M.E.(cvs)-wetenschap

mei 15, 2015

Verhoogde aanwezigheid van 2 mitochondriale DNA polymorfismen bij CVS

Filed under: Genetica — mewetenschap @ 6:39 am
Tags: , , , ,

In onderstaand artikel catalogeren de auteurs M.E.(cvs) als een ‘funktionele ziekte’ (zie hierna voor uitleg over ‘funktionele syndromen’). Mede-auteur Prof. Jonathan Kerr (zie o.a. ook ‘Gebruik van SNPs om gen-expressie te onderscheiden bij M.E.(cvs)-subtypes’) stelt echter in een ‘rapid reponse’ (British Medical Journal 2015; 350:h2087; mei 2015) nog eens dat M.E.(cvs) kan worden getriggerd door infekties, vaccins, enz. en dat bij de pathogenese langdurige immuun-aktivatie betrokken is. Hij stelt ook klaar en duidelijk dat cognitieve gedragtherapie slechts weinigen helpt en dat graduele oefen therapie niet zou mogen worden gebruikt bij M.E.(cvs).

 

Funktionele somatische syndromen (FSS; een term van de psychologische school) – 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 gedefinieerd als “lichamelijke syndromen zonder een verklaring voor organische ziekte, aantoonbare strukturele veranderingen of vastgestelde biochemische abnormaliteiten”. 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 hier wellicht gebruikt als synoniem voor ‘onverklaard’ (men erkent de symptomen maar er lijkt niets abnormaals te worden gevonden). De researchers lijken geïnteresseerd om te blijven zoeken naar een verklaring die niet psychologisch is. De criteria waarop de M.E.(cvs)-patiënten werden geselekteerd zijn de Fukuda criteria, weliswaar niet de Canadese Consensus Criteria maar ook niet de Oxford Criteria (waar ook individuen met stemming-stoornissen de diagnose cvs krijgen). De auteurs concluderen ten slotte ook dat de mitosomatische” ziekte (lees: “probleem met de werking van de mitochondrieën”) wellicht een meer accurate term is dan “psychosomatische” ziekte.

Naast het chromosomaal kern-DNA is er in cellen ook zgn. mitochondriaal DNA aanwezig. Dit mtDNA bevindt zich niet in de cel-kern maar in de mitochondrieën. Elk mitochondrion bevat vele circulaire chromosomen die allemaal dezelfde genen bevatten, maar niet steeds identiek zijn (door mutaties en ‘polymorfismen’). Het dubbelstrengig mtDNA bij de mens bevat 37 genen: 22 coderen voor transfer-RNA (van belang bij translatie van mRNA naar eiwitten), 2 voor ribosomaal-RNA (belangrijk bij proteïne-synthese) en de overige 13 voor proteïnen (enzymen betrokken bij de energie-produktie, de belangrijkste taak van het mitochondrion). Het mitochondriaal DNA erft normaal enkel over via de vrouwelijke lijn. De mitochondrieën van de mannelijke zaadcel bevinden zich in de staart, die bij de bevruchting meestal niet de eicel binnentreedt. Een genetische afwijking in het mtDNA van de moeder wordt zodoende overgedragen op alle nakomelingen.

Mitochondriaal DNA bestaat uit amper 16.500 nucleotiden (drie miljard in het nucleair DNA). Polymorfie is het voorkomen van een veranderde nucleotiden-code voor een bepaald gen die bij een dusdanig groot percentage van de populatie voorkomt dat niet meer van een mutatie kan worden gesproken. Volgens de definitie komen polymorfismen bij meer dan 1% van de populatie voor. In geval van gen-veranderingen die meer zeldzaam zijn (voorkomen minder dan 1%), wordt van mutaties gesproken. Polymorfismen kunnen vaak heel kleine varianten zijn van bijvoorbeeld één nucleotide lang (‘single’ nucleotide polymorfiisme of SNP), maar ze kunnen ook veel groter zijn (bv. deleties of duplicaties). Ze ontstaan door een fout tijdens de DNA-replicatie die niet gerepareerd wordt door DNA-herstel-mechanismen. Polymorfismen blijven in een populatie in stand en kunnen zich zelfs uitbreiden, juist doordat ze geen nadeel opleveren voor de vruchtbaarheid van het organisme; zo kan dit polymorfisme hierdoor worden doorgegeven aan het nageslacht. Het door het polymorfisme veranderde gen produceert proteïnen/enzymen met een lagere binding-capaciteit voor haar co-enzyme. Dit kan leiden tot een groot aantal veel-voorkomende ziektebeelden en stoornissen. Daarnaast bestaan er een aantal ras-specifieke polymorfismen.

 

Dit artikel hoort o.i. thuis in de reeks artikels die bewijs leveren voor een genetische overerving van M.E.(cvs) (zie bv. ‘Bewijs dat M.E.(cvs) erfelijk is’, ‘Genetica & epigenetica van vermoeidheid’ & ‘Bewijs voor erfelijke voorbestemming tot CVS’) en rechtvaardigt zeker verder onderzoek naar fouten in het mtDNA bij M.E.(cvs)-patiënten.

————————-

Mitochondrion [pre-print april 2015]

Increased prevalence of two mitochondrial DNA polymorphisms in functional disease: Are we describing different parts of an energy-depleted elephant?

Boles RG1, Zaki EA2, Kerr JR3, Das K2, Biswas S2, Gardner A4

1Division of Medical Genetics and the Saban Research Institute, Children’s Hospital Los Angeles, CA, USA; Department of Pediatrics, Keck School of Medicine at the University of Southern California, Los Angeles, CA, USA

2Division of Medical Genetics and the Saban Research Institute, Children’s Hospital Los Angeles, CA, USA

3Division of Clinical Sciences, St. George’s University of London, Cranmer Terrace, London, United Kingdom

4Department of Clinical Neuroscience, Division of Psychiatry, Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden

Samenvatting

Ongeveer 20% van bevolking lijdt aan “funktionele syndromen”. Aangezien deze syndromen grotendeels overlappen in termen van co-morbiditeit, pathofysiologie (inclusief afwijkende autonome aktiviteit) en behandeling-responsen, veronderstelt men dat er gemeenschappelijke voorbestemmende genetische factoren zijn. We hebben eerder aangetoond dat 2 mitochondriale DNA (mtDNA) polymorfismen op plaatsen 16519 en 3010 statistisch geassocieerd zijn met de funktionele syndromen migraine, cyclisch braken syndroom en niet-specifieke abdominale pijn. Hier werd bij individuen van de mtDNA haplogroep H (HgH [zie Methodes]) de aanwezigheid van deze 2 mtDNA polymorfismen vastgesteld in bijkomende funktionele syndromen: Chronische Vermoeidheid Syndroom, complex regionale pijn syndroom, ‘sudden infant death syndrome’ [SIDS; wiegedood] en majeure depressie. De prevalentie van de polymorfismen werd vergeleken tussen ziekte- en controle-groepen, en binnen elke ziekte-groep bij individuen met en zonder klinische bevindingen. Bij elk van de 4 aandoeningen, was één of beide polymorfismen significant geassocieerd met de respectievelijke aandoening en/of co-morbide funktionele symptomatologie. We besluiten dat deze 2 mtDNA-polymorfismen waarschijnlijk het risico op het ontwikkelen van meerdere funktionele syndromen bepaalt en een aandeel vormt van de gepostuleerde gemeenschappelijke genetische factor, ten minste bij individuen met HgH. Bij de pathophysiologie zijn waarschijnlijk brede effekten op het autonoom zenuwstelsel betrokken.

1. Inleiding

“Funktionele” symptomen (o.a. pijn, misselijkheid en vermoeidheid), vormen de voornaamste reden waarom individuen professionele hulp zoeken in de “lichamelijke” en “mentale” gezondheidszorg. De oorzaak is in minstens een derde van de gevallen onverklaard. Prominente funktionele symptomen worden dikwijls toegeschreven aan syndromen op basis van symptoom-clusters aangegeven door consensus-criteria. Sommige funktionele syndromen zijn courant – prevalentie > 10% – bv. migraine en prikkelbare darm syndroom (IBS), terwijl andere minder vaak of zelden voorkomen maar kunnen resulteren in ernstige invaliditeit, bv. Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS), cyclisch braken syndroom en complex regionale pijn syndroom (CRPS).

Het samen voorkomen van funktionele syndromen wordt vaak vastgesteld: er werd bv. gerapporteerd dat 67% van de CVS-patiënten ook migraine hebben en 51% ook IBS. Een studie toonde een ‘odds ratio’ [waarschijnlijkheid van het verband tussen aan- of afwezigheid van een bepaalde eigenschap en die van een andere eigenschap in een populatie] van 2,5 voor het familiaal voorkomen van meerdere funktionele syndromen en dat het risico op verschillende funktionele syndromen zicht uitstrekte naar familieleden. De sterke syndroom-overlap bij individuen en in families suggereert de aanwezigheid van gemeenschappelijke genetische factoren. Het breed spectrum van enkele therapeutische middelen tegen meerdere funktionele syndromen ondersteunt dit concept [TCAs, tricyclishe antidepressiva, zoals bv. amitriptyline, imipramine, desipramine, doxepine en trimipramine]. Zou het kunnen dat de opsplitsing van “funktionele” ziekte in verschillende syndromen, dikwijls gedefinieerd door opdeling onder medische sub-specialteiten, dokters “blind” maakt […]?

Twee mogelijke verenigende principes bij funktionele ziekte zijn het autonoom zenuwstelsel en het energie-metabolisme. Afwijkende autonome funktie (dysautonomie [funktie-stoornis van het autonoom zenuwstelsel]) werd gedocumenteerd bij migraine, IBS, CVS [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], cyclisch braken, CRPS en SIDS; dus is een effekt op autonome mechanismen een plausibel mechanisme voor de werking van een gemeenschappelijke genetische factor. Er werd een afwijkend energie-metabolisme (mitochondriale dysfunktie) aangetoond bij migraine, CRPS, CVS [werk door Sara Myhill et al.; zie ook ‘M.E.(cvs) als Mitochondriale Ziekte’ en elders], cyclisch braken en SIDS. Er werd maternale overerving gerapporteerd bij migraine, cyclisch braken, depressie, IBS en SIDS; wat suggereert dat enkele van de gemeenschappelijke genetische factoren bij funktionele ziekten gecodeerd kunnen liggen op het maternaal overgeërfde, in het cytoplasma gelegen mitochondriaal DNA (mtDNA). Genomische sequentie-bepaling van het volledig mtDNA onthulde zeer statistisch-significante verbanden met de courante polymorfismen 16519T en 3010A bij cyclisch braken. Dezelfde 2 mtDNA-polymorfismen bleken sterk statistisch geassocieerd met migraine […]. De effekten van deze polymorfismen zijn sterk, aangezien de gegevens een prevalentie van 11% voorspellen voor individuen met 16519C, 28% voor individuen met 16519T, 95 en 74% voor individuen met 16519T en 3010A. Volwassenen met IBS wiens afstammelingen een waarschijnlijke maternale overerving vertoonden, bleken significant meer waarschijnlijk 16519T te dragen dan controles of IBS zonder maternale overerving. Verder bleken 3010A en/of het courante mtDNA-polymorfisme 7028T statistisch geassocieerd met IBS, niet-specifieke abdominale pijn en de fysiologische/autonome processen van maag-lediging, verzadiging en rectum-gevoeligheid. SIDS bleek geassocieerd met 16519T.

Het doel van deze studie was om te bepalen of mtDNA sequentie-variatie op plaats 16519 en 3010 geassocieerd zijn met de funktionele en met dysautonomie gerelateerde syndromen CVS en CRPS, en dus aan de basis kunnen liggen van de gedeelde genetische component van funktionele/dysautonome syndromen in het algemeen. We testten ook majeure depressie (MDD) waarbij migraine en IBS, aandoeningen gelinkt met dysautonomie, veelal vorkomen. Hoewel gegevens over co-morbiditeit (door de vroege mortaliteit) niet zeker waren, namen we ook SIDS, wat kan worden beschouwd als een dodelijke dysautonomie, op.

2. Methodes

2.1. Deelnemers

2.1.1. Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS)

De CVS-patiënten waren volwassenen (18-65 jaar) […]. Allen hadden ze een klinische diagnose van CVS gekregen op basis van de CDC criteria (Fukuda et al. 1994). […] Een totaal van 162 deelnemers voldeed aan de criteria en onderging mtDNA haplo-groepering.

[…]

2.2. Molekulaire onderzoeken

[…] Onze eerdere studies werden uitgevoerd bij deelnemers van de courante West-Euraziatische mtDNA haplogroep H (HgH). [haplogroep = groep individuen die worden geklassificeerd a.h.v. het DNA] De experimentele en controle-deelnemers in de huidige studie waren dus ook HgH. De mtDNA haplogroepen geven belangrijke maternale afstamming-lijnen aan die tienduizenden jaren oud zijn. Haplogroep H is goed geschikt voor studies naar genetische associaties omwille van het relatief gebrek aan intra-groep sequentie-variabiliteit (8 polymorfismen per genoom t.o.v. de HgH consensus-sequentie) en de hoge prevalentie. Ca. 35-50% van de Noord-Europeanen en 30-40% van de Europees-Amerikanen dragen HgH. Haplogroep H werd gedefinieerd als de aanwezigheid van een C op positie 7028. […]

2.3. Data-analyse

[…]

3. Resultaten

Meer dan 90% van de individuen in alle 4 de ziekte-groepen waren van Europese afkomst. Genotypering onthulde dat HgH aanwezig was present bij 59/162 (36%) CVS-, 49/139 (35%) CRPS-, 33/82 (40%) SIDS- en 111/295 (38%) MDD-individuen, en deze deelnemers werden dus verder geëvalueerd in deze studie.

3.1. Verband tussen funktionele/dysautonome aandoeningen met individuele mtDNA-polymorfismen

CVS […] statistisch geassocieerd met 16519T met een ‘odds-ratio’ (OR) van 1,8. […]

3.2. Verband tussen co-morbide funktionele symptomatologie binnen elke groep met mtDNA-polymorfismen

In de CVS-groep was 3010A geassocieerd met een substantieel verhoogde rapportering van 6 van de 10 onderzochte funktionele symptomen [hoofdpijn, duizeligheid, spierpijn, spierzwakte, slaapproblemen, tintelingen]. […]

3.3. mtDNA “mitotypes” en funktionele/dysautonome aandoeningen/co-morbide symptomen

Op basis van onze eerdere gegevens dat 16519T en 3010A synergistische as risico-factoren voor cyclisch braken en migraine kunnen zijn, bekeken we alle statistisch significante gegevens in termen van de 4 mogelijke “mitotypes” [mitochondriale haplotypes]: individuen met de 3010G en 16519C polymorfismen (“GC”), 3010G en 16519T (“GT”), 3010A en 16519C (“AC”) or 3010A en 16519T 274 (“AT”). Bij nucleaire genetica wordt naar deze combinaties gerefereerd als haplotypes maar de “haplo” prefix is niet van toepassing voor mtDNA, wat aanwezig is met een hoog ‘copy-number’ [aantal copieën, bij mtDNA: de vele circulaire chromosomen (zie onze inleiding)]. Aangezien mtDNA geen recombinatie ondergaat, zijn mitotypes het resultaat van mutatie, oud of recent.

[…]

4. Bespreking

Onze eerdere en huidige gegevens tonen statistisch-significante verbanden aan tussen courante mtDNA-polymorfismen op posities 3010, 7028 en 16519, alleen en/of in combinatie, en 7 op 7 funktionele en/of dysautonome syndromen die tot op heden werden getest, o.a. CVS. MDD is geen funktionele of dysautonome aandoening zoals de 7 andere, maar is geassocieerd met enkele dysautonome syndromen/symptomen. Overéénkomstig daarmee gaven onze gegevens geen associatie van de of 3 polymorfismen met MDD zelf aan, maar er was een associatie met dysautonome co-morbiditeit bij individuen met MDD.

Het ontwikkelen van dysautonomie kan worden beïnvloed door bepaalde mtDNA-polymorfismen die, alleen of gecombineerd, bij voorkeur de autonome neuronale fysiologie beïnvloeden. Funktionele en met dysautonomie gerelateerde aandoeningen worden dikwijls gerapporteerd bij mitochondriale aandoeningen [Evidence of cardiovascular autonomic impairment in mitochondrial disorders. J. Neurol. (2007) 254: 1498-1503] en bij deze stoornissen werd selektieve schade aan autonome vezels voorgesteld. Preferentiële effekten kunnen te wijten zijn aan een “verkeer-opstopping” zoals gerapporteerd bij neuronale processen als mitochondrieën vergroten (zwellen) of van vorm veranderen, wat courante fenomenen zijn bij mitochondriale dysfunktie. C-vezels zijn ongemyeliniseerde afferenten die vezels omvatten in het autonoom zenuwstelsel en vezels die sensorische informatie overdragen die van belang zijn bij neuropathische pijn. [Pijn-prikkels worden voornamelijk gegenereerd door sensorische zenuw-uiteinden van ongemyeliniseerde Aδ- (snelle transmissie) en dun-gemyeliniseerde (trage transmissie) C-vezels.] C-vezels zijn zeer fijn met diameters tussen 0,2 tot 1,5 μm, terwijl axonale mitochondrieën “sigaar-vormig” zijn met een diameter van 0,5 μm en 1-3 μm lang. Bioptie-gegevens van patiënten met funktionele syndromen zijn schaars maar mitochondriaal pleomorfisme [variabiliteit qua grootte en vorm], reuze-mitochondrieën en andere vorm-variaties werden gerapporteerd bij migraine, CVS en fibromyalgie [Behan WM, More IA, Behan PO. Mitochondrial abnormalities in the post-viral fatigue syndrome. Acta Neuropathol. (1991) 83: 61-65 /// Sprott H et al. Increased DNA-fragmentation and ultrastructural changes in fibromyalgic muscle fibres. Ann. Rheum. Dis. (2004) 63: 245-251]. Degeneratie van C-vezels was de enige histopathologische zenuw-abnormaliteit die werd aangetoond in een studie bij CRPS. Daarnaast werd C-vezel neuropathie aangetoond bij fibromyalgie [Giannoccaro MP et al. Small nerve fibre involvement in patients referred for fibromyalgia. Muscle Nerve (2014) 49: 757-759; zie ook ‘Small-fibre’ polyneuropathie i.p.v. fibromyalgie] alsook autonome stoornissen, een aandoening die sterk overlapt met migraine, CVS en IBS.

Onze bevindingen zijn waarschijnlijk niet het resultaat van verstorende factoren bij de keuze van onze controles. Onze HgH controle-groep voor de molekulaire onderzoeken studies is groot en komt voornamelijk uit de V.S. en het V.K., met slechts een klein aantal van het Europees continent. De polymorfisme-frequenties van 16519T en 3010A zijn erg gelijkend bij HgH-populaties in Noord-Amerika, het Verenigd Koninkrijk en het Europees continent, en er werden sterk overéénkomende frequenties gevonden bij HgH-controles die we in onze controle-groep opnamen: bloed-donoren uit London (16519T 8/31 = 26%; 3010A 9/31 = 29%). Hoewel de grootte van de groepen relatief klein is voor sommige aandoeningen, zijn veel van de P-waarden extreem significant, wat een argument is tegen type-I fouten in de meeste gevallen. Het is onwaarschijnlijk dat veelvuldig testen de oorzaak is van onze resultaten, aangezien slechts 2 polymorfismen hier werden geëvalueerd. Co-morbiditeit associaties bij de CVS-, MDD- en CRPS-groepen werd getemperd door veelvuldig testen (10-16 condities getest per syndroom). De meerderheid van de vergelijkingen waren echter significant voor CVS. Onze populatie controle-groep bestaat uit “gezonde” individuen uit gepubliceerde databases en er is geen klinische informatie beschikbaar. Het is echter onwaarschijnlijk dat sommige van deze individuen lijden aan relatief courante aandoeningen zoals depressie. Dit zou de nul-hypothese ondersteunen en dus zouden onze ‘odds ratios’ onderschat kunnen zijn, in het bijzonder voor de minder ernstige fenotypes.

De belangrijkste beperking van deze studie is dat gegevens werden verkregen bij de 30-50% van de Europese Noord-Amerikanen/Europeanen met HgH. Daardoor lieten we een groot aantal individuen vallen en verhoogde de toepasbaarheid voor substantieel grotere genotypische homogeniteit en statistische ‘power’. Hoewel enkel haplogroep H werd bestudeerd, worden 16519T en 3010A gevonden bij individuen met een groot aantal haplogroepen en in bij alle rassen. Bij Europese Amerikanen is 16519T is eigenlijk lichtjes meer courant bij individuen die niet tot haplogroep H behoren. Het effekt van deze polymorfismen zou al dan niet afhankelijk kunnen zijn van de achterliggende haplogroep en verdere studies bij een veel grotere groep deelnemers met gevarieerde haplogroepen is vereist.

Het 16519 polymorfisme bleek bio-energetica betrokken bij inspanning te beïnvloeden [Murakami H et al. Polymorphisms in control-region of mtDNA relates to individual differences in endurance capacity or trainability. Jpn. J. Physiol. (2002) 52: 247-256]. Dat polymorfisme ligt in de omgeving van het controle-gebied betrokken bij mtDNA-replicatie, terwijl het 3010 polymorfisme in het 16S ribosomaal RNA gen ligt. Het is onduidelijk hoe deze polymorfismen geassocieerd zijn met funktionele/dysautonome ziekte; hun lokaties suggereren echter dat pathologie het resultaat kan zijn van een gedaald ‘copy-number’ van mitochondriaal gecodeerde subunits van de ademhaling-keten.

Onze bevindingen hebben potentiële klinische implicaties. Bepaalde medicijnen [tricyclisch antidepressiva] worden aangewend om veel van de funktionele syndromen te behandelen en zouden werkzaam kunnen zijn bij deze aandoeningen door lichtjes de mitochondriale oxidatie van fosforylatie te ontkoppelen, zoals werd gerapporteerd voor de tricyclische medicijnen imipramine en chlorimipramine. Men zou kunnen voorspellen dat dit de vorming van vrije radikalen (door een elektron-transport-keten die slechter werkt door een laag ‘copy-number’ mtDNA-gecodeerde subunits) doet verminderen wanneer de energie-vereisten hoog zijn (bv. psychologische en fysiologische stress). Er werd gesuggereerd dat een ander tricyclisch medicijn, nortriptyline, neuroprotectief is omwille van zijn vermogen om zuurstof/glucose-deprivatie, geïnduceerde cel-dood, verlies van mitochondriaal membraan-potentiaal en downstream afgifte van mitochondriale factoren te inhiberen. Op mitochondrieën gerichte therapieën, inclusief 2 co-factoren vereist voor elektron-transport: co-enzyme Q10 en riboflavine, zijn behandel-opties bij meerdere funktionele syndromen. Er werden succesvolle klinische proeven gerapporteerd met co-enzyme Q10 en riboflavine bij migraine en de doeltreffendheid van co-enzyme Q10 werd gesuggereerd in studies bij CVS. Farmacologische supplementering-niveaus kunnen, hypothetisch, gedeeltelijk een laag aantal ademhaling-keten-complexen veroorzaakt door 16519 en 3010 polymorfismen compenseren. Bijkomende klinische proeven zijn aangewezen. Aangezien co-factor therapie geen of milde bijwerkingen heeft, wetenschappelijk onderbouwd is, doeltreffend werd bewezen bij funktionele ziekte en veel wordt gebruikt, kunnen klinici echter overwegen om het aan te wenden bij deze moeilijk te behandelen funktionele syndromen.

We besluiten dat de courante mtDNA-polymorfismen op plaatsen 16519 en 3010 onderdeel uitmaken van de genetische factor die individuen voorbestemt, minstens die van de mtDNA haplogroep H, tot het ontwikkelen van vele “funktionele” syndromen en symptomen. De associatie is sterker voor 16519, waarbij het T allel geassocieerd blijkt met cyclisch braken, vormen van migraine, CVS, CRPS en vormen van SIDS. Een ogenschijnlijk verband met 3010 is voorlopiger en zou afhankelijk kunnen zijn van het 16519 genotype. We hypothiseren dat de verbijsterende overvloed aan symptomen te wijten zou kunnen zijn aan een stoornis van de kleine vezels (autonome en nociceptieve zenuwen).

Hoewel het energie-metabolisme waarschijnlijk één van meerdere factoren in de pathogenese van “funktionele” symptomatologie is, stellen we voor dat “mitosomatische” ziekte wellicht een meer accurate term is dan “psychosomatische” ziekte, een term die dikwijls wordt toegepast voor funktionele syndromen. […].

Advertenties

november 29, 2014

Oraal Co-enzyme Q10 plus NADH voor M.E.(cvs)

Filed under: Behandeling — mewetenschap @ 7:00 pm
Tags: , , , , ,

Bij onze zoektocht naar therapeutische middelen die de oxidatieve stress bij M.E.(cvs) – en daardoor hopelijk ook de post-exertionele malaise – kunnen voorkomen of verlichten (zodat misschien de drempel om tot inspanning te komen kan worden verlaagd), komen we steeds meer mogelijkheden of aanpassingen op bestaande behandelingen tegen – hier de combinatie van Co-enzyme Q10 met NADH. Deze dienen nog steeds te worden onderzocht bij grotere groepen.

Lees ook andere verwante stukken op deze pagina’s (bv. ‘CoQ10 & inflammatie – mitochondriale dysfunktie (FM – inspanning)’, ‘Rol van mitochondriale dysfunkties bij pijn (CVS & FM)’, enz.).

Onderstaand werk – ondersteund door de firma die het middel op de markt brengt – werd uitgevoerd door het team van de CVS Research Eenheid van het Vall d’Hebron Universitair Ziekenhuis in Barcelona dat al meerdere publicaties hieromtrent op z’n naam heeft.

————————-

Antioxid Redox Signal. 2014 [pre-print]

Does oral Coenzyme Q10 plus NADH supplementation improve fatigue and biochemical parameters in Chronic Fatigue Syndrome?

Castro-Marrero J, Cordero MD, Segundo MJ, Saez-Francas N, Calvo N, Román-Malo L, Aliste L, Fernandez de Sevilla T, Alegre-Martin J

Vall de Hebron Univ Hospital Research Institute, CFS Research Unit, Barcelona, Spain

Samenvatting

Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) is een chronische en zeer invaliderende ziekte die wordt gekenmerkt door langdurige vermoeidheid en meerdere symptomen met een ongekende oorzaak; zonder diagnostische test of doeltreffende behandeling. Inflammatie, oxidatieve stress, mitochondriale dysfunktie en CoQ10-deficiëntie werden goed gedocumenteerd bij CVS. We voerden een 8 weken durende gerandomiseerde, dubbel-blinde, placebo-gecontroleerde proef uit om de voordelen van oraal CoQ10 (200 mg/dag) plus NADH (20 mg/dag) te evalueren, wat betreft vermoeidheid en biochemische parameters bij 73 Spaanse CVS-patiënten. Deze studie werd geregistreerd bij ClinicalTrials.gov (NCT02063126). Er werd een significante verbetering qua vermoeidheid (reductie van de FIS totale score; p < 0.05) gerapporteerd voor de behandelde groep vs. placebo. Daarnaast werd ook een herstel van de biochemische paramters gerapporteerd. NAD+/NADH (p < 0.001), CoQ10 (p < 0.05), ATP (p < 0.05) en citraat-synthase (p < 0.05) waren significant hoger en lipoperoxiden (p < 0.05) significant lager in bloed mononucleaire cellen (BMCs) van de behandelde groep. Deze observaties leiden tot de hypothese dat orale toediening van CoQ10 plus NADH potentiële therapeutische voordelen zou kunnen opleveren wat betreft vermoeidheid en biochemische parameters bij CVS. Proeven bij grotere groepen om deze bevindingen te bevestigen zijn gerechtvaardigd.

INLEIDING

Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) […] De etiologie blijft onduidelijk; studies hebben echter aangetoond dat oxidatieve stress en mitochondriale verstoringen naar energie-behoeften toe geassocieerd kunnen zijn met de pathogenese [Castro-Marrero J, Cordero MD, Sáez-Francàs N, Jimenez-Gutierrez C, Aguilar-Montilla FJ, Aliste L, Alegre-Martin J. Could mitochondrial dysfunction be a differentiating marker between Chronic Fatigue Syndrome and fibromyalgia? Antioxid Redox Signal (2013) 19: 1855-1860; zie ‘Mitochondriale dysfunktie – Differentiërende merker tussen CVS & FM?]. Het is onzeker of oxidatieve stress en mitochondriale abnormaliteiten het gemeenschappelijke eindpunt is voor alle dysfunkties aanwezig bij de aandoening. Behandelingen voor CVS zijn grotendeels gericht op symptoom-beheersing. […] Er is een dringende noodzaak aan nieuwe behandelingen. Een beter begrip van de multifactoriële etiologie en pathofysiologie-mechanismen zal inzicht bieden naar geschikte behandelingen toe. CVS is ook geassocieerd met meerdere gerelateerde biochemische en immune abnormaliteiten in multipele inflammatoire, en oxidatieve en nitrosatieve stress (O&NS) mechanismen. Deze mechanismen omvatten: 1) immuun-aktivatie; 2) intracellulaire inflammatie; 3) dysfunktionele mitochondrieën; 4) verlaagde anti-oxidante status; 5) verhoogde oxidatieve en nitrosatieve stress (O&NS), resulterend in schade aan het DNA, essentiële vetzuren (lipiden), proteïnen, mitochondrieën en zelfs rode bloedcellen; en 6) verhoogde translokatie van gram-negatieve bakterieën (lekke darm). Al deze belangrijke processen bleken betrokken bij de ontwikkeling en progressie van de aandoening, en kunnen een instrument vormen voor toekomstige behandeling van CVS. Gegevens suggereren dat CoQ10- en NADH-deficiënties betrokken zijn bij CVS en fibromyalgie (FMS) [Alegre J, Roses JM, Javierre C, Ruiz-Baques A, Segundo MJ, De Sevilla TF. Nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) in patients with Chronic Fatigue Syndrome. Rev Clin Esp (2010) 210: 284-288 /// Cordero MD, Alcocer-Gomez E, De Miguel M, Culic O, Carrion AM, Alvarez-Suarez JM, Bullon P, Battino M, Fernandez-Rodriguez A, Sanchez-Alcazar JA. Can co-enzyme Q10 improve clinical and molecular parameters in fibromyalgia? Antioxid Redox Signal (2013) 19: 1356-1361]. Zowel CoQ10 en NADH spelen een kritieke rol bij mitochondriale ATP-produktie en homeostase van het cellulair metabolisme. Er werd gesuggereerd dat combinaties van natuurlijke anti-oxidante supplementen significant de vermoeidheid kunnen verminderen en zelfs de mitochondriale funktie op lange termijn kunnen herstellen bij CVS-patiënten met onhandelbare vermoeidheid. Preliminaire gegevens tonen een opmerkelijke klinische verbetering na het inzetten van orale supplementering met NADH of CoQ10 bij patiënten met CVS en FMS. Daarom was het onze bedoeling een 8-weken gerandomiseerde, dubbel-blinde, placebo-gecontroleerde proef (RCT) uit te voeren, om het nu te evalueren van oraal CoQ10 plus NADH wat betreft vermoeidheid en biochemische parameters geassocieerd met oxidatieve stress, bio-energetische status en mitochondriale dysfunktie bij 73 Spaanse CVS-patiënten.

RESULTATEN

Deelnemers aan de studie

[…] Diagnose van CVS volgens de 1994 CDC Fukuda criteria […]. 73 vrouwen met CVS kwamen in aanmerking voor de studie en werden gerandomiseerd (kregen CoQ10 plus NADH of placebo) (gemiddelde leeftijd: 49,3 ± 7,1 jaar). […].

[Exclusie-criteria: acute infektueuze ziekten 4 weken voorafgaand aan de studie; neurologische, psychiatrische (depressie/angst), metabole, auto-immune, met allergie verwante ziekten; dermale of chronische inflammatoire aandoeningen; ongewenste gewoontes (bv. roken, alkohol-misbruik); orale ziekten (bv. periodontitis); aandoeningen behandeld met glucocorticoïden, statinen of antidepressiva/anxiolytica; borstvoeding. Alle patiënten hadden een sedentaire levensstijl. Behandeling met eenvoudige analgetica (NSAIDs, aspirine en COX-2 inhibitoren) was toegelaten tijdens de studie. Slechts 2 patiënten rapporteerden het gebruik van analgetica (paracetamol/ibuprofen).]

[39 CVS-patiënten kregen oraal 200 mg/dag Coenzyme-Q10 plus 20 mg/dag NADH (Vitae Natural Nutrition) in soft-gel capsules – in 2 dosissen per dag gedurende 8 weken.]

[Uitkomst-metingen: verandering (baseline – 8 weken behandeling) qua vermoeidheid-index en waarden van biochemische parameters in BMCs geassocieerd met oxidatieve stress status en mitochondriale dysfunktie. De vermoeidheid-index werd bepaald via de symptomen-vragenlijst FIS-40 (0 tot 160); een hogere totale score wijst op meer ernstige symptomen.]

Effekt van CoQ10 plus NADH op klinische symptomen bij CVS-patiënten

Er werd een significante verbetering van de vermoeidheid geobserveerd bij CVS-patiënten na 8 weken CoQ10 plus NADH vs. placebo: een reductie van de FIS totale score (p < 0.05) […]. Er werden geen nadelige effekten gerapporteerd.

Effekt van CoQ10 plus NADH op NAD+/NADH bij CVS-patiënten

NADH is een co-enzyme dat de energie-produktie kan stimuleren via het aanvullen van de uitgeputte cellulaire ATP-voorraad. De verhouding NAD+/NADH speelt een alomtegenwoordige rol bij het reguleren van de intracellulaire redox-status, en daarom vertegenwoordigt het een funktie van de metabole toestand. Gezien de belangrijke funktie van deze 2 nucleotiden bij het behouden van normale cellulaire homeostase tijdens inflammatie, zouden verdere studies naar de biologische rollen van NAD+/NADH ons begrip omtrent de potentiële rol in relatie met therapieën bij CVS en andere chronische vermoeiende ziekten kunnen vergroten. Naar ons weten is er geen goed gedocumenteerde informatie betreffende de rol van de NAD+/NADH status bij de pathogenese van CVS. We hebben NAD+/NADH waarden gemeten in BMCs van 73 CVS-patiënten behandeld met CoQ10 plus NADH en placebo. Alle patiënten zaten in een klinisch stabiele fase. Na 8 weken behandeling, vertoonden patiënten behandeld met een combinatie van CoQ10 plus NADH significant lagere waarden aan NAD+ vergeleken met placebo (86,9 ± 1,4 vs. 189,4 ± 8,9 pmol/106 cellen; p < 0.001). We observeerden ook significant hogere waarden aan NADH (247,3 ± 5,1 vs. 98,2 ± 4,6 pmol/106 cellen; p < 0.001) en een significant lagere NAD+/NADH ratio (0,36 ± 0,009 vs. 1,92 ± 0,038 pmol/106 cellen; p < 0.001) bij CVS-patiënten na toediening van CoQ10 plus NADH vs. placebo, respectievelijk. Deze resultaten tonen dat NAD+/NADH-waarden in BMCs geassocieerd zijn met verstoring van de bio-energetische status en mitochondriale dysfunktie bij CVS. Gezien het belang van de NAD+/NADH-homeostase bij het behouden van een normale cellulaire werking, is het waarschijnlijk dat deze molekule van therapeutisch belang is bij CVS en andere chronische vermoeiende aandoeningen. Volgens de resultaten van deze studie, kan een verstoord pyridine-nucleotide metabolisme een gevolg zijn van verstoorde mitochondriale respiratoire funktie en kan, ten minste gedeeltelijk, toegeschreven worden aan een verhoogde NAD+/NADH-ratio die aanleiding heeft tot aanmaak van vrije radikalen. Samengevat: deze resultaten geven duidelijk aan dat er een verband is tussen NAD+ en NADH in BMCs bij CVS. Als we de vitale rol van NAD+ (niet enkel voor het behoud van mitochondriale energie-produktie maar ook voor genomische integriteit) in overweging nemen, is het zeer waarschijnlijk dat dit pyridine-nucleotide pathogenisch belangrijk kan zijn bij CVS. De voornaamste vraag of gewijzigd NAD+/NADH bij CVS aktief en direct geassocieerd is met de pathogenese van de ziekte, of een epi-fenomeen van mitochondriale dysfunktie en verstoorde of immuun-cel gemedieerde mechanismen vertegenwoordigt, blijft onduidelijk. De resultaten van deze studie geven duidelijk significante systemische energie-uitputting aan in BMCs van CVS-patiënten.

CVS-patiënten behandeld met CoQ10 plus NADH vertonen uitgesproken toename van de CoQ10-waarden

CoQ10-deficiëntie bleek reeds geassocieerd met een waaier aan menselijke aandoeningen, waarvan enkel werden veroorzaakt door een direct defekt van de CoQ10-biosynthese genen of als een secundair gevolg van andere ziekten. Aangezien werd gesuggereerd dat CoQ10-waarden een potentieel bruikbare biologische merker kunnen zijn voor mitochondriale dysfunktie [Cordero MD, Alcocer-Gomez E, Culic O, Carrion AM, De Miguel M, Diaz-Parrado E, Perez-Villegas EM, Bullon P, Battino M, Sanchez-Alcazar JA. NLRP3 Inflammasome Is Activated in Fibromyalgia: The Effect of Co-enzyme Q. Antioxid Redox Signal (2014) 20: 1169-1180; zie ‘NLRP3 Inflammasoom geaktiveerd bij Fibromyalgie: effekt van Coenzyme Q10], hebben we CoQ10-waarden gemeten in BMCs van behandelde CVS-patiënten versus placebo. Er werd een significante toename van de CoQ10-waarden gezien bij patiënten behandeld met de combinatie van CoQ10 plus NADH vergeleken met de placebo-groep (361,8 ± 37 vs. 155,1 ± 26 pmol/mg proteïnen, p < 0.05 respectievelijk).

CoQ10 plus NADH toont significant gewijzigde mitochondriale werking bij CVS-patiënten

Als indicator voor cellulaire bio-energetische status, hebben we totaal ATP in BMCs van alle CVS-patiënten gemeten. Gemiddeld vertoonden CVS-patiënten behandeld met CoQ10 plus NADH significant hogere ATP-produktie dan placebo (119,24 ± 31,43 vs. 67,45 ± 15,1 nmol/mg proteïne, p < 0.05 respectievelijk). Daarnaast hebben we de citraat-synthase aktiviteit, een enzyme-merker voor mitochondriale massa, in BMCs van CVS-patiënten gemeten in beide interventie-groepen. Interessant is dat we een significante toename qua citraat-synthase aktiviteit bij behandelde CVS-individuen versus placebo observeerden (77,4 ± 22 vs. 46,9 ± 14,1 μmol/min/mg proteïne, p < 0.05 respectievelijk). Deze gegevens tonen een interessante verbetering van de mitochondriale funktie en massa bij CVS-patiënten na 8 weken behandeling met een combinatie met 2 belangrijke bio-energetische co-factoren (CoQ10 & NADH).

CoQ10 plus NADH verminderen oxidatieve schade door de reductie van lipoperoxiden bij CVS-patiënten

Het is geweten dat mitochondriale dysfunktie dikwijls gepaard gaat met een verhoogde aanmaak van mitochondriale ROS/RNS. Aan de andere kant werd voorgesteld dat oxidatieve stress een relevante gebeurtenis is in de pathogenese van CVS en FMS [Cordero MD, Cotan D, Del-Pozo-Martin Y, Carrion AM, De Miguel M, Bullon P, Sanchez-Alcazar JA. Oral co-enzyme Q10 supplementation improves clinical symptoms and recovers pathologic alterations in blood mononuclear cells in a fibromyalgia patient. Nutrition (2012) 28: 1200-1203]. Omdat zowel CoQ10 als NADH een belangrijke anti-oxidante kracht bleken te hebben, hebben we het effekt bepaald van de combinatie bij schade door oxidatieve stress, vergeleken met placebo. Om de oxidatieve stress te bepalen, werden lipoperoxiden geanalyseerd in BMCs van behandelde CVS-patiënten vs. placebo. CVS-patiënten behandeld met CoQ10 plus NADH vertoonden significant lagere waarden qua lipiden-peroxidatie vs. placebo (7,9 ± 2,7 vs. 14,9 ± 3,9 nmol/106 cellen, p < 0.05 respectievelijk).

[Lipiden-peroxidatie werd bepaald via meting van Thiobarbituurzuur Reaktieve Substanties (TBARS) in BMCs].

BESPREKING & TOEKOMSTIGE RICHTINGEN

CoQ10 & NADH zouden 2 potentiële kandidaat-medicijnen kunnen zijn bij de behandeling van CVS en misschien andere chronische vermoeiende ziekten; omwille van 3 belangrijke redenen. Ten eerste: CoQ10 & NADH zijn bio-energetische co-factoren met het potentieel de mitochondriale funktie aan te zwengelen. Ten tweede: CoQ10 plus NADH zijn krachtige opruimers van vrije radikalen die lipiden-peroxidatie en DNA-schade veroorzaakt door oxidatieve stress kunnen verlichten; en ten slotte: het is plausibel dat de potentiële voordelen die via deze studie werden aangetoond (energie-produktie en verbetering van vermoeidheid) ten dele te wijten kan zijn aan hun krachtige anti-oxidante eigenschappen. De huidige studie toont voor de eerste keer aan dat NAD+ en NADH in BMCs significant gewijzigd kunnen zijn bij CVS-patiënten. Eén van de belangrijkste bijdragende factoren tot NADH-depletie bij CVS is chronische oxidatieve stress en een slechte mitochondriale funktie die leidt tot verminderde cellulaire levensvatbaarheid. Oxidatieve stress kan worden gemedieerd door verhoogde reaktieve zuurstof/stikstof soorten (ROS/RNS) en daaropvolgend verslechteren wanneer de cellulaire capaciteit tot detoxificatie van de ROS/RNS gecompromitteerd is. Meerdere pathofysiologische gebeurtenissen bij CVS werden opgehelderd. Aangroeiend bewijs impiceert oxidatieve schade, mitochondriale dysfunktie en stoornissen van het bio-energetisch metabolisme in de pathogenese van CVS. In lijn met deze resultaten rapporteren we voor de eerste keer dat supplementering met oraal CoQ10 plus NADH kan resulteren in een veilige en doeltreffende therapie om de vermoeidheid te reduceren, de mitochondriale funktie en bio-energetisch metabolisme kan helpen herstellen, en oxidatieve schade bij CVS verbeteren. We kunnen ons een centrale rol indenken voor de combinatie van natuurlijk anti-oxidanten (CoQ10 plus NADH) ter aanbeveling, als nuttig voor en tot inzicht van de pathogenese van deze aandoening. Volgens onze resultaten kunnen de veranderingen qua NAD+/NADH inhoud, CoQ10-waarden, lipiden-peroxidatie, intracellulair ATP en aktiviteit van mitochondriaal citraat-synthase echter verklaren dat cellulaire bio-energetische stoornissen, oxidatieve stress en van mitochondriale dysfunktie afhankelijke mechanismen courant voorkomen bij CVS-patiënten en betrokken kunnen zijn bij de ernst van de symptomen. Daarom kunnen CoQ10 plus NADH worden gebruikt als een mogelijke alternatieve en complementaire therapie voor deze aandoening en zelfs voor andere chronische ziekten geassocieerd met vermoeidheid. Er is echter verder onderzoek vereist om de precieze mechanismen op te helderen waarmee de combinatie van anti-oxidante supplementen zouden kunnen bijdragen tot de pathogenese en potentiële therapeutische mechanismen bij CVS en andere chronische ziekten.

INNOVATIE

Klinische rapporten over CVS suggereren een rol voor van mitochondriale dysfunktie afhankelijke gebeurtenissen en oxidatieve schade op cellulair niveau. De tot hier toe gebruikte medicijnen zijn weinig doeltreffend, ze zijn allemaal gericht op het management van ziekte-symptomen. Volgens deze studie zouden het samen toedienen van CoQ10 plus NADH een nieuwe alternatieve en complementaire therapie voor CVS-patiënten kunnen zijn. Bovendien induceerde de combinatie CoQ10 plus NADH een significante vermindering van de vermoeidheid, afname van de oxidatieve schade, verbetering van de mitochondriale funktie een verhoogde energie; wat de potentiële rol in de fysiopathologie van de aandoening aantoont. De hier beschreven resultaten kunnen dienen als een nieuwe manier om experimenten te ontwerpen die kunnen leiden tot een beter begrip van de doeltreffendheid van op mitochondrieën gerichte therapie bij de behandeling van CVS, FMS en zelfs andere chronische aandoeningen.

november 15, 2014

Mitochondriaal anti-oxidant MitoQ

Filed under: Behandeling — mewetenschap @ 7:42 pm
Tags: , , , ,

In 2013 publiceerde een team van het ‘Neurogenetics Laboratory’ van de ‘Oregon Health & Science University’ een artikel (Mao P et al. ‘MitoQ, a mitochondria-targeted antioxidant, delays disease progression and alleviates pathogenesis in an experimental autoimmune encephalomyelitis mouse model of Multiple Sclerosis’. Biochim Biophys Acta. 1832: 2322-31) over het bestudeerden van de effekten van MitoQ (een anti-oxidant specifiek op mitochondrieën gericht, afgeleid van co-enzyme Q10 bij muizen met auto-immune encefalomyelitis (EAE) – een aandoening die op Multipele Sclerose lijkende symptomen geeft. Men rapporteerde dat “behandeling met MitoQ beschermend werkt op neuronen, en axonale inflammatie en oxidatieve stress reduceert”. Deze “nieuwe kandidaat voor de behandeling van M.S.” kreeg vanzelfsprekend veel aandacht in de pers.

Niettegenstaande de aanwijzingen door studies bij dieren werd tot hier toe weinig vooruitgang geboekt qua therapeutisch gebruik bij mensen. Het zou bv. geen effekt hebben bij Parkinson (zie artikel). Meerder researchers rapporteerden echter dat MitoQ een anti-oxidante rol heeft en aangezien reaktieve zuurstof-soorten (ROS) betrokken bleken bij de pathologie van M.S. werd dit getest.

In een muis-model voor amyotrofe laterale sclerose (ALS; neurodegeneratieve aandoening gekenmerkt door aftakeling van de motorische neuronen waartoe ook mitochondriale dysfunktie en oxidatieve stress zou bijdragen) bleek MitoQ de aftakeling van de mitochondriale funktie in het ruggemerg en de quadriceps te vertragen. Deze studie door Miquel E et al. van de Faculteit Geneeskunde van de ‘Universidad de la República’ van Montevideo, Uruguay (‘Neuroprotective effects of the mitochondria-targeted antioxidant MitoQ in a model of inherited amyotrophic lateral sclerosis’) werd gepubliceerd in Free Radic Biol Med. (2014) 70: 204-13).

Wat betreft M.E.(cvs) zijn er ook studies die aangeven dat oxidatieve stress en mogelijks mitochondriale dysfuntie ook een rol spelen. Het lijkt ons daarom niet absurd na te gaan of MitoQ hierbij therapeutisch een rol van betekenis zou kunnen spelen. We geven onderstaand artikel mee om onderzoekers in te lichten en aan te sporen dit na te gaan. Wij willen patiënten geenszins aanzetten dit middel zomaar te gaan gebruiken. Te meer omdat de auteurs patenten hebben op gebied van op mitochondrieën gerichte anti-oxidanten en consultanten zijn voor Antipodean Pharmaceuticals die het produceert en op de markt brengt (en tevens voor een deel van de financiering zorgde). Er zijn overigens nog andere zgn. ‘rechargeable mitochondria-targeted anti-oxidants’ (RMA) naast MitoQ, nl. de SkQ types (plastoquinon) die ook als veelbelovend als potentieel medicijn worden aangekondigd door Russische onderzoekers…

Ter herinnering: Oxidatieve fosforylatie zorgt voor ATP, bron van cellulaire energie. Het Ox-Fos systeem omvat meer dan 100 proteïnen, geordend in 5 enzym-complexen (I t/m V) gelokaliseerd in het mitochondriaal binnenste membraan: Complex I: NADH/ubiquinon oxidoreductase – krijgt elektronen van NADH en geeft deze door aan co-enzyme Q10 (ubiquinon); elektronen worden verder doorgegeven aan Complex II: succinaat-degydregenase, Complex III: ubiquinol/ferrocytochroom-c oxidoreductase en Complex IV: cytochroom-c oxidase – ze reageren met zuurstof en vormen water; en Compex V: proton-transporterend ATPase gebruikt de protonen om ATP te vormen.

Lees ook onze eerdere artikels (M.E.(cvs) als Mitochondriale Ziekte / Rol van mitochondriale dysfunkties bij pijn (CVS & FM) / Mitochondriale dysfunktie – Differentiërende merker tussen CVS & FM? / Mogelijke therapeutische interventies voor mitochondriale dysfunktie / Quercetine – Effekt op mitochondriale biogenese & inspanning-tolerantie) en andere…

————————-

Ann N Y Acad Sci. 2010 Jul;1201:96-103

Animal and human studies with the mitochondria-targeted anti-oxidant MitoQ

Robin A.J. Smith (1) and Michael P. Murphy (2)

1 Department of Chemistry, University of Otago, Dunedin, New Zealand

2 MRC Mitochondrial Biology Unit, Wellcome Trust-MRC Building, Hills Road, Cambridge, United Kingdom

Aangezien mitochondriale oxidatieve schade bijdraagt tot een brede waaier aan ziekten bij de mens, werden anti-oxidantia ontwikkeld die ontworpen werden om te accumuleren in mitochondrieën in vivo. Het meest uitgebreid bestudeerde op mitochondrieën gerichte anti-oxidant is MitoQ, dat het anti-oxidant quinon bevat, dat is gebonden aan een lipofiel trifenylfosfonium kation [TPP; positief geladen molekule die mitochondrieën als het ware lijkt op te zoeken]. MitoQ werd gebruikt in een groot aantal in vivo studies bij ratten en muizen en in 2 fase-II proeven [om bij een beperkte groep de veiligheid controleren en na te gaan of het beoogde effekt op korte termijn wordt bereikt] bij mensen. Hier maken we een overzicht van wat werd geleerd uit deze dieren- en mensen-studies met MitoQ.

Inleiding

Mitochondrieën zijn een belangrijke bron van reaktieve zuurstof soorten (ROS) en ze zijn ook bijzonder kwetsbaar voor oxidatieve schade. Bijgevolg stapelt oxidatieve schade zich in mitochondrieën op, wat bijdraagt tot mitochondriale dysfunktie en cel-dood, en dit is gerelateerd aan een waaier van ziekten. Om mitochondriale oxidatieve schade te verminderen, werden een aantal op mitochondrieën gerichte anti-oxidanten gebruikt [Q10/ tocoferol (vitamine-E)/ cel-doorgankelijke kleine (Szeto-Schiller) peptiden die selektief naar het binnenste mitochondriaal membraan gaan en intrinsieke mito-protektieve eigenschappen hebben/ plastoquinon] en de basis vormen voor nieuwe farmaceutica. Idealiter zouden op mitochondrieën gerichte anti-oxidanten farmaceutisch handelbare en stabiele kleine molekulen met een aanvaardbare orale bio-beschikbaarheid moeten zijn, die selektief worden opgenomen door de mitochondrieën in organen waar ze oxidatieve schade controleren en, in de ideale situatie, terug kunnen worden gerecycleerd naar de aktieve anti-oxidante vorm. Het best gekarakteriseerde op mitochondrieën gericht anti-oxidant tot op heden is MitoQ, dat bestaat uit een quinon-deel verbonden met een trifenylfosfonium-deel door een 10 koolstof-atomen lange alkyl-keten. We schetsen hier de in vitro eigenschappen van MitoQ vooraleer de kennis verkregen uit in vivo studies met deze molekule te bespreken.

In vitro eigenschappen van MitoQ

Lipofiele TPP-kationen kunnen makkelijk door fosfolipide dubbel-lagen [Een membraan bestaat uit een dubbele laag fosfolipiden, waarbij de hydrofobe staarten naar elkaar toe liggen in het midden en de hydrofiele koppen aan de twee oppervlakte-lagen.] passeren omdat hun lading doeltreffend wordt opgegeven en omgeven door een beschermende organische chemische ‘laag’ die hun accumulatie in de mitochondriale matrix in respons op het mitochondriaal membraan-potentiaal [De belangrijkste funktie van het binnenste membraan van de mitochondrieën is het elektronen-transport van de oxidatieve fosforylatie. Dit binnenste membraan is nl. ondoordringbaar voor molekulen waardoor het mogelijk is om een zeer sterk membraan-potentiaal te vormen.] toelaat. […] De TPP van MitoQ laat zo zijn accumulatie in mitochondrieën toe. Eens binnen in de mitochondrieën wordt bijna al het geaccumuleerde MitoQ geadsorbeerd op het matrix-oppervlakte van het binnenste membraan, waar het continu wordt gerecycleerd naar de aktieve quinol anti-oxidante vorm door complex-II in de ademhaling-keten [reductie van quinon geeft hydroquinon of quinol]. MitoQ kan de ademhaling in mitochondrieën zonder coenzyme-Q niet herstellen omdat de gereduceerde quinol-vorm van MitoQ niet wordt geoxideerd door complex-III en daarom niet als een elektron-drager kan werken; bijgevolg zijn de meeste van de effekten van MitoQ in vitro waarschijnlijk te wijten aan de accumulatie van de anti-oxidante quinol-vorm, hoewel de quinon-vorm ook direct kan reageren met superoxide. Wanneer de quinol-vorm van MitoQ als een anti-oxidant werkt, wordt het geoxideerd tot de quinon-vorm, die dan snel wordt her-gereduceerd door complex-II, waardoor zijn anti-oxidante werkzaamheid wordt hersteld. Aangezien MitoQ grotendeels wordt gevonden geadsorbeerd op het mitochondriaal binnenste membraan en zijn verbinding-keten toelaat zijn aktieve quinol anti-oxidante component diep te penetreren in de membraan-kern, werd er een doeltreffende anti-oxidante werking tegen lipiden-peroxidatie verwacht, wat werd bevestigd voor geïsoleerde mitochondriën. MitoQ bleek ook te beschermen tegen peroxynitriet-schade hoewel, zoals bij andere quinolen, de reaktiviteit met waterstof-peroxide verwaarloosbaar is.

De opname van MitoQ door cellen in cultuur werd uitgebreid bestudeerd en bleek adequaat te worden beschreven door de Nernst-vergelijking [verband tussen het potentiaal-verschil en de concentraties van de betrokken componenten]. Deze studies geven aan dat er een snelle equilibratie is van MitoQ over het plasma-membraan, aangedreven door het plasma-membraan potentiaal, gevolgd door de accumulatie van MitoQ in mitochondriën in de cellen. […] Zoals verwacht door zijn opname en aktivatie in gecultiveerde cellen, werd MitoQ gebruikt bij een groot aantal cel-modellen voor mitochondriale oxidatie [overzicht: Murphy MP & Smith RA. Targeting antioxidants to mitochondria by conjugation to lipophilic cations. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. (2007) 47: 629-656], waar werd getoon dat het beschermt tegen schade. Deze bevindingen dat MitoQ beschermend werkt in en reeks van studies op geïsoleerde mitochondrieën en cellen leidde er toe dat dit werd uitgebreid tot studies in vivo, zoals hieronder beschreven.

MitoQ bij mitochondrieën in vivo en de effekten op het dierlijk metabolisme

Om te kunnen werken als een potentieel therapeutisch, op mitochondrieën gericht anti-oxidant in vivo, moet worden aangetoond dat MitoQ langdurig veilig, zonder toxiciteit, kan worden toegediend aan dieren en dat het in vivo accumuleert in mitochondrieën aan voldoende concentraties om beschermend te werken. De eertse studies bepaalden de intraveneuze (IV) toxiciteit van MitoQ bij muizen. Er was geen toxiciteit bij 750 nmol MitoQ/muis (~20 mg MitoQ/kg) maar de toxiciteit was evident bij 1.000 nmol MitoQ/muis (~27 mg MitoQ/kg). Om orale toxiciteit bij muizen te meten, kregen ze MitoQ toegediend in hun drink-water en er werd getoond dat het goed werd getolereerd tot 500 µM, maar toxisch bleek bij hogere concentraties. Sinds dan werd MitoQ aan muizen toegediend in hun drink-water aan 500 µM zonder evidente toxiciteit, zelfs na 28 weken. In deze studie correspondeert de gebruikte hoeveelheid MitoQ met een orale dosis van ~3.2 µmol MitoQ/dag/muis, of 95-138 µmol MitoQ/dag/kg. Dus kunnen substantiële hoeveelheden MitoQ worden toegediend aan muizen via intraveneuze of orale weg zonder nadelige toxische effekten.

De opname van MitoQ in verscheidene weefsels werd initieel bekeken via [radioaktief gelabeld met 3H] MitoQ en IV injektie. Deze experimenten toonden dat MitoQ snel uit het plasma werd verwijderd en accumuleert in het hart, de hersenen, skelet-spieren, lever en nieren. Oraal toegediend [3H] MitoQ werd opgenomen in het plasma en van daaruit in het hart, brein, de lever, nieren en spieren. Gelijkaardige studies gaven aan dat MitoQ werd uitgescheiden in de urine en de gal als onveranderd MitoQ maar ook met sulfatie en glucuronisatie [binding van afvalstoffen om uitscheiding te vergemakkelijken] van de quinol-ring, zonder aanwijzing voor andere metabolieten.

Met de [vloeistof-chromatografie tandem massa-spectrometrie (LC/MS/MS)] techniek kon 0,1 pmol MitoQ/100 mg weefsel worden gedetekteerd. Bij muizen die 500 µM MitoQ in hun drink-water kregen gedurende 4-6 maanden, was de accumulatie ~113 pmol MitoQ/g in het hart, ~20 pmol MitoQ/g in de lever en ~2 pmol/g in de hersenen. In andere studies waar ratten 2 weken MitoQ kregen was dat ~20 pmol MitoQ/g in het hart; en na 12 weken ~40 pmol MitoQ/g in het hart en ~200 pmol MitoQ/g in de lever. Dus: langdurige toediening van MitoQ in het drink-water leidde tot substantiële accumulatie van MitoQ (bij muizen) in het hart en de lever, significant minder in het brein.

De effekten van langdurige ad libitum [vrij beschikbaar] orale toediening van MitoQ op het gedrag, metabolisme, de gen-expressie en accumulatie van merkers voor oxidatieve schade bij jonge muizen werd onderzocht. Er waren geen veranderingen qua fysieke aktiviteit, O2-verbruik, voedsel-consumptie en respiratoir quotient [RQ = geëlimineerd CO2 / geconsumeerd O2] bij muizen die 500 µM MitoQ kregen gedurende 24-28 weken […]. Uit studie van het effekt van MitoQ op beweging-coördinatie en evenwicht was bleek een kleine, globale verbetering qua prestaties. Toediening van MitoQ leidde niet tot verschillen qua gewicht maar er was een daling van het percentage lichaamsvet te wijten aan een daling van sommige vet-depots. Analyse toonde aan dat er geen effekt van MitoQ was op beender-densiteit of mineralen-inhoud. Toediening van MitoQ leidde tot een daling van de triglyceriden in de lever en ook verminderde adipocyten [vet-cellen]. Consumptie van MitoQ wijzigde het plasma-cholesterol of vrije vetzuren niet, maar verminderde de plasma-triacylglyceriden significant. MitoQ-toediening veranderde de glucose- of insuline-waarden niet (al dan niet na vasten), en de glucose- en insuline-tolerantie testen toonden ook geen verschillen.

Om te bepalen hoe orale toediening van MitoQ de gen-expressie beïnvloedde, werden RNA-waarden in hart- en lever-weefsel vergeleken bij met MitoQ behandelde (~20 weken) en controle-muizen voor 28.853 genen. De globale gen-expressie in beide weefsels was niet aanzienlijk veranderd door MitoQ. Uit het bestuderen van het klein aantal wijzigingen dat voorkwam […], bleek dat er geen biologische processen significant over-vertegenwoordigd waren. De veranderingen qua gen-expressie in het hart en de lever na langdurige blootstelling aan MitoQ waren relatief miniem en leken geen verband te houden met bepaalde cellulaire processen. Belangrijk: er waren verwaarloosbare wijzigingen qua mitochondriale of anti-oxidante gen-expressie. De afwezigheid van veranderingen qua gen-expressie na MitoQ-toediening stelt ons ook in staat de mogelijkheid te elimineren dat langdurig gebruik van een anti-oxidant zou leiden tot een compenserende daling van de expressie van de endogene anti-oxidante verdediging. Zodoende kunnen we ook uitsluiten dat de beschermende effekten van MitoQ die worden gezien in vivo, te wijten zouden kunnen zijn aan hormese [biologische effekt dat een stof die in hoge dosis schadelijk is, bij lage dosis positieve effekten kan hebben], waarbij een stijging qua ROS-produktie de expressie van genen van de anti-oxidante verdediging upreguleert. Deze bevindingen zijn consistent met het feit dat MitoQ een relatief kleine impact heeft op de anti-oxidante verdeding in vivo bij jonge muizen na toediening aan concentraties die beschermen tegen een reeks pathologieën.

Om te bepalen of toediening van MitoQ de oxidatieve stress wijzigde, werd de accumulatie van een aantal merkers voor mitochondriale oxidatieve schade gemeten in lever- en hart-mitochondrieën van muizen di MitoQ kregen gedurende ~20 weeks. Deze omvatten de meting van oxidatieve schade aan het fosfolipide cardiolipine [belangrijk bestanddeel van het binnenste membraan van mitochondrieën; aanwezig in cellen die metabool aktief zijn, zoals hart- en spier-cellen], de accumulatie van proteïne-carbonylen [proteïne-carbonyl concentraties zijn een maat voor proteïne-oxidatieverhoogd bij M.E.(cvs)-patiënten, wijzend op oxidatieve stress], de aktiviteit van mitochondriale ademhaling complexen, mtDNA ‘copy-number’ en schade aan het mtDNA (via PCR). Deze gegevens gaven aan dat langdurige blootstelling aan MitoQ geen effekt op een reeks merkers voor oxidatieve schade bij muizen. Langdurig gebruik van MitoQ had ook geen effekt op de expressie van het mitochondriaal matrix enzyme mangaan-superoxide-dismutase, MnSOD. Aangezien expressie van het gen dat hiervoor codeert gevoelig wordt ge-upregueerd in respons op verhoogde mitochondriale ROS-aanmaak, geeft dit aan dat MitoQ oxidatieve stress of de flux van ROS in mitochondrieën in vivo niet verhoogt.

Het aantonen dat MitoQ niet pro-oxidant was in vivo is belangrijk, aangezien alle quinolen mogelijks superoxide kunnen produceren. [James AM, Smith RA, Murphy MP. Anti-oxidant and pro-oxidant properties of mitochondrial Co-enzyme Q. Arch Biochem. Biophys. (2004) 423: 47-56] […] Hoewel pro-oxidante reakties van MitoQ en andere quinonen meetbaar zijn in vitro, komen ze in vivo niet voor.

Deze bevindingen geven aan dat MitoQ langdurig en veilig kan worden toegediend aan jonge muizen aan concentraties die beschermend werken in pathologische modellen. Dit suggereert dat de effekten van MitoQ in vivo te wijten zijn aan hun anti-oxidante eigenschappen en niet aan andere factoren, een stevige basis bieden voor het gebruik van MitoQ bij het onderzoek van het mitochondriaal ROS-metabolisme in vivo.

Beschermende effekten van MitoQ in dier-modellen voor menselijke ziekte

De hierboven besproken studies geven aan dat langdurige toediening van MitoQ aan muizen veilig is. De volgende stap is: bepalen of de accumulatie van MitoQ in de mitochondrieën van deze dieren in vivo kan werken als een beschermende behandeling in dier-modellen voor ziekten waarbij mitochondriale oxidatieve schade betrokken is. Een aantal in vivo studies met MitoQ werden uitgevoerd [cardiopathie/ sepsis/ ischemie-reperfusie letsel].

De eerste studie naar de beschermende effekten van MitoQ was bij cardiaal ischemie/reperfusie (I/R) letsel [weefselschade veroorzaakt wanneer de bloed-toevoer wordt hersteld na een periode van zuurstof-gebrek]. Hierbij werd gedurende 2 weken 500 µM MitoQ toegediend aan ratten via hun drink-water, hun hart werd geïsoleerd en blootgesteld aan I/R lestel. Er werd aangetoond dat MitoQ bescherming gaf tegen hart-dysfunktie, weefsel-schade en mitochondriale werking vergeleken met methyl [CH3] -TPP of korte-keten quinol als onafhankelijke controles voor de 2 verschillende funktionele groepen MitoQ. Daarna toonde een gelijkaardige studie ook aan dat MitoQ beschermend was voor I/R letsel in het hart.

MitoQ beschermde tegen de schade aan endotheliale cellen in vivo gassocieerd met chronische blootstelling aan nitroglycerine, te wijten aan de bescherming tegen oxidatieve schade van nitroglycerine-metaboliserende enzymen in mitochondrieën. MitoQ was beschermend tegen een toename van de bloeddruk in een rat-model voor spontane hypertensie waarvan wordt gedacht dat de toename van de bloeddruk voortkomt uit verhoogde mitochondriale oxidatieve schade in endotheliale cellen.

Sepsis is een andere pathologie waarbij er aanzienlijk bewijs is dat mitochondriale oxidatieve schade bijdraagt tot de weefsel-schade geassocieerd met de aandoening. Voorafgaande toediening van MitoQ aan ratten of muizen vóór de inductie van sepsis door endotoxine leidde tot uitgebreide bescherming tegen hart-schade. Dit was geassocieerd met minder apoptose, verhoogde merkers voor oxidatieve schade aan proteïnen, alsook significante bescherming tegen beschadiging van de mitochondriale funktie. In een studie door een andere groep die een lipopolysaccharide-model voor sepsis gebruikte, leidde infusie van MitoQ op het moment dat sepsis werd veroorzaakt tot significante bescherming tegen lever-schade.

Intraperitoneaal toegediend MitoQ was beschermend tegen hart-schade geassocieerd met de anti-kanker molekule adriamycine. In een knaagdier-model voor 1-methyl-4-fenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) toxiciteit, beschermde MitoQ tegen beschadiging van de substantia nigra, behield locomotor-aktiviteit en dopamine-inhoud en verminderde de mitochondriale merkers voor oxidatieve schade. Een aantal andere studies suggereren dat MitoQ ook bescherming zou kunnen bieden andere dier-modellen van ziekten waarbij mitochondriale oxidatieve schade is betrokken, inclusief vette-lever ziekte [aandoeningen waarbij vet zich opstapelt in de lever-cellen], nier-schade bij type-I diabetes, nier ischemie-reperfusie letsel en neurodegeneratie. Alles te samen suggereren deze bevindingen dat MitoQ bescherming biedt tegen pathologische veranderingen in een aantal dier-modellen voor mitochondriale oxidatieve schade die relevant zijn voor ziekten bij mensen.

Studies met MitoQ bij mensen

De positieve dier-studies geven aan dat MitoQ een aantrekkelijke kandidaat is voor interventies bij menselijke ziekten. Bijgevolg ontwikkelde Antipodean Pharmaceuticals Inc. (antipodeanpharma.com) MitoQ als farmaceutisch middel. Er werd gevonden dat voor een stabiele formulering het voordelig is MitoQ te maken gebonden aan het anion methaansulfonaat en dit te complexeren met β-cyclodextrine [ringvormige molekule bestaande uit 5 of meer suiker-eenheden; zorgt ervoor dat stoffen met ‘neutrale’ lading toch oplossen in water]. Dit preparaat werd snel als tabletten gemaakt die voldeden bij conventionele dier-toxiciteit studies. De orale bio-beschikbaarheid werd bepaald op ca. 10% en belangrijke metabolieten in de urine waren glucuroniden en sulfaten van de gereduceerd quinol-vorm samen met gedemethyleerde afgeleiden. In menselijke Fase-1 proeven vertoonde MitoQ goede farmacokinetische eigenschappen bij een orale dosering van 80 mg (1 mg/kg), resulterend in een maximale plasma-concentratie van 33,15 ng/ml na ~1h.

Aangezien er bewijsmateriaal is dat wijst op mitochondriale oxidatieve stress als een mogelijke pathogene oorzaak voor Parkinson’s disease (PD), werd MitoQ beproefd om te zien of het de ziekte-progressie kom vertragen. Deze studie was geregistreerd op clinicaltrials.gov als NCT00329056. In 13 centra in Nieuw-Zeeland en Australië 128 werden nieuw gediagnosticeerde, onbehandelde patiënten met PD opgenomen in een dubbel-blinde studie van 2 dosissen MitoQ (40 & 80 mg/dag) vergeleken met placebo, om te zien of, na 12 maanden, MitoQ de progressie van PD zou vertragen […]. Deze studie toonde geen verschil tussen MitoQ en placebo wat betreft PD-progressie. [Snow BJ et al. A double-blind, placebo-controlled study to assess the mitochondria-targeted antioxidant mitoQ as a disease modifying therapy in Parkinson’s disease. Movement Disord (2010) 25: 1670-4] Er zijn meerdere mogelijke verklaringen voor deze bevinding, hoewel methodologische problemen zoals onvoldoende grootte van het staal of ongeschikte uitkomstmetingen onwaarschijnlijk lijken. De meest waarschijnlijke verklaring voor het ontbreken van een effekt is dat van zodra Parkison’s klinisch duidelijk is, ca. 50% van de dopaminerge neuronen verloren zijn. Het is mogelijk dat bij de diagnose het lot van de overblijvende neuronen reeds is bepaald en neuron-bescherming in deze fase hun dood niet meer kan voorkomen. Het gebrek aan doeltreffendheid van MitoQ zou ook kunnen te wijten zijn aan de onvoldoende penetratie in de hersenen. Wanneer MitoQ echter oraal wordt toegediend aan knaagdieren accumuleert het toch enigermate in het brein. Hoedanook kan het zijn dat er te weinig was om brein-mitochondrieën te beschermen tegen oxidatieve schade en we kunnen deze mogelijkheid niet geheel uitsluiten. In een knaagdier-model voor MPTP-toxiciteit beschermde MitoQ wel tegen substantia nigra schade, hielp het locomotor-aktiviteit en dopamine-inhoud te bewaren, alsook mitochondriale merkers voor oxidatieve schade te verminderen. Hoewel er geen therapeutische efficiëntie werd gevonden, leverde deze studie wel belangrijke veiligheid-gegevens op wat betreft de langdurige toediening van MitoQ aan mensen en werd aangetoond dat MitoQ veilig aan patiënten kan worden toegediend als dagelijkse orale tablet gedurende een jaar.

De tweede test met MitoQ bij mensen was de proef bij patiënten met chronische hepatitis-C virus (HCV). [Gane EJ et al. The mitochondria-targeted antioxidant mitoquinone decreases liver damage in a phase-II study of hepatitis-C patients. Liver Int. (2010) 30: 1019-1026] Deze studie werd op clinicaltrials.gov geregistreerd als NCT00433108. HCV-patiënten die niet reageerden op conventionele behandelingen tegen HCV werden gekozen omdat er bij deze groep patiënten bewijs is voor verhoogde oxidatieve stress en daaropvolgende mitochondriale schade (die een belangrijke rol speelt bij lever-schade). Daarom werd het effekt van oraal MitoQ op serum-aminotransferasen [lever-enzymen, de mate en duur van de verhoging van het gehalte aan ALAT en het ASAT, en de onderlinge verhouding geven een aanwijzing van de soort lever-ziekte] en HCV RNA-niveaus in met HCV geïnfekteerde patiënten bepaald in een dubbel-blinde, gerandomiseerde, parallel ontworpen test van 2 verschillende dosissen MitoQ (en placebo) bij patiënten met een gedocumenteerde geschiedenis van chronische HCV-infektie. De deelnemers werden 1:1:1 gerandomiseerd en kregen 40 mg, 80 mg of placebo gedurende 28 dagen. Beide behandel-groepen vertoonden significante dalingen qua serum alanine-transaminase (ALT) van baseline tot dag 28. Er was geen effekt van MitoQ op virale lading, wat er op wijst dat het op mitochondrieën gericht anti-oxidant enkel de lever-schade geassocieerd met HCV-infektie beïnvloedde en de mogelijkheid van het virus om te repliceren in de lever niet inhibeerde. Deze gegevens suggereren dat MitoQ lever-schade bij HCV-infektie kan reduceren. Meer algemeen is deze studie is de eerste die rapporteert over een mogelijk klinisch nut van het gebruik van op mitochondrieën gerichte anti-oxidanten bij mensen. Gekoppeld aan de veiligheid-gegevens betreffende MitoQ in de Parkinson’s studie, suggereert dit dat de doeltreffendheid van MitoQ voor andere chronische lever-ziekten (waarvan wordt gedacht dat mitochondriale oxidatieve schade betrokken is), zoals niet-alkoholische vette-lever ziekte, de moeite waard zijn om te bestuderen.

Vanuit het standpunt van de farmaceutische ontwikkeling is het belangrijk dat geen ernstige nadelige gebeurtenissen werden gerapporteerd. Het meest courante met behandeling gerelateerd nadeel was matige misselijkheid die dosis-afhankelijk was. Aangezien er geen dosis-afhankelijkheid naar efficiëntie toe werd vastgesteld in de lever-studie, zou het in toekomstige studies mogelijk moeten zijn de misselijkheid te beperken met behoud van efficiëntie door de MitoQ dosis te verlagen. Het is mogelijk dat het toediening-protocol met overnacht vasten voor inname en daaropvolgende 1 h zonder voedsel de misselijkheid heeft verergerd; daarom zou het bij toekomstige studies te prefereren zijn het met wat voedsel in te nemen en daarbij zorgvuldig na te gaan hoe dit de bio-beschikbaarheid beïnvloedt.

Besluiten

Dier-experimenten hebben aangegeven dat MitoQ doeltreffend is als anti-oxidant in een aantal weefsels in vivo. Er werd ook aangetoond dat MitoQ kan worden aangeboden als een doeltreffend farmaceutisch middel dat met succes oraal kan worden toegediend aan mensen. Studies bij mensen tot nu geven aan dat MitoQ veilig kan worden toegediend aan patiënten, zelfs tot een jaar lang en dat deze dosissen doeltreffend zijn bij het verminderen van lever-schade. Deze bevindingen openen de weg voor het gebruik van MitoQ gedurende langere tijd en grotere fase-IIB studies bij lever-aandoeningen zoals vette-lever ziekte. Meer algemeen suggereren deze bevindingen dat oraal toegediend MitoQ en verwante op mitochondrieën gerichte anti-oxidantia ook toepasbaar kunnen zijn bij een brede waaier menselijke pathologieën waarbij mitochondriale oxidatieve schade betrokken is. Hopelijk zal nieuw werk aangeven of MitoQ en verwante stoffen mitochondriale oxidatieve schade kunnen doen dalen bij een aantal ziekten en of dit de uitkomst voor de patient verbetert.

september 21, 2013

Rol van mitochondriale dysfunkties bij pijn (CVS & FM)

De groep rond Jo Nijs en Mira Meeus presenteert hier een literatuur-studie die aansluit bij onze eerdere vermeldingen van studies betreffende het verlagen van oxidatieve stress. Als fysiotherapeuten verliezen zij natuurlijk het ‘axioma’ van inspanning nooit uit het oog. Toch lijkt stilaan te worden afgestapt van het adagio “GOT herstelt zomaar eender welke dysfunktie”. Voorstanders van CGT/GOT (gedrag- en oefentherapie) geloven dat de mitochondriale veranderingen te wijten zijn aan deconditionering en dat ze omkeerbaar zijn door inspanning. Nijs et al. hebben ook al uitspraken gedaan over de (zogezegde) voordelen van CGT/GET. Komt er nu toch een kentering in hun denken? Wordt een combinatie van anti-oxidantia (met inspanning) in de praktijk gebracht om de verergering qua M.E.(cvs)-symptomen te vermijden? Voorlopig hieromtrent geen studies in het vooruitzicht?

Volgens clinicaltrials.gov loopt er aan het ‘Columbia University Medical Centre NY; Department of Clinical Genetics’ een studie die tot doel heeft een behandeling, waarvan werd aangetoond dat ze nuttig is bij mitochondriale ziekten, te evalueren bij CVS. Patiënten krijgen dagelijks 30 à 40 min. conditionerende inspanning, een dieet met hoog proteïne-gehalte en supplementen: 300 mg alfa-liponzuur (Alpha Lipoic Sustain 300), 2x daags 500 mg acetyl-L-carnitine, omega-3 vetzuren (300 mg maxDHA), 100 mg CoQ10 (Ubiquinol QH-absorb), plus een multi-vitamine (Centrum Silver; 2x daags ½ tab). De evaluatie geschiedt d.m.v. meting van de VO2max (maximum zuurstof-consumptie) en lactaat in het bloed (tijdens & na loopband-inspanning), een wandel-test van 6 min en een vermoeidheid-vragenlijst. Er wordt ook gekeken of de behandeling de verhoogde waarden van glutathion in het cerebrospinaal vocht en gedaalde waarden in het brein corrigeert.

Om te vermijden dat elke M.E.(cvs)-patient onoordeelkundig CoQ10 gaat gaan slikken, toch even meegeven dat sommige onderzoekers vonden dat CoQ10 enkel een effekt heeft in dosissen van boven 1.200 mg/dag…

————————-

Expert Opinion on Therapeutic Targets (Pre-print Juli 2013)

The role of mitochondrial dysfunctions due to oxidative and nitrosative stress in the chronic pain or chronic fatigue syndromes and fibromyalgia patients: peripheral and central mechanisms as therapeutic targets?

Mira Meeus PhD (1,2), Jo Nijs PhD (3), Linda Hermans MSc (2), Dorien Goubert MSc (2) & Patrick Calders PhD (2)

1 University of Antwerp, Faculty of Medicine and Health Sciences, Department of Rehabilitation Sciences and Physiotherapy, Pain in Motion Research Group, Antwerp, Belgium

2 Ghent University and Artevelde University College, Rehabilitation Sciences and Physiotherapy, Ghent Campus Heymans (UZ) 3 B3, De Pintelaan 185, Ghent, Belgium

3 Vrije Universiteit Brussel, Faculty of Physical Education & Physiotherapy, Departments of Human Physiology and Rehabilitation Sciences, Pain in Motion Research Group, Brussel, Belgium

Samenvatting

Inleiding Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) en fibromyalgie (FM) worden gekenmerkt door aanhoudende pijn en vermoeidheid. Er wordt gehypothiseerd dat reaktieve zuurstof soorten (ROS), veroorzaakt door oxidatieve en nitrosatieve stress, via het inhiberen van de mitochondriale funktie betrokken kan zijn bij spierpijn en centrale sensitisatie, welke typisch is bij deze patiënten.

Behandelde domeinen Het bewijsmateriaal betreffende oxidatieve en nitrosatieve stress, en mitochondriale dysfunktie bij CVS & FM wordt voorgesteld met betrekking tot chronische wijdverspreide pijn. Mitochondriale dysfunktie bleek aanwezig in leukocyten van CVS-patiënten en in spiercellen van FM-patiënten, wat de spierpijn zou kunnen verklaren. Daarnaast: als mitochondriale dysfunktie ook aanwezig is in centrale neurale cellen, zou dit kunnen resulteren in gedaalde ATP-voorraden in neurale cellen, wat leidt tot veralgemeende hypersensitiviteit en chronische wijdverspreide pijn.

Experten-opinie Verhoogde ROS bij CVS & FM, resulterend in verstoorde mitochondriale funktie en verlaagd ATP in spieren en neurale cellen, zou kunnen leiden tot chronisch wijdverspreide pijn bij deze patiënten. Daarom zou het aanpakken van verhoogde ROS (d.m.v. anti-oxidanten) en de mitochondriale biogenese een oplossing kunnen bieden voor de chronische pijn bij deze patiënten. De rol van oefen-therapie bij het herstellen van mitochondriale dysfunktie dient nog te worden onderzocht, en biedt belangrijke mogelijkheden voor toekomstig onderzoek in dit domein.

1. Inleiding

1.1 Definiëren van Chronische Vermoeidheid Syndroom en fibromyalgie

[…]

1.2 Oxidatieve & nitrosatieve stress

[…]

Er is bewijs (bij andere myopathieën en perifere neuropathieën) dat de mitochondrieën bijdragen aan de pathogenese en/of de pathofysiologie. Bij CVS en FM blijft de rol van mitochondrieën bij de chronische wijdverspreide pijn van deze patiënten duister en te weinig onderzocht. Toch poneren we de hypothese dat de mitochondriale funktie in de spieren, het bloed en het ruggenmerg aangetast is bij CVS en FM, dit ten gevolge verhoogde oxidatieve en nitrosatieve stress, en dat deze stoornissen – onder meer – aanleiding kunnen zijn van perifere bronnen van nociceptie en centrale sensitisatie; wat de chronische wijdverspreide pijn en andere systemische klachten bij deze patiënten zou verklaren. Dit artikel geeft een overzicht van het bestaande bewijsmateriaal met betrekking tot mitochondriale dysfunktie bij deze patiënten; en verklaart hoe deze afwijkingen kunnen leiden tot de chronische pijn die wordt gezien bij deze patiënten. Verder worden mogelijke therapeutische doelwitten besproken.

2. Bewijsmateriaal

[Veel van het hier aangehaalde bewijsmateriaal is te vinden op onze paginas daarom slechts enkele korte vermeldingen…]

2.1 Mitochondriale dysfunkties in witte bloedcellen en skelet-spieren van CVS-patiënten?

[…] In witte bloedcellen: gedaalde mitochondriale funktie resulterend in verminderd ATP. […] Sommigen stelden dat de hoofd-oorzaak een verlaagde citraat-synthase inhoud is, een uitdrukking van het aantal mitochondrieën. Anderen vonden een verlaagde aktiviteit van andere enzymen (complexen) […].

Beperkt aantal studies betreffende musculaire mitochondriale funktie […] tegenstrijdige gegevens […] door verschillende inclusie-criteria […] en methodologie […].

[…]

2.2 Mitochondriale dysfunkties in witte bloedcellen en skelet-spieren van FM-patiënten?

Meer substantiële literatuur betreffende mitochondriale dysfunktie. Meerdere auteurs rapporteren mitochondriale dysfunktie in witte bloedcellen én spier-biopten […].

De degeneratieve spier-veranderingen in membranen, mitochondrieën en capillaire vaten kan verband houden met defekten in membranaire ion-kanalen, transport van zuurstof en metabolieten, en ATP-produktie via oxidatieve fosforylatie. [andere gegevens ondersteunen] defekten qua oxidatief metabolisme en ATP-synthese.

2.3 Musculaire mitochondriale dysfunkties leidend tot wijdverspreide perifere spierpijn

[…].Mitochondrieën bevatten cytochroom-c en apoptogenen [apoptose-inductoren], die [bij dyfunktie] in het cytoplasma komen en caspase aktiveren, wat cellulaire schade veroorzaakt en kern-fragmentatie induceert.

[…].

Er werd voorgesteld dat ROS-schade de permeabiliteit van de transitie-porieën in het binnenste mitochondriaal membraan kan verhogen, leidend tot […] mitofagie […].

Mitochondriale dysfunktie houdt verband met de niveaus circulerende cytokinen […].

[…] Andere mechanismen nog niet duidelijk […] het is niet bekend mitochondriale dysfunktie bv. kan leiden tot spier-bechadiging en verminderde aërobe capaciteit bij CVS of FM, met spierpijn en perifere sensitisatie tot gevolg […].

2.4 Mitochondriale dysfunkties in het centraal zenuwstelsel die leiden tot centrale sensitisatie en chronische pijn

[…] Er werd aangetoond dat NMDA-receptoren in de dorsale hoorn van het ruggemerg en periaqueductale grijze-stof een rol spelen bij de ontwikkeling van centrale sensitisatie.

[…].

Een ander concept in pijn-research is dat oxidatieve stress een kritiek rol speelt bij chronische pijn door centrale sensitisatie. […]

3. Besluit

Het lijkt aannemelijk dat oxidatieve en nitrosatieve stress tesamen met mitochondriale dysfunktie een belangrijke rol spelen bij beide syndromen. Niettemin is sterker bewijsmateriaal nodig wat betreft de exacte mechanismen en de klinische relevantie. In het bijzonder: het verband tussen oxidatieve en nitrosatieve stress tesamen met mitochondriale dysfunktie, en centrale sensitisatie werd nog niet onderzocht. Gezien het consistente en overweldigend bewijs ter ondersteuning van een kardinale rol voor centrale sensitisatie  bij zowel FM als CFS, is dit een belangrijke tekortkoming wat betreft ons begrip van deze syndromen. Verder onderzoek zou zich op deze lacunes moeten focussen, omdat de huidige rationale interessante therapeutische doelwitten biedt voor deze populaties: het aanpakken van de anti-oxidante toestand en het optimaliseren van de mitochondriale funktie.

4. Experten opinie

Zoals hierboven vermeld, is de aanwezigheid van mitochondriale dysfunktie bij CVS- zowel als FM-patiënten een relevante plausibele hypothese, gebaseerd op de huidige gegevens, die mogelijk pijn en vermoeidheid bij deze patiënten verklaart. Mitochondriale dysfunktie bij CVS- en FM-patiënten in de spieren, het perifeer en centraal zenuwstelsel, kan worden geïnduceerd door een grote hoeveelheid ROS. Deze zuurstof-radikalen worden geproduceerd door de mitochondrieën zelf. De toegenomen hoeveelheid vrije radikalen in dit weefsel is een gevolg van een negatieve balans tussen ROS-produktie van de mitochondrieën enerzijds, en het anti-oxidant gehalte in het weefsel anderzijds. De relatieve hoeveelheden ROS-produktie en afbraak bepalen hun ‘steady-state’ [evenwicht-toestand] concentratie en, uiteindelijk, hun potentieel om weefsel-letsel te veroorzaken.

Het is mogelijk dat de produktie van ROS verhoogd is door een verhoogde frequentie van aktie-potentialen in de neuronen van het pijn-systeem (perifeer zowel als centraal) ten gevolge een traumatisch letsel of infektie die vaak voorafgaat aan de syndromen. Door het letsel of infektie, zullen verschillende cellen necrotisch worden en meerdere humorale factoren, zoals bradykinine en kalium, zullen naar de omgeving lekken, en zich mogelijks richten tegen nociceptoren van de pijn-neuronen. In dit geval is er een constant onevenwicht op het niveau van het membraan-potentiaal dat moet worden hersteld door de Na/K-ATPase-pompen. Deze pompen zijn ATP-afhankelijk, wat de mitochondriale funktie onder drukt zet en resulteert in een verhoogde aanmaak van zuurstof-radikalen. Deze hypothese wordt ondersteund door Mattson en Liu die rapporteerden dat mitochondrieën in axonen en pre-synaptische uiteinden ATP-bronnen bieden voor de ion-pompen die in deze strukturen zijn geconcentreerd, voor een snel herstel van de ion-gradiënten na depolarisatie en neurotransmitter-release [Energetics and oxidative stress in synaptic plasticity and neurodegenerative disorders. Neuromolecular Med (2002) 2: 215-31].

Mitochondrieën zouden ook een belangrijke rol kunnen spelen bij de regulering van de synaptische werking vanwege hun vermogen om calcium-niveaus en ROS-produktie te reguleren. ROS gegenereerd in respons op synaptische aktiviteit staan er om bekend bij te dragen tot de regulering van lange-termijn strukturele en funktionele veranderingen in neuronen. De hoge-energie eisen van de synapsen, tesamen met hun hoge niveaus qua ROS-aanmaak, betekenen een risico tijdens omstandigheden van verhoogde stress, die optreden bij veroudering, neurodegeneratieve aandoeningen (zoals Alzheimer’s en Parkinson’s), en na acute traumatische en ischemische aanvallen.

Naast een verhoogde ROS-produktie, is het ook mogelijk dat de niveaus van meerdere anti-oxidanten in het weefsel verlaagd zijn [Desai KM et al. Oxidative stress and aging: is methylglyoxal the hidden enemy? Can J Physiol Pharmacol (2010) 88: 273-84; methylglyoxal is een cytotoxisch metaboliet dat dient opgeruimd d.m.v. detoxificerende mechanismen]. De eliminatie van sterke oxidanten is een niet-enzymatisch proces en gebeurt via vitamine-C, vitamine-E, ubiquinon, carnosine, enz. De verwijdering van minder reaktieve soorten wordt gedaan door specifieke enzymen aanwezig in het cytosol, peroxisomen of mitochondrieën. Het mitochondrion heeft zijn eigen set van enzymen en andere anti-oxidanten. De mitochondriale matrix bevat Mn-superoxide-dismutase (SOD-2) en de inter-membraan ruimte bevat de cytosolische isoform van superoxide-dismutase (Cu,Zn-SOD of SOD-1).

Naast verhoogde ROS-produktie en verlaagde waarden qua anti-oxidanten, kunnen inflammatoire stoffen, zoals TNF-α en interleukinen, ook een directe impact op de mitochondriale funktie hebben in bij inflammatie. In lever-weefsel, rapporteerden Weidinger et al., induceerde ontsteking, te wijten aan hypoxie, mitochondriale dysfunktie. bij CVS- en FM-patiënten werden toegenomen inflammatie-biomerkers gerapporteerd, en er kan derhalve worden gehypothiseerd dat verhoogde inflammatie-niveaus kunnen leiden tot mitochondriale dysfunktie.

Op basis van het hierboven vermelde bewijsmateriaal, kunnen verschillende therapeutische doelwitten worden gedefinieerd.

Om de oorzaak van de mitochondrial dysfunktie te counteren, kan behandeling zich richten op het op peil houden van de niveaus anti-oxidanten en op mitochondriale anti-oxidante werking.

Bij FM-patiënten zowel als bij CVS-patiënten rapporteerden meerdere auteurs verlaagde waarden qua Coenzyme-Q10 en verscheidene mineralen zoals zink, koper, magnesium en mangaan, die gerelateerd zouden zijn aan pijn-klachten. Cordero meldde dat supplementering met Coenzyme-Q10 positieve effekten had op de mitochondriale funktie door het verminderen van oxidatieve stress, leidend tot een positief effekt op hoofdpijn-symptomen, ‘tender-points’, VAS-score en de ‘Fibromyalgia Impact Questionnaire’ bij FM-patiënten [Cordero et al.]. Bij jongere FM-patiënten verminderde dergelijke supplementering ook zelf-gerapporteerde vermoeidheid. Er zijn voor zover wij weten geen studies beschikbaar die het effekt van supplementering met Coenzyme-Q10 op pijn bij CVS evalueren [bij FM: ‘NLRP3 Inflammasoom geaktiveerd bij Fibromyalgie: effekt van Coenzyme Q10]. Verdere klinische proeven die focussen op de anti-oxidante status bij deze patiënten en op supplemetering met anti-oxidanten die van belang zijn bij oxidatieve stress, mitochondriale funktie gemeten in bloedcellen en spierweefsel, en evalutie van de associatie met verschillende klachten, vooral pijn en vermoeidheid, zijn vereist.

Een interessant anti-oxidant is carnosine (β-alanyl-L-histidine), een dipeptide van de aminozuren β-alanine en histidine. Het is sterk geconcentreerd in spieren en het centraal zenuwstelsel. Carnosine heeft bewezen reaktive zuurstof soorten (ROS) op te ruimen, alsook α-β onverzadigde aldehyden die worden gevormd bij de peroxidatie van cel-membraan vetzuren tijdens oxidatieve stress. In dier-modellen bleek carnosine kanker-groei te vertragen en te beschermen tegen door alkohol geïnduceerde oxidatieve stress alsook tegen door ethanol geïnduceerde chronische lever-beschadiging. Carnosine is ook neuroprotectief tegen permanente cerebrale ischemie [zuurstof-tekort] bij muizen [Boldyrev et al. Carnosine as a natural anti-oxidant and gero-protector: from molecular mechanisms to clinical trials. Rejuvenation Res (2010) 13:156-8].

Carnosine bleek peroxynitriet-afhankelijke eiwit-wijzigingen zoals tyrosine-nitratie en daardoor ook cel-schade tegen te gaan [Derave W et al. Muscle carnosine metabolism and beta-alanine supplementation in relation to exercise and training. Sports Med 201) 40: 247-63]. Boldyrev et al. rapporteerde na twee proeven dat carnosine-waarden verlaagd waren bij Parkinson’s en na beroerte, en dat supplementering resulteerde in een daling van proteïne-carbonylen en lipiden-hydroperoxiden (ROS-indicatoren) in het bloed-plasma, en dit ging gepaard met verhoogde cerebrale bloed-doorstroming, locomotor- en cognitieve funktie. Het kan interessant zijn om de inhoud van carnosine in spierweefsel en bloed bij CVS- en FM-patiënten te evalueren, en als carnosine verlaagd is, dienen supplementering-studies te worden uitgevoerd.

Een derde element bij de mogelijke oplossingen voor het doen dalen van ROS en het doen stijgen van het anti-oxidant vermogen in de cel, is medicatie-specifieke ‘targeting’ van de mitochondriale biogenese. Als voorbeeld noemen we resveratrol of esveratrol (3,5,4’-trihydroxy-trans-stilbeen) wat een stilbenoid is, een type natuurlijk fenol, en een fytoalexine [organische verbinding] dat op een natuurlijke manier door meerdere planten wordt aangemaakt, in het bijzonder door de wortels van de Japanese Duizendknoop, waaruit het commercieel wordt gewonnen. De effekten van resveratrol zijn onderwerp van talrijke studies bij dieren en mensen. In experimenten met muizen en ratten, werden anti-kanker, anti-inflammatoire, bloedsuiker-verlagende en andere voordelige cardiovasculaire effekten van resveratrol gerapporteerd [Xu Q, Si LY. Resveratrol role in cardiovascular and metabolic health and potential mechanisms of action. Nutr Res (2012) 32(9): 648-58].

Er zou kunnen worden gespeculeerd dat dergelijke types medicatie het gehalte mitochondrieën kunnen verhogen en daardoor de hoeveelheid anti-oxidanten, wat zou helpen de hoeveelheid ROS te verminderen; maar verder onderzoek bij patiënten met FM & CVS is vereist.

Tenslotte: omwille van het feit dat deze patiënten een mitochondriale inhoud hebben die te wijten is aan de pathologie maar ook aan fysieke deconditionering, is het wenselijk de fysieke aktiviteit te verhogen, bv. door lichamelijke inspanning. Bij gezonde individuen induceren aërobe, kracht-, gecombineerde inspanning- en interval-training morfologische, metabole en gen-regulerende aanpassingen in de skeletspier, inclusief toename van respiratoire capaciteit van de spier, onderdelen van de mitochondriale respiratoire keten, ATP-synthase, en enzymen van de Krebs-cyclus en de β-oxidatie. Het effekt van de inspanning-training op de anti-oxidant funktie van mitochondrieën blijft echter onderwerp van discussie. Lichamelijke aktiviteit veroorzaakt normaal een toename van de NO-produktie. Als dit effekt zou worden versterkt door de reeds verhoogde hoeveelheden NO, zou dit de typische pijn-verergering, malaise en vertraagd herstel na lichamelijke aktiviteit die wordt gezien bij FM- en CVS-patiënten kunnen verklaren. De resultaten van Jammes et al. bevestigen inderdaad een verlengde en geaccentueerde oxidatieve stress na inspanning bij patiënten met CVS, voldoende om spierpijn en malaise na inspanning [zie ‘Oxidatieve stress] te verklaren. Bovendien: een subgroep van CVS-patiënten vertoonde een significant lagere ATP-synthese tijdens herstel, wat duidt op verminderde mitochondriële oxidatieve fosforylering.

Bovendien zal pathologische over-produktie van NO het zuurstof-verbruik verlagen en de anaërobe glycolyse (lactaat-produktie) verhogen door het moduleren van de mitochondriale ademhaling en het ijzer-metabolisme. Deze effekten, naast de oxidatieve schade aan cel-membranen [zie ‘Specifieke correlaties tussen oxidatieve stress in de spieren en CVS], strukturele eiwitten (zoals actine) en DNA, kunnen de inspanning-capaciteit compromitteren en lichamelijke aktiviteiten responsen verergeren. Dus, hoewel de stijging van NO één van meerdere gunstige effekten van inspanning door gezonde mensen kan zijn, is meer onderzoek nodig bij CVS- en FM-patiënten om het effekt van inspanning op NO-produktie te bestuderen, ter opheldering van de voordelen of de gevaren van inspanning. Daarnaast moet nader onderzoek naar de mogelijke positieve effekten van inspanning op de mitochondriale funktie worden uitgewerkt, en zeker de meest optimale vorm met betrekking tot de klachten.

september 8, 2013

NLRP3 Inflammasoom geaktiveerd bij Fibromyalgie: effekt van Coenzyme Q10

Hieronder weerom een studie bij FM-patiënten die (gezien de overlap met CVS) zeker relevant kan zijn…

Dit is een vervolg op ‘CoQ10 & inflammatie – mitochondriale dysfunktie (FM – inspanning)’.

Lees ook ‘Mitochondriale dysfunktie – Differentiërende merker tussen CVS & FM?’.

Inflammasomen zijn multi-proteïne molekulaire complexen die een brede waaier aan pathogenen ‘voelen’ en een rol spelen bij de inflammatoire respons. Hoewel ze deel uitmaken van de immuun-respons, kan de inflammatoire respons – wanneer er overweldigende schade of infektie is – chronisch worden en schadelijk voor het lichaam.

Jaklien C. Leemans et al. (Immunol Rev. (2011) 243: 152-162. Sensing damage by the NLRP3 inflammasome) hebben aangetoond dat mitochondriale dysfunktie de aktivatie triggert via het NLRP3 inflammasoom. Onderstaande studie vond dat behandeling van fibromyalgie-patiënten met CoQ10 (dat de mitochondriale funktie ondersteunt), ook NLRP3 inflammasoom aktivatie reduceert.

Voor de ‘specialisten’:

Het inflammasoom bestaat uit caspase-1, PYCARD (gen dat codeert voor een adaptor-proteïne dat is samengesteld uit 2 proteïne-proteïne interaktie-gebieden: (PYD) een PYRIN-PAAD-DAPIN domein en (CARD) een caspase-recrutering domein), NLRP, ook NALP genaamd (type NOD-‘like’ receptor (NLR, nucleotide-bindende oligomerisatie-domein receptoren – intracellulaire sensoren voor PAMPs (‘pathogen-associated molecular pattern’) – die de cel binnenkomen via fagocytose of poriën – en DAMPs (‘danger-associated molecular patterns’) die geassocieerd zijn met cel-stress. Ze maken deel uit van patroon-herkenning receptoren en spelen belangrijke rollen bij de regulering van de aangeboren immuun-respons.). NALP-proteïnen zijn een onderdeel van de aangeboren immuniteit en detekteren geconserveerde pathogeen-kenmerken. Er wordt gedacht dat NALP-proteïnen inherent gevaar ‘voelen’ en linken dit aan mikrobiële produkten, wat een respons creëert onder het concept van het inflammasoom waarbij K+ efflux en caspase-1 aktivatie zijn betrokken. NALP werden bleek ook geassocieerd met auto-immuun-ziekten….

Het inflammasoom komt tot expressie in myeloïde cellen en is een component van het aangeboren immuun-systeem. De exacte samenstelling van een inflammasoom hangt af van de aktivator die inflammasoom-opbouw initieert, bv. dubbelstrengig RNA zal een bepaalde inflammasoom-opbouw triggeren terwijl asbest zorgt voor een andere variant. Het inflammasoom bevordert de ontwikkeling van de inflammatoire cytokinen interleukine-1β (IL-1β) en interleukine-18 (IL-18). Het inflammasoom is verantwoordelijk voor aktivatie van inflammatoire processen en bleek cel-pyroptose, een proces van geprogrammeerde cel-dood dat verschilt van apoptose en geassocieerd is met anti-mikrobiële responsen, te induceren.

Tijdens een infektie is één van de eerste vormen van verdediging die gebruikt wordt bij de aangeboren immuun-respons, een groep of patroon-herkeninning receptoren (PRRs) die molekulaire patronen herkennen die tot expressie zijn gekomen bij binnendringende pathogenen. Deze kunnen zich op het membraan-oppervlak (bv. ‘Toll-like’ receptoren, TLRs, en C-type Lectine Receptoren, CLRs), of in het cytoplasma (bv. ‘Nod-like’ receptoren, NLRs, en ‘RIG-I-like’ receptoren, RLRs) bevinden. Een subset NLRs genaamd NLRP1 is in staat te oligomeriseren tot een struktuur die de caspase-1 cascade aktivateert, wat leidt tot de produktie van pro-inflammatoire cytokinen (vooral IL-1B & IL-18). Dit NLRP1 multi-molekulair complex werd het ‘inflammasoom’ genoemd. Later werden nog andere inflammasomen ontdekt, waarvan er 2 ook NLR-subsets – NLRP3 & NLRC4 zijn. NLRP1, NLRP3 & NLRC4 zijn subsets van de NLR-familie en hebben dus 2 gemeenschappelijk kenmerken: (1) een nucleotide-bindend domein (NBD; gebonden via ribonucleotide-fosfaten (rNTP) en belangrijk voor zelf-oligomerisatie); (2) een leucine-rijke ‘repeat’ (LRR) aan het C-uiteinde, die dient als een ligand-herkenning-domein voor andere receptoren (bv. TLR) of mikrobiële liganden.

Analoog met het apoptosoom, dat apoptotische cascades aktiveert, aktiveert het inflammasoom een inflammatoire cascade. Eens aktief bindt het inflammasoom met pro-caspase-1 (de voorloper van caspase-1). Daarna wordt dit omgevormd tot caspase-1, wat een waaier aan processen in respons op het initieel inflammatoir signaal in gang kan zetten: de splisting van pro-IL-1β tot IL-1β, splitsing van pro-IL-18 tot IL-18 (wat IFN-γ secretie en NK-cel aktivatie induceert), splitsing en inaktivatie van IL-33, DNA-fragmentatie en vorming van cel-poriën, inhibitie van glycolytische enzymen, aktivatie van lipiden-biosynthese en secretie van weefsel-herstel mediatoren zoals pro-IL-1α. Interferon-induceerbaar proteïne AIM2 (deel van het inflammasoom) bevat ook een domein dat vreemd cytoplasmisch dsDNA ‘voelt’ en bindt, en NF-κB aktiveert; een rol die cruciaal is bij bakteriële en virale infektie.

Wij roepen hierbij op tot deskundig onderzoek omtrent de rol van NOD-‘like’ receptoren en inflammasomen bij M.E.(cvs). Mutaties in NLR-genen bleken reeds geassocieerd met auto-inflammatoire en -immune aandoeningen zoals Crohn’s, arthritis, diabetes, , astma, atopische eczema, enz. Zoals gezegd reguleren NLRs NF-κB signalisering (zie o.a. ‘NF-κB en Inspanning’, ‘Vitamine-D, VDR, NF-kB, chronische inflammatie & vermoeidheid’, enz.) en interferon-responsen. Een subset van de NLR-proteïnen is ook verantwoordelijk voor de aanmaak van of interleukine-1ß & -18 via aktivatie van caspase-1 & -11 (zie o.m. ‘Symptoom-opflakkering verbonden met cytokine-aktiviteit bij CVS’, ‘Het Cholinergisch Anti-inflammatoir Mechanisme’, enz.). Dit alles werd al gesuggereerd betrokken te zijn bij M.E.(cvs)…

————————-

Antioxid Redox Signal. 2013 Jul 25. [pre-print]

NLRP3 Inflammasome is activated in Fibromyalgia: the effect of Coenzyme Q10

Mario D. Cordero (1), Elísabet Alcocer-Gómez (1), Ognjen Culic (2), Angel M. Carrión (3), Manuel de Miguel (1), Eduardo Díaz-Parrado (1), Eva M. Pérez-Villegas (3), Pedro Bullón (4), Maurizio Battino (5), José Antonio Sánchez-Alcazar (6)

1 Dpto. Citología e Histología Normal y Patológica, Facultad de Medicina. Universidad de Sevilla, 41009 Sevilla-Spain

2 Faculty of Pharmacy and Biochemistry, University of Zagreb, A. Kovacica 1, 10000 Zagreb, Croatia

3 División de Neurociencias, Universidad Pablo de Olavide de Sevilla, Carretera de Utrera Km. 1, Sevilla, Spain

4 Dept. de Periodontología, Facultad de Odontología, Universidad de Sevilla, Spain

5 Dipartimento di Scienze Cliniche Specialistiche ed Odontostomatologiche – Sez. Biochimica, Università Politecnica delle Marche, 60100, Ancona, Italy

6 Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (CABD), Universidad Pablo de Olavide-CSIC-Junta de Andalucía and Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), ISCIII, Sevilla, Spain

Samenvatting

Doelstellingen: Fibromyalgie (FM) is een chronisch pijn syndroom gekenmerkt door veralgemeende hyperalgesie geassocieerd met een breed spectrum aan symptomen, zoals vermoeidheid en gewricht-stijfheid. De diagnose van FM is moeilijk door het gebrek aan betrouwbare diagnostische biomerkers; de behandeling is grotendeels ontoereikend. We hebben de rol van coenzyme-Q10 (CoQ10) deficiëntie en mitochondriale dysfunktie bij inflammasoom-aktivatie onderzocht in bloedcellen van FM-patiënten, en in vitro en in vivo CoQ10-deficiëntie modellen.

Resultaten: Mitochondriale dysfunktie ging gepaard met verhoogde expressie van IL-1β, NLRP3 en caspase-1 aktivatie, en verhoogde serum-waarden van pro-inflammatoire cytokinen (IL-1β & IL-18). CoQ10-deficiëntie geïnduceerd via behandeling met p-aminobenzoaat in BMCs en muizen vertoonde NLRP3-inflammasoom aktivatie met uitgesproken algesie [pijn-gevoeligheid]. Een placebo-gecontroleerde test met CoQ10 in FM-patiënten toonde een gereduceerde NLRP3-inflammasoom aktivatie en IL-1β & IL-18 serum-waarden.

Nieuwigheden: Deze resultaten tonen een belangrijke rol van het NLRP3-inflammasoom in de pathogenese van FM en het vermogen van CoQ10 om het inflammasoom onder controle te houden.

Besluiten: Deze bevindingen bieden nieuwe inzichten in de pathogenese van FM en suggereren dat inhibitie van NLRP3-inflammasoom een nieuwe therapeutische interventie voor de ziekte vertegenwoordigt.

INLEIDING

[…] Er zijn nieuwe diagnostische merkers voor FM nodig. Meerdere pathologische veranderingen werden gedocumenteerd bij FM-patiënten. Bijvoorbeeld: studies hebben oxidatieve stress geïmpliceerd bij de pathogenese van FM, wat er op wijst dat mitochondriale dysfunktie geassocieerd kan zijn met dit syndroom. [Zo ook voor M.E.(cvs)] Bovendien zijn er enkele hypothesen die suggereren dat cytokinen een rol kunnen spelen bij FM. Inderdaad: een daling qua mitochondriale massa en coenzyme-Q10 (CoQ10) -waarden, alsook verminderde produktie van mitochondriale reaktieve zuurstof-soorten (ROS), werden gedetekteerd in bloed mononucleaire cellen (BMCs) van FM-patiënten [Cordero MD et al. Coenzyme Q10 distribution in blood is altered in patients with fibromyalgia. Clin Biochem (2009) 42: 732-735 /// Cordero MD et al. Mitochondrial dysfunction and mitophagy activation in blood mononuclear cells of fibromialgia patients: implications in the pathogenesis of the disease. Arthritis Res Ther (2011) 12: R17 * zie onze inleiding]. Aan de andere kanten bleken ROS ook een belangrijke aktivator van inflammasoom-gemedieerde inflammatie [Zhou R et al. A role for mitochondria in NLRP3 inflammasome activation. Nature (2011) 469: 221-5]. Het NLRP3 (‘NOD-like receptor family, pyrin domain containing 3’ [zie onze inleiding]) -inflammasoom is een molekulair platform dat wordt geaktiveerd na tekenen van cellulair ‘gevaar’, om aangeboren immune verdediging te triggeren via de ontwikkeling van pro-inflammatoire cytokinen (interleukinen IL-1β & IL-18). Om een mogelijke implicatie van mitochondriale dysfunktie bij inflammasoom-aktivatie in FM te onderzoeken, bestudeerden we pathologische mechanismen in BMCs van FM-patiënten en bij 2 modellen, in vitro en in vivo, voor CoQ10-deficiëntie.

EXPERIMENTELE PROCEDURES

[…]

Patiënten

[…] ‘American College of Rheumatology’ diagnostische criteria […] Exclusie-criteria: acute infektueuze ziekten 3 weken voorafgaand aan de studie; neurologicsche, psychiatrische, metabole, auto-immune, met allergie verwante, huid- of chronische inflammatoire ziekte; ongewenste gewoonten (bv. roken, alkohol, enz.); medische aandoeningen die glucocorticoïden-behandeling, analgetica of antidepressiva vereisen; drug-gebruik; zwangerschap of borstvoeding. […] Alle patiënten en controles volgden een standaard evenwichtig dieet (dieet-programma). […]

Interventie

[…] CoQ10 (aangekocht bij Pharma Nord, Vejle, Denemarken) soft-gel capsulen, 40 dagen (300 mg/dag in 3 dosissen) […].

RESULTATEN

Mitochondriale karakteristieken in BMCs van FM-patiënten

BMCs van FM-patiënten vertoonden een significante downregulering van meerdere genen die gerelateerd zijn met mitochondriale biogenese (PGC-1α, TFAM, NRF1). Parallel hiermee: BMCs vertoonden een reductie van expressie-waarden van mitochondriale complexen (complex-I, complex-III & cytochroom-c) [De aktiviteiten van NADH:coenzyme Q1 oxido-reductase (complex-I), succinaat-dehydrogenase (complex-II), cytochroom-c oxidase (complex-IV), ubiquinol:cytochroom-c oxido-reductase (complex-III), succinaat:cytochroom-c reductase (complex-II + complex-III) werden gemeten.] gepaard met verminderde aktiviteiten van complexen van de mitochondriale keten bij 50-60% patiënten, vergeleken met controles. CoQ10 is een belangrijke component van de mitochondriale ademhaling die reducerende equivalenten van complex-I & -II naar complex-III transfereert, en deficiënties van deze elektron- en proton-drager zijn geassocieerd met mitochondriale dysfunktie bij verscheidene aandoeningen bij mensen. Hierbij aansluitend bleken CoQ10-waarden gereduceerd tot 46% van de gemiddelde controle waarde in BMCs van FM-patiënten. Daarnaast: om het effekt van mitochondriale dysfunktie op cellulaire bio-energetica te bepalen, maten we intracellulair ATP [drager van chemische energie, ‘cellulaire brandstof’] in BMCs van controles en FM-patiënten. ATP-waarden waren gereduceerd tot 76% met betrekking tot controles (P < 0.001).

Oxidative stress in BMCs van FM-patiënten

Het is goed bekend dat mitochondriale dysfunktie geassocieerd is met de inductie van ROS-produktie in mitochondrieën. Bovendien werd oxidatieve stress voorgesteld als een relevante gebeurtenis in de pathogenese van FM en een significante positieve correlatie met de klinische symptomen vertoont. Om oxidatieve stress bij FM te kunnen beoordelen, bepaalden we mitochondriale ROS-produktie in BMCs van controles en FM-patiënten d.m.v. MitoSOX, een mitochondriale superoxide indicator [MitoSOX™ rood is een een fluorogene kleurstof ontwikkeld en gevalideerd voor zeer selektive detektie van superoxide in de mitochondrieën van levende cellen.]. De aanmaak van mitochondriaal superoxide was significant verhoogd in BMCs van FM-patiënten in vergelijking met controles (P < 0.001). daarnaast bepaalden we, als merker voor oxidatieve stress, de expressie van 8-oxoguanine glycosylase (OGG1) [enzyme 8-oxoguanine DNA glycolase-1 is een DNA-herstel enzyme], een DNA-glycosylase enzyme [DNA-herstel enzyme dat de beschadigde DNA-base verwijdert maar de suiker-ruggegraat intact houdt.] verantwoordelijk voor de afsplitsing van 7,8-dihydro-8-oxoguanine (8-oxoG), een mutageen base-nevenprodukt dat voorkomt ten gevolge blootstelling van DNA aan ROS, en 8-oxoG waarden in BMCs van patiënten. Gemiddeld vertoonden FM-patiënten significant hogere waarden OGG1 en 8-oxoG in hun BMCs.

Inflammasoom-aktivatie via oxidatieve stress betrokken bij FM-pijn

De post-inflammatoire inductie van mitochondriale biogenese ondersteunt de metabole werking en cel-leefbaarheid, en helpt inflammatie te controleren. Omdat genen betrokken bij mitochondriale biogenese gedownreguleerd bleken in BMCs van FM-patiënten, analyseerden we de aktivatie van inflammasoom-gerelateerde proteïnen. We vonden verhoogde NLRP3 en caspase-1 gen-expressie [caspasen = eiwit-afbrekende enzymen, die een essentiële rol vervullen bij apoptose (geprogrammeerde cel-dood); caspase-1 bleek al ge-upreguleerd bij CVS (zie o.a. ‘Gen-signatuur voor Post-Infektie CVS’)], verhoogd NLRP3 proteïne expressie en caspase-1 splitsing, suggestief voor inflammosoom-aktivatie. […] BMCs behandeld met lipopolysaccharide (LPS [molekule die het immuunsysteem aktiveert door het nabootsen van pathogenen]) van Escherichia coli [bakterie] werd gebruikt als positieve controle voor of caspase-1 splitsing. Interessant is dat werd beschreven dat geoxidieerd mtDNA een krachtige aktivator van het NLRP3-inflammasoom is [Shimada K et al. Oxidized Mitochondrial DNA Activates the NLRP3 Inflammasome during Apoptosis. Immunity (2012) 36: 401-14]. Bovendien bleken andere proteïnen betrokken bij inflammasoom- en inflammatie-aktivatie (IL-1β & IL-18) verhoogd in het serum van FM-patiënten. Bij FM-patiënten geïsoleerde en gecultiveerde BMCs vertoonden verhoogde waarden qua IL-1β eiwit; wat aantoont dat deze cellen de cytokinen aktief produceren. Interessant is ook dat BMCs gecultiveerd met 30μM CoQ10 na 24 h een belangrijke reductie van IL-1β en caspase-1 proteïne vertoonden. IL-1β serum-waarden bij FM-patiënten vertoonden een significante negatieve correlatie (P < 0.05) met CoQ10-waarden en een significante positieve correlatie (P < 0.001) met mitochondriale ROS-waarden. De incubatie met CoQ10 van BMCs geïsoleerd bij patiënten induceerde een reductie van IL-1β proteïne. Verder vertoonden IL-1β serum-waarden hoge positieve correlatie met scores op de pijn-schaal voor FM-patiënten. Deze gegevens suggereren dat hoge IL-1β en IL-18 waarden een rol zouden kunnen spelen in de pathofysiologie van FM. Interessant: er werd beschreven dat IL-1β en IL-18 betrokken zijn bij de verhoogde gevoeligheid van de sensorische receptoren, wat betekent dat ze direct pijn veroorzaken of ten minste moduleren [bv. Li WW et al. The NALP1 inflammasome controls cytokine production and nociception in a rat fracture model of complex regional pain syndrome. Pain (2009) 147: 277-86]

Coenzyme-Q10 deficiëntie induceert inflammasoom-aktivatie bij FM

Om de rol van CoQ10 bij het inflammatoir proces bij FM te verifiëren, induceerden we CoQ10-deficiëntie in BMCs van 5 gezonde controles door inhibitie van de endogene CoQ10-biosynthese met 1 mM p-aminobenzoaat (PABA [inhibitor van polyprenyl-4-hydroxybenzoaat transferase, een essentieel enzyme bij de CoQ10-biosynthese]) gedurende 24 h. CoQ10-deficiëntie werd ook geïnduceerd bij muizen d.m.v. sub-chronische behandeling met PABA (2x/daags à 20 mg/kg/dag). De inhibitie van CoQ10 in BMCs had een opmerkelijk effekt op cellulaire bio-energetica: inductie van een daling van 57% van het intracellulair ATP, wat kon worden hersteld na behandeling met 10μM CoQ10. CoQ10-deficiëntie in BMCs induceerde ook verhoogde DNA-oxidatie (OGG1) en inflammasoom-aktivatie (aangetoond door verhoogde expressie van NLRP3 en caspase-1 splitsing), geassocieerd met een significante stijging van IL-1β & IL-18 in het cultuur-medium. Interessant: supplementering met 10 μM CoQ10 induceerde een significante reductie qua DNA-oxidatie, inflammosoom-aktivatie en IL-1β & IL-18 in het cultuur-medium van CoQ10-deficiënte BMCs.

Bij muizen reduceerde PABA-behandeling de waarden van CoQ9 & CoQ10 in BMCs met 30% & 49%, respectievelijk (P < 0.001), vergeleken met onbehandelde controles. Dit effekt ging gepaard met verhoogde expressie van NLRP3, inductie van caspase-1 splitsting in BMCs en verhoogd IL-1β & IL-18 in serum. Eénmalige injecties met PABA in muizen gaf geen verschil tussen onbehandelde en met PABA geïnjekteerde muizen met betrekking tot hitte-pijn (gegevens niet getoond). Toediening van PABA gedurende 5 opéénvolgende dagen gaven echter een uitgesproken algesie bij de warmte-plaat test [‘hot-plate test: muizen worden in een glazen cilinder gehouden om dan te worden losgelaten op een verwarm oppervlak (45-52,5 ± 0,5ºC), de tijd tot ze aan hun pootjes likken wordt gemeten] wanneer de warmte-stimuli 45ºC bereikten (Warmte-plaat test: bij 50ºC waren de latenties 12,06 ± 1,64 & 6.,67 ± 0,61 sec voor onbehandelde en met PABA geïnjekteerde muizen, respectievelijk (P = 0.013); bij 52,5ºC 5,2 ± 0,88 & 3,03 ± 0,23 sec (P = 0.041).), en voor de ‘tail-flick’ (latenties 5,95 ± 0,13 & 3,64 ± 0,26 sec; P < 0.001). [‘tail-flick’ test: staart wordt ondergedompeld in een bad met een temperatuur van 48 ± 0,5ºC en de tijd tot een start-reflex optreedt wordt gemeten] Interessant is dat de IL-1β serum-waarden een sterke positieve correlatie vertoonden met scores op de pijn-schaal bij muizen, gelijkaardig met wat wordt geobserveerd bij FM-patiënten. Routine serum biochemische parameters werden niet beïnvloed door de sub-chronische toediening van PABA bij muizen (data niet getoond).

Orale toediening van CoQ10 bij FM-patiënten reduceert inflammasoom-aktivatie

Een belangrijk obstakel voor de succesvolle behandeling van FM is de beperkte doeltreffendheid van de beschikbare farmacologische behandelingen. Zowat de helft van alle behandelde patiënten ervaarden slechts een matige reductie van hun symptomen, wat er op wijst dat veel FM-patiënten nood hebben aan alternatieve behandelingen. In veel gevallen bleek CoQ10 doeltreffend bij de behandeling van FM [Cordero MD et al. Coenzyme Q10: a novel therapeutic approach for Fibromyalgia? Case series with 5 patients. Mitochondrion (2011) 11: 623-5]. Identificatie van pathofysiologische mechanismen die worden aangepakt met CoQ10-behandeling bij FM is een belangrijk research-doelwit. In dit opzicht voerden we een placebo-gecontroleerde, dubbel-blinde proef uit bij 20 FM-patiënten, om het effekt van CoQ10 op inflammasoom gen-expressie en inflammasoom serum-merkers te evalueren. Na CoQ10-supplementering bleken NLRP3 en IL-1β genen gedownreguleerd. CoQ10-waarden in BMCs werden hersteld na CoQ10-behandeling (gegevens niet getoond). IL-1β & IL-18 serum-waarden werden significant verminderd in vergelijking met placebo.

BESPREKING

Er werd aangetoond dat inhibitie van complex-I of -III van de mitochondriale respiratoire keten leidt tot de inductie van ROS-produktie en NLRP3-inflammasoom aktivatie. In BMCs van FM-patiënten detekteerden we dysfunktie van de mitochondriale respiratoire keten, CoQ10-deficiëntie, en verhoogde mitochondriale ROS-produktie en OGG-1 expressie (een merker voor geoxideerd DNA), allebei aktivatoren van het inflammasoom en inflammatie. Het inflammasoom kwam naar voor als een onverwachte sensor voor metabool gevaar en stress. Inderdaad: het bleek betrokken bij de ontwikkeling van belangrijke ziekten zoals jicht, type-2 diabetes en obesitas-geïnduceerde insuline-resistentie. Bovendien werd het NLRP3-inflammasoom steeds meer verdacht een belangrijke rol te spelen bij andere menselijke pathologieën zoals kanker, asbestose [stof-long] en Alzheimer’s. FM-patiënten vertoonden verhoogde aktivatie van het inflammasoom in BMCs en verhoogde serum-waarden van pro-inflammatoire cytokinen, zoals IL-1β en IL-18. Interessant: de compenserende aktivatie van mitochondriale biogenese genen was verstoord in BMCs van FM-patiënten. In respons op mitochondriale dysfunktie en inflammatie, verwijderen cellen beschadigde mitochondrieën 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] en, als een compenserend mechanisme, induceren ze mitochondriale biogenese en upregulering van anti-oxidante en anti-inflammatoire verdediging genen. Er werd mitofagie [Autofagie van (niet-funktionerende) mitochondrieën wordt ook mitofagie genoemd.] bij FM-patiënten gerapporteerd. Er werd echter beschreven dat compenserende mechanismen verstoord zijn in BMCs van FM-patiënten, leidend tot verminderde mitochondriale massa, gereduceerde anti-oxidante waarden en een voorbestemdheid voor inflammatoire schade. Inflammatie bleek geassocieerd met FM-symptomen: sterke positieve correlaties tussen IL-1β & IL-18 serum-waarden en pijn-scores; wat een inflammatoire component bij de inductie van pijn suggereert. Desondanks zijn er discrepanties met betrekking tot de pathologische rol van IL-1β serum-waarden bij FM. Onderzoekers hebben de betrokkenheid getoond van MEFV (gen dat codeert voor pyrine [eiwit geproduceerd door neutrofielen, eosinofielen en monocyten, dat een rol speelt bij inflammatie en de strijd tegen infekties], een belangrijke regulator van het inflammasoom-platform dat caspase-1 aktivatie en IL-1β controleert), dus hun preliminaire data komen overéén met onze resultaten. Wat betreft de betrokkenheid van inflammatoire cytokinen bij FM-pathogenese, hebben we een mitochondriale dysfunktie-afhankelijke toename van TNF-alfa serum-waarden bij FM-patiënten aangetoond, die werd gereduceerd door CoQ10-behandeling.

Overéénkomstig onze resultaten is de negatieve correlatie tussen IL-1β & IL-18 levels en CoQ10-waarden, en de positieve correlatie met mitochondriale ROS-waarden en pijn-schaal scores, ondersteunend voor de hypothese dat inflammatie bij FM afhankelijk is van mitochondriale dysfunktie. Naar ons weten is dit de eerste melding die inflammasoom-aktivatie en zijn associatie met verhoogde waarden qua pro-inflammatoire cytokinen bij FM-patiënten beschrijft. Bovendien droeg deze studie meerdere nieuwe parameters voor die zouden kunnen worden gebruikt als diagnostische biomerkers voor FM. De verdere validatie hiervan (alleen of in combinatie) zou kunnen helpen bij de creatie van objectieve diagnostische testen voor FM [Zo ook voor M.E.(cvs) wellicht]. Toch denken we, niettegenstaande onze resultaten aangaande het inflammasoom bij FM, dat het inflammasoom tot de pathofysiologie van deze ziekte bijdraagt samen met andere inflammasoom-onafhankelijke inflammatoire gebeurtenissen, zoals IL-6, IL-8 of TNF-alfa. Deze inflammatoire parameters zijn geassocieerd met NF-kappaB. Immunohistochemische studies van FM-weefsels onthulden een sterkere expressie van NF-kappaB in spieren, en IL-6, IL-8 & TNF-alfa zijn NF-kappaB-afhankelijke pro-inflammatoire cytokinen.

Samengevat: we hebben (in vitro en in vivo) de betrokkenheid van CoQ10-deficiëntie getoond bij het pathologisch proces van inflammasoom-aktivatie en afgifte van pro-inflammatoire cytokinen. Aangezien pathologische processen kunnen worden omgekeerd door CoQ10-supplementering, stellen we voor dat CoQ10 een geschikte behandeling  zou kunnen zijn voor FM-patiënten. Meer uitgebreide, gecontroleerde klinische proeven zijn nodig om gegevens te verstrekken aangaande de doeltreffendheid van CoQ10 bij FM.

Innovatie

Het inflammasoom krijgt steeds meer aandacht van fundamentele en klinische researchers. Zijn betrokkenheid bij de pathofysiologie van meerdere ziekten genereert nieuwe therapeutische strategieën. Onze studie onthult dat het inflammasoom-complex betrokken is bij de pathofysiologie van FM gemedieerd door CoQ10-deficiëntie. Behandeling met oraal CoQ10 reduceert inflammasoom-aktivatie. Deze bevindingen bieden nieuwe inzichten in de pathogenese van FM en geven nieuwe mogelijke molekulaire doelwitten aan voor de behandeling van deze ziekte.

mei 11, 2013

Mitochondriale dysfunktie – Differentiërende merker tussen CVS & FM?

Filed under: Celbiologie — mewetenschap @ 7:17 am
Tags: , , , , , ,

Research door een Spaanse groep suggereert dat merkers voor mitochondriale dysfunktie en oxidatieve stress zouden kunnen helpen bij het onderscheiden van mensen met fibromyalgie en M.E.(cvs).

Zowel CVS- als FM-patiënten bleken lage CoQ10- en ATP-waarden, en verhoogde oxidatieve stress (lipiden-peroxidatie) te vertonen. Maar enkel FM-patiënten verschilden van de controles voor mitochondriaal citraat-synthase (zie ook ‘Oxidatieve fosforylatie na herhaalde inspanning bij CVS’); mitochondriale DNA-inhoud, en expressie  van PGC-1α en TFAM. Het lijkt er dus op dat de mitochondriale problemen meer verband houden met fibromyalgie….

PGC-1α (Peroxisoom proliferator geaktivateerde receptor-γ co-aktivator) is een lid van een familie van transcriptie co-aktivatoren die een centrale rol speelt bij de regulering van het cellulair energie-metabolisme (mitochondriale inhoud). Het wordt sterk geïnduceerd door blootstelling aan koude (waardoor deze omgeving-stimulus aan adaptieve thermogenese – warmte-ontwikkeling door het lichaam – wordt gelinkt). PGC-1α stimuleert mitochondriale biogenese en bevordert het her-modeleren van spier-weefsel (naar een vezel-type samenstelling die metabool meer oxidatief en minder glycolytisch van aard is.

We gaven op onze paginas overigens al eerder mee dat er gen-expressie veranderingen (verschuiving van het vezel-type van traag naar snel) zijn bij CVS (zie ‘Transcriptie-profiel van spieren bij CVS’) en de her-modelering van spieren gericht is naar het snelle fenotype bij CVS-patiënten zie ook ‘Struktuur en funktie van skelet-spieren gewijzigd bij CVS). Zie ook Lin J et al. ‘Transcriptional co-activator PGC-1 alpha drives the formation of slow-twitch muscle fibres’ in Nature (2002) 418: 797-801), medieert contractiele aktiviteit (samentrekking) en het participeert in de regulering van het koolhydraten- en lipiden-metabolisme. Het is ook zeer waarschijnlijk dat PGC-1α nauw betrokken is bij aandoeningen zoals obesitas, diabetes en cardiomyopathie.

B Martin Hallberg & Nils-Göran Larsson in Nature Structural & Molecular Biology (2011) 18: 1179-1181: “De mitochondriale transcriptie-factor A (TFAM) wordt gecodeerd in de kern en geïmporteerd in de mitochondrieën, waar het funktioneert als een aktivator van mtDNA-transcriptie en mtDNA verpakt in DNA/proteïne-aggregaten (mitochondriale nucleoïden). Tfam buigt mtDNA in een scherpe U-vormige bocht, waardoor het een molekulair mechanisme biedt voor de expressie en het onderhoud van mtDNA.”. Studies in muizen hebben aangetoond dat dit gen-produkt vereist is voor de regulering van het aantal copieën van het mitochondriaal genoom en essentieel is voor embryonale ontwikkeling.

Hood DA in ‘Contractile activity-induced mitochondrial biogenesis in skeletal muscle’, J Appl Physiol. 2001 Mar;90(3):1137-57: “Tfam wordt in de mitochondrieën geïmporteerd en controleert de expressie van mitochondriaal DNA (mtDNA). mtDNA levert slechts 13 proteïne-produkten aan de ademhaling-keten maar deze zijn vitaal voor elektronen-transport en ATP-synthese. Contractiele aktiviteit doet Tfam-expressie stijgen en versnelt zijn importering in mitochondrieën, wat resulteert in verhoogde mtDNA-transcriptie en -replicatie.”. Hij doet ook onderzoek naar PGC-1α… Misschien liggen hier aanwijzingen waarom PGC-1α en TFAM gedaald waren FM-patiënten maar geen belangrijke wijzigingen werden gezien bij CVS-individuen.

————————-

Antioxid Redox Signal. 2013 Apr 22. [pre- print]

Could mitochondrial dysfunction be a differentiating marker between Chronic Fatigue Syndrome and Fibromyalgia?

Jesús Castro-Marrero (1), Mario D. Cordero (2), Naia Sáez-Francas (3), Conxita Jimenez-Gutierrez (1), Francisco J. Aguilar-Montilla (4), Luisa Aliste (1), José Alegre-Martin (1)

1 CFS Unit. Institut de Recerca Vall d’Hebron. Hospital Universitari Vall d’Hebron, Universitat Autònoma de Barcelona, 08035, Barcelona, Spain

2 Departamento de Citología e Histología Normal y Patológica, Facultad de Medicina, Universidad de Sevilla, 41009, Sevilla, Spain

3 Departamento de Psiquiatría y Medicina Legal, Centro de Investigación Biomèdica en Red de Salud Mental (CIBERSAM), Hospital Universitari Vall d’Hebron, Universitat Autònoma de Barcelona, 08035, Barcelona, Spain

4 División de Neurociencias, Universidad Pablo de Olavide de Sevilla, Carretera de Utrera Km. 1, 41013, Sevilla, Spain

Samenvatting

Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) en Fibromyalgie (FM) zijn complexe en ernstige ziekten. Er wordt geschat dat 2,5% en 5%, respectievelijk, van de algemene bevolking is aangetast. De etiologie is onbekend maar studies suggereren dat mitochondriale dysfunktie betrokken is bij de pathofysiologie van beide aandoeningen. We hebben de mogelijke associatie tussen mitochondriale biogenese en oxidatieve stress onderzocht bij patiënten met CVS en FM. We bestudeerden 23 CVS-patiënten, 20 FM-patiënten en 15 gezonde controles. Perifeer bloed mononucleaire cellen (PBMC) vertoonden gedaalde waarden qua CoQ10 bij CVS-patiënten en FM-individuen (telkens p < 0.001; vergeleken met controles) en verminderde ATP-concentraties bij CVS-patiënten en FM-individuen (telkens p < 0.001; vergeleken met controles). In tegenstelling daarmee vertoonden CVS- en FM-patiënten significant verhoogde lipiden-peroxidatie (telkens p < 0.001; vergeleken met controles), wat wijst op door oxidatieve stress geïnduceerde schade. De mitochondriale citraat-synthase aktiviteit was significant lager bij FM-patiënten (p < 0.001) maar de CVS-patiënten vertoonden gelijkaardige waarden als de controles. De mitochondriale DNA-inhoud (verhouding van mitochondriaal DNA op genomisch DNA) was normaal bij CVS- en gereduceerd bij FM-patiënten vs. gezonde controles ( telkens p < 0.001). De expressie van PGC-1α en TFAM (gemeten via immunoblotting) lag significant lager bij FM-patiënten (p < 0.001) en was normaal bij CVS-individuen vergeleken met gezonde controles. Deze gegevens leiden tot de hypothese dat van mitochondriale dysfunktie afhankelijke gebeurtenissen mogelijks een merker zijn voor de differentiatie tussen CVS en FM, en dit zou er op kunnen wijzen dat mitochondrieën een nieuw potentieel therapeutisch doelwit voor deze aandoeningen bieden.

INLEIDING

[…]

De rol van oxidatieve stress bij CVS en FM krijgt steeds meer aandacht in de research. Er werd een hypothese voorgesteld dat oxidatieve stress en met mitochondriale dysfunktie gerelateerde gebeurtenissen belangrijk zijn bij de pathogenese van deze ziekten. Een steeds groter wordende hoeveelheid bewijsmateriaal geeft aan dat bio-energetisch metabolisme en mitochondriale funktie verstoord zijn bij veel patiënten met CVS en FM. De basis voor dergelijke abnormaliteiten blijft onzeker maar chronische virale infektie en aktivatie van chronische neuro-immune mechanismen zijn allebei bewezen oorzaken van dergelijke abnormaliteiten. Hoewel het onzeker is of oxidatieve stress en mitochondriale abnormaliteiten het gemeenschappelijk eindpunt zouden zijn voor alle aanwezige dysfunkties bij beide aandoeningen, hebben studies aangetoond dat beide processen bijdragen tot de pathophysiologische mechanismen die resulteren in de klinische symptomen [Cordero MD, de Miguel M, Carmona-López I, Bonal P, Campa F, Moreno-Fernández AM. Oxidative stress and mitochondrial dysfunction in fibromyalgia. Neuro Endocrinol Lett. (2010) 31:169-73; zie ook: CoQ10 & inflammatie – mitochondriale dysfunktie (FM – inspanning)].

Bevindingen van verhoogde oxidatieve stress bij CVS en FM zijn consistent met andere rapporteringen die verhoogde expressie suggereren van neurologische én immune-inflammatoire mechanismen die bekend staan de produktie van vrije radikalen, zoals pro-inflammatoire cytokinen (TNFα, IL-1α/β, IL-4, IL-6, IL-12, NF-κB and iNOS) te bevorderen. Sommige studies suggereerden mtDNA-depletie in PBMCs bij FM-patiënten. Veranderingen van mtDNA en oxidatieve stress bij zowel CVS- en FM-patiënten werden voornamelijk bestudeerd in weefsels; observaties hebben echter gesuggereerd dat het gebruik vans PBMCs ook informatief kan zijn. Zodoende hypothiseerden we dat een gewijzigd mtDNA ‘copy-number’ en oxidatieve schade aan het mtDNA kan worden gedekteerd door PBMCs bij patiënten met CVS en FM te onderzoeken (perifere merkers). Steeds meer bewijs impliceert mitochondriale dysfunktie en metabole/bio-energetische stoornissen bij de pathogenese van CVS en FM. Bijzonderlijk PGC-1α en TFAM spelen een sleutel-rol als transcriptionele co-regulatoren die belangrijk zijn bij het beschermen van mitochondrieën tegen oxidatieve schade [Cordero MD, Alcocer-Gómez E, De Miguel M, Culic O, Carrión AM, Alvarez-Suarez JM, Bullón P, Battino M, Fernández-Rodríguez A, Sánchez-Alcazar JA. Can Coenzyme Q10 improve clinical and molecular parameter in Fibromyalgia? Antioxid Redox Signal; zie ook: CoQ10 & inflammatie – mitochondriale dysfunktie (FM – inspanning)], en blijken betrokken bij de pathogenese van immune-inflammatoire aandoeningen. PGC-1α en TFAM induceren de transcriptie van cellulaire programmas die mitochondriale ademhaling, verdediging tegen oxidatieve stress en adaptieve thermogenese reguleren.

De doelstelling van deze studie was met mitochondriale dysfunktie geassocieerde gebeurtenissen en oxidatieve stress merkers te evalueren in PBMC van patiënten met CVS en FM versus gezonde controle-individuen.

RESULTATEN & BESPREKING

Algemene kenmerken van de populatie

Initieel werden 23 CVS-patiënten en 20 FM-patiënten […] met een diagnose van CVS en FM geëvalueerd. De gemiddelde leeftijd voor de FM- en CVS-groep was 44,1 ± 3,8 en 45,5 ± 10,4 jaar, respectievelijk (controle-individuen: 43,5 ± 5,4). De routine laboratorium-testen leverden bij alle patiënten normale resultaten op. De gemiddelde duur van de symptomen in de FM-groep was 7,1 ± 2,1 jaar en in de CVS-groep 15,6 ± 10,8. De gemiddelde ‘tender-point’ score in de FM-groep was 13,9 ± 1,6; de duur van de vermoeidheid en pijn in de CVS-groep was 15,4 ± 10,2 en 15,7 ± 11,4 jaar, respectievelijk. […]

[Exclusie-criteria: acute infektie (3 weken voor metingen); neurologische, psychiatrische, metabole (diabetes), auto-immune ziekten, allergieën of chronische inflammatoire aandoeningen, roken, alcohol-misbruik), behandeling met glucocorticoïden, gebruik van statinen, pijnstillers, anti-oxidanten of antidepressiva/anxiolytica, …]

Mitochondriale dysfunktie werd voorgesteld als een relevante gebeurtenis in de pathogenese van beide ziekten. Mitochondrieën genereren energie in de eerste plaats onder de vorm van een elektrochemische proton [H+] -gradient, die ATP-produktie, ion-transport en metabolisme van brandstof voorziet. CoQ10-deficiëntie werd geassocieerd met verscheidene menselijke aandoeningen, waarvan enkele worden veroorzaakt door een direct defekt van de CoQ10-biosynthese genen of als een secundair gevolg van andere ziekten. Bevindingen hebben aangetoond dat CoQ10-deficiëntie mitochondriale funktie en organisatie van de complexen van de mitochondriale ademhaling wijzigt, wat leidt tot verhoogde aanmaak van ROS en aktivatie van de mitochondriale ‘transition pore’ [ook ‘mitochondrial transition pore complex’ of ‘Mitochondrial Permiability Transition Pore’ (mPTP); mitochondriale ‘porie’ die de binnenste en buitenste mitochondriale membranen overspant, ‘gat’ gevormd tijdens stress-responsen; leidt tot apoptose]; wat autofagie van dysfunktionele mitochondrieën door mitofagie verhoogt. [Autofagie is een strikt geregeld proces waarbij de cel eigen cel-produkten verteert in de zogenaamde lysomen, het maakt deel uit van normale cel-groei, ontwikkeling en homeostase, en helpt het evenwicht behouden tussen synthese, afbraak en recyclage van cellulaire produkten.; autofage stress komt voor bij nutrienten-tekort of lysosoom-dysfunktie en kan leiden tot cel-sterfte, ook beschreven bij neurodegeneratieve aandoeningen. Autofagie van (niet-funktionerende) mitochondrieën wordt ook mitofagie genoemd.] Aangezien werd gesuggereerd dat CoQ10-waarden een nuttige biologische merker voor mitochondriale funktie zou kunnen zijn, hebben we CoQ10-waarden gemeten in PBMCs bij gezonde controles, CVS- en FM-patiënten; als een kenmerk voor mitochondriale dysfunktie. PBMCs van CVS- en FM-patiënten vertoonden een daling qua CoQ10-waarden vergeleken met controles (57% en 52% reductie t.o.v. de gemiddelde waarde bij de controles). Aan de ene kant is het gekend dat mitochondriale dysfunktie dikwijls wordt geassocieerd met een inductie van ROS-produktie in mitochondrieën, en aan de andere kant werd oxidatieve stress voorgesteld als een relevante gebeurtenis in de pathogenese van beide aandoeningen. Om de oxidatieve stress te beoordelen, werden lipiden-peroxidatie waarden in PBMCs van CVS- en FM-patiënten versus controles geanalyseerd. CVS- en FM-patiënten vertoonden hogere waarden qua lipiden-peroxidatie in PBMCs vergeleken met gezonde controles.

Differentiële mitochondriale biogenese bij CVS en FM

We bepaalden totaal ATP als een indicator voor de cellulaire bio-energetische status. Gemiddeld vertoonden CVS- en FM-patiënten lagere waarden voor de aanmaak van mitochondriaal ATP in PBMCs vergeleken met controle-individuen, suggererend dat de mitochondriale capaciteit tot energie-produkie gereduceerd zou kunnen zijn in PBMCs van CVS- en FM-patiënten. Om dit te verifiëren, hebben we de mtDNA-inhoud van PBMCs bij patiënten gemeten. Interessant was dat we geen significante veranderingen observeerden qua mtDNA-inhoud in PBMCs van CVS-individuen (1,17 ± 0,28), maar FM-patiënten vertoonden significant gereduceerde waarden qua mDNA-inhoud in PBMCs (0,55 ± 0,14) in vergelijking met gezonde controles (0,99 ± 0,04). Deze gegevens tonen verschillen in mitochondriale massa tussen beide ziekten en die worden bevestigd via citraat-synthase aktiviteit als merker (CVS-individuen: 18,08 ± 1,3; FM-patiënten: 10,23 ± 2,5 µmol/min/mg proteïne, vergeleken met de controle-groep).

Ter opheldering van het mechanisme voor differentiële mitochondriale massa tussen CVS en FM, werden de expressie-niveaus van proteïnen betrokken bij mitochondriale biogenese bepaald. Expressie van gefosforyleerd PGC-1α en TFAM (via immunoblotting [techniek om eiwitten te detekteren m.b.v. specifieke antilichamen]) was gedaald bij FM-patiënten, maar er werden geen belangrijke wijzigingen gezien bij CVS-individuen. Er moeten worden onderlijnd dat TFAM essentieel is bij menselijke mtDNA-transcriptie en dat het een belangrijke regulator is voor mtDNA ‘copy-numbers’, vandaar dat dit een sleutel-rol is die ook onze resultaten zou kunnen verklaren.

CONCLUDERENDE OPMERKINGEN & AAWIJZINGEN VOOR DE TOEKOMST

De meeste studies die tot nu toe de rol van mitochondriale dysfunktie bij CVS en FM onderzochten, waren onvolledig/contradictorisch en vertoonden meerdere discrepanties. Volgens de resultaten hier zou de correlatie tussen CoQ10-levels, lipiden-peroxidatie en ATP-inhoud echter kunnen verklaren dat oxidatieve stress en mitochondriale bio-energetische dysfunktie courante gebeurtenissen zijn bij CVS- en FM-patiënten, betrokken bij de ernst van de symptomen van beide ziekten. Daarom zouden anti-oxidante en/of energetische componenten moeten worden onderzocht als een mogelijke behandeling voor beide aandoeningen. Aan de andere kant is er een aanzienlijke overlapping van de klinische symptomen tussen deze 2 syndromen. Er wordt daarom betwist of deze syndromen dezelfde pathogenese hebben of niet. We hebben verschillen aangetoond qua cellulaire en molekulaire mechanismen voor mitochondriale inhoud. De betrokkenheid van PGC-1α én TFAM heeft een nieuw pad getoond naar het begrijpen van de pathogenese van CVS en FM, en naar de ontwikkeling van nieuwe instrumenten (biomerkers) om beide ziekten te onderscheiden.

NIEUWIGHEDEN

Klinische rapporten over patiënten met CVS en FM suggereren een rol voor mitochondriale dysfunktie op cellulair niveau. Er is overvloedig klinisch bewijs om een rol voor mitochondriale dysfunktie bij beide aandoeningen te suggereren, welke aanleiding kunnen zijn voor vele van de klinische symptomen bij deze patiënten. Of deze rol te wijten is aan een specifiek mitochondriaal defekt bij genetisch kwetsbare individuen of een effekt van een ander probleem (zoals veranderde cytokine-profielen die op hun beurt de mitochondriale funktie beïnvloeden), dient verder onderzocht. Volgens deze studie, was het redelijk te denken dat er enkele mitochondriale merkers zijn die zouden kunnen helpen bij het identificeren van CVS- versus FM-patiënten. De resultaten beschreven in dit artikel kunnen dienen als een nieuwe manier voor het ontwerpen van experimenten om de invloed van gebeurtenissen geassocieerd met mitochondriale mechanismen beter te begrijpen, gebruikmakend van potentiële diagnostische biomerkers.

november 10, 2012

CoQ10 & inflammatie – mitochondriale dysfunktie (FM – inspanning)

Er wordt binnen de M.E.(cvs)-gemeenschap al jaren gewag gemaakt van een mogelijk effekt van CoQ10 op de vermoeidheid en andere symptomen van de aandoening. Echt overtuigend bewijs daarvoor is er echter nog niet. Onderzoek-groepen in Spanje lijken dit te willen aanpakken. Onderstaande publicaties betreffen echter studies bij mensen met fibromyalgie – een aandoening die overlapt met M.E.(cvs) – en atleten die een intense inspanning leveren. De resultaten kunnen niet zomaar worden geëxtrapoleerd en dit houdt dan ook geen aanbeveling in om CoQ10 onoordeelkundig te gaan gebruiken. Wel is het o.i. zeker de moeite waard deze aanwijzingen verder te onderzoeken. Hopelijk kan dit alles een aanleiding zijn voor meer gelijkaardig werk bij een aandoening waar inflammatie, oxidatieve stress en mitochondriale funktie wellicht ook een grote rol spelen: M.E.(cvs)!

————————-

Antioxid Redox Signal. 2012. [pre-print]

Is inflammation a mitochondrial dysfunction-dependent event in Fibromyalgia?

Mario D. Cordero, Eduardo Díaz-Parrado, Angel M. Carrión, Simona Alfonsi, José Antonio Sánchez-Alcazar, Pedro Bullón, Maurizio Battino, Manuel de Miguel

Dpto. Citología e Histología Normal y Patológica, Facultad de Medicina. Universidad de Sevilla, Spain

Samenvatting

Fibromyalgie (FM) is een complexe aandoening die wereldwijd tot 5% van de algemene bevolking treft. Mitochondriale dysfunktie én inflammatie bleken betrokken bij de pathofysiologie van FM. We onderzochten het mogelijk verband tussen the mitochondriale dysfunktie, oxidatieve stress en inflammatie bij FM. We bestudeerden 30 vrouwen met de diagnose FM en 20 gezonde vrouwen. Mononucleaire cellen uit het bloed (BMCs) van FM-patiënten vertoonden een daling qua CoQ10 en mtDNA-inhoud, en een verhoging qua mitochondriale ROS, serum TNF-alfa en -transcriptie. Er werd een significante negatieve correlatie geobserveerd tussen CoQ10 en TNF-alfa (P < 0.01), en een positieve correlatie tussen ROS en TNF-alfa (P < 0.001), vergezeld door een significante correlatie tussen VAS en serum TNF-alfa en -transcriptie (P < 0.05 en P< 0.001, respectievelijk). Er werd TNF-alfa afgifte geobserveerd in een in vitro (BMCs) en in vivo (muizen) CoQ10-deficiëntie model. Orale supplementering met CoQ10 herstelde de biochemische parameters en induceerde een significante verbetering wat betreft de klinische symptomen (P < 0.001). Deze resultaten leiden tot de hypothese dat inflammatie een gebeurtenis zou kunnen zijn die afhankelijk is van een mitochondriale dysfunktie, betrokken bij de pathofysiologie van FM en wijzend op mitochondrieën als een mogelijk nieuw therapeutisch doelwit.

Inleiding

[…] Er zijn een aantal hypothesen en piloot-studies die suggereren dat cytokinen een belangrijke rol zouden kunnen spelen bij FM, en er werd een correlatie waargenomen tussen cytokinen en diverse symptomen van FM. Er zijn echter afwijkende bevindingen met betrekking tot het feit of pro-inflammatoire en anti-inflammatoire cytokinen verhoogd of verlaagd zijn bij mensen met FM en of de niveaus correleren met de kern-symptomen van deze stoornis. [Ook zo bij M.E.(cvs).]

Reaktieve zuurstof soorten (ROS) hebben een gevestigde rol bij inflammatie en [immune] verdediging, en zijn betrokken bij de pathofysiologie van diverse ziekten, waaronder Reumatoïde Artritis, Multipele Sclerose en diabetes. Bovendien worden, naast de aanwezigheid van oxidatieve stress, deze ziekten ook gekenmerkt door ontregelde inflammatoire responsen waaronder, maar niet beperkt tot, produktie van pro-inflammatoire cytokinen.

Er wordt aangenomen dat in cellen met een aëroob metabolisme, de meeste ROS worden aangemaakt als een neven-produkt van de mitochondriale elektronen-transport keten. [energie-rijke elektronen geven hun energie af in een serie redox-reakties; zie ook: ‘M.E.(cvs) als Mitochondriale Ziekte] Co-enzyme Q10 (CoQ10), een klein lipofiele molekule die zich in het binnenste mitochondriale membraan bevindt, transfereert reducerende equivalenten van complexen I en II naar complex III. [Oxidatieve fosforylatie zorgt voor ATP, bron van cellulaire energie. Het Ox-Fos systeem omvat meer dan 100 proteïnen, geordend in 5 enzym-complexen (I t/m V) gelokaliseerd in het mitochondriaal binnenste membraan: Complex I: NADH/ubiquinon oxidoreductase – krijgt elektronen van NADH en geeft deze door aan co-enzyme Q10 (ubiquinon); elektronen worden verder doorgegeven aan Complex II: succinaat-degydregenase, Complex III: ubiquinol/ferrocytochroom c oxidoreductase en Complex IV: cytochroom-c oxidase – ze reageren met zuurstof en vormen water; en Compex V: proton-transporterend ATPase gebruikt de protonen om ATP te vormen.] Er werd veelvuldig aangetoond dat CoQ10 essentieel is voor de efficiëntie van de mitochondriale keten en er bestaat bewijsmateriaal dat het de expressie van genen betrokken bij inflammatoire mechanismen beïnvloedt. We hebben eerder CoQ10-deficiëntie, mitochondriale dysfunktie, oxidatieve stress en mitofagie [opruiming van mitochondrieën] in mononucleaire cellen uit heb bloed (BMCs) van FM-patiënten aangetoond.

Deze studie onderzocht de hypothese dat inflammatie bij FM geïnduceerd zou kunnen worden onder omstandigheden van mitochondriale dysfunktie en oxidatieve stress. We voerden deze studies uit me de bedoeling mitochondriale dysfunktie, oxidatieve stress, CoQ10-waarden, alsook serum TNF-alfa waarden en mRNA-expressie van TNF-alfa in BMCs van FM-patiënten te bepalen. Bovendien induceerden we een CoQ-10 deficiëntie in BMCs van gezonde controles om de produktie van TNF-alfa te evalueren en analyseerden we de  inflammatie-aktivatie in een muizen-model voor CoQ10-deficiëntie. Ten slotte bestudeerden we, bij FM-vijwilligers, de effekten van orale CoQ10-supplementering op TNF-alfa en FM-symptomen.

Resultaten en Bespreking

[…]

BMCs van FM-patiënten vertonen bewijs voor mitochondriale dysfunktie

Mitochondriale dysfunktie werd voorgesteld als een relevante gebeurtenis bij de pathogenese van FM. Mitochondrieën genereren energie allereerst in de vorm van een elektrochemische proton [H+] -gradient, die de ATP-produktie, ion-transport en het metabolisme van ‘brandstof’ voorziet. Terzelfdertijd zijn mitochondrieën ook de belangrijkste bron van ROS. Beide complexen I en III, samen met CoQ10, dragen elektronen over naar zuurstof [Turunen M, Olsson J and Dallner G. Metabolism and function of coenzyme Q. Biochimi Biophys Acta (2004) 1660: 171-199]. CoQ10-deficiëntie werd in verband gebracht met meerdere aandoeningen bij de mens, waarvan sommige worden veroorzaakt door een direct defekt van de CoQ10-biosynthese genen of als secundair gevolg van andere ziekten. Bevindingen hebben getoond dat CoQ10-deficiëntie de mitochondriale funktie en de organisatie van mitochondriale ademhaling complexen verandert, wat leidt tot verhoogde aanmaak van ROS en aktivatie van de ‘Mitochondrial Transition Pore’ (MPT) [ook ‘mitochondrial transition pore complex’ of ‘Mitochondrial Permiability Transition Pore’ (mPTP); mitochondriale ‘porie’ die de binnenste en buitenste mitochondriale membranen overspant, ‘gat’ gevormd tijdens stress-responsen; leidt tot apoptose], wat autofagie [Strikt geregeld proces waarbij de cel eigen cel-produkten verteert in de zogenaamde lysomen, het maakt deel uit van normale cel-groei, ontwikkeling en homeostase, en helpt het evenwicht behouden tussen synthese, afbraak en recyclage van cellulaire produkten.; autofage stress komt voor bij nutrienten-tekort of lysosoom-dysfunktie en kan leiden tot cel-sterfte, ook beschreven bij neurodegeneratieve aandoeningen. Autofagie van (niet-funktionerende) mitochondrieën wordt ook mitofagie genoemd.] van dysfunktionele mitochondrieën door mitofagie doet stijgen.

Aangezien er werd gesuggereerd dat de niveaus van CoQ10 een nuttige biologische merker van mitochondriale funktie zou kunnen zijn, hebben we de CoQ10-waarden in BMCs van gezonde controles en FM-patiënten als een kenmerk van mitochondriale dysfunktie gemeten. BMCs van FM-patiënten vertoonden een daling van de CoQ10-waarden vergeleken met die van controles (51 % reductie t.o.v. het gemiddelde van de controles). Bovendien werd er een significante vermindering qua mtDNA-inhoud in BMCs van FM-patiënten geobserveerd (46,7% van de gemiddelde waarde bij de controle-groep)

Aan de ene kant is het geweten dat mitochondriale dysfunktie dikwijls samengaat met een inductie van ROS-produktie in mitochondrieën, en aan de andere kant werd oxidatieve stress gezien als een relevante gebeurtenis in de pathogenese van FM. Om het oxidatieve stress niveau vast te stellen, bepaalden we mitochondriale ROS in BMCs van FM-patiënten en controles. Gemiddeld vertoonden FM-patiënten hogere waarden qua mitochondriale ROS-produktie in BMCs vergeleken met controle-individuen.

Inflammatie bij FM-patiënten wordt gemoduleerd door mitochondriale dysfunktie

Er werden meerdere hypothesen gemaakt rond de etiologische oorsprong van FM en zijn symptomen. Klinische studies hebben bewijs geleverd voor het feit dat FM geassocieerd zou kunnen zijn met immuun-ontregeling van de waarden van pro-inflammatoire cytokinen in de bloed-omploop, wat de neurale dysfunktie van pijn-gerelateerde neurotransmitters beïnvloedt. Cytokinen, afhankelijk van hun concentratie, induceren symptomen (vermoeidheid, koorts, slaap, pijn en myalgie); die komen allemaal gewoonlijk voor bij FM-patiënten. Er werden wijzigingen geobserveerd wat betreft de waarden van pro-inflammatoire cytokinen in het serum en biopten van FM-patiënten. Daarnaast werden verhoogde waarden qua IL-1Ra en IL-6 gevonden in de supernatants van cellen van FM-patiënten in vitro. Om inflammatie bij FM-patiënten vast te stellen, bepaalden we TNF-alfa concentraties in het serum van controles en FM- patiënten. FM-patiënten vertoonden hogere waarden TNF-alfa in serum vergeleken met controle-indviduen. Bovendien analyseerden we, om inflammatie bij FM-patiënten te bevestigen, de expressie van TNF-alfa mRNA. Transcripten van TNF-alfa bleken verhoogd in BMCs van de FM-patiënten. Ander bewijsmateriaal toonde de mogelijke betrokkenheid van ROS bij inflammatie, wat suggereert dat mitochondriale ROS een nieuw therapeutisch doelwit voor inflammatoire ziekten zou kunnen zijn. In dit opzicht werd inflammatie als een gevolg van oxidatieve stress en mitochondriale dysfunktie, aangeduid als zijnde de oorzaak van vele ziekten bij de mens (bv. dyslipidemie [verstoring vet-metabolisme; verstoring lipiden in het bloed], thrombose, metabool syndroom, diabetes, macula-degeneratie [oog-aandoening waarbij de kegeltjes afsterven] en neurodegeneratieve zieken zoals Alzheimer). Interessant was onze observatie van een belangrijke negatieve correlatie tussen CoQ10 en TNF-alfa waarden (P < 0.01) en een positieve correlatie tussen ROS en TNF-alfa waarden (P < 0.001). Ook: zowel de waarden van TNF-alfa peptide en mRNA vertoonden sterk positieve correlaties met scores op de pijn-schaal bij FM-patiënten. Deze gegevens suggereren dat hoge cytokine-concentraties betrokken zouden kunnen zijn bij de pathofysiologie van FM en onderstrepen een belangrijke rol voor oxidatieve stress en mitochondriale dysfunktie bij het inflammatoir proces bij FM.

Geïnduceerde CoQ10-deficiëntie leidt tot mitochondriale ROS-produktie en TNF-alfa synthese

Om de rol van CoQ10 bij de toename van TNF-alfa bij FM-patienten te verifiëren, induceerden we CoQ10-deficiëntie door het inhiberen van de endogene biosynthese in BMCs van gezonde controles d.m.v. in vitro behandeling met P-aminobenzoaat (PABA), een competitieve inhibitor van polyprenyl-4-hydroxybenzoaat transferase [enzyme dat participeert in de biosynthese van ubiquinon (CoQ10)]. PABA-behandeling beïnvloedde de oxidatieve stress, wat een toename van mitochondriale ROS-waarden induceerde (P < 0.001). CoQ10-deficiëntie lokte een belangrijke stijging van TNF-alfa in het supernatant van cel-culturen uit. Aangezien CoQ10 ook een belangrijk anti-oxidant is, evalueerden we het effekt van behandeling met CoQ10, alsook andere anti-oxidanten, in het in vitro model voor CoQ10-deficiëntie. BMCs werden in cultuur gebracht met PABA, in aan- of afwezigheid van 3 anti-oxidanten: CoQ10, alfa-tocoferol (α-toc) and N-acetylcysteïne (N-Acet). Dan werden mitochondriale ROS en TNF-alfa produktie gemeten. CoQ10 verzwakte de ROS-produktie (P < 0.001) meer significant dan α-toc en N-acet (P < 0.05). Er werd eerder aangetoond dat CoQ10 een verband vertoont met inflammatie: er werd een significante negatieve correlatie geobserveerd tussen CoQ10 en pro-inflammatoire merkers bij patiënten met septische shock. Bovendien onthulde expressie-profielering dat CoQ10 de expressie van inflammatoire genen beïnvloedt, wat suggereert dat CoQ10 anti-inflammatoire eigenschappen heeft. Deze invloed bleek geassocieerd via NF-kappaB afhankelijke gen-expressie. Immunohistochemische studies van FM-weefsels onthulden een sterkere expressie van NF-kappaB in spieren; en TNF-alfa is een NF-kappaB afhankelijk pro-inflammatoir cytokine. Om de rol van CoQ10 bij de pathogenese van FM en het inflammatoire proces te bestuderen, en overeenkomstig in vitro resultaten, induceerden we een gedeeltelijke depletie van CoQ10 bij muizen d.m.v. sub-chronische toediening van PABA. CoQ-depletie zou een stijging van TNF-alfa kunnen opwekken. Bij vergelijking met controles, vertoonden muizen geïnjekteerd met PABA een verhoging van de TNF-alfa waarden in het serum en, interessant, ook hoge scores voor hyperalgesie; en een correlatie tussen TNF-alfa concentraties en pijn.

Orale supplementering met CoQ10 bij FM-patiënten reduceerde TNF-alfa waarden en verbeterde klinische symptomen

Volgens onze resultaten, zouden oxidatieve stress, mitochondriale dysfunktie en ook CoQ10 een rol kunnen spelen bij de inflammatoire respons bij FM. CoQ10 zou een dubbele rol kunnen hebben in dit pathologisch proces: (a) CoQ10 is een mitochondriale co-factor met het potentieel om de mitochondriale funktie te stimueren en (b) CoQ10 is een krachtige opruimer van vrije radikalen die lipiden-peroxidatie en DNA-schade veroorzaakt door oxidatieve stress kunnen verminderen. [Díaz-Castro J et al. Coenzyme Q(10) supplementation ameliorates inflammatory signaling and oxidative stress associated with strenuous exercise. Eur J Nutr (zie heronder)]. Om het mogelijk effekt van orale CoQ10-supplementering bij het inflammatoir proces en mitochondriale dysfunktie te bestuderen, en de verbetering qua klinische symptomen te evalueren, kregen 8 FM-vrijwilligers een CoQ10-supplement. [300 mg/dag onderverdeeld in 3 dosissen (soft-gel capsules van Pharma Nord, Denemarken) gedurende 3 maand] CoQ10-supplementering gaat lipiden-peroxidatie tegen (P < 0.001) en herstelde de CoQ10-waarden en mtDNA-inhoud in BMCs van FM-patiënten (P < 0.001). Interessant is dat de TNF-alfa concentraties significant gereduceerd werden en er werd een uitgesproken verbetering van de klinische symptomen of geobserveerd.

Na orale CoQ10-supplementering vertoonden onze patiënten een wezenlijke verbetering van de klinische FM-symptomen, verminderde TNF-alfa en lipiden-peroxidatie; wat nogmaals wijst op de mogelijke rol van CoQ10 bij de pathogenese van FM. Bij andere aandoeningen met inflammatie en oxidatieve stress, zoals in het geval van krachtige inspanning, bleek CoQ10-supplementering vóór inspanning de oxidatieve stress te doen dalen en inflammatoire signalisering te moduleren, waardoor de daaropvolgende spier-schade werd gereduceerd. CoQ10-analogen, zoals mitoquinon, blokkeren de transcriptie van inflammatoire cytokinen betrokken bij het mitochondriaal ROS-afhankelijk inflammatoir proces.

Opmerkingen tot Besluit en Toekomstige Richtingen

De meeste studies die tot nu toe de rol van inflammatie bij FM onderzochten, waren onvolledig en contradictorisch. Volgens deze resultaten zou de correlatie tussen TNF-alfa, CoQ10 en mitochondriale ROS-waarden echter kunnen verklaren dat inflammatie bij meerdere FM-patiënten afhankelijk kan zijn van mitochondriale dysfunktie; wat zoedoende een nieuwe subgroep van patiënten met FM identificeert. Gestegen mitochondriale ROS bij FM zou  het resultaat zijn van verhoogde oxidatieve fosforylatie.We toonden eerder aan dat oxidatieve stress betrokken zou kunnen zijn bij de ernst van de klinische symptomen bij FM en daarom zou anti-oxidante behandeling moeten worden onderzocht als een mogelijke behandeling bij FM. Het blokkeren van de aanmaak van ROS door de mitochondrieën zou een nieuwe therapeutische strategie bieden om de symptomen van FM en andere inflammatoire toestanden [M.E.(cvs) ?] te doen dalen. Bovendien zou behandeling met CoQ10 kunnen worden aangewend als een alternatieve therapie bij FM en dit zou het doel van verdere studies moeten zijn. Verdere analyse d.m.v. dubbel-blinde, placebo-gecontroleerde klinische proeven zullen nodig zijn om deze observatie te bevestigen. Onze research-groep is in deze richting aan het werken, op basis van de conclusies van het verkennend werk besproken in dit artikel.

Nieuwigheden

Inflammatie werd aangeduid als betrokken bij de pathofysiologie van FM bij sommige patiënten en er werd gesuggereerd dat oxidatieve stress en mitochondrieën factoren zouden kunnen zijn die verantwoordelijk worden geacht voor de ontwikkeling van inflammatie. Dit is een interessante kwestie, die – gezien het feit dat de systemische anti-oxidante toestand een exogeen beïnvloedbare factor is – de overweging om nieuwe experimenten te ontwerpen om verder inzicht te krijgen in de potentiële therapeutische toepassingen, rechtvaardigt. De resultaten beschreven in dit artikel kunnen dienen als een nieuwe manier voor het ontwerpen van experimenten om de invloed van oxidatieve stress op de ontwikkeling van FM beter te begrijpen en nieuwe therapeutische strategieën te genereren.

————————-

Eur J Nutr (2012) 51:791-799

Coenzyme Q10 supplementation ameliorates inflammatory signaling and oxidative stress associated with strenuous exercise

Javier Diaz-Castro, Rafael Guisado, Naroa Kajarabille, Carmen Garcia, Isabel M. Guisado, Carlos de Teresa, Julio J. Ochoa

Department of Physiology, University of Granada, Granada, Spain

Inleiding

De voordelige effekten van regelmatige, niet-uitputtende fysieke inspanning zijn lang bekend. Regelmatige inspanning gaat gepaard met diverse voordelen voor de gezondheid (verminderd risico op cardiovasculaire aandoeningen, kanker, diabetes en in het algemeen een lagere mortaliteit. Deze voordelige effekten gaan echter verloren bij intense inspanning. Sporten zoals de ultra-marathon en ‘iron man’ triathlon worden steeds meer populair. Dit type inspanning veroorzaakt strukturele schade aan de spiercellen met o.a. pijnlijke spieren en zwelling, langdurig verlies qua spier-funktie en lekkage van spier-proteïnen tot gevolg.

Methodes

Indviduen

Mannelijke amateur-atleten die regelmatig trainen…namen deel aan de zeer intensieve inspanning van de ‘Sierra Nevada’ van Granada (50 km). 2 groepen: CoQ10-groep (CG) en placebo (controle) -groep (PG) (41,25 ± 2,84 jaar en 39,75 ± 2,92 jaar). In de CG kreeg elk indvidu oraal 5 capsulen met 30 mg CoQ10 (2,3-Dimethoxy-5-Methyl-6-Decaprenyl benzoquinon): 1 capsule 2 dagen vóór de test bij het avondmaal, 3 capsulen op de dag voorafgaand aan de inspanning (ontbijt, lunch en avondmaal), 1 capsule de dag van de duur-loop, 1 h voor de start. […]

Intense lichamelijke inspanning

Het lopen (50 km) naar de top van ‘Pico Veleta’ (Sierra Nevada)…wordt beschouwd als één van de zwaarste wedstrijden ter wereld. […] De tijd was gelijkaardig in beide groepen (5,34 ± 0,31 h voor de CG & 5,74 ± 0,29 h voor de PG).

Bloed- en urine-stalen

Bloedstalen vóór en onmiddellijk na de test. […] Urine-stalen idem.

Biochemische parameters

Totaal bilirubine, totaal cholesterol, triglyceriden en fosfolipiden. Creatinine werd gemeten in de urine. De plasma-viscositeit werd gemeten in stalen verkregen van 1 ml bloed.

Inflammatoire parameters

Tumor necrose factor alfa (TNF-α), interleukine-6 (IL-6), oplosbare receptor II van TNF-α (sTNF-RII) en interleukine-1 antagonist receptor (IL-1ra) werden bepaald in het plasma […].

Oxidatieve stress parameters

Totaal anti-oxidante status (TAS) van het plasma […] uitgedrukt in mM Trolox equivalenten. […] De referentie voor menselijk plasma opgegeven door de leverancier was 1,30-1,77 mmol/l. […]

Erythrocyten-membraan hydroperoxide-inhoud … techniek gebaseerd op de snelle oxidatie van Fe2+ naar Fe3+ door hydroperoxiden onder zure condities. […] 2 metingen: 1) basal; 2) geïnduceerd (met AAPH, 2,2’-azobis-2-methyl-propanimidamide dihydrochloride, een krachtige generator van vrije radikalen) = maximaal produceerbaar […].

Isoprostanen in urine … 15-F2t-ioprostaan het best gekarkteriseerde isoprostaan. […]

8-Hydroxy-2’-deoxyguanosine (8-OHdG) is komt vrij bij het herstel van oxidatieve schade aan deoxyguanosines in DNA en wordt alom gebruikt als biomerker voor oxidatieve schade. […]

Glutathion-peroxidase (GPx) aktiviteit … methode gebaseerd op de ogenblikkelijke vorming van geoxideerd glutathion […].

Catalase (CAT) aktiviteit … spectrofotometrische monitoring van de afbraak van H2O2 […].

Statistische analyse

[…] p < 0.05 werd beschouwd als statistisch significant. […]

Resultaten

[…] Intense fysieke inspanning resulteerde in een toename van het netto eiwit-katabolisme [afbraak] en een toename qua creatinine-uitscheiding in de PG na de test (p < 0.001); de creatinine-waarden waren echter lager (p < 0.05 vóór en p < 0.001 na de test) in de CoQ10-groep. Een ander interessant resultaat was dat, hoewel er een toename qua urinair creatinine in de CG was, dit lager was dan bij placebo (38,77 ± 10,20 vs. 88,23 ± 11,21; p < 0.05). We zagen ook een afname qua bilirubine-concentratie in de CG na de test (p < 0.001) met waarden lager dan bij placebo.

Wat betreft plasma-lipiden: er was geen statistisch significant verschil voor cholesterol en fosfolipiden. In beide groepen vertoonden de triglyceriden een daling geassocieerd met inspanning (p < 0.01 in de PG en p < 0.05 in de CG) maar de concentratie was echter hoger in de CG-groep na de loop-wedstrijd.

De aktiviteit van CAT vertoonde een daling geassocieerd met intense inspanning in de PG (0,465 ± 0,021 vs. 0,437 ± 0,016; p < 0.05) en in de CG was deze aktiviteit hoger dan in de PG (p < 0.05 vóór en p < 0.01 na de inspanning). Daarenboven vonden we een significante stijging qua TAS in beide CG vergeleken met de PG (p < 0.001 vóór en na). Ten slotte: we vonden geen significant verschil qua in GPx.

Als indicator voor de graad van oxidatieve stress in erythrocyten-membranen, hebben we de hydroperoxide-inhoud gebruikt. Basale hydroperoxiden verhoogden significant tijdens inspanning in beide groepen […], hoewel deze waarden lager waren in de CG (vóór en na) vergeleken met de PG (p < 0.05 vóór en p < 0.001 na de inspanning). Daarnaast waren de geïnduceerde hydroperoxiden lager in de CG (vóór en na) vergeleken met de PG (p < 0.001).

In deze studie waren de isoprostanen significant verhoogd na inspanning in de CG en PG (p < 0.001 voor beide). Vergelijken we echter de CG met de PG na inspanning, is er een duidelijk beschermend effekt van coenzyme Q10 (5,83 ± 0,46 vs. 3,88 ± 0,35; p < 0.001).

8-OHdG vertoonde een gelijkaardig patroon als de isoprostanen: een verhoging geassocieerd met inspanning (p < 0.001), hoewel de stijging veel lager was in de CG […]. Q10-supplementering reduceerde de graad van oxidatieve stress (8-OHdG na inspanning) in de CG vergeleken met de PG (p < 0.001).

Wat betreft de inflammatoire parameters, vonden we een significante stijging qua IL-6 geassocieerd met inspanning in beide groepen (p < 0.001). CoQ10-supplementering had geen effekt op dit cytokine na inspanning. IL-1ra steeg significant na inspanning in beide groepen (p < 0.001). [Ook geen effekt van CoQ10.] Het effekt van supplementering op TNF-α is totaal anders. We vonden in beide groepen een significante stijging van het pro-inflammatoir cytokine TNF-α na de competitie (p < 0.001); CoQ10-supplementering verminderde echter de over-produktie van TNF-α significant na deze zeer intenste inspanning, vergeleken met de PG (p < 0.01) – zelfs reeds voor de competitie (p < 0.01). sTNF-RII steeg in de CG vóór en na de inspanning (p < 0.001) vergeleken met de PG.

Bespreking

Talrijke gezondheid-voordelen met inbegrip van een lagere mortaliteit, verminderd risico op hart- en vaatziekte, kanker en diabetes worden geassocieerd met regelmatige oefening. Niettemin bevordert zware inspanning, vooral bij amateur-atleten, oxidatieve stress tesamen met een inflammatoir proces, wat de reden is voor de spier-problemen bij dit type inspanning met hoge intensiteit. De toediening van substanties die in staat zijn om deze componenten te reduceren, zal de spierschade verminderen en daardoor zullen ze voordelig zijn voor deze sporters. CoQ10 is een perfekte kandidaat, omwille van zijn goed-gekende anti-oxidante en anti-inflammatoire effekten.

Intense lichamelijke inspanning resulteerde in een verhoging van het netto eiwit-katabolisme en een verhoging van de creatinine-afscheiding. In de groep behandeld met CoQ10 waren de creatinine-waarden lager, wat in overéénstemming is met de resultaten die door anderen werden gemeld.

Plasma-cholesterol en -fosfolipiden vertoonden geen significante verschillen; nochtans was er in beide groepen een daling qua triglyceriden te zien verbonden aan de inspanning […]. Hoge waarden qua triglyceriden tijdens inspanning verbeteren de skeletspier-aktiviteit en inspanning-capaciteit, wat op een potentieel ergogeen [prestatie-bevorderend] effekt van CoQ10 zou kunnen wijzen.

Met betrekking tot het gedrag van het anti-oxidant systeem, hebben wij opgemerkt dat wat betreft CAT, het enzyme dat waterstof-peroxide opruimt, de aktiviteit in de CG verhoogd was vergeleken met placebo; wat wijst op verbeterde anti-oxidante capaciteit geïnduceerd door het CoQ10-supplement. Gestegen CAT-aktiviteit is geassocieerd met grotere weerstand tegen oxidatieve schade. We vonden ook een gelijkaardige verhoging qua CAT-aktiviteit na coQ10-supplemntering bij knaagdieren (weliswaar verschillende omstandigheden qua generatie van oxidatieve stress). Daarenboven vonden we een significante toename aan TAS in de CG vergeleken met de PG. Deze resultaten qua TAS zijn toe te schrijven aan de supplementering met een anti-oxidante substantie zoals CoQ10, waarvan de plasma-concentratie verhoogt (zoals in andere studies werd aangetoond. Daarnaast moeten we rekening houden met het feit dat CoQ10 de expressie van verschillende bronnen van vrije radikalen remt en daarom kon het anti-oxidant systeem in het lichaam worden verhoogd.

We vonden in onze studie geen significant verschil qua GPx. In andere studies, uitgevoerd bij dieren en onder verschillende omstandigheden qua oxidatieve agressie, gaf de supplementering met CoQ10 een duidelijk effekt op de aktiviteit van het CAT-enzyme en bijna geen effekt op de ajtiviteit van GPx.

Als indicator voor de graad van oxidatieve stress in het erythrocyten-membraan, hebben we de hydroperoxide-inhoud gemeten. Basale hydroperoxiden waren lager in beide CG-groepen vergeleken met met PG. Dit resultaat is in overeenstemming met de rapporteringen dat CoQ10 een beschermend effekt heeft tegen een overmatige reductie van mitochondriaal membraan fosfolipiden tijdens langdurige inspanning. […] De tweede uitgevoerde meting impliceert de inductie van een oxidatieve agressie door middel van AAPH; een molekule die veelvuldig wordt gebruikt als generator van vrije radikalen (bij het bestuderen van lipiden-peroxidatie en de karakterisering van anti-oxidanten). Deze meting toont een duidelijke hogere anti-oxidante verdediging in de erythrocieten-membranen in de coQ10-groep; een feit dat van groot belang is, aangezien het toont dat onder dezelfde omstandigheden, de erythrocieten-membranen in de gesupplementeerde groep beter resistent zijn tegen oxidatieve agressie en daarom een belangrijke weerstand tegen de haemolyse veroorzaakt door vrije radikalen vertegenwoordigen.

Isoprostanen zijn prostaglandine-achtige molekulen die worden aangemaakt via door vrije radikalen gemedieerde peroxidatie van poly-onverzadigde vetzuren. Er is direct bewijs dat toont dat isoprostanen een in vivo merker zijn voor lipiden-peroxidatie te wijten aan hun vorming-mechanisme (oxidatie van arachidonzuur). Na intense lichamelijke inspanning waren de niveaus van isoprostanen significant gestegen in de CG en PG, door de hoge produktie van vrije radikalen en ROS tijdens inspanning [zie o.a. Powers SK, Jackson MJ. Exercise-induced oxidative stress: cellular mechanisms and impact on muscle force production. Physiol Rev (2008) 88: 1243-1246]. Als we echter de CG met de PG na inspanning vergelijken, is er een duidelijk beschermend effekt van coenzyme Q10. Dit resultaat wijst er op dat door vrije radikalen geinduceerde lipiden-peroxidatie veroorzaakt door de inspanning, verminderd wordt – ten minste gedeeltelijk – door het CoQ10-supplement.

8-OHdG is een gevoelige indicator voor DNA-schade ten gevolge oxidatieve stress. We zagen dat CoQ10-supplementering de graad van schade door oxidatieve stress (aangegven door 8-OHdG na inspanning in de CG) reduceerde. Onze resultaten onthullen nogmaals de hoge capaciteit van CoQ10 om oxidatieve stress tijdens intense inspanning te reduceren, in dit geval door het DNA te beschermen. Bedenk dat CoQ10 een natuurlijk voorkomende hydrofobe molekule is, die niet enkel een kritieke component is van de mitochondriale ademhaling-keten maar ook een krachtig anti-oxidant. CoQ10 inhibeert de expressie van NADPH-oxidase, wat één van de belangrijkste bronnen van ROS is en lipiden-peroxidatie produkten tijdens vrije radikalen reakties opruimt. CoQ10 onderdrukt ook overmatige produktie van stikstof-oxide en voorkomt nitrosatieve weefsel-stress, wat de verminderde graad qua DNA-schade na inspanning in de CG verklaart.

Zoals eerder werd aangegeven: acute inspanning verhoogt oxidatieve stress, in het bijzonder wanneer de inspanning-intensiteit hoog is, een feit dat gecorreleerd kan zijn met de over-expressie van inflammatoire cytokinen zoals IL-1 en IL-6, TNF-α en C-reaktief proteïne. Er werd aangetoond dat exogene toediening van CoQ10 leirdt tot een opmerkelijke daling van de oxidatieve stress omwille van zijn capaciteit om hydroxyl-radikalen en pro-inflammatoire cytokinen op te ruimen. In overéénkomst hiermee, toonden onze resultaten een reductie qua oxidatieve stress parameters en een modulering van inflammatoire signalisering.

Plasma IL-6 stijgt exponentieel bij inspanning en is gerelateerd met de intensiteit, duur, gerecruteerde spier-massa en uithouding-capaciteit. We vonden een significante stijging qua IL-6 geassocieerd met inspanning in beide groepen. CoQ10 bleek in staat de waarden van IL-6 vóór de wedstrijd te doen dalen. Dit gebrek aan een effekt op IL-6 stemt overéén met wat door andere auteurs werd gevonden aangaande supplementering met coenzyme Q10 (maar onder andere omstandigheden). Een ander cytokine dat werd bestudeerd is IL-1ra, de natuurlijke IL-1 antagonist, waarvan werd been aangetoond dat dit een cruciale bij de preventie van inflammatoire ziekten speelt. Dit cytokine steeg significant in beide groepen na inspanning. Volgens anderen is de verhoging qua IL-1ra gelijkaardig qua grootte-orde met die van IL-6; resultaten die samenvallen met onze bevindingen hier. CoQ10-supplementering had geen effekt op dit cytokine; iets wat eerder wel al werd gezien onder andere omstandigheden.

Het effekt van deze supplementering op het TNF-α mechanisme is totaal verschillend. We vonden een significante toename wat betreft het pro-inflammatoir cytokine TNF-α, na hoge-intensiteit inspanning in beide groepen, wat overéénstemt met eerdere resultaten. CoQ10-supplemenering verminderde echter significant de over-produktie van TNF-a na hoge-intensiteit inspanning vergeleken met de PG; zelfs vóór de competitie. Het lijkt dat TNF-α een bifasisch effekt heeft op de spieren: hoge waarden van het cytokine bevorderen spier-katabolisme, waarschijnlijk via een NF-κB gemedieerd effekt, terwijl lage waarden TNF-α, die NF-κB niet induceren, myogenese stimuleren. Daarom kan TNF-α worden geassocieerd met spier-regeneratie […] of inhibeert het myogenese via de aktivatie van NF-κB. Daarenboven staat dit cytokine bekend om zijn inhibitie van de samentrekking van skelet-spieren en kan het verband houden met NO-produktie [Guttridge DC, Mayo MW, Madrid LV, Wang CY, Baldwin AS Jr. NF-kappaB-induced loss of MyoD messenger RNA: possible role in muscle decay and cachexia. Science (2000) 289: 2363-2366] en verhoogde mitochondriale aanmaak van ROS die op hun beurt TNF-α/NF-κB signalisering reguleren. Er zou kunnen worden gesteld dat een mogelijk mechanisme voor het beschermend effect van coenzyme Q10 op TNF-αniveaus kan worden toegeschreven aan zijn vermogen tot inhibitie van de aktivatie van het nucleaire factor-κB signalisering-mechanisme – dat de transcriptie van NADPH-oxidase, TNF-α en induceerbaar stikstof-oxide-synthase genen bevordert – hoewel we deze mechanismen verder moeten uitdiepen.

Een ander potentieel mechanisme dat zou kunnen worden gepostuleerd, komt door zijn invloed op sTNF-RII. Dit anti-inflammatoir cytokine steeg in de CG vóór en na de prestatie vergeleken met de PG. sTNF-RII over-expressie beperkt de schadelijke, pro-inflammatoire effekten van TNF aangezien werd gesteld dat […] de oplosbare vorm van TNF-RII de beschikbaarheid van TNF en binding met TNF-RI (het receptor-subtype dat de klassieke pro-inflammatoire aktiviteiten van het cytokine medieert) beperkt. Ter ondersteuning van dit mechanisme: een studie heeft aangetoond dat […] regulerende T-cellen TNF-aktiviteit inhiberen in vitro én in vivo. sTNFR-II signalisering oefent ook neuroprotektieve en anti-inflammatoire funkties uit, aktiveert het immunosuppressieve IL-10 mechanisme en inhibeert significant de effekten van meerdere pro-inflammatoire cytokinen.

Samengevat: deze studie toont een sterke correlatie tussen zeer intensieve en verhoogde schade door vrije radikalen zoals bewezen door de stijging van hydroperoxiden in erythrocyten-membranen, en isoprostanen en 8-OHdG in de urine, en de over-expressie van pro-inflammatoire cytokinen. Daarnboven leveren de bevindingen hier bewijsmateriaal voor het feit dat orale supplementatering met CoQ10 tijdens hoge-intensiteit inspanning doeltreffend is bij het reduceren van de graad van oxidatieve stress (daling van de aanmaak van membraan-hydroperoxiden, 8-OHdG en isoprostanen meet een herstel van de anti-oxidatieve verdediging), die zou kunnen leiden tot het handhaven van de cel-integriteit. CoQ10-supplementering reduceert creatinine-excretie en daardoor vermindert de spierschade tijdens lichamelijke prestaties. CoQ10-toediening kan ook de inflammatoire signalisering, geassocieerd met inspanning, moduleren door preventie van de over-expressie van TNF-α na de inspanning, samen met een toename van de sTNF-RII die de schadelijke, pro-inflammatoire werking van TNF beperkt. Daarom zal de kennis die uit deze bevindingen kan worden gewonnen, fundering bieden voor gelijkaardige CoQ10-supplementering-therapieën bij atleten die intense inspanningen leveren [M.E.(cvs)-patiënten zullen natuurlijk nooit dergelijke zware inspanningen leveren maar het lijkt ons toch meer dan de moeite waard gelijkaardige experimenten op te zetten…], om zo de ongewenste effekten van de uitgelokte oxidatieve stress en inflammatie-signalisering tijdens hoge-intensiteit inspanning te reduceren en de geïndiceerde spier-schade te verminderen.

Blog op WordPress.com.