M.E.(cvs)-wetenschap

juni 10, 2016

Abnormaliteiten in het vasomotor-centrum van de hersenstam bij CVS

Filed under: Fysiologie,Neurologie — mewetenschap @ 6:20 am
Tags: , , ,

Het autonoom zenuwstelsel (AZS) is een cruciaal onderdeel van het zenuwstelsel. Het bestaat uit verscheidene controle-centra in de hersenen (de hypothalamus, kernen in het midden-brein en de hersenstam) van waaruit signalen worden gezonden naar de organen (hart en bloedvaten, darmen, blaas, enz.) via 2 soorten zenuwen (het sympathisch zenuwstelsel – SZS – en het parasympathisch zenuwstelsel – PZS). Beide helpen de aktiviteit van die organen te regelen (versnellen of vertragen). Het AZS kan de hartslag/bloeddruk doen verhogen, en de bloedtoevoer naar de hersenen en de spieren beïnvloeden. Als er een over-aktiviteit is in dit deel van het zenuwstelsel, kan het ook prikkelbare darm achtige symptomen geven en de plas-frequentie beïnvloeden.

We weten al dat er goed klinisch en research-bewijs is (bv. het werk van Prof. Newton – zie links in de tekst) dat aantoont dat sprake is van een ANS-dysfunktie bij M.E.(cvs). Dit speelt een belangrijke rol bij symptomen zoals orthostatische intolerantie/ hypotensie (sterke daling van de bloeddruk bij de overgang van liggen naar rechtopstaan), POTS, koude handen en voeten (bloedvaten die samentrekken bij koud weer) maar ook darm- en blaas-symptomen. Omdat het AZS de bloedvaten en dus de bloeddoorstroming beïnvloedt, speelt het ook een rol bij de spier-funktie (spieren zijn sterk doorbloed) en de cognitieve funktie (verminderde bloeddoorstroming naar de hersenen).

Bij de onderstaande research werd een speciaal type beeldvorming van de hersenen (magnetische resonantie beeldvorming – MRI) gebruikt om na te gaan wat zou kunnen gebeuren in controle-centra van het brein bij M.E.(cvs) in relatie met hartslag en bloeddruk. De voornaamste bevindingen waren abnormaliteiten in het vasomotorisch (‘bloeddruk-regelend’) centrum, de midden-hersenen (in het bovenste deel van de hersenstam) en de hypothalamus, maar ook in kernen van het limbisch systeem die betrokken zijn bij de stress-respons en in de witte-hersenstof van de pre-frontale kwab. De onderzoekers besloten dat deze regulerende kernen correct werken maar dat er een verstoring is van de communicatie/signalisering ertussen.

Behoorlijk complexe materie en het biedt geen nieuwe oplossingen met betrekking tot de behandeling van een AZS-dysfunktie maar het is goed om weten dat de hersenstam eerder al betrokken bleek bij ME.(cvs) (Costa DC, Tannock C, Brostoff J. Brainstem perfusion is impaired in Chronic Fatigue Syndrome. Q. J. Med. (1995) 88: 767-773).

Zie naast de links in onderstaande tekst ook ‘Neurocognitie & cerebrale bloeddoorstroming bij CVS+POTS’, ‘CVS & verstoorde perifere puls karakteristieken bij orthostase, ‘Verminderde fysieke aktiviteit & autonome regulering bij CVS’…

————————-

Neuroimage Clin. (2016) 11: 530-7

Autonomic correlations with MRI are abnormal in the brainstem vasomotor centre in Chronic Fatigue Syndrome

Barnden LR1, Kwiatek R2, Crouch B3, Burnet R4, Del Fante P5

1Department of Nuclear Medicine, The Queen Elizabeth Hospital, Woodville, SA 5011, Australia; National Centre for NeuroImmunology and Emerging Diseases, Griffith University, Gold Coast, QLD 4222, Australia

2Division of Medical Subspecialities, Lyell McEwin Hospital, Elizabeth, SA 5112, Australia

3Department of Nuclear Medicine, The Queen Elizabeth Hospital, Woodville, SA 5011, Australia

4Endocrinology Department, Royal Adelaide Hospital, Adelaide, SA 5000, Australia

5Healthfirst Network, Woodville, SA 5011, Australia

Samenvatting

Veranderingen in het autonoom zenuwstelsel [AZS] zijn dikwijls geassocieerd met het Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) maar de pathogenetische rol ervan is onduidelijk en beeldvorming-onderzoeken van de hersenen ontbreken. Het vasomotorisch centrum en de kernen in de midden-hersenen en de hypothalamus spelen een sleutel-rol bij regulering van ‘steady-state’ [evenwicht-toestand] bloeddruk (BP) en hartslag (HR) door het autonoom zenuwstelsel. In deze verkennende ‘cross-sectionele’ studie bleken BP & HR, indicatoren van de werking van het AZS, gecorreleerd met [parameters verkregen via] hersen-MRI bij 25 CVS-individuen en 25 normale controles (NC). Er werd ‘steady-state’ BP (systolisch, diastolisch en ‘pulse-pressure’ [puls-druk; zie ‘Arteriële Stijfheid en Inflammatie bij CVS]) en HR in 2 houdingen verkregen via 24h bloeddruk-monitoring. Er werd het volgende uitgevoerd: (1) MRI versus autonome score interaktie-met-groep vergelijkingen om lokaties te detekteren waar verschillen konden worden gevonden tussen de CVS- en NC-groepen (wat gezamelijk abnormaliteit bij CVS aangeeft), en (2) MRI vergelijkingen in de CVS- en NC-groepen alleen om bijkomende lokaties te vinden met abnormale correlaties bij CVS. Vergelijkingen die significante afwijkingen gaven bij CVS werden herhaald controlerend voor angst en depressie (A&D). Er werden abnormaliteiten gevonden in kernen van het vasomotorish centrum van de hersenstam, de ‘midbrain reticular formation’ [‘formatio reticalaris’; struktuur van onderling verbonden kernen in de midden-hersenen verantwoordelijk voor de regulering van de aktivatie-toestand van het zenuwstelsel en het bewustzijn] en de hypothalamus, maar ook in limbische kernen betrokken bij stress-responsen en in pre-frontale witte hersenstof. Vergelijkingen van de CVS- en NC-groep toonde geen MRI-verschillen op deze plaatsen. We stellen daarom voor dat deze regulatorische kernen correct werken, maar dat de twee-weg communicatie tussen hen verstoord is bij CVS en dat deze de signalisering van/naar perifere effectoren/sensoren beïnvloedt, leidend tot omgekeerde of uitvergrootte correlaties. Deze enkelvoudige verklaring voor de diverse abnormale correlaties die hier werden gedetekteerd, versterkt de conclusie van een gebrekkige hersenstam/midden-brein zenuw-geleiding die eerder werd geconcludeerd. Er werden ook sterke correlaties gevonden in alleenstaande regressies bij NC.

1. Inleiding

Chronische Vermoeidheid Syndroom of Myalgische Encefalomyelitis is een courante, invaliderende, multi-systeem aandoening met een ongekende pathogenese, waar er bewijs is voor ontregeling van het centraal zenuwstelsel, het immuunsysteem en het cellulair energie-metabolisme. Er werd ook gesuggereerd dat ontregeling van het autonoom zenuwstelsel een factor is [o.a.. Van Cauwenbergh D, Nijs J, Meeus M et al. Malfunctioning of the autonomic nervous system in patients with Chronic Fatigue Syndrome: a systematic literature review. Eur. J. Clin. Investig.( 2014) 44: 516-526 /// Newton J et al. Symptoms of autonomic dysfunction in Chronic Fatigue Syndrome. Q. J. Med (2007) 100: 519-526 /// Beaumont A, Vollmer-Conna U et al. Reduced cardiac vagal modulation impacts on cognitive performance in Chronic Fatigue Syndrome. PLoS One (2012) 7: e49518 /// Burton AR, Vollmer-Conna U et al. Reduced heart-rate variability predicts poor sleep quality in a case-control study of Chronic Fatigue Syndrome. Exp Brain Res (2010) 204: 71-78 /// He J, Newton J. et al. Cerebral vascular control is associated with skeletal muscle-pH in Chronic Fatigue Syndrome patients both at rest and during dynamic stimulation. NeuroImage Clin. (2013) 2: 168-173].

Het autonoom zenuwstelsel (AZS) draagt bij tot de controle van de arteriële druk, hartslag en samentrekbaarheid, maag- en speeksel-afscheidingen, bloedvat-verwijding/-constrictie, temperatuur, immune en vele andere funkties. Het wordt gezien als vertrekkend van de hypothalamus via kernen in de hersenstam rostrale medulla [deel van de medulla oblongata of het verlengde merg] en caudale pons [verbinding tussen de grote en de kleine hersenen] naar perifere organen via het sympathisch zenuwstelsel (SZS) en parasympathisch zenuwstelsel (PZS), die ook sensorische signalen naar de hersenen terugsturen. Het SZS en PZS beïnvloeden allebei het zenuwstelsel van de ingewanden die de darm-aktiviteit controleert.

Bij CVS bleek een verstoord AZS betrokken bij een waaier aan funktionele verschillen t.o.v. gezonde controles. Systematische reviews besloten dat posturaal orthostatisch tachycardie syndroom (POTS) meer voorkomt en ernstiger is bij CVS, en dat (onafhankelijk van de aanwezigheid van POTS) de hartslag hoger is bij ‘head-up tilt’ testen [Barnden L et al. A brain MRI study of Chronic Fatigue Syndrome: evidence of brainstem dysfunction and altered homeostasis. NMR Biomed. (2011) 24: 1302-1312]. Het voorkomen van POTS bij CVS was echter minder dan 30% [Lewis I, Newton J et al. Clinical characteristics of a novel subgroup of Chronic Fatigue Syndrome patients with postural orthostatic tachycardia syndrome. J. Intern. Med (2013) 273: 501-510]. De baseline hartstag (liggend) is bij sommigen verhoogd, maar niet in alle studies, en ‘bed-side’ autonome testen zijn normaal. De hartslag-variabiliteit (HRV) is, ten minste ‘s nachts, verminderd bij CVS [Meeus M et al. Heart-rate variability in patients with fibromyalgia and patients with Chronic Fatigue Syndrome: a systematic review. Semin. Arthritis Rheum. (2013) 43: 279-287]. Een MRI studie van het hart bij CVS toonde een substantieel gedaalde massa van het linker [hart]ventrikel, eind-diastolisch volume en cardiale output, en verhoogde torsie [spanning op de hartspier] bij diastole [Jones D, Newton J. et al. Loss of capacity to recover from acidosis on repeat exercise in Chronic Fatigue Syndrome: a case-control study. Eur. J. Clin. Investig. (2012) 42: 186-194],waarbij de auteurs suggereerden dat dit een gevolg kan zijn van het gedaald totaal bloed-volume dat wordt gezien bij CVS [Hurwitz et al. Chronic Fatigue Syndrome: illness-severity, sedentary lifestyle, blood-volume and evidence of diminished cardiac function. Clin. Sci. (Lond.) (2010) 118: 125-135].

Naast het hemodynamisch systeem, zijn er bij CVS kennelijke autonome gebreken zoals maag-lediging, verhoogde intestinale permeabiliteit en verstoorde temperatuur-regeling [Pazderka-Robinson H et al. Electrodermal dissociation of chronic fatigue and depression: evidence for distinct physiological mechanisms. Int. J. Psychophysiol. (2004) 53: 171-182]. Een gedaalde capaciteit om te herstellen van door inspanning geïnduceerde spier-acidose bij CVS werd toegeschreven aan door het AZS gemedieerde dysfunktie van of Na+/H+ antiporters en/of vasculaire afvoer [Jones D, Newton J et al. Abnormalities in pH-handling by peripheral muscle and potential regulation by the autonomic nervous system in Chronic Fatigue Syndrome. J. Intern. Med. (2010) 267: 394-401].

Hoewel neuronale beeldvorming werd aangewend om de neurale correlaties van HR- en/of BP-respons op verscheidene stressoren te identificeren, werden er via beeldvorming weinig directe verbanden gevonden met ‘steady-state’ autonome waarden bij gezonde controles. MRI-studies van de ‘steady-state’ BP bij NC onderzochten meestal associaties met het GM (grijze-stof) -volume, hoewel in een meta-analyse slechts 2 studies een ‘voxel-based’ methode [voxel = volume-pixel; een waarde van een standaard ‘rooster’ in een drie-dimensionale ruimte, in dit geval dus bij beeldvorming via Magnetische Resonantie] gebruikten om de regionale volume-correlaties van de totale hersenen te onderzoeken, zoals in onze studie. De meeste studies van BP versus GM-volume bekeken hypertensie, hoewel 1 ‘voxel-based’ studie gezonde oudere controles onderzocht en negatieve correlaties detekteerde – maar slechts bij mannen – in het supplementaire motor-gebied [gebied van de hersenschors dat een belangrijke rol speelt in de planning en organisatie van beweging], anterieure cingulate cortex [ACC, zenuw-bundel in de hersen-schors; speelt o.a. een cruciale rol in de controle van het sympathico-vagaal evenwicht] en de middenste temporale gyrus [sterk gevouwen deel van de temporale hersenschors-kwab]. Belangrijk echter: de ‘steady-state’ sympathische zenuw-aktiviteit in de spieren, een directe meting van de vasoconstrictie [samentrekking van de bloedvaten] die de bloeddruk medieert, bleek te correleren met het fMRI BOLD [funktionele beeldvormingtechniek] signaal in de medulla, hypothalamus en limbische kernen. Ondanks het feit dat autonome dysfunktie aanvaard wordt als bewijs dat CVS een aandoening van het CZS is [Nijs J & Ickmans K. Postural orthostatic tachycardia syndrome as a clinically important subgroup of Chronic Fatigue Syndrome: further evidence for central nervous system dysfunctioning. J. Intern. Med. (2013) 273: 498-500], ontbreken beeldvorming-studies van de neurale correlaties van de autonome funktie bij CVS.

We rapporteren hier uitgebreide resultaten van brein-MRI vergelijkingen met autonome funktie (indirect gemeten via ‘steady-state’ BP en HR in 2 houdingen), die abnormale patronen onthullen die nieuwe inzichten bieden in de relaties tussen hersenen en lichaam bij CVS en die consistent zijn met gebrekkige zenuw-geleiding in de herstenstam/midden-hersenen.

Naast de grijze-stof (GM) en witte-stof (WM) volumes verkregen via ‘voxel-based’ morfometrie (VBM), hebben we een nieuwe kwantitatieve analyse van T1-gewogen (T1w) en T2-gewogen (T2w) spin-echo MRI-beelden [bepaalde parameters verkregen via MRI; voor meer uitleg zie weerom ‘MRI Bewijs voor hersenstam-dysfunktie bij CVS] van het brein gebruikt […]. T1w en T2w spin-echo beelden zijn ideaal voor ‘cross-sectionele’ studies omwille van hun lage ‘ruis’, hoge resolutie en minimale vervorming van de door patiënten en instrumentatie geïnduceerde homogeniteiten in het magnetisch veld die de scans veranderen.

Bij de controle van de ‘steady-state’ BP & HR is het vasomotor-centrum in de rostrale medulla en lagere derde deel van de pons betrokken. De hypothalamus en reticulaire substantie [netwerk van onderling nauw verbonden zenuwcellen] van de pons, midden-hersenen en diencefalon [gebied gelegen tussen de 2 grote hersenhelften, bevat o.a. de hypothalamus] kunnen dan op hun beurt het vasomotor-centrum prikkelen of inhiberen en, tot op zekere hoogte, werken de autonome centra in de hersenstam-medulla als verbinding-stations voor controle-aktiviteiten van de hypothalamus en midden-hersenen. Onze hypothese was dat bij CVS deze lokaties abnormale brein-MRI correlaties kunnen vertonen met de autonoom gecontroleerde perifere BP & HR scores die hier werden vastgesteld […].

2. Materialen & methodes

25 CVS-individuen […] Canadese Consensus criteria […] gemiddelde duur van 7,4 jaar (2-15 jaar). 25 gezonde, normale controles (NC) […] gematcht voor geslacht, leeftijd tot op 2 jaar na en gewicht tot op 5 kg na. 6 mannen en 19 vrouwen per groep. Gemiddelde leeftijden: 32 jaar (19-46) voor CVS; 32,8 jaar (20-46) voor NC. De voorlopers voor de aanvang van CVS: infektie in 14 gevallen (7 met serologisch bewezen Epstein-Barr virus), werk & stress in 3, 1 na een bevalling en bij 7 onbekend. Niemand had POTS (op klinische basis). Alle medicatie inclusief ‘natuurlijke therapieën’ werd stopgezet 2 weken vóór de studie (uitgezonderd paracetamol en orale contraceptiva). Gen enkel individu nam vasoaktieve medicijnen. […] Alle deelnemers vulden ‘Hospital Anxiety and Depression Scale’ (HADS) vragenlijst in. […]

[…]

2.1. BP- & HR-monitoring

De autonome toestand werd vastgesteld via 24h ambulante bloeddruk-monitoring, elke 30 min tussen 7 a.m. & 10 p.m. en elke 60 min tussen 10 p.m. & 7 a.m.: meting van systolische BP, diastolische BP, puls-druk (PP = sysBP-diaBP) en hartslag (HR); zijnde de hemodynamische scores. [Op basis van een dagboek werd onderscheid gemaakt tussen ‘reclining’ (liggend/ slapend) en ‘erect’ (wakker/ zittend met de romp rechtop).] […]

2.2. MRI

[…]

2.3. Voorverwerking van de beelden

4 types MRI-beeld: volume grijze-hersenstof (GM) en volume witte-hersenstof (WM) via ‘voxel-based’ morfometrie (VBM), en T1-gewogen & T2-gewogen spin-echo (T1w & T2w). […]

2.4. Statistische analyse

[…]

2.5. Aanpassing voor multipele regressies

[…]

2.6. Identificatie van cluster-lokaties

[…]

3. Resultaten

[…]

3.1. HR, BP, angst- en depressie-scores

De hartslag was significant verhoogd bij CVS (‘erect’ & ‘reclining’); puls-druk was verminderd (‘erect’). HADS-scores: depressie 8,4 ± 4,7 voor CVS vs 4,0 ± 3,3 voor NC (P < 0.0002), angst: 6,6 ± 3,0 voor CVS vs 1,7 ± 2,3 voor NC (P < 0.0001). […]

3.2. MRI correlaties met BP & HR

3.2.1. Algemeen overzicht

[…]

3.2.2. Effekten van VBIS?

[Abnormaliteiten in de hersenen manifesteren zich via een MRI over het algemeen als veranderingen in vorm (morfometrie) of wijzigingen in de aard van het weefsel (signaal-intensiteit). ‘voxel-based’ morfometrie (VBM) is een kwantitatieve manier om morfometrische veranderingen te bepalen. Er werd een objectieve ‘voxel-based’ statistische methode ontwikkeld voor de evaluatie van signaal-intensiteit in groepen van routinematig verkregen kwalitatieve beelden: de ‘voxel-based iterative [via herhaling verkregen] sensitivity’ (VBIS) analyse. Deze optimaliseert de beelden om de gevoeligheid te verhogen. VBIS kan helpen bij het kwantificeren van verschillen tussen groepen.]

De zgn. VBIS techniek werd aangewend […] maar de aangepaste waarden veranderden de clusters daardoor weinig. […] Het effekt was dus verwaarloosbaar. […]

Omdat de kernen van het vasomotor-centrum direct communiceren met de perifere effectoren/sensoren die de BP & HR bepalen en de aktiviteit van het vasomotor-centrum wordt gemoduleerd door kernen van de midden-hersenen en hypothalamus, hebben we de lokatie-specifieke resultaten als volgt geordend:

3.2.3. MRI correlaties in het vasomotor-centrum van de hersenstam

Het vinden van 6 clusters in [delen van] het vasomotor-centrum en cerebellair culmen [deel van de kleine hersenen] via 3 verschillende vergelijkingen ondersteunt de hypothese van een abnormale relatie tussen BP & HR en het vasomotor-centrum bij CVS. […]

3.2.4. MRI correlaties in de midden-hersenen

[…] De rostrale medulla, het reticulair netwerk (CnF) van de laterale midden-hersenen en de posterieure hypothalamus zenden exciterende signalen naar het hart, wat consistent is met de hier gevonden correlaties met sysBP en, in mindere mate, PP.

3.2.5. MRI correlaties in de hypothalamus

De hypothalamus speelt een sleutelrol bij de controle van BP & HR in rust en bij stress. […] De posterieure hypothalamus bleek gecorreleerd met de rechtopstaande houding, terwijl de anterieure gecorreleerd was met de liggende houding.

3.2.6. MRI correlaties in limbische gebieden

Sommige limbische kernen beïnvloeden BP & HR in respons op stress. In liggende houding was er een correlatie van de diaBP met de posterieure cingulate cortex (PCC) bij CVS maar niet bij de NC. De PCC [posterieure cingulate cortex] is een belangrijke kern van het ‘default mode network’ [DMN] die aktief is tijdens rust/slaap. Dit is consistent met de hier gevonden correlatie met diaBP tijdens lig (en slaap).

3.2.7. MRI correlaties in WM-gebieden

Clusters in de pre-frontale WM, inferieure fronto-occipitale fasciculus [IFOF; boogbundel, bundel zenuwvezels tussen de temporale en frontale hersen-kwab]. […]

3.2.8. MRI groep-verschillen

Eénvoudige MRI vergelijkingen tussen CVS- en NC-groepen toonden een significante cluster in de ‘supplementary motor area’ [deel van de frontale cortex; speelt een rol in de planning en organisatie van de motoriek] (CVS > NC) en een cluster (CVS < NC) in de middenste temporale WM […].

4. Bespreking

Deze verkennende ‘cross-sectionele’ brein-MRI studie bij CVS, van correlaties met perifere BP- en HR-metingen indicatief voor ‘steady-state’ werking van het AZS, is ons derde artikel over deze data-set. We gebruikten telkens dezelfde statische en ‘voxel-based’ analyse. Het eerste [Barnden et al. 2011; zie ‘MRI Bewijs voor hersenstam-dysfunktie bij CVS] was een preliminair rapport en het tweede [Barnden et al. 2015 Evidence in Chronic Fatigue Syndrome for severity-dependent upregulation of pre-frontal myelination that is independent of anxiety and depression. NMR Biomed. (2015) 28: 404-413] een studie over associaties tussen van MRI en CVS-ernst en -duur in de witte-stof, die een ernst-afhankelijke upregulering van pre-frontaal myeline suggereerde die werd geïnterpreteerd als een plastische respons op verstoorde hersenstam/midden-hersenen zenuw-geleiding. Dit werk onderzoekt MRI regressies met de autonoom gecontroleerde metingen van ‘steady-state’ BP & HR en, gemeenschappelijk met eerdere rapporten, ondrscheiden we enkele nieuwe kenmerken:

  • Voor het eerst werd bij CVS een kwantitatieve analyse uitgevoerd met T1- & T2-gewogen spin-echo beelden. De inter-individu signaal-waarden werden genormaliseerd d.m.v. de VBIS methode [zie 3.2.2. Effekten van VBIS?]. We analyseerden ook grijze- en witte-stof volume langs deze weg.
  • We voerden (1) MRI versus autonome score interaktie-met-groep vergelijkingen uit die, voor elke voxel, de tegengestelde waarden bij CVS en NC testten, en (2) vergelijkingen binnen de CVS-groep alleen. Het eerste identificeerde lokaties waar de gezamelijke CVS relatie duidelijk abnormaal is. […]
  • We herhaalden de regressies om te corrigeren voor associaties met angst en depressie (A&D).

Interaktie-met-groep vergelijkingen vormen hier een krachtig instrument omdat ze duidelijk abnormale MRI correlaties bij CVS aantonen. Er dient te worden opgemerkt dat abnormaliteit enkel van toepassing is in een gezamelijke, populatie-brede betekenis. Twee abnormale correlaties in het vasomotor-centrum zijn in het bijzonder pertinent omdat kernen in dit gebied direct communiceren via sympathische en parasympathische signalisering met perifere BP & HR effectoren/sensoren. Er werden ook abnormale correlaties gedetekteeerd in kernen in de reticulaire substantie van de midden-hersenen en in hypothalamus die participeren in de regulering van ‘steady-state’ BP & HR via onderlinge signalisering met het vasomotor-centrum.

Belangrijk is dat vergelijkingen van de CVS- versus de NC-groep geen verschillen opleverden in geen van de kernen met abnormale hemodynamische correlaties. Dus: enkel wanneer autonome variabelen worden opgenomen in de correlatie-analyse vindt men een verband bij CVS dat verschilt van controles. Het is daarom mogelijk dat de regulerende kernen zelf niet aangetast zijn maar dat twee-wegs signalisering tussen hen gecompromitteerd is en dat dit signalen van/naar perifere autonome effectoren/sensoren aantast, wat leidt tot de gezamelijke ontregeling bij CVS (wat tot uiting komt in de hier gevonden abnormale correlaties). Dit is consistent met de verstoorde zenuw-geleiding in de midden-hersenen bij CVS waar we eerder naar verwezen.

[…]

We suggereren dat MRI-correlaties bij NC de funktionele consequenties weerspiegelen van normale variabiliteit qua hersen-anatomie. Bij CVS stellen we voor dat de funktionele gevolgen van normale anatomische variabiliteit vervormd zijn door verstoorde hersenstam/midden-hersenen signalisering. Dus zou de normale anatomische variabiliteit in combinatie met verstoorde hersenstam/midden-hersenen signalisering bij CVS de hier geobserveerde correlaties kunnen verklaren.

Correlaties in de PCC en cerebellaire vermis [kleine worm-vormige struktuur tussen de hemisferen van de kleine hersenen] waren van belang omdat ze BP & HR mediëren in respons op stress. Dergelijke stressor-respons kernen connecteren met kernen in de hypothalamus, midden-hersenen en vasomotor-centrum en staan gezamenlijk bekend als het centraal autonoom netwerk (CAN) [dat het sympathico-vagaal evenwicht controleert]. Abnormale correlaties met ‘steady-state’ BP & HR in sommige stressor-respons kernen die hier werden gevonden, kunnen ook een gevolg zijn van gecompromitteerde signalisering in de hersenstam/midden-hersenen. Er werden abnormale correlaties met HR gedetekteerd in pre-frontale WM-gebieden en dit zijn uitzonderingen op het patroon van de hier gedetekteerde CAN-lokaties, hoewel ze ten dele in verbinding staan met CAN-lokaties. Toekomstig werk dat deze verkennende bevindingen zou repliceren of uitbreiden, zou meer licht kunnen werpen op de mechanismen die aan de basis liggen van deze correlaties.

[…]

4.1. Kan stress de BP & HR correlaties verklaren?

We kozen er voor de 24 uur BP & HR thuis te meten om effekten van psychologische stress zo miniem mogelijk te houden. Het blijft echter mogelijk dat sommige individuen omgeving-stress ervaarden door het feit dat ze een chronische ziekte hebben en dat dit hun BP en/of HR beïnvloedde. Dit zou natuurlijk leiden tot BP of HR correlaties met brein-MRI in stressor-respons kernen. Gelijkaardige effekten worden ook bij NC gezien (bij lagere stress-niveaus). Sommige correlaties zijn echter niet consistent met een stress-verklaring, andere dan weer wel. Het is duidelijk dat het wenselijk zou zijn om de psychologische stress te meten en er voor te controleren, zoals we hebben gedaan voor angst en depressie.

4.2. Beperkingen

Deze studie steunde erg op correlatie-analyse. Hoewel de beperkingen voor causaliteit van toepassing zijn, hangen de hier gepresenteerde conclusies af van het opvallend patroon van de abnormale correlaties die werden gedetekteerd in hersen-lokaties die grotendeels behoren tot het CAN. Eventuele niet-rigoureuze metingen bij ambulante bloeddruk-monitoring thuis zou de resultaten beïnvloed kunnen hebben. MRI-signalen van kleine kernen in de hypothalamus, hersenstam en midden-hersenen zouden verminderd kunnen zijn […] in de uiteindelijke statistische analyse. Ten slotte is de ondersteuning die hier wordt gevonden voor een pathologie die de zenuw-signaal-geleiding aantast in de hersenstam/midden-hersenen, afhankelijk van indirect bewijsmateriaal en bevestiging via directe metingen van de funktionele connectiviteit tussen/in de hersenstam/midden-hersenen is nodig.

5. Besluit

Deze ‘cross-sectionele’ studie detekteerde bij CVS lokale abnormale correlaties tussen brein-MRI en ‘steady-state’ perifere BP en HR. O.a. kernen in het vasomotor-centrum, CnF [reticulair netwerk] van de midden-hersenen, de hypothalamus, de cerebellaire vermis en PCC waren prominent. We suggereren dat onderlinge connectiviteit tussen deze regulerende kernen verstoord is, wat op z’n beurt signalisering naar/van perifere effectoren/sensoren aantast en culmineert in de geobserveerde abnormale correlaties. Verdere research zou gericht moeten zijn op het onderzoeken van de toestand en werking van de hersenstam/midden-hersenen bij CVS.

mei 27, 2016

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

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

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

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

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

————————-

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

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

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

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

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

Samenvatting

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

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

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

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

Inleiding

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

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

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

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

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

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

Individuen en methodes

[…]

Resultaten

Deelnemers

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

NK-cel zuiverheid

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

NK-cel cytotoxische aktiviteit

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

SNP-analyse

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

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

Genotype-analyse

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

Bespreking

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

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

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

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

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

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

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

Besluit

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

mei 14, 2016

Verband tussen leptine en pijn bij vrouwen

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

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

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

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

 

————————-

J Womens Health (2016) [pre-print]

Association of Leptin with Body Pain in Women

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

1 University of Alabama at Birmingham , Birmingham, Alabama

2 Stanford University , Stanford, California

3 University of California , Los Angeles, California

4 Georgetown University , Washington, DC

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

Samenvatting

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

Inleiding

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

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

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

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

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

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

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

Hypothese 2: BMI is positief geassocieerd met pijn.

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

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

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

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

Methodes

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

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

Leptine- en cytokine-meting. […]

Statistische analyse. […]

Resultaten

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

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

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

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

Methodes

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

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

Leptine-meting. […]

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

Resultaten

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

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

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

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

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

Algemene Bespreking

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

mei 1, 2016

De ‘cell danger response’

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

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

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

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

————————-

Mitochondrion 16 (2014) 7-17

Metabolic features of the cell danger response

Robert K. Naviaux

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

Samenvatting

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

1. Inleiding

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

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

2. Historische fundamenten

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

2.1. Biochemische genetica

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

2.2. Purinerge signalisering

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

2.3. Immunologisch cel gevaar

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

2.4. Virologie

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

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

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

2.6. Ecologie en geneeskunde

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

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

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

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

3. De ‘cell danger response’

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

3.1. Oude en and triggers voor de CDR

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

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

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

3.2. Zomer- en winter-metabolisme

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

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

4. Metabole kenmerken van de CDR

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

4.1. Mitochondrieën

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

4.2. Zuurstof

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

4.3. ATP

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

4.4. Cysteïne & zwavel

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

4.5. Vitamine-D

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

4.6. Folaat & B12-metabolisme

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

4.7. SAM

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

4.8. Ornithine

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

4.9. Histidine

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

4.10. Arginine

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

4.11. Haem

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

4.12. Fosfolipiden

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

4.13. Tryptofaan

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

4.14. Lysine

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

4.15. Cholesterol

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

4.16. Vitamine-B6

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

4.17. Arachidonaten

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

4.18. Sfingosine

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

4.19. Ceramide

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

4.20. Metalen

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

4.21. Darm-microbioom

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

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

5. Oplossen van de CDR

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

6. Implicaties voor ziekte en samenvatting

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

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

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

————————-

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

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

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

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.

« Vorige paginaVolgende pagina »

Maak een gratis website of blog op WordPress.com.