M.E.(cvs)-wetenschap

april 15, 2016

Mitochondriale DNA varianten correleren met symptomen van M.E.(cvs)

Filed under: Genetica — mewetenschap @ 6:49 am
Tags: , , ,

Maureen R. Hanson staat aan het hoofd van het Hanson Laboratorium, van de Afdeling Molekulaire Biologie en Genetica van de Cornell Universiteit. Een team onder haar leiding voerde onderstaande studie uit. Dit werk werd hoofdzakelijk ondersteund door het ‘Chronic Fatigue Initiative’.

Mitochondrieën zijn de sub-cellulaire organellen verantwoordelijk voor de aanmaak van ATP, de energie-bron van cellen. Mitochondrieën zijn opgebouwd uit molekulen die worden gecodeerd door het nucleair genoom (DNA dat zich in de nucleus, kern bevindt) alsook door het mitochondriaal genoom (een kleinere hoveelheid DNA aanwezig in elk van dit organel). Defekten in het mitochondriaal DNA kunnen leiden tot genetische aandoeningen. Het mitochondriaal genoom van gezonde mensen vertoont ook wat natuurlijke variatie – componenten van het mitochondriaal DNA verschillen soms tussen individuen – dat noemt men een SNP (‘single nucleotide polymorphism’, één enkel nucleotide verschilt). Dikwijls verschilt meer dan één SNP tussen een populatie van mensen en een andere. Deze verschillende types mitochondriale genomen, gebaseerd op een specifieke set SNPs, noemt men haplogroepen. Zelfs mensen wiens mitochondriaal DNA tot dezelfde haplogroep behoort, kunnen van elkaar omwille van variatie in bijkomende SNPs. Sommige mitochondriale SNPs bleken verband te houden met verscheidene kenmerken (bv. vatbaarheid voor diabetes of inflammatoire ziekten).

Wat het nog ingewikkelder maakt is dat er veel individuele mitochondrieën in dezelfde cel zijn en dus veel copieën van mitochondriaal DNA in elke cel. Soms ontstaan nieuwe mutaties zodat sommige copieën van het DNA in dezelfde cel (en dus bij dezelfde persoon) van elkaar verschillen. Dit wordt ‘heteroplasmie’ genoemd. Wanneer cellen groeien en vermenigvuldigen, kan er per toeval een ongelijkmatige verdeling van normaal tegenover abnormaal DNA in verschillende cellen ontstaan. Als mitochondriaal DNA met een schadelijke mutatie het overheersend type wordt in een bepaald weefsel, zullen ernstige symptomen ontstaan.

In de studie worden de volgende vragen gesteld: Waren er bij door 6 erkende experten geïdentificeerde M.E.(cvs)-patiënten mensen die een verkeerde diagnose kregen en eigenlijk aan een mitochondriale genetische ziekte leden? /// Dragen mensen met M.E.(cvs) meer copieën mitochondriaal DNA met schadelijke mutaties dan gezonde mensen (heteroplasmie)? /// Lijden mensen behorende tot één bepaalde haplogroep meer waarschijnlijk aan M.E.(cvs)? /// Ervaren mensen met bepaalde SNPs meer waarschijnlijk bepaalde symptomen of hebben ze ernstiger symptomen?

Er was bij geen enkele van de patiënten een aanwijzing voor mitochondriale ziekte. Men vond bovendien geen verschil in de mate van heteroplasmie, ook geen verhoogde vatbaarheid voor M.E.(cvs) bij individuen die tot bepaalde haplogroepen behoren of bepaalde SNPs vertoonden binnen een haplogroep. Er werden wel verbanden gevonden tussen bepaalde SNPs en een aantal symptomen en de ernst ervan. Dit betekent niet dat als je één van die SNPs in je mitochondriaal DNA hebt, dat je dan onvermijdelijk een bepaalt symptoom zult ervaren of dat dit bepaalde symptomen ernstiger zouden zijn. Individuen die drager zijn van dat SNP hebben wel een groter risico voor bepaalde types symptomen eens ze ziek worden.

De vraag is nu: hoeveel van de variatie in symptomen is het resultaat van hun verschillend nucleair en/of mitochondriaal materiaal, in plaats van de variatie qua uitlokkende oorzaak? Hanson heeft het op haar website over het raadselachtige van de diversiteit qua symptomen en variatie van de ernst ervan. Die verschillen zouden niet als bewijs mogen worden genomen voor het feit dat meer dan één aanval de ziekte kan initiëren, noch dat patiënten verschillende onderliggende problemen hebben. Het blijft mogelijk dat de diversiteit van de ziekte het resultaat is van genetische diversiteit eerder dan van het bestaan van meerdere fundamentele oorzaken.

Of mitochondrieën verstoord zijn bij M.E.(cvs) is nog niet definitief vastgesteld. Mitochondrieën kunnen direct of indirect aangestast zijn. Een stoornis in het metabolisme of de regulering van genen kan bv. verhinderen dat mitochondrieën behoorlijk werken. Theoretisch kunnen mitochondrieën aangetast zijn via een onbekend auto-immuun mechanisme.

Voor nog wat meer achtergrond: lees o.m. ook ‘M.E.(cvs) als Mitochondriale Ziekte’, alsook ‘Verhoogde aanwezigheid van 2 mitochondriale DNA polymorfismen bij CVS’, alwaar Prof. Kerr en collega’s rapporteren dat 2 mtDNA-polymorfismen waarschijnlijk het risico op het ontwikkelen van meerdere “funktionele syndromen” bepaalt…

————————-

Journal of Translational Medicine (2016) 14: 19

Mitochondrial DNA variants correlate with symptoms in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome

Billing-Ross P, Germain A, Ye K, Keinan A, Gu Z, Hanson MR

Cornell University, Ithaca, NY, USA

Samenvatting

Achtergrond We stellen als hypothe dat mitochondriale dysfunktie voorkomt bij Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS), een ziekte gekenmerkt door vermoeidheid, cognitieve problemen, pijn, malaise en inspanning-intolerantie. We onderzochten of het type haplogroep, ‘single nucleotide’ polymorfismen (SNPs) of heteroplasmie van mitochondriaal DNA (mtDNA) geassocieerd waren met gezondheid-status en/of symptomen.

Methodes Er werd sequentie-bepaling van (via PCR vermeervuldigd) mtDNA uitgevoerd om de sequentie en mate van heteroplasmie te analyseren van mtDNAs van 193 patiënten en 196 voor leeftijd en geslacht gematchte controles (DNA-stalen verzameld in het kader van het ‘Chronic Fatigue Initiative’). Er werd getest op mogelijke correlaties van mitochondriale sequenties en symptomen/ernst (gerapporteerd via de ‘Short Form-36’ en ‘DePaul Symptom Questionnaire’).

Resultaten Er waren geen individuen met M.E./CVS die gekende ziekte-veroorzakende mtDNA-mutaties vertoonden. De mate van heteroplasmie was laag bij alle individuen. Hoewel er geen associatie tussen mtDNA SNPs en M.E./CVS vs. gezonde status werd geobserveerd, waren de haplogroepen J, U en H alsook 8 SNPs bij M.E./CVS-patiënten significant geassocieerd met individuele symptomen, symptoom-clusters of symptoom-ernst.

Conclusies Analyse van mitochondriale genomen bij M.E./CVS-patiënten geeft aan dat individuen van een bepaalde haplogroep of drager van specifieke SNPs meer waarschijnlijk bepaalde neurologische, inflammatoire en/of gastro-intestinale symptomen vertonen. Er werd geen toegenomen vatbaarheid voor M.E./CVS geobserveerd bij mensen met bepaalde mitochondriale genomen of SNPs.

Achtergrond

[…] Mitochondriale dysfunktie bleek betrokken bij M.E./CVS in meerdere studies. Een onderzoeksteam publiceerde 3 studies over M.E./CVS die rapporteerden over verstoorde mitochondriale aktiviteit in neutrofielen (via een indirecte test voor oxidatieve fosforylatie d.m.v. ATP-meting) [Myhill S et al. Targeting mitochondrial dysfunction in the treatment of Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome (ME/CFS) – a clinical audit. Int J Clin Exp Med. (2013) 6: 1-15]. Interpretatie van neutrofiel-studies is moeilijk omwille van het feit dat neutrofielen minder mitochondrieën hebben dan spiercellen of andere types bloedcellen. In tegenstelling tot de neutrofiel-analyses, rapporteerden 2 research-groepen er geen detekteerbare verschillen waren tussen de aktiviteiten van mitochondriale complexen die ze testten in perifeer bloed mononucleaire cellen (PBMCs) van M.E./CVS-patiënten t.o.v. controles [Vermeulen RC et al. Patients with Chronic Fatigue Syndrome performed worse than controls in a controlled repeated exercise study despite a normal oxidative phosphorylation capacity. J Transl Med. (2010) 8: 93; zie ‘Oxidatieve fosforylatie na herhaalde inspanning bij CVS]. Er werden geen ultrastrukturele abnormaliteiten geobserveerd in mitochondrieën van spieren van M.E./CVS-patiënten (via elektronen-microscopie) [Plioplys AV, Plioplys S. Electron-microscopic investigation of muscle mitochondria in Chronic Fatigue Syndrome. Neuropsychobiology (1995) 32: 175-81]. Een andere groep maakte echter melding van normale mitochondriale aktiviteit maar gedaalde mitochondriale inhoud in skelet-spieren van M.E./CVS-patiënten [Smits B et al. Mitochondrial enzymes discriminate between mitochondrial disorders and Chronic Fatigue Syndrome. Mitochondrion (2011) 11: 735-8]. Bovendien noteerden 2 studies een lagere coenzyme-Q inhoud in bloedcellen of plasma van M.E./CVS-patiënten [bv. Castro-Marrero J et al. Could mitochondrial dysfunction be a differentiating marker between Chronic Fatigue Syndrome and fibromyalgia? Antiox. Redox Sig. (2013) 19: 1855-60; zie ‘Mitochondriale dysfunktie – Differentiërende merker tussen CVS & FM?].

De literatuur betreffende bio-energetische funktie van hart- en/of skelet-spier (geanalyseerd via magnetische resonantie spectroscopie) bij M.E./CVS is ook tegenstrijdig: sommigen rapporteren abnormaliteiten bij M.E./CVS-patiënten, terwijl anderen een normale werking aangeven [Hollingsworth KG, Newton JL et al. Impaired cardiovascular response to standing in Chronic Fatigue Syndrome. Eur J Clin Invest. (2010) 40: 608-15 zie ‘Verstoorde cardiovasculaire respons op staan bij CVS’ /// Lane RJ et al. Heterogeneity in Chronic Fatigue Syndrome: evidence from magnetic resonance spectroscopy of muscle. Neuromuscul Dis. (1998) 8: 204-9 /// Wong R et al. Skeletal muscle metabolism in the Chronic Fatigue Syndrome. In vivo assessment by 31P nuclear magnetic resonance spectroscopy. Chest (1992) 102: 1716-22 /// McCully KK, Natelson BH et al. Blood flow and muscle metabolism in Chronic Fatigue Syndrome. Clin Sci. (2003) 104: 641-7 /// McCully KK, Natelson BH et al. Muscle metabolism with blood flow restriction in Chronic Fatigue Syndrome. J Appl Phys. (2004) 96: 871-8]. Het kan zijn dat slechts een deel van de gevallen abnormaliteiten vertonen, die daardoor niet opgepikt worden wanneer de grootte van het staal beperkt is. Ofwel kunnen mitochondriale defekten of problemen qua bloeddoorstroming in de spieren resulteren in abnormale bevindingen in spectroscopische studies.

Er is weinig informatie beschikbaar betreffende de mitochondriale genomen van individuen met M.E./CVS. Bepaalde variaties in menselijke mitochondriale genomen bleken geassocieerd met verschillende fenotypes zoals klimaat-aanpassing, tolerantie voor grote hoogte en obesitas, of verhoogde of verminderde vatbaarheid of ernst van medische problemen zoals (o.a.) diabetes, sepsis, beroerte, Alzheimer’s & Parkinson’s, en hypertensie.

Menselijke populaties hebben overgeërfde polymorfismen die verschillende mitochondriale DNA (mtDNA) haplogroepen vertegenwoordigen. Het effekt van een nucleotide-polymorfisme kan variëren afhankelijk van het mitochondriaal genoom waarin het ontstaat. Het testen van de verbanden met het type haplogroep is daarom waardevol bij het analyseren van de rol van mtDNA-polymorfismen bij metabole ziekten. Bijvoorbeeld: een dergelijke aanpak werd gebruikt bij de ontdekking dat mitochondriale haplogroep-N9 bijdraagt tot resistentie tegen type-II diabetes bij Aziaten. Een studie bij individuen met Europese haplotypes bepaalde of 2 SNPs in een patiënten-groep al dan niet geassocieerd waren met symptomen en rapporteerde een verband van 1 SNP met pijn, chronische vermoeidheid en abnormale gastro-intestinale motiliteit [Boles RG et al. Hurt, tired and queasy: specific variants in the ATPase domain of the TRAP1 mitochondrial chaperone are associated with common, chronic “functional” symptomatology including pain, fatigue and gastro-intestinal dysmotility. Mitochondrion (2015) 23:64-70]. Een andere studie van mitochondriale genomen bij 162 M.E./CVS-patiënten met haplogroep-H rapporteerde een verband tussen ziekte met een SNP [Boles RG et al. Increased prevalence of two mitochondrial DNA polymorphisms in functional disease: are we describing different parts of an energy-depleted elephant? Mitochondrion (2015) 23:1-6; zie ‘Verhoogde aanwezigheid van 2 mitochondriale DNA polymorfismen bij CVS].

Er zijn geen onderzoeken aangaande de heteroplasmie (aanwezigheid van meer dan één type mitochondriaal genoom) bij M.E./CVS-patiënten t.o.v. controles. Er kunnen somatische mutaties [somatische of lichaam-cellen; hun erfelijk materiaal wordt niet aan de volgende generatie doorgegeven] in mitochondriale genomen voorkomen en het is geweten dat de effekten bij het ouder-worden zich opstapelen of vermeerderen. Door het verkrijgen van volledige mitochondriale genoom-sequenties uit cellen van M.E./CVS-patiënten en een voor leeftijd gematchte groep, is het mogelijk om te bepalen of patiënten meer somatische mutaties (dan verwacht) hebben in mitochondriaal DNA. Een onderzoek naar heteroplasmie in mitochondriaal DNA van 1.085 [gezonde] individuen vond dat 90 % ten minste één variant genoom droeg en 20 % had sequentie-varianten die bekend staan als pathogeen. De frequentie van pathogene genomen in een individu kan worden onderzocht via sequentie-bepaling van mitochondriaal DNA, om zo te bepalen of een drempel werd bereikt waarbij ziekte duidelijk wordt.

Heteroplasmische pathogene mutaties kunnen ook worden doorgegeven via de kiemlijn [kiem- of geslacht-cellen bevatten de helft van de chromosomen van een somatische cel], wat leidt tot mitochondriale ziekte als het aandeel mutante genomen voldoende groot is geworden om de werking te verstoren. Bijvoorbeeld: de m.3243A>G mutatie kan mitochondriale encefalopathie met lactaat-acidose en beroerte (MELAS) veroorzaken wanneer de frequentie hoger is dan 59 %.

We ondernamen een studie van de mitochondriale genomen in een groep van voor geslacht en leeftijd gematchte M.E./CVS-patiënten en controles van overwegend Europese origine. We voerden ‘next-generation’ sequentie-bepaling uit om de mtDNAs van de individuen te karakteriseren wat betreft haplotype, SNPs en heteroplasmie. We deden associatie-testen om te bekijken of SNPs significant verband hielden met de M.E./CVS-status of met bepaalde symptomen en hun ernst in de patiënten-groep.

Methodes

[…]

Resultaten

Alle individuen kwamen uit een grote studie ondersteund door het ‘Chronic Fatigue Initiative’ (CFI) [Klimas NG et al. Findings from a clinical and laboratory database developed for discovery of pathogenic mechanisms in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome. Fatigue (2015) 3: 75-96]. De individuen kregen een diagnose via artsen gespecialiseerd in M.E./CVS en voldeden aan de Fukuda criteria en/of de Canadese consensus criteria. […]

Causale mitochondriale ziekte varianten

Gemiddeld waren er 23,2 ± 11,3 SNPs bij de patiënten en 25,8 ± 12,4 bij controles t.o.v. de Cambridge referentie-sequentie. Polymorfismen die werden gezien in de consensus-sequenties van alle individuen werden vergeleken met de MITOMAP database (gerapporteerde, met ziekte geassocieerde mutaties) om te bepalen of er individuen waren met ziekte-veroorzakende mtDNA SNPs. Er werd slechts één bekende mitochondriale ziekte-veroorzakende substitutie geobserveerd bij de patiënten en controles. Er werd een T14484C substitutie [omwisseling van een nucleotide] gevonden bij een gezonde controle (wordt gezien bij individuen die ‘Leber’s erfelijke optische neuropathie’ [LHON; mitochondriale neurodegeneratieve ziekte die de oogzenuw aantast] ontwikkelen). Er werden geen andere ziekte-veroorzakende mtDNA-varianten gezien.

Zeldzame varianten associate-analyse

Om het effekt te bepalen van de totaal-mtDNA variatie inclusief courante en zeldzame varianten, vergeleken we de cumulatieve pathogeniciteit [ziekteverwekkend vermogen] tussen controles en M.E./CVS-individuen. Voor elke mtDNA-variant in een individu werd een ruwe pathogeniciteit-score verkregen uit de vrij beschikbare CADD-database [‘comined annotation dependent depletion’, CADD; score voor de schadelijkheid van ‘single nucleotide’ varianten of insertie/deletie varianten in het menselijk genoom]. Er werd een gemiddelde CADD-score berekend voor elk individu door de cumulatieve CADD-score van een individu te delen door hun aantal variant-plaatsen. De verdeling van de gemiddelde CADD-scores werd vergeleken tussen patiënten en controles […]. Er was geen significant verschil in de verdeling van gemiddelde CADD-scores tussen patiënten en controles.

Analyse van haplogroep met ziekte-status

De grote meerderheid van de individuen in de studie (90,1 %) droeg mtDNA-haplogroepen die courant voorkomen in nakomelingen van Europese afkomst, zoals werd verwacht gezien de groep > 96 % blank was. De sterkst vertegenwoordigde haplogroepen waren H (39,1 %), U (15,4 %), T (10,6 %), K (9,1 %) & J (5,6 %). De rest van de haplogroepen vertegenwoordigt nakomelingen verspreid over Azië en Amerika (5,5 %) en deze die courant zijn in Afrika (4,3 %).

Vergelijking van de verdeling van de haplogroepen toonde geen significant verschil tussen patiënten en controles. Daarnaast deden we afzonderlijke [statistische] testen bij elke individuele belangrijke haplogroep-categorie. Dit onthulde een nominaal-significante aanrijking van haplogroep-T (HgT) bij controles versus patiënten; wat een mogelijks beschermend effekt van HgT tegen M.E./CVS zou kunnen suggereren. [De nominale significantie is niet hetzelfde als de eigenlijke significantie maar uitleg zou een cursus statistiek vergen…].

We analyseerden ook de haplogroep-verdelingen in vrouwen en mannen afzonderlijk. We zagen een nominaal-significante aanrijking van HgT bij de vrouwelijke controles maar geen verbanden bij mannen.

Analyse van haplogroep en symptomen

Na geen belangrijk verband met ziekte te hebben gezien, testten we voor haplogroep-associatie met 270 verschillende symptoom-scores uit SF-36 [Medical Outcomes Survey Short Form-36’; zelf-rapportering vragenlijst over de algemene gezondheid] en DSQ [DePaul Symptom Questionnaire’; zelf-rapportering vragenlijst over de frequentie en ernst van 54 symptomen specifiek voor CVS] bevragingen. Omdat veel van de symptomen gerelateerd zijn met of afhankelijk van elkaar, pastten we geen multipele-test correctie […] toe. Er waren enkel Europese haplogroepen aanwezig met een frequentie groot genoeg om opgenomen te worden in deze analyse, en HgJ, HgU & HgH vertoonden allemaal significante verbanden […]. Als we individuele associatie-testen uitvoerden […], vonden we 6 significante associaties tussen mitochondriale haplogroepen en klinische fenotypes vastgesteld via de ‘DePaul Questionnaire’. Alle significante associaties waren met symptomen gerelateerd met gewricht-pijn, opgeblazen gevoel of “zich op voelen” na inspanning. Haplogroep-J vertoonde een beschermend effekt tegen alle metingen voor gewricht-pijn en individuen behorend tot haplogroep-U rapporteerden minder ernstig opgeblazen gevoel […]. Anderzijds hadden M.E./CVS-individuen met haplogroep-H de neiging meer vatbaar te zijn voor “zich op voelen” na inspanning dan andere haplogroepen.

Analyse van het verband tussen enkelvoudige merkers en ziekte

De meerderheid van variabele mtDNA-plaatsen (SNPs) in onze data-set waren ‘enkelingen’ – slechts één individu droeg de variante allelen, deze werden niet opgenomen in de associatie-analyse. 70 mtDNA-SNPs voldeden aan onze minimum ‘minor’ [minst voorkomend] allel frequentie-drempel van 5 % [geeft informatie over courante en zeldzame varianten in een populatie] en werden opgenomen in de associatie-testen met demografische en symptomatische variabelen geassocieerd met M.E./CVS.

Er werd ‘single marker association testing’ [vergelijkt frequenties van bepaalde allelen of genotypes] toegepast voor het bepalen van SNP-associaties met de aandoening van individuen (gezonde controles of M.E./CVS-patiënten). Van de 70 SNPs, bleken er 10 nominaal significant maar geen enkele bleken significant na multipele test correctie. Bij de M.E./CVS-patiënten, bekeken we ook SNP-associaties met acute of graduele aanvang van de ziekte en vonden geen significante verbanden. In een poging om rekening te houden met mtDNA genetische achtergrond en de individuele SNP-effekten meer accuraat te meten, werden SNP-associaties gemeten in de subgroep individuen met haplogroep-H (HgH). Idealiter zouden SNP-associaties moeten worden gemeten voor alle haplogroepen maar gezien de [beperkte] grootte van ons staal was HgH echter de enige haplogroep waar associatie-analyse doenbaar was. Van de 151 HgH-individuen waarvan klinische gegevens beschikbaar waren, vertoonden geen van de 18 SNPs die voldeden significante verbanden met M.E./CVS t.o.v. gezonde status.

De prevalentie van M.E./CVS en met vermoeidheid gerelateerde syndromen is hoger bij vrouwen. Daarnaast zijn – omwille van het maternaal overerving-patroon van mtDNA – mitochondriale varianten onderhevig aan geslacht-specifieke selektie, wat kan leiden tot een verschillende fitness bij vrouwen en mannen. Om rekening te houden met mogelijke geslacht-verschillen, werden onafhankelijke SNP-associatie testen op basis van geslacht uitgevoerd maar dit toonde geen verbanden.

Analyse van het verband tussen enkelvoudige merkers en symptomen

Er werd dan ‘single-marker association testing’ toegepast op symptoom-scores zoals voor de haplogroep-associatie analyse. Er bleken 8 mtDNA-SNPs geassocieerd met 16 symptoom-categorieën. De significante SNPs lagen op mtDNA-posities 150, 930, 1719, 3010, 5147, 16093, 16223 & 16519. SNPs 930 & 5147 delen één associatie terwijl 3010, 16093 & 16223 elk geassocieerd waren met 2 verschillende symptomen. 5 symptomen beleken geassocieerd met 16519, 150 was geassocieerd met 4 symptomen en 1719 met 7 symptomen. […].

Allel 150T was geassocieerd met lagere gezondheid-scores met betrekking tot emotionele beperkingen, werk-geschiktheid en -prestaties (SF-36 vragenlijst M.E./CVS-patiënten). Allelen 930G & 5147G waren geassocieerd met grotere moeilijkheden bij het uitvoeren van werk. Het 1719A allel was geassocieerd met hogere symptoom-scores in 7 categorieën (inflammatie & neuro-inflammatie; DSQ vragenlijst M.E./CVS-patiënten). De 2 significante verbanden van 16223T met neuro-inflammatoir lijden en frequentie van gevoeligheid voor helder licht overlapten met dezelfde symptomen die geassocieerd waren met 1719A. Patiënten met 3010A vertooden meer frequent een slaap-aandoening. Lichamelijke aktiviteiten waren meer beperkt bij patiënten met 16093T. De aanwezigheid van 16519C was geassocieerd met ernstiger gastro-intestinale symptomen (opgeblazen gevoel en abdominale pijn). […]

Heteroplasmie-analysis

Een mitochondriale heteroplasmie komt voor wanneer een individu mtDNA-copieën met verschillende allelen draagt. Heteroplasmieën kunnen voorkomen door somatische mutatie of maternale overerving […]. Er wordt gedacht dat mitochondrieën door een kiemlijn ‘flessehals’ gaan die de frequentie reduceert van heteroplasmieën overgedragen van moeder naar kind. Als heteroplasmieën echter een kritieke frequentie binnen een weefsel of individu bereiken, kunnen ze potentieel pathogene effekten hebben. De accumulatie van heteroplasmieën tijdens het ouder-worden kan ook bijdragen tot de variabele aanvang-leeftijd die wordt gezien bij verscheidene energie-ziekten.

Om de rol van heteroplasmie bij M.E./CVS te onderzoeken, voerden we een omvangrijke sequente-bepaling uit om heteroplasmieën aanwezig bij M.E./CVS-patiënten te identificeren en te analyseren. Er werd een gemiddelde van 1,42 heteroplasmieën per individu gezien (t.o.v. slechts 1,28 bij controles). Om rekening te houden met het feit dat het aantal plaatsen dat voldeed aan onze criteria om het een heteroplasmie te noemen varieerde tussen de stalen, berekenden we echter hat aantal heteroplasmieën per bruikbare plaats per individu (HPUI) en gebruikten dat bij de vergelijking. […] Er werd een statistische test gebruikt om de verdeling van HPUI te vergelijken tussen patiënten met acute aanvang van M.E./CVS versus geleidelijke aanvang, en er was geen significant verschil (p = 0.30). Aangezien cytokine-profielen van M.E./CVS-patiënten bleken te verschillen met het verloop van de ziekte [Hornig M, Montoya JG, Klimas NG et al. Distinct plasma immune signatures in ME/CFS are present early in the course of illness. Sci Adv. (2015) 1: e1400121; zie ‘Afzonderlijke immuun-signaturen bij vroege & late M.E.(cvs)], werd HPUI ook vergeleken tussen individuen met M.E./CVS van langer dan 3 jaar of minder en meer dan 3 jaar. Er was geen significant verschil.

Een vergelijking van de frequentie van heteroplasmische allelen onthulde dat zeer weinig heteroplasmieën voorkomen bij patiënten of controles. Van de 406 verschillende heteroplasmieën die werden geobserveerd bij patiënten en controles, was de gemiddelde heteroplasmie aanwezig bij slechts 1,23 ± 0,85 individuen en 353 heteroplasmieën werden slechts gevonden bij één enkel individu. De meest courante heteroplasmie was aanwezig bij 7 individuen.

Bespreking

Onze sequentie-bepaling van het compleet mitochondriaal genoom van patiënten onthulde dat er geen individuen in deze groep waren met genetische mitochondriale ziekte te wijten aan gekende mtDNA-mutaties, die de diagnose M.E./CVS verkeerdelijk zouden hebben gekregen. De specialisten die de patiënten selekteerden hebben dus geen patiënten met een gekende mitochondriale ziekte verkeerdelijk toegelaten.

Onze studie onderzocht associaties tussen mtDNA-variatie en demografische variabelen zoals M.E./CVS-status, acute aanvang en ziekte-duur. We vonden een correlatie tussen haplogroep en sommige symptomen gerelateerd met gewricht-pijn, opgeblazen gevoel en uitputting na inspanning. De meeste studies van mitochondriaal DNA en ziekte hebben betrekking tot de verhoogde of verlaagde vatbaarheid met de ziekte afhankelijk van de haplogroep of variant, eerder dan met verschillen qua type symptomen of hun ernst. Er zijn echter enkele ziekten waarbij haplogroep geassocieerd bleek niet om de kans van de ziekte op te lopen maar in plaats daarvan de uitkomst te bepalen als iemand de diagnose heeft gekregen. Bijvoorbeeld: het type haplogroep beïnvloedt de overleving van ernstige sepsis en de progressie van AIDS.

Het meten van mtDNA-SNP associaties met M.E./CVS-status toonde geen significante verbanden, hoewel 10 SNPs nominale significantie bereikten. Bij onderzoek van deze 10 SNPs bleken er 9 merker-polymorfismen voor HgT te zijn en de tiende een merker voor 5 andere erkende sub-haplogroepen binnen T. De bevinding is waarschijnlijk te wijten aan het feit dat haplogroep-associatie analyse vond dat meer controles dan M.E./CVS-individuen dragen waren van HgT in onze groep. Er is een grotere groep nodig om te bepalen of dit haplotype ietwat beschermt tegen M.E./CVS. Met betrekking tot HgT: een molekulaire analyse van cybride cellen [cytoplasmische hybride, een cel-lijn ontstaan na fusie van een volledige cel met een cytoplast (binnenste van een cel zonder de celwand cel-kern en plasma-membraan); de nucleaire genen van de ene cel worden gemengd met de mitochondriale genen van de andere – zo wordt het mogelijk de bijdrage van de mitochondriale genen en de nucleaire genen te onderscheiden] met identieke nucleaire achtergronden en verschillende mtDNA-populaties gaven aan dat HgT cybriden een hogere overleving vertoonden en toleranter waren voor oxidatieve stress, t.o.v. de meer courante Europese haplogroep-H.

Een studie onderzocht mitochondriale DNA SNPs op positie 3010 & 16519 bij 162 M.E./CVS-patiënten t.o.v. controles. [Boles RG et al. (hierboven)] Men vond een aanrijking van 16519T bij M.E./CVS-gevallen. In onze studie zagen we echter geen significante associatie van 16519T of enig ander polymorfisme met M.E./CVS t.o.v. controle. In de plaats daarvan zagen we, bij individuen met M.E./CVS, een significante associatie van 16519C met gastro-intestinale symptomen. Verder vonden we dat de allelen 16519C & 3010A geassocieerd waren met ernstiger M.E./CVS-symptomen.

De variatie qua symptomen voorkomend bij M.E./CVS zou te wijten kunnen zijn aan genetische variatie bij de individuen, eerder dan verschillen qua onderliggende oorzaak van de ziekte. Meting van verbanden tussen haplogroepen of mtDNA-SNPs en symptoom-scores van M.E./CVS-patiënten (SF-36 & DSQ), toonde 24 significante associaties. Hoewel we deze studie ondernamen omdat enkele van de belangrijke M.E./CVS-symptomen theoretisch zouden kunnen te wijten zijn aan mitochondriale dysfunktie, detekteerden we geen mitochondriale DNA SNP associaties met de belangrijke symptoom-clusters vermoeidheid/post-exertionele malaise, cognitieve problemen, autonome dysfunktie, endocriene abnormaliteiten en pijn. In de plaats daarvan zagen we associaties met neurologische, inflammatoire en gastro-intestinale symptomen en/of hun ernst, alsook correlaties met de mogelijkheid van de patiënten om te werken. Het zal belangrijk zijn om een volledig onafhankelijke groep te gebruiken om te bepalen of de door ons gedetekteerde correlaties kunnen worden herhaald.

Onze studie geeft hints dat minstens enkele van de klaarblijkelijke M.E./CVS-subtypes te wijten kunnen zijn aan verschillen in DNA-sequenties bij de patiënten, zelfs als is er geen bewijs dat bepaalde mitochondriale genomen leiden tot verhoogde vatbaarheid voor de ziekte zelf. Hoewel de groep behoorlijk groot was (389) in vergelijking met de meeste M.E./CVS-studies, zal verdere analyse van de mitochondriale en nucleaire genomen bij een veel grotere patiënten-populatie nodig zijn om te ontdekken hoe genetische variatie ziekte-ernst, progressie en symptoom-clusters beïnvloedt.

Besluiten

We vonden geen significant verband tussen mitochondriaal DNA genoom variatie en vatbaarheid voor of resistentie tegen M.E./CVS. We detekteerden geen enkel significant verschil qua heteroplasmie tussen patiënten en controles. Op basis van een groep van 193 M.E./CVS-patiënten en 196 controles, zagen we 8 mtDNA SNPs die geassocieerd waren met 16 symptoom-categorieën en 3 haplogroen geassocieerd met 6 symptoom-categorieën, wat suggereert dat het mitochondriaal genoom van een individu met M.E./CVS het type en de ernst van bepaalde symptomen kan beïnvloeden.

april 1, 2016

MicroRNAs: Potentiële diagnostische biomerkers in NK-cellen bij M.E.(cvs)

Filed under: Diagnostiek,Immunologie — mewetenschap @ 2:47 pm
Tags: , , , , , ,

Na het bestuderen van gen-expressie en SNPs bij M.E.(cvs) (‘Verhoogde aanwezigheid van 2 mitochondriale DNA polymorfismen bij CVS’ / ‘Gebruik van SNPs om gen-expressie te onderscheiden bij M.E.(cvs)-subtypes’), bekijkt Prof. Jonathan Kerr hier afwijkende gen-expressie van microRNAs in bloedcellen. Andere (Australische) onderzoekers bekeken dit al in het plasma (‘MicroRNAs in plasma bij CVS/M.E.’) en zelfs in NK-cellen (‘Cytotoxische lymfocyten microRNAs – merkers voor M.E.(cvs)?’). Kerr et al. breiden dit laatste uit…

Eerst werd de miRNA gen-expressie geanalyseerd: 34 miRNAs bleken een afwijkende expressie te hebben. 4 konden via een andere techniek worden bevestigd. Daarna werd gekeken in welke immuun-cellen deze afwijkende gen-expressie voorkwam. Tenslotte werd nagegaan in welke effekten deze gewijzigde gen-expressie had bij NK-cellen. Er werden aanwijzingen gevonden voor een immuun-dysfunktie.

De lezer kan elders op deze paginas ook reeds één en ander bestuderen over bevindingen omtrent NK-cellen bij M.E.(cvs)…

 

“MicroRNA (of miRNA) hebben anders dan bv. mRNA (boodschapper-RNA, die een ‘positieve’ rol hebben bij het ontstaan van proteïnen) de neiging om mRNA-molekulen het ‘zwijgen’ op te leggen door ze te splitsen, ze te destabiliseren of er mee te interfereren. Ze bleken al betrokken bij verscheidene ziekten bij mensen (bv. een rol bij kanker) en bij het reguleren van de vorming van bloedcellen en het beïnvloeden van de immuniteit. Aangezien miRNAs ‘beschermd’ zijn en stabiel blijven in verscheidene lichaamsvochten en weefsels zijn ze erg in trek als mogelijke biomerkers (bij kanker maar ook epilepsie, malaria & Multipele Sclerose).” – Dr Neil Abbot; ‘ME Research UK’

————————-

PLoS One Vol 11, #3, e0150904 (maart 2016)

MicroRNAs hsa-miR-99b, hsa-miR-330, hsa-miR-126 and hsa-miR-30c: Potential Diagnostic Biomarkers in Natural Killer (NK) Cells of Patients with Chronic Fatigue Syndrome (CFS)/ Myalgic Encephalomyelitis (M.E.)

Robert D. Petty (1,2), Neil E. McCarthy (3), Rifca Le Dieu (2), Jonathan R. Kerr (1,4)

1 CFS Group, St George’s University of London, Cranmer Terrace, London, United Kingdom

2 Centre for Haemato-Oncology, Bart’s cancer institute, Queen Mary University of London, London, United Kingdom

3 Centre for Immunobiology, The Blizzard institute, Queen Mary University of London, London, United Kingdom

4 Grupo de Salud Publica, Escuela de Medicine y Ciencias de la Salud, Universidad del Rosario, Quinta de Mutis, Bogotá 111221, Colombia

Samenvatting

Achtergrond Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS/M.E.) is een complexe multisysteem ziekte met een onbekende etiologie die invaliderende symptomen veroorzaakt bij 1% van de globale bevolking. Hoewel een grote groep genen gewijzigde expressie bleek te vertonen bij CVS/M.E.-patiënten, is het nog niet geweten microRNA (miRNA) molekulen die gen-translatie reguleren, bijdragen tot de pathogenese van de ziekte. We hypothiseerden dat veranderingen qua microRNA-expressie in leukocyten van patiënten bijdragen tot de CVS/M.E.-pathogoloie, en daarom bruikbare diagnostische biomerkers kunnen zijn die kunnen worden gedetekteerd in het perifeer bloed van CVS/M.E.-patiënten.

Methodes miRNA-expressie in mononucleaire cellen uit perifeer bloed (PBMC) van CVS/M.E.-patiënten en gezonde controles werd geanalyseerd gebruikmakend van de Ambion Bioarray V1. miRNA die differentiële expressie bleken te vertonen werden gevalideerd d.m.v. qRT-PCR [kwalitatieve Reverse Transcriptase PCR; techniek om kleine hoeveelheden mRNA te detekteren] en daarna gerepliceerd in subgroepen bloed-leukocyten van een onafhankelijke patiënten-groep. De via deze experimenten geïdentificeerde, met CVS/M.E. geassocieerde miRNA werden dan getransfecteerd in primaire NK-cellen en er werden gen-expressie analyses uitgevoerd om hun gen-doelwitten te identificeren.

Resultaten Micro-array [‘gen-chips’] analyse identificeerde differentiële expressie van 34 miRNA, die allemaal ge-upreguleerd waren. Van 4 op de 34 miRNA werden expressie-wijzigingen bevestigd via qRT-PCR. Het fractioneren van PBMC-stalen (van een onafhankelijke patiënten-groep) in verschillende cel-types, identificeerde veranderingen qua miRNA-expressie in NK-cellen, B-cellen en monocyten waarbij de meest significante abnormaliteiten voorkwamen bij NK-cellen. Transfectie [inbrengen van DNA of RNA in cellen] van primaire NK-cellen met hsa-miR-99b of hsa-miR-330-3p, resulteerde in gen-expressie wijzigingen consistent met NK-cel aktivatie maar verminderde cytotoxiciteit, wat suggereert dat gebrekkige NK-cel funkie bijdraagt tot CVS/M.E.-pathologie.

Besluit Deze studie toont gewijzigde microRNA-expressie aan in de perifeer bloed mononucleaire cellen van CVS/M.E.-patiënten, die potentiële diagnostische biomerkers zijn. De grootste miRNA-ontregeling werd geïdentificeerd in NK-cellen, met doelwitten die verband houden met cellulaire aktivatie en gewijzigde effector-funktie [een effector-cel pakt daadwerkelijk zijn doelwit-cel aan (herkenning en eliminatie)].

Inleiding

[…] Er is een echte klinische noodzaak om een diagnostische biomerker voor CVS/M.E. te identificeren. Een aantal studies hebben naar biomerkers voor CVS/M.E. gezocht in het mRNA [Frampton D, Kerr J et al. Assessment of a 44 gene classifier for the evaluation of Chronic Fatigue Syndrome from peripheral blood mononuclear cell gene expression. PLoS One (2011) 6: e16872 /// Kaushik N et al. Gene expression in peripheral blood mononuclear cells from patients with Chronic Fatigue Syndrome. J Clin Pathol. (2005) 58: 826-32 /// Vernon SD et al. Utility of the blood for gene expression profiling and biomarker discovery in Chronic Fatigue Syndrome. Dis Markers. (2002) 18: 193-9] of serum [Fletcher MA et al. Plasma neuropeptide Y: a biomarker for symptom severity in Chronic Fatigue Syndrome. Behav Brain Funct. (2010) 6: 76] van CVS/M.E.-patiënten, echter met beperkt succes. Research focust zich op het karakteriseren van immuniteit-defekten aangezien de aanvang van de symptomen dikwijls wordt voorafgegaan door een aanval op de immuniteit. Wijzigingen in populaties en aantallen leukocyten in het perifeer bloed van patiënten werden bevestigd. Onderzoek identificeerde significante immune ontregeling bij CVS/M.E.; met gewijzigde cytokine-expressie en vermindering van de dodende capaciteit van cytotoxische cellen als meest consistente bevinding. Veranderingen in mRNA-expressie in het perifeer bloed zijn goed gedocumenteerd bij CVS/M.E., met overwegend genen betrokken bij: immuun-funktie, apoptose, transcriptie, translatie en virus-infektie. mRNA gen-expressie studies waren ook succesvol bij het definiëren van CVS/M.E.-subtypes, elk met een afzonderlijk symptoom-profiel [Kerr JR et al. Gene expression subtypes in patients with Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J Infect Dis. (2008) 197: 1171-84]. Een groep molekulen die een rol spelen bij het reguleren van de translatie van mRNA en die nog systematisch dienen te worden onderzocht in bloedcellen van CVS/M.E.-individuen zijn microRNAs (miRNAs).

miRNA zijn een groep kleine, niet-coderende RNAs (~23 nucleotiden) met als funktie het reguleren van de translatie van mRNA post-transcriptie via directe afbraak van mRNA-transcripten of onderdrukking van de translatie. miRNAs zijn cruciaal voor het behouden van een normale haematopoïese [vorming van bloedcellen] en als bemiddelaars bij immuun-signalisering cascades, wat hun nut als biomerkers voor deze ziekte suggereert.

In deze studie screenden we bloedstalen van patiënten met een vastgestelde klinische diagnose van CVS/M.E. t.o.v. gematchte gezonde controles, en identificeerden we ontregeling van miRNAs die funkties hebben overéénkomend met gepubliceerde veranderingen qua mRNA-expressie bij CVS/M.E. Om te bepalen in welk cel-type deze miRNA-expressie veranderingen optreden, werd de ontregeling bevestigd in gefractioneerde perifere bloedcellen van een onafhankelijke patiënten-groep. De expressie van hsa-miR-99b & hsa-miR-330-3p in ‘natural killer’ cellen vertoonde de meeste over-expressie. In NK-cellen bleken deze (door miRNA beïvloedde) genen betrokken bij aktivatie, effector-funktie, actine-cytoskeleton [actine is een proteïne, onderdeel van het cytoskelet dat bestaat uit verschillende soorten proteïne-polymeren in cellen, die samen zorgen voor stevigheid, vorm en beweeglijkheid] en beweeglijkheid. Dit werk is ondersteuning en uitbreiding van de concepten van immuniteit-ontregeling bij CVS/M.E. en identificeert vermeende biomerkers voor ziekte-diagnose.

Resultaten

34 miRNA met verhoogde expressie in CVS/M.E. perifeer bloed

Om miRNA met differentiële expressie bij CVS/M.E. te identificeren, werd RNA gehaald uit perifeer bloed mononucleaire cellen (PBMC) en gescreend m.b.v. Ambion Bioarray micro-arrays (385 miRNA-sequenties). 15 stalen van CVS/M.E.-individuen (Fukuda diagnostische criteria) en 30 van voor leeftijd en geslacht gematchte controles werden geanalyseerd. Een vergelijking identificeerde 34 miRNAs met differentiële expressie (verandering > 1,5 maal) […].

Ongecontroleerde cluster-analyse van de micro-array gegevens groepeerde de stalen in 2 clusters. Deze analyse kon de CVS/M.E.- en controle-stalen niet volledig in afzonderlijke clusters opdelen. Ongeveer de helft van de controle-stalen (n = 14) en 4 CVS/M.E.-stalen vormen een groep met lage globale miRNA-expressie. De overblijvende controles clusterden met de meerderheid van de CVS/M.E.-individuen, die hogere miRNA-expressie bij de meerderheid van de geanalyseerde miRNAs vertoonden. Het niveau van homogeniteit tussen de stalen is hoog (gemiddelde correlatie-coëfficient of 0.922 +/- 0.068), wat kan bijdragen tot de onvolledige klassificatie van de stalen.

Onderzoek van deze gegevens per miRNA toonde de deugdelijkheid van de expressie-gegevens […]. We bekeken de correlatie tussen miRNA gen-expressie gegevens en scores van klinische vragenlijsten (5 vragenlijsten over algemene gezondheid) maar vonden er echter geen. Deze gegevens tonen aan dat miRNAs ontregeld waren in het perifeer bloed van CVS/M.E.-patiënten en dat de waarden van deze miRNAs onafhankelijk waren van de symptoom-ernst.

Significante upregulering van de microRNAs hsa-miR-99b, hsa-miR-330-3p, hsa-miR-126 & hsa-miR-30c in CVS/M.E.-bloedstalen

De veranderingen qua miRNA-expressie van 29 op 34 miRNAs werden in hetzelfde staal gevalideerd in d.m.v. Taqman kwantitatieve PCR. 5 miRNAs (ambi-miR-7058, hsa-miR-331, mmu-miR-140-AS, mmu-miR-409, rno-miR-151-AS) werden niet opgenomen aangezien de testen niet beschikbaar waren. 4 op 29 miRNAs (hsa-miR-99b, hsa-miR-330-3p, hsa-miR-30c & hsa-miR-126) vertoonden significante differentiële expressie (≥ 1,5 maal, CVS vs. Controle, p ≤ 0.05 […]).

4 miRNAs hebben het potentieel als doeltreffende biomerkers bij CVS/M.E. op basis van ROC-analyse

Om te weten te komen of de 4 met differentiële expressie bevestigde miRNAs (hsa-miR-99b, hsa-miR-330-3p, hsa-miR-126, hsa-miR-30c) zouden kunnen dienen als biomerkers bij de diagnose van CVS/M.E., werd ‘Receiver Operating Characteristics’ (ROC) [statistische analyse waarbij men in een grafiek de gevoeligheid (sensitiviteit) in funktie van de specificiteit uitzet; gebruikt als toets voor de voorspellende waarde van een variabele of instrument] uitgevoerd voor elke relatieve hoeveelheid van elk miRNA. Deze statistiek beschrijft de mogelijkheid van een variabele om een bepaald staal te klassificeren in 2 groepen en werd eerder al gebruikt om serum-biomerkers bij CVS/M.E.te definiëren. […] De 4 geteste miRNAs vertoonden statistische significante verschillen t.o.v. het de hypothese van toevalligheid. Hsa-miR-330-3p werd via deze analyse geïdentificeerd als de variabele die ‘t meest waarschijnlijk CVS/M.E.-patiënten van controles differentieert […]. Deze gegevens tonen aan dat (binnen de grenzen van deze studie) deze 4 miRNAs diagnostische biomerkers voor CVS/M.E. zouden kunnen zijn.

Hsa-miR-99b is significant ge-upreguleerd in NK-cellen van in CVS/M.E.-patiënten

Om te onderzoeken of de miRNA-veranderingen gezien in vol-bloed stalen specifiek waren voor een bepaalde PBMC-populatie, werden 20 patiënten en 20 voor leeftijd en geslacht gematchte gezonde vrijwilligers gerecruteerd (dezelfde klinische diagnostische criteria als de eerdere studie). Er werden bloedstalen genomen en PBMCs geïsoleerd. De cellen werden gefractioneerd via positieve selektie op basis van CD14+ (monocyten), CD19+ (B-cellen), CD56+ (NK-cellen) en CD3+ (T-cellen) microparels. Flow-cytometrie van de gefractioneerde populaties gaf een zuiverheid aan van 96,9% (+/- 2,1%) voor monocyten, 88,9% (+/- 7,6% SD) voor NK-cellen, 84,4% (+/- 8,8%) voor B-cellen en 91,2% (+/- 5,3%) voor T-cellen. Absolute cel-tellingen na fractionatie kon geen statistisch significante verschillen aantonen tussen de populatie-groepen voor de 4 onderzochte leukocyt-subgroepen.

De 4 miRNAs waarvan differentiële expressie werd bevestigd – via array & qRT-PCR – (hsa-miR-99b, hsa-miR-330-3p, hsa-miR-126, hsa-miR-30c) werden onderzocht in RNA uit deze 4 belangrijkste bloed-leukocyten populaties. 3 van de geteste miRNAs (hsa-miR-99b, hsa-miR-126 & hsa-miR-330-3p) vertoonden significante ge-upreguleerde expressie in één of meer PBMC-subsets bij de CVS/M.E.-populatie. Hsa-miR-30c vertoonde geen significant expressie-verschil. het grootste verschil in expressie was de expressie van hsamiR-99b in NK-cellen (2-voudige toename in CVS/M.E.-stalen). Dit miRNA was ook 1,6 maal ge-upreguleerd in B-cellen maar niet gewijzigd in T-cellen en monocyten. Hsa-miR-330-3p was ook significant ge-upreguleerd in NK-cellen maar in veel mindere mate (1,3-voudige toename). Hsa-miR-126 was 1,45-voudig ge-upreguleerd in monocyten in de CVS/M.E.-groep. Deze gegevens toonden dat de ontregeling van miRNAs bij CVS/M.E. specifiek is per leukocyten-populatie en suggereren dat de dysfunktie van B-cellen, NK-cellen en monocyten bijdragen tot de ziekte-pathologie.

Hsa-miR-99b & hsa-miR-330-3p reguleren mechanismen die bijdragen tot NK-cel aktivatie en effector-funktie

Om de gen-doelwitten van hsa-miR-99b en hsa-miR-330-3p in NK-cellen identificeren, werd precursor miRNA [enkelstrengige (ss) miRNAs komen van ‘pri-miRNAs’; de twee strengen worden enzymatisch gesplitst, resulterend in voorloper miRNA of ‘pre-miRNA’] getransfecteerd in NK-cellen (die werden geïsoleerd uit PBMCs). De NK-cel zuiverheid na de aanrijking was 89,6% (bepaald via flow-cytometrie).

Transfectie van primaire NK-cellen met pre-miR-99b identificeerde (vergeleken met transfectie van een ‘non-sense’ controle [mRNA dat leidt tot een afgebroken, onvolledig, niet-funktioneel proteïne]) 37 genen met differentiële expressie (volgens de inclusie-criteria; p ≤ 0.05, verandering ≥ 1,5 maal). 21 genen vertoonden downregulering tussen 1,5 en 1,8 maal. 16 genen vertoonden verhoogde expressie tussen 1,5 en 2,6 maal. Interferon-gamma (IFN-γ), een belangrijke mediator van NK-cel aktivatie, was het sterkst geïnduceerde gen (2,6 maal). Granzyme-B (GZMB), dat codeert voor een component van de cytotoxische granules die door NK-cellen worden afgegeven na herkenning van doelwit-cellen, was 1,6 maal meer geïnduceerd. Genen betrokken bij cellulaire aktivatie, vesikel-vorming [vesikels = kleine membraan-blaasjes die kunnen versmelten met het cel-membraan zodat de stof die ze bevatten kan vrijkomen], beweeglijkheid en modulatie van het actine-cytoskeleton waren ook ge-upreguleerd […]. Cathepsine-L (CTSL) [enzyme betrokken bij proteïne-afbraak] was het meest ge-downreguleerde gen door hsa-miR-99b. Dit proteïne is vereist voor splitsing en aktivatie van perforine & granzyme-B in de lytische vesikels [bevatten cel-afbrekende stoffen]. CD6 & IL-8 (interleukine-8) waren ook ge-downreguleerd (1,6 & 1,5 maal, respectievelijk). Verminderde expressie van deze genen is geassocieerd met NK-cel rijping na aktivatie. Er werd ook verminderde expressie geïdentificeerd bij genen betrokken bij autofagie [strikt geregeld proces waarbij de cel eigen cel-produkten verteert in de zogenaamde lysomen; maakt deel uit van normale cel-groei, ontwikkeling en homeostase, en helpt het evenwicht behouden tussen synthese, afbraak en recyclage van cellulaire produkten] en bepaalde signalisering-mechanismen […].

Om te bepalen of de genen die worden gereguleerd door hsa-miR-99b konden worden gegroepeerd in een specifieke funktionele klasse, voerden we een ‘over-representatie analyse’ uit [bekijkt de eventuele aanrijking van bepaalde mechanismen, molekulaire funkties en biologische processen]: dit identificeerde een significante aanrijking voor genen betrokken bij processen en mechanismen van de NK-cel funktie, inclusief cel-aktivatie, immuunsysteem-processen en cellulaire respons op een stimulus.

Transfectie van primaire NK-cellen met pre-miR-330-3p leverde (vergeleken met transfectie van een ‘non-sense’ controle) slechts 2 wijzigingen op: voor SOD2 [codeert voor mitochondriaal superoxide-dismutase-2] en MMP9 [codeert voor matrix-metallopeptidase 9] -expressie; ze waren allebei 1,6 maal gedownreguleerd. SOD2-expressie verstoort de normale T-cel differentiatie en cellulaire aktivatie, en verminderde expressie is geassocieerd met verstoorde neutrofiel effector-funktie. MMP9 reguleert NK-cel cytotoxiciteit en lymfocyten-beweeglijkheid.

Deze resultaten toonden aan dat verhoogde miRNAs expressie in NK-cellen van CVS/M.E.-patiënten gen-expressie wijzigingen bevordert die consistent zijn met cellulaire aktivatie maar verminderde effector-funktie.

Bespreking

De klinische diagnose van CVS/M.E. is gebaseerd op goed omschreven klinische criteria maar de diagnose omvat echter ook de uitsluiting van andere oorzaken voor vermoeidheid, wat kan leiden tot een langere diagnose-tijd. Zodoende is er een echte klinische noodzaak om diagnostische biomerkers voor CVS/M.E. te identificeren. We wilden de rol van miRNA bij patiënten met een vastgestelde diagnose of CVS/M.E. bestuderen, om te bepalen of deze regulerende molekulen bijdragen tot de ziekte-pathogenese en of het kandidaat diagnostische biomerkers zijn.

We identificeerden over-expressie van 34 miRNA die niet eerder werden beschreven bij CVS/M.E. [Brenu EW et al. High-throughput sequencing of plasma microRNA in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. PLoS One (2014) 9: e102783; zie ‘MicroRNAs in plasma bij CVS/M.E.’ /// Brenu EW et al. Cytotoxic lymphocyte microRNAs as prospective biomarkers for Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J Affect Disord. (2012) 141: 261-9; zie ‘Cytotoxische lymfocyten microRNAs – merkers voor M.E.(cvs)?] in stalen perifeer bloed van CVS/M.E.-patiënten. De micro-array analyse groepeert op een robuste manier de miRNAs met gecoördineerde expressie (hsa-miR-107 & hsa-miR-103) en levert zeer homogene resultaten. Wat gemeenschappelijk is met andere CVS/M.E.-studies is dat gen-expressie het miRNA-profiel CVS/M.E.-patiënten niet van controles onderscheidde Een studie van Brenu et al. [zie eerder] analyseerde plasma-stalen van CVS/M.E.-patiënten en identificeerde ontregeling van 19 menselijke miRNAs. Van deze 19, zaten er slechts 12 in onze array. Daarvan waren er 8 met een verschil van ≥ 1,5 maal (CVS/M.E. vs. normaal) maar allemaal met insignificante p-waarden; die werden niet verder onderzocht. Het feit dat de 2 studies niet overéénstemmen is niet verrassend, aangezien cellulaire en plasma miRNA-profielen van hetzelfde individu beperkt overlappen. Er werd voorgesteld dat deze beperkte overlap het resultaat is van het feit dat miRNAs opgeslagen zijn in vesikels die worden gesecreteerd met verschillende doeltreffendheid, of van de variabele stabiliteit van de verschillende miRNAs in het extracellulair milieu. De CVS/M.E.-populatie vertoonde een brede waaier aan klinische symptoom scores wijzend op subgroepen van de ziekte, die ook elders worden beschreven en kunnen bijdragen tot het niet volledig onderscheiden van de stalen in deze analyse. Deze observatie kan ook de slechte correlatie tussen klinische symptoom score en miRNA-expressie verklaren, en suggereert dat validatie in een meer uitgebreide patiënten-groep wenselijk is.

Bevestiging van de array-bevindingen d.m.v. qRT-PCR ondersteunde de upregulering van hsa-miR- 99b, hsa-miR-330-3p, hsa-miR-126 & hsa-miR-30c in CVS/M.E. PBMCs. De mate van overéénkomst tussen de 2 methodes is bescheiden wat betreft het vergelijken van mRNA-expressie studies bij CVS/M.E. Er werd gesuggereerd dat deze discrepantie ten dele te wijten is aan de verschillen in methodologie: veranderingen onder +/- 2 maal en lagere transcriptie zouden kunnen gelinkt zijn met een slechtere overéénstemming tussen de methodes. Dit onderstreept een consistent probleem bij miRNA-studies aangezien de ‘cut-off’ die gewoonlijk wordt gehanteerd voor miRNA gen-expressie experimenten een verandering van 1,5 maal is, wat kan leiden tot uitsluiting van positieve gegevens.

De miRNAs met verhoogde expressie bij CVS/M.E. zouden mogelijks kunnen dienen als biomerkers voor de ziekte, die dan kunnen worden gebruikt om de diagnose te verbeteren en te bespoedigen. Dit werd eerder al geprobeerd in een aantal studies die potentiële biomerkers in het serum, cytokine-expressie, dipeptidyl-peptidase-4 (CD26) [Fletcher MA et al. Biomarkers in Chronic Fatigue Syndrome: evaluation of natural killer cell function and dipeptidyl peptidase IV/CD26. PLoS One (2010) 5: e10817; zie ‘Natural Killer Cel Funktie & Dipeptidyl Peptidase IV/CD26 – biomerkers voor CVS?] en lymfocyten gen-expressie [Steinau M, Unger ER et al. Differential-display PCR of peripheral blood for biomarker discovery in Chronic Fatigue Syndrome. J Mol Med (2004) 82: 750-5 /// 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: 1099-112; zie ‘Matige Inspanning verhoogt Expressie van Sensorische, Adrenerge en Immuun Genen bij CVS] identificeerden. Om te bepalen of de 4 ge-upreguleerde miRNAs geschikte merkers zijn om CVS/M.E.-individuen te onderscheiden van een gematchte controle-groep, werd een ROC-analyse uitgevoerd. Deze toonde aan dat alle 4 de merkers patiënten van controles konden onderscheiden, met een specificiteit vergelijkbaar met die van gepubliceerde studies. Deze miRNAs zouden specifiek voor CVS/M.E.-patiënten kunnen zijn […]. Validering bij grotere geblindeerde groepen patiënten is echter nodig vooraleer de diagnostische buikbaarheid van de in deze studie geïdentificeerde miRNAs volledig kan worden benut.

Lymfocyten uit perifeer bloed werden reeds intensief onderzocht bij CVS/M.E.-patiënten en dit identificeerde wijzigingen qua cytokine-secretie, en veranderingen in cellulaire populaties en aktiviteit [Brenu EW et al. Longitudinal investigation of natural killer cells and cytokines in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J Transl Med. (2012) 10: 88]. De cellulaire mechanismen en processen die worden gereguleerd door miRNAs zijn dikwijls cel-specifiek. Om te proberen de leucocyten-populatie die bijdraagt tot gewijzigde miRNA-expressie bij CVS/M.E. te identificeren, werden de 4 miRNAs met verhoogde expressie gekwantificeerd in PBMC-fracties van een nieuwe patiënten-groep. Hsa-miR-126 vertoonde verhoogde expressie in monocyten. Hoewel er tot op heden nog geen specifiek defekt in monocyten-aktiviteit werd aangetoond bij CVS/M.E., bleek hsamiR-126 CRK-proteïne expressie te downreguleren. Dit proteïne inhibeert cel-invasie en -migratie en bleek proliferatie in dendritische cellen te controleren, wat suggereert dat verhoogde monocyten-aktiviteit gemedieerd door miRNA kan bijdragen tot de pathogenese van CVS/M.E.

Hsa-miR-330-3p & hsa-miR-99b wijzen op verhoogde expressie in B-cel en NK-cel populaties. Deze miRNAs bleken geassocieerd met kanker, endometriose, beslissingen aangaande het lot van cellen en angiogenese. Hsa-miR-99b bleek gericht te zijn op componenten van NF-κB, mTOR en AKT signalisering-mechanismen. mTOR signalisering is cruciaal voor normale proliferatie, cytotoxische en cytokine-effector funkties in gezonde NK-cellen, en normale BCR (B-cel receptor) signalisering en proliferatie in B-cellen. Verhoogde hsa-miR-99b expressie die mTOR reguleert, ondersteunt de vermindering qua effector-funktie die wordt geobserveerd in NK-cellen van CVS/M.E.-patiënten die wordt gerapporteerd in de literatuur, en ondersteunt de ontregeling van genen betrokken bij B-cel rijping en ontwikkeling die werd geïdentificeerd via gen-expressie studies [Vernon SD, Broderick G et al. Evidence of inflammatory immune signaling in Chronic Fatigue Syndrome: A pilot study of gene expression in peripheral blood. Behav Brain Funct. (2008) 4: 44; zie ‘Bewijs voor inflammatoire immuun-signalisering bij CVS]. Hsa-miR-330-3p bleek cellulaire beweeglijkheid te reguleren […] in prostaatkanker-celllen en proliferatie […] bij colorectale kanker.

Hsa-miR-30c vertoont geen veranderde expressie in de cellulaire fracties: dit suggereert dat de geobserveerde over-expressie in de oorspronkelijke PBMC-groep wellicht specifiek is voor die groep. Dit toont de noodzaak aan voor validering van de bevindingen bij afzonderlijke niet-gerelateerde groepen of patiënten.

Om de effekten van de gewijzigde miRNA-expressie geïdentificeerd bij CVS/M.E op cellulair mRNA te bestuderen, verkozen we transfectie van de miRNAs met de grootste over expressie (hsa-miR-99b & hsa-miR-330-3p) in gezonde NK-cellen (het meest consistent geïdentificeerd als zijnde funktioneel verstoord bij CVS/M.E.-patiënten). Interferon-gamma (IFN-γ) vertoonde de grootste expressie-wijziging in respons op introductie van hsa-miR-99b: een toename qua expressie van 2,6 maal. Dit gen codeert voor een cytokine gesecreteerd door NK-cellen met een cruciale rol in anti-virale, anti-tumor en immuun-regulerende effekten gecombineerd met het bevorderen van NK-cel aktiviteit. Meting van IFN-γ gaf in een aantal CVS/M.E.-studies variabele resultaten. Er werd verhoogd mRNA in NK-cellen van CVS/M.E.-patiënten aangetoond, ondersteund door een verhoging qua circulerende IFN-γ secreterende CD3 CD56+ NK-cellen beschreven bij CVS/M.E.-patiënten [Brenu EW et al. Role of adaptive and innate immune cells in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. Int Immunol. (2014) 26: 233-42; zie ‘Rol van adaptieve en aangeboren immuun-cellen bij M.E.(cvs)]. Plasma-concentraties van IFN-γ bleven echter onveranderd bij 40 vrouwelijke CVS/M.E.-patiënten t.o.v. gematchte controles [Fletcher MA et al. Plasma cytokines in women with Chronic Fatigue Syndrome. J Transl Med. (2009) 7: 96; zie ‘Cytokinen in plasma bij vrouwen met CVS].

Eén consistente bevinding bij CVS/M.E.-patiënten is de vermindering qua cytotoxische aktiviteit van NK-cellen, dikwijls geassocieerd met een verandering qua niveau van componenten van cytotoxische granules – granzyme & perforine. In deze studie was Granzyme-B (GZMB) significant ge-upreguleerd door hsa-miR-99b, wat een versterkte cytotoxische capaciteit suggereert. CTSL (Cathepsine-L) vertoonde echter de grootste downregulering door hsa-miR-99b. Dit enzyme is nodig voor het verwerken (van precursor tot aktieve vormen) van componenten uit lytische granules (granzyme & perforine), wat een verklaring suggereert voor het verhoogd GZMB mRNA – dat hier en in de literatuur wordt gemeld – leidend tot verminderde effector-funktie. Dit mechanisme suggereert een opéénstapeling van precursor-proteïnen voor GZMB en perforine in lytische vesikels met verminderde cytotoxische werking, wat wordt ondersteund door gegevens die gedaalde NK-cel cytotoxiciteit identificeerden bij CVS/M.E.-patiënten zonder een geassocieerde verstoring van de degranulatie. Over-expressie van hsa-miR-99b & hsa-miR-330-3p induceerde een gen-expressie patroon dat consistent is met NK-cel aktivatie verhogende IFN-γ expressie en genen betrokken bij cellulaire beweeglijkheid, vesikel-vorming en modulatie van het actine-cytoskeleton (KLRF1, STOM, S100A4, FEZ1, ARPC3 & TPM3P5). Er werd gepostuleerd dat geaktiveerde NK-cellen in het perifeer bloed van CVS/M.E.-patiënten het resultaat kunnen zijn van een onvolledig verdwijnen van virale infektie, wat de meest geciteerde trigger is als aanvang van CVS/M.E.-symptomen. Deze gegevens tonen ook een molekulaire basis voor de vermindering qua NK-cytotoxiciteit, die wordt gezien bij CVS/M.E.-patiënten, gemedieerd door miRNA, via directe downregulering van enzymen die vereist zijn voor het verwerken van componenten van cytotoxische vesikels, en downregulering van genen in autofagie-, WNT- en AKT-mechanismen [bepaalde signaal-traansductie mechanismen] (ULK1, ATG2A, PMEPA1, DKK3, PDCD4) vereist voor normale proliferatie en rijping van geaktiveerde NK-cellen. Bijkomende validering van de proteïne-doelwitten die worden gereguleerd door de geïdentificeerde miRNAs is wenselijk om de miRNA-gemedieerde NK-cel dysfunktie bij in CVS/M.E. volledig te definiëren.

De voorgestelde gegevens identificeren ontregeling van miRNA-expressie in cellen van het perifeer bloed van CVS/M.E.-patiënten, bevestigd in 2 patiënten-groepen, in PBMCs en cellulaire subgroepen, en identificeert 4 mogelijke diagnostische biomerkers. ‘Natural killer’ cellen vertoonden de grootste veranderingen qua miRNA-expressie met upregulering van hsa-miR-99b & hsa-miR-330-3p. Deze bevindingen zijn funktioneel consistent met het begrip van de pathogenese van CVS/M.E. Het werk dat hier wordt gepresenteerd levert nieuw bewijsmateriaal voor een gewijzigde NK-cel aktivatie-mechanisme bij CVS/M.E. waarbij hsa-miR-99b is betrokken en suggereert een mechanisme voor de verminderde effector-funktie die wordt gezien bij CVS/M.E., wat eerder nog niet werd aangetoond.

maart 19, 2016

Elektroencefalogram kenmerken bij M.E.(cvs)-patiënten

Filed under: Neurologie — mewetenschap @ 8:32 am
Tags: , , ,

Bij en EEG meet men de hersen-aktiviteit, de elektrische aktiviteit van de hersencellen (aktie-potentialen, zwakke elektrische stroompjes, hooguit 100 µV) – die ze gebruiken om met elkaar te communiceren – via elektroden op de hoofdhuid. Een aktie-potentiaal is een elektrische verandering in de cel die veroorzaakt wordt door het opbouwen van een spanning-verschil tussen de intra- en extra-cellulaire ruimte. Als dit verschil een bepaalde kritieke grens bereikt, vindt een elektrische ontlading plaats en daarna weer een herstel tot rust. De snelheid waarmee deze veranderingen plaatsvinden wordt gemeten in aantal keren per seconde (frequentie in Hz). Men meet een breed spectrum aan hersengolven, van 0 tot 80 Hz. Dit spectrum wordt opgedeeld in een aantal ‘hersen-golven’: Delta (δ), Theta (θ), Alfa (α), SMR, Beta (β) en Gamma (γ).

Delta (0-4 Hz) golven zijn het sterkst aanwezig in diepe slaap en zijn verbonden met de herstel-stadia van de slaap. Theta (4-8 Hz) golven komen voor bij doezelen/dagdromen en vlak voor het wakker worden of in slaap vallen. Alfa (8-12 Hz) golven komen voor in een ontspannen maar bewuste toestand (tv-kijken, muziek beluisteren, meditatie). Ze worden opgedeeld in alfa1 en alfa2. SMR (Senso Motorisch Ritme; 12-16 Hz) golven zijn een indicatie voor fysieke rust en sensomotorisch bewustzijn. Beta (16-30 Hz) golven komen voor in de aktieve, volledig bewuste toestand (concentratie; bij stress en spanning zijn er ook veel beta-golven; inslapen duurt langer bij heel aktieve beta-golven). De beta-golven worden dikwijls onderverdeeld in beta1 (12-16 Hz; dus eigenlijk SMR); beta2 (16-20 Hz) & beta3 (20-30 Hz). Gamma (30-80 Hz) golven komen voor in een verhoogde staat van bewustzijn (sterke mentale aktiviteit, zoals angst).

————————-

Neuropsychiatric Disease and Treatment (Pre-print Januari 2016)

Electroencephalogram characteristics in patients with Chronic Fatigue Syndrome

Tong Wu (1), Xianghua Qi (1), Yuan Su (2), Jing Teng (1), Xiangqing Xu (1)

1 Internal Medicine-Neurology, Shandong Provincial Traditional Chinese Medical Hospital

2 School of Mathematic and Quantitative Economics, Shandong University of Finance and Economics, Jinan, People’s Republic of China

Samenvatting

Doelstelling Het onderzoeken van de elektro-encefalogram (EEG) kenmerken bij patiënten met Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) gebruikmakend van ‘brain electrical activity mapping’ (BEAM) en EEG niet-lineaire dynamische analyse.

Methodes Er werden 47 patiënten geselekteerd en onderverdeeld in een observatie-groep (n = 24 [voldeden aan de diagnostische criteria voor CVS (CDC 1994); geen depressie of angst-aandoening]) en een controle-groep (n = 23) op basis van beschikbaarheid. Alle patiënten ondergingen een routine EEG [5 min registratie in ontspannen toestand maar wakker (uitgeslapen) en geconcentreerd]. De BEAM en de correlatie-dimensie veranderingen werden geanalyseerd op zoek naar EEG-karakteristieken.

Resultaten 1) De BEAM-resultaten gaven aan dat de energie-waarden van de delta, theta en alfa1 golven significant verhoogd waren in de observatie-groep, vergeleken met de controle-groep (P < 0.05, P < 0.01, respectievelijk); wat suggereert dat de elektrische hersen-aktivitieiten bij CVS-patiënten significant gereduceerd waren en in een inhibitorische toestand bleven; 2) de toename van de delta, theta en alfa1 energie-waarden in de rechter frontale en linker occipitale gebieden was meer significant dan in andere hersen-gebieden bij CVS-patiënten, wat wijst op een hersenregio-specifieke verdeling; 3) de correlatie-dimensie in de observatie-groep was significant lager dan de controle-groep, wat verminderde EEG-complexiteit bij CVS-patiënten suggereert.

Besluit De spontane elektrische hersen-aktivitieiten bij CVS-patiënten waren significant gereduceerd. De abnormale veranderingen qua cerebrale funkties waren gelokaliseerd in de rechter frontale en linker occipitale gebieden bij CVS-patiënten.

Inleiding

[…] Het aantal CVS-patiënten stijgt maar gedetailleerde elektro-encefalogram (EEG) kenmerken bij CVS-patiënten blijven onduidelijk.

‘Brain electrical activity mapping’ (BEAM), ook kwantitatieve EEG of EEG-beeldvorming genoemd, is een diagnostische techniek die wordt gebruikt om de veranderingen in hersen-aktiviteiten te analyseren. Deze techniek gebruikt elektronische berekeningen om gemiddelde energie-waarden of wattage-waarden van elk geregistreerd punt voor te stellen. De wattage-waarden van de geregistreerde punten worden berekend. BEAM geeft de verdeling weer en heeft het voordeel kwantificeerbaar, zichtbaar en herhaalbaar te zijn; het is daarom een ideale methode voor de evaluatie van de hersen-funktie en de diagnose van hersen-ziekten. Het wordt dan ook veel aangewend in de klinische en wetenschappelijke research van neurologische aandoeningen.

[…] Moderne wetenschap postuleert dat EEG-signalen niet-rechtlijnige koppelingen van talrijke neuronale aktiviteiten zijn; daarom hebben EEG-signalen de kenmerken van deterministische chaos [de schijnbare wanorde is toch exact bepaald en komt geordend tot stand volgens bepaalde regels]. De hersenen vormen een complex en zelf-organiserend, niet-rechtlijnig dynamisch systeem; daarom zou een niet-lineaire dynamische analyse (en dus niet een lineaire analyse), moeten worden aangewend om de funktie van het neuraal netwerk te analyseren. De toepassing van niet-lineaire dynamische analyse geeft informatie over de wijzigingen in de funktionele aktiviteit van de hersenen en verbetert de gevoeligheid van het EEG wat het betreft het detekteren van subtiele brein-abnormaliteiten; het betekent dus een doorbraak op het gebied van EEG.

In deze studie analyseerden we de oorspronkelijke EEG-data gebruikmakend van correlatie-dimensie (D2) als een index. D2 geeft dimensionele informatie over univariate gegevens [met slechts één variabele], geeft de systeem-densiteit weer in een multi-dimensionele ruimte en weerspiegelt de correlatie-graad van de punten van het systeem. […] Hoe hoger de D2, hoe meer complex de gedetekteerde EEG-signalen.

Eerdere studies verzamelden EEG-gegevens tijdens de het slapen of wakker zijn bij CVS-patiënten. [zie onder meer: Manu P et al.. Alpha-delta sleep in patients with a chief complaint of chronic fatigue. South Med J. (1994) 87: 465-470 /// Reeves WC et al. Sleep characteristics of persons with Chronic Fatigue Syndrome and non-fatigued controls: results from a population-based study. BMC Neurol. (2006) 16: 41 /// Gotts ZM et al. Are there sleep-specific phenotypes in patients with Chronic Fatigue Syndrome? A cross-sectional polysomnography analysis. BMJ Open. (2013) 3: e002999] Bewijsmateriaal toont dat de EEG theta ‘power’ hoger was bij CVS-patiënten in wakkere toestand. [Siemionow V et al. Altered central nervous system signal during motor performance in Chronic Fatigue Syndrome. Clin Neurophysiol. (2004) 115: 2372-2381 /// Neu D et al. Cognitive impairment in fatigue and sleepiness associated conditions. Psychiatry Res. (2011) 189: 128-134] Tot op heden is er geen studie op basis van BEAM en EEG niet-lineaire dynamische analyse bij CVS-patiënten in wakkere toestand. In deze studie focussen we op de patronen van elektrische aktiviteit in het brein en de funktionele sub-gebieden van de hersenen bij CVS-patiënten door het toepassen van de meest geavanceerde EEG-analyse om de funktionele toestand van de hersenen te onderzoeken en objectief bewijsmateriaal te leveren voor de diagnose en de behandeling van CVS.

[…]

Resultaten

Patiënten-karakteristieken

[…] Patiënten (25-40 jaar) […].

103 mensen vielen weg uit de studie. De observatie-groep bestond uit 24 CVS-patiënten en de controle-groep uit 23 gezonde mensen. In de observatie-groep was de gemiddelde HAMD-score [‘Hamilton Depression Rating Scale’] 15 en de gemiddelde HAMA-score was 9 [‘Hamilton Anxiety Scale’] [=> geen depressie of angst-aandoening]. […] Er was geen statistisch significant verschil qua leeftijd en geslacht tussen de 2 groepen.

De BEAM-karakteristieken

Het BEAM-patroon

[…] Bij gezonde controles was de maximum ‘power’ α, in de occipitale kwab en bilateraal symmetrisch. Bij CVS-patiënten, was de maximum ‘power’ θ (≥ α & ≤ 2α) in de frontale kwab zonder bilaterale symmetrie. De ‘power’ in de rechter kwab was groter dan die van de linker kwab. De BEAM-resultaten geven aan dat de energie-waarde van de θ-golven bij CVS-patiënten groter waren dan bij de gezonde controles, wat suggereert dat de elektrische hersen-aktiviteiten bij in CVS-patiënten gereduceerd waren en in een inhibitorische toestand bleven.

De vergelijking van energie-waarden in verschillende hersen-gebieden

Energie-waarden van 84 hersen-gebieden werden vergeleken. De resultaten geven aan dat er verschillen qua energie-waarden van de δ, θ en α1 golven waren. De energie-waarden van de observatie-groep waren groter dan die van de controle-groep, wat er op wijst dat de elektrische hersen-aktiviteiten bij de CVS-patiënten significant gereduceerd waren. Er was geen verschil qua β1 en β2 […]. De golf-patronen van verschillende frequenties was als volgt:

1) Analyse van de δ golf energie-waarde – de hoogste en de tweede hoogste energie-waarden van de δ golf in de observatie-groep waren in de rechter post-frontale en rechter pre-frontal hersen-gebieden, respectievelijk. De hoogste en de tweede hoogste energie-waarden van de δ golf in de controle-groep waren in de rechter pre-frontale en de rechter post-frontale hersen-gebieden, respectievelijk. De energie-waarden van de observatie-groep waren groter dan die van de controle-groep. Er was een significant verschil tussen deze 2 groepen, wat suggereert dat de CVS-patiënten de hoogste δ golf energie-waarde hadden in het rechter frontaal gebied. Deze resultaten geven aan dat er een significante toename was van de trage elektrische hersen-aktiviteiten in het rechter frontaal gebied bij CVS-patiënten.

2) Analyse van de θ golf energie-waarde – de hoogste θ golf energie-waarde van de observatie-groep was in het rechter post-frontaal hersen-gebied, terwijl de hoogste energie-waarde van de θ golf van de controle-groep in de linker ‘area centralis’ [visueel gebied] was. De energie-waarden van de observatie-groep waren groter dan die van de controle-groep, wat aangeeft dat de trage elektrische hersen-aktiviteiten verhoogd waren in het rechter post-frontale hersen-gebied bij CVS-patiënten.

3) Analyse van de α golf energie-waarde – de hoogste α1 golf energie-waarde van de observatie-groep was in het linker occipitale gebied, terwijl de hoogste α1 golf energie-waarde van de controle-groep ook in het linker occipitale gebied was. The α1 golf energie-waarde van de observatie-groep was significant hoger dan die van de controle-groep, wat aangeeft dat de trage elektrische hersen-aktiviteiten verhoogd waren in het linker occipitale gebied bij CVS-patiënten. De hoogste en tweede hoogste energie-waarden van α2 golven in de observatie-groep waren in het linker occipitale gebied en de het rechter occipitale gebied, respectievelijk. De hoogste en tweede hoogste energie-waarden van α2 golven in de controle-groep waren in het rechter occipitale gebied en het linker occipitale gebied, respectievelijk. Er was geen significant verschil tussen deze 2 groepen. Er waren echter significante verschillen tussen deze 2 groepen qua α2 golf energie-waarden in het pre-frontale gebied (linker en rechter pre-frontaal gebied) en anterieure temporale gebied (linker en rechter anterieur temporaal gebied). De energie-waarde van de observatie-groep was significant hoger dan die van de controle-groep, wat suggereert dat de trage elektrische hersen-aktiviteiten verhoogd waren in het frontale gebied en temporale gebieden bij CVS-patiënten.

4) Analyse van de β golf energie-waarde – de hoogste β1 golf energie-waarden van deze 2 groepen waren in het rechter occipitale gebied en er was geen significant verschil tussen deze 2 groepen. De energie-waarde in het linker anterieur temporaal gebied van de observatie-groep was hoger dan dat van de controle-groep, wat aangeeft dat de elektrische hersen-aktiviteiten verhoogd waren in het linker anterieur temporaal gebied bij CVS-patiënten. De hoogste β2 golf energie-waarden van deze 2 groepen waren in het rechter occipitaal gebied, en er was geen significant verschil tussen deze 2 groepen. De β1 en β2 golf energie-waarden waren lager, vergeleken met de α1 en α2 golf energie-waarden, wat aangeeft dat α golven dominant waren in het occipitaal gebied.

De eerder vermelde resultaten geven aan dat er was geen significant verschil was qua verdeling van elektrische energie-waarden in de hersenen bij CVS-patiënten, wat consistent is met eerdere studies. De energie-waarden bij CVS-patiënten waren echter verschillend in het rechter frontaal gebied en het linker occipitaal gebied, vergeleken met gezonde controles.

De niet-lineaire dynamische analyse

Vergelijking van de correlatie-dimensie [zie inleiding] tussen de observatie-groep en de controle-groep. [technische uitleg] De D2-waarde van de observatie-groep was significant lager dan die van de controle-groep, wat aantoont dat de intensiteit en complexiteit van de elektrische hersen-signalen significant lager was in de observatie-groep.

Bespreking

In onze studie toonde een vergelijking van de EEG-resultaten dat de energie-waarden van δ, θ en α1 golven bij CVS-patiënten verhoogd waren, wat wijst op gedaalde elektrische hersen-aktiviteiten bij CVS-patiënten. Daarnaast veranderden de elektrische energie-waarden in het rechter frontaal en linker occipitaal gebied significant in vergelijking met andere hersen-gebieden, wat suggereert dat wijzigingen qua elektrische hersen-aktiviteiten bij CVS-patiënten gebied-specifiek zijn. De correlatie-dimensie resultaten duiden ook op algemene afname van de intensiteit en complexiteit van de elektrische hersen-signalen bij CVS-patiënten. Deze resultaten kunnen impliceren dat de afname qua neuronale ontladingen bij CVS-patiënten kunnen leiden tot abnormale veranderingen, zoals een betrekkelijk inhibitorische toestand, qua hersen-funktie. Deze studie is de eerste die rapporteert over het verschil qua energie-waarden in het rechter frontaal en linker occipitaal gebied bij CVS-patiënten, wat een referentie is voor de relevantie van klinisch EEG onderzoek bij CVS-patiënten. […] De lage opname ([2-11C]-acetyl-l-carnitine) [in een deel van de hersenen verantwoordelijk voor de uitvoerende funktie (motivatie en planning van nieuwe dingen); zie Acetylcarnitine – verminderde opname in de hersenen’] zou verantwoordelijk kunnen zijn voor de abnormaliteiten qua geheugen en beoordeling bij CVS-patiënten. […] De gedaalde opname van acetylcarnitine in de frontale gyrus [deel van de frontale kwab] en verminderde neurotransmitter-synthese in lokale hersen-gebieden bij CVS-patiënten zijn sleutel-mechanismen voor chronische vermoeidheid. Een PET-studie toonde ook een verminderde acetylcarnitine-opname in de frontale, cingulate, temporale en occipitale cortexen, basale ganglia en hippocampus bij CVS/ Myalgische Encefalomyelitis (ME) patiënten, wat gedaalde hersen-aktiviteit bij CVS/ME-patiënten suggereert. Onderzoekers toonden aan dat gegevens betreffende EEG spectrale coherentie [zie ‘EEG Spectrale Coherentie kan CVS onderscheiden] kunnen worden gebruikt om CVS-patiënten te onderscheiden van gezonde controles en depressieve patiënten, en dat neurologische abnormaliteiten (temporale kwab) betrokken is bij CVS-pathofysiologie. In onze studie vonden we de abnormaliteiten in het linker occipitale gebied (d.m.v. BEAM). De discrepantie kan te wijten zijn aan de verschillende experimentele methodes. Bewijsmateriaal geeft aan dat neuro-inflammatie aanwezig in verscheidene hersen-gebieden bij CVS-patiënten en geassocieerd is met de ernst van de neuropsychologische symptomen. [zie ‘Neuro-inflammatie bij Myalgische Encefalomyelitis (CVS) – een PET-studie] Omdat EEG enkel de elektrische potentialen aan het brein-oppervlak meet, is dit misschien niet gevoelig genoeg voor het meten van neuro-inflammatie.

Beperkingen en toekomstige research

Het meten van elektrische potentialen bij EEG gebeurt aan het schedel-oppervlak; daarom weerspiegelt het wellicht slechts de aktiviteit van hersen-gebieden die dicht bij het oppervlak liggen. De fysiologische veranderingen in sommige belangrijke gebieden dieper in het brein gelegen, zoals hippocampus-neurogenese [proces waarbij neuronen worden aangemaakt uit neurale stam-cellen en voorloper-cellen; gebeurt in meerder hersen-strukturen, o.a. de hippocampus], werden nog niet onthuld. In deze studie voerden we geen respectieve analyse van de frontale cortex, parietale cortex, occipitale kwab en temporale kwabben, uit. Een meer diepgaande analyse van gedetailleerde wijzigingen in alle hersen-gebieden bij CVS-patiënten zal in onze toekomstige studies gebeuren. We vonden geen verschillen tussen vrouwen en mannen in deze studie. We zullen in de toekomst meer individuen onderzoeken om de geslacht-verschillen bij CVS-patiënten te bekijken.

Besluit

Onze resultaten geven aan dat de spontane elektrische hersen-aktiviteiten bij CVS-patiënten in een inhibitorische toestand bleven. De abnormale veranderingen in de cerebrale funktie bij de CVS-patiënten waren gelokaliseerd in het rechter frontale en linker occipitale gebied.

maart 6, 2016

Auto-antilichaam pijn

Filed under: Immunologie — mewetenschap @ 8:09 am
Tags: , , , , , ,

Dr. Andreas Goebel is een anesthetist/pijn-specialist opgeleid aan de universiteiten van Würzburg, Oxford (en – voor immunologie – Harvard). Zijn research focust op de rol van het immuunsysteem bij chronische pijn en immuun-modulerende behandelingen voor onverklaarde chronische pijn aandoeningen (vooral ‘Complex Regional Pain Syndrome’). Hij krijgt o.a. ondersteuning van de ‘Pain Relief Foundation Liverpool’. Hij ontvangt ook vergoedingen vanuit de farmaceutische industrie (Biotest AG dat Intratect IV Ig infusie test, Axsome Therapeutics Inc, CSL-Behring e.a.).

Hier heeft hij uitleg over het concept van de auto-immuniteit veroorzaakte pijn en hoe dit bij M.E.(cvs) – en andere aandoeningen – zou kunnen spelen… (Lees ook de andere stukken met betrekking tot auto-immuniteit.)

Ter info vooraf :Immunoglobulinen (Ig, of antilichamen) zijn proteïnen die bestaan uit 2 identieke zware en twee identieke lichte aminozuur-ketens. Bij elk van deze ketens is er een constant deel en een variabel deel. Het constante deel staat in voor de stabiliteit en de interaktie met lichaamseigen receptoren op (immuun)cellen. Het variabele deel bindt het antigeen. Door middel van enzymen kan een antilichaam in 3 delen worden gesplitst: 2 Fab-fragmenten (de antigen-bindende delen; bestaan uit de lichte en een deel van de zware keten) en een Fc-deel (bestaande uit een deel van beide zware ketens). Het Fc-fragment (kristalliseerbaar) is het staart-gebied van een antilichaam en interageert met cel-oppervlakte receptoren, Fc-receptoren en sommige proteïnen van het complement-systeem. Het Fab-fragment (antigen-binding) is het gebied van een antilichaam dat bindt met antigenen.

————————-

Autoimmun Rev. [pre- print 2016 Feb]

Autoantibody pain

Goebel A

Pain Research Institute, Department of Translational Medicine, University of Liverpool, & The Walton Centre NHS Foundation Trust, Liverpool, UK

Samenvatting

Als auto-antilichamen binden op doelwit-weefsels, kan Fc-gebied-afhankelijke inflammatie pijn induceren via mediatoren die nociceptoren [pijn-receptoren] exciteren. Maar er is ook een andere mogelijkheid, waarbij binding van auto-antilichamen op nociceptoren op een directe manier pijn kan veroorzaken, zonder inflammatie. Er wordt gedacht dat dit optreedt ten gevolge door Fab-gebied gemedieerde modificatie van de zenuw-overdracht, transmissie of afgifte van neuropeptiden. Bij 3 aandoeningen (complex regionaal pijn syndroom [CRPS of post-traumatische dystrofie; een uitermate pijnlijke en vaak invaliderende aandoening die doorgaans ontstaat na een botbreuk, een operatie of een ander lichamelijk trauma], auto-immuniteit tegen ‘voltage-gated’ kalium-ion-kanaal complex [voltage-gated’ ion-kanalen zijn een klasse trans-membraan ion-kanalen die worden geaktiveerd door veranderingen in het elektrisch potentiaal verschil bij dit kanaal en geven aanleiding tot elektrische signalen; ze zijn bijzonder belangrijk in zenuw- en spiercellen maar komen in veel cellen voor] & Chronische Vermoeidheid Syndroom [CVS]) was er geen of weinig inflammatie; initiële laboratorium- en test-resultaten suggereerden een mogelijke rol voor door auto-antilichamen gemedieerde mechanismen. Er is meer research vereist om de pathogene rollen van auto-antilichamen in deze en andere chronische pijn aandoeningen vast te stellen. Het concept van auto-antilichaam gemedieerde pijn biedt hoop op de ontwikkeling van nieuwe therapieën voor nu nog onbeheersbare pijn.

1. Inleiding

De doelstelling van dit overzicht is om het concept ‘auto-antilichaam pijn’ te belichten. Het focust op het domein van met auto-antilichamen geassocieerde, non-inflammatoire chronische pijn aandoeningen [CRPS, auto-immuniteit tegen ‘voltage-gated’ kalium-ion-kanaal complex & CVS].

Chronische pijn is een courant gezondheid-probleem dat verbonden is met een slechte levenskwaliteit. De meeste patiënten met chronische pijn zullen met verloop van tijd zowel met pijn geassocieerde dysfunktie en psychologische co-morbiditeit ontwikkelen, zodat chronische pijn aandoeningen hoge kosten voor het individu, hun familie, gezondheid-systemen en de gemeenschap meebrengen. Erkenning van het belang van chronische pijn als een probleem in de gezondheidszorg en de noodzaak voor het vinden van doeltreffende management-strategieën werd steeds groter.

Een begrijpen van de biologische mechanismen die aan de basis van chronische pijn liggen, is vereist wil men doeltreffende pijn-therapieën ontwikkelen maar toch zijn deze mechanismen dikwijls onduidelijk. Hoewel we niet weten hoe demografische of psychosociale risico-factoren worden vertaald naar de ontwikkeling van chronische pijn, hebben deze risico-factoren, en de meeste strukturele weefsel-abnormaliteiten – zoals degeneratieve veranderingen, in feite zeer weinig voorspellende waarde voor pijn bij een individu. Aan de andere kant bleek het aanwenden van knaagdier-modellen voor het beter begrijpen van chronische pijn niet evident. Deze modellen kunnen de selektieve aanvang van chronische pijn bij mensen niet nabootsen, aangezien de meeste knaagdieren significante persistente pijn ontwikkelen; maar dit is slechts bij een minderheid van de menselijke patiënten het geval na een letsel. De variabele factoren die de ontwikkeling van chronische pijn na een letsel bij mensen bepalen, kan dus niet volledig worden begrepen d.m.v. deze modellen. Zo kunnen patiënten ook chronische pijn ontwikkelen ‘uit het niets’, zonder duidelijk voorafgaand trauma of lijden – een menselijke observatie van variabiliteit, waarvoor er geen knaagdier-model is. Analgetica ontwikkeld gebruikmakend van standaard-letsel knaagdier-modellen bleken jammer genoeg zelden succesvol in de klinische praktijk. Veel van de medicijnen die we gebruiken om chronische pijn te behandelen, hebben eerder kleine effekt-groottes, er ontstaat tolerantie bij langdurig gebruik en hun significante centrale bijwerkingen zijn een reden tot bezorgdheid.

Dus kan de kennis over pijn tot op heden de ontwikkeling van pijn voor een individuele patient niet verklaren en pijn-specialisten kunnen hen dikwijls niet behandelen met een doeltreffende therapie.

Het bestuderen van menselijke genetische varianten is beloftevol voor het begrijpen van de oorzaken van pijn-variabiliteit en de ontwikkeling van nieuwe analgetische behandelingen voor chronische pijn. Maar een andere benadering ter identificatie van biologische risico-factoren voor chronische pijn is het bestuderen van auto-antilichamen. We geven een overzicht van de mechanismen waarop auto-antilichamen pijn kunnen veroorzaken.

Van sommige auto-antilichamen worden erkend dat ze pijn veroorzaken door het induceren van een inflammatoire reaktie, getriggerd door binding van complement op hun Fc-gebied. Inflammatoire mediatoren exciteren nabijgelegen intacte zenuw-afferenten die daadwerkelijke of mogelijke weefsel-schade voelen: ‘nociceptoren’. Deze nociceptoren zijn de perifere componenten van het pijn-mechanisme. De daaruit volgende pijn wordt ‘nociceptief’ genoemd. Wanneer een dergelijke inflammatoire reaktie ook zenuw-cel-schade veroorzaakt, kan daarnaast ook ‘neuropathische’ pijn – gedefinieerd als pijn voortvloeiend uit een pathogeen proces dat op een directe manier het somatische zenuwstelsel aantast – ontstaan. Wanneer daarentegen auto-antilichamen direct binden op nociceptoren – waardoor ofwel zenuw-cel-schade ten gevolge complement-binding of een verandering van de zenuw-funktie wordt veroorzaakt – is de resulterende pijn in de eerste plaats neuropathisch.

Studie-resultaten hebben beklemtoond dat er een groep chronische pijnlijke aandoeningen bestaat die geassocieerd is met a) geen of slechts minimale regionale infiltratie van immuun-cellen en weefsel-schade, b) normale systemische inflammatoire merkers & c) specifieke perifere binding van serum auto-antilichamen die cellen aktiveren in weefsel-culturen. Bij deze aandoeningen kan een minimale vorm van auto-antilichaam geïnduceerde, complement-afkankelijke inflammatie enkel schade veroorzaken aan de gebonden cel-membraan strukturen; op een alternatieve manier kan de pertinente pathofysiologische werking van de auto-antilichamen een door een auto-antilichaam Fab-gebied gemedieerde verandering van de funktie van het gebonden doelwit omvatten, zoals:

  • directe modificatie van de werking of de expressie van receptoren of kanalen op nociceptoren; het gebonden doelwit kan verandering ondergaan, kan worden geaktiveerd, of geblokkeerd, enz. Bijgevolg wijzigt de nociceptor zijn signaal-overdracht, of zijn patroon van neuropeptide-secretie, Op zo’n manier dat die spontaan aktief wordt, en/of gevoeliger voor schadelijke of niet-schadelijke aktivatie. Inflammatie is niet vereist opdat deze veranderingen zouden optreden. Als [ion-]kanalen betrokken zijn, dan wordt het ziekte-mechanisme een ‘auto-immune channelopathie’ genoemd, parallel met channelopathieën met als voornaamste symptoom pijn, zoals bij erythromelalgie [symptoom-complex van pijn en roodheid aan handen en voeten, getriggerd door warmte, inspanning, langdurig staan, enz.].
  • modificatie van de werking of de expressie van receptoren of kanalen in andere cellen, zoals sympathetische zenuwen of keratinocyten [cellen van de opperhuid], resulterend in mediator-secretie en aktivatie/sensitisatie van nociceptoren (Fab-gemedieerde nociceptieve pijn)
  • inductie van milde nociceptor-schade; milde reductie van het aantal ‘small-fibres’ vergezelt veel chronsiche pijn aandoeningen; cel-schade zou de overlevende nociceptoren kunnen aktiveren/sensitiseren.

1.1. Auto-antilichaam pijn optredend na trauma

Sommige chronische pijnen duiken enkel op na de blootstelling van een patient aan lichamelijk of emotioneel trauma. In deze omstandigheden kan de pathogeniciteit van vooraf aanwezige, circulerende auto-antilichamen misschien worden ‘aangezet’ door de effekten uitgeoefend door trauma geïnduceerde mediatoren. Anderzijds kunnen nieuwe auto-antilichamen worden aangemaakt doordat het adaptief immuunsysteem wordt blootgesteld aan bij trauma afgegeven cryptische antigenen of na trauma-geïnduceerd verlies van immunologische tolerantie [Lanzavecchia A. How can cryptic epitopes trigger autoimmunity? J Exp Med (1995) 181:1945-1948].

[‘Self’-epitopen’ (lichaamseigen deel van een antigen dat herkend kan worden door antilichamen, B-cellen en T-cellen) die in hoge concentraties worden gevonden op het oppervlak van antigen-presenterende cellen (APC) worden dominante epitopen genoemd; ze stimuleren mechanismen die auto-reaktieve T-cellen verwijderen. ‘Self’-epitopen’ die in zeer lage concentratie voorkomen op APC worden cryptisch genoemd; ze geven géén aanleiding tot het verwijderen van auto-reaktieve T-cellen en dit veroorzaakt auto-immuniteit.]

2. Resultaten en bespreking

2.1. Complex regionaal pijn syndroom (CRPS)

[…]

2.2. Kalium-kanaal-complex antilichaam-geassocieerde chronische pijnen

[…]

2.3. Chronische Vermoeidheid Syndroom

Er is, in vergelijking met de 2 andere klinische syndromen, veel minder geweten over een mogelijke bijdrage van auto-antilichamen tot deze aandoening. Laboratorium- en klinische resultaten gaven een signaal dat er op duidde dat dit onderwerp verder dient te worden onderzocht. Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) wordt gedefinieerd als ernstige vermoeidheid die langer dan 6 maand aanhoudt, geassocieerd is met minstens 4 van 8 mogelijke bijkomende symptomen (Fukuda criteria). Van deze 8 symptomen zijn er 4 met betrekking tot pijn: nieuwe hoofdpijnen, pijn aan meerdere gewrichten, spierpijn en pijnlijke lymfeklieren. De pijn-kwaliteit bij CVS wordt beschouwd als een weerspiegeling van een spier-gerelateerd probleem. Een rapport van een consensus-groep onder de paraplu van het ‘Institute of Medicine’ suggereerde een nieuwe naam voor de aandoening, ‘Systemic Exertion Intolerance Disease’, met pertinente diagnostische kenmerken zonder inclusie van pijn. Desondanks is er overéénstemming dat naast vermoeidheid, pijnlijke symptomen frequent centraal staan bij de ervaringen van patiënten. De etiologie van CVS is onbekend en er zijn dringend betere behandelingen vereist.

In laboratorium-testen werden in het serum een waaier aan auto-antilichamen, inclusief funktioneel aktieve anti-autonome antilichamen, beschreven bij subgroepen CVS-patiënten [Loebel M, Grabowski P, Heidecke H et al. Antibodies to beta adrenergic and muscarinic cholinergic receptors in patients with Chronic Fatigue Syndrome. Brain Behav Immun (2016) 52: 32-9], maar studies over passieve transfer van immunisatie [passieve immuniteit is een vorm van bescherming door het direct inspuiten van antistoffen] werd echter nog niet gepubliceerd.

Er zijn resultaten die suggereren dat een subgroep CVS-patiënten zouden kunnen reageren op behandeling met Rituximab, een anti CD-20 biologische molekule, die zowel pre B-cellen als rijpe B-lymfocyten laten verdwijnen. Een initiële kleine, gerandomiseerde gecontroleerde test die het effekt onderzocht van één behandel-cyclus en ontworpen met een primaire uitkomst na 3 maand, was negatief, hoewel een snelle B-cel depletie werd bevestigd. Post-hoc analyse suggereerde substantiële verbeteringen tijdens de follow-up periode, met maximale verlichting van vermoeidheid en pijn tussen 6 & 12 maand na de infusie (in vergelijking met de controle-groep) [Fluge O et al. Benefit from B-lymphocyte depletion using the anti-CD20 antibody rituximab in Chronic Fatigue Syndrome. A double-blind and placebo- controlled study. PloS one (2011) 6: e26358; zie o.a. ook ‘Screening van NK-, B- & T-cel fenotype en funktie bij CVS]. De auteurs hypothiseerden dat deze trage aanvang van de effekten verband zou kunnen houden met de pathogene aktiviteit van rijpe B-cellen. Het is bekend dat Rituximab dit cel-type wellicht niet zo goed aanvalt als de meer kort-levende cellen. Aangezien Rituximab zich doeltreffend richt op de precursor-cellen, is een langere behandeling wellicht vereist totdat het aantal riijpe plasma-cellen is verminderd door natuurlijke cel-dood. In een open vervolg-studie die herhaalde Rituximab infusies onderzocht, werden weerom significante verbeteringen (inclusief een vermindering qua pijn-intensiteit) geobserveerd, met een vertraagde start (6 maand na de eerste infusie); maximale effekten werden gezien tussen 15 & 24 maand. 50% van de patiënten in de interventie-groep vertoonden een belangrijke verbetering van hun vermoeidheid-scores [Fluge O et al. B-lymphocyte depletion in Myalgic Encephalopathy/ Chronic Fatigue Syndrome. An Open-Label Phase II Study with Rituximab Maintenance Treatment. PLoS One (2015) 10: e0129898]. Interessant: tijdens follow-up, na beëindigen van de behandeling, vertoonden patiënten dikwijls langdurige responsen die veel langer aanhielden dan de periode van 6 maand nodig om de B-cellen her op te bouwen. De resultaten van een grote gerandomiseerde gecontroleerde test die herhaalde behandelingen over 15 maand onderzoekt, wordt verwacht in 2017. In tegenstelling daarmee gaf een grote test met enkelvoudige behandeling van Rituximab bij Sjögren’s syndroom, met vermindering van vermoeidheid als deel van de primaire uitkomst, negatieve resultaten.

3. Bespreking en vooruitzicht

Auto-antilichamen gemedieerde pijn is een nieuw ziekte-concept dat een deel van de variabiliteit achter het voorkomen van bepaalde ernstige chronische pijn aandoeningen zou kunnen verklaren. Er is bewijsmateriaal dat chronische pijn aandoeningen geassocieerd kunnen zijn met specifieke, cel-oppervlakte-receptor aktiverende immunoglobuline-G auto-antilichamen. Verhoogde pijn-sensitiviteit kan worden overgedragen van patiënten met complex regionaal pijn syndroom naar knaagdieren, via injektie van de dieren met immunoglobuline-G van patiënten. Er is ook initieel bewijsmateriaal voor de doeltreffendheid van immuun-modulerende behandelingen voor bepaalde chronische pijn aandoeningen.

De oorzaken van de abnormale B-cel respons en T-cel aktiviteiten die deze onderhouden, de aard van de auto-antilichamen en hoe hun binding chronische pijn zou kunnen veroorzaken, blijft onbekend. De klaarblijkelijke afwezigheid van infiltratie van inflammatoire cellen bij chronische pijn aandoeningen doet vermoeden dat zowel Fc-gebied afhankelijke vermindering van oppervlakte-receptoren als Fab-gebied afhankelijke modulatie van de gebonden doelwitten mogelijke kandidaat-mechanismen zijn. Studies om deze effekten verder te verduidelijken, zijn vereist.

Gezien het feit dat courante pijn-aandoeningen, zoals fibromyalgie-syndroom, soms lijken te reageren op immuun-modulatie, is het vaststellen van een bijdrage door een auto-antilichaam tot deze aandoeningen noodzakelijk [Tamburin S, Borg K, Caro XJ et al. Immunoglobulin-G for the treatment of chronic pain: report of an expert workshop. Pain Med (2014) 15: 1072-82 /// Goebel A et al.. Human pooled immunoglobulin in the treatment of chronic pain syndromes. Pain Med (2002) 3: 119-27].

Het concept van auto-antilichaam pijn biedt hoop op de ontwikkeling van nieuwe types van analgetische behandelingen. Dergelijke therapieën zouden kunnen auto-antilichaam concentraties reduceren, interfereren met doelwit-epitopen of met pathogene auto-antilichamen op een directe manier, of misschien compenserende effekten (vergelijkbaar met cholinesterase-inhibitie bij myasthenie [een auto-antilichaam tegen het acetylcholine-receptor proteïne veroorzaakt spierzwakte, myasthenia gravis]) versterken.

Aangezien pijn een ‘biopsychosociale’ aandoening is, zal de bijdrage van psychologische en sociale factoren ook dienen te worden bestudeerd. Men vraag zicht af of het mogelijk is dat in sommige gevallen de hersenen – misschien in respons op kwellende ervaringen – kan bijdragen tot aktivatie van de B-cel respons.

februari 26, 2016

POTS & auto-immuniteit

Filed under: Immunologie — mewetenschap @ 2:04 pm
Tags: , , , ,

In een eerder stuk, getiteld ‘‘Molecular mimicry’, auto-immuniteit & infektie’ schreven we over een hypothese betreffende een mogelijke auto-immune oorzaak voor M.E.(cvs). In onderstaand stuk opperen de auteurs dat er bij POTS – overlappend met M.E.(cvs) – ook een auto-immune component in het spel kan zijn.

Posturaal orthostatisch tachycardia syndroom (POTS) is een heterogene aandoening van het autonoom zenuwstelsel waarbij een verandering van neerliggen naar rechtopstaan een abnormaal grote verhoging van de hartslag of tachycardie (30 bpm binnen 10 min staan of ‘head-up tilt’) veroorzaakt. Deze respons gaat gepaard met een vermindering van de bloeddoorstroming naar de hersenen en daardoor een spectrum van symptomen verbonden met cerebrale hypo-perfusie. (Voor meer info over de connectie met M.E.(cvs): zie elders op deze paginas: zoek op ‘POTS’ of het werk van Julia Newton.).

We gaven ook al meerdere keren duiding bij artikels van Yehuda Shoenfeld (een expert-getuige bij gevallen van schade door nadelige vaccin-reakties in het ‘US National Vaccine Injury Compensation Program): ‘Aanhoudende aanwezigheid & hersen-translocatie van vaccin-adjuvanten’, ‘CVS & FM na immunisatie met hepatitis-B vaccin’, ‘ASIA (auto-immuun/inflammatoir syndroom geïnduceerd door adjuvanten) syndroom’ & ‘Vaccinatie en CVS’.

————————-

Lupus (2016) 0, 1-4

Postural Orthostatic Tachycardia Syndrome (POTS) – A novel member of the auto-immune family

S Dahan (1,2), L Tomljenovic (3) & Y Shoenfeld (1,2)

1 Zabludowicz Centre for Auto-immune Diseases, Sheba Medical Centre, Tel Hashomer, Israel

2 Sackler Faculty of Medicine, Tel Aviv University, Israel

3 Faculty of Medicine, University of British Columbia, Vancouver, BC, Canada

(Editoriaal opinie-stuk)

De geschatte prevalentie van POTS is minstens 170/100.000. Deze schatting is gebaseerd op de bevinding dat 40% van de patiënten met Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) ook lijden aan POTS. Inderdaad: CVS is een frequente en belangrijke klacht bij POTS [team van Julia Newton: Postural orthostatic tachycardia syndrome is an under-recognized condition in Chronic Fatigue Syndrome. QJM (2008) 101: 961-965; zie ook ander werk op deze paginas] en er werd consistent een substantiële overlap tussen POTS en CVS gerapporteerd in de literatuur. [bv. Schondorf R, Freeman R. The importance of orthostatic intolerance in the Chronic Fatigue Syndrome. Am J Med Sci (1999) 317: 117-23] Ondanks het veelvuldig voorkomen en significante negatieve impact op de bevolking, zijn de oorzaken van POTS en CVS onduidelijk en er zijn momenteel slechts beperkt-doeltreffende behandelingen voor deze complexe aandoeningen. Zowel genetische als niet-genetische factoren (zoals trauma, bakteriële of virale infektie en zwangerschap) kunnen aanleiding geven tot POTS. Daarnaast wordt steeds meer erkend dat POTS en CVS kunnen worden getriggerd door verscheidene medicijnen (middelen tegen hoge bloeddruk, antipsychotica) en door vaccins [Agmon-Levin N, Shoenfeld Y. Chronic Fatigue Syndrome with autoantibodies: the result of an augmented adjuvant effect of hepatitis-B vaccine and silicone implant. Autoimmun Rev (2008) 8: 52–55 /// Exley C, Swarbrick L, Gherardi RK, Authier FJ. A role for the body burden of aluminium in vaccine-associated macrophagic myofasciitis and Chronic Fatigue Syndrome. Med Hypotheses (2009) 72: 135-139].

Er werd gesuggereerd dat een auto-immuun mechanisme betrokken is bij de oorzaak van zowel POTS als CVS [o.a. Rosenblum H, Shoenfeld Y, Amital H. The common immunogenic etiology of Chronic Fatigue Syndrome: from infections to vaccines via adjuvants to the ASIA syndrome. Infect Dis Clin North Am. (2011) 25: 851-863; zie ook links in onze inleiding], omwille van het frequent aantreffen van auto-antilichamen (inclusief ANA [anti-nucleaire antistoffen (ook anti-nucleaire factor, ANF, genoemd); antilichamen gericht tegen onderdelen van de eigen celkern]) bij POTS/CVS-patiënten. Meer specifiek worden ganglion A3 acetylcholine receptor antilichamen [α3-AChR Ab, veroorzaakt auto-immune dysautonomie] gevonden bij minstens één op zeven POTS-patiënten. Bovendien werden verscheidene auto-antilichamen, inclusief deze gericht tegen cardiale proteïnen, β1/2-adrenerge [binden specifiek met en worden geaktiveerd door de catecholaminen adrenaline en noradrenaline; ze komen tussen bij het overbrengen van impulsen van zenuw naar eindorgaan], M2/3 muscarine & N-type acetylcholine receptoren [de nicotinerge acetylcholine-receptoren (nAChR) zijn responsief op nicotine en werken als ion-kanalen (wijzigen de doorlaatbaarheid van de cel); de muscarine acetylcholine-receptoren (mAChR) zijn responsief op muscarine en werken via een ‘tweede boodschapper’ om signalen naar de cel te geven], geïdentificeerd bij POTS-patiënten, wat het idee versterkt dat POTS een lid is van de auto-immune autonome neuropathieën familie. De aanwezigheid van auto-antilichamen kan er voor zorgen dat het hart en het autonoom zenuwstelsel kwetsbaar zijn voor pathologische stimuli, en een nadelige auto-immune reaktie kan mogelijks inflammatoire responsen triggeren met letsel aan het myocard [hartspier(weefsel)] alsook aan de perifere autonome zenuwen tot gevolg. Daarnaast kunnen immunoglobulinen binnendringen/internaliseren in levende vatbare specifieke cellen, via diverse mechanismen (endocytose [opname van extra-cellulaire macro-molekulen in de cel via insluiting door het celmembraan]) waarbij verschillende delen van de molekule betrokken zijn. Na endocytose kan het immunoglobuline zich richten tegen verschillende intracellulaire componenten van de cellulaire signalisering, leidend tot dysfunktie van de specifieke cel. Deze scenario’s kunnen de bijdrage van pathogenie auto-antilichamen tot de pathofysiologie van diverse auto-immune ziekten, inclusief POTS, ophelderen.

POTS, CVS en auto-immune aandoeningen hebben een vrouwen sterk de overhand, wat weerom een gemeenschappelijke etiologische factor suggereert. De klinische betekenis van de positieve ANA-test bij CVS-patiënten is waarschijnlijk te wijten aan differentiële diagnoses van Systemische Lupus Erythematosus (SLE) en andere diffuse bindweefsel-ziekten. Inderdaad: zowel POTS als CVS komen frequent samen voor met systemische auto-immune aandoeningen, inclusief Multipele Sclerose, Sjögren’s syndroom [chronische reumatische systemische auto-immuunziekte], SLE en Raynaud’s fenomeen [verminderde bloeddoorstroming naar handen en/of voeten]. Er werd ook gevonden dat 74% van de SLE-patiënten met fibromyalgie/CVS ook neuraal-gemedieerde hypotensie [NMH; lage bloeddruk veroorzaakt door een abnormale reflex tussen hart en autonoom zenuwstelsel] hebben.

Met betrekking tot post-HPV [humaan papilloma virus] -vaccinatie POTS, is het waarschijnlijk dat sommige patiënten eenvoudigweg geen of de verkeerde diagnose krijgen, wat leidt tot onder-rapportering en een gebrek aan gegevens betreffende de incidentie van POTS na vaccinatie. Analyse van de ‘US Vaccine Adverse Event Reporting System’ (VAERS) database onderbouwt deze bezorgdheid. In het bijzonder: hoewel de meerderheid van POTS-gerelateerde symptomen werden gerapporteerd in 4-16% van mensen die HPV-vaccinatie kregen, werd POTS slechts door 0,07% van de gevallen gerapporteerd. Vergeleken met 2 andere vaccins (Menactra [meningitis] & Varivax [waterpokken]) die adolescenten en jonge individuen routinematig krijgen in de V.S., hadden HPV-vaccins het hoogste aantal POTS- en CVS-gerelateerde klachten. Het aantal POTS/CVS-symptomen was gemiddeld 3 tot 5 maal hoger bij mensen gevaccineerd tegen HPV t.o.v. Varivax. Er werd ook een relatief hoge frequentie meldingen van POTS/CVS-symptomen opgetekend voor het Menactra vaccin, wat suggereert dat het risico van deze syndromen kan variëren tussen verschillende vaccins. Indien de geassocieerde symptomen psychogeen zouden zijn en niet gerelateerd met een specifiek vaccin, maar eerder een reactie op de injektie zelf, zou men een meer egale verdeling van de meldingen bij de verschillende vaccins verwachten. Dit is duidelijk niet het geval. Omdat zowel POTS als CVS zeer invaliderende aandoeningen kunnen zijn, is een nauwere follow-up van patiënten, die zich aandienen met relevante klachten na vaccinatie, aanbevolen om de echte incidentie van deze syndromen te kunnen bepalen bij bepaalde vaccins.

Er zijn meerdere plausibele verklaringen voor het voorkomen van abnormale cardiale manifestaties (inclusief sterfte), na HPV-vaccinatie. Er bleek dat […] delen van het kapsel-proteïne van HPV overéénkwamen met menselijke proteïnen die, indien gewijzigd, gelinkt bleken met ritmestoornissen, cardiovasculaire ziekten en plotse dood. […]

Samengevat: het geciteerde onderzoek bevestigt eerdere meldingen die een hoog niveau van perfecte peptide-overéénkomsten tussen bakteriële/virale antigenen en het menselijk proteoom beschrijven, en breidt dit uit. [Trost B et al. No human protein is exempt from bacterial motifs, not even one. Self Nonself (2010) 1: 328-334 /// Trost B et al. Bacterial peptides are intensively present throughout the human proteome. Self Nonself (2010) 1: 71-74] Verder suggereert het dat mogelijke immune kruis-reakties voortvloeiend uit het gebruik van HPV-kapsel-proteïne in HPV-vaccins een risico kan betekenen voor cardiovasculaire abnormaliteiten (en fatale afloop), alsook POTS. De noodzaak voor een beter begrip van potentiële antigen kruis-reaktiviteit (die op dit moment ontrbeekt) wordt beklemtoond, aangezien het niet analyseren en beperken van kruis-reaktiviteit kan leiden tot schadelijke, zelfs dodelijke, post-vaccinatie voorvallen.

februari 18, 2016

‘Molecular mimicry’, auto-immuniteit & infektie

Filed under: Immunologie,Infektie — mewetenschap @ 10:00 am
Tags: , , , ,

In ‘Heterologe immuniteit – overzicht’ lazen we al dat auto-immune ziekten kunnen worden geïnitieerd door infektie met virussen die coderen voor T-cel epitopen die kruis-reaktief zijn met ‘zelf’-antigenen, of geïnfekteerd met virussen die voor ‘zelf’-epitopen coderen. De aanwezigheid van kruis-reaktieve responsen die ‘zelf’ pathogeen-antigenen herkennen leidt niet noodzakelijkerwijs tot auto-immuniteit. Er moet een uitlokkende gebeurtenis, zoals een virale infektie, plaatsvinden…

Donald R. Staines (Australië) schreef in ‘Is Chronic Fatigue Syndrome an auto-immune disorder of endogenous neuropeptides, exogenous infection and molecular mimicry?’ (Medical Hypotheses (2004) 62: 646-652) reeds over een mogelijk mechanisme voor de ontwikkeling van CVS dat gebaseerd is op het verlies van immunologische tolerantie voor vaso-aktieve neuropeptiden (die werken als hormonen, neurotransmitters, immuun-modulatoren en neurotrofen (substanties die de overleving/groei van neuronen beschermen en bevorderen); en een rol spelen bij bloeddoorstroming in organen, thermoregulering, geheugen en concentratie) na infektie of significante lichamelijke inspanning.

Wellicht omwille van de complexiteit van de behandelde materie kreeg deze hypothese niet de aandacht die ze wellicht verdiende. In onderstaand artikel benaderen Britse onderzoekers dit alles iets breder en proberen ze de zaken wat éénvoudiger uit te leggen. Hopelijk wordt dit nu opgepikt en is dit een aanzet voor meer onderzoek op dit gebied.

Eenvoudig uitgelegd betekent ‘molecular mimicry’ (‘mimic’ = imiteren of nabootsen) dat een deel van een bepaald proteïne (peptide) sterk gelijkt op een deel van een totaal verschillend proteïne. De types proteïnen die een rol kunnen spelen bij auto-immune ziekte zijn ‘self’-proteïnen (‘eigen’, deel uitmakend van het menselijk lichaam; bv. myeline bij MS), proteïnen van infektueuze agentia (virus/bakterie) en voedsel-proteïnen. Het immuunsysteem herkent een deel van het proteïne van een indringer d.m.v. T-cellen – die receptoren (TCR) dragen die korte segmenten herkennen – geholpen door zgn. antigen-presenterende cellen (zoals macrofagen; die de indringer afbreken). De macrofaag gaat dan een proteïne-fragment (peptide) op zijn oppervlak dragen en ‘presenteert’ het dan aan de miljoenen circulerende T-cellen. Een T-cel met een passende receptor hecht zich aan het gepresenteerde proteïne-fragment, waardoor deze geaktiveerd wordt en andere delen van het immuunsysteem stimuleert (immuun-respons). Er is gebleken dat verscheidene gelijkaardige, maar ietwat verschillende fragmenten, door dezelfde T-cel kunnen worden herkend. Zo kan ‘molecular mimicry’ een auto-immune reaktie triggeren. Als het proteïne-fragment van een vreemde indringer, dat aan de T-cel wordt gepresenteerd, nauw verwant is met een deel van een ‘self’-proteïne (autoreaktive T-cel) dan zal het geaktiveerde immuunsysteem dit ook aanvallen (kruis-aktivatie => auto-immune respons). Het auto-immuniteit mechanisme kan ook via een antilichaam (i.p.v een T-cel) verlopen. En soms is het nog wat ingewikkelder dan dit maar dat zou ons te ver brengen… Auto-immuniteit is dus het resultaat van verlies van de immunologische tolerantie, de capaciteit van een individu om het onderscheid te maken tussen ‘self’ (eigen aan het lichaam) en ‘non-self’.

Merk op dat ook deze hypothese aangeeft dat niet één enkel micro-organisme de oorzaak van M.E.(cvs) zou zijn…

————————-

Med Hypotheses (2016) 87: 40-3

Microbes, molecular mimicry and molecules of mood and motivation

Morris JA (1), Broughton SJ (2), Wessels Q (2)

1 Department of Pathology, Royal Lancaster Infirmary, Lancaster LAI 4RP, UK

2 Faculty of Health and Medicine, Lancaster University, Lancaster LA1 4YQ, UK

De hypothese stelt dat funktionele aandoeningen [‘functional disorder’ of ‘functional somatic syndrome’ = lichamelijk syndroom zonder een verklaring voor organische ziekte, aantoonbare strukturele veranderingen of vastgestelde biochemische abnormaliteiten”. O.i. eigenlijk niet van toepassing op M.E.(cvs) waar wel degelijk abnormaliteit worden gevonden!], zoals prikkelbare darm syndroom, Chronische Vermoeidheid Syndroom en anorexia nervosa worden veroorzaakt door auto-antilichamen tegen neuronale proteïnen geïnduceerd door molekulaire ‘mimicry’ [nabootsing] met microbiële antigenen. De leeftijd-incidentie [voorkomen per leeftijd] van deze aandoeningen, het uitgesproken overwicht bij vrouwen, toename bij economische en technologische vooruitgang, het versneld worden door infektie en het ontbreken van histologische veranderingen zijn allemaal consistent met de hypothese. Ze kan direct worden getest aan de hand van menselijke serum-stalen, door te zoeken naar kruis-reaktie met hersen-proteïnen in model-systemen zoals Drosophila melanogaster [fruitvlieg]. De aandoeningen zouden in aanmerking kunnen komen voor behandeling met gepoold immunoglobuline. Identificatie en eliminatie van bakterieën die de kruis-reagerende antigenen tot expressie brengen, zou mogelijk moeten zijn.

Inleiding

Funktionele aandoeningen, zoals prikkelbare darm syndroom, Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) en anorexia nervosa (AN) zijn een belangrijke oorzaak van morbiditeit. Ze vormen een aanzienlijk deel van de belasting van de gemiddelde huisarts maar de pathogenese blijft een mysterie. Anders dan de meeste ziekten die bij mensen voorkomen, zijn er geen consistente microscopische veranderingen in lichaamsweefsels die een aanwijzing zijn voor de oorzaak. Deze funktionele aandoeningen hebben echter een aantal gemeenschappelijke kenmerken:

  1. Ze komen veel meer voor bij vrouwen dan bij mannen.
  2. De aanvang van de aandoening is meestal rond middelbare leeftijd. De leeftijd-incidentie bereikt een piek tussen de 20 en de 40, afhankelijk van de specifieke aandoening. De incidentie neemt dan af en een aanvang op oudere leeftijd is ongewoon.
  3. Er is bewijsmateriaal dat ze meer courant voorkomen bij technologische, sociale en economische vooruitgang in de maatschappij.
  4. Er wordt gesuggereerd dat infektie de aandoeningen kan versnellen en verergeren maar de verbanden blijven vaag.
  5. Diagnostische histologische veranderingen in weefsels zijn afwezig.
  6. Psychologische factoren kunnen belangrijk zijn maar zijn niet overtuigend als primaire of belangrijke oorzaak.

De hypothese die hier wordt onderzocht is dat deze kenmerken kunnen worden verklaard door molekulaire ‘mimicry’ tussen onze microbiële flora en neuronale proteïnen van de hypothalamus en darm; wat leidt tot auto-antilichamen die stemming en motivatie beïnvloeden.

De microbiële flora

Er zijn ongeveer 10 keer meer bakteriële cellen aanwezig in de darm dan dat er menselijke cellen in het lichaam zijn. Het aantal verschillende bakterie-soorten die kunnen aanwezig zijn, ligt in de grootte-orde van 400-800 […]. Elke bakterie heeft, gemiddeld, 3.000-5.000 genen die coderen voor 3.000-5.000 proteïnen. De grootte en complexiteit van het bakterieel proteoom is daarom immens maar kan niet precies bepaald worden omdat er genetische overlap is tussen verschillende soorten en genetische diversiteit binnen een soort.

Het menselijk genoom telt ongeveer 20.000 genen. Het aantal proteïnen bedraagt echter meer dan 250.000. Menselijke genen hebben meerdere exonen en differentiële ‘splicing’ [verandering van genetische informatie na transcriptie van DNA naar mRNA: tijdens het RNA-processing worden ‘introns’ (overbodige, niet-coderende stukken) uit het pre-mRNA geknipt en de resterende ‘exons’ van het pre-mRNA aan elkaar geplakt] van de RNA-transcripten van de exonen kan meerdere verschillende proteïnen opleveren. Verder zijn er menselijke enzymen die chemische groepen toevoegen en afsplitsen waardoor de proteïne-diversiteit verhoogt.

Het verwerven van immuniteit en het genereren van specifieke antilichamen vergt de gecoördineerde werking van macrofagen, T-lymfocyten en B-lymfocyten. Macrofagen fagocyteren bakterieën, doden ze d.m.v. intracellulaire enzymen en splitsen hun proteïnen in polypeptiden van 8-12 aminozuren. De polypeptiden worden dan op het oppervlak van de macrofaag geplaatst in de gleuf van een oppervlakte-proteïne genaamd MHC2 (‘major histocompatibility’ proteïne type-2). De taak van de T- en B-lymfocyten, die samenwerken, is het polypeptide te gebruiken als een code voor het proteïne waarvan het werd afgeleid. Als wordt geoordeeld dat proteïne verschillend is van ‘zelf’ [‘Self’ antigenen worden gewoonlijk getolereerd door het immuunsysteem, ‘Non-self’ antigenen worden als indringers geïdentificeerd en aangevallen. Auto-immuniteit is wanneer een organisme niet is staat is om de eigen onderdelen als ‘self’ te herkennen, waardoor een immuun-respons tegen de eigen cellen en weefsels toegelaten wordt.] en als het van een potentieel pathogeen organisme komt, dan zullen antilichaam-molekulen worden gegenereerd die het proteïne herkennen. Maar als het proteïne lijkt op ‘zelf’-proteïnen zal de produktie van antilichamen schadelijk zijn. Het precieze mechanisme wordt niet volledig begrepen maar een belangrijk deel is de vorming van een complex tussen de T-cel oppervlakte-receptor, het polypeptide en de MHC2 molekule. De herkenning is daarom afhankelijk van de vorm van de specifieke T-cel receptor. Er zijn zowel helper en suppressor T-cellen, en op een bepaalde manier leiden de helper T-cellen tot antilichaam-produktie door B-cellen, terwijl de T-cel suppressor antilichaam-produktie inhibeert.

De taak van het immuunsysteem is extreem ingewikkeld en kan worden geanalyseerd in statistische termen [Morris JA. Autoimmunity; a decision theory model. J Clin Pathol, 40 (1987) 40: 210-215]. Er zijn 10 triljoen mogelijke manieren waarop 20 aminozuren kunnen combineren om een polypeptide-keten van 10 aminozuren lang te vormen (2010 = 1013). Het totaal aantal proteïnen in het gecombineerd menselijk en bakterieel proteoom is waarschijnlijk minder dan een miljoen en met een gemiddelde proteïne-lengte van 300 aminozuren, is het totaal aantal polypeptiden van 10 aminozuren lang minder dan 109. Zodoende volstaan polypeptide-ketens van 7 aminozuren (207 = 1,28 x 109) waarschijnlijk om te coderen voor elk mogelijk proteïne. De belangrijkste receptor is de T-cel receptor en de sleutel-beslissing is de differentiatie tussen lijkend op en verschillend van ‘zelf’.

Een belangrijk probleem bij het beslissing-proces is dat er een omvangrijke overlapping is tussen bakteriële genen en proteïnen, en menselijke genen en proteïnen. Proteïne-strukturen die essentiële funkties hebben blijven behouden tijdens in evolutie en we delen letterlijk ons genoom en proteoom met de rest van de biologische wereld. Als een pathogeen proteïnen deelt met een menselijke gastheer dan zal de taak om antilichamen op te wekken die enkel de niet-gemeenschappelijke proteïnen veel moeilijker zijn. Als de eerste blootstelling aan het pathogeen een hoge dosis heeft en een levensbedreigende infektie optreedt, dan moet de beslissing vlot verlopen en het risico op fouten zal verhogen. Ook als de eerste blootstelling later in het leven (wanneer het immuunsysteem verslechterd) optreedt, zal het risico op vergissing verhogen.

Gender-verschillen

Beslissingen worden in onzekerheid genomen en zelfs een zeer gesofisticeerd beslissing-systeem op basis van een optimale beslissing-strategie is vatbaar voor fouten; hoe ingewikkelder het systeem, hoe meer overbodigheid in het systeem wordt ingebouwd, hoe lager de fouten-marge zal zijn. Maar fouten kunnen niet volledig worden geëlimineerd.

Laat ons het falen om te reageren op een vreemd proteïne op een pathogeen als een vals-negatieve beslissing definiëren. Omgekeerd is het reageren op een proteïne dat lijkt op ‘zelf’ een vals-positieve beslissing. Aanpassing van de beslissing-criteria om vals-negatieven automatisch te reduceren, verhoogt het aantal vals-positieven en vice versa. Dit is wederom een eigenschap van de zgn. ‘statistical decision theory’. Een vals-negatieve respons zal het risico op infektie verhogen. Een vals-positieve repsons zal het risico op auto-immune ziekte verhogen. Sommige individuen zullen fouten maken aan de ene kant en sommigen aan de andere kant. Het is daarom opmerkenswaardig dat mannen over het algemeen meer neigen tot infektie terwijl vrouwen een verhoogd risico op auto-immune ziekte hebben. Dit is in het bijzonder van toepassing op orgaan-specifieke auto-immune ziekten waarvan wordt gedacht dat auto-antilichamen een rol spelen, bv. schildklier-ziekte, pernicieuze anemie [kwaadaardige bloedarmoede veroorzaakt door een vitamine-B12 opname-probleem], myasthenia gravis [ernstige spierzwakte] en primaire biliaire cirrhose [PBC, een auto-immune lever-aandoening]. De vrouw/man-verhouding bij deze aandoening ligt rond 10. De overmaat vrouwen bij prikkelbare darm syndroom, CVS en AN is even extreem en daarom past dit bij het idee dat auto-antilichamen tegen zenuw-cellen deel zouden kunnen uitmaken van de pathogenese van deze aandoeningen.

Voorkomen per leeftijd

Morbiditeit en mortaliteit komen meer voor bij stijgende leeftijd omdat de meerderheid van de ziekten een gevolg zijn van een graduele verslechtering van de prestaties van onze complexe informatie-verwerking systemen. Ziekte veroorzaakt door courante pathogenen bij de eerste blootstelling genereert echter een verschillende leeftijd-incidentie curve. De waarschijnlijkheid van een eerste blootstelling aan courante organismen daalt exponentieel na de geboorte. Hoe couranter het organisme, hoe sneller de exponentiële afname. Maar de waarschijnlijkheid op fouten na eerste blootstelling zal stijgen in funktie van de leeftijd omdat het immuunsysteem veroudert, net zoals andere lichaam-systemen. Dus zal de leeftijd-incidentie curve die we zouden voorspellen voor een auto-immuun ziekte (optredend ten gevolge ‘molecular mimicry’) er één zijn die piekt op middelbare leeftijd en dan daalt. Verder zal hoe couranter het organisme is, hoe vroeger de piek zal optreden; hoe minder courant het organisme, hoe later de piek.

Deze vorm van leeftijd-incidentie wordt gezien bij de funktionele aandoeningen. AN piekt rond de 20, terwijl prikkelbare darm syndroom en CVS pieken rond de 30-40. Deze aandoeningen ontstaan niet op latere leeftijd omdat men tegen dan vrijwel geen nieuwe bakterieën tegenkomt.

Veranderingen met de tijd

De verspreiding van microben wordt beïnvloed door technologische, sociale en economische verandering. Een opvallend historisch voorbeeld is lepra. Lepra is een ziekte van armoede, overbevolking en slechte hygiëne; die wordt verspreid door langdurig persoonlijk contact. De ziekte was niet ongewoon in Europa in de Middeleeuwen maar is nu zeer zeldzaam. Een ander voorbeeld, relevanter voor deze hypothese, is poliomyelitis [polio, kinderverlamming]. Epidemieën van paralytische poliomyelitis kwamen voor bij zij die het beter stelden in de maatschappij, tegen het einde van de 19e eeuw. In dit geval veroorzaakten armoede, overbevolking en slechte hygiëne een snelle verspreiding van het virus en kinderen met deze aandoening werden blootgesteld tijdens het eerste levensjaar. Verbeterde sociale omstandigheden vertraagden de verspreiding van het virus en onder deze omstandigheden trad de eerste blootstelling later in de kindertijd op. Om redenen die niet volledig worden begrepen, leidde latere blootstelling tot een verhoogd risico op verlamming.

Een ander voorbeeld is klierkoorts veroorzaakt door het Epstein-Barr virus. De ziekte klierkoorts is zeldzaam bij Afrikaanse kinderen en bij de lagere sociale klassen in Europa en Noord-Amerika. Deze kinderen worden op vroege leeftijd aan het virus blootgesteld en vertonen slechts een milde ziekte. Midden-klasse kinderen in Europa Noord-Amerika kunnen de leeftijd van teenager bereiken zonder aan het virus te zijn blootgesteld. Eerste blootstelling als teenager zal meer waarschijnlijk leiden tot een ernstige ziekte.

Er zijn waarschijnlijk meerdere factoren betrokken bij de stijgende ernst van ziekte bij latere blootstelling:

  1. Kinderen blootgesteld tijdens de eerste 6 maand van hun leven zullen gedeeltelijke bescherming hebben door maternale IgG en, indien ze borstvoeding kregen, door IgA in de moeder-melk.
  2. Een verminderde circulatie van organismen leidt tot een wijziging van endemische naar epidemische verspreiding. Epidemische verspreiding leidt tot latere blootstelling en een hogere dosis bij eerste blootstelling.
  3. Het Epstein-Barr virus wordt verspreid via lichaamsvochten en nauw contact als teenager zou geassocieerd kunnen zijn met een hogere dosis bij eerste blootstelling.
  4. Het immuunsysteem verslechtert met de leeftijd, net zoals alle lichaam-systemen, zodat fouten meer waarschijnlijk worden. Dit betekent zowel vals-positieven als vals-negatieven. Een verstoorde respons zal meer waarschijnlijk leiden tot een ernstige infektie alsook auto-immune ziekte.

Een ganse reeks van immuun-gemedieerde ziekten komen meer voor in technologisch geavanceerde landen de voorbije 50 jaar. Deze omvatten: astma, hooikoorts, eczema, type-1 diabetes mellitus en Multipele Sclerose. De term ‘hygiëne-hypothese’ wordt dikwijls gebruikt. Dit impliceert dat sociale vooruitgang leidt tot een gewijzigd patroon van blootstelling aan microben en dit leidt op z’n beurt tot een verhoogd risico op immuun-gemedieerde ziekte.

Prikkelbare darm syndroom, CVS en AN nemen ook toe in technologisch geavanceerde landen. Eens te meer past dit bij het concept van een auto-immuun mechanisme.

Infektie

Er is bewijs dat infektie funktionele aandoeningen kunnen teweegbrengen of verergeren. De aanvang van prikkelbare darm syndroom volgt gewoonlijk na een episode van infektueuze diarree. CVS kan getriggerd worden door infektueuze mononucleose en virale hepatitis. Er is een toenemende interesse in het concept van ‘cross-talk’ tussen de microbiële flora en het darm-, autonoom en centraal zenuwstelsel. Er zijn een aantal manieren waarop bakteriële secretorische produkten neuronale funktie zouden kunnen beïnvloeden maar die werken bij zowel mannen als vrouwen van alle leeftijden. Slechts de vorming van auto-antilichamen is overheersend vrouwelijk en ontstaat op middelbare leeftijd.

Histologische veranderingen afwezig

Infektie veroorzaakt normalerwijs schade aan de weefsels en triggert inflammatie. Bakterieën en virussen kunnen cellen direct beschadigen en ze stimuleren een immuun-respons die ook cellulaire schade veroorzaakt en inflammatie uitlokt. Inderdaad: veel van onze kennis over ziekte en onze klassificatie-systemen van ziekten hangen af van het voorkomen van pathologische veranderingen vastgesteld via licht-microscopie.

De aanwezigheid van histologische veranderingen is een aanwijzing voor de oorzaak maar een afwezigheid van histologische veranderingen betekent niet noodzakeljk een afwezigheid van aanwijzingen voor de oorzaak. Molekulen, zoals bakteriële toxinen of auto-antilichamen, kunnen funktionele effekten veroorzaken zonder histologische verandering. Er is steeds meer bewijs dat bakteriële toxinen kunnen inwerken op de neurale systemen die de ademhaling controleren voor de oorzaak van ‘sudden infant death syndrome’ [wiegedood]. Dit resulteert in sterfte zonder diagnostische histologische bij autopsie. Een ander voorbeeld, meer direct relevant voor de hypothese van dit artikel, is myasthenia gravis. Een auto-antilichaam tegen het acetylcholine-receptor proteïne veroorzaakt spierzwakte. De ziekte is meer courant bij vrouwen dan bij mannen en de piek-incidentie ligt rond de 30 jaar. Er werden auto-antilichamen, die circulerende regulerende peptiden en neuronale proteïnen in de hypothalamus herkennen, gevonden bij patiënten met anorexia nervosa. Er zijn ook meldingen van auto-antilichamen tegen serotonine bij CVS. Post-streptococcen chorea [een neurologisch symptoom: plotse, snelle en ongerichte bewegingen] wordt veroorzaakt door auto-antilichamen tegen basale ganglia proteïnen die kruis-reageren met streptococcen oppervlakte-antigenen. In al deze gevallen is er een afwezigheid van of een gebrek aan histologische veranderingen, zeker wat betreft diagnostische microscopische veranderingen.

Auto-antilichamen tegen darm-, autonome of centrale neuronen zijn een plausibele verklaring voor funktionele aandoeningen. De bloed-hersen-barrière zal de toegang verhinderen tot een groot deel van het centraal zenuwstelsel maar capillairen in de hypothalamus laten IgG-antilichamen door [via poriën in de endotheliale cellen] tot de plaats die de autonome respons en emotionele responsen controleert.

Psychologische theorieën

De funktionele aandoeningen worden dikwijls ‘psychosomatische ziekten’ genoemd. Deze term heeft 2 betekenissen. In oudere literatuur was de term synoniem met ‘psychogeen’ (wat ‘tussen de oren’ of ingebeelde ziekte impliceert). De modernere betekenis is echter dat psychosomatische aandoeningen worden veroorzaakt door de interaktie van psychologische en lichamelijke factoren.

[Funktionele somatische syndromen (FSS) – multipele chemische sensitiviteit, ‘sick building’ syndroom, repetitieve stress letsel, bijwerkingen van siliconen borst-implantaten, Golf Oorlog syndroom, chronische ‘whiplash’, Chronische Vermoeidheid Syndroom, prikkelbare darm syndroom, fibromyalgie, enz. – worden door de aanhangers van de psychologische school verkeerdelijk gelijkgesteld met psychosomatisch. Een aantal klinici aanvaarden dat deze aandoeningen reëel zijn. Psychologen/psychiaters stellen echter (pseudo-wetenschappelijk): “Hoewel discrete pathofysiologische oorzaken uiteindelijk kunnen worden aangetoond; wordt bij sommige patiënten met FSS hun lijden verergerd door een zichzelf in stand houdende, zelf-bevestigende cyclus, waarbij courante symptomen foutief worden toegeschreven aan een ernstige abnormaliteit en waardoor het geloof van de patient dat zij/hij een ernstige ziekte heeft, wordt versterkt. Enz.”… Een funktioneel symptoom is een medisch symptoom dat wordt beschouwd als ontstaan door een probleem in de werking van het zenuwstelsel en niet veroorzaakt door een struktureel probleem of pathologische gedefinieerde ziekte. Het mag uit onze bijdragen hier duidelijk zijn dat er bij M.E.(cvs) wel degelijk strukturele/organische/somatische problemen zijn. FSS is, zoals cvs, een ‘vuilbak-diagnose’. De term wordt door sommigen gebruikt als synoniem voor ‘onverklaard’ (men erkent de symptomen maar er lijkt niets abnormaals te worden gevonden).]

Het is het eerste idee dat leidt tot niet-overtuigende verklaringen. Er zou, bijvoorbeeld, een verhoogde incidentie van lichamelijk en sexueel misbruik in de kindertijd geweest kunnen zijn bij mensen die funktionele aandoeningen gaan vertonen. Het is makkelijk om te begrijpen hoe dit symptomen bij volwassen zou kunnen beïnvloeden maar het is lichtgelovig te bedenken dat misbruik de enige en afdoende oorzaak voor de funktionele aandoeningen zou zijn. Zo zullen moderne concepten voor de perfecte lichamelijke vorm die wordt gepromoot door de mode-industrie, teenagers beïnvloeden om te gaan diëten maar er moet zeker iets meer diepgaand en fundamenteel aan de hand zijn om vermagering/uithongering of zelfmoord te induceren.

Bespreking

Auto-antilichamen tegen neuronale proteïnen geïnduceerd door blootstelling aan microbiële antigenen zijn een plausibele verklaring voor funktionele aandoeningen zoals prikkelbare darm syndroom, CVS en AN. De leeftijd-incidentie, verhoogde frequentie bij vrouwen, veranderingen van de incidentie met de tijd, ontbreken van histologische veranderingen en bewijs voor microbiële precipitatie passen allemaal bij een auto-immune aandoening. […] Auto-antilichamen die op het limbisch systeem werken, zouden extreme emoties kunnen induceren, leidend tot afkeer en angst. […].

Er werden auto-antilichamen tegen regulerende peptiden en serotonine gevonden bij patiënten met AN en CVS. Verder werd er in publicaties gesproken over het concept van bakteriële translocatie [passage van (bestanddelen) van bakterieën door het darm-slijmvlies naar het bloed, lymfeklieren en organen] en ‘molecular mimicry’ leidend tot de produktie van auto-antilichamen. Er is dus reeds enige directe experimentele ondersteuning voor de hypothese die we voorstellen.

Om deze hypothese te onderzoeken, moeten we zoeken naar antilichamen tegen neuronale proteïnen bij patiënten met bovenstaande funktionele aandoeningen. Een belangrijk aspect voor de hypothese is dat genen en proteïnen evolutionair behouden blijven, zodat diverse dieren (vliegen, muizen en mensen) gelijkaardige neuronale proteïnen zullen hebben. De gedetailleerde anatomie van de hersenen van vliegen, muizen en mensen is duidelijk verschillend maar de bouwstenen zijn gelijkaardig. Dit betekent dat we vliegen, zoals Drosophila melanogaster, kunnen gebruiken als een primair model-organisme om menselijke auto-antilichamen te detekteren. D. melanogaster werd in feite al meer dan 100 jaar gebruikt in veel research-gebieden van menselijke ziekten en funktie. In de neurowetenschappen is research, die gebruikmaakt van een waaier aan genetische en molekulaire instrumenten in die vlieg, fundamenteel gebleken voor ons begrip van, bijvoorbeeld, leren en geheugen, slaap, circadiaanse ritmes en de neuro-endocriene regulering van ouder-worden. Als menselijke auto-antilichamen binden op neuronale proteïnen van D. melanogaster kan dit gevisualiseerd worden d.m.v. immunofluorescentie en microscopie. De proteïnen kunnen daaropvolgend worden geïdentificeerd en hun sequentie bepaald m.b.v. een brede waaier aan technieken die beschikbaar zijn voor dit model-organisme.

Als auto-antilichamen een significante rol spelen dan zou immunotherapie op basis van gepoold IgG van gezonde individuen een behandel-optie kunnen zijn bij ernstige, in het bijzonder levensbedreigende, gevallen (zoals AN). Op langere termijn dient men de specifieke kruis-reagerende proteïnen van bakterieën in de microbiële flora (die de auto-antilichamen induceren) te identificeren. De bakterieën van de microbiële flora van een individu zijn slechts een subset van alle bakterieën en het zou mogelijk moeten zijn het verantwoordelijk organisme [kan voor elk individu anders zijn] te verdringen en te vervangen met een nauw verwant organisme dat het oorzakelijk proteïne niet vertoont. Verder zijn we steeds meer de mening toegedaan dat enkel bakterieën die het lichaam binnendringen waarschijnlijk hoge concentraties IgG auto-antilichamen opwekken en onderhouden, en daarom is de identificatie van de verantwoordelijke bakterieën en hun vervanging wellicht niet zo moeilijk als op het eerste zicht lijkt.

februari 5, 2016

Microbioom sekse-verschillen bij M.E.(cvs)

Filed under: Behandeling — mewetenschap @ 2:34 pm
Tags: , , , , , ,

In onderstaand artikel wordt aangetoond dat darm-bakterieën een verschillende rol kunnen spelen bij vrouwen en mannen, zelfs wanneer het microbieel evenwicht van de darm er hetzelfde is. De onderzoekers vonden dat specifieke bakterieën verband hielden met CVS-symptomen. Zelfs als het bakterieel evenwicht hetzelfde was bij de seksen, bleken bepaalde bakterieën (streptococcen, lactobacillen en Clostridium) zich verschillend te gedragen bij vrouwen en mannen. Deze bevindingen geven aan dat een uniforme benadering voor alle gevallen wellicht niet de juiste is.

Dit alles is bewijs voor het bestaan van een ‘microgenderoom’ – dat verwijst naar het verband tussen bakterieën, het immuunsysteem en geslacht-hormonen – bij mensen. De onderzoekers stellen dat een bepaald type bakterie verschillende effekten kan hebben bij vrouwen en mannen, dat men moet beseffen dat een gender verschillend kan reageren op dezelfde behandeling. Streptococcen in de darm gaven bv. meer problemen bij mannen maar minder bij vrouwen.

————————-

Scientific Reports (2016) 6: 19171

Support for the Microgenderome: Associations in a Human Clinical Population

Amy Wallis (1), Henry Butt (2), Michelle Ball (1), Donald P. Lewis (3) & Dorothy Bruck (1)

1 Psychology Department, Victoria University, Victoria, Australia

2 Bioscreen (Aust) Pty Ltd, Victoria, Australia

3 CFS Discovery Clinic, Donvale, Victoria, Australia

 

Het ‘microgenderoom’ [(studie van) de verschillen in microbioom volgens geslacht/gender] betekent een paradigma-verschuiving die de nadruk legt op de rol van geslacht-verschillen wat betreft de interaktie tussen gastheer-microbiomen die relevant is voor auto-immune en neuro-immune aandoeningen. Analyse van zelf-gerapporteerde gegevens en data van microbiële faeces-analyse van 274 patiënten met Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS) suggereert dat commensale [commensaal = onschadelijk gast-organisme, bv. een bakterie in de darm] darm micro-organismen een beschermende én schadelijke rol kunnen spelen bij symptoom-expressie. De resultaten onthulden significante geslacht-specifieke interakties tussen Firmicutes (Clostridium, Streptococcus, Lactobacillus & Enterococcus) en M.E./CVS-symptomen (inclusief neurologische, immune en stemming-symptomen), ongeacht de gelijkaardige samenstelling op microbieel niveau bij de beide seksen. We bieden ondersteuning voor het microgenderoom bij een menselijke klinische populatie. Research dient de geslacht-interakties in overweging te nemen bij het onderzoeken van de samenstelling en de funktie van menselijke microbiomen.

Inleiding

De aangroeiende kennis over de interaktie tussen gastheer-microbiomen geeft informatie voor translationeel onderzoek en therapeutische benaderingen van een reeks van chronische aandoeningen. Met de term ‘het microgenderoom’, werd de nadruk gelegd op sekse-verschillen en de kritieke rol van geslacht-hormonen in de microbiële hersenen-ingewanden as. Aan de hand van een dier-model, bevestigden onderzoekers de bidirectionele relatie tussen commensale darm-microbiomen, geslacht-hormonen en het immuunsysteem, en gaven ze een verklaring voor het seksueel dimorfisme [voorkomen van 2 vormen] bij type-1 diabetes. Hun resultaten leverden bewijs voor geslacht-specifieke microbiële gemeenschappen, geslacht-specifieke responsen op dezelfde microbiële gemeenschappen, de rol van sexuele rijping met een impact op microbiële gemeenschappen en bewijsmateriaal aangaande het feit dat microbiële gemeenschappen een beschermende en therapeutische rol kunnen spelen bij het beïnvloeden van hormonale, metabole en immunologische mechanismen. De nadruk leggend op de noodzaak om sekse-specificiteit qua microbiële samenstelling en funktie te onderzoeken, suggereren deze en vergelijkbare bevindingen [bv. Multipele Sclerose] dat intestinale dysbiose – uitgesproken veranderingen van het darm-microbioom – oorzakelijke en daaruitvolgende rollen bij auto-immuunziekten en andere aandoeningen kunnen spelen.

Intestinale dysbiose en verhoogde intestinale permeabiliteit (afwijkingen in het slijmvlies en de spieren van het maag-darm-kanaal) werden waargenomen bij de neuro-immune aandoening Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS). De belangrijkste eigenschap van post-exertionele vermoeidheid en de multi-systemische symptomatologie weerspiegelen een dysfunktie van het centraal zenuwstelsel (CZS), immuunsystemen en inflammatoire mechanismen. De overlappende symptoom-presentatie en de 2:1 vrouw-man verhouding zijn vergelijkbaar met die bij auto-immune ziekten. […] Er is verder onderzoek nodig om de etiologie van deze complexe en invaliderende aandoening te verduidelijken. Het toepassen van het microgenderoom op M.E./CVS kan kansen bieden om de onbevestigde pathofysiologie te verhelderen en behandelingen voor deze heterogene klinische populatie te differentiëren.

Door middel van retrospectieve klinische gegevens (n = 274, 68,6 % vrouwen [CVS-diagnose volgens de ‘Canadian Definition’ Criteria of de Fukuda criteria]), waren we in staat om geslacht-vergelijkingen te bieden voor a) symptoom-presentatie; b) microbiële samenstelling en c) interakties tussen microbiële gemeenschappen en M.E./CVS-symptomen.

Resultaten

Sekse-verschillen qua symptoom-presentatie

Om sekse-verschillen bij symptoom-presentatie te bepalen, werden zelf-gerapporteerde symptomen gecategoriseerd in 13 factoren; waarvan 12 factoren gecategoriseerd volgens de Internationale Consensus Criteria, plus een factor stemming-symptomen. De patiënten beoordeelden de symptoom-ernst (laatste 7 dagen) en -frequentie (voorbije 12 maanden) op een schaal van 0-4. Impact-scores (frequentie x ernst van de symptomen) werden berekend als maatstaf voor elke factor (hogere scores = grotere beperking). Statistische testen toonden geslacht-verschillen voor 9 van de 13 factoren met metingen die een tendens aangeven dat vrouwen meer waarschijnlijk een grotere beperking melden. Niettegenstaande mogelijke sekse-verschillen bij de zelf-rapportering van hoe men omgaat met de symptomen, geven de ge-upreguleerde serotonerge respons die wordt gezien bij vrouwelijke patiënten met CVS [Weaver SA et al. Sex differences in plasma prolactin response to tryptophan in Chronic Fatigue Syndrome patients with and without co-morbid fibromyalgia. Journal of Women’s Health (2010) 19: 951-958] en bewijsmateriaal bij parallelle klinische populaties, – bv. osteo-artritische pijn, migraine en pijn in de dieperliggende weefsels, prikkelbare darm syndroom en depressie – aan dat een interaktie tussen geslacht-steroïden, neuro-endocriene en immuunsystemen een plausibele verklaring kan zijn voor de verhoogde symptoom-ernst en geassocieerde funktionele stoornissen bij vrouwen. Deze resultaten zetten aan tot onderzoek van pathofysiologische verschillen.

Sekse-gelijkenissen qua microbiële samenstelling

Vergelijking tussen de seksen voor elke genus [‘geslacht’ in de indelingsleer van de biologie, staat net boven ‘soort’] was gebaseerd op microbiële cultuur-methodes van stoelgang-stalen. Vooruitgang op gebied van metagenomica [genetische informatie van de bakterieën en die van de gastheer] bieden een superieure detektie van de microbiële diversiteit maar op culturen gebaseerde methodes blijven echter nuttig om het aantal levende bakterieën te tellen bij klinische en toegepaste research. De verschillende bakterieën werden gekwantificeerd als aantal levende [die kolonies vormen op een voedingsbodem] en relatief aantal (RA; verhouding telling-per-soort op totaal aantal detekteerbare in % uitgedrukt). Anaëroben (Bacteroides, Bifidobacterium, Clostridium, Eubacterium & Lactobacillus) en aëroben (Escherichia, Streptococcus, Enterococcus) werden onderzocht.

Statistische testen gaven aan dat er geen significante sekse-verschillen waren qua frequentie (aantal) of aandeel (RA) van elke genus. Daarnaast was er geen significant verschil bij geslacht-vergelijkingen van het totaal aantal detekteerbare bakterieën (1010 cfu/g [cfu = kolonie-vormende éénheden] bij vrouwen en mannen) en de verhouding tussen alle detekteerbare aërobe en anaërobe bakterieën (Aëroob:Anaëroob Ratio: 1,21 bij mannen, 1,10 bij vrouwen). Deze resultaten suggereren consistente microbiële samenstellingen bij de geslachten binnen deze klinische groep.

Interakties tussen microbiële gemeenschappen en symptoom-expressie

Er werden statistische correlaties gebruikt om sekse-interakties tussen microbiële RA en M.E./CVS symptoom-factoren te onderzoeken. Meerdere significante verbanden tussen genera [meervoud van ‘genus’] en M.E./CVS-symptomen gaven aan dat het resultaten-patroon afwijkend was tussen de geslachten. De sekse-specifieke interakties geobserveerd voor Clostridium, Lactobacillus & Streptococcus worden besproken.

Clostridium

Bij de vrouwen was Clostridium positief geassocieerd met 8 van de 13 M.E./CVS-symptomen. Er waren significante kleine/middelmatige positieve correlaties voor vermoeidheid, neurocognitieve symptomen, slaap, immuniteit-stoornissen, totale ICC-symptomen en totale symptoom-score. Bij de mannen werd een tegengesteld verband gevonden, met een significante negatieve correlatie tussen Clostridium RA en stemming-symptomen. […]

Lactobacillus

Er waren positieve associaties tussen Lactobacillus en totale M.E./CVS symptoom-factoren bij de mannen in dit staal. Bij de vrouwen werden echter geen significante verbanden gezien tussen deze variabelen. Enkel bij de mannen werden matige effekten voor neurocognitieve en neurosensorische factoren genoteerd. Andere symptomen geassocieerd met neurologische stoornissen, inclusief pijn en stemming-factoren vertoonden ook consistent significante verbanden en gelijkaardige effekten bij mannen. Als we de gelijkaardige frequentie en distributie van Lactobacillus voor de geslachten in dit staal in overweging nemen, kunnen de verschillende symptoom-expressie bij mannen het best worden verklaard door een sekse-specifieke respons op dezelfde microbiële gemeenschap.

Streptococcus

Het afwijkend sekse-patroon van associaties tussen Streptococcus en M.E./CVS-symptomen was consistent voor 12 van de 13 symptoom-factoren. Correlaties voor Streptococcus RA suggereerden tegengestelde beschermende of pathogene kwalititeiten tussen de geslachten. Bij de mannen bleken kleine tot matige significante positieve associaties tussen Streptococcus RA en pijn, slaap, immuniteit, gastro-intestinale symptomen, genito-urinaire problemen, energie-produktie/transport stoornissen, ICC symptomen en totale. Omgekeerd, bij de vrouwen waren er significante negatieve correlaties tussen Streptococcus RA en pijn, neurosensorische en immuniteit- stoornissen.

Bifidobacterium: mogelijke sekse-consistentie

Hoewel enkel significant bij de vrouwelijke subgroep gaven de analyses van Bifidobacterium RA een voorbeeld voor consistent voorkomen bij de seksen in dit staal en ondersteunden ze mogelijke beschermende eigenschappen voor deze soort. Er waren significante beperkte negatieve correlaties tussen Bifidobacterium RA en vermoeidheid, neurocognitieve, neurosensorische, energie-produktie/transport stoornissen, ICC symptomen en totale symptomen.

Bespreking

Onze observaties in deze M.E./CVS-groep toonden a) geslacht-verschillen qua symptoom-presentatie; b) sekse-consistentie qua microbiële gemeenschappen en c) geslacht-specifieke interakties met darm-microbiomen en symptoom-expressie. Verbanden tussen symptoom-ernst en bakteriële waarden, in de context van sekse-consistentie qua microbiële gemeenschappen, impliceren geslacht-specifieke interakties met darm-microbiomen. We kunnen enkel hypothiseren over de precieze mechanismen van geslacht-interakties omdat de hormonale status van de patiënten in dit staal niet beschikbaar was. Er werd gesuggereerd dat wijzingen qua microbiële samenstelling en het daarmee verband houdend onevenwicht qua produktie van oestrogeen-receptor agonisten/antagonisten zou kunnen bijdragen tot immuniteit-stoornissen en andere symptomen die worden gezien bij M.E./CVS. Specifieke bakterie-klassen (Firmicutes, Actinobacteria & Proteobacteria) metaboliseren en moduleren de homeostase van steroïde geslacht-hormonen via genen die coderen voor hydroxysteroïd-dehydrogenase (HSD) enzymen. Bijzonderlijk soorten binnen de geslachten Clostridium, Bacteroides & Eubacterium zijn gekende producenten van de enzymen 7α- en 7β-hydroxysteroïd-dehydrogenase, die mensen en dieren in staat stellen cholesterol te absorberen, de voorloper van steroïd-hormonen. De resultaten van deze studie stellen echter ons huidig begrip van deze processen en in vraag en suggereren de noodzaak de gastheer-relatie met intestinale organismen op species-niveau te onderzoeken voor elk van deze 3 bakterie-geslachten.

Het verband tussen microbiomen en hormonen lijkt bidirectioneel. In populaties met intestinale dysbiose, kan het gevolg van veranderingen in het hormonaal metabolisme en ontregeling, de symptoom-expressie en variabiliteit helpen verklaren. Omgekeerd: hormonale onevenwichten kunnen ook intestinale dysbiose bestendigen. Het fylum [stam] Firmicutes omvat de soorten Clostridium, Lactobacillus en Streptococcus, die alle 3 interessante sekse-interakties vertoonden in onze groep. Bij toekomstige studies zou moeten worden overwogen de hormonale status en biomerkers na te gaan om mogelijke interakties met microbiële samenstelling te onderzoeken in een poging de fysiologie die aan de basis ligt van deze geslacht-verschillen af te lijnen.

Misschien weerspiegelen de verbanden tussen Clostridium en sommige M.E./CVS-symptomen bij vrouwen de invloed van het dieet en variatie op species-niveau. Een toename van Firmicutes bleek ook geassocieerd met een meer typisch ‘Westers’ dieet waarbij de opportunistische soorten Clostridium difficile & Clostridium perfringens zich snel ontwikkelen door de verhoogde inname van geraffineerde suikers. De sekse-specifieke verbanden in het huidig staal stellen verder vragen omtrent intestinale dysbiose bij M.E./CVS; in het bijzonder onderzoek naar hogere waarden van Clostridium species die neurologische symptomen bij vrouwen verergeren en naar het potentieel nut van behandelingen om het intestinaal evenwicht te herstellen.

Observaties aangaande de geslachten Lactobacillus & Streptococcus suggereren dat D-lactaat een bijdragende factor kan zijn tot de symptoom-expressie, bijzonderlijk bij mannen. Deze hypothese verklaart de neurologische symptomen van of M.E./CVS ten gevolge neurotoxische effekten van bakteriële metabolieten (D-melkzuur geproduceerd door de meeste Lactobacillus en Streptococcus soorten) op de hersenen en het zenuwstelsel [Galland, L. The gut microbiome and the brain. J. Medicinal Food (2014) 17: 1-12]. Er werden verhoogde waarden D-melkzuur gevonden in het serum van CVS-patiënten met intestinale bakteriële overgroei, geassocieerd met cognitieve en neurologische stoornissen [Uribarri J et al. D-lactic acidosis: a review of clinical presentation, biochemical features and pathophysiologic mechanisms. Medicine (1998) 77: 73-82], en verlaagd in respons op behandeling bij een groep CVS-patiënten. De mechanismen van een geslacht-specifieke respons op D-melkzuur werden niet overwogen.

Mogelijke sekse-verschillen qua symptoom-expressie als gevolg van of bijdragende factor tot de microbiële samenstelling hebben klinische en research-implicaties. Bij behandeling gericht op het herstel van de intestinale homeostase (faecale transplantaties, antibiotica en probiotica) dient men de individuele variatie en mogelijke geslacht-verschillen die de responsiviteit kunnen beïnvloeden te overwegen. Er moeten klinische testen worden ontworpen met voldoende grote groepen om sekse-vergelijkingen mogelijk te maken. Anders zou een gelijkaardige samenstelling binnen een klinische populatie verkeerdelijk kunnen worden geïnterpreteerd. In het bijzonder nopen de bevindingen omtrent Lactobacillus soorten bij mannen tot voorzichtigheid wat betreft voorbarige supplementering met D-lactaat producerende bakterieën. De resultaten ondersteunen echter de gezondheid-bevorderende effekten van Bifidobacteria, zoals werd geobserveerd bij diverse ziekten (waaronder prikkelbare darm syndroom, kanker, angst en depressie).

Gecombineerd suggereren onze resultaten het microgenderoom in een menselijke klinische populatie. De via analyses van de genera geobserveerde geslacht-interakties bieden geen specificiteit en moeten aanzetten tot verder onderzoek op species-niveau. Deze resultaten vragen om research naar de rol van de interaktie van geslacht-steroïden met microbiomen bij de modulatie van vermoeidheid, pijn, neurale en immuun-responsen die wordt gezien bij M.E./CVS. Dit is een klinisch complexe maar interessante research-populatie met overlappende symptomatologie die relevant is voor diverse klinische groepen. Onderzoek-inspanningen die fenotypes en een mechanistisch begrip van het menselijk microbioom genereren, vereisen onderzoek van mogelijke of geslacht- en funktionele verschillen wat betreft gemeenschappen met gelijkaardige samenstelling.

januari 22, 2016

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

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

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

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

————————-

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

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

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

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

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

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

Samenvatting

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

1. Inleiding

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

2. Materialen en methodes

2.1. Patiënten en staal-afname

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

[…]

2.2. Analyse van cytokinen/chemokinen en groei-factoren

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

2.3. Verwerking van gegevens

[…]

2.4. Statistische analyses

A. Hypothese-testen

[…]

B. Multi-variate data-analyse

[…]

3. Resultaten

3.1. Studie-populatie

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

3.2. Uni-variate analyse

[…]

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

3.3. Multi-variate analyse

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

[…]

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

4. Bespreking

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

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

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

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

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

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

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

januari 7, 2016

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

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

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

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

————————-

PLOS One [December 2015]

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

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

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

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

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

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

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

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

Samenvatting

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

Inleiding

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

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

Methodes

[…]

Resultaten

Fenotypische kenmerken

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

Post-exertionele malaise

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

Microbioom-kenmerken

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

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

Microbioom-respons op maximale inspanning

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

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

Bespreking

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

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

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

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

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

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

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

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

————————-

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

december 23, 2015

Inspanning-mimetica

Filed under: Behandeling — mewetenschap @ 2:23 pm
Tags: , , , , ,

Inspanning-mimetica zijn molekulen die de effekten van inspanning op het metabolisme zouden nabootsen. Ze worden voorgesteld om een veralgemeende zwakte-toestand (spier-atrofie, bloed-armoede, ondervoeding enz.) te behandelen (vooral bij kanker). Inspanning verbetert het spier-fenotype maar de meeste patiënten blijven sedentair. Omdat patiënten chronische vermoeidheid en co-morbiditeiten vertonen die de inspanning-tolerantie verminderen zouden medicijnen die inspanning nabootsen nuttig kunnen zijn voor mensen die niet in staat zijn tot lichamelijke aktiviteit. In de literatuur vinden wij geen suggesties naar het gebruik bij M.E.(cvs) toe maar het lijkt ons nuttig dit te bekijken. Researchers zouden behandelingen kunnen onderzoeken die doeltreffend zijn naar spier-fenotype toe maar ze dienen natuurlijk ook te verdragen zijn want sommige inspanning-mimetica vertonen ernstige bijwerkingen.

In het stuk ‘Abnormale AMPK-aktivatie & glucose-opname in spiercellen bij CVS’ hadden we het over het werk van Julia Newton en medewerkers. Deze rapporteerden over een spier-abnormaliteit bij M.E.(cvs) gerelateerd met AMPK een proteïne-complex dat onder normale fysiologische omstandigheden geaktiveerd wordt tijdens spier-samentrekking. Ze maakten ook gewag van mogelijk onderzoek naar potentiële therapieën. Uit onderstaand artikel blijkt ook dat een inspanning-mimeticum de aktiviteit van AMPK kan stimuleren…

————————-

Journal of Pharmacovigilance 3: e138 (2015)

Will exercise mimetics hold promise?

Dario Coletti1,2 & Sergio Adamo1

1Department of Anatomical, Histological, Forensic and Orthopedic Sciences, Histology and Medical Embryology Section, Sapienza University of Rome, Italy

2Department of Biological Adaptation and Ageing, Pierre et Marie Curie University, Paris 6, France

Skelet-spieren staan reeds lang bekend als doelwit van meerdere groei-factoren en hormonen (IGFs [insuline-achtige groei-factoren], steroïden, schildklier- en hypofyse-hormonen), die dikwijls spier-ontwikkeling en homeostase reguleren. Een dergelijke complexe hormonale regulering is niet verrassend als men de vele diverse funkties die spieren uitoefenen in overweging neemt: kracht-ontwikkeling, regulering van de lichaamstemperatuur en metabole opslag (door de proteïne-inhoud). Aktieve spieren zijn verantwoordelijk voor meer dan 90% van het totaal energie-verbruik door het lichaam. De zienswijze dat spieren een bron zijn van meerdere hormonen maakt skelet-spieren de grootste endocriene klier van het lichaam en waarschijnlijk de meest complexe, omwille van het aantal (honderden) peptiden die het secretoom [geheel van eiwitten uitgescheiden door een cel] vormen.

Een nieuwe kijk op de spier bij inspanning als endocrien orgaan

Enkele spier-produkten (myokinen [cytokinen afgegeven door spiercellen in respons op inspanning]) hebben een paracriene funktie, het reguleren van spier-massa (myostatine [negatieve regulator van de spier-massa], IL-4, IL-6). Andere, zoals IL-8, irisine [het -controversieel- “inspanning-hormoon”] en BDNF, moduleren het vet-weefsel metabolisme, of bv. IL-6 en bijkomende myokinen staan bekend om hun werking op de lever, beenderen, immune en vasculaire systemen. Dit geeft aan dat skelet-spieren, die sterk gevasculariseerd zijn, in staat zijn meerdere doelwitten te beïnvloeden via of endocriene mechanismen. Inderdaad: de endocriene funkties van skelet-spieren werd reeds lang vermoed op basis van klinische bevindingen: alle abnormaliteiten die het metabool syndroom [een chronisch stofwisselingsprobleem] kenmerken, zijn verbonden met een gebrek aan lichamelijke aktiviteit, net zoals een verhoogd risico op kanker, cardiovasculaire ziekten en osteoporose. Zodoende reguleren spieren inderdaad het metabolisme van veel afgelegen weefsels via myokinen. De molekulaire identiteit van de myokinen, hun signalisering naar weefsels toe, de metabole responsen opgewekt door dergelijke signalen, dragen allemaal bij tot een complex metabool netwerk dat wordt onderzocht op molekulair en fysiologisch niveau.

Inspanning-mimetica: mogelijke toepassingen en verkeerd gebruik

Het idee om door het myokine-netwerk als doelwit te kiezen men de signalen opgewekt door spieren bij inspanning kan nabootsen, is de rationale voor een nieuwe familie medicijnen, de inspanning-mimetica [Matsakas A, Narkar VA. Endurance exercise mimetics in skeletal muscle. Curr Sports Med Rep (2010) 9: 227-232 /// Vina J, Sanchis-Gomar F, Martinez-Bello V, Gomez-Cabrera MC. Exercise acts as a drug; the pharmacological benefits of exercise. Br J Pharmacol (2012) 167: 1-12]. Inspanning-mimetica zijn een heterogene groep molekulen die de capaciteit hebben mechanismen te induceren die fysiologisch geaktiveerd worden door inspanning, en zo uithouding stimuleren en spier-atrofie voorkomen. [Brault JJ, Jespersen JG, Goldberg AL. Peroxisome proliferator-activated receptor gamma co-activator 1alpha or 1beta over-expression inhibits muscle protein degradation, induction of ubiquitin ligases and disuse atrophy. J Biol Chem. (2010) 285:19460-19471 /// Tadaishi M, Miura S, Kai Y, Kawasaki E, Koshinaka K et al. Effect of exercise intensity and AICAR on isoform-specific expressions of murine skeletal muscle PGC-1a mRNA: a role of ß2-adrenergic receptor activation. Am J Physiol Endocrinol Metab (2011) 300: E341-349 /// Fan W, Atkins AR, Yu RT, Downes M, Evans RM. Road to exercise mimetics: targeting nuclear receptors in skeletal muscle. J Mol Endocrinol (2013) 51: T87-87T100] Onder andere GW1516 (ook bekend als GW501516 [aktivator, receptor-agonist van PPARβ/δ (nucleaire hormoon-receptor) = onveilig doping-produkt ‘Endurobol’]) of AICAR [5-amino-imidazol-4-carboxamide ribonucleotide; een AMP-analoog dat de aktiviteit van AMPK kan stimuleren; het verhoogt de metabole aktiviteit van weefsels door het wijzigen van de spier-samenstelling] zijn aktivatoren van AMPK, PPARs [peroxisoom proliferator geaktiveerde receptoren; groep van receptor-eiwitten in de kern die als transcriptie-factoren de expressie van bepaalde genen reguleren] en PGC-1 [‘proliferator-activated receptor gamma co-activator 1-alpha’; lid van een familie van transcriptie co-aktivatoren die een centrale rol speelt bij de regulering van het cellulair energie-metabolisme; stimuleert mitochondriale biogenese], een complex van effector-proteïnen, transcriptie-factoren en co-aktivatoren. Dit mechanisme leidt uiteindelijk tot de aktivatie van mitochondriogenese en spier oxidatief metabolisme, zoals dat zou gebeuren in respons op een verhoogde AMP/ATP-ratio, die fysiologisch volgt op inspanning en energie-consumptie. Opmerkenswaardig: inspanning-mimetica zoals GW1516 bleken bio-aktief bij mensen [Sprecher DL, Massien C, Pearce G, Billin AN, Perlstein I et al. Triglyceride: High-Density Lipoprotein Cholesterol Effects in Healthy Subjects Administered a Peroxisome Proliferator Activated Receptor d Agonist. Arterioscler Thromb Vasc Biol (2007) 27: 359-365], wat een voor de hand liggende toepassing voor deze medicijnen suggereert. Ook het anti-oxidant resveratrol bleek synergie te vertonen met inspanning, met een positieve invloed op spier-prestaties, mitochondriogenese en insuline-gevoeligheid; het werking-mechanisme, dat blijkbaar verder strekt dan zijn anti-oxidant effekt, is echter nog onduidelijk [Mankowski RT, Anton SD, Buford TW, Leeuwenburgh C. Dietary Antioxidants as Modifiers of Physiologic Adaptations to Exercise. Med Sci Sports Exerc. (2015)].

Aangezien inspanning-mimetica myofibers [myofiber = meerkernige spiercel] meer energie-efficiënt en vermoeidheid-resistent maken via het verminderen van glycogeen-afhankelijkheid en het verhogen van de vetzuur-oxidatie, werden veel mogelijke toepassingen voorgesteld naar pathologie toe, inclusief de farmacologische behandeling van met kanker en diabetes geassocieerde cachexie [veralgemeende zwakte-toestand] en sarcopenie [verlies aan spier-massa en -funktie] [Lenhard JM, Lancaster ME, Paulik MA, Weiel JE, Binz JG et al. The RXR agonist LG100268 causes hepatomegaly, improves glycaemic control and decreases cardiovascular risk and cachexia in diabetic mice suffering from pancreatic beta-cell dysfunction. Diabetologia (1999) 42: 545-554 /// Moresi V, Pigna E, Aulino P, Berardi E, Rossi E et al. (2013) Mechanisms underlying exercise-mediated rescue of cachexia. Eur J Transl Myol (2013) 23: 14-15].

Bij de mogelijke toepassingen voor de algemene populatie, zouden inspanning-mimetica kunnen worden gebruikt om veel gevolgen van inaktviteit te wijden aan veroudering, verminderde zwaartekracht, gedwongen immobilisatie of levensstijl te vermijden; daarbij horen de ontwikkeling van insuline-resistentie, vet-accumulatie, metabool syndroom, type-2 diabetes (allemaal aandoeningen met hoge sociale kosten). Er dient te worden aangestipt dat, hoewel GW1516 synergetisch was met inspanning en uithouding induceerde bij muizen, het de gen-expressie in spieren verhoogde zonder de uithouding significant te veranderen wanneer het werd toegediend aan sedentaire muizen. Andersom bleek AICAR metabole gen-expressie te induceren en uithouding te versterken bij sedentaire muizen [Narkar VA, Downes M, Yu RT, Embler E, Wang YX et al. AMPK and PPARdelta agonists are exercise mimetics. Cell (2008) 134: 405-415]. Het gebruik van “inspanning-pillen” als respons op het steeds ernstiger wordend probleem van lichamelijke inaktiviteit werd elders bediscussieerd en becommentarieerd, en de capaciteit van inspanning-mimetica om inspanning volledig na te bootsen werd in vraag gesteld [Warden SJ, Fuchs RK. Are “exercise pills” the answer to the growing problem of physical inactivity? Br J Sports Med (2008) 42: 862-863 /// Rantzau C, Christopher M, Alford FP. Contrasting effects of exercise, AICAR and increased fatty acid supply on in vivo and skeletal muscle glucose metabolism. J Appl Physiol (2008) 104: 363-370]. Het is evident dat de toxiciteiten van de verscheidene inspanning-mimetica ernstig moeten worden genomen en over nagedacht in de context van een therapeutische indicatie.

Als versterkers van fysieke prestaties, zullen behandelingen met inspanning-mimetica worden beschouwd als doping in de sport. Inderdaad: AICAR amplificeerde bij muizen de normale respons op inspanning en induceerde grotere uithouding, wat het de bezorgdheid over misbruik door atleten oproept. Bijzonderlijk bij marathon-lopen, fietsen en lange-afstand zwemmen zou er een groot effekt kunnen zijn. Er zijn echter testen beschikbaar voor het detekteren van GW1516 en AICAR, en hun metabole neven-produkten.

Hard werken of pillen slikken?

Inspanning-mimetica zouden de ideale behandeling kunnen zijn voor patiënten die geen toegang hebben tot of moeten stoppen met uithouding-training-programma’s (omwille van allerlei omstandigheden). Daarnaast zouden inspanning-mimetica kunnen worden gebruikt om specifieke metabole mechanismen, die gewijzigd zijn bij sommige spier-pathologieën of bij aandoeningen gelinkt met ouder-worden of gedwongen immobiliteit, te targetten. Er is een potentieel voor klinisch gebruik van inspanning-mimetica: GW1516 en AICAR kunnen effekten hebben op het suiker- en lipiden-metabolisme, en zodoende metabool syndroom behandelen of vertragen. GW1516 kan de respons op zelfs matige inspanning versterken, terwijl AICAR zou kunnen worden gebruikt wanneer geen inspanning mogelijk is.

Lichamelijke inspanning heeft echter systemische effekten en het is zeer onwaarschijnlijk dat één enkele molekule of mechanisme de complexiteit van inspanning-effekten op het organisme kan nabootsen. Het gebruik van inspanning-mimetica voor orgaan-falen, zoals COPD (dat minder sterk gekenmerkt wordt door spier-verlies dan kanker) blijft dan ook speculatief. Zelfs al kunnen we algemene inspanning-mimetica effekten gemedieerd door selektieve spier-stimulatie niet uitsluiten, ontbreekt dergelijk bewijs en de impact van inspanning-mimetica op verschillende organen dient te worden opgehelderd. De research dient te worden voortgezet om het complex netwerk van de myokinen en hun werking-mechanismen te karakteriseren, en op molekulair niveau de spier-respons op inspanning te verduidelijken. Farmacologisch onderzoek zou bovendien moeten streven naar de ontwikkeling van nieuwe molekulen die in staat zijn te interfereren met deze complexe mechanismen met minimale toxiciteit, met als belangrijke doelwitten het verminderen van de sociale kosten van het metabool syndroom en bijdragen aan kanker-preventie.

————————-

In een review-artikel (‘Utilizing small nutrient compounds as enhancers of exercise-induced mitochondrial biogenesis’) in het tijdschrift ‘Frontiers in physiology’ (2015; 6: 296) bespreken Britse onderzoekers farmaceutische stoffen en kleine bio-aktieve voedingstoffen waarvan wordt beweerd dat ze inspanning-responsieve signalisering-mechansimen in skelet-spieren zouden kunnen versterken.

Volgens hen kan het hierboven vermelde GW501516 niet echt als een inspanning-mimeticum worden gezien maar in het beste geval als een inspanning-‘enhancer’ want het verhoogde de uithouding-capaciteit enkel wanneer het werd gecombineerd met inspanning (bij muizen). Het zou ook aanleiding tot kanker kunnen geven. Het gebruik van AICAR (werd ook getest bij muizen) in vivo blijkt twijfelachtig. Al bij al zijn er nogal wat vragen rond de haalbaarheid van een echt inspanning-mimeticum.

Volgens de Britten is het gebruik van ‘functional foods’ of kleine bio-aktieve ingrediënten om inspanning-responsieve netwerken te beïnvloeden wel beloftevol. Ze bespreken Groene Thee Extracten (GTEs; een klasse polyfenolische flavonoïden waarvan epigallocatechine-gallaat (EGCG) de krachtigste werking zou hebben), caffeïne (induceert de aktivatie van AMPK), epicatechinen (flavonoïden uit cacao), de polyfenolen resveratrol & quercetine, en het gebruik van ‘branch-chain’ aminozuren (BCAA, ‘vertakte’ aminozuren zoals leucine, isoleucine & valine; stimuleren PGC-1α & SIRT1 gen-expressie). Deze molekulen dienen te worden gezien als inspanning-versterkers, niet als -mimetica. Onderzoek vereist!

Lees ook ‘Mogelijke therapeutische interventies voor mitochondriale dysfunktie’, over interventies om sarcopenie te reduceren.

« Vorige paginaVolgende pagina »

Maak een gratis website of blog op WordPress.com.