min hadden een significant grotere intensifiëring van alle symptomen vergeleken met gezonde controles blootgesteld aan dezelfde belasting, en een grotere verslechtering van symptomen dan CVS-individuen blootgesteld aan een geveinsde belasting. Bij de mensen met CVS was het verschil tussen de SLR- en ‘sham’-groepen evident als men de individuele symptomen lichamelijke pijn en verstoorde concentratie voor deze groepen vergeleek, en de gecombineerde symptoom-score. 24 uur na het studie-manoeuvre hadden de CVS-individuen in de belasting groep significant meer duizeligheid en een hogere gecombineerde symptoom-score dan degenen in de CVS ‘sham’ groep. Deze verschillen qua symptoom-intensiteit scores waren relatief bescheiden. De veranderingen qua symptoom-intensiteit waren duidelijker wanneer de toenames van de symptoom-scores van minstens 2 punten werden beoordeeld. Vergeleken met deze van de CVS ‘sham’ groep rapporteerde een significant hogere proportie van de CVS-individuen in de belasting-groep verhogingen van minstens 2 punten voor minstens 1, 2 of 3 symptomen tijdens het studie-manoeuvre (47% vs. 14% voor een verandering van minimum 2 punten voor ten minste 3 symptomen; P = 0.01), en een hoger aantal rapporteerde een toename van minstens 2 punten voor minimum 3 symptomen 24 uur er na (44% vs. 18%; P = 0.03).

Van belang: 24 uur na de test rapporteerden gezonde controles in de belasting-groep meer symptoom-veranderingen van minstens 2 punten voor eender wel symptoom (44% vs 9%), een lichtjes significant verschil. Hoewel de studie niet was ontworpen om statistische vergelijkingen tussen de 2 gezonde controle-groepen uit te voeren, suggereerden de geobserveerde symptoom-veranderingen dat de passieve SLR wellicht een brede fysiologische uitdaging is voor iedereen, maar inspanning, orthostatische stress en cognitieve stress worden veel intenser ervaren door mensen met CVS.

Deze bevindingen complementeren eerdere ‘pilot’-gegevens die een uitgesproken verandering qua vermoeidheid, mentale wazigheid en duizeligheid tijdens een progressieve toename bij 12 min SLR beschrijven [zie Rowe et al. (2013) hierboven]. Onze resultaten zijn ook een uitbreiding van een onderzoek omtrent het beweging-bereik van ledematen en ruggegraat bij 48 adolescenten & jong-volwassenen met CVS, en 48 gezonde controles gematcht voor geslacht en de graad van gewricht-hypermobiliteit. In dat onderzoek beoordeelden we het beweging-bereik in respons op courant-gebruikte technieken bij lichamelijk onderzoek die ook bijdragen tot de verlenging-belasting op het zenuwstelsel en verwante ‘soft-tissues’; met inbegrip van een passieve SLR van slechts enkele seconden lang. Van de 11 onderzochte lidmaat- en ruggegraat-gebieden hadden individuen met CVS een hoger mediaan aantal gebieden met abnormaal beweging-bereik (5 vs. 2, P < 0.001), en ze ontwikkelden meer abnormale symptomatische responsen op testen van het beweging-bereik dan gezonde controles [zie Rowe et al. (2014) hierboven].

Biomechanische en fysiologische overwegingen omtrent SLR

Hoewel de resultaten van deze studie bevestigen dat individuen met CVS een verhoogde gevoeligheid voor SLR hebben in vergelijking met gezonde individuen, zijn de mechanismen voor het omzetten van die neuromusculaire belasting naar verhoogde symptomen onbekend. De strukturele en biochemische responsen van het zenuwstelsel op fysieke stress en verlenging-belasting zijn relevant voor deze discussie. Gedurende de voorbije tientallen jaren hebben researchers de interaktie onderzocht tussen zenuw-mechanica en zenuw-funktie. De normale adaptatie van het zenuwstelsel aan het bereik van ledematen- en romp-beweging in het dagelijks leven omvatten accommoderende veranderingen in lengte en het glijden van de zenuwen in fasciale beddingen [fascia = bindweefsel-band onder de huid]. Bv.: de inhoud van het spinaal kanaal [wervelkanaal = kanaal binnenin de wervelkolom waarin zich ook het ruggenmerg bevindt] (inclusief hersenvliezen [meninges; lopen door tot aan het einde van het ruggemerg] en bloedvaten) moet verlengen om zich aan te passen aan een lengte-verandering van het spinaal kanaal van niet minder dan 5-9 cm, wanneer een persoon zich beweegt van een houding van volledige achterwaartse buiging van de ruggegraat naar volledige voorwaartse buiging. Het ruggemerg, de hersenvliezen en ondersteund vaatstelsel moeten veranderingen in lengte ondergaan om zich aan te passen voor deze verlenging van het kanaal zonder de conductiviteit of andere neurale funktie te wijzigen.

Het is goed bewezen in studies op lijken dat passieve SLR een caudale [naar de onderzijde toe] tractie uitoefent op de perifere zenuwen, ‘dorsal root’ ganglia, lumbosacrale zenuw-wortels, meninges en de sympathische keten van de benen. Er wordt verwacht dat de dicht bezenuwde thoracodorsale [aan de achterkant van de borstkas] fascia dezelfde krachten ondervindt. Bewijsmateriaal afkomstig van menselijke lijken en van experimenten bij dieren suggereren dat SLR ook een uitrekking-belasting over de ganse lengte van het ruggemerg geeft. De caudale verplaatsing van de lumbosacrale [overgang tussen lenden- (lumbale) wervels en bekken- (sacrale) wervels] zenuw-wortels en het ruggemerg bij levende wezens werd bevestigd. Via MRI-technieken identificeerde men een gemiddelde caudale verplaatsing van 3,5 mm van de conus medullaris [op een punt uitlopend onderste deel van het ruggemerg] bij 60° passieve SLR. Van belang: 60° passieve SLR is dezelfde gemiddelde verplaatsing die werd opgenomen voor de CVS-deelnemers in onze studie. Zodoende kon de neurale en ‘soft-tissue’ belasting een gelijkaardige caudale belasting hebben uitgeoefend op het ruggemerg en z’n omhulsels bij onze deelnemers.

Er kunnen 2 verdere fysiologische gevolgen van spanning op het ruggemerg tijdens SLR worden geconcludeerd. Ten eerste: verhoogde mechanische belasting binnen het ruggemerg – die kan worden veroorzaakt door verworven segmentale [van de rugwervels], positionele dysfunkties in de ruggegraat, of via ‘tethering’ [fixerende] of vervormende stressoren die de wervelkolom, dura [dura mater = het harde hersenvlies] en sympathische keten aantasten – zou een longitudinale opspanning van spinale bloedvaten kunnen veroorzaken; het resultaat daarvan is vernauwing van de diameter van het lumen [bloedvat-holte]. Bij dieren-experimenten werd aangetoond dat applicatie van een distractie-belasting op het ruggemerg [distractie speelt een rol bij veel ruggemerg-letsels; hier wordt bedoeld: een agitatie die leidt tot hyper-extensie (uitrekking)] resulteert in zuurstof-tekort in het ruggemerg, met als gevolg progressieve stoornissen van de bloeddoorstroming van het ruggemerg naar mate de belasting stijgt. Researchers hebben de beschikbaarheid van zuurstof voor neuronale mitochondrieën gemeten in een dieren-model voor ‘tethered cord syndrome’ [door uitrekking geïnduceerde funktionele aandoening geassocieerd met het fixatie (‘tethering’) -effekt van niet-elastisch weefsel op het caudaal ruggemerg, waardoor z’n beweging wordt beperkt]. Naar mate de belasting verhoogde was er bewijs voor […] mitochondriale dysfunktie. Japanese onderzoekers toonden aan dat de bloeddoorstroming in de zenuw-wortels gedaald was met gemiddeld 71% vergeleken met ‘baseline’ tijdens intra-operatieve SLR bij mensen met zenuw-wortel compressie te wijten aan uitgestulpte tussenwervel-schijven. Hoewel men zou verwachten dat SLR in onze studie niet ernstig genoeg is om te resulteren in de ischemische verandering die wordt gezien bij distractie of ‘tethered cord’, of bij de gedaalde bloeddoorstroming van de zenuw-wortels die wordt gezien bij ernstige degeneratie van tussenwervel-schijven, geven deze observaties het potentieel aan van passieve SLR belasting als bijdrage tot minstens voorbijgaande veranderingen qua endotheliale stress en voorbijgaande daling van de bloeddoorstroming naar de zenuw-wortels en mogelijks naar ruggmerg-neuronen.

Ten tweede: spanning van de SLR wordt doorgegeven van het epineurium [buitenste laag dicht onregelmatig bindweefsel rondom een perifere zenuw] van de nervus sciaticus [heupzenuw; ontspringt bij de lendenwervels] naar de durale omhulsels van de geassocieerde zenuw-wortels en naar de durale buis in het spinaal kanaal. Mest-cellen liggen verspreid over gans het zenuwstelsel, inclusief de dura. Mest-cellen staan er ook om bekend te degranuleren in respons op uitrekking. De afgifte van histamine, prostaglandinen en andere biologisch aktieve substanties in mest-cellen kan potentieel zowel acute als vertraagde symptomen veroorzaken in respons op SLR. Er werd gehypothiseerd dat mest-cel aktivatie een pathofysiologische factor is bij CVS [Theoharides TC et al. Chronic Fatigue Syndrome, mast cells and tricyclic antidepressants. J Clin Psychopharmacology. (2005) 25: 515-520; zoek ook ‘mest-cellen’ op deze paginas], alsook bij de pathogenese van symptomen in subsets patiënten met posturale tachycardie syndroom en gewricht-hypermobiliteit syndromen, 2 co-morbide aandoeningen met een verhoogde prevalentie bij CVS [Rowe PC et al. Orthostatic intolerance and Chronic Fatigue Syndrome associated with Ehlers-Danlos syndrome. J Pediatr. (1999) 135: 494-499].

Speculaties aangaande de pathofysiologie van verhoogde symptomen in respons op SLR bij CVS

In de context van deze fysiologische correlaten van SLR: waarom zou dit manoeuvre geassocieerd zijn met slechts minimale verstoring bij gezonde individuen maar toch een significante verergering van de symptomen veroorzaken bij mensen met CVS? Theorieën over de pathogenese van CVS-symptomen impliceren verhoogde sensitiviteit van het zenuwstelsel voor fysieke, orthostatische en cognitieve stressoren [Nijs J et al. In the mind or in the brain? Scientific evidence for central sensitisation in Chronic Fatigue Syndrome. Eur J Clin Invest. (2012) 42: 203-212; zie ook: ‘Centrale sensitisatie & pijn-behandeling]. Onder de gehypothiseerde mechanismen voor zenuwstelsel-sensitiviteit: (a) een persistente en abnormale stress-respons op een waaier aan precipiterende en bestendigende omstandigheden, (b) reducties van de cerebrale bloeddoorstroming, een ‘downstream’ effekt dat leidt tot een verhoging van het anaëroob metabolisme, ondersteund door observaties omtrent verhoogd ventriculair lactaat bij CVS-patiënten t.o.v. gezonde of depressieve controles en (c) neuro-inflammatie in respons op infektie, auto-immune inflammatie of andere factoren. In een kleine gecontroleerde studie identificeerden Nakatomi et al. (gebruikmakend van PET-scanning) toegenomen binding van een ligand voor een 18 kDa translocator proteïne (TPSO) dat tot expressie komt op geaktiveerde microglia. Individuen met CVS vertoonden significant meer binding dan gezonde controles in het midden-brein, de pons en thalamus (allemaal P < 0.01); de binding was nauw gecorreleerd met vermoeidheid-graad, cognitieve stoornissen, pijn en metingen van depressie. Hoewel mechanismen voor microgliale aktivatie niet werden onderzocht in de studie van het team rond Nakatomi, zouden meerdere van de voorgestelde mechanismen voor CVS-symptomatologie consistent kunnen zijn met veranderingen in microgliale aktiviteit, inclusief gereduceerde cerebrale bloeddoorstroming, sympathische aktivatie, mest-cel aktivatie of volgehouden immunologische responsen op een initiërende infektie.

In het licht van deze observaties, speculeren we dat de toename qua CVS-symptomen na het opleggen van een normaal-gezien milde mechanische belasting zoals SLR consistent zou kunnen zijn met de aanwezigheid van een niet-meegaand of mechanisch gesensitiseerd zenuwstelsel. Dezelfde belasting wordt goed verdragen door personen met een niet-gesensitiseerd zenuwstelsel. De ontwikkeling van symptomen zoals concentratie-moeilijkheden en lichamelijke pijn binnen 15 min van de aanvang van de neuromusculaire belasting is consistent met SLR die een acute fysiologische respons opwekt, en die waarschijnlijk de autonome tonus of cerebrale bloeddoorstroming aantast. Het aanhouden of opkomen van verhoogde symptomen de 24 uur na de neuromusculaire belasting is analoog met de gen-expressie wijzigingen die werden gerapporteerd in de 24-48 uren na inspanning bij CVS [Light AR et al. Moderate exercise increases expression for sensory, adrenergic and immune genes in Chronic Fatigue Syndrome patients but not in normal subjects. J Pain. (2009) 10: 1099-1112].

Studie-beperkingen

Deze studie biedt een initiële beschrijving van de respons op SLR van mensen met CVS. Er waren meerdere beperkingen. We zijn er van overtuigd dat de CVS-deelnemers in de SLR en ‘sham’ belasting groepen gelijkaardige demografische karakteristieken, ziekte-duur en ernst, en gezondheid-gerelateerde levenskwaliteit hadden. Dit suggereert dat de randomisering succesvol was en dat de resultaten verschillen qua respons op het studie-manoeuvre weerspiegelen i.p.v. verschillen qua ziekte-ernst. Het dient nog te worden bezien of de resultaten die we rapporteren gelijkaardig zouden zijn in andere groepen met CVS, bij mensen met een andere ziekte-duur of individuen met een verschillend niveau qua fysiek funktioneren.

Fibromyalgie is een aandoening met een substantiële overlap met CVS: naar schatting 30-70% van de volwassen met CVS zijn aangetast. Sommigen van onze studie-populatie voldeden aan de criteria voor fibromyalgie maar we hebben niet geprobeerd om deze subset te differentiëren. Omdat de fibromyalgie ‘tender-point’ scores niet verschilden tussen de CVS belasting en ‘sham’ groepen bij ‘baseline’, is het onwaarschijnlijk dat er een onevenwichtige verdeling over de experimentele groepen zou zijn van mensen met fibromyalgie. In toekomstige studies kan de onafhankelijke impact van fibromyalgie worden geëvalueerd door het opnemen van groepen die enkel aan de CVS-criteria voldoen, fibromyalgie zonder CVS, of beide aandoeningen.

De studie was gerandomiseerd maar blindering van de deelnemers voor de graad van SLR was niet mogelijk. De mogelijkheid voor vooringenomen rapportering van symptoom-scores door individuen uit de belasting-groep kan niet worden uitgesloten.

We hebben geen metingen verricht die verder gaan dan de 24 uur dus kunnen we geen definitieve commentaar geven omtrent de duur van de symptoom-verergeringen na het manoeuvre. Niettemin suggereren onze resultaten dat neuromusculaire belasting een mechanisme is voor de generatie van post-exertionele verslechtering van symptomen, wat wordt beschouwd als een definiërend kenmerk van CVS. We hebben ook geen veranderingen van biomerkers gemeten op 24 of 48 uur, maar die zijn belangrijk genoeg om op te nemen in toekomstige studies.

De impact van de neuromusculaire belasting zou onderschat kunnen geweest zijn omdat sommige individuen symptoom-intensiteit scores hadden in het hoogste deel van het 0-10 meetbereik bij ‘baseline’. Zonder een objectieve maatstaf voor vermoeidheid en pijn, vertrouwden we op verbale zelf-rapportering van symptomen als primaire uitkomst. Voor degenen met een hoge ‘baseline’ score van 9 of 10, zou het onmogelijk zijn geweest te meten of symptomen substantieel erger werden na het SLR-manoeuvre. In toekomstige studies zouden mogelijke manieren om dit probleem aan te pakken kunnen zijn: individuen uitsluiten met de hoogste ‘baseline’ symptoom-scores, deelnemers vragen de graad van verbetering of verslechtering van symptomen op een Likert-schaal te rapporteren of het opnemen van een patient en klinicus globale score (die de symptoom-intensiteit scores kan aanvullen) voor klinische impressie van verandering op het einde van het manoeuvre. Gevalideerde metingen voor symptoom-verandering zoals de ‘Fatigue and Energy Scale’ hebben het potentieel een verbeterde methode te bieden voor het meten van verandering na provocatie-manoeuvres.

In een studie met gerandomiseerde toewijzing tot de fysiologische belasting, zijn elke gemeten verschillen tussen de CVS belasting en ‘sham’ groepen waarschijnlijk gerelateerd met het studie-manoeuvre. De randomisering zou de kans hebben verminderd van uitgesproken variabiliteit in de mate van orthostatische stress, lichamelijke inspanning of cognitieve stress in de 24 uur na het studie-bezoek. In afwezigheid van een aktiviteit-meting kunnen we echter een bepaalde invloed van deze factoren op de 24-uur symptoom-scores niet uitsluiten.

Individuen met CVS kunnen een verstoord beweging-bereik en mechano-sensitiviteit in gebieden buiten de onderste ledematen hebben, waardoor het SLR-manoeuvre misschien onvoldoende was om symptomen uit te lokken. Voor deze studie werd een eenvoudige neuromusculaire belasting geselekteerd die gemeenzaam is voor de meeste klinici, als een manier om het concept van mechanische belasting te introduceren. Toekomstige studies aangaande het fenomeen dat we hebben gezien kunnen verschillende plaatsen voor neuromusculaire belasting of strukturele differentiatie-manoeuvres toevoegen die de neurale van de myofasciale bronnen van de symptomen beter kunnen onderscheiden. Er kunnen methodes worden opgenomen om het manoeuvre te verfijnen en de weefsel-specificiteit te verhogen: de toevoeging van cervicale flexie [buiging halswervels] of enkel dorsiflexie [naar achter buigen van hand/voet] terwijl het been in de SLR-positie word gehouden. Een rapportering van symptoom-toename of -afname samen met gewricht-beweging op lokaties buiten de bevestiging-punten van de belaste spieren zou zenuw-betrokkenheid eerder dan spier-betrokkenheid impliceren.

Implicaties en toekomstige richtingen

Onze bevindingen hebben praktische implicaties voor het begrijpen van waarom inspanning en de aktiviteiten van het dagelijks leven in staat zijn of CVS-symptomen uit te lokken. Als een eenvoudige en relatief korte passieve SLR-belasting symptomen kan uitlokken, dan zou langdurige of overmatige belastingen buiten het gebruikelijk beweging-bereik in het dagelijks leven worden gevolgd door een gelijkaardige verslechtering. Een courante positie die de heup-hoek van een SLR-manoeuvre benadert, is lang zitten; zoals kan optreden bij het in bed liggen met kussens om de ruggegraat te ondersteunen of bij zitten met het rechter-been gestrekt en de armen uitgestoken tijdens het auto-rijden. Van elk van deze houdingen kan worden verwacht dat ze mechanische spanning toevoegen aan het zenuwstelsel. Dergelijke spanning zou kunnen worden verhoogd door dorsiflexie van de enkel of strekken van voet/tenen. Verder kunnen sommige slaap- of achterovergeleunde houdingen de CVS-symptomen doen toenemen, ondanks het feit dat ze lijken op rust- en herstel-houdingen. Net zoals bij een persoon met beperkte maar symptoom-vrije SLR die met grote passen wandelt of loopt, repetitieve uitrekking-belastingen van de ledematen of ruggegraat makkelijk CVS-symptomen kunnen induceren. Staan in kousen of platte schoenen verhoogt op dezelfde manier de mechanische spanning in zenuw-weefsels. De aanwezigheid van dergelijke genuanceerde maar grondige middelen voor het genereren van symptomen heeft praktische implicaties voor de zorg voor patiënten. Er kan worden verwacht dat de mensen met meer uitgesproken beperkingen van het beweging-bereik of sterkere symptomatische responsen op longitudinale belasting van de zenuwen en ‘soft-tissues’ het moeilijker hebben om inspanning te verdragen. Het is redelijk om te hypothiseren dat het behandelen van deze gebieden van beweging-beperking – vooraleer over te gaan tot meer inspannende aktiviteiten – de mogelijkheid van CVS-patiënten om graduele inspanning te verdragen zou kunnen verbeteren. Consistent met deze hypothese is dat bij volwassenen met een verwante aandoening, fibromyalgie, een gerandomiseerde proef betreffende neurale [neurodynamische] mobilisatie [manipulaties bedoeld om het dynamische evenwicht tussen de beweging van neurale weefsels en omliggende te herstellen] als behandeling verbeteringen qua pijn, vermoeidheid en nadelige neurale spanning heeft aangetoond. Er zijn verdere studies vereist om de prevalentie, risico-factoren en impact van neuromusculaire belasting bij CVS beter te begrijpen, en de optimale methodes voor het herstellen van de normale funktie van de patiënten.

Volgende pagina »

Maak een gratis website of blog op WordPress.com.