M.E.(cvs)-wetenschap

september 8, 2018

Expressie van zeer lange niet-coderende RNAs bij M.E.(cvs)

Er wordt op allerlei vlakken verder gezocht naar molekulaire merkers voor M.E.(cvs)…

De ontdekking van duizenden lange niet-coderende (lnc) RNAs – eenvoudig uitgedrukt: ze worden niet vertaald naar proteïnen – in het menselijk genoom, zet researchers aan om hun mogelijke rol te onderzoeken. Er is al gebleken dat veel lncRNAs betrokken zijn bij belangrijke biologische processen: ‘dosage-compensation’ (proces waarbij organismen de expressie van genen tussen de geslachten gelijkstelt; de geslacht-chromosomen bevatten nl. een verschillend aantal genen), genomische ‘imprinting’ (epigenetische veranderingen worden ‘vastgelegd’ in de spermatozoïden of oöcyten van de ouders en dan doorgegeven via cel-deling aan de biologische cellen van het organisme), chromatine-regulering, alternatieve ‘splicing’ van pre-mRNA (proces waarbij tijdens het verwerken van RNA – na de transcriptie van DNA – niet-coderende stukken – intronen – uit het pre-mRNA worden geknipt en de exonen van het pre-mRNA aan elkaar geplakt) en cel-kern organisatie (verdeling van chromatine in de cel-nucleus). Er zijn studies die rapporteerden dat lncRNAs ontregeld zijn bij een aantal ziekten (kankers en neurologische aandoeningen). Dikwijls kunnen de lncRNAs niet als oorzaak aangeduid maar er worden wel mogelijke rollen gesuggereerd die dieper onderzoek rechtvaardigen.

Onderstaand artikel verkent de mogelijkheid van de betrokkenheid van lncRNAs bij M.E.(cvs). Ze worden (omwille van hun belangrijke werking bij transcriptie, translatie en epigenetica) beschouwd als potentiële merkers voor neurologische ziekte. Er werden hier bij M.E.(cvs)-patiënten significant verhoogde waarden gevonden van de lncRNAs NTT, MIAT & EmX2OS en bovendien waren er 2 gecorreleerd met de ernst van de ziekte.

Dit piloot-onderzoek werd uitgevoerd door Taiwanese onderzoekers die al eerder onderzoek verrichten op het gebied van lncRNAs in samenwerking met de Berlijnse immunologe (en één van de directeuren van EUROMENE – het Europees Netwerk voor M.E./CVS) Prof. Dr Carmen Scheibenbogen, die vooral geïnteresseerd is in een mogelijke auto-immune etiologie voor M.E.(cvs).

————————-

Journal of Translational Medicine Vol 16, #1, p 231 (augustus 2018)

The expression signature of very long non-coding RNA in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome

Chin-An Yang (1,2,3,4), Sandra Bauer (5), Yu-Chen Ho (3), Franziska Sotzny (5), Jan-Gowth Chang (1,3,4), Carmen Scheibenbogen (5)

1 Department of Laboratory Medicine, China Medical University Hospital, Taichung, Taiwan

2 Division of General Pediatrics, Children’s Hospital of China Medical University, Taichung, Taiwan

3 College of Medicine, China Medical University, Taichung, Taiwan

4 Centre for Precision Medicine, China Medical University Hospital, Taichung, Taiwan

5 Institute for Medical Immunology, Charite-Universitatsmedizin Berlin, Berlin, Germany

Samenvatting

Achtergrond Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS) is een chronische invaliderende ziekte met een enorme socio-economische impact. Er werd gesuggereerd dat immune ontregeling, nitro-oxidatieve stress en metabole stoornissen kunnen bijdragen tot de pathogenese. De etiologie van M.E./CVS blijft echter grotendeels onduidelijk en diagnostische/prognostische ziekte-merkers ontbreken. Er werd gerapporteerd dat meerdere lange niet-coderende RNAs (lncRNA, > 200 bp) rollen spelen bij immunologische ziekten of bij stress-responsen.

Methodes In onze studie onderzochten we de expressie-signatuur van 10 zeer lange lncRNAs (> 5 kb, CR933609, His-RNA, AK124742, GNAS1-AS, EmX2OS, MIAT, TUG1, NEAT1, MALAT1, NTT) in perifeer bloed mononucleaire cellen van 44 M.E./CVS-patiënten.

Resultaten Waarden van de lncRNAs NTT, MIAT & EmX2OS bleken significant verhoogd bij M.E./CVS-patiënten i.v.m. gezonde controles. Bovendien stegen de waarden van NTT & EmX2OS met de ernst van de ziekte. Stimulatie van de menselijke monocytische cel-lijn THP-1 en glioma cel-lijn KALS1 met H2O2 (oxidatieve stress) en poly (I:C) (dubbel-strengig RNA, representatief voor virale aktivatie) verhoogden de expressie-waarden van NTT & MIAT.

Besluiten Onze studie onthulde een met M.E./CVS geassocieerde expressie-signatuur van zeer lange lncRNA, die de regulerende respons op oxidatieve stress, chronische virale infektie en hypoxemie [tekort aan zuurstof in het bloed] bij M.E./CVS-patiënten zou kunnen weerspiegelen. Er dient verder onderzoek te gebeuren om de funkties en potentiële diagnostische waarde van deze lncRNAs bij M.E./CVS bloot te leggen.

Achtergrond

[…]. De pathogenese van M.E./CVS is ingewikkeld en blijft tot op heden grotendeels moeilijk te begrijpen. Er is bewijs dat bij een subset van patiënten infekties resulteren in chronische immuun-aktivatie en auto-immuniteit. Er werden auto-antilichamen tegen neurotransmitters gevonden in een subgroep of M.E./CVS-patiënten. [Loebel M et al. (Fluge O, Mella O, Scheibenbogen C) Antibodies to beta adrenergic and muscarinic cholinergic receptors in patients with Chronic Fatigue Syndrome. Brain Behav Immun. (2016) 52: 32-9] Daarnaast faciliteren verhoogde cytokinen en oxidatieve/nitrosatieve stress mogelijks de ontwrichting van de blood-hersen-barrière, neuro-inflammatie, en gliale aktivatie en hypersensitiviteit, welke verder de ontregeling van neurotransmitters en versterking van inflammatoire signalen triggert. Er werd ook gerapporteerd dat mitochondriale dysfunktie en metabole stoornissen aan de basis liggen van de mogelijke mechanismen voor M.E./CVS. [Naviaux RK et al. Metabolic features of Chronic Fatigue Syndrome. Proc Natl Acad Sci USA (2016) 113: E5472-80 /// Yamano E et al. Index markers of Chronic Fatigue Syndrome with dysfunction of TCA and urea cycles. Sci Rep. (2016) 6: 34990] Ondanks dit bewijsmateriaal, ontbreken er nog steeds diagnostische merkers en de diagnose wordt gewoonlijk gesteld op basis van klinische criteria.

Lange niet-coderende RNAs worden gedefinieerd als RNAs van meer dan 200 nucleotiden, die niet coderen voor proteïnen. Via RNA-DNA, RNA-RNA of RNA-proteïne interakties, kunnen lncRNA verschillende stadia van de gen-regulering beïnvloeden. LncRNAs zijn belangrijke regulatoren van de chromatine [complex van DNA en eiwitten in de celkern] -toestand, die een groot vermogen hebben om te interageren met meer dan één proteïne in verschillende contexten en de cellulaire respons af te stellen. Er werd gerapporteerd dat lncRNAs essentiële rollen spelen bij complexe ziekten, zoals kanker en auto-immune ziekten. Hoewel er meer en meer lncRNAs ontdekt worden, zijn de meeste van hun funkties en werking-mechanismen nog onbekend, bijzonderlijk voor de zeer lange lncRNAs met afmetingen van meer dan 5.000 nucleotiden. We hadden bijzondere interesse in 10 zeer grote lncRNAs (> 5 kb), waarvan ofwel betrokkenheid bij immuun-regulering werd gerapporteerd ofwel dat ze gelokaliseerd zijn in de buurt van genen die de stress-respons, metabole en neurologische processen reguleren, en dus mogelijks een rol spelen bij M.E./CVS.

De 10 lncRNAs zijn: NTT (17 kb), NEAT1 (23 kb), MALAT1 (7,5 kb), TUG1 (7,1 kb), MIAT (9,9 kb), His-1 RNA (8,4 kb), GNAS1-AS (8,9 kb), EMX2OS (7,3 kb), CR933609 (8,8 kb) & AK124742 (6 kb). NTT werd voor het eerst beschreven in geaktiveerde T-cellen, terwijl werd gerapporteerd dat NEAT1 betrokken was bij lupus en bij de immuun-respons op virale infekties. MALAT1 bleek de door LPS geïnduceerde inflammatoire respons te reguleren en TUG1 is betrokken bij de regulering van door koude geïnduceerde oxidatieve stress en inflammatie. Wat betreft MIAT: het is geweten dat dit tussenkomt bij een waaier aan ziekte-processen, inclusief myocard-infarct, microvasculaire dysfunktie, schizofrenie, enz. His-1 RNA bleek geïmpliceerd in leukemogenese [inductie en ontwikkeling van leukemie] en GNAS1-AS is een anti-sense transcript [‘anti-sense’ sequenties zijn er die het mRNA inaktiveren] op de locus van GNAS1, coderend voor neuro-endocrien secretorisch proteïne. Volgens de lncrnadb database is EMX2OS een tegengestelde streng transcript van het EMX2 gen dat mogelijks EMX2 reguleert. Zowel EMX2OS als EMX2 RNAs werden gedetekteerd in weefsels van het centraal zenuwstelsel (CZS). Omtrent CR933609: we hebben eerder z’n rol bij de bescherming van INO80D tegen downregulering door miRNA-5096 geïdentificeerd. Aangezien INO80D een belangrijke component is van het chromatine-hermodelerend INO80 complex dat glycolytische en respiratoire capaciteiten van de cel reguleert, kan CR933609 betrokken zijn bij het behouden van de metabole stabiliteit. Ten slotte: er werd gerapporteerd dat AK124742 een anti-sense RNA is voor het gen PSMD6, dat codeert voor componenten van het proteasoom [groot eiwit-complex dat afwijkende – overbodige of beschadigde – proteïnen afbreekt] waarbij antigen-presentatie door MHC klasse-I en herstel van DNA-schade betrokken zijn.

In deze studie was ons doel het onderzoeken van de expressie-signaturen en potentiële diagnostische waarden van de 10 zeer grote lncRNAs (> 5 kb) bij M.E./CVS-patiënten. En verder werden de effekten van oxidatieve stress (H2O2) en ‘Toll like’ receptor 3 (TLR3 [‘Toll-like’ receptoren zijn op het oppervlak van leukocyten voorkomende receptoren die molekulaire patronen (van indringers) herkennen]) ligand poly (I:C) (dat virale infektie nabootst) op de waarden van zeer grote lncRNAs geëvalueerd in menselijke monocytische cel-lijn THP-1 en glioma [tumor-type ontstaand in gliale cellen] cel-lijn KALS1.

Methodes

Individuen

Er werden 44 M.E./CVS-patiënten met de diagnose gesteld volgens de Canadese criteria en 30 voor geslacht en leeftijd gematchte gezonde controles gerecruteerd. [64% vrouwen bij M.E./CVS (60% bij controles); 25/44 met Bell-score < 30 (ernstig)]. […]

RNA-extractie en RT-PCR voor lncRNAs

RNAs werden geïsoleerd uit PBMCs [perifeer bloed mononuclaire cellen] […] Omgekeerde transcriptie naar cDNA voor ‘real-time’ PCR [RT-PCR; monitort de amplificatie van een doelwit DNA/RNA tijdens de PCR, in ‘real-time’, en niet op het einde (zoals bij conventionele PCR)]. GAPDH-expressie was de endogene controle. […]

[CT, ‘cycle-treshold’, staat voor het aantal PCR-cycli waarbij de geamplificeerde sequentie boven de ‘background’ komt: op dat punt wordt een detekteerbare hoeveelheid van het te amplificeren stuk DNA/RNA gegenereerd. De CT is omgekeerd evenredig met de oorspronkelijke expressie van het gen: hoe meer er van aanwezig, hoe minder PCR-cycli nodig om het detekteerbaar te maken. ΔCT = CT(een doelwit-gen) minus CT(een referentie-gen)]

Cel-lijn studies

[…]

Bio-informatica en statistische analyse

[…]

Resultaten

PBMC lncRNA-profiel bij patiënten met chronische vermoeidheid en controles

De expressie van de 10 lncRNAs (NTT, NEAT1, MALAT1, TUG1, MIAT, His-1 RNA, GNAS1-AS, EMX2OS, CR933609 & AK124742) in PBMCs van M.E./CVS-patiënten en gezonde controles werden geëvalueerd d.m.v. RT-PCR. De waarden van de 10 ΔCT (CTlncRNA – CTGAPDH) van elke individu werden gebruikt om een correlatie-matrix [matrix met als elementen de paar-gewijze co-varianties] op te bouwen en ‘principle component analysis’ (PCA). [hoofd-componenten-analyse; objectieve techniek om het aantal variabelen op een zinvolle manier te reduceren; een wiskundige procedure om een set observaties van mogelijks gecorreleerde variabelen om te zetten naar een set waarden van niet-gecorreleerde variabelen, genaamd ‘principal components’ (belangrijkste componenten).] De PCA toonde dat het M.E./CVS en controle lncRNA expressie-profiel konden hoofdzakelijk worden gescheiden door component 2. […]

Associatie van lncRNA expressie-waarden met M.E./CVS en ziekte-ernst

Om de test-aantallen van lncRNAs nodig voor het differentiëren van M.E./CVS en gezonde controles te reduceren en het verband tussen lncRNA expressie-waarden en M.E./CVS ziekte-ernst te evalueren, analyseerden we de hoeveelheid van elk lncRNA in PBMCs van controles, mild-matige M.E./CVS (Bell-score ≥ 30) en ernstige M.E./CVS (Bell-score < 30). Interessant was dat de waarden van NTT, MIAT & EMX2OS significant hoger bleken in M.E./CVS PBMCs t.o.v. controles. M.E./CVS mediane ΔCT vs. controle mediane ΔCT: NTT 8,86 vs. 10,05 (p < 0.0001), MIAT 6,22 vs. 6,89 (p < 0.05), EMX2OS 20,69 vs. 18,59 (p < 0.001). Verder: NTT & EMX2OS expressie-waarden correleerden met M.E./CVS ziekte-ernst, waarbij de grootste hoeveelheid werd gedetekteerd bij M.E./CVS-patiënten met een Bell-score van 10 of 20 (< 30).

PBMC NTT, MIAT en EMX2OS expressie-signatuur als M.E./CVS diagnostische merkers

Aangezien we hebben ontdekt dat bij de 10 geteste lncRNAs, slechts de waarden van NTT, MIAT & EMX2OS geupreguleerd waren bij M.E./CVS, zetten we een nieuw PCA-grafiek uit gebruikmakend van een correlatie-matrix met NTT, MIAT & EMX2OS ΔCT-waarden. De M.E./CVS-patiënten konden van de gezonde controles worden gescheiden op basis van component 1. De M.E./CVS groep kon nog steeds van de controle-groep worden gescheiden wanneer de gebruikte lncRNA-waarden werden verminderd tot die van NTT & MIAT of die van NTT & EMX2OS. De M.E./CVS- en controle-groep konden echter niet goed van elkaar gedifferentieerd worden op basis van MIAT & EMX2OS.

Om de diagnostische waarde van het combineren van de expressie van NTT, MIAT & EMX2OS te evalueren, berekenden we eerst de optimale ‘cut-off’ ΔCT-waarde van elk van die 3 lncRNAs d.m.v. ROC-curves [ROC (receiver operating characteristic’) -analyse is een statistische methode die internationaal gebruikt wordt als toets voor de voorspellende waarde van een variabele of instrument; de ROC-curve is een grafiek van de gevoeligheid tegen de specificiteit /// area under the curve’ (AUC) of oppervlakte onder de curve; samenvattende maatstaf die in wezen het gemiddelde maakt van de diagnostische accuraatheid over het spectrum van de test-waarden: een AUC = 1 betekent een perfeke test; AUC = 0.90-1 is excellent (hoge sensitiviteit en hoge specificiteit), 0.80-0.90 is goed]. Deze waren: 9,49 (AUC = 0.82); 6,82 (AUC = 0.65); 19,06 (AUC = 0.77), voor NTT, MIAT & EMX2OS respectievelijk. Er werd dan een bijkomende ROC-analyse uitgevoerd en die onthulde dat de criteria van verhoogde expressie (ΔCT onder de optimale ‘cut-off’) van eender welke 2 van deze 3 lncRNAs bij het stellen van de diagnose van M.E./CVS een gevoeligheid van 67,4 en een specificiteit van 86,7 had, AUC = 0.82 […].

Expressie-waarden van genen die mogelijks gereguleerd worden door de lncRNAs bij M.E./CVS

Om mogelijke werking-mechanismen van de lncRNAs NTT, MIAT & EMX2OS bij M.E./CVS op te helderen, analyseerden we het expressie-profiel van hun potentiële ‘downstream’ genen bij patiënten en controles. Er werd gesuggereerd dat NTT werkt op nabijgelegen genen, inclusief IFNGR1 [coderend voor interferon-gamma receptor 1] & PBOV1 [‘Prostate And Breast Cancer Overexpressed 1’; coderend voor een proteïne dat geupreguleerd is bij sommmige types kanker]. Er werd gerapporteerd dat ZEB1 ‘downstream’ van MIAT ligt; en er werd voorgesteld dat EMX2 gereguleerd wordt door EMX2OS. Terwijl EMX2 niet kon worden gedetekteerd in PBMCs (gegevens niet getoond), bleek ZEB1 matig maar significant verhoogd in M.E./CVS PBMCs t.o.v. controles (M.E./CVS mediane ΔCT vs. controle mediane ΔCT: 7,60 vs. 7,82, p < 0.05). De expressie-waarden van IFNGR1 & PBOV1 bleken niet significant verschillend tussen M.E./CVS en controles. Wat betreft de correlatie tussen de expressies van lncRNAs en ‘downstream’ genen: er werd een positieve relatie tussen ZEB1- en MIAT-waarde gedetekteerd d.m.v. lineaire regressie analyse bij M.E./CVS (p < 0.0001) maar niet bij controles. Ook bleek de IFNGR1-waarde positief gecorreleerd met de NTT-waarde bij M.E./CVS (p < 0.0001) maar niet bij controles. De lineaire regressie analyse tussen NTT en PBOV1 toonde geen statistische significantie, noch voor M.E./CVS en controles.

Upregulering van NTT & MIAT door H2O2 en poly (I:C) in menselijke monocytische en glioma cel-lijnen

Het is geweten dat oxidatieve stress en terugkerende herpesvirus-infektie bijdragen tot de M.E./CVS-pathologie. [Sotzny F et al. (Scheibenbogen C). Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome – evidence for an autoimmune disease. Autoimmun Rev. (2018) 17: 601-9] Om de mogelijke effekten van deze stressoren op de expressie van NTT, MIAT & EMX2OS te onderzoeken, gebruikten we de menselijke monocytische cel-lijn THP-1 en glioma cel-lijn KALS1 als modellen, en behandelden deze met H2O2 (oxidatieve stress) of poly (I:C) (TLR3-agonist, die een herpesvirus-infektie nabootst) gedurende 6h. Terwijl NTT & MIAT geupreguleerd bleken na de stimulaties, kon EMX2OS niet worden gedetekteerd in beide cel-lijnen. In THP-1 cellen verhoogde de NTT expressie-waarde tot gemiddeld 1,47 en 3,06 maal na stimulatie met 10 nM H2O2 en 100 μM poly (I:C), respectievelijk. Verder steeg de MIAT-waarde tot gemiddeld 1,26 en 3,38 maal na THP-1 stimulatie met 10 nM H2O2 en 100 μM poly (I:C), respectievelijk. Er werden ook hogere expressie-waarden voor het potentieel NTT ‘downstream’ gen PBOV1 en het potentieel NTT ‘downstream’ gen ZEB1 gedetekteerd in THP-1 na stimulaties met 10 nM H2O2 en 100 μM poly (I:C), respectievelijk; de waarde van IFNGR1 (een ander potentieel NTT ‘downstream’ gen) vertoonde echter geen evidente verandering na beide stimulaties. In KALS1-cellen, was NTT geupreguleerd tot gemiddeld 1,49 maal bij 100 μM H2O2 en tot gemiddeld 1,65 maal bij 50 μM poly (I:C). Wat betreft MIAT-expressie: in KALS1 werd een stijging van 1,26 maal en 1,31 maal gezien na 6h stimulatie met 10 nM H2O2 en 100 μM poly (I:C), respectievelijk. De expressie-waarden van de potentiële NTT en MIAT ‘downstream’ genen na stimulatie met H2O2 en poly (I:C) in KALS1 vertoonden een gelijkaardig patroon als bij THP-1.

Bespreking

Er werden rollen van zeer grote (> 5 kb) lncRNAs bij immuun-regulering en ziekte-processen ondekt. Hier rapporteren we over de expressie-signatuur van 10 lncRNAs (NTT, NEAT1, MALAT1, TUG1, MIAT, His-1 RNA, GNAS1-AS, EMX2OS, CR933609 & AK124742) in PBMCs afkomstig van M.E./CVS-patiënten. We hebben dit screening-panel geselekteerd op basis van hun mogelijke regulering van immune, stress-, metabole en neurologische responsen, waarvan werd gehypothiseerd dat ze betrokken zijn bij de pathogenese van M.E./CVS. Niettemin is het opmerkelijk om op een PCA-grafiek te zien dat M.E./CVS kon worden gedifferentieerd van gezonde controles via dit lncRNA-profiel. Van de 10 lncRNAs verklaarden NTT, MIAT & EMX2OS expressie-waarden de meeste variantie tussen M.E./CVS en controles. Een verdere ondersteuning voor hun potentiële rol in het ziekte-pathomechanisme is dat hogere NTT- en EMX2OS-waarden geassocieerd bleken met ernstiger M.E./CVS (Bell-score < 30). Op basis van het feit dat de expressie van een combinatie van 2 van deze 3 lncRNAs (NTT, MIAT & EMX2OS) bij het onderscheiden van M.E./CVS en gezonden een AUC van 0.82 gaf, suggereren we een potentiële diagnostische waarde van deze lncRNAs voor M.E./CVS.

Consistent met de hypothese dat de ziekte-pathologie van M.E./CVS kan worden bepaald door oxidatieve stress en virale infekties, vonden we dat de waarden van NTT en MIAT in THP-1 en KALS1 cel-lijnen verhoogd waren na stimatie met H2O2 of poly (I:C), een expressie-patroon dat gelijkaardig is met deze gevonden in PBMCs van M.E./CVS-patiënten. We weten echter nog niet of het hier gevonden lncRNA-profiel specifiek is voor M.E./CVS of bij andere ziekten (gepaard met immuun-ontregeling of oxidatieve stress; zoals auto-immune ziekten en kanker) kan worden gevonden. Er werd gerapporteerd dat MIAT-waarden geupreguleerd kunnen zijn onder hoog-glucose omstandigheden en bij long-kanker, en NTT-expressies kunnen worden gevonden bij processen waarbij T-cel aktivatie is betrokken. Het verder vergelijken van de PBMC expressie-signatuur van NTT, MIAT & EMX2OS bij M.E./CVS met patiënten die lijden onder chronische vermoeidheid te wijten aan auto-immune ziekten of kanker is belangrijk om de lncRNA test-specificiteit te bepalen bij het stellen van de diagnose van M.E./CVS.

De mechanismen van NTT, MIAT & EMX2OS bij M.E./CVS-pathogenese vereisen verder onderzoek. In onze studie detekteerden we een verband van een hogere waarde van ZEB1, een gen dat wordt gereguleerd door MIAT, met M.E./CVS. THP-1 en KALS1 cel-lijnen vertoonden consistent hogere expressie-waarden van MIAT en ZEB1 na stimulatie met poly (I:C), een synthetisch analoog van dubbel-strengig RNA dat representatief is voor een aktieve virale infektie, een mogelijke trigger van M.E./CVS. Er werd gerapporteerd dat ‘Zinc-finger E-box-binding’ proteïne (ZEB) 1, een transcriptie-factor die repressor-complex [proteïne-complex dat transcriptie verhindert of downreguleert] recruteert, IL-2 aktivatie in T-cellen onderdrukt. Upregulering van ZEB1 zou geassocieerd kunnen zijn met de respons op chronische inflammatie bij M.E./CVS. In ‘non-small-cell’ long-kanker cel-lijn resulteerde de ‘knockdown’ [experimentele reductie van de expressie van een gen] van MIAT in verminderde ZEB1-expressie, wat wijst op cis-werking [regulering van expressie van nabijgelegen genen op dezelfde DNA-streng] van MIAT op het reguleren van ZEB1. Interessant is dat MIAT ook betrokken is bij endotheliale dysfunktie, wat frequent wordt gezien bij M.E./CVS. [Newton DJ, Kennedy G et al. Large and small artery endothelial dysfunction in Chronic Fatigue Syndrome. Int J Cardiol. (2012) 154: 335-6] Wat betreft NTT: er werd voorgesteld dat het z’n funktie uitoefent op nabijgelegen genen omwille van z’n grootte (17 kb). Meerdere genen betrokken bij cel-proliferatie, apoptose of inflammatie (inclusief IFNGR1, PBOV1, TNFAIP3, HIVEP2, BCLAF1 & MYB) zijn gelegen dicht bij de chromosoom-positie van NTT. We vonden geen significant verschil qua IFNGR1- en PBOV1-expressie tussen M.E./CVS en controles. Er werd echter een uitgesproken positieve correlatie tussen NTT- en IFNGR1-waarden gezien bij M.E./CVS, niet bij controles. Deze observatie suggereert dat de NTT/IFNGR1-as een subtiele rol kan spelen in de M.E./CVS-pathogenese. Er zijn meer experimenten nog om te weten of andere ‘downstream’ genen beïnvloed worden door de upregulering van NTT bij M.E./CVS en mogelijks belangrijker rollen spelen in de ziekte-pathobiologie. Ten slotte: volgens de lncrnadb, de lncRNA database, is het expressie-niveau van EMX2OS onder normale fysiologische omstandigheden hoger in het brein, gemiddeld in lymfeknopen en zeer laag in leukocyten. Consistent hiermee konden we EMX2OS niet detekteren in PBMCs van verscheidene individuen. De meeste M.E./CVS-patiënten bleken echter verhoogd EMX2OS te hebben in hun PBMCs. De rol van EMX2OS in PBMCs is nog onduidelijk en het potentieel ‘downstream’ gen EMX2 dat gewoonlijk to expressie komt in het CZS kon niet bij alle studie-individuen worden gedetekteerd. Er loopt een EMX2OS over-expressie experiment in THP-1 in ons lab, om deze vraag te beantwoorden. Interessant is dat er EMX2-upregulering werd gevonden bij hersen-hypoxemie. M.E./CVS-patiënten hebben sterke dalingen qua cerebrale bloeddoorstroming, wat kan resulteren in hypoxemie. [Biswal B, Kunwar P, Natelson BH. Cerebral blood flow is reduced in Chronic Fatigue Syndrome as assessed by arterial spin labeling. J Neurol Sci. (2011) 301: 9-11]

Naast onze studie over het gebruiken van een lncRNA-signatuur als diagnostische merker voor M.E./CVS, werd gesuggereerd dat mRNA-expressie profielen in het bloed en plasma-metabolieten diagnostische waarde hebben voor M.E./CVS. Zoals beschreven door Kerr et al. [Gene expression subtypes in patients with Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J Infect Dis. (2008) 197: 1171-84] waren er 88 genen met differentiële expressie vereist om M.E./CVS diagnostische en prognostisch te groeperen. Bovendien stelden Naviaux et al. [zie ref. hierboven] een set van 8 metabolieten voor om de diagnose van M.E./CVS te stellen bij mannen en een set van 13 metabolieten bij vrouwen. Onze resultaten tonen dat een lncRNA-expressie panel bestaande uit slechts 3 zeer grote lncRNAs (NTT, MIAT, EMX2OS) kunnen leiden tot een goede diagnostische waarde en informatie kunnen bieden over de M.E./CVS ziekte-ernst (NTT, MIAT).

Besluit

Hoewel de pathogene mechanismen van zeer grote lncRNAs bij M.E./CVS nog dient te worden opgehelderd, vonden het eerste bewijs dat een lncRNA expressie-signatuur diagnostische waarde kan hebben bij M.E./CVS.

Advertenties

juni 23, 2017

EBV in ectopische lymfoïde aggregaten als pathogenese voor M.E.(cvs)?

Filed under: Immunologie,Neurologie — mewetenschap @ 3:07 pm
Tags: , , , , , , , ,

Willy Bjarne Eriksen, een arts/onderzoeker van het ‘Norwegian Institute of Public Health’, heeft mensen met M.E.(cvs) in z’n familie, vandaar dat hij “duizenden” wetenschappelijke publicaties over de aandoening heeft gelezen. Dat heeft geleid tot de hypothese die hij in onderstaand artikel publiceerde. In een interview liet hij optekenen: “Dit zou de meerderheid van de gevallen die voldoen aan de Canadese criteria kunnen verklaren. Het cruciaal gegeven is dat lymfoïde aggregaten (zeg maar opéénhopingen van cellen uit de lymfocyten-famile) in zenuw-strukturen van de patiënten gekoloniseerd worden door lymfocyten die geïnfekteerd zijn met het Epstein-Barr virus.”.

De hypothese is consistent met de resultaten van metaboloom-studies (bv. Naviaux et al.) alsook met de (preliminaire) bevindingen van prof. Ron Davis (De vader van een M.E.(cvs)-patient en directeur van het ‘Stanford Genome Technology Centre’ die bezig is met de ontwikkeling van een diagnostische test, de zgn. “nano-naald biosensor”. De werk-hypothese van het team van Davis is dat er bij M.E.(cvs) een probleem is met de glycolyse en ze vermoeden dat er iets mis is met het enzyme pyruvaat-kinase. – Een Noors team denkt aan pyruvaat-dehydrogenase)…

De zenuw-strukturen waarvan sprake (voor de aggregatie van lymfoïde cellen) zijn de zgn. ‘dorsal root’ ganglia. Dr Abhijit Chaudhuri (een neuroloog gespecialiseerd in M.E.) vond ooit al ernstige inflammatie van de ‘dorsal root ganglia’ (de plaats waar zenuwen het ruggemerg binnenkomen) bij een overleden persoon met M.E.(cvs). Deze en andere veranderingen maakten het voor hem duidelijk dat er sprake is van een neurologische aandoening; ze komen niet voor bij psychiatrische aandoeningen.

Nancy Klimas en haar collega’s hebben gepubliceerd (Journal of Chronic Fatigue Syndrome in 2001) over een mogelijkheid om het probleem op te lossen (een “interessante maar ongecontroleerde test”) en ook deze bevindingen zijn consistent met de hypothese. Het betreft een methode waarbij de immuuncellen van de patient zelf (“autoloog”) in het lab worden voorbereid/getraind om tegen EBV te vechten en dan teruggegeven (EBV-specifieke T-lymfocyten). In het kort: er wordt bloed afgenomen, de cellen worden geïsoleerd en geaktiveerd met synthetische EBV-antigenen; de cellen gaan in cultuur om ze te laten prolifereren (vermenigvuldigen); de T-lymfocyten worden geïsoleerd (ev. bewaard) en dan intraveneus terug toegediend.

————————-

Med Hypotheses. (2017) 102: 8-15

The spread of EBV to ectopic lymphoid aggregates may be the final common pathway in the pathogenesis of ME/CFS

Eriksen W

Domain for Mental and Physical Health, Norwegian Institute of Public Health, Oslo, Norway

Samenvatting

Volgens de hypothese die hier wordt gepresenteerd, beslaat de ontwikkeling van Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS) 3 stappen: Stap 1 wordt gekenmerkt door de aggregatie van lymfoïde cellen in ‘dorsal root ganglia’ [enk. ‘ganglion’; plaats waar sensorische zenuwen het ruggemerg binnenkomen; nodule in een dorsale ruggemerg-zenuwtak met cel-lichamen van neuronen die impulsen van receptoren of organen naar het CZS sturen] of andere zenuw-strukturen. Deze formatie van ectopische [op andere plaatsen dan normaal] lymfoïde aggregaten [groepjes lymfocyt-achtige cellen] kan worden veroorzaakt door een acute infektie, asymptomatische reaktivaties van courate neurotropische virussen, blootstelling aan een neurotoxine of fysiek letsel aan perifere zenuwen. Stap 2: met Epstein-Barr virus (EBV)-geïnfekteerde lymfocyten of monocyten brengen EBV van de circulatie naar één of meerdere van deze lymfoïde aggregaten, waarna cel-naar-cel transmissie van EBV en proliferatie van latent EBV-geïnfekteerde lymfocyten leiden tot de aanwezigheid van veel EBV-geïnfekteerde cellen in de lymfoïde aggregaten. De EBV-geïnfekteerde cellen in de aggregaten doen een inflammatie ontbranden in het omringende zenuw-weefsel. Deze lokale inflammatie lokt, op zijn beurt een golf uitvan gliale cel aktivatie die zich verspreidt van het EBV-geïnfekteerd gebied naar delen van het zenuwstelsel die niet met EBV geïnfekteerd zijn, waardoor de neuron-glia interaktie in zowel het perifeer als het centraal wordt verstoord. Stap 3: immuun-cel uitputting draagt bij tot het consolideren van de pathologische processen. Er is wellicht een geneeswijze: infusie van autologe EBV-specifieke T-lymfocyten kan misschien de EBV-geïnfekteerde cellen uit het zenuwstelsel verwijderen.

Achtergrond

Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS) is een aandoening (of misschien 2 of meerdere aandoeningen) die wordt gekenmerkt door ernstige vermoeidheid en meerdere andere symptomen (pijn, concentratie-problemen, post-exertionele malaise, en een persistent of terugkerend ‘griep-achtig’ gevoel. Het begint gewoonlijk in de adolescentie of bij jong-volwassenen. De etiologie is onduidelijk maar er werden veel hypothesen naar voor gebracht. Meerdere auteurs hebben gesuggereerd dat M.E./CVS het finaal gemeenschappelijk pad kan zijn van processen die worden aangezet door verscheidene triggers [HPA-as dysfunktie, neuromuscuaire belasting, enz.].

Tijdens de jaren ‘80 en ’90 was er een sterke interesse voor de mogelijke rol van het Epstein-Barr virus (EBV) in de pathogenese van M.E./CVS. Studies toonden aan dat ongewone antilichaam-titers tegen EBV-antigenen frequenter voorkwamen bij M.E./CVS-patiënten dan bij gezonde controles, suggestief voor verhoogde EBV-aktiviteit. Men was er zich ook bewust van geworden dat een significant deel van de patiënten met infektueuze mononucleose [I.M.; ‘klierkoorts’, ‘kissing-disease’, ziekte van Pfeiffer; infektie-ziekte die wordt veroorzaakt door het Epstein-Barr virus] een M.E./CVS-achtige aandoening ontwikkelden, hoewel de link tussen I.M. en M.E./CVS pas meerdere jaren later grondig werd gedocumenteerd.

De interesse voor de EBV-connectie taande, omwille van meerdere redenen: 1) Verschillen qua EBV-serologie tussen M.E./CVS-patiënten en gezonde controles werden niet in alle studies vastgesteld. 2) Ongewone EBV-serologie werd ook gezien bij sommige gezonde personen en veel M.E./CVS-patiënten hadden een normale EBV-serologie. 3) Enkele studies suggereerden dat EBV in de keel en het bloed niet méér werden gedetekteerd bij M.E./CVS-patiënten dan bij gezonde controles. 4) Sommige studies suggereerden dat M.E./CVS-patiënten verhoogde antilichaam-titers kunnen hebben, ook tegen meerdere andere courante virussen, wat de mogelijkheid oproept dat een “niet-specifieke polyclonale B-lymfocytische respons” aanwezig was. 5) Een placebo-gecontroleerde studie met 24 M.E./CVS-patiënten toonde geen effekten na 5 weken acyclovir. 6) Het kan moeilijk vallen te geloven dat een hoofdzakelijk lymfotroop virus zoals EBV alle M.E./CVS-symptomen zou veroorzaken. 7) Het werd steeds duidelijker dat M.E./CVS kan beginnen in connectie met veel soorten gebeurtenissen, inclusief acute infekties met meerdere verschillende microben en niet-infektueuze zaken zoals lichamelijke letsels en chirurgische ingrepen.

In delen van de medische gemeenschap bleef de interesse voor de EBV-connectie echter en meerdere research-bevindingen van de laatste 15 jaar hielden de interesse voor EBV-connectie gaande. Daarnaast werd de potentiële rol van ectopische lymfoïde strukturen bij chronische infekties en auto-immune ziekten onderzocht, en research betreffende gliale cellen bood nieuwe kennis over de cellulaire mechanismen achter neuro-inflammatie en chronische pijn.

Hypothese

Stap 1

De eerste stap wordt gekenmerkt door de aggregatie van lymfoïde cellen (B- & T-lymfocyten en dendritische cellen) in zenuw-strukturen. De ‘dorsal root’ ganglia zijn de meest courante plaats voor deze aggregatie van lymfoïde cellen maar autonome ganglia, de achterste zenuw-wortels, ruggemerg-zenuwen en het CZS kunnen ook aangetast zijn. De factor die aggregatie induceert, varieert van patient tot patient. In veel gevallen zitten er a-symptomatische reaktivaties van humaan herpesvirus-6 (HHV-6) in de gliale cellen achter. In andere gevallen zijn dat acute of sub-acute infekties met andere microben, blootstelling aan neurotoxinen uit het milieu, of lichamelijke letsels (uitrekken, samendrukken of scheuren van perifere zenuwen).

Stap 2

Ergens tijdens of na de vorming van lymfoïde aggregaten, brengen EBV-geïnfekteerde lymfocyten of monocyten EBV van de circulatie naar één of meerdere van deze ectopische lymfoïde aggregaten, waarna cel-naar-cel transmissie van EBV en proliferatie van latent EBV-geïnfekteerde lymfocyten leiden tot de aanwezigheid van veel EBV-geïnfekteerde cellen in de aggregaten. De EBV-geïnfekteerde lymfocyten ontwijken apoptose en vomen lang-levende klonen omwille van overleving-signalen van het virus.

De EBV-geïnfekteerde lymfocyten in de ectopische lymfoïde aggregaten ontsteken een inflammatie in het omringende zenuw-weefsel. Deze lokale inflammatie ontbrandt via verscheidene mechanismen: a) via molekulen die worden gesekreteerd door latent EBV-geïnfekteerde lymfocyten, zoals niet-coderende RNAs (EBERs [‘Epstein-Barr virus encoded small RNAs’, geproduceerd tijdens de latente cyclus van het virus, wanneer geen virus-partikels worden aangemaakt; ze zijn niet-coderend en interageren met proteïnen van de gastheer]); b) via immuun-reakties tegen lytische replicaties van EBV (replicatie van het volledig virus-partikel); c) via EBV-gecodeerde proteïnen die worden aangemaakt en gesekreteerd in connectie met abortief-lytische reaktivaties (onvolledige lytische replicaties); en d) via auto-immune processen met geen of zwakke elementen van cytotoxiciteit. Het relatief belang van elk van deze mechanismen varieert van patient tot patient en met verloop van tijd.

Deze lokale inflammatie lokt, op z’n beurt, een golf van gliale cel aktivatie uit die zich verspreidt van het EBV-geïnfekteerd gebied naar delen van het zenuwstelsel die niet EBV-geïnfekteerd zijn. Er kunnen meerdere types gliale cellen geaktiveerd zijn. Onder andere: satelliet-cellen [met een beschermende rol] in de perifere ganglia, microglia en astrocyten in het CZS, en Schwann-cellen in de perifere zenuwen, inclusief de niet-myeliniserende Schwann-cellen die de sensorische en de post-ganglionische sympathische zenuw-vezels omhullen [de zgn. myeline-schede]. Deze gliale aktivatie beïnvloedt de neuronen chemisch (verstoring van de neuron-glia communicatie, sekretie van inflammatoire cytokinen) of mechanisch (door zwelling binnenin de zenuw), en lokt de M.E./CVS-symptomen uit. De mechanische stress waar de perifere zenuwen aan blootgesteld worden tijdens fysieke aktiviteit verhoogt de gliale cel aktivatie en veroorzaakt post-exertionele malaise.

Stap 3

De lokale door EBV veroorzaakte inflammatie, de wijdverspreide gliale aktivatie en, indien aanwezig, reaktivaties van HHV-6 hebben de tendens om nieuwe lymfoïde aggregaten te induceren. De nieuwe lymfoïde aggregaten krijgen EBV uit de circulatie zowel als van de naburige lymfoïde aggregaten. Op die manier wordt het gebied dat geïnfiltreerd is door EBV-geïnfekteerde lymfoïde aggregaten groter en kan het, bijvoorbeeld, ‘dorsal root’ ganglia op meerdere ruggemerg-niveaus en delen van het ruggermerg of hersenstam omvatten. Tezelfdertijd verdwijnen sommige van de ‘oude’ lymfoïde aggregaten. De situatie is dus dynamisch. De antigen-specificiteit van de lymfoïde cellen kan variëren van aggregaat tot aggregaat, en kan specificiteit omvatten tegen virale antigenen en een brede waaier aan antigenen die door de inflammatie niet worden geproduceerd. Bijvoorbeeld: B-lymfocyten in één aggregaat kunnen in staat zijn antilichamen tegen HHV-6 te produceren, terwijl B-lymfocyten in een ander aggregaat antilichamen tegen een auto-antigen kunnen aanmaken. Als het immuunsysteem van de patient in staat is de EBV-geïnfekteerde cellen te verwijderen, kan een volledig verdwijnen van de aandoening optreden. Maar als de EBV-geïnfekteerde cellen niet worden verwijderd uit de zenuw-weefsels binnen enkele jaren, is de tendens dat de pathologische processen geconsolideerd worden omwille van uitputting van de immuun-cellen die betrokken zijn bij de immuun-respons tegen het virus.

Vergelijking met enkele andere hypothesen

Michael Pender [Niet over M.E./CVS maar over auto-immune aandoeningen: immuun-processen uitgelokt en georkestreerd door auto-reaktieve lymfocyten spelen een centrale rol. EBV geeft deze overleving-signalen zodat ze apoptose ontwijken en zich opstapelen in het doelwit-orgaan.] In de hypothese hier wordt verondersteld dat de effekten van EBV en de gevolgen van EBV-infektie veel meer gedifferentieerd en veelzijdiger zijn.

Bansal et al. [zie ‘Immuun-geheugen & virale infektie bij M.E.(cvs)] [Infekties of stress zouden kunnen leiden tot immuun-dysfunktie en deze zou reackivatie en “brede verspreiding” van EBV of een ander latent virus kunnen uitlokken.] Zij hebben het niet over een mogelijke rol van ectopische lymfoïde strukturen en gliale aktivatie.

Jose Montoya, Andreas Kogelnik et al. [Verhoogde antilichaam-titers tegen HHV-6 & EBV bij M.E./CVS.] Zij adresseren ook de mogelijke rol ectopische lymfoïde strukturen en gliale aktivatie niet.

Daugherty et al. [Een “synergistisch effekt tussen HHV-6 & EBV” op de lymfocyten-funktie bij M.E./CVS, resulterend in een verzwakte immuun-respons.]

Martin Lerner [Lerner AM, Beqaj S. A paradigm linking herpesvirus immediate-early gene expression apoptosis and Myalgic Encephalomyelitis / Chronic Fatigue Syndrome. Virus Adapt Treat (2011) 3: 19-24] [Meent dat “niet-permissieve replicaties” van EBV, HHV-6 en/of CMV een verklaring kunnen zijn voor M.E./CVS; virale componenten zouden de gastheer-cellen ontregelen en immunologische stoornissen in het omringend weefsel induceren.] Hij adresseert ook de mogelijke rol ectopische lymfoïde strukturen en gliale aktivatie niet.

Morris et al. [Erkennen het belang van gliale cel aktivatie bij M.E./CVS.] De mechanismen die volgens hen virale blootstelling linken aan gliale cel aktivatie, zijn niet dezelfde als hier beschreven. Ectopische lymfoïde aggregaten lijken geen rol te spelen in hun model.

Judith Shapiro [Stelt voor dat M.E./CVS start wanneer een neurotroop herpesvirus (bv. Varizella Zoster virus) reaktiveert in de perifere ganglia.] Zij zegt niks over de mogelijke rol van ectopische lymfoïde aggregaten en gliale aktivatie, en niets over auto-immuniteit.

VanElzakker [Nervus vagus infektie hypothese voor CVS; legt de focus op de gliale cellen die nervuw vagus en z’n ganglia omhullen.] Dit staat in contrast met de veel meer wijdverspreide gliale aktivatie die hier wordt beschreven.

Arnett et al. [Suggereren dat neuro-immunologische reakties in de hersenen opgewekt door “perifere inflammatoire voorvallen” aan de basis van M.E./CVS liggen. Volgens hen niet het resultaat van een bepaald pathogen maar van een abnormale respons op infektie.]

Evaluatie van de hypothese

Vorming van ectopische lymfoïde aggregaten

Ectopische lymfoïde aggregaten zijn aggregaten van lymfoïde cellen (B- & T-lymfocyten, dendritische cellen) in niet-lymfoïde weefsels. Sommige van deze aggregaten zijn slechts verzamelingen van lymfoïde cellen binnen een bepaald gebied, terwijl andere aggregaten georganiseerde strukturen met kiem-centra [plaatsen in lymfeknopen waar rijpe B-cellen prolifereren, differentiëren en van antilichaam-klasse (bv. IgM naar IgG) switchen] zijn. De ectopische lymfoïde aggregaten lijken zich te vormen in respons op antigene stimuli. Ze ontwikkelen zich dikwijls in weefsels met inflammatie door infektueuze, auto-reaktieve of neoplastische processen [neoplasie = vorming van goed- of kwaadaardige gezwellen door cel-vermeerdering], en kunnen worden gezien als “induceerbare kernen voor het genereren van antigen-specifieke immuun-responsen in weefsels”.

In veel gevallen van M.E./CVS lijken de symptomen uit het niets op te komen, zonder enige kennelijke triggerende gebeurtenis. In dergelijke gevallen zouden a-symptomatische reaktivaties van latente virussen in de ‘dorsal root’ ganglia een opbouw van ectopische lymfoïde aggregaten kunnen hebben geïnduceerd, weken en maanden voor de aanvang van M.E./CVS. Een mogelijke schuldige is HHV-6. Bijna 100% van alle kinderen is blootgesteld aan HHV-6 voor de leeftijd van 2 jaar en na de initiële infektie vestigt HHV-6 een levenslange latentie. HHV-6 kan gliale cellen infekteren en veel volwassenen dragen latent HHV-6 in hun hersenen en ‘dorsal root’ ganglia. Reaktivaties van HHV-6 lijken zeer courant, niet enkel bij immunologisch gecompromitteerde individuen [die geen immuun-respons kunnen opwekken] maar ook bij immunocompetente en gezonde personen. Deze reaktivaties zijn dikwijls a-symptomatisch maar kunnen gepaard gaan met ernstige complicaties in immuno-gecompromitteerde transplant-recipiënten. Eén van de door HHV-6 gecodeerde proteïnen beschikt over chemokine-achtige, leucocyten-aantrekkende eigenschappen.

In veel andere gevallen van M.E./CVS, is de aanvang geassocieerd met een acute infektie of een acuut infektie-achtig voorval. Sommige van die infekties worden veroorzaakt door neurotrope micro-organismen (bv. Coxsackie-B virus en Borrelia Burgdorferi), terwijl andere infekties het zenuwstelsel indirect kunnen hebben aangetast via neurotoxische cytokinen in het bloed. De infekties kunnen dus de vorming van ectopische lymfoïde aggregaten in zenuw-weefsels hebben geïnduceerd.

Wanneer M.E./CVS zich ontwikkelt in de nasleep van infektueuze mononucleose, zouden ectopische lymfoïde aggregaten geïnduceerd kunnen geweest zijn door a-symptomatische reaktivaties van latente neurotrope virussen, voor de infektueuze mononucleose begon. Een ander mogelijkheid is dat ectopische lymfoïde aggregaten geïnduceerd zouden kunnen geweest zijn door de EBV-infektie zelf, tijdens het verloop van de infektueuze mononucleose. Dit is omdat de primaire infektie met EBV zowel het centraal zenuwstelsel als het perifeer zenuwstelsel kan aantasten. Er werden veranderingen in het cerebrospinaal vocht gerapporteerd in 26,5% van de gevallen van infektueuze mononucleose, dus zou lage-intensiteit neuro-pathologie vrij courant kunnen zijn bij infektueuze mononucleose. Een studie toonden aan dat lytische replicatie van EBV plaats kan vinden in neuronen, ten minste in het laboratorium.

In sommige gevallen van M.E./CVS werden niet-infektueuze voorvallen zoals chirurgische ingrepen verkeersongelukken gerapporteerd als mogelijke precipiterende factoren. Dergelijke fysieke letsels kunnen ook inflammatie uitlokken. Dit zou misschien ectopische lymfoïde aggregaten in zenuw-weefsels kunnen induceren. Bijvoorbeeld: een letsel dat een distaal deel van een perifere zenuw aantast, kan inflammatie in de ‘dorsal root’ ganglia uitlokken. Dit kan misschien ectopische lymfoïde aggregaten in zenuw-weefsels induceren.

We weten eigenlijk niet of ectopische lymfoïde aggregaten aanwezig zijn bij M.E./CVS. In 4 van de 5 autopsies bij overleden M.E./CVS-patiënten die publiek werd beschreven, waren er echter tekenen van inflammatie en/of overmatige lymfocyten in de ‘dorsal root’ ganglia.

EBV in ectopische lymfoïde aggregaten

In ontwikkelingslanden zijn bijna 100% van de kinderen blootgesteld aan EBV voor hun 5 jaar. In ontwikkelde landen, waar de primaire infektie dikwijls pas in de adolescentie of bij jong-volwassenen plaatsvindt, is de sero-prevalentie 80%-90% op de leeftijd van 20 jaar en deze stijgt verder bij volwassenheid. Na de initiële infektie, blijft het EBV-genoom (latent EBV) in het lichaam voor de rest van het leven. Het voornaamste reservoir van latent virus zijn de ‘memory’ B-lymfocyten [subtype dat na primaire infektie wordt gevormd en van belang is om snel een ferme immuun-respons te genereren bij her-infektie], hoewel EBV ook epitheliale cellen, T-lymfocyten, monocyten en macrofagen in de amandelen kan infekteren en er misschien latent blijven. Lytische reaktivaties [Lytische replicatie resulteert in de vernietiging van de geïnfekteerde cel en z’n membraan.] van het virus treden occasioneel op, wellicht wanneer latent EBV-geïnfekteerde B-lymfocyten worden geaktiveerd door blootstelling aan andere microben.

Bij sommige personen werden latent EBV-geïnfekteerde B-lymfocyten geobserveerd in ectopische lymfoïde aggregaten. Bijvoorbeeld: EBV werd gezien in ectopische lymfoïde strukturen in de hersenen van patiënten met Multipele Sclerose (MS), in het synovium [slijmvlies van gewrichtsholte] van patiënten met Reumatoïde Artritis en in de speekselklieren van patiënten met Sjögren’s syndroom. In deze EBV-geïnfekteerde lymfoïde strukturen werden proteïnen geobserveerd die worden geproduceerd in de vroede fase van de lytische replicatie van EBV, samen met latentie-geassocieerde produkten zoals EBERs. Volgens 2 onderzoekers van de ‘The London School of Medicine’ lijken de ectopische lymfoïde strukturen in de doelwit-organen van orgaan-specifieke auto-immune ziekten te werken als “preferentiële niches voor EBV-latentie en reaktivatie”.

EBV-geïnfekteerde cellen zouden het micro-milieu in de omringende weefsels op meerdere manieren kunnen beïnvloeden: 1) Latent EBV-geïnfekteerde cellen kunnen een waaier aan molekulen (bv. EBERs) sekreteren die inflammatie kunnen veroorzaken. 2) “Abortief-lytische reaktivaties” [Abortieve infektie produceert geen infektueuze virussen; de virus-proteïnen die tot expressie komen, vormen geen compleet virus-partikel.] kunnen wellicht optreden, en proteïnen die via dit proces worden geproduceerd kunnen worden afgegeven en kunnen inflammatie veroorzaken. 3) Lytische replicaties van EBV kunnen immunologische reakties uitlokken. 4) EBV-infektie kan auto-immune processen versterken door het geven van overleving-signalen aan auto-reaktieve B- & T-lymfocyten.

Vele studies hebben ongewone titers van antilichamen tegen EBV-antigenen bij M.E./CVS-patiënten aangetoond, wat voortdurende EBV-aktiviteit van de één of andere aard suggereert. Bijvoorbeeld: er werd een verhoogde frequentie van detekteerbaar IgM tegen het [virus]kapsel-antigen gerapporteerd [Lerner AM et al. IgM serum antibodies to Epstein-Barr virus are uniquely present in a subset of patients with the Chronic Fatigue Syndrome. In Vivo (2004) 18: 101-6]. Ook ongewone waarden van IgG tegen een reeks EBV-antigenen [Lerner AM et al. Antibody to Epstein-Barr virus deoxyuridine triphosphate nucleotidohydrolase and deoxyribonucleotide polymerase in a Chronic Fatigue Syndrome subset. PLoS One (2012) 7: e47891.]. Meerdere auteurs hebben correct aangegeven dat deze serologische bevindingen niet consistent waren over verschillende studies. Men zou echter verwachten dat – in een scenario beschreven zoals in de hier gepresenteerde hypothese – serologische responsen op EBV zouden variëren tussen patiënten en met verloop van tijd, afhankelijk van het overheersend type EBV-aktiviteit (t.t.z. latentie-gerelateerde aktiviteit, lytische replicatie of abortief-lytische replicatie) en van de mate van EBV-specifieke immuun-cel uitputting. Enkele auteurs hebben correct aangegeven dat ongewone EBV-serologie ook wordt gezien bij sommige gezonde personen. Men kan zich echter makkelijk inbeelden dat de gevolgen van EBV-aktiviteit kan variëren naar gelang de lokatie van de EBV-geïnfekteerde cellen in het lichaam. EBV-aktiviteit in de (keel-)amandelen kan bv. misschien a-symptomatisch verlopen of slechts nu en dan een pijnlijke keel geven, terwijl EBV-aktiviteit in lymfoïde strukturen in zenuw-weefsels ernstigere gevolgen kunnen hebben.

M.E./CVS bleek ook geassocieerd met een aktivatie van genen waarvan is geweten dat ze geaktiveerd zijn tijdens EBV-infektie en bij aktivatie van genen coderend voor cellulaire mechanismen die EBV exploiteert om z’n overleving te bevorderen in geïnfekteerde B-cellen [Vernon SD, Whistler T, Cameron B, Hickie IB, Reeves WC, Lloyd A. Preliminary evidence of mitochondrial dysfunction associated with post-infective fatigue after acute infection with Epstein Barr Virus. BMC Infect Dis (2006) 6: 15]. Dit verhoogt de argwaan omtrent het feit dat er een soort EBV-aktiviteit aan de gang kan zijn bij M.E./CVS-patiënten.

Bij gezonde dragers van EBV, bevat het bloed 1-50 copieën van het EBV-DNA per miljoen witte bloedcellen. Bij patiënten die niet in staat zijn het virus te beheersen, is de lading EBV-DNA in het bloed dikwijls aanzienlijk hoger. Een chronische en symptomatische EBV-aktiviteit gaat echter niet noodzakelijkerwijs gepaard met een verhoogde virale lading in het perifeer bloed. Bijvoorbeeld: bij 4 van de 5 patiënten met een chronisch aktieve EBV-infektie en met doeltreffende EBV-specifieke T-cel therapie, lag de hoeveelheid EBV-DNA in het perifeer bloed binnen normale waarden. Er werd gevonden dat 55% van de M.E./CVS-patiënten en 15% van de gezonde controles meer dan 35 EBV-copieën per mg DNA in perifere mononucleaire cellen hadden [Loebel M et al. Deficient EBV-specific B- and T-cell response in patients with Chronic Fatigue Syndrome. PLoS One (2014) 9: e85387], terwijl anderen geen dergelijk verschil hadden gevonden tussen M.E./CVS-patiënten en gezonde controles [Wallace HL, Natelson B et al. Human herpesviruses in Chronic Fatigue Syndrome. Clin Diagn Lab Immunol (1999) 6: 216-23].

Er werden veel verschillende auto-antilichamen gerapporteerd als zijnde verhoogd bij M.E./CVS-patiënten [bv. Loebel M et al. Antibodies to β-adrenergic and muscarinic cholinergic receptors in patients with Chronic Fatigue Syndrome. Brain Behav Immun (2016) 52: 32-9]. Dit heeft geleid tot speculaties omtrent het feit of M.E./CVS een auto-immune ziekte zou kunnen zijn. De auto-antilichamen bij M.E./CVS zouden echter ook het resultaat kunnen zijn van auto-reaktieve B-lymfocyt klonen die apoptose ontwijken omwille van overleving-signalen van latent EBV. De variatie qua antigen-specificiteit van de auto-antilichamen zou een weerspiegeling kunnen zijn van een variatie qua antigen-specificiteit van de B-lymfocyt klonen die behoren tot verschillende ectopische lymfoïde aggregaten. De auto-antilichamen bij M.E./CVS zouden ook fysiologische rol kunnen spelen bij het opruimen van het afval ontstaan door een inflammatoir proces.

Zowel EBV als HHV-6 kunnen selektieve immuun-suppressie veroorzaken en zouden de reaktivatie van elkaar kunnen stimuleren. Dit zou ten dele kunnen verklaren waarom reaktivaties van HHV-6 de neiging hebben meer voor te komen bij M.E./CVS-patiënten dan bij gezonde controles [Buchwald D et al. A chronic illness characterized by fatigue, neurologic and immunologic disorders, and active human herpesvirus Type 6 infection. Ann Intern Med (1992) 116: 103-13 /// Patnaik M, Komaroff AL et al. Prevalence of IgM antibodies to human herpesvirus 6 early antigen (p41/38) in patients with Chronic Fatigue Syndrome. J Infect Dis (1995) 172: 1364-7 /// Ablashi DV et al. Frequent HHV-6 reactivation in Multiple Sclerosis (MS) and Chronic Fatigue Syndrome (CFS) patients. J Clin Virol (2000) 16: 179-91]. Het zou ook kunnen bijdragen tot het consolideren en verspreiden van EBV-geïnfekteerde ectopische lymfoïde aggregaten in zenuw-weefsel.

Gliale aktivatie

Gliale cellen spelen een sleutelrol bij het behouden van de homeostase in het zenuwstelsel. Wanneer ze worden blootgesteld aan pathologische gebeurtenissen, zoals inflammatie en fysieke zenuw-letsels, reageren ze met een reeks cellulaire responsen, gezamenlijk bekend als ‘gliale aktivatie’ [zie ‘Bewijs voor gliale aktivatie in de hersenen bij chronische pijn]. Deze gliale cel respons manifesteert zich op verscheidene manieren, inclusief sekretie van inflammatoire cytokinen en immuun-cel aantrekkende chemokinen. De gliale cellen beslaan een netwerk van anatomisch en funktioneel onderling verbonden cellen over gans het zenuwstelsel. De gliale cellen communiceren ook uitgebreid met aanpalende neuronen. Een pathologische gebeurtenis op een bepaalde plaats van het zenuwstelsel kan dus niet enkel aktivatie van gliale cellen veroorzaken op dezelfde plaats, maar kan ook gliale aktivatie induceren in verder weg gelegen gebieden van het zenuwstelsel. Bijvoorbeeld: een letsel aan een perifere zenuw kan gliale aktivatie uitlokken in ‘dorsal root’ ganglia, het ruggemerg en de hersenen. De gliale aktivatie kan gedurende weken en maanden na het letsel aanhouden. Er is steeds meer bewijsmateriaal voor het feit dat gliale aktivatie betrokken kan zijn bij chronische pijn aandoeningen. Omdat gliale aktivatie echter niet noodzakelijkerwijs geassocieerd is met myeline-degeneratie of ernstige pathologie in de axonen, kunnen onconventionele onderzoek-technieken nodig zijn om de diagnose te stellen van de aandoeningen.

De meeste M.E./CVS-patiënten rapporteren cognitieve symptomen, zoals moeilijkheden om de aandacht te blijven houden. Neuropsychologische testen onthullen dikwijls vertraagde informatie-verwerking en aandacht-gebreken bij M.E./CVS-patiënten. Een PET-scan studie toonde gliale aktivatie in wijdverspreide gebieden van het brein bij M.E./CVS-patiënten [zie ‘Neuro-inflammatie bij Myalgische Encefalomyelitis (CVS) – een PET-studie]. De meeste M.E./CVS-patiënten hebben ook symptomen die kunnen voortkomen uit het perifeer zenuwstelsel. Bijvoorbeeld: veel patiënten rapporteren abnormale sensaties in de ledematen, de romp of het hoofd, die ze dikwijls beschrijven als spelden-prikken, brandering gevoel, en een koud of dof gevoel. Een verhoogde frequentie van fasciculaties [kleine spiertrekkingen] wordt ook dikwijls vermeld. Net zoals uitstralende pijn. De meeste patiënten hebben symptomen van het autonoom zenuwstelsel en studies met orthostatische testen suggereren dat rechtop-staan gedurende meer dan 10 min frequenter ‘neuraal gemedieerde hypotensie’ uitlokt bij M.E./CVS-patiënten dan bij gezonde controles. Zodoende suggereren symptomen en research-bevindingen dat alle belangrijke delen van het zenuwstelsel aangetast zijn bij M.E./CVS en dat het pathologisch proces van die aard is dat het de neiging heeft onder de ‘radar’ van de conventionele onderzoek-technieken te vallen – wat men zou verwachten bij een gliale aktivatie zonder myeline-degeneratie of ernstige neuron-pathologie.

De grote meerderheid van de M.E./CVS-patiënten ervaren meer symptomen na fysieke aktiviteit, de zgn. post-exertionele malaise. Herhaalde inspanning-testen (24h interval) hebben aangetoond dat bij M.E./CVS-patiënten het maximaal zuurstof-verbruik en/of de maximale arbeid gereduceerd zijn bij de tweede test t.o.v. de eerste. Deze effekten van fysieke aktiviteit bij M.E./CVS zou een gevolg kunnen zijn van gliale aktivatie: bij alle soorten fysieke aktiviteit worden de perifere zenuwen blootgesteld aan mechanische stress, zoals uitrekking en samendrukking [zie ‘Neuromusculaire belasting als bijdrage tot symptomen bij CVS’ (Rowe et al.)]. Zo lang de zenuwen gezond zijn, verzekert de strukturele organisatie van de zenuwen (beschermende lagen bindweefsel, enz.) dat deze zich kunnen aanpassen aan deze mechanische stressoren en normaal blijven funktioneren. Bijvoorbeeld: een perifere zenuw kan een substantiële verandering in de lengte ondergaan ten gevolgde de reikwijdte van de beweging van het lidmaat. Als het vermogen van de zenuw om ‘aanpassende wijzigingen’ te maken echter verminderd door een pathologisch proces (bv. door zwelling binnenin de zenuw), zou mechanische stress spanning en ischemie [zuurstof-tekort] in de zenuw kunnen veroorzaken. Het is wel-bekend dat perifere neuropathieën gevoelig zijn voor mechanische stress. Rowe et al. [Neuromuscular strain increases symptom intensity in Chronic Fatigue syndrome. PLoS One (2016) 11: e0159386.] toonden bij M.E./CVS-patiënten dat meerdere symptomen (bv. ‘hersen-mist’) kunnen worden uitgelokt door ze bloot te stellen aan ‘neuromusculaire spanning’, zoals ‘straight leg raise’ [opheffen gestrekt been]. Het is zodoende denkbaar bij M.E./CVS dat de mechanische stress op de perifere zenuwen tijdens fysieke aktiviteit de aktivatie van gliale cellen (die aanwezig zou kunnen zijn in deze zenuw-strukturen) accentueert, en een golf van verhoogde gliale aktivatie start over gans het zenuwstelsel. Dit zou zorgen voor een verslechtering van de symptomen die reeds aanwezig zijn (pijn, cognitieve stoornissen en het griep-achtig gevoel). Het zou ook resulteren in een verhoogde verstoring van de sympathische zenuw-vezels, die meerdere funktie reguleren in skelet-spieren (bloeddoorstroming, metabolisme, ionen-stromen door membranen en samentrekbaarheid). Er zijn enkele indicaties dat de verwijdering van de H+-ionen (zuur) uit de spiercellen verstoord is bij M.E./CVS-patiënten en dat deze verstoring geassocieerd kan zijn met die van de sympathische zenuwen [zie ‘Abnormale zuur-verwerking in spieren bij CVS & ‘Geen herstel van acidose na herhaalde inspanning bij CVS]. Als dit correct is, zou het een diepgaande impact kunnen hebben op de fysieke capaciteiten van M.E./CVS-patiënten.

Immuun-cel uitputting

Frequente blootstelling aan virale antigenen gedurende een lange periode kan een ‘uitputting’ veroorzaken van de immuun-cellen die betrokken zijn bij de immuun-respons tegen het virus. Dit fenomeen is het best gedocumenteerd bij T-lymfocyten maar andere types immuun-cellen, zoals B-lymfocyten en ‘natural killer’ cellen (NK-cellen), kunnen er ook onder lijden.

Loebel et al. (2014) [zie hierboven] ontdekten dat de grote meerderheid van hun M.E./CVS-patiënten een ontoereikende EBV-specifieke B- en T-lymfocyten-respons hadden. Een gebrek in de immuun-respons op cytomegalovirus en herpes simplex virus-1 werd niet gezien, dus de onvolkomen immuun-respons tegen EBV maakte geen deel uit van een gebrekkige immuun-respons tegen herpes-virussen in het algemeen. Deze bevinding kan een indicatie zijn voor EBV-specifieke immuun-cel uitputting veroorzaakt door frequente EBV-reaktivatie.

Veel studies geven aan dat de cytotoxiciteit van T-lymfocyten en NK-cellen bij M.E./CVS-patiënten gereduceerd is [Brenu EW et al. Immunological abnormalities as potential biomarkers in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J Transl Med (2011) 9: 81 /// Maher KJ, Klimas NG, Fletcher MA. Chronic Fatigue Syndrome is associated with diminished intracellular perforin. Clin Exp Immunol (2005) 142: 505-11 /// zie o.a. ook: ‘Immuniteit- en haemorheologische wijzigingen bij CVS]. Deze bevindingen kunnen een weerspiegeling zijn van immuun-cel uitputting veroorzaakt door frequente blootstelling aan virale antigenen (bv. EBV en HHV-6 antigenen), of een effekt van chemische substanties gesekreteerd door EBV-geïnfekteeerde B-lymfocyten en macrofagen. Het is ook denkbaar dat de dysfunktie van T-lymfocyten en NK-cellen zich zou ontwikkeld kunnen hebben voor de aanvang van M.E./CVS, en dat dit het vermogen van de patiënten om de verspreiding van EBV te beperken kan hebben gereduceerd.

Geaktiveerde immuun-cellen en geaktiveerde gliale cellen produceren en sekreteren cytokinen. De concentraties van verschillende cytokinen in het bloed van M.E./CVS-patiënten werd in veel studies onderzocht. De meeste van de studies zijn klein en de resultaten zijn gemengd. Bevindingen van een grote studie [Hornig M, Montoya JG, Klimas NG et al. Distinct plasma immune signatures in ME/CFS are present early in the course of illness. Sci Adv (2015) 1: e1400121] kunnen gedeeltelijk de inconsistenties van eerdere rapporten verklaren. Deze studie toonde dat M.E./CVS-patiënten die minder dan 3 jaar ziek waren een significant hogere waarde qua pro- én anti-inflammatoire cytokinen in het bloed hadden dan gezonde controles. Bij M.E./CVS-patiënten die langer dan 3 jaar ziek waren, lagen dezelfde cytokinen echter significant lager dan bij gezonde controles. De auteurs suggereren dat een sterke stimulatie van cytokine-producerende cellen in de eerste jaren van de aandoening kan hebben geleid tot een “uitputting van de cytokine-producerende cellen” daarna.

Getuigenissen van klinische testen

Meerdere types interventies werden getest in klinische proeven bij M.E./CVS-patiënten. Sommige waren gebaseerd op medicijnen met potentiële effekten op EBV of HHV-6 aktiviteit:

Rituximab is een monoclonaal antilichaam tegen het proteïne CD20. CD20 wordt voornamelijk gevonden op het oppervlak van B-lymfocyten en rituximab vernietigt deze cellen. Rituximab vernietigt dus het voornaamste reservoir van latent EBV. Een gerandomiseerde, placebo-gecontroleerde, dubbel-blinde studie [Fluge O et al. Benefit from B-lymphocyte depletion using the anti-CD20 antibody rituximab in Chronic Fatigue Syndrome. A double-blind and placebo- controlled study. PloS one (2011) 6: e26358; zie o.a. ook ‘Screening van NK-, B- & T-cel fenotype en funktie bij CVS], gevolgd door een ‘open-label’, één-armige studie [Fluge O et al. B-lymphocyte depletion in Myalgic Encephalopathy/ Chronic Fatigue Syndrome. An Open-Label Phase II Study with Rituximab Maintenance Treatment. PLoS One (2015) 10: e0129898], toonde dat infusies met rituximab geassocieerd waren met een vermindering qua M.E./CVS-symptomen. Terwijl de auteurs de mogelijkheid open houden dat het ogenschijnlijk effekt van rituximab te wijten kan zijn aan de verwijdering van een virus dat de B-lymfocyten infekteert (bv. EBV), lijkt hun voornaamste uitleg dat het kan liggen aan de eliminatie van auto-antilichaam. Beide werking-mechanismen zijn echter consistent met de hypothese die ik hier heb gepresenteerd. Het feit dat de klinische respons begon meerdere weken nadat de B-lymfocyten werden uitgeput, kan worden verklaard door de tijd nodig voor geaktiveerde gliale cellen om terug te keren naar hun normale toestand.

Langdurige behandeling met valganciclovir bleek geassocieerd met verbetering bij subsets van M.E./CVS-patiënten [zie Montoya & Kogelnik hierboven]. Omdat valganciclovir lytische replicaties van EBV en HHV-6 kan inhiberen, is het klaarblijkelijk effekt van valganciclovir consistent met de hypothese die hier wordt gepresenteerd.

Hoge dosissen acyclovir of z’n orale ‘pro-drug’, valacyclovir, kunnen waarschijnlijk lytische replicaties van EBV inhiberen. Langdurig gebruik van valaciclovir kan misschien het aantal latent EBV-geïnfekteerde B-lymfocyten reduceren. De effekten van acyclovir of valaciclovir bij M.E./CVS-patiënten werden in enkele studies onderzocht [Lerner et al.], maar de resultaten zijn tegenstrijdig en moeilijk te interpreteren omwille van methodologische problemen. Er zijn lange placebo-gecontroleerde studies nodig om een besluit te kunnen trekken.

Rintatolimod (Ampligen) stimuleert het aangeboren (niet-specifiek) immuunsysteem en kan worden beschouwd als een breed-spectrum antiviraal middel. Er werden 2 gerandomiseerde, placebo-gecontroleerde studies uitgevoerd om de effekten van rintatolimod te testen bij M.E./CVS-patiënten. De studies suggereren dat rintatolimod-infusies (2 maal per week gedurende 6 maanden of meer) kunnen gepaard gaan met een toename qua inspanning-tolerantie bij M.E./CVS. De antivirale effekten van rintatolimod zouden deze resultaten kunnen verklaren.

Finale bemerkingen

De hypothese die hier wordt gepresenteerd kan alle M.E./CVS-symptomen verklaren. Ze is ook consistent met belangrijke research-bevindingen. Dit betekent echter niet noodzakelijk dat de hypothese valide is. Toekomstige testen zijn vereist.

Eén manier om de hypothese te testen, zou kunnen zijn om de effekten te onderzoeken van het transfereren van ex-vivo [buiten het lichaam] aangepaste autologe EBV-specifieke T-lymfocyten naar de patiënten. Er is steeds meer bewijsmateriaal voor het feit dat EBV-specifieke T-cel infusies goede effekten zouden hebben op meerdere EBV-gerelateerde aandoeningen, inclusief deze waarbij EBV-latentie een cruciale rol speelt [Savoldo B, Huls MH, Liu Z et al. Autologous Epstein-Barr virus (EBV)-specific cytotoxic T cells for the treatment of persistent active EBV infection. Blood (2002) 100: 4059-66 /// Babel N, Hammer MH, Reinke P. Adoptive transfer of Epstein-Barr virusspecific T-lymphocytes in chronic active Epstein-Barr infection. Dtsch Med Wochenschr (2003) 128:548-50 /// Gottschalk S, Rooney C. Adoptive T-cell immunotherapy. Curr Top Microbiol Immunol (2015) 391:427-54]. Positieve effekten van een dergelijke behandeling bij M.E./CVS zouden niets zeggen over de lokatie van de EBV-geïnfekteerde cellen, maar het zou tonen dat EBV een belangrijke bestendigende factor is bij M.E./CVS. EBV-specifieke T-cel infusies bleken een laag risico op significante nevenwerkingen te dragen. Het zou echter niet zonder risico zijn. Het risico op infusie-gerelateerde reakties (bv. allergische reakties) is niet nul, hoewel het zeer laag is. En, theoretisch, zou de transfer van EBV-specifieke T-lymfocyten omstander-effekten kunnen uitlokken in het weefsel dat de EBV-geïnfekteerde cellen omringt, effekten van cytokinen die worden vrijgegeven wanneer EBV-geïnfekteerde cellen worden vernietigd en effekten van EBV-specifieke T-lymfocyten die kruis-reageren met ‘self’ [lichaamseigen; die normaal gezien die immunologisch worden aangevallen] -antigenen [studie bij M.S.].

Autopsie-studies kunnen EBV-geïnfekteerde lymfoïde aggregaten in ‘dorsal root’ ganglia of andere zenuw-strukturen aantonen. Volgens de hier gepresenteerde hypothese kunnen echter zelfs kleine plekken met lymfoïde aggregaten, her en der in één van de talrijke zenuw-strukturen in het lichaam, volstaan om wijdverspreide gliale aktivatie op te wekken. Het kan dus moeilijk zijn de lymfoïde aggregaten te vinden. Bovendien zal de detektie van EBV in het autopsie-materiaal sterk afhankelijk zijn van de kwaliteit van het materiaal dat wordt onderzocht en van de gebruikte onderzoek-techniek. Men zou ook in gedachten moeten houden dat het vinden van EBV-geïnfekteerde lymfocyten in ectopische lymfoïde aggregaten niet noodzakelijk betekent dat ze de oorzaak van de symptomen zijn.

De hier gepresenteerde hypothese is belangrijk omdat, als ze juist is, er reeds een geneeswijze voor M.E./CVS kan bestaan: de transfer van autologe EBV-specifieke T-lymfocyten kan misschien de EBV-geïnfekteerde cellen uit het zenuwstelsel verwijderen.

oktober 20, 2016

Een rol voor het intestinaal microbioom & viroom bij M.E.(cvs)?

Filed under: Infektie — mewetenschap @ 6:40 am
Tags: , , , , , , , , ,

Een review door researchers – geneeskunde-studenten Navena Navaneetharaja & Verity Griffiths, en professor Simon Carding & professor Tom Wileman van de ‘University of East Anglia Norwich Medical School’ & het ‘Institute of Food Research’ (Gut Health and Food Safety Research Programme) – aangaande het bewijsmateriaal voor een rol van darm-microbiota en viroom (de verzameling virussen in en op het menselijk lichaam; deze infekteren menselijke cellen en/of andere microben) bij M.E.(cvs) die wijst in de richting van een infektueuze en auto-immune basis voor de aandoening. De darm is, gezien de continue blootstelling aan microben, een belangrijke plaats voor auto-immune aktiviteit die zou kunnen leiden tot chronische ziekte. Niettegenstaande menen wij, zoals andere onderzoekers, dat er niet één enkelvoudig infektueus agens voor M.E.(cvs) zal kunnen worden aangeduid; maar dat de eigenheid (genetische aanleg) van het individu en dus zijn respons op infektueuze agentia de ontwikkeling van de ziekte bepalen… Lees bv. ‘Géén unieke, eerder niet-gekarakteriseerde bakterieën bij CVS’ … Naviaux (zie ‘Metabole kenmerken van M.E.(cvs)’) geeft ook mee dat het metaboloom-profiel dat hij heeft gevonden bij M.E.(cvs) tegengesteld was aan de metabole respons op infektie…

Op haar blog schrijft Naveena Navaneetharaja: >>We focusten op de oorzaak van de aanhoudende immuun-gerelateerde symptomen, en beschrijven de mechanismen die de onderliggende immuniteit-stoornissen en mogelijke auto-immune processen bij M.E./CVS zouden kunnen verklaren. (…) We namen de discrepanties van research-bevindingen onder de loep wat betreft de problemen bij het detekteren van aktieve infekties en het onderscheid met reaktivatie van latente infektie. (…) We stellen voor dat de darm een aantrekkelijke en belangrijke bron van auto-reaktiviteit is. (…) Studies geven veelal enkel een moment-opname van de of microbiota-samenstellingen. (…) Het is nog niet mogelijk om te zeggen dat een specifieke microbiële signatuur bestaat bij M.E./CVS. (…) Microbioom-studies hebben tot nu toe enkel gekeken naar veranderingen qua bakteriële populaties maar de opdracht zou ook moeten zijn de virale componenten van de microbiota te bepalen. (…) Het is mogelijk dat bakteriofagen [kort ‘fagen’; klein virussen die enkel een specifieke bakterie infekteren] indirecte veranderingen in bakteriële populaties kunnen induceren of directe gevolgen nadat ze door het darm-epitheel zijn gegaan en het immuunsysteem stimuleren. We stellen voor dat fagen de bakteriële microbiota vormgeven via aktieve replicatie of het lyseren (‘kapot maken’) van de bakteriële gastheren door reaktiverende fagen. (…) De volgende stap in het lab van prof. Simon Carding (‘Programme Research Leader’ van het ‘Institute of Food Research’) is het correleren van de faag-populaties van patiënten met ernstige ziekte met deze van controles uit hetzelfde huishouden.<<

Volgens ons is dit een heel interessante en vernieuwende insteek. Dit werd al opgepikt door Maureen Hanson et al. die in hun artikel ‘A pair of identical twins discordant for Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome differ in physiological parameters and gut microbiome composition’ (The American Journal of Case Reports (2016) 17: 720-729) rapporteerden dat bij een M.E.(cvs)-geval minder van de nuttige bakterieën Faecalibacterium & Bifidobacterium voorkwamen, en dat er meer bakteriofagen van de Caudovirales orde (dubbel-strengig DNA fagen met een ‘staart’) werden gevonden. Ze besloten dat er sprake was van dysfunktionele immuun-aktivatie en dat bakteriofagen zouden kunnen bijdragen tot inflammatie van de darm-slijmvliezen en bakterieel onevenwicht.

Lees ook over andere microbioom-studies: ‘Verminderde diversiteit & gewijzigde samenstelling van het darm-microbioom bij M.E.(cvs)’, ‘Microbioom sekse-verschillen bij M.E.(cvs)’, ‘Gewijzigd darm-microbioom na inspanning bij M.E.(cvs)’, enz.

————————-

Journal of Clinical Medicine Vol. 5, #6, p 55 (2016)

A role for the intestinal microbiota and virome in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome (ME/CFS)?

Navaneetharaja N, Griffiths V, Wileman T, Carding SR

The Gut Health and Food Safety Research Programme, The Institute of Food Research, University of East Anglia, Norwich, UK

Samenvatting

Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS) is een heterogene aandoening met een significante maatschappelijke impact, waarvan wordt gedacht dat zowel gastheer en milieu betrokken zijn bij de etiologie die mogelijks auto-immuun van aard is. Met immuniteit gerelateerde symptomen van minstens matige ernst die lange perioden aanhouden, zijn courant bij M.E./CVS-patiënten en B-cel depletie therapie heeft een significant therapeutisch voordeel [Dit dient nog te worden bevestigd.]. Het is onduidelijk wat de oorsprong is van deze symptomen en of ze infektueus of inflammatoir van aard zijn; daarbij is het zoeken naar bewijsmateriaal voor acute of chronische virus-infekties die bijdragen tot de inductie van auto-immune processen bij M.E./CVS een gebied dat veel interesse krijgt. Dit artikel biedt een uitgebreid overzicht van het bewijsmateriaal dat een infektueuze etiologie voor M.E./CVS ondersteunt; wat ons leidt tot het voorstellen van het nieuw concept dat het intestinaal microbioom en in het bijzonder leden van het viroom een bron zijn van de ‘infektueuze’ trigger van de ziekte. Een dergelijke benadering heeft het potentieel ziekte-biomerkers te identificeren en therapeutica aan te wijzen, wat de erg noodzakelijke benaderingen biedt naar preventie en management van de ziekte toe.

1. Inleiding

Wat is M.E./CVS?

[We onthouden uit dit hoofdstuk:] […] De Fukuda en de Oxford klassificaties worden niet als zo M.E.-specifiek beschouwd als de Canadese definitie, die symptoom-clusters van M.E. (met nadruk op neurosensorische, immune, gastro-intestinale en genito-urinaire manifestaties) identificeert […] We presenteren een gedetailleerde analyse van de kennis en het begrip van infektueuze agentia m.b.t. de pathogenese van M.E./CVS, met als doel een focus te bieden voor verdere research, wat betreft de mogelijke impact van het intestinaal microbioom en viroom.

2. Infekties & M.E./CVS

[…] M.E./CVS-patiënten vertonen dikwijls griep-achtige symptomen waarbij een acute aanvang meer courant is dan bij zij die enkel chronische vermoeidheid hebben. Populatie-studies tonen echter een overheersing van een graduele i.p.v. acute infektueuze aanvang, wat meer samenhangt met een chronische infektie of reaktivatie van een latente infektie. In dit opzicht en door de overlappende symptomen van M.E./CVS met chronische virus-infekties, is het niet verrassend dat er veel pogingen werden ondernomen om virussen te identificeren als trigger voor M.E./CVS.

2.1. Virale Infektie

[…] EBV wordt het meest frequent geïdentificeerd als een mogelijke virale trigger voor M.E./CVS. […], niet alle studies konden deze bevindingen repliceren.

Daarnaast is de aanwezigheid van serum-antilichamen tegen EBV, HHV-6 & CMV virussen niet specifiek voor M.E./CVS […]. Verhoogde waarden van deze antilichamen kunnen ook het resultaat zijn van ongerelateerde aandoeningen bij individuen met een gewijzigd immuunsysteem dat aanleiding geeft tot virus-reaktivatie. […]

Het succesvol gebruik van antivirale medicijnen bij M.E./CVS-patiënten zou ook een virus-infektie als trigger voor M.E./CVS kunnen ondersteunen, of eerder een bestendigende factor voor de ziekte. [Hierbij worden bedenkingen geformuleerd zoals het klein aantal behandelde patiënten en het hoog aantal ‘drop-outs’.]

[Ook studies over andere behandelingen – Valacyclovir, Isoprinosine, Rintatolimod (“Ampligen”) wachten op replicatie].

Bewijsmateriaal voor het tegenovergestelde van het feit dat virus-infektie een etiologische factor is bij M.E./CVS komt uit de analyse van monozygote tweelingen waarvan de ene ziek is en de andere niet: er waren geen verschillen qua virus-profiel en -expressie [Buchwald D et al. Markers of viral infection in monozygotic twins discordant for Chronic Fatigue Syndrome. Clin Infect Dis (2002) 35: 518-525]. […]. De redenen voor de klaarblijkelijke discrepanties zijn onduidelijk maar het kan verband houden met de inherente moeilijkheid wat betreft het detekteren van aktieve infekties en het onderscheid met reaktivatie van latente infektie […]. Veel studies die steunen op bloedstalen voor de detektie zouden wel eens enterovirus, parvovirus of herpes-virus infekties kunnen missen die voorkomen in de darm, het brein of het hart.

[…]

2.2. Niet-virale Infektie

Bewijs voor een bakteriële infektie als trigger voor M.E./CVS werd slechts beschreven in meldingen van gevallen met Q-koorts en Chlamydia pneumonia […]. Het verband tussen M.E./CVS en parasieten [m.n. Giardia] of schimmels [m.n. Candida] was ook beperkt en niet-overtuigend. Tot op heden is er onvoldoende bewijs om te besluiten dat M.E./CVS veroorzaakt wordt door bakteriële infektie of dat de ziekte wordt bestendigd door een voortdurende infektie.

3. Immuniteit-stoornissen bij M.E./CVS

[…] De meest consistente bevinding is een vermindering qua funktie van NK-cellen die een belangrijke rol spelen in immune bewaking en virale immuniteit. Verstoorde NK-cel funktie een courante bevinding bij patiënten [Fletcher MA et al. Biomarkers in Chronic Fatigue Syndrome: Evaluation of natural killer cell function and dipeptidyl peptidase IV/CD26. PLoS One (2010), 5: e10817 /// Brenu EW et al. Longitudinal investigation of natural killer cells and cytokines in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic encephalomyelitis. J Transl Med (2012), 10: 88 /// enz.] hoewel het absoluut aantal NK-cellen niet is aangetast door ziekte-toestanden. Globaal gezien ontbraken consistentie en reproduceerbaarheid bij studies, waarbij verschillende studies focusten op verschillende merkers en indicatoren voor cytotoxische aktiviteit. De literatuur geeft dus geen overtuigende correlatie aan tussen NK-cel funktie en ziekte-ernst.

De bruikbaarheid van lage NK-cel cytotoxiciteit als een biomerker voor M.E./CVS wordt verder in vraag gesteld door de aanwezigheid van een gelijkaardig fenomeen en verstoorde NK-cel funktie bij Reumatoïde Artritis, kanker en endometriose; alsook bij gezonde individuen die ouder zijn, roken, psychologische stress ervaren, fysiek gedeconditioneerd zijn of slaap-tekort hebben. Bewijs voor specifieke veranderingen in de NK-funktie (inclusief gewijzigde perforine- en granzyme-concentraties [Klimas N et al. Chronic Fatigue Syndrome is associated with diminished intracellular perforin. Clin Exp Immunol (2005) 142: 505-511]) werden ook beschreven maar deze bevindingen werden niet onafhankelijk geverifieerd.

Andere indicatoren voor immune veranderingen bij M.E./CVS-patiënten komen van de vergelijkende analyse van cytokine-waarden in het bloed of, zeldzamer, cerebrospinaal vocht. De meerderheid van de studies zijn beperkt doordat slechts enkele cytokinen werden onderzocht bij kleine aantallen patiënten, waarvan de meeste geen significante bevindingen opleverden. Desondanks hebben enkele studies verhoogde waarden aan TNF-α bij M.E./CVS-patiënten gerapporteerd [bv. Broderick G, Klimas N, Vernon SD et al. Cytokine expression profiles of immune imbalance in post-mononucleosis chronic fatigue. J Transl Med (2012) 10: 191]; wat van bijzonder belang is aangezien het een mediator is voor malaise en een kenmerk van inflammatoire aandoeningen van het CZS, en via zijn werking op vasovagale reflex circuits [uitlopers van de nervus vagus coördineren responsen op stimuli van de darm] in de hersenstam de autonome controle kan ontregelen. De significantie van dergelijke wijzigingen qua TNF-α of enig ander cytokine bij M.E./CVS-patiënten is echter onzeker aangezien ze éénvoudigweg de immuun-aktivatie kunnen weerspiegelen en gewijzigd kunnen zijn bij verscheidene chronische inflammatoire aandoeningen, en daarom waarschijnlijk niet specifiek zijn voor M.E./CVS. Consistent met deze interpretatie zijn de resultaten van een studie met monozygote tweelingen met en zonder M.E./CVS, waarbij geen bewijs werd gevonden voor verschillen qua pro-inflammatoire cytokinen in [Vollmer-Conna U, Vernon SD, Reeves WC, et al. Dubbo Infective Outcomes Study Group: Post-infective fatigue syndrome is not associated with altered cytokine production. Clin Infect Dis (2007) 45: 732-735]. Het gebruik van verschillende staalname-methodes, diagnostische en inclusie-criteria, en bronnen van patiënten en controles kan een reden zijn voor de contrasterende resultaten bij immuun-funktie studies bij M.E./CVS-patiënten, bij sommige studies zijn er ook geen geschikte gematchte controles. Bovendien waren relatief weinig studies longitudinaal […].

3.1. Is M.E./CVS een Auto-immune Ziekte?

Het is nog bediscussieerbaar of de positieve uitkomst van klinische testen met Rituximab – een monoclonaal antilichaam dat het B-cel oppervlakte-antigen CD20 herkent – bij Noorse groepen M.E./CVS-patiënten, het sterkste bewijs tot op heden biedt voor de immune veranderingen en dysfunktie bij M.E./CVS, en voor het feit dat de ziekte auto-immuun van aard kan zijn. Het medicijn werd succesvol aangewend bij de behandeling van Reumatoïde Artritis. Met Rituximab behandelde M.E./CVS-patiënten rapporteren een algemene respons van 67% t.o.v. 13% bij placebo, met significante dalingen van de vermoeidheid-scores na 8 maanden. De voorbijgaande symptoom-verbetering is consistent met een manier van werken waarbij Rituximab auto-antilichaam-producerende B-cellen uitput, en met een op een auto-immuniteit gebaseerde pathogenese voor M.E./CVS. Het bevestigen van deze bevindingen en positieve resultaten bij Rituximab-behandeling in bijkomende grotere, multi-centra proeven zouden dit (het feit dat M.E./CVS een auto-immune aandoening is) overtuigender maken. Andere immunofenotypering-studies met M.E./CVS-patiënten die wijzigingen qua B-cel populaties hebben beschreven en grotere aantallen naïeve B-cellen, leveren bijkomend indirect bewijsmateriaal ter ondersteuning van deze interpretatie. Het identificeren van de oorzaak en aard van de auto-antigenen die de auto-immune responsen aansturen, zijn belangrijk voor het vaststellen dat M.E./CVS een auto-immune aandoening is. Meerdere vermoedelijke ‘zelf’-reaktieve antigenen werden geïdentificeerd (inclusief serotonine, dopamine en cholinerge neurotransmitters. […] Hoe en waar in het lichaam auto-reaktieve immuun-cellen worden geaktiveerd is een kwestie van gissen. Gezien de continue blootstelling aan een enorm aantal microben, immuun-cellen en immuun-processen, stellen we echter de darm als een aanlokkelijke en belangrijke bron van auto-reaktiviteit voor met het potentieel om een chronische uitputtende ziekte te veroorzaken.

3.2. Een Oorzaak in de Darm voor Auto-immuniteit?

Een nieuwe premisse waarbij een auto-immuun verband bij M.E./CVS betrokken is, is die van een microbiële trigger die niet wordt geïntroduceerd door een extern verworven pathogen en infektie, maar door microben die reeds binnen de gastheer verblijven (microbioom), waarvan het overgrote deel de intestinale microbiota beslaat. Terwijl wijzigingen in de samenstelling van de of intestinale microbiota (dysbiose [dysbakteriose; microbieel onevenwicht]) werden beschreven en in verband gebracht met verschillende ziekten (dieren en mensen), komt het meest overtuigende causaal bewijsmateriaal – voor de directe betrokkenheid en een vereiste van de intestinale microbiota bij ziekte-initiatie – voort uit het gebruik van steriele, kiem-vrije dier (muis) -modellen voor auto-immune ziekte. In de meeste maar niet alle ziekte-modellen (inflammatoire darm ziekte, auto-immune artritis, type-1 diabetes en systemische lupus erythematosus) wordt de ernst en/of incidentie van de ziekte gereduceerd of afwezig onder kiem-vrije omstandigheden – consistent met microbiota als ‘trigger’ voor ziekte-progressie. Het is echter belangrijk om op te merken dat de identiteit van de pathobionten [potentieel pathologische organismen die, onder normale omstandigheden, in symbiose leven] die in staat zijn ziekte in gang te zetten na kolonisatie (‘conventionalisering’) van de kiem-vrije muizen [met normale microbiota] niet werd vastgesteld voor deze ziekten. Het ontbreken van een muizen-model dat betrouwbaard de kenmerkende eigenschappen van menselijke M.E./CVS reproduceert is een beperkende factor bij het bepalen of en hoe de microbiota bijdragen tot de pathogenese van M.E./CVS.

Hoe worden leden van de intestinale microbiota blootgesteld aan het immuunsysteem van de gastheer? Er wordt gedacht dat intestinale dysbiose geassocieerd is met veranderde permeabiliteit van de intestinale epitheliale barrière (‘leaky gut syndrome’ [lekke darm syndroom]). Ontwrichting van epitheliale ‘tight-junctions’ [membranen van cellen komen samen en vormen een soort barrière zodat substanties verplicht worden de cel binnen te dringen om door het weefsel te raken, zodat er controle is over welke toegelaten worden en welke niet] – die normaal de aangrenzende cellen strak binden – in het begrenzende epitheel, biedt een toegangspoort voor de translocatie van bakterieën of bakteriële componenten naar mesenteriale lymfe-knopen [mesenterium = buikvlies] of de systemische circulatie. Dit kan, als de ontwrichting uitgebreid is en niet doeltreffend terug wordt afgesloten, leiden tot lokale en systemische immuun-cel aktivatie, en de aanmaak van pro-inflammatoire mediatoren en cytokinen die de epitheliale ‘tight-junction’ verder kan ontwrichten. Een pertinent voorbeeld is de etiologie van het Guillain-Barré syndroom [immuun-gemedieerde neuromusculaire aandoening van de perifere zenuwen], waar Campylobacter jejuni [veroorzaakt courant gastro-enteritis] lipopolysaccharide (LPS) – dat struktureel lijkt op gangliosiden [molekulen die zich bevinden aan de buitenzijde van de zenuwbanen, met name op de plek waar een zenuwvezel contact maakt met een spiervezel; ze spelen een cruciale rol bij het overbrengen van de boodschap] van de gastheer – leidt tot de produktie van kruis-reagerende antilichamen die zich richten tegen gastheer-neuronen en deze beschadigen, met verlamming tot gevolg.

De intestinale epitheliale ‘tight junctions’ vertonen ook opvallende gelijkenissen met endotheliale ‘tight-junctions’ in de bloed-hersen-barrière (BBB) […]. […] Er kan aktivatie van microglia optreden door LPS via z’n binding op CD14 en TLR-4, wat een inflammatoire reaktie initieert in de craniale circumventriculaire organen [CVO; gelegen op bepaalde plaatsen rond de rand van het ventrikel-stelsel van de hersenen, hebben als één van de weinige plekken in de hersenen een onvolledige bloed-hersenbarrière waardoor hun neuronen direct de concentratie van verschillende hormonen, neurotransmitters en cytokinen kunnen regelen]. Experimentele studies toonden dat chronische intestinale inflammatie uitgelokt door bakteriële produkten kan resulteren in neurologische ziekte, waarbij wordt gedacht dat bakterieel LPS een rol speelt bij het opwekken van antilichamen die kruis-reageren met gastheer-lipoproteïnen en de etiologie van Multipele Sclerose. Van belang voor M.E./CVS is een studie die significant hogere concentraties serum-antilichamen tegen LPS in M.E./CVS-patiënten met abdominale klachten dan bij controles rapporteerde, en besloot dat gastro-intestinale symptomen geassocieerd waren met verhoogde bakteriële translocatie, wat een mogelijke aandrijvende factor is voor systemische inflammatoire processen. Ondersteuning voor deze hypothese werd verkregen via onafhankelijke studies die rapporteren over een correlatie tussen de translocatie van darm-bakterieën en ziekte-aktiviteit in subsets M.E./CVS-patiënten. De intestinale microbiota kunnen daarom een rol spelen bij het in gang zetten of bestendigen van immuun-aktivatie, bakteriële translocatie en auto-immune processen, die allemaal betrokken bleken bij de pathogenese van M.E./CVS [theorie van Maes M et al.].

4. Kan het Intestinaal Microbioom een Rol spelen in de Ontwikkeling van M.E./CVS?

De co-existentie van M.E./CVS en gastro-intestinale symptomen is goed gedocumenteerd. Een studie rapporteerde dat 92% van de M.E./CVS-patiënten ook prikkelbare darm syndroom (IBS) hebben; en andere studies aangaande het immunologisch verband tussen de 2 aandoeningen toonden verhoogde mucosale [mucosa = slijmvlies; dunne laag cellen die slijm produceert ter bescherming] en systemische waarden van de pro-inflammatoire cytokinen IL-6, IL-8, IL-1β & TNF-α. Initiële analyses van bakteriële populaties in stoelgang-stalen van M.E./CVS-patiënten vonden meer Escherichia coli (percentage van de totale aërobe microben) t.o.v. gezonde controles (92,3% versus 49%); deze bevindingen werden echter gerapporteerd op een wetenschappelijk bijeenkomst, en de methodologie werd niet gespecificeerd [Butt H, McGregor N et al. ‘Bacterial colonosis’ in patients with persistent fatigue (Abstract). In Proceedings of the AHMF International Clinical and Scientific Meeting, Sydney, Australia, 2001]. D-melkzuur producerende Enterococcen en Streptococcen bleken ook significant verhoogd bij M.E./CVS-patiënten (bevestigd d.m.v. culturen); metabole profielen toonden dat stalen van M.E./CVS-patiënten geassocieerd waren met minder Bifidobacteria [Sheedy JR, McGregor N et al. Increased D-lactic acid intestinal bacteria in patients with Chronic Fatigue Syndrome. In Vivo (2009) 23: 621-8]. Andere studies hebben deze observaties uitgebreid en er werd een associatie aangetoond tussen Enterococcen en de ernst van de gerapporteerde neurologische en cognitieve gebreken [Logan AC et al. Chronic Fatigue Syndrome: Lactic acid bacteria may be of therapeutic value. Med. Hypotheses (2003), 60: 915-923]. Een grotere studie beschreef een verband tussen significante verminderingen qua Bifidobacteria, hogere aërobe/anaërobe verhoudingen en ernstiger gastro-intestinale funktionele gebreken [Butt H, McGregor N et al. Faecal microbial growth inhibition in chronic fatigue/pain patients (Abstract). In Proceedings of the AHMF International Clinical and Scientific Meeting, Sydney, Australia, 1998]. Verder bleken 77% van de M.E./CVS-patiënten ‘small intestinal bacterial overgrowth’ [SIBO; overmatige bakteriële groei in de dunne darm] te hebben [Pimentel M et al. Eradication of small intestinal bacterial overgrowth decreases symptoms in Chronic Fatigue Syndrome: A double blind, randomized study. Gastroenterology (2000) 118: A414], wat enkele gelijkaardige klinische symptomen met M.E./CVS deelt.

Tot op heden heeft slechts één studie de gevoelige ‘next-generation’ sequentie-bepaling technologie aangewend om de microbiota bij M.E./CVS te profileren (vergelijking van Belgische en Noorse patiënten met gezonde controles). Dit onthulde distincte microbiota-populaties bij patiënten en controles in beide landen op basis van bakteriële geslachten (p = 0.022). De Noorse patiënten vertoonden zeer significante verschillen qua samenstelling van de intestinale microbiota vergeleken met Noorse controles (p < 0.001) – getypeerd door significante variaties qua Firmicutes-populaties, met een 50-voudige toename (p = 0.00001) van het Firmicutes geslacht Holdemania en een 20-voudige toename (p = 0.003) qua Lactonifactor. De geografische verschillen qua microbiota-samenstellingen werden toegeschreven aan het feit dat de Noorse patiënten een langere ziekte-duur rapporteerden, wat suggereert dat de intestinale samenstelling van M.E./CVS-patiënten veranderd is. Verschillen qua experimentele protocollen en bakteriële DNA-extractie technieken zouden de contrasterende uitkomsten van deze studies kunnen verklaren, en dit benadrukt de noodzaak om grotere groepen te vergelijken met betrouwbaar gematchte individuen. Meerdere factoren bepalen waarom microbiota-profilering studies bij M.E./CVS klaarblijk consistentie missen: patient-gerelateerde kwesties zoals inconsistente fenotypische klassificaties, kleine stalen met onvoldoende statistische kracht en technische kwesties gerelateerd met verschillen in de betrouwbaarheid, sensitiviteit en omvang van de detektie van de microbiële sequenties […], verschillende sequentie-bepaling-platformen en het betrouwen op enkelvoudige stalen en tijdstippen – dit kan enkel een moment-opname van de samenstelling van de microbiota geven. Ondanks het aantonen van gewijzigde diversiteit en stabiliteit van de intestinale microbiota bij M.E./CVS, is het nog niet mogelijk om te zeggen dat een specifieke microbiële signatuur bestaat bij M.E./CVS. Er dient zorg gedragen te worden bij het proberen vaststellen van een dergelijke ziekte microbiota-signatuur in het licht van de heterogene symptomen en subgroepen.

5. Hoe verder met M.E./CVS Microbioom Studies?

Microbioom-studies waren tot op heden bijna exclusief gefocust op het definiëren van veranderingen in de intestinale bakteriële populatie; het gebied heeft zich echter uitgebreid tot het bepalen van de niet-bakteriële micro-organismen van de ingewanden. Van bijzonder belang zijn de virale componenten van de microbiota. Componenten van het viroom, specifiek bakteriofagen, die 90% van het darm-viroom uitmaken, zijn primarire aandrijvende factoren van de bakteriële diversiteit en beïnvloeden de gemeenschap-struktuur door zowel het elimineren en introduceren van karakteristieken in hun gastheer via de overdracht van genen.

Tot nu toe heeft de impact van het intestinaal viroom bij gezonden en zieken weinig aandacht gekregen maar niettegenstaande het beperkt onderzoek naar de werking ervan is het mogelijk dat de fagen in het viroom wel degelijk een effekt hebben. Dit kunnen indirecte gevolgen zijn die het resultaat zijn van veranderingen aan bakteriële populaties, of directe effekten na stimulatie van het immuunsysteem als ze doorheen de epitheliale barrières van de darm gaan en de gastheer binnendringen.

5.1. Het Intestinaal Viroom

Er werd aangetoond dat het viroom meer gepersonaliseerd en stabiel is dan bakteriële intestinale gemeenschappen. De profilering van virale gemeenschappen bij vrouwelijke monozygote tweelingen en hun moeders gaf als resultaat een beperkte intra-persoonlijke variatie vergeleken met de hoge inter-persoonlijke virale variatie. Deze variabiliteit werd toegeschreven aan de aanwezigheid van individuele intestinale bakterieën én de snel evoluerende aard van virale populaties. De longitudinale staalname van een gezonde man gedurende een periode van 2,5 jaar onthulde dat 80% van de virale aangesloten stukken DNA-sequentie gedurende deze periode bleven bestaan. Variaties over tijd werden toegeschreven aan diversiteit-genererende retro-elementen – een familie van genetische elementen die dienen ter diversificatie van DNA-sequenties – en korte segmenten prokaryoot [eukaryoten = cellen met een echte kern die het DNA bevat en door een membraan omlijnd is -prokaryoten = bakterieën] DNA in bakteriële en archaeale [van oer-bakterieën] genomen, die kunnen vaststellen of een microbiële populatie eerder werd geïnfekteerd door fagen.

Viroom-sequentiebepaling is achtergebleven bij bakteriële microbioom studies; hoofdzakelijk ten gevolge technische beperkingen. Virale metagenomische studies etaleerden beperkte capaciteiten om virale sequenties aan klassen toe te schrijven: de databases hebben niet de geschikte diepgang om virussen te identificeren, laat staan specifieke bacteriofagen te linken aan individuele bakterieën of ziekte-toestanden. ‘Shotgun’-metagenomica [metagenomica = studie aangaande de genetische informatie van de bakterieën en die van de gastheer] is een techniek die directe analyse van willekeurige stukken van DNA-sequenties toelaat […]; er werden complete genomen van fagen en virussen die mensen infekteren geassembleerd. Metagenome sequentiebepaling analyses hebben echter dikwijls RNA-virussen genegeerd; hun rol in het intestinaal microbioom blijft onduidelijk en isolatie-procedures die in de eerste plaats werden ontworpen om DNA-virussen te isoleren, zouden de aanwezigheid van RNA-virussen over het hoofd kunnen hebben gezien in het intestinaal viroom. Pogingen tot karakterisatie van het viroom bleken slechts in staat 15% tot 87% virus-achtige partikel sequenties of ‘contigs’ in sequentie-databases toe te wijzen. Deze variabiliteit is een beperking van de taxonomische toewijziging-criteria en we kunnen enkel rapporteren over bakteriofagen die het nauwst verwant zijn met klassen in huidige databases. Er wordt gedacht dat dit het gevolg is van de snelle evolutie van fagen en hun sequenties, hoewel het ook kan komen door de initiële kwaliteit van de sequenties en het deel dat werd bijgeknipt vóór de analyse. Het is duidelijk dat elk individu een verschillende virale sequentie diversiteit vertoont, waarvan de volledige vertegenwoordiging van de aanwezige virussen enkel kan worden bekomen d.m.v. meer diepgaande sequentie-bepaling. Dergelijke technieken zijn vereist om ons in staat te stellen de gebieden van virale diversiteit, die verband houden met de virulentie van specifieke virussen of ziekte, te identificeren. Dit is een proces dat het opzetten van complete referentie-databases voor genen-families vereist, naast ‘reads’ die lang genoeg zijn om identificeerbaar te zijn.

Met de steeds groter wordende interesse en uitbreidend bewijsmateriaal aangaande de rol van fagen bij ziekte-toestanden, en het potentieel gebruik van fagen bij ziekte-bestrijding, is er belangstelling gekomen naar de rol van virussen bij normale menselijke fysiologie, met als een belangrijk research-gebied de bijdrage van de intestinale microbiota die de hersenen en het gedrag beïnvloeden als deel van de as darm-microbiota/brein.

5.2. De Darm-Microbioom/Brein As

Een mogelijk pathofysiologisch mechanisme voor de ontwikkeling van M.E./CVS kan worden verklaard via de geïntegreerde as darm-microbioom/brein [Lakhan SE, Kirchgessner A. Gut inflammation in Chronic Fatigue Syndrome. Nutr. Metab. (2010) 7: 79], die de fysiologische links tussen het microbioom en het centraal zenuwstelsel (CZS), het autonoom en darm- (enteraal) zenuwstelsel en de hypothalamus-hypofyse-bijnier (HPA) as beschrijft. Steeds meer bewijsmateriaal geeft aan dat de microbiota, via nog niet volledig gedefinieerde mechanismen en molekulaire mediatoren, kunnen communiceren met het CZS via immune, neurale en endocriene mechanismen, die waarschijnlijk effekten hebben op de cognitieve funktie en het gedrag.

Microbiële interakties met het darm-zenuwstelsel aangetoond werden uitgebreid aangetoond d.m.v. kiem-vrije muizen, wat toelaat de impact van koloniserende bakterieën (conventionalisering) op de stemming en cognitieve funktie te testen. Er wordt gedacht dat de fysiologische mechanismen waarmee stress de microbiota kan wijzigen, te wijten zijn aan z’n effekten op de intestinale fysiologie: verandering van de gastro-intestinale beweeglijkheid en secreties via verminderde golven van elektrische aktiviteit […] die door de ingewanden deinen in een regelmatige cyclus en de peristaltiek [knijpende beweging van de darm die ervoor zorgt dat het voedsel vooruitkomt] triggeren, de intestinale permeabiliteit verhogen en de regeneratieve capaciteit van de intestinale mucosa reduceren. Dit alles zorgt voor verandering in het natuurlijk milieu van intestinale microbiota. Verschillende microbiële niches binnen het intestinaal milieu initiëren de afgifte van stress-hormonen zoals norepinefrine, die de inter-bakteriële signalisering, de groei van specifieke pathogenen, naast hun vermogen om aan de intestinale mucosa te kleven, kunnen beïnvloeden. Er werden verschillen qua hersen-funktie aangetoond bij kiem-vrije en ‘specific pathogen free’ [SPF; term gebruikt voor laboratorium-dieren die gegarandeerd vrij zijn van bepaalde pathogenen] muizen; waarbij de kiem-vrije muizen overdreven hypothalamus-hypofyse responsen op milde stress vertonen, via verhoogde waarden adrenocorticotroop hormoon (ACTH) en corticosteron-afgifte, in vergelijking met SPF muizen. Dit werd daarna omgekeerd na conventionalisering bij kiem-vrije muizen d.m.v. faecale stalen van de SPF muizen. De onderzoekers toonden ook gestegen stress-responsen bij kiem-vrije muizen gekoloniseerd met enteropathogene E. coli, met daaropvolgende omkering van de door stress geïnduceerde ACTH- en corticosteron-waarden, wanneer kiem-vrije muizen gekoloniseerd werden met de menselijke commensaal [onschadelijk voor het gastheer-organisme] Bifidobacterium infantis [immunomodulerend potentieel]; het effekt werd gedeeltelijk omgekeerd wanneer kiem-vrije muizen werden gekoloniseerd met intestinale microben van SPF muizen. Interessant: Ze toonden deze omkeerbaarheid bij zeer jonge muizen, wat duidt op een potentieel stadium waarbij neuronen die stress-responsen regelen gevoelig zijn voor stimulatie door de microbiota. Er werd aangetoond dat stress geïnduceerd op jonge leeftijd leidt tot dysbiose bij kiem-vrije muizen en dat wordt geacht een kritieke determinant te zijn voor abnormale gedragingen. Bovendien toonde een ander onderzoek-team de invloed van de intestinale microbiota op synaptische brein aktiviteit aan: kiem-vrije muizen hadden verhoogde motor-aktiviteit en verminderde angst t.o.v. SPF muizen met normale microbiota, wat wijst op de invloed van intestinale microben op hersen-aktiviteit.

Verdere studies hebben de impact van gastheer-microbiota aangetoond op het controleren van de rijping en werking van microglia in het CZS. Heel significant: Een groep [‘McMaster University’ in Canada] voerde de eerste studie uit om het potentieel aan te tonen voor het transfereren van gedrag-kenmerken tussen muizen-stammen met angst en agressief gedrag, d.m.v. faecale microbiota transplantatie (FMT [“stoelgang-transplantatie”]). Het bestuderen van verbanden tussen autistisch spectrum aandoening (ASD) en de intestinale microbiota heeft mogelijkheden aangeduid voor de exploratie van M.E./CVS-groepen. Patiënten met ASD hebben, net zoals bij M.E./CVS, een hoge prevalentie qua gastro-intestinale dysfunktie, wat ook werd gelinkt aan veranderingen in de microbiota-samenstelling. Een studie die de connectie tussen de microbiota en hersen-funktie onderzocht bij ASD, toonde dat patiënten uitgesproken veranderingen qua microbiota vertonen, met specifieke wijzigingen wat betreft Clostridium soorten. Een team [‘California Institute of Technology’] toonde een darm-microbiota/brein connectie in een ASD-model met adolescente muizen (maternale immuun-aktivatie, MIA), waarbij defekten van de intestinale barrière en microbiota-veranderingen voorkomen. Na behandeling van de MIA bij het nageslacht met Bacteroides fragilis [anaërobe Gram-negatieve bakterie die deel uitmaakt van de normale commensale darm-flora], werd de intestinale permeabiliteit gecorrigeerd, en de microbiële samenstelling veranderd en met ASD gerelateerde gebreken (qua communicatie en gedrag) verminderd. Het MIA nageslacht vertoonde ook een gewijzigd serum metaboloom-profiel; specifiek: sleutel-molekulen in een tryptofaan-metabolisme mechanisme, met inbegrip van een verhoogde waarde serotonine, werden genormaliseerd na behandeling met B. fragilis. Dit werk wijst op de rol van probiotische bakterieën en bakteriële metabolieten bij het vermijden of veroorzaken van aandoeningen van de neurale ontwikkeling, suggestief voor een belangrijke rol voor de microbiota in de ontwikkeling van sociaal gedrag bij ASD. Van mogelijk belang bij M.E./CVS-research is de slaap-inducerende substantie afgeleid van bakteriële celwanden, Factor-S [slaap-bevorderende factor S]. Studies hebben gesuggereerd dat intestinale bakterieën een belangrijke bron van Factor-S vormen; in het bijzonder nadat werd aangetoond dat normale slaap-patronen ontregeld zijn na verstoring van de microbiota door orale antibiotica.

Stress, of de capaciteit van een organisme om het hoofd te bieden aan omgeving-vereisten, staat er om bekend de vatbaarheid voor ziekten (ook gastro-intestinale aandoeningen) te verhogen. Het is ook bekend dat voeding- en omgeving-stressoren op hun beurt verschillende microbiële niches creëeren die de lokalisatie van de verschillende microbiota-populaties beïnvloeden, wat pathogene bakteriële soorten kan bevoordelen. Dit kan leiden tot de afgifte van stress-hormonen en cytokinen zoals IL-6. Ook bakterieën kunnen reageren op hormonen en neurotransmitters of deze aanmaken – bv. Lactobacillus en Bifidobacteria soorten die acetylcholine en/of gamma-amino boterzuur (GABA) produceren; Escherichia soorten die norepinefrine, serotonine en dopamine aanmaken; en serotonine geproduceerd door Streptococcus en Enterococcus soorten. Deze kunnen allemaal tussenkomen in de regulering van stemming, cognitie, pijn en angst bij de gastheer.

Er valt duidelijk nog veel te leren over de molekulaire connecties en mechanismen betrokken bij de darm-microbiota/brein signalisering en hoe verstoringen van dit communicatie-mechanisme aanleiding zou kunnen geven tot ziekte-toestanden. Het effekt van de intestinale microbiota op het CZS en cognitieve funktie vertegenwoordigt opwindende en potentieel vruchtbare opportuniteiten voor toekomstig onderzoek en het verklaren van de manifestatie van de kern-symptomen van M.E./CVS. Ook de opkomst van ‘biotica’ (probiotica en/of prebiotica) en FMT biedt opportuniteiten om de microbiota te manipuleren om de gezondheid van de darm te verbeteren of herstellen, en de impact op hoe het de werking van andere orgaan-systemen, inclusief het immuunsysteem en het CZS, beïnvloedt.

6. Een Voorstel voor Toekomstige Research: Intestinale Dysbiose drijft Auto-immuniteit bij M.E./CVS

Het is aannemelijk dat M.E./CVS een niet-klassiek auto-immuun pad volgt en er werd reeds beschreven dat het idiopathische immuun-ontregeling omvat. Gebaseerd op bewijsmateriaal dat in dit overzicht hier werd gepresenteerd, zou een kandidaat voor chronische stimulatie van het immuunsysteem die auto-immune processen triggert kunnen worden gevonden in het intestinaal viroom. Het is waardevol te benadrukken dat als fylogenetische verschillen [fylogenie = studie van verwantschap van organismen] in het viroom en microbioom kunnen worden gedetekteerd bij M.E./CVS-patiënten, toekomstige research dient gericht te zijn op het bepalen van de gevolgen van dergelijke veranderingen en hun impact op de funktionaliteit van de microbiota. Dit zou dan inzicht kunnen bieden in de adaptieve mechanismen van commensalen en mogelijke pathogene micro-organismen die vereist zijn voor persistentie in het gastro-intestinaal kanaal, naast het beschrijven van hoe de microbiota de ontwikkeling en werking van het immuunsysteem bij deze patiënten vormgeeft.

Het viroom speelt klaarblijkelijk een aanzienlijke rol in het microbioom, waarbij bakteriofagen een grote impact op de dynamiek en evolutionaire processen van hun gastheer-populaties bleken te hebben, en de identificatie van nieuwe virussen is van duidelijk belang. Onderzoekers toonden dat microbiële gastheren specifiek geassocieerd waren met bepaalde virussen, suggestief voor een langdurige co-evolutie tussen de virussen en hun gastheer, en indicatief voor het feit dat het profileren van bakteriële gemeenschappen enige connectie tussen viroom-samenstelling en M.E./CVS zal versterken. Zoals andere onderzoekers toonden in een studie van het darm-viroom bij inflammatoire darm ziekte: de kracht van de detektie van met ziekte geassocieerde veranderingen in het viroom werd slechts geobserveerd via vergelijking van patiënten en controles uit hetzelfde huishouden, waardoor kan worden gecontroleerd voor de invloed van genetica en omgeving. Toekomstige studies zullen dienen rekenschap te geven voor variabiliteit op species-niveau in de gastheer via analyse bij voor leeftijd en geslacht gematchte controle-deelnemers.

De samenstelling van het menselijk darm-viroom toont dat de significante variatie afhankelijk is van de bakteriële populatie en beklemtoont de voordelen van de gelijktijdige profilering van virale en bakteriële gemeenschappen bij toekomstige microbioom-studies. We stellen voor dat fagen vormgeven aan de bakteriële microbiota via […] een mechanisme waarbij aktief replicerende of reaktiverende fagen hun bakteriële gastheren lyseren, de proporties van specifieke bakteriële soorten wijzigen en dysbiose induceren. Op het moment dat gelyseerde bakterieën hun cel-inhoud – bestaande uit of proteïnen en nucleïnezuren – afgeven, dienen deze produkten als antigenen en ‘microbe-associated molecular patterns’ (MAMPs) [molekulen geassocieerd met pathogenen, die worden herkend door cellen van het aangeboren immuunsysteem] die mucosale gastheer-responsen triggeren […]. De capaciteit van virussen om mucosale responsen te stimuleren, werd ook overwogen omwille van de constante re-infektie van virussen met lage virulentie en mensen die chronisch drager waren van virussen, wat geassocieerd is gebleken met een verhoogd risico op het ontwikkelen van ziekten zoals astma en type-1 diabetes.

Door virussen geïnduceerde inflammatie kan leiden tot verhoogde epitheliale doorlaatbaarheid in de darm resulterend in translocatie van fagen doorheen het slijmvlies-oppervlak en meer systemische blootstelling aan microbiële epitopen [epitoop = deel van een macromolekule (meestal proteïne) dat kan worden herkend door antilichamen of cellen van het immuunsysteem]. Orale toediening van fagen in dier-studies hebben translocatie van fagen naar de weefsels aangetoond en experimentele studies naar faag-interakties met het immuunsysteem hebben gevonden dat vrije faag-partikels zich verspreiden via breuken in de intestinale mucosa [slijmvlies; dunne laag cellen die slijm produceert ter bescherming] of door transport door dendritische cellen [type witte bloedcellen, antigen-presenterende cellen die immuun-responsen initiëren en reguleren], waarbij fagen immunogeen genoeg zijn om antilichamen te genereren bij kinderen. Deze studies suggereren dat zoogdieren beschikken over mechanismen voor de opname en afgifte van fagen, die intestinale fagen toelaten om aangeboren en adaptieve immuun-responsen uit te lokken. Daarom zouden fagen kunnen optreden als liganden voor de aangeboren immuniteit die gastheer-immuniteit en inflammatie stimuleren, kenmerkend voor een milieu van dysbiose en auto-immuniteit.

Testen op basis van culturen die de bakteriële componenten van M.E./CVS-patiënten karakteriseren, hebben een vermindering van de proporties qua Bifidobacteria soorten gerapporteerd die kan bijdragen tot het handhaven van de epitheliale integriteit in de darm. Een reductie van deze nuttige Gram-positive bakterieën kan de ontwikkeling en interaktie van schadelijke Gram-negatieve bakterieën in de intestinale slijmvlies-oppervlakken begunstigen, of door het wegwerken van de voordelige kenmerken van Bifidobacteria soorten de symptomen van M.E./CVS bespoedigen. Bv.: een toename van Bifidobacteria bleek geassocieerd met verhoogde tryptofaan-waarden in het plasma, en serotonine- en dopamine-aanmaak in hersen-gebieden die verbonden zijn met depressie en angst [Bifidobacteria infantis; bij ratten]. Andere studies hebben getoond dat bepaalde Bifidobacteria-soorten een significante impact hebben op funktionele verbeteringen qua NK-cel aktiviteit en lagere waarden qua IL-4, IL-5 & IL-10 cytokinen [Bifidobacterium lactis HN019]. Deze effekten ondersteunen de aanwezigheid van Th1 cel-gemedieerde immuniteit, belangrijk voor de controle van virussen en bakterieën. NK-cellen interageren ook met dendritische cellen, die in nauw contact staan met het darm-epitheel en tolerogene [aanleiding gevend tot immunologische tolerantie; tolerantie is het proces waarbij het immuun-systeem een antigen niét aanvalt] responsen opzetten om immuun-homeostase in de darm te bewaren. Elke ontregeling van deze fijn afgestelde interface tussen bakteriële soorten, immuun-funktie en epitheliale cel barrière zou aanleiding kunnen geven tot ongepaste immuun-responsen. Gezien de gesuggereerde immuun-modulerende eigenschappen van Bifidobacterium, is het mogelijk dat de fagen geassocieerd met Bifidobacteria-soorten, via hun invloed op diversiteit en funktie van hun gastheer-bakterieën, dergelijke immunologische effekten kunnen initiëren. Verdere studies, die de interakties onderzoeken tussen de bepalende bakterie-soorten, fagen en de mucosale immuun-respons, om een completer beeld van het intestinaal milieu bij M.E./CVS te schetsen, zijn vereist. De identificatie van de genen geassocieerd met leden van de microbiota kan waardevolle informatie bieden over gastheer-microbiota interakties. Nu zou de focus zou moet liggen op het begrijpen hoe faag-genomen verband houden met elkaar en met hun gastheren, en de evolutionaire mechanismen die faag-populaties vorm geven. In vivo studies en dier-modellen zullen metagenomische bevindingen in kracht doen toenemen, en zo inzicht bieden omtrent hoe fagen en eukaryote virussen de commensale bakterieën modelleren, en over hun impact op gastheer-immuniteit en gen-expressie. Een ‘bacteriophage adherence to mucus’ model werd aangewend om te tonen dat de binding van fagen aan de intestinale slijmlaag resulteert in een dramatische afname van de bakteriële hechting aan de slijmlaag, en significant de schade aan gecultiveerde cellen vermindert. Meer diepgaande, gedetailleerde sequentie-bepaling benaderingen en uitgebreidere databases zullen zeker de identificatie van virussen, verantwoordelijk voor de niet-gekarakteriseerde ‘dark matter’ van het menselijk darm-viroom, verbeteren.

7. Concluderende Opmerkingen

Hoewel studies tot op heden niet in staat bleken één bepaalde microbiële signatuur te identificeren die een pathogenetische rol van de intestinale microbiomen bij M.E./CVS vaststelt, karakteriseert een cyclus van chronische intestinale dysfunktie en instabiliteit van de microbiomen zeker een subgroep M.E./CVS-patiënten. Het verder zoeken naar de rol van intestinale microbiële dysbiose in de pathofysiologie van M.E./CVS zal wellicht bepalen hoe immunologische ontregeling zich manifesteert. Het gebruik van ‘next-generation’ sequentie-bepaling technieken en metagenomische instrumenten zouden voorspellers voor ziekte-herval en chroniciteit kunnen identificeren, gezien de technologie continu wordt aangepast voor gebruik bij virale ecosystemen. Analoog met IBD-studies, kunnen karakterisatie van microbiomen wellicht een duidelijker subpopulatie toelichten binnen de huidige M.E./CVS-klassificaties. Uiteindelijk zal het observeren van een verband tussen microbiële fylogenie en het M.E./CVS ziekte-fenotype de impact van de microbiële gemeenschap op de menselijke gezondheid kunnen onderlijnen, en heeft het potentieel om ziekte-biomerkers te identificeren en therapeutica aan te duiden, om zo de broodnodige benadering te bieden ter voorkoming of beheersing van een ziekte als deze die dringend het hoofd dient te worden geboden.

oktober 6, 2016

Verband tussen biomerkers met levenskwaliteit en stressoren bij M.E.(cvs)

Filed under: Celbiologie,Diagnostiek — mewetenschap @ 6:28 am
Tags: , , , , ,

Onderstaand artikel is een verderzetting van het werk door de Franse onderzoeksgroep rond Prof. dr Jammes (fysioloog). Zie: ‘Infektie vóór CVS: oxidante status, kalium-uitstroom en spier-prikkelbaarheid bij inspanning’, ‘CVS * Oxidatieve Stress en Hsp bij inspanning’ & ‘Oxidatieve stress’.

Voor info betreffende CD26: lees ‘Neuropeptide-Y en CD-26’ & ‘‘Natural Killer’ Cel Funktie & Dipeptidyl Peptidase IV/CD26 – biomerkers voor CVS?’.

————————-

Journal of Translational Medicine (2016) 14: 251

Association of biomarkers with health-related quality of life and history of stressors in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome patients

Emmanuel Fenouillet (1,2), Aude Vigouroux (3), Jean Guillaume Steinberg (1), Alexandre Chagvardieff (4), Frederique Retornaz (5), Regis Guieu (1), Yves Jammes (1,6)

1 DS-ACI UMR MD2, Faculty of Medicine, Aix-Marseille University

2 CNRS, Institut des Sciences Biologiques

3 Clinical Respiratory Physiology Laboratory, Nord Hospital

4 Emergency Unit, Nord Hospital

5 Internal Medicine Department, European Hospital

6 Clinical Respiratory Physiology Laboratory, Nord Hospital

Samenvatting

Achtergrond Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS) is een courante invaliderende aandoening met een intense vermoeidheid, verminderde fysieke aktiviteit en gedaalde levenskwaliteit. Er zijn geen biologische merkers voor het syndroom. De etiologie is onbekend en de pathogenese lijkt multi-factorieel. Verscheidene stressoren, inclusief intense lichamelijke aktiviteit, ernstige infektie en emotionele stress worden gerapporteerd in de medische geschiedenis van M.E./CVS-patiënten; wat de vraag doet rijzen of de fysiologische en biologische abnormaliteiten die gewoonlijk bij deze patiënten worden gevonden indicatief zouden kunnen zijn voor de etiologie en/of gedaalde levenskwaliteit.

Methodes Er werden 36 patiënten en 11 voor leeftijd gematchte gezonde controles gerecruteerd. De volgende variabelen werden hier bestudeerd: (1) spier-vermoeidheid tijdens inspanning werd onderzocht via het monitoren van de ‘compound muscle action potential’ (‘M-wave’) [ook ‘evoked compound muscle-potential’; een zenuw wordt elektrisch gestimuleerd en de opgewekte respons kan worden gemeten; een manier om perifere spier-vermoeidheid bij inspanning te meten]; (2) de overmatige oxidatieve stress-respons op inspanning werd gemeten via 2 plasma-merkers (thiobarbituurzuur reaktieve substanties: TBARS [bepaling van de lipiden-peroxidatie]; gereduceerd ascorbinezuur: RAA [vitamine-C]); (3) een potentiële inflammatoire component werd bekeken via de expressie van CD26 [aktivatie-merker dipeptidyl-peptidase-IV (DPP-IV of DPP-4); een trans-membraan glycoproteïne en enzyme dat polypeptiden, inclusief chemokinen en neuropeptiden, splitst] op perifeer bloed mononucleaire cellen; (4) verminderde levenskwaliteit werd beoordeeld gebruikmakend van de ‘London Handicap Scale’ (LHS) en de ‘Medical Outcome Study Short Form-36’ (SF-36). De medische voorgeschiedenis van elke patient, met inbegrip van de aanwezigheid van stressoren zoals intens sporten, ernstige acute infektie en/of ernstige emotionele stress, werd gedocumenteerd.

Resultaten We zagen dat: (1) er opvallende verschillen waren tussen de patiënten en de controles wat betreft 3 biologische variabelen: ‘M-wave’ na inspanning, TBARS-variaties & CD26-expressie in rust; (2) elk van deze 3 variabelen correleerde met de andere 2; (3) abnormaliteiten van de biomerkers geassocieerd met gezondheid-gerelateerde levenskwaliteit: de LHS-score was negatief gecorreleerd met de inspanning-geïnduceerde TBARS-toename en positief gecorreleerd met CD26-expressie, terwijl de pijn-component van de SF-36 negatief was gecorreleerd met CD26-expressie; (4) de TBARS-toename en de afname qua ‘M-wave’ waren het grootst, en het niveau van de CD26-expressie het laagst bij patiënten die infektueuze stressoren ondergingen.

Besluit Bij M.E./CVS-patiënten zijn ernstige veranderingen van de spier-exciteerbaarheid, de redox-toestand, alsook het niveau van de CD26-expressie gecorreleerd met een uitgesproken verstoring van de levenskwaliteit. Ze zijn bijzonder significant wanneer infektueuze stressoren werden gerapporteerd in de medische voorgeschiedenis.

Achtergrond

[…] De definities van M.E./CVS gebruiken geen biologische merkers. […]

Sporten induceert een matige oxidatieve stress bij gezonde individuen terwijl bij M.E./CVS-patiënten een sterke door inspanning geïnduceerde produktie van reaktieve zuurstof soorten (ROS) wordt gevonden [o.a. Jammes Y et al. Chronic Fatigue Syndrome combines increased exercise-induced oxidative stress and reduced cytokine and Hsp responses. J Intern Med. (2009) 266: 196-206 /// Fulle S et al. Specific correlations between muscle oxidative stress and Chronic Fatigue Syndrome: a working hypothesis. J Muscle Res Cell Motil. (2007) 28: 355-62 /// Moorkens G et al. Antioxidant status and lipoprotein peroxidation in Chronic Fatigue Syndrome. Life Sci. (2001) 68: 2037-49]. De anti-oxidante respons is ook veranderd in rust, zoals wordt aangetoond door een verhoogde waarde qua thiobarbituurzuur reaktieve substanties (TBARS: een merker voor lipiden-peroxidatie) en een gedaalde concentratie gereduceerd ascorbinezuur (RAA: een endogeen anti-oxidant). Omdat de gestegen ROS-aanmaak de spier-exciteerbaarheid aantast, zou de verhoogde redox-stress bij M.E./CVS kunnen bijdragen tot de spier-vermoeidheid (welke werd aangetoond via een verandering van ‘compound evoked muscle action potential’, ‘M-wave’) [Jammes Y et al. Chronic Fatigue Syndrome: assessment of increased oxidative stress and altered muscle excitability in response to incremental exercise. J Int Med. (2005) 257: 299-310].

De significante ontregeling van het immuunsysteem die wordt gevonden bij M.E./CVS-patiënten combineerde verhoogde waarden pro-inflammatoire cytokinen (bv. interleukine-1, tumor necrose factor-α), een ‘natural killer’ cel cytokine-produktie en mitogen-geaktiveerd proteïne-kinase [MAP-kinase reageert op extracellulaire stimuli (mitogenen) en reguleert verscheidene cellulaire aktiviteiten, zoals gen-expressie, celdeling, differentiatie en cel-overleving/apoptose.] [bv. Brenu EW, Staines DR, Klimas NG et al. Immunological abnormalities as potential biomarkers in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J Transl Med. (2011) 9: 81 /// Staines D et al. ERK1/2, MEK 1/2 and p38 downstream signaling molecules impaired in CD56(dim)CD16(bright)CD16(dim/-) natural killer cells in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis patients. J Transl Med. (2016) 14: 97]. Een studie identificeerde ook een verband tussen immune abnormaliteiten en de ernst van M.E./CVS-symptomen & een veranderde levenskwaliteit [Hardcastle SL, Brenu EW, Johnston S, Nguyen T, Huth T, Ramos S, Staines D, Marshall-Gradisnik S. Longitunical analysis of immune abnormalities in varying severities of Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J Transl Med. (2015) 13: 299]. Deze immunologische abnormaliteiten omvatten ook verminderde expressie van de T-cel aktivatie-merker CD26 op perifeer bloed mononucleaire cellen (PBMC) [Fletcher MA, Zeng XR, Maher K, Levis S, Hurwitz B, Antoni M, Broderick G, Klimas NG. Biomarkers in Chronic Fatigue Syndrome: evaluation of natural killer cell function and dipeptidyl peptidase IV/CD26. PLoS One (2010) 5: e10817]. Deze observatie, samen met de meldingen dat CD26-expressie verhoogd is bij patiënten met fibromyalgie [Guieu R et al. High cell surface CD26-associated activities and low plasma adenosine concentration in fibromyalgia. Ann Rheum Dis. (2012) 71: 1427-8] of metabool syndroom, geeft aan dat veranderingen qua CD26-expressie aanwezig zijn bij sommige musculaire aandoeningen.

Naast T-cel aktivatie en inflammatie-controle, zou CD26 ook betrokken kunnen zijn bij M.E./CVS door zijn endoproteolytische aktiviteit [splitsing van de peptide-verbindingen binnen in proteïnen] die de circulerende waarden van verscheidene effectoren betrokken bij angst, chronische pijn en spier-metabolisme controleren. Zodoende zou CD26 stemming, pijn en spier-componenten van M.E./CVS kunnen beïnvloeden. De daling qua CD26-expressie bij M.E./CVS zou ook geassocieerd kunnen zijn met een gewijzigde redox-toestand.

Bij het zoeken naar hulp bij de diagnose van M.E./CVS, werd in studies gezocht naar een correlatie tussen symptomen (gemonitord via analoge vermoeidheid-schalen) en merkers, in het bijzonder, voor oxidatieve stress en immuniteit [McGregor NR et al. Blood parameters indicative of oxidative stress are associated with symptom expression in Chronic Fatigue Syndrome. Redox Rep. (2000) 5:35-44 /// Vecchiet J et al. Relationship between musculoskeletal symptoms and blood markers of oxidative stress in patients with Chronic Fatigue Syndrome. Neurosci Lett. (2003) 335:151-4 /// Kennedy G, Spence VA et al. Oxidative stress levels are raised in Chronic Fatigue Syndrome and are associated with clinical symptoms. Free Radic Biol Med. (2005) 39:584-9]. Andere studies rapporteerden een verandering van de gezondheid-gerelateerde levenskwaliteit bij M.E./CVS-patiënten maar onderzochten het verband met biologische veranderingen niet.

Zoals hierboven aangegeven zijn de huidige definities voor M.E./CVS gebaseerd op symptomen en gebruikt men geen biomerkers. Dit werpt de vraag op of mensen met M.E./CVS enige biologische abnormaliteiten delen. Als dat zo is, dan zouden de bij deze patiënten gevonden fysiologische en biologische abnormaliteiten diagnostische merkers kunnen worden.

Methodes

Patiënten

[…] 36 M.E./CVS-patiënten en 11 voor leeftijd gematchte gezonde controles. De M.E./CVS-patiënten (gemiddelde leeftijd: 41 ± 6 jaar; gemiddeld gewicht: 66 ± 3 kg; 22 vrouwen) […] voldeden aan de criteria gedefinieerd door het ‘Institute of Medicine’: (1) ernstige chronische vermoeidheid gedurende > 6 opéénvolgende maanden (36/36); (2) een verslechtering van de ziekte na verhoogde fysieke of cognitieve aktiviteit (36/36); (3) problemen met korte-termijn geheugen of concentratie (36/36), (4) spierpijn (24/36); (5) niet-verfrissende slaap (21/36). In de meeste gevallen begon de M.E./CVS plots (30/36), dikwijls met een griep-achtige ziekte (28/36). Uitsluitende diagnoses: medische en psychiatrische oorzaken van aanhoudende vermoeidheid.

De gegevens van de M.E./CVS-patiënten werden vergeleken met deze van een voor leeftijd gematchte controle-groep (leeftijd: 48 ± 5 jaar; gewicht: 71 ± 4 kg; 6 vrouwen; dezelfde socio-economische klasse. […]

Gezien hun medische voorgeschiedenis werden patiënten retrospectief in 4 groepen opgedeeld: (1) patiënten die rapporteren intens aan sport te hebben gedaan (> 6 h/week) (n = 10), (2) patiënten die rapporteren de diagnose van een ernstige acute infektie (peritonitis, sepsis, vogel-griep, …) te hebben gekregen (3-7 maand vóór de aanvang van M.E./CVS (n = 7), (3) patiënten die rapporteren ernstige emotionele stress (moeilijke echtscheiding, sterfte van een kind, …) te hebben ondervonden (n = 11) of (4) patiënten met een combinatie van ernstige infektie en emotionele stress (n = 8).

[…]

Resultaten

Biochemische variabelen en spier-exciteerbaarheid in rust en bij VO2max

Er werden significante biochemische verschillen gezien tussen M.E./CVS-patiënten en controles in rust: de RAA/TBARS verhouding en de expressie van CD26 op PBMCs was lager bij de patiënten.

De inspanning-geïnduceerde veranderingen van de ‘M-wave’ amplitude (Δ‘M-wave’) waren significant hoger bij de patiënten dan bij controles. Er werd enkel bij de patiënten een significante toename gevonden qua TBARS na inspanning. Omdat de duur van de of inspanning-test (10-12 min) onder de tijd ligt die nodig is voor de synthese en expressie van CD26, onderzochten we niet bij alle patiënten of de fiets-inspanning de CD26-expressie kon beïnvloeden (we bekeken de situatie bij 10 patiënten en vonden geen verschillen).

De gegevens verkregen in rust en bij VO2max tonen dat de redox-toestand, CD26-expressie en spier-exciteerbaarheid veranderd waren bij M.E./CVS. Wanneer we onderzochten of deze karakteristieken geassocieerd zijn, vonden we (1) een negatieve correlatie tussen Δ‘M-wave’ en ΔTBARS, (2) een positieve correlatie tussen Δ‘M-wave’ en CD26-expressie, en (3) een negatieve correlatie tussen ΔTBARS en CD26-expressie. We vonden geen correlatie in rust tussen TBARS, RAA/TBARS-verhouding en CD26-expressie.

Verband tussen biologische merkers en gezondheid-gerelateerde levenskwaliteit

De scores van gezondheid-gerelateerde levenskwaliteit werden bij de patiënten uitgezet t.o.v. de ΔTBARS-waarde of de CD26-expressie. De LHS-score was negatief gecorreleerd met ΔTBARS en positief gecorreleerd met CD26-expressie. De pijn-component van de SF-36 vragenlijst was negatief gecorreleerd met CD26-expressie.

Verband tussen biologische merkers en stressoren

Bij opdeling van de 4 groepen naar gelang hun medische geschiedenis, zagen we dat: (1) de ‘M-wave’ significant gereduceerd bleek wanneer infektie en omgeving-stressoren werden gecombineerd; (2) ΔTBARS-waarden en CD26-expressie uitgesproken waren veranderd bij patiënten die een ernstige infektie hadden, ongeacht de aanwezigheid van ernstige emotionele stress; (3) de LHS-score uitgesproken laag was bij patiënten die een ernstige infektie hadden ongeacht de aanwezigheid van ernstige emotionele stress, terwijl de score voor de pijn-component van SF-36 enkel hoog was bij een combinatie van infektie en emotionele stressoren. Deze resultaten ondersteunen het belang van infektueuze stressoren bij deze variabelen.

Bespreking

Bij M.E./CVS-patiënten vonden we dat (1) de veranderingen qua ‘M-wave’ amplitude na inspanning, de wijzigingen in de redox-toestand geïnduceerd door spier-inspanning en de CD26-expressie gecorreleerd zijn; (2) de LHS-score gecorreleerd was met de wijzigingen in de redox-toestand geïnduceerd door inspanning en CD26-expressie; (3) de pijn-component van de MOS SF-36 gecorreleerd was met de CD26-expressie. Deze variabelen waren voornamelijk veranderd bij patiënten met een geschiedenis van infektueuze ziekte.

De oxidatieve stress wijst op een onevenwicht tussen pro- en anti-oxidante toestand, in de richting van het eerste. Bij gezonde individuen is een dergelijke situatie courant in skelet-spieren na inspanning omdat de anti-oxidante verdediging in spieren zwak is. Bij M.E./CVS-patiënten blijken – uit dit werk en dat van anderen – verhoogde waarden van bloed-merkers voor oxidatieve stress (hier TBARS) en een verlaagde anti-oxidante verdediging (hier RAA); een situatie die oxidatieve stress bevordert, en eventueel de membraan-exciteerbaarheid van de spieren aantast. De correlatie die hier werd gevonden tussen het niveau oxidatieve stress en de ‘M-wave’ verandering is consistent met deze gegevens.

Ons werk rapporteert ook de correlatie van de redox-merkers met LHS-score voor levenskwaliteit. Dit verband is in overéénstemming met studies die de impact onderzochten van een veranderde oxidante/anti-oxidante status bij M.E./CVS en vonden dat de bloed-waarden in rust van malondialdehyde [merker voor oxidatieve stress] [zie McGregor NR et al. hierboven] en TBARS [zie Vecchiet J et al. hierboven] geassocieerd zijn met variaties qua cognitieve symptomen en slaap-stoornissen, terwijl de totale symptoom-score, gewricht-pijn en post-exertionele malaise gecorreleerd zijn met de isoprostaan-waarden [zie Kennedy G, Spence VA et al. hierboven].

Wat betreft CD26 vonden we dat de expressie gedaald was bij M.E./CVS-patiënten. Deze observatie ondersteunt een rapport [zie Fletcher et al. hierboven] maar contrasteert met een studie bij M.E./CVS-patiënten die werden onderzocht na een infektie met Giardia [darm-parasiet]. De CD26 protease-aktiviteit controleert de circulerende waarden van meerdere mediatoren voor pijn en stemming. Omdat stemming-wijzigingen en spierpijn dikwijls voorkomen bij M.E./CVS, werden de concentraties van CD26-peptide substraten bekeken bij patiënten, en er werden discrepante besluiten bereikt wat betreft Neuropeptide-Y en Substantie-P [Broderick G, Klimas NG et al. Plasma neuropeptide Y: a biomarker for symptom severity in Chronic Fatigue Syndrome. Behav Brain Funct. (2010) 6: 76 /// Evengard B et al. Chronic Fatigue Syndrome differs from fibromyalgia. No evidence for elevated substance P levels in cerebrospinal fluid of patients with Chronic Fatigue Syndrome. Pain (1998) 78: 153-5]. Hier vonden we dat de scores die de levenskwaliteit weerspiegelen gecorreleerd zijn met CD26-expressie. Dit resultaat is in overéénstemming met de observaties dat spierpijn dikwijls werd gemeld door onze patiënten (24/36), met een impact op hun levenskwaliteit-scores. We zagen ook dat de CD26-expressie daalde, wat kan leiden tot stijging van de circulerende pro-nociceptieve [pijn-gevoeligheid verhogende] peptiden en spierpijn bevorderen.

Twee studies onderzochten de CD26-expressie in een context van redox-wijzigingen. Bij acute lymfoblastische leukemie [een vorm van ‘bloedkanker’] is het CD26-niveau gecorreleerd met de aktiviteiten van myeloperoxidase [enzyme dat helpt om ROS te elimineren], glutathion-s-transferase [beschermt cellen tegen oxidatieve schade] en xanthine-oxidase [ROS-genererend enzyme]. Bovendien werd aangetoond dat een langdurig verlies van CD26-expressie de capaciteit verhoogt om te beschermen tegen de oxidatieve stress [in cardiomyocyten van ratten]. Het lage CD26-expressie niveau dat hier werd gerapporteerd bij M.E./CVS kan daarom een adaptieve respons vormen op het chronisch redox-onevenwicht dat wordt gevonden bij M.E./CVS-patiënten; deze hypothese wordt ondersteund door de correlatie die we vonden tussen de CD26-aktiviteit en de redox-toestand.

Ten slotte: wanneer patiënten werden gesorteerd op basis van de aanwezigheid van infektie/ intense lichamelijke aktiviteit/ emotionele stress, zagen we dat de individuen die episode(s) ernstige infektie rapporteerden, waarden voor biomerkers en scores voor levenskwaliteit hadden die meer gewijzigd bleken t.o.v. deze gemeten bij patiënten die geen ernstige infekties hadden vermeld. Deze resultaten ondersteunen verder de rol van infektueuze stressoren bij M.E./CVS.

We geloven dat deze studie 3 beperkingen heeft: (1) we kwantificeerden de emotionele stress niet correct omdat slechts de aanwezigheid van één belangrijke stressvolle levensgebeurtenis werd beschouwd; (2) om het effekt van CD26-aktiviteit op z’n peptide-substraten te bekijken, ondernamen we metingen van de circulerende waarden van Neuropeptide-Y en Substantie-P bij de patiënten maar we detekteerden geen correlatie met het CD26-expressie niveau, wat kan worden verklaard door het feit dat slechts plaatselijke concentraties van pijn- en stemming-mediatoren in vivo werken en het onmogelijk is ze in situ te bepalen; (3) zoals in eerdere M.E./CVS-studies was de bevinding van een gewijzigd redox-evenwicht bij onze individuen enkel gebaseerd op metingen van TBARS (een kwantificatie van de waarden van membraan-lipoperoxiden resulterend uit een overmatige ROS-produktie) en van gereduceerd ascorbinezuur (een belangrijke plasma anti-oxidant). Zodoende kan de werkelijke verbetering van intracellulaire ROS-produktie bij M.E./CVS niet worden geëvalueerd; ten eerste omdat er spier-biopten nodig zouden zijn en ten tweede omdat er een tegengewicht wordt gevormd door de intracellulaire anti-oxidanten die in de huidige studie niet werden onderzocht.

Besluit

In overéénkomst met een rapport dat stelt dat patiënten met ernstige M.E./CVS met verloop van tijd verschillen van mensen met matige M.E./CVS en significante immune abnormaliteiten vertonen, geven onze resultaten aan dat de simultane monitoring van de spier-funktie, redox-respons en CD26-expressie zouden kunnen bijdragen, samen met gezondheidtoestand-schalen, tot het identificeren van M.E./CVS en het beoordelen van de ernst ervan. Deze resultaten zouden ook kunnen helpen bij het maken van het onderscheid tussen M.E./CVS en fibromyalgie, omdat de CD26-aktiviteit op PBMCs stijgt bij fibromyalgie terwijl deze daalt bij M M.E./CVS-patiënten.

februari 18, 2016

‘Molecular mimicry’, auto-immuniteit & infektie

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

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

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

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

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

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

————————-

Med Hypotheses (2016) 87: 40-3

Microbes, molecular mimicry and molecules of mood and motivation

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

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

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

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

Inleiding

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

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

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

De microbiële flora

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

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

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

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

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

Gender-verschillen

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

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

Voorkomen per leeftijd

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

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

Veranderingen met de tijd

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

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

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

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

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

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

Infektie

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

Histologische veranderingen afwezig

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

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

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

Psychologische theorieën

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

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

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

Bespreking

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

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

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

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

september 26, 2014

Verlies van stress-respons ten gevolge een virale infektie

Filed under: Celbiologie,Infektie — mewetenschap @ 12:38 pm
Tags: , , , , ,

Onderstaand artikel brengt het idee naar voor – wat wie hier op deze paginas al meermaals uitdroegen – dat wellicht niet één enkel pathogeen organisme M.E.(cvs) veroorzaakt maar dat er meerdere zijn die door de onderliggende aanwezigheid van een (sub)cellulair defekt voor meer schade kunnen zorgen. Zoeken naar één bepaald virus (zoals het debacle omtrent XMRV ook bewees) “als verantwoordelijke voor een aandoening zoals het Chronische Vermoeidheid Syndroom is misschien niet de moeite waard als de ziekte simpelweg een niet-specifieke respons op virale infektie is”.

Philip Hooper (een onderzoeker op het gebied van suikerziekte; hij stelde vast dat abnormaliteiten qua ‘heat-shock’ proteïnen – Hsps – belangrijk zijn voor het begrijpen van de pathogenese ervan) et al. stellen voor dat een gebrekkige (cellulaire) stress-respons door een afname van Hsps bij M.E.(cvs)-patiënten zorgen voor een minder goede reaktie op fysiologische stress en meer oxidatieve stress. Er zijn tal van verschillende virale infekties die de oorzaak kunnen zijn van deze gestoorde Hsps. Anderen vonden dat ‘heat-shock’ proteïnen na inspanning bij M.E.(cvs) significant gedaald zijn. Lees daaromtrent onze eerdere bijdragen ‘‘Heat-shock’ proteïnen en inspanning bij CVS’ & ‘CVS * Oxidatieve Stress en Hsp bij inspanning’. Jammes Y et al. stellen ook dat dit vooral bij postvirale M.E.(cvs) een rol speelt (Chronic Fatigue Syndrome: Acute infection and history of physical activity affect resting levels and response to exercise of plasma oxidant/anti-oxidant status and heat shock proteins. J Int Med (2012) 272: 74-84 => ‘Infektie vóór CVS: oxidante status, kalium-uitstroom en spier-prikkelbaarheid bij inspanning’.

Wij blijven er hierdoor dan ook van overtuigd dat M.E.(cvs)-research zich best focust op de subcellulaire stoornissen eerder dan op het zoeken naar infektueuze agentia.

————————-

Cell Stress Chaperones (2012) 17(6): 647-55

Loss of stress response as a consequence of viral infection: implications for disease and therapy

Philip L. Hooper1 Lawrence E. Hightower2 & Paul L. Hooper3,4

1Division of Endocrinology, Metabolism & Diabetes, School of Medicine, University of Colorado, Anschutz Medical Campus, Aurora, CO 80045 USA

2Department of Molecular and Cell Biology, University of Connecticut, Storrs, CT 06269 USA

3Department of Anthropology, University of New Mexico, Albuquerque, NM 87131 USA

4Santa Fe Institute, Santa Fe, NM 87501 USA

Samenvatting

Hier stellen we voor dat virale infektie een gebrekkige cellulaire stress-respons kan induceren, en daardoor de stress-tolerantie kan aantasten en weefsels kwetsbaar kan maken voor beschadiging. Beschikken over een geldig paradigma om de pathologische impact van virale infekties aan te pakken, zou kunnen leiden tot doeltreffende nieuwe therapieën voor ziekten die voorheen niet reageerden op interventies. De respons van een gastheer op virale infekties kan ook leiden tot auto-immune ziekten zoals type-1 diabetes. In het geval van het ‘Newcastle disease’ virus, zouden de effekten van virale infektie op ‘heat-shock’ proteïnen als hefboom kunnen dienen voor kanker-therapie. [Het bestuderen van NDV toonde dat een verminderde stress-proteïne response in de gastheer correleert met de ernst van de door het virus toegebrachte ziekte.] Ten slotte: de zoektocht naar een specifiek virus als verantwoordelijke voor een aandoening zoals het Chronische Vermoeidheid Syndroom is misschien niet de moeite waard als de ziekte simpelweg een niet-specifieke respons op virale infektie is.

Inleiding

Veel virale infekties geven de gastheer chronische vermoeidheid, pijn, myalgie en orgaan-inflammatie. Deze aanhoudende symptomen geassocieerd met virale infekties zouden het resultaat kunnen zijn van het verliezen van de op proteïnen gebaseerde stress-respons van de gastheer. Anders dan bij eukaryoten en bakterieën, hebben virussen geen ‘heat-shock’ proteïnen (Hsps) en vertrouwen ze op de Hsps van de gastheer voor virale proteïne-opvouwing. Ten gevolge daarvan zijn processen die stress-proteïnen van de gastheer reguleren wellicht doelwitten voor strategische manipulatie door zowel virussen als geïnfekteerde gastheren. Sommige virussen profiteren van de geaktiveerde cellulaire stress-respons van een gastheer en zijn in staat replicatie te verhogen als de Hsps hoog zijn. Meerdere virussen stimuleren met dit doel in feite een belangrijke toename qua Hsps; bv. humaan papillomavirus, adenovirus, polyomavirussen en dengue-virussen. Andere virussen ondervinden echter verminderde replicatie wanneer de Hsps van de gastheer hoog zijn, bv. humaan immunodeficiëntie virus (HIV) en influenza-A, waar Hsp70 de virale gen-expressie en replicatie inhibeert. Het is daarom niet verrassend dat sommige virussen die bekend staan voor het induceren van chronische vermoeidheid en malaise, zo werken dat ze de stress-respons van de gastheer beperken, inclusief influenza-A, ‘West Nile’ virus, herpes simplex virus en hepatitis-C. Gastheren kunnen anderzijds op virale infekties reageren d.m.v. meerdere verdeding-manoeuvres: het opwekken van koorts, immunologische verdediging, interferon-produktie en reductie van de eiwit-synthese – inclusief vermindering van de Hsp-synthese.

Dit artikel zal de gevolgen voor gastheren adresseren wanneer de Hsp stress-respons is aangetast door virale infektie. De achtergrond voor research op dit vlak wordt geleverd door de gedetailleerde studie van ‘Newcastle disease’ virus (NDV). Daarna geven we een kort overzicht van sluimerende virale ziekten die geassocieerd zijn met een verstoorde weefsel stress-respons. Daarna richten we ons op 2 aandoeningen: type-1 diabetes en Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) – die allebei zouden kunnen voortkomen uit een virale aanval en verstoorde Hsps. […].

[…]

Chronische Vermoeidheid Syndroom

Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS), ook bekend als Myalgische Encefalomyelitis, is een aandoening zonder specifieke etiologie, maar die geassocieerd blijkt met een waaier aan virale en bakterële infekties. Voorbeelden omvatten EBV en XMRV [belangrijke artikels hieromtrent werden echter ingetrokken en er is consensus dat dit retrovirus geen rol speelt]. Deze benadrukken de moeilijkheden bij het in verband brengen van CVS met een afzonderlijk pathogen.

We stellen voor dat CVS niét het resultaat is van een specifieke infektie maar eerder een meer algemene respons van het lichaam op infektie. In het bijzonder: infektueuze verstoring van de stress-respons, zoals de voorbeelden die we beschreven suggereren, zouden individuen kwetsbaar kunnen maken voor zelfs lichte stressoren en letsel. Inderdaad: individuen met CVS herstellen niet van stressoren; een opvallend minimale stress, zoals enkele honderden meter wandelen, kan een persoon met CVS meerdere dagen uitgeput achterlaten. In studies die individuen met CVS vergelijken met gezonde controle-individuen, is de stress-proteïne respons bij inspanning significant afgestompt. Een studie die serum Hsp27 en Hsp70 bij CVS-patiënten vergeleek met die van controle-individuen vóór en na een oplopende uitputtende fiets-inspanning vond lagere baseline Hsp70-waarden in de CVS-groep vergeleken met de controle-groep. Hsp27 en Hsp70 bleken ook niet in staat zo snel tot hoge waarden te klimmen in de CVS-groep als bij hun gezonde tegenhangers [Jammes Y et al. Chronic Fatigue Sydrome combines increased exercise-induced oxidative stress and reduced cytokine and Hsp responses. J Intern Med (2009) 266: 196-206; zie ‘CVS * Oxidatieve Stress en Hsp bij inspanning]. Een andere studie bij CVS-patiënten maakte een onderverdeling tussen zij die CVS ontwikkelden na infektie en anderen. De Hsp27- en Hsp70-waarden stegen niet bij inspanning in individuen met infektie-geassocieerde CVS, en daalden zelfs onder basale waarden – wat wellicht verklaart waarom CVS-individuen klagen over uitputting na matige inspanning [Jammes Y et al. Chronic Fatigue Syndrome: acute infection and history of physical activity affect resting levels and response to exercise of plasma oxidant/anti-oxidant status and heat-shock proteins. J Intern Med (2012) 272(1): 74-84]. Bovendien bevatten CVS spier-biopten mitochondrieën met funktionele en morfologische defekten consistent met een verstoorde intracellulaire verdeding [Myhill S, et al. (2009) Chronic Fatigue Syndrome and mitochondrial dysfunction. Int J Clin Exp Med (2009) 2: 1-16]. Ten slotte rapporteerden onderzoekers bij het bestuderen van ouder-wordende individuen dat monocytair en lymfocytair Hsp27 positief correleert met resistentie tegen vermoeidheid.

Hoewel de etiologie van CVS als multifactorieel word beschouwd, zijn voorafgaande infekties – bijzonderlijk virale – waarschijnlijk belangrijke triggers voor CVS. Ter ondersteuning van een infektueuze boosdoener: een studie van CVS- versus controle-individuen noteerde verhoogde concentraties PKR-proteïne [proteïne-kinase R; signaal-transductie enzyme dat centraal staat bij de cellulaire respons op stress-signalen zoals pathogenen, cytokinen, bestraling, enz.] en interferon, met een minimale overlapping van de waarden van de controle-groep [Vojdani A et al. Elevated apoptotic cell population in patients with Chronic Fatigue Syndrome: the pivotal role of protein kinase RNA. J Intern Med (2007) 242: 465-478]. Er werden ook gestegen interferon-concentraties gedetekteerd bij zieke Golf Oorlog veteranen met chronische vermoeidheid. Toediening van interferon levert zelf vermoeidheid op en werd gebruikt als model om CVS te bestuderen (persoonlijke communicatie met J. Jones van het CDC).

Als de symptomen van CVS een verstoorde Hsp-toestand weerspiegelen, dan zou het verbeteren van Hsp-respons de aandoening moeten verbeteren. Inderdaad: een voeding-supplement (Adapt-232 forte) – een combinatie van extracten van 3 kruiden (Eleutherococcus senticosus, Schisandra chinensis en Rhodiola rosea) – verhoogt Hsps in respons op inspanning. Ditzelfde produkt was doeltreffend bij het verminderen van vermoeidheid en het verbeteren van de prestaties in een placebo-gecontroleerde proef bij CVS-patiënten [Panossian et al. Adaptogens exert a stress-protective effect by modulation of expression of molecular chaperones. Phytomedicine (2009) 16: 617-622].

[…]

Implicaties en uitbreidingen

Veel chronische ziekten – diabetes, myocarditis, nefritis, arthritis, encefalitis, asthma, bronchitis en Chronische Vermoeidheid Syndroom – worden dikwijls voorafgegaan door een niet-specifieke virale ziekte. Researchers hebben voorgesteld dat PKR als een pathogen-sensor optreedt die inflammatoire processen aanwakkert die aan de basis liggen van de pathogenese van metabole ziekten. [Restoring endoplasmic reticulum function by chemical chaperones: an emerging therapeutic approach for metabolic diseases. Diabetes Obes Metab (2010) 12: 108-115 => 4-fenylbboterzuur (PBA) en tauroursodeoxycholinezuur (TUDCA) werden door de FDA goedgekeurd] Ze suggereren dat PKR-aktivatie een sleutel-rol spelt bij het initiëren van type-1 én -2 diabetes, en merken op dat PKR-aktivatie bij hepatitis-C kan bijdragen tot de hoge prevalentie van diabetes geassocieerd met deze infektie. Relevant is dat beide types diabetes geassocieerd zijn met verstoorde cellulaire stress-respons en worden verbeterd door het herstel van de stress-respons [bv. van Eden W et al. Heat-shock proteins induce T-cell regulation of chronic inflammation. Nat Rev Immunol (2005) 5: 318-330]. Daarom stellen we de vraag: “Is een virale verstoring van de cellulaire stress-respons een belangrijke bijdragende factor tot de pathogenese van talrijke diverse zieketen?”.

Een opmerkelijke post-virale ziekten waar een pathogene verklaring ontbreekt, is Syndroom van Reye. Deze acute rampzalige ziekte komt typisch voor bij kinderen die worden behandeld met aspirine tijdens een virale ziekte [waterpokken; Varicella zoster]. Het kind wordt snel ziek en ontwikkelt multi-orgaan falen. Er worden lage Hsps gezien bij sepsis [ontsteking-reaktie van het hele lichaam als respons op een infektie] en acuut respiratoir ‘distress’ syndroom [ernstige longaandoening]. Leidt het feit dat aspirine eIF2α [‘eukaryote translatie initiatie factor’; interferon, PKR en eIF2α mediëren het effekt van virale infektie op proteïne-translatie inclusief Hsp 70] – dezelfde molekule die wordt geaktiveerd door interferon en virale ziekte – aktiveert, tot een verdubbelde impact van verstoorde Hsp-proteïne translatie en verlies van weefsel-verdediging? Inderdaad: er werd een intra-mitochondriaal defekt in mitochondriale enzyme verwerking geobserveerd bij Reye’s syndroom en er werd voorgesteld dat een toestand van gereduceerd Hsp verantwoordelijk is voor deze abnormaliteit.

Gezien de interaktie tussen virale infekties en de stress-respons van de gastheer, kan men voorspellen dat een molekule die Hsps doet stijgen, de klinische impact van een virale infektie zou kunnen veranderen. Inderdaad: Salidroside – een extract van R. rosea dat in Adapt-232 [zie hierboven] zit – bleek de ernst van Coxsackie myocarditis te reduceren. Toediening van salidroside vermindert myocardiale inflammatie en apoptose, wat de myocardiale werking in met Coxsackie geïnfekteerde dieren behoudt. Ook geranylgeranylaceton (GGA), een Hsp-inducer, heeft een doeltreffende antivirale werking tegen influenza-A infektie. GGA beperkt virale replicatie, blokkeert de synthese van het virulent viraal proteïne NS1 [influenza eiwit] en beperkt gewichtsverlies en pulmonaire infiltratie. GGA wordt al tientallen jaren klinisch gebruikt voor het behandelen van maagzweren, is veilig voor mensen en goedkoop.

Naast influenza-A worden andere virale infekties die hoge Hsp-expressie geven – en die daarom gevoelig zouden kunnen zijn voor Hsp-verhogende middelen – veroorzaakt door rhinovirus , rotavirus, poliovirus, vesiculair stomatitis virus, Sindbis virus, leukemie virus type-1 en HIV1. Het beschikbaar hebben van middelen die ziekte kunnen behandelen gaande van de alomtegenwoordige verkoudheid tot de fatale HIV, of die een hoge impact hebben zoals influenza-pandemieën, zou een zegen voor de mensheid zijn. Zou een Hsp-inducer kunnen worden toegediend wanneer de diagnose van type-1 diabetes voor het eerste wordt gesteld en zo de vernietiging van beta-cellen kunnen beperken? Op een soortgelijke manier werden symptomen van Parkinson’s geobserveerd na seizoensgebonden influenza. Aangezien het geweten is dat Hsps een beschermende rol hebben bij het beperken van de impact van Parkinson’s, zouden Hsp-inducerende medicijnen de ultieme impact van influenza-infekties op de gezondheid kunnen beperken. Het valt echter op te merken dat hoewel het verhogen van Hsps beschermend zou kunnen zijn in geval van sommige virale infekties, het in andere gevallen, theoretisch, virale replicatie zou kunnen doen stijgen.

Het bestuderen van de interaktie tussen virus en gastheer als het gaat om stress-proteïnen kan inzichten bieden die een nieuwe visie over ziekte-causatie en -presentatie genereren. We hopen dat de hier opgeworpen gedachten nieuwe hypothesen zullen genereren die kunnen worden getest en zouden kunnen leiden tot werkzame therapieën voor heel wat ziekte-toestanden.

augustus 2, 2014

‘Heat-shock’ proteïne 60 herkenning bij M.E.

Filed under: Celbiologie — mewetenschap @ 1:09 pm
Tags: , , , , , , ,

Op de 9e ‘Invest in M.E. International Conference’ over research naar M.E. (30 Mei 2014) besprak Jonas Blomberg (Hij was degene die rapporteerde dat er géén XMRV bij Zweedse M.E.-patiënten werd aangetroffen.) de mogelijkheid tot door infektie geïnduceerde auto-immuniteit bij M.E. Zijn lab gebruikt een techniek die hen in staat stelt honderden antilichamen ter zelfder tijd te bekijken. Auto-immuniteit kan het centraal zenuwstelsel en de perifere zenuwen beschadigen. Bij M.E. zouden er “post-translationele modificaties” (veranderingen in de eiwitten na de vertaling vanuit RNA) of kruis-reagerende microbiële proteïnen kunnen voorkomen. Er zijn aanwijzingen dat M.E.-patiënten een verstoorde mitochondriale werking vertonen, wat verband zou kunnen houden met de post-exertionele malaise en uitputting. Een slechter werkend energie-metabolisme zou te wijten kunnen zijn aan een blokkage door bepaalde antilichamen. Er zijn veel neurologische ziekten die een auto-immune basis hebben (bv. M.S.). Er zijn ook veel voorbeelden van post-infektueuze auto-immuniteit (Mycoplasma, Chlamydia, EBV, CMV, Toxoplasmose, Borrelia, enz. (Wij gaven hier al meermaals mee dat wellicht niet één enkele verwekker verantwoordelijk is voor M.E.). Volgens Blomberg is het “beter te kijken naar antilichamen, dan naar de microbe zelf”.

Onderstaand artikel van Blomberg en zijn collegas van de afdeling Klinische Microbiologie van het ‘Uppsala Academic Hospital’ (Zweden) in het prestigieus wetenschappelijk tijdschrift PLoS ONE maakt melding van het feit dat bij M.E.-patiënten antilichamen in hun bloed werden aangetroffen, die gericht zijn tegen een proteïne dat voorkomt in menselijke cellen en in bakterieën. Omdat gezonde mensen zelden of nooit dit soort antilichamen hebben, zouden hun resultaten de theorie ondersteunen dat M.E. minstens in sommige gevallen een zogenaamde auto-immune ziekte is die wordt getriggerd door een courante infektie.

In deze studie construeerden de researchers op een synthetische manier kleinere delen (peptiden, ketens van aminozuren) van een proteïne genaamd Hsp60. Dit komt voor in de energiefabriekjes van cellen (de mitochondrieën; die evolutionair eigenlijk ‘intracellulaire bakterieën’ zijn die oorspronkelijk – meer dan een miljard jaren geleden – door onze cellen werd opgenomen) van multi-cellulaire organismen (zoals de mens) en in microben. Antilichamen tegen delen van het Hsp60-proteïne komen ook courant voor bij patiënten met diabetes, Multipele Sclerose en andere auto-immuun ziekten.

Met behulp van de geconstrueerde peptiden hebben de onderzoekers kunnen nagaan of patiënten met M.E. antilichamen in hun bloed hebben die gericht zijn tegen delen van Hsp60. Dat was het geval. Maar niet bij allemaal; het aantreffen van antilichamen tegen Hsp60 verklaart dus niet alles. De resultaten komen wel overéén met het idee dat M.E. een auto-immuun ziekte is. In 17 op 69 (ca. 25%) bloedstalen van M.E.-patiënten waren antilichamen aanwezig tegen een peptide aanwezig in het Hsp60-proteïne uit het micro-organisme Chlamydia pneumoniae (Hsp60 van mensen en microben lijken echter erg op mekaar dus dit betekent niet noodzakelijk dat C. pneumoniae aanleiding heeft gegeven tot de antilichamen; dat moet verder worden nagegaan.). Slechts 1 staal van 331 gezonde bloed-donoren en 68 patiënten met één van de twee auto-immuun ziekten M.S. of S.L.E. had dergelijke antilichamen.

Op basis van deze bevindingen brachten Blomberg et al. de hypothese naar voor dat antilichamen aangemaakt in respons op een infektie zou kunnen bijdragen tot de symptomen van M.E. en dit door een ontwrichting van de normale werking van Hsp60 in mitochondrieën. Dit dient echter nog verder te worden onderzocht.

Het artikel is vrij technisch en alles tot in detail uitleggen zou ons te ver leiden. Het is dan ook onze bedoeling om onderzoekers in te lichten zodat ze dit kunnen meenemen naar hun research. Patiënten kunnen het doorgeven aan hun behandelaars en pleitbezorgers kunnen er verder op bouwen.

————————-

PLoS One (2013) 8(11): e81155

Epitopes of microbial and human heat-shock protein 60 and their recognition in Myalgic Encephalomyelitis

Elfaitouri A, Herrmann B, Bölin-Wiener A, Wang Y, Gottfries CG, Zachrisson O, Pipkorn R, Rönnblom L, Blomberg J

Section of Clinical Microbiology, Department of Medical Sciences, Uppsala University, Uppsala, Sweden

Samenvatting

Myalgische Encefalomyelitis (M.E., ook Chronische Vermoeidheid Syndroom genoemd), een ziekte met chronische vermoeibaarheid, cognitieve dysfunkties en spierpijn met een ongekende etiologie, begint dikwijls met een infektie. Het chaperonine [Chaperoninen behoren tot een grote klasse molekulen die helpen bij proteïne-opvouwing, genaamd molekulaire chaperones. Zie o.a. ‘‘Heat-shock’ proteïnen en inspanning bij CVS] menselijk ‘heat-shock’ proteïne 60 (Hsp60) voorkomend in mitochondrieën en in bakterieën, is evolutionair sterk geconserveerd gebleven, antigeen [d.w.z. kan aanzetten tot antilichaam-produktie] en een belangrijk auto-antigen. De anti-Hsp60 humorale immuun-respons (IgG en IgM) werd bestudeerd bij 69 M.E.-patiënten en 76 bloed-donoren (BD) (de ‘training-set’ [Van de 69 M.E.-patiënten waren er 29 met enkel M.E. (Canadese criteria 2007), 13 met M.E.+FM, 15 M.E.+IBS & 12 M.E.+FM+IBS. Bij de 7 niet-M.E. patiënten: 4 met FM & 3 met FM+IBS.]) met recombinant menselijk en E. coli [bakterie] Hsp60, en 136 overlappende en geselekteerde peptiden van Hsp60 van mensen, Chlamydia, Mycoplasma en 26 andere soorten in een Suspensie Multiplex Immuno Test (SMIA) [bepalen van meerdere antilichamen ter zelfder tijd]). Peptiden van de Hsp60 helix [spiraalvormige secundaire struktuur van proteïnen] hadden een chaperonine-achtige aktiviteit maar deze en andere Hsp60-peptiden bonden ook IgG en IgM met een M.E. voorkeur, wat er theoretisch op wijst op een competitie tussen Hsp60 funktie en antilichaam-binding. Er werd een op Hsp60 gebaseerd panel van 25 antigenen geselekteerd. Bij evaluatie met 61 andere M.E. [De ‘evaluatie-set’: 61 patiënten met hoofd-diagnose of M.E., maar 5 voldeden ook de criteria voor FM en 6 voor IBS.] en 399 niet-M.E. stalen (331 BD, 20 Multipele Sclerose en 48 Systemische Lupus Erythematosus patiënten), detekteerde een peptide van Chlamydia pneumoniae Hsp60 IgM in 15 op 61 (24%) bij M.E. en in 1 op 399 niet-M.E. aan een hoge ‘cut-off’ (p < 0.0001). IgM tegen specifieke kruis-reagerende epitopen van menselijk en microbieel Hsp60 komt voor in een subgroep van M.E., wat compatibel is met door infektie-geïnduceerde auto-immuniteit.

Inleiding

Chaperoninen zijn courante auto-antigenen. Hsp60 is uniek wat betreft de hoge conservatie bij pro- en eukaryoten [cellen zonder en met kern] en het feit dat ze zeer antigeen zijn. Multipele Sclerose (M.S.) patiënten hebben auto-antilichamen (overwegend IgM) tegen chaperoninen zoals Hsp60, Hsp70 en alfa-B-crystalline [ook een (klein) ‘heat-shock proteïne]. Antilichamen tegen peptiden van humaan Hsp60 komen ook courant voor bij type-1 diabetes. Antilichamen tegen een microbieel Hsp60 zullen waarschijnlijk kruis-reageren met menselijk Hsp60, wat ook kan kruis-reageren met andere humane proteïnen.

Myalgische Encefalomyelitis (M.E.) – ook ‘Chronische Vermoeidheid Syndroom’ (CVS) genoemd, is een chronische invaliderende ziekte, gekenmerkt door chronische vermoeibaarheid, cognitieve dysfunktie en spierpijn. Talrijke onderzoeken hebben ook een onverklaarde langdurige chronische inflammatie en immuun-dysfunktie bij sommige M.E.-patiënten aangetoond, inclusief auto-immuniteit. Een mitochondriale dysfunktie bij M.E.-patiënten werd ook gerapporteerd maar dit vergt verder onderzoek. M.E. overlapt met fibromyalgie (FM) en prikkelbare darm syndroom (IBS). Het komt vaak naar boven na een ernstige virale of bakteriële infektie. Humaan herpes-virus 6 (HHV-6), Epstein-Barr virus (EBV), enterovirussen, parvovirus-B19, Chlamydia pneumoniae & Mycoplasma bleken betrokken bij M.E. maar er is geen bewijs dat ze de enige oorzaak van M.E. zijn. […] Hoewel er beperkingen zijn wat betreft de interpretatie van infektie-serologie [aantonen van antilichamen], is het in de praktijk dikwijls mogelijk voorbije of aanwezige microbiële aktiviteit vast te stellen door het bestuderen van de waarden van IgG en IgM [types antilichamen] gericht tegen de microbe. Het huidig onderzoek ontsprong uit een grote inspanning om serologische merkers die selektief zijn voor M.E. te vinden. Meer dan 1.000 virale, bakteriële en protozoale antigenen (volledige microben, recombinante proteïnen en synthetische peptiden) werden getest. We observeerden dan een tendens voor een selektief reageren van Hsp60-antigenen met M.E.-stalen vergeleken met controles. Dit was de aanleiding voor de huidige studie, waarbij SMIA werd gebruikt om simultaan IgG- en IgM-antilichamen tegen recombinante en peptide ‘heat-shock’ proteïne 60 (Hsp60) antigenen van mensen en vele microben te detekteren bij M.E. en controles. We vonden een belangrijk epitoop [deel van een macromolekule (meetsal proteïne) dat kan worden herkend door antilichamen of cellen van het immuunsysteem] dat overlapte met de peptide-bindende helix van Hsp60. Enkele van de Hsp60-epitopen bonden preferentieel antilichamen in M.E.-stalen. Bij het testen op een onafhankelijke evaluatie-groep van 61 M.E.-patiënten, reageerde één van de antigenen preferentieel met M.E.-, maar niet zoveel met BD-, M.S.- en S.L.E.-stalen.

Er werden abnormale Hsp60-waarden en een abnormale Hsp60-respons op inspanning gevonden bij M.E.-patiënten [Thambirajah AA, Sleigh K, Stiver HG, Chow AW. Differential heat-shock protein responses to strenuous standardized exercise in Chronic Fatigue Syndrome patients and matched healthy controls. Clin Invest Med (2008) 31: E319-E327; zie ‘‘Heat-shock’ proteïnen en inspanning bij CVS]. Het effekt van Hsp60-antilichamen op humaan Hsp60 en mitochondriale funkties, en hoe een mogelijk nadelig effekt van dergelijke antilichamen normaal wordt vermeden, dient nog te worden bepaald. Onze resultaten tonen Hsp60-epitopen aan die worden herkend door het immuunsysteem van gezonde individuen, meer bij IgM- dan bij IgG-antilichamen, alsook een selektieve immuun-respons gericht tegen enkele Hsp60-epitopen in een subgroep M.E.-patiënten. Het is waarschijnlijk dat Hsp60-antilichaam reakties te wijten aan infektie, de vorming van auto-antilichamen tegen humaan Hsp60 bevorderen. Of dit enige relevantie heeft voor de pathogenese en diagnose van M.E. is onzeker.

[…]

Bespreking

Hsp60 is een belangrijke molekule bij een aantal funkies, bv. als mitochondriaal chaperonine dat deelneemt aan cellulaire stress-reakties en het aanbieden van molekulen op het cel-oppervlak en extracellulair. Het zou ook NK-cel aktiviteit kunnen reguleren [Michaëlsson J, Teixeira de Matos C, Achour A, Lanier LL, Kärre K et al. A signal-peptide derived from Hsp60 binds HLA-E and interferes with CD94/NKG2A recognition. J Exp Med (2002) 196: 1403-1414]. Humaan Hsp60 ontstond waarschijnlijk uit Hsp60 van de alfa-proteobakterieën die de aanzet waren voor het ontstaan van mitochondrieën. De sterke conservatie in eu- en prokaryoten en hoge antigeniteit [capaciteit om specifiek te binden op antilichamen] bestemmen het voor tot immunologische kruis-reaktiviteit. Enkelvoudige nucleotide polymorfismen [kleine variaties in het DNA] in humaan Hsp60 veroorzaken ‘erfelijke spastische paraplegie’ [heterogene groep neurodegeneratieve aandoeningen gekenmerkt door progressieve spasticiteit en zwakte van de onderste ledematen]. Een verkeerde werking van Hsp60 kan zodoende theoretisch diverse effekten veroorzaken: mitochondriale dysfunktie, immune ontregeling en kwalen van het centraal zenuwstelsel. Het is een molekule die centraal staat bij auto-immuniteit. Auto-immune ziekten waar Hsp60-antilichamen werden gerapporteerd, zijn M.S., type-1 diabetes en atherosclerose. Dit artikel identificeert kruis-reagerende Hsp60-epitopen met een grote set van lange synthetische peptiden en hun selektieve herkenning bij sommige patiënten die lijden aan M.E. Het zou een toekomstige logische uitbreiding kunnen zijn om te onderzoeken of affiniteit-gezuiverde antilichamen tegen deze epitopen interfereren met Hsp60 of met de mitochondriale funktie.

Overlappende peptiden van humaan Hsp60 identificeerden een frequent herkend auto-epitoop (peptiden G20 en G20c) van humaan Hsp60, dat de helix, een belangrijke proteïne-bindende plaats van het Hsp60-chaperonine, overlapt. Epitopen die werden gedetekteerd met de IgM-test waren talrijker dan deze die werden gevonden met de IgG-test. Dit werd gezien bij de 3 epitoop-scans, met humaan, Chlamydia en Mycoplasma Hsp60. Dit duidelijk verschil in epitoop-repertoire tussen de IgG- en IgM-testen werd, naar ons weten, nog niet eerder veastgesteld. Bij de Ig-klasse ‘switch’ [wisseling van immuunglobuline-isotype] zou een epitoop-selektie kunnen betrokken zijn die gebaseerd is op de graad van auto-reaktiviteit en aviditeit [binding-neiging]. De manier van presentatie van peptiden aan het ‘bead’-oppervlak was ook belangrijk. [Bij de SMIA-test zijn de peptide-antigenen via een ‘spacer’-molekule gebonden op ‘beads’ (pareltjes)] Er werden verschillen gezien tussen reaktiviteit-patronen van Chlamydia Hsp60-peptiden met verschillende ‘spacer’-lengtes, het meest uitgesproken bij de IgG-test.

Enkele peptiden van humaan Hsp60 behielden een chaperonine-achtige, eerder gemengde proteïne-bindende aktiviteit. Deze niet-antilichaam-afhankelijke binding creëerde onzekerheid over hoeveel van het signaal van de antilichaam-afhankelijke binding specifiek was. In experimenten met blokkerende proteïnen en titraties vonden we echter dat de proteïne-inhoud van het patient-staal genoeg was om de algemene proteïne-binding van enkele Hsp60-peptiden te blokkeren. De verdunning-vloeistof van het test-systeem was proteïne-vrij. Dit liet ons toen de chaperonine-achtige peptide- en proteïne-binding van bepaalde Hsp60-peptiden te detekteren en evalueren. We gebruikten 5 [gelabelde] dodecapeptiden [peptide bestaande uit 12 aminozuren] die werden geselekteerd op hoge Hsp60-affiniteit. Twee daarvan bonden in onze SMIA-test op zowel recombinant humaan en E. coli Hsp60 en op peptiden homoloog met G20c die de helix bevatten. Zodoende was de binding-specificiteit van de G20c-peptiden gelijkaardig met die van het volledig Hsp60-proteïne. De proteïne-bindende aktiviteit kwam preferentieel voor dichtbij de helix, een primaire proteïne-bindende struktuur van het Hsp60 chaperonine.

Enkele humane Hsp60 peptiden reageerden selektief met M.E.-stalen vergeleken met deze van BD. IgM-reakties maakten meer onderscheid van IgG-reakties. Een humaan Hsp60-peptide (G20c), waarbij 3 aminozuren waren verschoven naar het amino-einde ten opzichte van het-G20 peptide, vertoonde een hogere verhouding antilichaam-binding/NTC-binding [NTC = ‘non-template control’; negative controle (zonder patiënten-staal); deze waarde kan worden beschouwd als ‘achtergrond’] in menselijke stalen dan het G20-peptide. Daarom kozen we het als basis voor verdere onderzoeken.

In een uitbreiding van de epitopen-scan vergeleken we peptiden die homoloog zijn met humaan G20c peptide, een ‘fyloscan’ [zoeken naar evolutionaire verbanden]. Bepaalde M.E.- en BD-stalen gaven hoge IgG en IgM antilichaam-reakties tegen Hsp60 peptides van Leishmania en Schistosoma. Net zoals Plasmodium, komen deze microben zelden voor in Zweden. De zeer sterk bewaarde sequentie van Hsp60 kan leiden tot onverwachte serologische kruis-reakties. De sterke correlatie-coefficiënten van enkele struktureel tegenstrijdige peptide-paren ondersteunt deze conclusie. Ondanks een duidelijk sequentie-verschil en een grote fylogenetische afstand [minder evolutionaire verwantschap], vertoonden peptiden van E. coli, Listeria, Burkholderia, Staphylococcus en Cryptosporidium [bakterieën] een bijna perfekte antigeniteit-correlatie voor de IgG-gegevens. Een minder perfekte, maar nog steeds sterke, correlatie werd gezien voor de antigeniteiten van vele G20c-homologen bij de IgM-test. De diversiteit van sequentie-herkenning was dus groter voor de IgM- dan voor de IgG-testen. Eén interpretatie is dat een grotere diversiteit qua IgM-herkenning wordt vervangen door een eenvoudiger IgG-herkenning tijdens maturatie van de humorale immuniteit; wat een “finaal gemeenschappelijk” anti-Hsp60 mechanisme suggereert. Dezelfde conclusie kan worden getrokken uit het hoger aantal epitopen herkend bij de IgM-test met overlappende peptiden van menselijk Hsp60, Chlamydia pneumoniae Hsp60 en Mycoplasma penetrans Hsp60. Een groot initieel aantal IgM epitopen zou kunnen vervangen zijn een klein aantal meer kruis-reacgerende IgG epitopen. Men kan redelijkerwijs veronderstellen dat herhaalde blootstellingen aan microbiële Hsp60-epitopen normaal gezien naar onschadelijke, meer of minder auto-reaktieve, antilichamen leidt. […]. Het fenomeen van ‘epitoop-spreiding’ [manier waarop auto-immuniteit kan optreden, gebruikmakend van een mechanisme van molekulaire nabootsing] zou een gelijkaardig iets kunnen zijn. De verregaande conservatie en kruis-reaktiviteit van bepaalde Hsp60 epitopen is van kritiek belang bij het onderscheiden van ‘self/non-self’, met een groot potentieel op fouten.

De observaties van de ‘fylo-scan’, en eerdere publicaties, leidden er ons toe 3 meer overlappende peptide-sets te synthetiseren: één met een tri-ethyleen-glycol ‘spacer’ [inerte molekule tussen antilichaam en drager om ruimtelijke afstand te scheppen] van Mycoplasma penetrans Hsp60 en 2 van Chlamydia pneumoniae Hsp60. De laatste 2 hadden ofwel een tri- of een hexa-ethyleen-glycol ‘spacer’. De ‘spacers’ leverden gelijkaardige, maar geen identieke, resultaten op. De relatief lange peptiden (30-meren) die hier werden aangewend, zouden enige secundaire struktuur en ‘mimicking’ [nabootsing] van conformationele epitopen kunnen toelaten. Dit ligt echter ver van de meer volledige epitoop-configuratie van een volledig proteïne.

Meerdere van de onderscheidende peptiden die werden gedefinieerd op basis van de training-set kwamen van Chlamydia pneumoniae en Mycoplasma penetrans. Drie belangrijke Hsp60-gebieden bevatten M.E.-selektieve epitopen, halverwege tussen het amino-einde en het midden, het midden, en halverwege tussen het midden en het carboxy-einde. Het helix-domein is dus niet het enige M.E.-specifieke domein. IgM-epitopen bleken meer frequent M.E. en niet-M.E. stalen te onderscheiden. Vele, maar niet alle, van de onderscheidende peptiden gaven ook hogere NTC-waarden. Het blokkerend effekt van de proteïnen in de stalen, en de subtractie-procedure [De waarden verkregen van de NTC en de ‘naakte pareltjes’ werden afgetrokken van de meet-waarden van de stalen.], waarbij de M.E. en niet-M.E. stalen op dezelfde manier werden behandeld, controleerde voor de chaperonine-achtige binding van die peptiden.

De meeste van de antigenen die werden gedefinieerd op basis van de ‘training-set’ waren niet zo M.E.-selektief in de ‘evaluatie-set’. Dit was te wijten aan de variërende IgM-reaktiviteit in de stalen van de bloed-donoren van verschillende jaren. Het is dus waarschijnlijk dat vele van de “M.E.-specifieke” IgM-reakties die werden gevinden in de ‘test-set’ te wijten waren aan de lage reaktiviteit in de bloed-donor stalen van 2010. Het Chlamydia pneumoniae G20c homoloog peptide in de IgM-test behield echter een uitgesproken M.E.-preferentie. Het verdient te worden overwogen als lid van een toekomstig M.E. biomerker-panel.

Reaktiviteit voor een waaier aan Hsp60-epitopen is courant bij zowel gezonde individuen als personen met gevarieerde ziekten. Er dient een bredere studie met inbegrip van meer stalen van verschillende soorten S.L.E.-patiënten en andere auto-immune ziekten (zoals T1D en Reumatoïde Arthritis) plus patiënten die lijden aan myocard-infarct en andere tekenen van atherosclerose, te worden uitgevoerd.

Overzicht van antigeniteiten van humaan, Chlamydia en Mycoplasma Hsp60-peptiden uit onze studie, in de context van resultaten van andere Hsp60-epitoop ‘mapping’-studies.

Onze resultaten vergeleken met eerder werk aangaande Hsp60-epitopen

Wanneer de resultaten van onze epitopen-scanning in de context van eerder gerappporteerde Hsp60-epitopen werden geplaatst, dook een complex beeld op. Er werden meerdere ziekte-correlaties en diagnostische toepassingen voor korte synthetische Hsp60-peptiden gemeld. Onze resultaten met 30-mer overlappende peptiden met menselijke, Chlamydia en Mycoplasma peptiden deden denken aan, maar waren verre van identiek met, eerdere resultaten.

Implicaties van de resultaten voor het begrijpen van de pathogenese van M.E.

Hsp60 is een belangrijk auto-antigen. De funktie van Hsp60 is het interageren met proteïnen op verschillende manieren, dus is het geen verrassing dat het naar voor komt als een kandidaat bij veel beschouwingen over het pathomechanisme. Hoewel we relatief hoge waarden van antilichamen tegen specifiieke Hsp60-epitopen vinden bij M.E., is de hoge frequentie van anti-HSP60 antilichamen in controle-stalen, en de hoge conservatie-graad en vele funkties van Hsp60, een argument tegen simplistische conclusies betreffende zijn etiologische rollen en mogelijke therapeutische implicaties [peptide-vaccins kunnen negatieve effekten geven]. Resultaten van anderen geven aan dat Hsp60 kruis-reakties ook epitopen van andere chaperoninen omvatten, en misschien virale kaspel proteïnen [coxsackie- en picorna-virussen]. Onze resultaten zijn compatibel met de aanwezigheid van door infektie opgewekte auto-antilichamen bij M.E. De bevinding dat auto-antilichamen voorkomen bij M.E. is niet nieuw [lees bv. ‘Vaccinatie en CVS]. Er werd een verhoogde frequentie van antilichamen tegen cardiolipine [belangrijk bestanddeel van het binnenste membraan van het mitochondrium] gerapporteerd [Hokama Y et al. Anticardiolipin antibodies in the sera of patients with diagnosed Chronic Fatigue Syndrome. J Clin Lab Anal (2009) 23: 210-212]. Zoals Hsp60 is dit een molekule die voorkomt in zowel mitochondrieën als bakterieën. Het panorama aan auto-antilichamen bij M.E. zou verder onderzocht moeten worden.

Speculatie betreffende een mogelijke pathogene rol van anti-Hsp60

De verstrekkende vermoeibaarheid bij M.E. zou verband kunnen houden met een verstoord aëroob energie-metabolisme tijdens herstel van inspanning [Vanness JM, Snell CR et al. Subclassifying Chronic Fatigue Syndrome through exercise-testing. Medicine and science in sports and exercise (2003) 35: 908-913 /// White AT, Light AR et al. Severity of symptom-flare after moderate exercise is linked to cytokine-activity in Chronic Fatigue Syndrome. Psychophysiology (2010) 47: 615-624, zie Symptoom-opflakkering verbonden met cytokine-aktiviteit bij CVS] en mitochondriale dysfunktie [Plioplys AV, Plioplys S. Electron-microscopic investigation of muscle mitochondria in Chronic Fatigue Syndrome. Neuropsychobiology (1995) 32: 175-181 /// Lodi R, Taylor DJ, Radda GK. Chronic Fatigue Syndrome and skeletal muscle mitochondrial function. Muscle Nerve (1997) 20: 765-766]. Men kan speculeren dat anti-Hsp60 antilichamen bij M.E. ook interfereren met de werking van Hsp60, in mitochondrieën en elders. Auto-antilichamen tegen mitochondriale enzymen van de Krebs-cyclus komen voor bij primaire biliaire cirrhose [zie ookVerder onderzoek van mitochondriale funktie in spieren bij M.E.(cvs)]. Immunologische abnormaliteiten, zoals NK-cel dysfunktie, worden frequent gemeld bij M.E. [Brenu EW et al. Longitudinal investigation of Natural Killer cells and cytokines in Chronic Fatigue Syndrome/Myalgic Encephalomyelitis. J Transl Med (2012) 10: 88. /// Fletcher MA et al. Biomarkers in Chronic Fatigue Syndrome: evaluation of Natural Killer cell function and dipeptidyl-peptidase IV/CD26. PLOS ONE (2010) 5: e10817]. Het is denkbaar dat een verstoring van de Hsp60 turn-over die wordt teweeggebracht door anti-Hsp60 de NK-cel aktiviteit zou kunnen beïnvloeden. […] Een auto-antilichaam afhankelijk mechanisme achter M.E. is ook in overéénstemming met de resultaten van behandeling met anti-CD20 monoklonaal antilichaam [zie ‘Gewijzigde funktionele B-cel subgroepen bij M.E.(cvs)], waarbij B-cel depletie leidde tot substantiële verbetering bij ca. 60% van de M.E.-patiënten. Er zou moeten worden onderzocht of M.E. een gelijkaardige pathogenese heeft als de post-infektueuze neuro-immunologische ziekten.

Besluiten

Gebruikmakend van 3 sets van volledig overlappende synthetische 30mer peptiden in een multiplex suspensie test, definieerden we het patroon van IgG- en IgM-herkenning van Hsp60-epitopen van bloed-donoren en M.E.-patiënten. Bepaalde peptiden van Hsp60 van pro- en eukaryoten (inclusief mensen), voornamelijk van de helix, behielden een chaperonine-achtige proteïne-bindende aktiviteit maar bonden ook IgG en IgM in M.E.-stalen, en dit meer frequent en meer intens dan die van de controles. De IgM-epitopen waren taltijker dan de IgG-epitopen. Enkele van hen waren onderscheidend voor M.E. De overéénstemming van de resultaten van Hsp60-peptiden van diverse gastheren pleit voor een kruis-reagerende bron (via mimotopen [macromolekulen, dikwijls peptiden, die de struktuur van een epitoop nabootsen en een antilichaam-respons opwekken]) van de auto-antilichamen die voorkomen bij M.E. en controles. Er werd een consensus peptide-sequentie van een belangrijk kruis-reagerend epitoop, samenvallend met de helix, gedefinieerd. Of de anti-Hsp60 antilichamen van M.E.-patiënten en controles ontstaan na één of meerdere acute of chronische infekties kan niet worden vastgesteld via deze uitsluitend serologische studie. We identificeerden een synthetisch Hsp60-peptide dat mogelijks diagnostisch nuttig kan zijn, samen met andere merkers, in een toekomstig biomerker-panel voor M.E.-patiënten. Afgezien van de mogelijke relatie van anti-Hsp60 antilichamen met M.E., zijn de definitie van Hsp60-epitopen en hun kruis-reaktiviteiten belangrijke uitkomsten van dit werk.

december 29, 2013

Infektie vóór CVS: oxidante status, kalium-uitstroom en spier-prikkelbaarheid bij inspanning

Filed under: Celbiologie — mewetenschap @ 4:18 pm
Tags: , , , , , , ,

Onderstaande studie toont aan dat een infektie verantwoordelijk kan zijn voor langdurige veranderingen qua oxidatieve stress die stoornissen van kalium-uitstroom uit de spiercellen na inspanning en qua membraan-prikkelbaarheid bij CVS-patiënten kan verklaren. Er zijn meerdere soorten infekties die de stoornissen kunnen veroorzaken.

————————-

Open Journal of Internal Medicine, 2013, 3: 98-105

Chronic Fatigue Syndrome with history of severe infection combined altered blood oxidant status and reduced potassium efflux and muscle excitability at exercise

Yves Jammes (1,2), Jean Guillaume Steinberg (2), Regis Guieu (1), Stephane Delliaux (1,2)

1 UMR MD2, Faculty of Medicine, Aix-Marseille University, Marseille, France

2 Clinical Respiratory Physiology, Exercise Testing Laboratory, North Hospital, Public Health-Hospitals in Marseille, Marseille, France

SAMENVATTING

Er werd gedocumenteerd dat het Chronisch Vermoeidheid Syndroom (CVS) een combinatie is van verhoogde oxidatieve stress met veranderde spier-prikkelbaarheid. Onze hypothese was dat deze stoornissen kunnen worden versterkt wanneer ernstige infektie de CVS-symptomen voorafging. Deze ‘case-control’ studie vergeleek 55 CVS-patiënten met een gematchte controlegroep van 40 gezonde individuen. Bij 55 CVS-patiënten werd ernstige infektie gerapporteerd binnen een periode van 3-7 maand voorafgaand aan de CVS-symptomen. De anderen hadden sport beoefend op hoog niveau. Plasma-concentraties van kalium, een merker voor lipiden-peroxidatie (thiobarbituurzuur reaktieve stoffen, TBARS) en een endogeen anti-oxidant (gereduceerd ascorbinezuur, RAA) werden gemeten. Er werd een aktie-potentiaal (‘M-wave’) uitgelokt in de vastus lateralis spier om de prikkelbaarheid van spier-membranen te onderzoeken. Alle individuen voerden een maximale toenemende fiets-inspanning uit. In vergelijking met controle-individuen hadden alle CVS-patiënten verhoogde TBARS-waarden in rust en, tijdens en na inspanning, een gewijzigde ‘M-wave’ configuratie. Een voorgeschiedenis van infektie was geassocieerd met duidelijke significante toename van TBARS-waarden in rust, versterkte ‘M-wave’ veranderingen en ook verminderde inspanning-geïnduceerde kalium-efflux. De omvang van de inspanning-geïnduceerde ‘M-wave’ veranderingen was proportioneel met de basale TBARS-waarde. Ernstige infektie voorafgaand aan CVS lijkt een stressor te zijn die een veranderde oxidant-status in het bloed en een verminderde spier-prikkelbaarheid bij inspanning induceert.

1. INLEIDING

Het Chronisch Vermoeidheid Syndroom (CVS) resulteert geeft een ernstige verstoring van de dagelijkse aktiviteiten. Er wordt een door inspanning geïnduceerde CVS-pathologie vermoed. CVS volgt echter vaak op een ernstige bakteriële of virale infektie en diverse vermoedelijke pathogenen – zoals het Epstein-Barr virus, cytomegalovirus, humaan herpesvirus, enterovirus, parvovirus en Mycoplasma, worden overwogen. Eerdere studies hebben uitgesproken veranderingen qua biologische en fysiologische reakties op maximale inspanning bij CVS-patiënten (in vergelijking met gezonde sedentaire personen) gerapporteerd [Jammes Y, Steinberg JG, Mambrini O, Brégeon F, Delliaux S. Chronic Fatigue Syndrome: assessment of increased oxidative stress and altered muscle excitability in response to incremental exercise. J Int Med (2005) 257: 299-310 /// Vecchiet J, Cipollone F, Falasca K et al. Relationship between musculoskeletal symptoms and blood-markers of oxidative stress in patients with Chronic Fatigue Syndrome. Neurosci Lett (2003) 335: 151-154; beide zie ‘Oxidatieve stress /// Jammes Y, Steinberg JG, Delliaux S, Bregeon F. Chronic Fatigue Syndrome combines increased exercise-induced oxidative stress and reduced cytokine and Hsp responses. J Int Med (2009) 266: 196- 206; zie ‘CVS * Oxidatieve Stress en Hsp bij inspanning’ / e.a.]. Deze verschillen omvatten duidelijke wijzigingen van de spier-membraan prikkelbaarheid na inspanning, een vroege en verlengde inspanning-geïnduceerde oxidatieve stress en een verzwakte ‘heat-shock’ proteïnen respons (HSP) [bv. Jammes Y, Steinberg JG, Delliaux S. Chronic Fatigue Syndrome: Acute infection and history of physical activity affect resting levels and response to exercise of plasma oxidant/anti-oxidant status and heat shock proteins. J Int Med (2012) 272: 74-84].

Een overmatige produktie van reaktieve zuurstof soorten (ROS), verantwoordelijk voor membraan lipiden-peroxidatie, oefent gekende effekten uit op geïsoleerde menselijke en dierlijke weefsels, inclusief verlies van membraan-exciteerbaarheid door een veranderde aktivatie van kalium (K+) kanalen in hart-myocyten [spiercellen] en de skeletspier-vezels. Bij gezonde mensen hebben spier-biopten aangetoond dat de sterkte van membraan-excitatie evenredig is met de K+-uitstroom, detekteerbaar in het plasma. Een verhoogde ROS-produktie oefent een remmende werking uit op de Na+/K+-pomp aktiviteit, waardoor de kalium-uitstroom en de spier-membraan exciteerbaarheid vermindert. De CVS-studie door Fulle et al. [Fulle S, Belia S, Vecchiet J et al. Modification of the functional capacity of sarcoplasmic reticulum membranes in patients suffering from Chronic Fatigue Syndrome. Neuromuscul Disord. 2003 Aug;13(6):479-484; zie ook ‘Struktuur en funktie van skelet-spieren gewijzigd bij CVS] heeft een ontregeling van de Na+/K+– en Ca2+-ATPase pompen en de veranderingen van ryanodine-kanalen [zie ook ‘Molekulair mechanisme voor verminderde inspanningscapaciteit’, ‘Ryanodine receptor & inspanning’ & ‘Transcriptie-profiel van spieren bij CVS] in het sarcoplasmatisch reticulum membranen bevestigd. [sarcoplasma = vloeistof die de myofibrillen van dwarsgestreepte spiervezels omgeeft] Deze auteurs hypothiseerden dat de ontregeling van de pomp-aktiviteiten het gevolg zou kunnen zijn van een toegenomen fluïditeit [omschrijvig van de viscositeit van de lipiden-lagen van een cel-membraan] van het sarcoplasmatisch membraan ten gevolge de door ROS geïnduceerde vorming van lipiden-hydroperoxiden. Het is goed gedocumenteerd dat ernstige bakteriële [Staphylococcus aureus] en virale [rhino-virus, influenza-virus, RSV] infekties, oxidatieve stress induceren. Zodoende zou infektie verantwoordelijk kunnen zijn voor een veranderde membraan-prikkelbaarheid ten gevolge van verminderde K+-uitwisselingen doorheen de spier-membranen.

Het opnemen van samengestelde uitgelokte aktie-potentialen in de spieren (‘M-wave’) [‘evoked compound muscle-potential’; een zenuw wordt elektrisch gestimuleerd en de opgewekte respons kan worden gemeten; een manier om perifere spier-vermoeidheid bij inspanning te meten] met oppervlakte-elektroden is een niet-invasieve methode die courant gebruikt wordt om de spier-membraan prikkelbaarheid te onderzoeken in rust en bij inspanning [Arnaud S, Zattara-Hartmann MC, Tomei C, Jammes Y. Correlation between muscle metabolism and changes in M-wave and surface electromyogram: Dynamic constant load leg exercise in untrained subjects. Muscle & Nerve (1997) 20: 1197-1199 /// Jammes Y, Zattara-Hartmann MC, Caquelard F, Arnaud S, Tomei C. Electromyographic changes in vastus lateralis during dynamic exercise. Muscle & Nerve (1997) 20: 247-249]. Een verstoorde excitatie van de spier-vezels wordt vastgesteld wanneer de ‘M-wave’ afneemt en breder wordt. Bij gezonde sedentaire personen, treden bescheiden veranderingen op qua duur en amplitude van de ‘M-wave’ tijdens en na een maximale oplopende fiets-inspanning. Aan de andere kant vertonen CVS-patiënten een significante verlenging van de neuromusculaire geleiding-tijd (CT), een vermindering van de ‘M-wave’ amplitude en verlengde ‘M-wave’ duur; de veranderde spier-prikkelbaarheid blijft vaak aanhouden op het einde van een herstel-periode van 30 min.

We hypothiseerden dat de stoornissen qua oxidant-status in het bloed en gewijzigde spier-membraan exciteerbaarheid versterkt zouden kunnen zijn bij CVS-patiënten met een voorgeschiedenis van ernstige infektie.

2. METHODES

2.1. Individuen

55 CVS-patiënten; inclusie-criteria: 1) klinisch: persistente of terugkerende vermoeidheid gedurende minstens 6 opéénvolgende maanden of langer an 4 of meer van deze symptomen: post-exertionele malaise, verstoord geheugen of concentratie, niet-verfrissende slaap, spier-pijn, gewricht-pijn, gevoelige lymfe-klieren, pijnkijke keel, hoofdpijn; 2) biologisch: combinatie van inspanning-geïnduceerde veranderingen van spier-membraan exciteerbaarheid [een aktie-potentiaal is een golf van elektrische ontlading over het membraan van een exciteerbare (prikkelbare) cel zoals een neuron of een spiercel], en een vroege en verlengde inspanning-geïnduceerde oxidatieve stress. Patiënten met depressie en chronische ziekte werden uitgesloten. In retrospect werden 2 groepen CVS-patiënten geïdentificeerd (op basis van hun sportieve voorgeschiedenis en ernstige acute infektie). 30 patiënten hadden veel sport beoefend op hoog niveeau (> 6 h per week) gedurende meer dan 6 jaar voor de symptomen optraden en geen voorgeschiedenis van ernstige infektie (vastgesteld door hun artsen). 25 patiënten deden niet regelmatig aan sport en hadden een gerapporteerde ernstige infektie (griep, longontsteking, encefalomyelitis, sepsis of niet-geïdentificeerd) binnen 3-7 maand voor de aanvang van de CVS-symptomen. De 2 groepen CVS-patiënten werden ‘NI’ (niet geïnfekteerd) en ‘I’ (geïnfekteerd) genoemd. De gegevens werden vergeleken met deze van een controle-groep van 40 Caucasische vrijwilligers gematcht voor geslacht, leeftijd en gewicht uit dezelfde socio-economische klasse. […]

2.2. Fysiologische Metingen

[…] arteriële bloeddruk, zuurstof-saturatie (SpO2), ventilatie en ademhaling-gassen. […] Inspanning op een fiets-ergometer […]: 2 min 0 W, oplopende inspanning (20 W/min) tot piek O2-opname (VO2max). De criteria om VO2max vast te stellen: plateau van VO2 om voorspelde maximale waarden van VO2 en HR te bereiken, en meting van het respiratoir quotient > 1,1. [RQ = geëlimineerd CO2 / geconsumeerd O2]

2.3. Elektromyografische (EMG) Opnames en Analyses

[…] De elektrodes werden tussen het motor-punt [punt op de spier waar toediening van een minimale elektrische stroom een waarneembare samentrekking van de oppervlakkige spier-vezels veroorzaakt] en de proximale pees geplaatst. […] Aktie-potentialen (‘M-waves’) werden in de spieren opgewekt door directe spier-stimulatie […]. Een kleine (1×1 cm) negatieve zilver-elektrode op het belangrijkste motor-punt (plaats waar de sterkste contractie werd verkregen met de laagste puls-amplitude) van de vastus lateralis [spier aan de voorzijde van het dijbeen] en een grote (3×3 cm) positieve zilver-elektrode op de tegenovergestelde kant van de dij. […] Berekening van 1) piek ‘M-wave’ amplitude; 2) de duur ervan; 3) de geleiding-tijd (tijd tussen stimulus en de piek EMG-respons). […]

2.4. Biochemische Analyses

[…] Melkzuur (LA) en kalium (K+) concentraties werden gemeten via specifieke elektrodes […]. Een plasma-merker voor lipiden-peroxidatie (thiobarbituurzuur reaktieve substanties, TBARS) en een anti-oxidant (gereduceerd ascorbinezuur, RAA) werden geanalyseerd […].

2.5. Inspanning-Protocol

1) 30 min rust (meting variabelen en bloed-afname); 2) 2 min 0 W arbeid; 3) inspanning; 4) 30 min herstel. Bij VO2max: afname bloed en ‘M-wave’ opname. Tijdens herstel na inspanning: bloed-afname en ‘M-wave’ opname na 5 en 30 min.

2.6. Statistische Analyses

[…] Significantie: 0.05.

3. RESULTATEN

3.1. Onderzoek in Rust

Er werden geen verschillen genoteerd tussen basale concentraties van LA, K+ en RAA, terwijl de gemiddelde waarde van TBARS in rust significant hoger was bij CVS-patiënten en bijna verdubbeld in de ‘I’ CVS-groep. De ‘M-wave’ kenmerken gemeten in de vastus lateralis in rust verschilden niet significant tussen de groepen.

3.2. Respons op Toenemend Maximaal Fietsen

VO2max en maximale LA-concentratie verschilden niet tussen de controle- en CVS-groepen. De TBARS-waarde bereikte een toppunt bij VO2max bij alle individuen. De maximale RAA-afname werd gemeten bij VO2max bij CVS-patiënten maar later bij gezonde individuen, en de K+-concentratie bereikte steeds een hoogste waarde bij VO2max. In vergelijking met controles was de maximale TBARS-toenname bijna altijd verdubbeld bij ‘NI’ CVS-patiënten, maar niet significant verschillend was in de ‘I’ CVS-groep. Er werden geen verschillen tussen de groepen genoteerd qua maximale RAA-afname. De piek K+-stijging was significant verzwakt in de ‘I’ CVS-groep.

Er traden uitgesproken ‘M-wave’ veranderingen op bij CVS-patiënten bij VO2max en die hielden aan na het beëindigen van de inspanning. De significantie van inter-groep verschillen was reeds aanwezig bij VO2max en bleef op de 5e en 30e min. De ‘M-wave’ veranderingen waren een combinatie van verminderde ‘M-wave’ amplitude en verlenging qua duur van zowel de ‘M-wave’ als de geleiding-tijd.

Omdat onze CVS-patiënten werden onderzocht 6 tot 23 maanden na de aanvang van de spier-vermoeidheid, zochten we naar verbanden tussen deze vertraging en de grootte-orde van rust-waarden en inspanning-geïnduceerde variaties van TBARS, RAA, K+ en ‘M-wave’ karakteristieken bij de ‘NI’ en ‘I’ CVS-groepen. We vonden dat de duur van de klinische aandoeningen de biochemische en elektrofysiologische variabelen niet beïnvloedde.

3.3. Relaties tussen Biochemische en Elektrofysiologische Variabelen

De veranderingen in ‘M-wave’ amplitude en CT na inspanning waren evenredig met de basale TBARS-waarde, de sterkste veranderingen werden gemeten in de ‘I’ CVS-groep. Ondanks het feit dat hun veranderingen bijna gelijktijdig optraden, waren de maximale ‘M-wave’ variaties niet gecorreleerd met de maximale inspanning-geïnduceerde veranderingen in TBARS, RAA, K+ en LA.

4. BESPREKING

De huidige studie bevestigt gegevens die eerder warden gerapporteerd bij CVS-patiënten: een stijging qua oxidant-status van het bloed in rust, een toegenomen inspanning-geïnduceerde oxidatieve stress en een verminderde spier-prikkelbaarheid. De nieuwe bevinding was de significante toename van oxidant-status stoornissen in het bloed in rust en hypo-exciteerbaarheid van de spieren bij inspanning bij CVS-patiënten met een recente ernstige infektie (‘I’ CVS-groep ). Er moet worden opgemerkt dat de oxidatieve stress na inspanning (TBARS-toename) significant versterkt was in de ‘NI’ CVS-groep, maar niet in de ‘I’ CVS-groep. Dit zou het resultaat kunnen zijn van de uitgesproken verhoging qua basale TBARS-concentratie bij ‘I’ CVS-patiënten, waardoor kan worden verondersteld dat de stoornissen van hun oxidant-status bijna al maximaal zijn. De chronische verhoging van de basale TBARS-waarden lijkt een belangrijke rol te spelen in de spier-prikkelbaarheid bij inspanning. Inderdaad: we meten de grootste veranderingen van spier-prikkelbaarheid na inspanning in de ‘I’ CVS-groep. We merkten ook een significante vermindering qua kalium-uitstroom in de spieren in respons op maximale inspanning in deze groep.

De sterkte van deze studie was de betrekkelijke toegankelijkheid door de meeste universitaire ziekenhuizen tot de instrumenten die werden gebruikt om de diagnose van CVS te stellen (‘M-wave’ opnames en plasma oxidant/anti-oxidant status). De beperking was de afwezigheid van gegevens betreffende waarden van de ‘heat-shock’ proteïnen (HSP) in onze CVS-groepen. Inderdaad: onze eerdere studies hebben duidelijk aangetoond dat zowel de basale waarden en inspanning-geïnduceerde variaties van HSPs significant lager zijn bij deze patiënten. Deze metingen werden niet herhaald in de huidige studie omdat HSP-metingen met immuno-assay-kits relatief duur zijn.

Onze vergelijkingen tussen controle-undividuen en CVS-patiënten bij inspanning zijn waardevol omdat hun VO2max en maximale inspanning-kracht, en dus de totale duur van toenemende inspanning, niet significant verschilde. De afwezigheid van verstoord aëroob metabolisme bij onze CVS-patiënten bevestigt meerdere eerdere observaties, gebaseerd op hetzelfde of bijna hetzelfde inspanning-protocol. De toegenomen inspanning-geïnduceerde oxidatieve stress bij CVS-patiënten kan wellicht deels de afwezigheid van een stoornis van hun aëroob metabolisme bij inspanning verklaren. Inderdaad: super-oxide aktiveert de mitochondriale ontkoppeling [lekken van protonen (H+) naar de mitochondriale matrix zodat niet alle energie die vrijkomt, wordt gebruikt om ATP te vormen maar verloren gaat als warmte en er dus minder ATP beschikbaar is voor cellulaire processen] proteïnen [eiwitten die de ‘mitochondrial permeability transition pore’ (mitochondriale ‘porie’ die de binnenste en buitenste mitochondriale membranen overspant) regelen] en het is welbekend dat de ontkoppeling-processen de zuurstof-opname verhogen door hun invloed op de mitochondriale ademhaling-keten.

De huidige studie bij CVS-patiënten meldde geen enkel verschil qua waarden in rust van de neuromusculaire transmissie (geleiding-tijd) en spier-membraan prikkelbaarheid in vergelijking met gezonde individuen. Aan de andere kant hebben we duidelijke veranderingen gemeten qua spier-prikkelbaarheid bij inspanning die reeds significant waren op het einde van de toenemende inspanning en aanhielden tijdens de herstel-periode . De vermindering van de ‘M-wave’ amplitude en de verlenging van de neuromusculaire geleiding-tijd (CT) waren significant toegenomen bij CVS-patiënten met een recente ernstige infektie. De toegenomen veranderingen van spier-membraan exciteerbaarheid na inspanning in onze ‘I’ CVS-groep waren geassocieerd met een significante reductie van de maximale kalium-uitstroom gemeten bij het einde van de inspanning. We hebben in de literatuur al gegevens gerapporteerd die nauwe relaties aantonen tussen oxidatieve stress, K+-uitwisseling via het sarcolemma [celmembraan van een dwarsgestreepte spiervezel] en spier-prikkelbaarheid . Zoals aangetoond door Marcos en Ribas [European Journal of Applied Physiology (1995) 71, 207-214], kan een extracellulaire kalium-accumulatie fungeren als een negatief feedback-signaal voor sarcolemma-prikkelbaarheid en zou een mogelijk mechanisme voor de ‘M-wave’ veranderingen na inspanning kunnen betekenen.

De huidige studie geeft aan dat CVS-patiënten met antecedenten van ernstige infektie meer biologische en EMG-stoornissen vertonen dan andere patiënten die enkel een hoge lichamelijke aktiviteit vóór het optreden van vermoeidheid-symptomen rapporteerden. Het is goed gedocumenteerd dat een acute infektie een stressor betekent die verantwoordelijk is voor oxidatieve stress. Onze belangrijkste constatering was dat infektie verantwoordelijk was voor meer langdurige veranderingen van de oxidant-status in rust. Inderdaad: de infektie trad op binnen 6 tot 7 maand voorafgaand aan de aanvang van de CVS-symptomen en onze CVS-patiënten werden onderzocht 6 tot 23 maanden na het begin van vermoeidheid. Een aanhoudende verhoogde oxidant-produktie wordt er sterk van verdacht de aanmaak van de tumor necrose factor alfa, de best gedefinieerde mediator van contractiele dsfunctie, te triggeren. Sommige studies konden geen abnormale plasma cytokine-waarden aantonen bij CVS-patiënten in rust vergelijking met gezonde individuen, terwijl anderen een verhoging van plasma-waarden van transformerende groeifactor beta, IL-6 en IL-1α rapporteerden.

Tot besluit: we verifieerden onze hypothese dat ernstige infektie een stressor betekent die verantwoordelijk is voor een langdurige wijziging van de oxidant-status in het bloed die de verstoorde inspanning-geïnduceerde kalium-uitstroom in de spieren en de gewijzigde membraan-prikkelbaarheid bij CVS-patiënten zou kunnen verklaren. Bij deze patiënten kan schade door vrije radikalen een bijdrage zijn aan de onderliggende funktionele defekten tijdens inspanning de symptomen.

juli 21, 2013

Nervus vagus infektie hypothese voor CVS

Michael B VanElzakker van het Departement Psychologie van de Tufts Universitieit publiceerde hiervoor slechts enkele artikels (o.a. over post-traumatische stress). Het is lovenswaardig dat hij als psycholoog mee helpt zoeken naar fysieke oorzaken voor de symptomen van M.E.(cvs). De hier geponeerde hypothese sluit ook nauw aan bij wat wij al meermaals suggereerden over de rol van glia bij deze aandoening. Ook de nervus vagus kwam hier al eerder aan bod…

Hoewel hij aangeeft dat hij vertrekt vanuit een duidelijke niet-psychologische etiologie, blijft hij wel psychologische en gedragmatige behandelingen (weliswaar naast andere) aanbevelen. Hoewel dit voor sommige patiënten (met chronische vermoeidheid, niet M.E.(cvs)…) behulpzaam zal kunnen zijn, blijven wij de mening toegedaan dat een psychologische benadering/behandeling (die vooral politiek en economisch gestuurd wordt) en het van in het begin beklemtonen van inspanning- en gedrag-therapie voor M.E.(cvs) een snellere correcte diagnose (en dus behandeling) in de weg staat, en veel financiële middelen en research-tijd/energie wegleidt van broodnodig biomedisch onderzoek…

De nervus vagus (10e craniale zenuw) is een zeer lange zenuw die ‘zwerft’ van de hersenstam naar de ingewanden, en is voornamelijk verantwoordelijk voor het ontvangen van sensorische input via ganglia (zenuw-bundels) en de verwerking er van. De sensorische (afferente) nervus vagus is gevoelig voor pro-inflammatoire cytokinen (neuro-excitatorische proteïnen van het aangeboren immuunsysteem zoals IL-1beta, IL-6 & TNF-alfa) en contact hiermee signaliseert het brein om ziekte-gedrag te initiëren. Een infektie van de nervus vagus zou elk orgaan in het lichaam aantasten… Het lijkt mogelijk dat (subgroepen met) M.E.(cvs) schade zouden ondervinden door infekties in ganglia van het zenuwstelsel.

Ondersteuning voor dit artikel kwam van een ‘National Defense Science and Engineering Graduate fellowship’, een middel (van het ‘Department of Defense’) om wetenschappers en ingenieurs onderzoek te laten verrichten dat van militair belang is…

————————-

Medical Hypotheses (in press)

Chronic Fatigue Syndrome from vagus nerve infection: A psychoneuro-immunological hypothesis

Michael B. VanElzakker

Tufts University Psychology, Massachusetts General Hospital Psychiatric Neuroscience, 490 Boston Avenue, Medford, MA 02155, USA

Samenvatting

Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) is een invaliderende aandoening met onbekende oorzaak. Er is een algemene consensus onder CVS-researchers dat de symptomen een aanhoudende immuun-respons, wellicht te wijten aan virale infektie, weerspiegelen. Het meeste CVS-onderzoek richt zich dus op het proberen blootleggen van een vermoedelijke dysfunktie van het immuunsysteem of specifiek pathogen. Er werd echter niet één enkel oorzakelijk agens gevonden. In dit speculatief artikel, beschrijf ik een nieuwe hypothese voor de etiologie van CVS: infektie van de nervus vagus. Wanneer immuun-cellen van anderzijds gezonde individuen perifere infektie detekteren, geven ze pro-inflammatoire cytokinen af. Chemoreceptoren van de sensorische nervus vagus detekteert deze gelokaliseerde pro-inflammatoire cytokinen en zendt een signaal naar de hersenen om ziekte-gedrag te initiëren. Dit is een onvrijwillige respons die vermoeidheid, koorts, spierpijn, neerslachtigheid en andere symptomen (die overlappen met CVS) omvat. De nervus vagus infektie hypothese voor CVS stelt dat CVS-symptomen een pathologische versie van normaal ziekte-gedrag zijn die kan voorkomen wanneer sensorische vagale ganglia of para-ganglia [ganglia van de sensorische nervus die in of nabij de meeste organen in de romp liggen; dit zijn immuun-gepriviligeerde en glia-riijke plaatsen waar virale infektie potentieel gliale signalisering van de nervus vagus kan veroorzaken] zelf geïnfekteerd zijn met een virus of bakterie. Steunend op relevante bevindingen uit de literatuur over neuropathische pijn, verklaar ik hoe pathogen-geaktiveerde gliale cellen de sensorische nervus vagus kunnen bombarderen met pro-inflammatoire cytokinen en andere neuro-excitatorische substanties (waardoor een overdreven en onbeheersbaar ziekte-gedrag signaal wordt geïnitieerd). Volgens deze hypothese kan elke pathogene infektie van de nervus vagus CVS veroorzaken. Dit lost de controverse op omtrent het vinden van één enkel pathogen. De nervus vagus infektie hypothese biedt testbare stellingen voor researchers, dier-modellen en specifieke behandel-strategieën.

Inleiding

[…] Studies bij CVS-patiënten hebben melding gemaakt van een verscheidenheid aan virale en bakteriële agentia, alsook van vele immuunsysteem abnormaliteiten. Deze bevindingen hebben de meeste researchers er toe aangezet te veronderstellen dat pathogen-geïnduceerde aktivatie van het immuunsysteem een rol speelt bij CVS. Inconsistente en tegenstrijdige resultaten tussen (en zelfs binnen) studies hebben echter geen verklaring kunnen bieden over de oorzakelijke mechanismen. Er is niet één enkel pathogen opgedoken als het gemeenschappelijke etiologisch agens.

In dit artikel beschrijf ik een hypothese die veel van de algemene observaties bij CVS integreert en een aantal van de tegenstrijdige waarnemingen verklaart. In plaats van het verderzetten van de zoektocht naar één specifiek virus of bakterie als de oorzaak van CVS, focust deze hypothese zich op de plaats van een infektie: de sensorische (afferente) nervus vagus. De Nervus Vagus Infektie Hypothese (VNIH) voor CVS luidt als volgt: Hoewel de sensorische nervus vagus normaal gezien het lichaam signaliseert te rusten wanneer het een perifere infektie detekteert, is dat vermoeidheid-signaal pathologisch overdreven als een infektie op de nervus vagus zelf optreedt. Meer specifiek: immuun-cellen, met inbegrip van neuro-immune cellen – glia-cellen genaamd – ‘voelen’ infektie en lanceren dezelfde fundamentele neuro-excitatorische respons, onafhankelijk van het type infektie. Wanneer de glia-cellen, die de sensorishe nervus vagus omgeven, worden geaktiveerd door een virale of bakteriële infektie, doen hun neuro-excitatorische sekreties afferente nervus vagus signalisering escaleren; deze wordt door de hersenen verkeerdelijk geïnterpreteerd als bewijs van een ernstige perifere infektie. Het brein initieert vervolgens ziekte-gedrag, wat vermoeidheid en vele andere CVS-symptomen omvat. Door de manier waarop dat gliale cel aktivatie kan worden bestendigd in een pathologische positieve feedback-lus (zoals bij neuropathische pijn aandoeningen), kunnen deze CVS-symptomen voor vele jaren aanhouden.

De studie van fenomenen – zoals ziekte-gedrag – die op de kruising van gedrag, hersen-biologie en immunologie liggen, is een relatief nieuw vakgebied dat bekend staat als psychoneuro-immunologie. Omdat psychoneuro-immunologie verschillende wetenschappelijke domeinen overspant en lezers misschien niet bekend zijn met alle, zal ik een ruime achtergrond voor elk van hen verstrekken. Om de VNIH te begrijpen, moet men elk deel van de verbinding tussen gedrag (‘psycho’-), het zenuwstelsel (‘neuro’-) en het aangeboren immuunsysteem (‘immunologie’) begrijpen. In dit speculatief artikel zal ik beginnen met een bespreking van neurotrope virussen als model-pathogeen voor CVS en uitleggen hoe een aktief virus een gelokaliseerde immuun-respons kan triggeren. Vervolgens zal ik beschrijven hoe een klasse van molekulen, pro-inflammatoire cytokinen, deze lokale immuun-respons kan omzetten in een immuun-respons over gans het organisme, die onvrijwillige gedragingen zoals vermoeidheid omvat. Ik zal de vitale rol van de nervus vagus bij dit proces, die de crux van de VNIH is, verklaren. Ik zal dan gebruik maken van de bestaande literatuur over neuropathische pijn, als een sjabloon om uit te leggen hoe een infektie van de nervus vagus kan leiden tot aanhoudende CVS-symptomen. Tot slot zal ik aangeven hoe de VNIH voor CVS empirisch zou kunnen worden geëvalueerd via patiënten-studies en dier-modellen, en zal ik ook potentiële behandel-strategieën beschrijven.

Een waarschuwing: Omdat vermoeidheid en vele andere symptomen die geassocieerd zijn met CVS deel uitmaken van de algemene aangeboren immuun-respons op infektie, en omdat er nog geen definitieve diagnostische testen voor CVS zijn, is het onwaarschijnlijk dat alle CVS-gevallen dezelfde etiologie hebben. Zodoende is de VNIH niet bedoeld als een allesomvattende verklaring voor elk geval van hardnekkige vermoeidheid. Ik heb enkel de bedoeling om een mechanisme voor te stellen waarmee veel – en wellicht de meeste – gevallen van CVS kunnen ontstaan.

Neurotrope virussen

De relatie van veel verschillende types infekties bij CVS blijkt tot op heden inconsistent. Deze schijnbaar tegenstrijdige bevindingen zouden in plaats daarvan bewijs kunnen leveren voor een chronische neuro-immune aktivatie die kan worden veroorzaakt door eender welk pathogen, inclusief virussen of bakterieën. De suggestie dat de plaats van de infektie er meer toe doet dan het specifiek infektie-type is de kern van de VNIH voor CVS. Neurotrope virussen zijn echter het type pathogen dat meest courant geassocieerd is met CVS. Omdat de VNIH voor CFS gebaseerd is op infektie van zenuw-weefsel, is dit waarschijnlijk geen toeval: neurotrope virussen worden gekenmerkt door hun affiniteit voor neuraal weefsel, bijzonderlijk afferente sensorische zenuwen. […] De afferente nervus vagus en zijn gliale cellen zijn een prominent doelwit […]. […]

Er zijn acht herpes-virus types bij de mens. HHV-6, HHV-5 (cytomegalovirus) en HHV-4 (Epstein-Barr virus) zijn dikwijls met CVS geassocieerd. Herpes-virussen worden gekenmerkt door hun vermogen om latent te worden, in het bijzonder in de ganglia van zenuw- en lymfoïde weefsels. […]. Deze virussen hebben de neiging latent te blijven tot dat ze gereaktiveerd worden tijdens stress of ziekte; CVS-patiënten rapporteren dan ook gewoonlijk dat de symptomen begonnen tijdens een periode van stress of met een verkoudheid of griep.

Hoewel latentie de neiging heeft op te treden in zenuw-weefsel, verspreidt de virale infektie zich na re-aktivatie naar de extracellulaire ruimte. Daar omgeven gliale cellen de virus-deeltjes. Deze satelliet gliale cellen prolifereren en aktiveren, en sekreteren neuro-excitatorische mediatoren zoals immuun-proteïnen, genaamd pro-inflammatoire cytokinen, en andere. […] Deze lokaal afgegeven cytokinen worden gedetekteerd door de dichtstbij gelegen chemoreceptoren op de sensorische nervus vagus en veroorzaken een afferent signaal naar de hersenen. Het brein initieert dan vermoeidheid en meerdere andere symptomen die met CVS overlappen. […]

Pro-inflammatoire cytokinen, het aangeboren immuunsysteem en ziekte-gedrag

Meer dan 100 jaar geleden deed Kuniomi Ishimori, een Japanse fysioloog, een belangrijke ontdekking betreffende de biologische oorzaak van vermoeidheid. Hij nam cerebrospinaal vocht van honden met slaap-onthouding en injekteerde het in goed uitgeruste honden, die prompt in diepe slaap vielen. Wat Ishimori beschreef als “een krachtige slaap-inducerende substantie”, staat nu bekend als pro-inflammatoire cytokinen. Naast hun expressie op een circadiaanse manier om normale slaap te reguleren, maken pro-inflammatoire cytokinen ook deel uit van de niet-specifieke immuun-respons op infektie. Pro-inflammatoire cytokinen zijn een klasse immuun-signaliserende molekulen die interleukinen (IL), zoals IL-1beta en IL-6 alsook tumor necrose factor alfa (TNF-alfa), omvatten. Het woord ‘interleukine’ betekent ‘tussen witte bloedcellen’, wat hun normale paracriene [de uitgescheiden stoffen werken in op een buur-cel] funktie impliceert: pro-inflammatoire cytokinen uit de periferie kunnen en zullen soms accumuleren in het bloed (detekteerbare waarden) en werken op het brein op een endocriene manier; maar het zijn voornamelijk paracriene en autocriene signalisatie-molekulen. Dit is een belangrijk punt: in respons op een gelokaliseede infektie, blijven cytokinen betrekkelijk gelokaliseerd en komen dikwijls niet in de algemene circulatie. De welbekende inconsistente cytokine-studies uit de CVS-literatuur bepaalden dikwijls circulerende cytokinen in perifeer bloed-plasma, en detekteren wellicht niet de cytokinen die reageren op een gelokaliseerde infektie, bv. op nervus vagus para-ganglia.

De immuunsystemen bij gewervelden bestaan uit 2 delen: de verworven (of specifiek) en de aangeboren (of niet-specifiek) immuunsystemen. Het verworven immuunsysteem is de ‘antilichaam-divisie’ die een pathogen-specifieke verdediging opzet. […] Het aangeboren immuunsysteem is de meer evolutionair oudere divisie die dezelfde algemene respons, de acute fase respons, opzet – ongeacht het specifiek binnendringend pathogen.

Wanneer anderzijds gezonde individuen ziek worden door bijna om het even welke vorm van ziekte of infektie, zullen ze zich waarschijnlijk op een voorspelbare manier gedragen: ze zullen in bed blijven en, ondanks het feit dat ze meer dan gewoonlijk rusten, zullen ze zich nog steeds uitgeput voelen. Ze zullen wellicht overal pijn voelen (myalgie), koorts hebben, en waarschijnlijk niet dezelfde gezonde eetlust hebben of zich niet zo mentaal scherp voelen als wanneer ze niet ziek zijn. De gedrag- en motivatie-component van de acute fase respons wordt bij mensen en andere hogere organismen ziekte-gedrag genoemd. Ziekte-gedrag omvat vermoeidheid en is een in de hersenen gebaseerde, onvrijwillige funktie van de immuun-respons. Pro-inflammatorire cytokine signalisering via de nervus vagus is cruciaal voor de initiatie van de acute fase respons en ziekte-gedrag, wat aanvoelt als een minder ernstige versie van CVS maar een belangrijke funktie vervult.

Dergelijke gedrag-matige aspecten van de immuun-respons treden op omdat ze adaptief zijn: ze leiden energie-bronnen van een organisme weg van motorische aktiviteit, spijsvertering, voortplanting en cognitie, en naar de immuun-respons, om beter in staat te zijn pathogenen te bestrijden. Deze adaptieve veranderingen kunnen echter pathologisch worden. Er is een opvallende overlapping tussen de gedrag-veranderingen die ziekte-gedrag worden genoemd en de symptomen van CVS. De VNIH voor CVS is gebaseerd op het idee dat CVS-symptomen een onredelijk sterke en langdurige expressie van normaal adaptief ziekte-gedrag zijn. Inzicht in de wijze waarop cytokinen dit gedrag veroorzaken, is de focus van de volgende sektie.

De nervus vagus is een gevoelige detektor van pro-inflammatoire cytokinen

Gezien het feit dat cytokinen lokaal op de plaats van een infektie worden geproduceerd, is de vraag: hoe komen ze er toe ziekte-gedrag te induceren; dat – net als alle gedrag – wordt gestuurd door de hersenen? Als grote hydrofiele polypeptide-molekulen, gaan pro-inflammatoire cytokinen niet makkelijk door de bloed-hersen-barrière om een direct effekt op de hersenen uit te oefenen. In plaats daarvan moet het immuunsysteem zich als een diffuus sensorisch orgaan gedragen, dat de aanwezigheid van perifere infektie ‘voelt’ en vervolgens naar de hersenen communiceert. Eén van de belangrijkste manieren waarop dit wordt bereikt, is wanneer pro-inflammatoire cytokinen die op de plaats van een perifere infektie worden afgegeven, een signaal naar de hersenen triggeren via de 10e hersen-zenuw, de nervus vagus.

Er werd nervus vagus dysfunktie bij CVS-patiënten gevonden. De nervus vagus is een belangrijk communicatie-middel voor het parasympathisch zenuwstelsel. Het controle-niveau dat het parasympathisch zenuwstelsel uitoefent over het sympathisch zenuwstelsel staat bekend als vagale tonus. Vagale tonus wordt vaak geoperationaliseerd als de verandering van hartslag met de ademhaling (aangeduid als respiratoire sinus aritmie). CVS-patiënten hebben abnormale vagale tonus in rust [zie ‘MRI Bewijs voor hersenstam-dysfunktie bij CVS], tijdens kantel-testen, zeer gematigde inspanning en iets krachtiger inspanning (loopband). De VNIH stelt dat deze bevindingen te wijten zijn aan de rol van de nervus vagus bij cytokine-signalisering.

Het woord ‘vagus’ betekent ‘’zwervend’ in het Latijn: het is een lange, sterk vertakte zenuw die zich over de ingewanden uitstrekt. Door deze anatomie is het waarschijnlijk dat de nervus vagus zelfs lokale pro-inflammatoire cytokine-responsen tegenkomt. De sensorische nervus vagus bevat chemoreceptoren die gevoelig zijn voor de aanwezigheid van pro-inflammatoire cytokinen. Ze bezenuwt weefsels die vaak de eerste contact-punten voor vreemde pathogenen zijn, zoals het slijmvlies van de slokdarm, gastro-intestinale binnenwand, longen en lymfe-klieren. De nervus vagus bezenuwt ook de meeste andere belangrijke romp-organen zoals de milt, lever, hart, blaas en alvleesklier. In de nabijheid van of vaak ingebed in deze doel-organen bevinden zich nervus vagus para-ganglia, waar zich veel pro-inflammatoire cytokine chemoreceptoren bevinden. In feite worden para-ganglia gevonden in de meeste grote takken van deze sterk vertakte zenuw. Al deze factoren maximaliseren de kansen dat de nervus vagus met een lokale cytokine-reaktie in contact komt. Er is meer anatomische bewijsmateriaal dat de nervus vagus zich heeft ontwikkeld om gevoelig te zijn voor kleine hoeveelheden cytokine: als een belangrijke neuro-immune link vormen sommige vagale uiteinden directe, synaps-achtige verbindingen met pro-inflammatoire cytokine-producerende lymfocyten. Een bijkomende factor is de nabijheid van de nervus vagus met een ander type cytokine-producerende cel: glia-cellen.

Van gliale cellen (bv. astrocyten en oligodendrocyten in het centraal zenuwstelsel of satelliet gliale cellen, Schwann-cellen en gliale cellen van de ingewanden in het perifeer zenuwstelsel) werd ooit gedacht dat ze voor niets anders dienden dan voor het bijéénhouden van neuronen en zenuwen (glia is Grieks voor ‘lijm’). Research heet aangetoond dat dit verre van het geval is en dat glia een vitaal onderdeel zijn van de meeste, zo niet alle, zenuwstelsel-signalisering. Hieruit volgt dat gliale dysfunktie een belangrijke factor kan zijn bij aandoeningen van het zenuwstelsel en de VNIH postuleert dat pathogen-geaktiveerde gliale cellen pathologisch sterke nervus vagus signalisering naar het brein veroorzaken. Deze pathologische signalisering komt voor wanneer pathogen-geaktiveerde gliale cellen neuro-excitatorische substanties zoals pro-inflammatoire cytokinen, excitatorische aminozuren (bv. glutamaat), stikstof-oxide, ‘nerve growth factor’, reaktieve zuurstof-soorten en prostaglandinen [Watkins LR, Milligan ED, Maier SF. Glial activation: a driving force for pathological pain. Trends Neurosci (2001) 24: 4505] afgeven aan de sensorische uiteinden van de nervus vagus. De VNIH voor CVS brengt het nieuw idee naar voor dat, terwijl normale immuun-cel cytokine-signalisering leidt tot gepast ziekte-gedrag, ongepsate gliale cel signalisering kan leiden tot CVS. Hier wordt het bewijsmateriaal voor de betrokkenheid van de nervus vagus bij ziekte-gedrag besproken.

Cytokine naar nervus vagus naar brein-communicatie induceert ziekte-gedrag

Wanneer immuun-cellen zoals gliale cellen of monocyten een pathogeen detekteren, geven ze pro-inflammatoire cytokinen af. De sensorische uiteinden van de afferente nervus vagus die deze cytokinen detekteren, verzenden een signaal naar de hersenen, ze vormen synapsen in prominente ganglia zoals de bovenste (hals) en de onderste (romp) ganglia, en komen dan het centraal zenuwstelsel binnen in de nucleus tractus solitarius [NTS; reeks kernen (clusters van zenuwel-lichamen) die een vertikale zuil grijze stof vormen] in de medulla oblongata [verlengd ruggemerg; onderste helft van de hersenstam]. Er is bewijsmateriaal van dier-onderzoek dat dit signalisering-pad (pro-inflammatoire cytokinen naar nervus vagus naar de hersenen) de oorzaak is van elk aspekt van ziekte-gedrag. Dit is belangrijk voor de VNIH voor CVS omdat een infektie overal langs dit pad het overdreven ziekte-gedrag, zoals gezien bij CVS, kan veroorzaken.

Zieke dieren waarbij de nervus vagus werd doorgesneden, gedragen zich niet ziek: studies bij knaagdieren hebben aangetoond dat de nervus vagus van cruciaal belang is voor de expressie van de ziekte-gedrag in respons op perifere infektie. Bij ratten veroorzaakt injektie van perifere cytokinen elektrische aktiviteit in de nervus vagus en verhoogt de aktiviteit in het onderste ganglion. Bovendien vertonen anderzijds gezonde knaagdieren die worden geïnjekteerd met pro-inflammatoire cytokinen, pathogenen of lipopolysaccharide (LPS, een molekule die het immuunsysteem aktiveert door het nabootsen van pathogenen), het type ziekte-gedrag dat wordt gezien bij CVS. Deze responsen worden echter geblokkeerd of verzwakt door het doorsnijden van de abdominale nervus vagus. Dit omvat aanzienlijk verminderde sociale interaktie en verkenning [bedoelt wordt: van de leef-omgeving], en veranderingen qua slaap-fase-architectuur alsmede andere responsen die relevant zijn voor CVS; zoals hyperalgesie (bij ratten) en koorts (bij cavias).

Onder de hierboven besproken experimentele omstandigheden, komen pro-inflammatoire cytokinen in relatief hoge concentraties in de circulatie, om een respons te vormen op een ernstige systemische infektie. Zelfs bij de relatief lage concentraties van endogene pro-inflammatoire cytokinen die worden gezien bij een normale, meer gelokaliseerde perifere infektie, stuurt de nervus vagus echter de boodschap naar de hersenen om onvrijwillig niet-essentieel energie-gebruik te staken; wat leidt tot ziekte-gedrag. Dus: wat zou er gebeuren als, in plaats van pro-inflammatoire cytokinen in lage concentraties in de periferie te detekteren, de nervus vagus receptoren direct en onophoudelijk werden gebombardeerd met deze cytokinen? De symptomen van ziekte-gedrag zouden ernstig en hardnekkig zijn, en zouden zelfs in de afwezigheid van bewijs voor perifere infektie, net als bij CVS, kunnen optreden. Een dergelijke toestand vereist dat aan twee voorwaarden wordt voldaan: (1) cytokine-producerende cellen in de nabijheid van de nervus vagus en (2) pathologische over-produktie van cytokinen door deze cellen. In de volgende paragrafen bespreek ik bewijsmateriaal voor het feit dat (1) nervus vagus chemoreceptoren op een unieke manier worden blootgesteld aan gliale cel cytokine-signalisering en dat (2) er sterke aanwijzingen zijn in de literatuur over neuropatische pijn dat cytokine-produktie door gliale cellen pathologisch kan worden.

De nervus vagus is omgeven door glia

De nervus vagus anatomie maximaliseert de kansen op contact van gevoelige chemoreceptoren met cytokinen afgegeven in respons op perifere infektie. De cellulaire anatomie van de nervus vagus ganglia en para-ganglia maakt de nervus vagus ook bijzonder gevoelig voor cytokine-signalisering door geaktiveerde glia. De nervus vagus wordt sterk omgeven door satelliet glia-cellen, die pro-inflammatoire cytokinen en andere neuro-excitatorische mediatoren aanmaken waneer ze worden geaktiveerd, en in elk van de vele vagale para-ganglia bevinden zich chemoreceptoren voor cytokinen. Terwijl vagale parasympathische para-ganglia nog steeds niet goed gekarakteriseerd zijn, worden ze verondersteld een vrij gelijkaardige struktuur te hebben als sympathische para-ganglia, met een zeer kleine (ca. 20 nm) ruimte tussen de satelliet glia-cellen en neuronen; waardoor glia een strikte controle krijgen over de para-neuronale ruimte, waardoor zelfs kleine hoeveelheden pro-inflammatoire cytokinen (die in deze ruimte worden afgegeven) de relatieve concentraties beschikbaar voor vagale chemoreceptoren sterk kunnen verhogen. Gezien het feit dat deze gevoelige chemoreceptoren ziekte-gedrag kunnen initiëren na het detekteren van relatief schaarse pro-inflammatoire cytokinen afgegeven door circulerende witte bloedcellen, is het zeer waarschijnlijk dat de geconcentreerde cytokine-respons van geaktiveerde glia in een para-ganglion, ziekte-gedrag kan veroorzaken. De neuropathische pijn literatuur biedt een specifiek mechanisme waarmee deze normale signalisering pathologisch kan worden, wat er toe leidt dat een normale ziekte-gedrag CVS wordt.

Neuropathische pijn als een model voor dysfunktionele gliale cel signalisering

Er werd veel vooruitgang geboekt wat betreft het verhelderen van de cruciale rol van cytokine-signalisering door gliale cellen bij neuropathische pijn [Milligan ED, Watkins LR. Pathological and protective roles of glia in chronic pain. Nat Rev Neurosci (2009) 10: 23-36]. De VNIH stelt eenvoudigweg dat hetzelfde proces dat pathologische overdreven pijn in pijn-overdragende zenuwen (zoals virus-infektie in craniale zenuw 5, de trigeminus-zenuw [verantwoordelijk voor zintuigelijke waarneming en motoriek in het gezicht], bij gordelroos [de ‘zona’, veroorzaakt door herpes zoster]) veroorzaakt, pathologisch overdreven ziekte-gedrag zou veroorzaken in de zenuw die het signaal voor ziekte-gedrag overbrengt (craniale zenuw 10, de nervus vagus).

Types neuropathische pijn omvatten hyperalgesie (overdreven pijn [verhoogde pijn-gevoeligheid]) of allodynia (het als pijnlijk interpreteren van niet-pijnlijke stimuli), die normale adaptieve mechanismen zijn om een infektie-site of letsel te beschermen. Infektie kan gliale cellen – die rond synapsen in de dorsale hoorn van het ruggemerg liggen – aktiveren, waardoor post-synaptische sensitiviteit voor binnenkomende nociceptieve informatie uit de periferie verhoogt. Bij neuropathische pijn leidt de afgifte van neuro-excitatorische substanties (zoals pro-inflammatoire cytokinen, glutamaat, stikstof-oxide, ‘nerve growth factor’, reaktieve zuurstof-soorten en prostaglandinen) door geaktiveerde glia, tot een versterkte pijn-respons en subjectieve hyperalgesie of allodynia. Release van deze substanties direct op de afferente nervus vagus zou kunnen leiden tot versterkt ziekte-gedrag. Bij pijn-overdragende zenuwen is er een punt waarop de beschermende en adaptieve pijn funktie pathologisch wordt: dit resulteert in onhandelbare hyperalgesie of allodynia wanneer pro-inflammatoire cytokine afgifte als een ‘feed-forward’ lus opereert. Bijvoorbeeld: de afgifte van IL-1 stimuleert meer IL-1 en geaktiveerde gliale cellen hebben de neiging andere gliale cellen te aktiveren. Dit is een algemene eigenschap van glia en er is geen reden om te vermoeden dat nervus vagus geassocieerde glia anders zouden werken dan pijn-zenuw geassocieerde glia. Inderdaad: de neuropathische pijn bij fibromyalgie en CVS wordt dikwijls verward of is co-morbide, en co-morbiditeit zou een algemene aanleg voor dysfunktionele glia-signalisering kunnen weerspiegelen. Bij hyperalgesie en allodynia bij neuropathische pijn, zoals bij ziekte-gedrag bij CVS, doet gliale aktivatie dus een normaal-gezien adaptieve en beschermende respons, een persistente en invaliderende toestand worden. Een normaal signaal in een pijn-overdragende zenuw leidt tot subjectieve pijn. Als dat signaal wordt versterkt door geaktiveerde glia, kan het leiden tot neuropatische pijn. De VNIH zegt dan dat een normaal signaal in de sensorische nervus vagus leidt tot ziekte-gedrag en als dat signaal wordt versterkt door geaktiveerde glia , kan het leiden tot CVS.

In een elegante serie experimenten die de mechanismen karakteriseerde waardoor in het centraal zenuwstelsel virale infektie kan leiden tot neuropathische pijn, rapporteerde de groep van Milligan, Maier & Watkins meerdere bevindingen die direct kunnen worden toegepast op de VNIH voor CVS, en ons helpen meerdere ogenschijnlijke inconsistenties in de CVS-literatuur te verklaren. In een rat-model werd recombinant gp120, het glycoproteïne van de HIV-1 virale enveloppe geïnjekteerd (in het ruggemerg). Gp120 is de component van HIV-1 die gliale cellen aktiveert. Via deze studies leren we 3 lessen die relevant zijn voor de VNIH voor CVS:

1. Niet alle cytokine-responsen die het centraal zenuwstesel aantasten zijn meetbaar in het bloed. Virale infektie van het centraal zenuwstelsel leidt tot een pro-inflammatoire cytokine respons, veroorzaakt door gliale aktivatie, die meetbaar is in het geïnfekteerd weefsel en in cerebrospinaal vocht afgenomen in de nabijheid van de plaats van infektie. De pro-inflammatoire cytokine respons is echter niét detekteerbaar in cerebrospinaal vocht afgenomen op een afstand van de plaats van infektie of in perifeer bloed. Deze algemene eigenschap wordt ook elders in de cytokine-literatuur gevonden: virus-infektie geïnduceerd in muizen-longen bv. leidde tot acute fase responsen, en er werden stijgingen qua pro-inflammatoir cytokine gevonden in longspoeling-vloeistof maar niet in perifeer bloed. Dit principe is essentieel om te begrijpen waarom er inconsistenties zijn in cytokine-studies bij CVS-patiënten: cytokinen die reageren op lokale infektie blijven lokaal. Het cytokine-profiel van een bepaalde CVS-patient hangt af van waar langs de nervus vagus de infektie zich bevindt, en of bloed of cerebrospinaal vocht werd onderzocht. Bijvoorbeeld: als CVS veroorzaakt werd door een virale infektie in één van de vele abdominale vagale para-ganglia in de nabijheid van of ingebed in hun doelwit-orgaan, of door een infektie in de bovenste of onderste ganglia in de cervicale carotis-schede [bindweefsel dat de vasculatuur van de nek omgeeft], zou de cytokine-respons waarschijnlijk niet detekteerbaar zijn in het cerebrospinaal vocht en zou al dan niet detekteerbaar kunnen zijn in perifeer bloed. Als CVS veroorzaakt werd door een virale infektie in de NTS [zie hierboven], waar de nervus vagus binnenkomt in de hersenstam, zouden pro-inflammatoire cytokinen al dan niet detekteerbaar kunnen zijn in cerebrospinaal vocht, maar waarschijnlijk niet in perifeer bloed.

2. Cytokine-profielen zijn dynamisch. Milligan et al. tonen aan waarom het niet nuttig zou kunnen zijn te focussen op één bepaald cytokine of te proberen een ‘cytokine-profiel’ voor de diagnose van CVS te vinden. De initiële glia-gemedieerde pro-inflammatoire cytokine respons op virale infektie gebeurt in een interagerende en dynamisch getimede cascade die van uur tot uur verandert […]. Bovendien hebben andere studies getoond dat zelfs deze gecompliceerde cascade van uur-tot-uur veranderingen fluctueert. Bijvoorbeeld: bij fibromyalgie-patiënten alsook bij gezonde controles, worden cytokine-profielen gekenmerkt door ultradiane uitbarstingen  [ultradiane ritmes zijn terugkerende periodes of cycli die worden herhaald over een 24h circadiaanse dag]. Voeg daar aan toe dat zelfs bij gezonde individuen cytokinen een circadiaans ritme hebben en het wordt duidelijk dat cytokine-studies waarbij op één tijdstip perifeer bloed wordt genomen, hoogst-waarschijnlijk inadequate informatie zullen geven. Veel studies bij CVS-patiënten hebben deze 2 basis-eigenschappen van cytokinen genegeerd: ze worden lokaal afgegeven en hun niveaus veranderen met ultradiane uitbarstingen binnen circadiane ritmes.

3. Inhibitie van gliale cellen kan symptomen verbeteren. In het model van Milligan et al. voor peri-spinale infektie, verzwakte injektie (in het ruggemerg) van gliale inhibitoren de viraal geïnduceerd gliale aktivatie, pro-inflammatoire cytokine respons en daaropvolgende allodynia. Dit is de sleutel tot een mogelijke behandel-optie voor CVS-patiënten, die moeten worden besproken in de sektie over behandel-strategieën hieronder.

Implicaties van de hypothese: research

De VNIH voor CVS leent zich tot het opzetten van een model, testbare hypothesen en behandel-strategieën. Drie belangrijke doelstellingen van gerelateerde research zouden moeten zijn: experimentele ondersteuning voor de VNIH, de ontwikkeling van diagnostische instrumenten en de ontwikkeling van behandelingen. Basis-research ter ondersteuning van deze doelstellingen omvat dier-modellen alsook patiënten-studies. Researchers die dier-modellen gebruiken, hebben het voordeel type, locatie en ernst van experimentele nervus vagus infektie te kunnen controleren. Bijvoorbeeld: onderzoekers toonden aan dat het mogelijk is ingrepen bij ratten uit te voeren waarbij vagale ganglia opzettelijk, op een doelgerichte manier, viraal worden geïnfekteerd. Bij een studie werden geen gedrag-metingen gedaan omdat de infekties zeer ernstig waren, en significante zwelling van de medulla en mortaliteit binnen 3 dagen veroorzaakten (persoonlijke communicatie met W.W. Blessing). Toekomstige studies zouden een minder aantastende virale belasting moeten gebruiken en gedrag-metingen opnemen voor de ziekte-respons. Initiële studies zouden zich bv. lunnen richten op prominente afferente nervus vagus para-ganglia en ganglia voor experimentele infektie met aktief virus. Na herstel zou een ‘forced-swim’ paradigma [bij proefdieren vermoeidheid induceren door gedwongen zwemmen] gevolgd door ‘voluntary wheel running’ [aktiviteit-meting bij proefdieren] kunnen dienen als een model voor post-exertionele malaise. Van knaagdieren die post-exertionele malaise ondervinden na gedwongen zwemmen, zou worden verwacht dat ze minder overgaan tot vrijwillige beweging in een loop-rad. Als dit model werkt, zou het kunnen worden gebruikt om specifieke vragen over de complicaties van CVS te beantwoorden. De VNIH zou bv. overdreven post-exertionele malaise kunnen verklaren als zijnde het resultaat van een normale verhoging qua pro-inflammatoire cytokinen na inspanning [zie bv. ‘Symptoom-opflakkering verbonden met cytokine-aktiviteit bij CVS] de leidt tot een versterkte ‘feed-forward’ lus bij nervus vagus cytokine-signalisering. Daarom zou verhoogde elektrische aktiviteit van de nervus vagus of verhoogde NTS-aktiviteit, bij ratten met geïnfekteerde vagale ganglia na gedwongen zwemmen, een testbare hypothese kunnen zijn.

Om de hierboven besproken redenen zouden systemische metingen bij menselijke CVS-patiënten, zoals cytokine-waarden in het perifeer bloed, niet bijzonder diagnostisch of informatief kunnen zijn. Zonder bloed-test voor CVS in het vooruitzicht, zijn studies bij levende mensen moeilijk. De huidige gouden standaard voor ‘direct evidence’ ter ondersteuning van de VNIH, zouden CVS-patient kadaver-studies kunnen zijn, bestaande uit immuun-histochemische kleuring voor geaktiveerde glia, inflammatie en aktieve virus-infektie in de nervus vagus, z’n para-ganglia en ganglia of NTS. De meest courante merker voor gliale aktivatie, ‘glial fibrillary acidic protein’ (GFAP), zou echter wel eens afwezig kunnen zijn in satelliet gliale cellen van de para-ganglia. Voorts moeten, gezien de waarschijnlijk moeilijke beschikbaarheid van geschikte kadavers, het feit dat CVS-infektie kan worden veroorzaakt door een aantal neurotrope virussen (die bij de meeste mensen reeds aanwezig zijn) en de moeilijkheid om alle mogelijke infektie-lokaties te ontleden in de lang en sterk-vertakte nervus vagus, andere modellen en benaderingen ook worden overwogen.

Bij patiënten kan magnetische resonantie beeldvorming (MRI) na injektie met gadolinium worden gebruikt om virale letsels in het weefsel van het centraal zenuwstelsel te detekteren. Dit kan slechts worden uitgevoerd in het centraal zenuwstelsel omdat gadolinium-contrast een verstoring van de bloed-hersen-barrière schetst en geen viraal letsel per se. Live beeldvorming van een infektie in perifere nervus vagus para-ganglia zou moeilijker zijn. In vivo elektrofysiologische opnamen van de nervus vagus zijn mogelijk maar invasief. Een nieuwe lijn qua onderzoek moet streven naar het ontwikkelen van nieuwe protocollen voor beeldvorming (in rust en werkend) van de nervus vagus en de hersenstam NTS bij CVS-patiënten. Daarnaast is het gebruik van translocator-proteïne [proteïne dat het transport van andere proteïnen doorheen het membraan van een cel-organel medieert] radio-aktief gelabelde liganden bij beeldvorming via positron-emissie-tomografie (PET) veelbelovend gebleken als een methode voor het in beeld brengen van microgliale aktivatie bij door neurodegeneratieve stoornissen geïnduceerde neuro-inflammatie, en zou dit waardevol kunnen zijn bij CVS-onderzoek. Dergelijke methoden kunnen zowel ondersteuning bieden voor de algemene hypothese en belangrijke informatie naar een individuele behandel-strategieën toe.

Een belangrijke permanente barrière voor onderzoek naar CVS bij mensen is de moeilijkheid om de meest ernstig-symptomatische patiënten te recuteren, deze zijn vaak niet in staat om op hun eigen uit bed te komen en zelfs de geringste lichamelijke aktiviteit (bv. reizen naar een onderzoek-instelling) zou waarschijnlijk leiden tot een ernstige en aanhoudende post-extertionele malaise. Gezien de normale individuele verschillen qua metingen van de vagale tonus en immuun-fysiologie, zijn studies die proberen de nervus vagus funktie bij matig-symptomatische patiënten te vergelijken met controles statistisch niet sterk genoeg. Het is belangrijk voor elke CVS-studie patiënten op te nemen met de meest ernstige symptomen, en als dus dienen budgettering en goedkeuring voor huisbezoeken te worden opgenomen in de subsidie-aanvragen.

Implicaties van de hypothese: behandel-strategieën

Farmacologische, neurotherapeutische & chirugische behandel-strategieën

Volgens de VNIH voor CVS omvatten mogelijke behandel-strategieën gliale inhibitoren, specifieke antivirale middelen, nervus vagus stimulatie (NVS) en vagotomie. Als infektie-geïnduceerde gliale aktivatie in de nervus vagus de centrale onderliggende oorzaak is van de meeste CVS-symptomen, dan zouden gliale inhibitoren een bijzonder doeltreffende behandel-strategie kunnen zijn. Gliale inhibitoren bleken beloftevol als bijkomende medicatie bij de behandeling van neuropathische pijn en aangezien sommige types relatief geringe bijwerkingen hebben, zou het gebruik van gliale inhibitoren de standaard-behandeling kunnen worden voor CVS veroorzaakt door nervus vagus infektie.

Ibudilast (ook gekend als AV411 of MN166) bv. inhibeert de gliale produktie van pro-inflammatoire cytokinen via inhibitie van een pro-inflammatoir cytokine genaamd macrofaag-migratie inhiberende factor (MIF). In een reeks experimenten toonden onderzoekers de cruciale rol aan voor MIF bij de totstandkoming, ernst en duur van neuropathische signalisering in pijn-overdragende zenuwen. Gezien de overlapping tussen neuropathische pijn en de VNIH voor CVS, tonen hun gegevens aan dat een MIF-inhibitor zoals ibudilast een doeltreffende methode voor de reductie van pathologische nervus vagus signalisering zou kunnen zijn. Ze vonden dat MIF-transcriptie van pro-inflammatoire cytokinen zoals IL-1beta, IL-6 en TNF-alfa in rat microglia verhoogde, en behandeling met MIF-inhibitor leidde tot vermindering van pro-inflammatoire cytokine transcriptie in rat microglia. Bovendien leidde MIF tot gelokaliseerde strukturele plasticiteit en neuro-exciteerbaarheid in afferente pijn-overdragende spinale ganglia, en verhoogde aanmaak van het neuro-excitatorisch gas stikstof-oxide. Naast zijn werking als MIF-inhibitor, is ibudilast ook een fosfodiesterase-inhibitor [zie o.a. ‘Fosfodiesterase-inhibitoren tegen vermoeidheid?] die de aanmaak van het pro-inflammatoir cytokine TNF-alfa door gliale cellen inhibeert. TNF-alfa is een belangrijk pro-inflammatoir cytokine in de initiële cytokine-cascade en werkt synergistisch met andere pro-inflammatoire cytokinen, wat betekent dat zijn inhibitie ook de produktie en werkzaamheid van andere pro-inflammatoire cytokinen zal inhiberen. Verder verhoogt het blokkeren van gliale TNF-alfa de opname en het metabolisme van glutamaat door gliale cellen, wat een direct mechanisme van nervus vagus excitatie zou verzwakken, aangezien de uiteinden en ganglia van vagale afferenten glutamaat-receptoren bevatten. Ibudilast kan ook virale aktivatie van microglia voorkomen en het is veilig voor gebruik door mensen. Ibudilast wordt in Japan reeds frequent voorgeschreven als een anti-asthmatisch middel en in Australia zijn er klinische testen voor het gebruik bij neuropathische pijn. Er zijn ook meerdere andere algemene gliale inhibitor medicijnen, zoals minocycline [synthetisch tetracycline-derivaat waarvan werd aangetoond dat het microgliale aktivatie vermindert], pentoxifylline [TNF-α synthese blokker] en propentofylline [inhibeert o.a. overmatige aktivatie van microglia]; die allemaal lichtjes verschillende mechanismen hebben maar dikwijls met ongewenste bijwerkingen. Het is waarschijnlijk dat, net zoals gliale inhibitoren worden gecombineerd met traditionele opioïden voor de behandeling van neuropathische pijn, gliale inhibitoren dienen te worden gecombineerd met geschikte antivirale middelen voor doeltreffende behandeling van CVS.

Zelfs op hun eigen bleken antivirale middelen beloftevol wat betreft het behandelen van bepaalde groepen CVS-patiënten. Bijvoorbeeld: bij patiënten met verhoogde HHV-6 en HHV-4 (Epstein-Barr) antilichaam-titers, verbeterde valganciclovir aanzienlijk vermoeidheid-symptomen bij een meerderheid van patiënten. Het gebrek aan werkzaamheid bij sommige patiënten kan het feit weerspiegelen dat nadat neurotrope virussen werden opgenomen in sensorische ganglia, ze beschermd zijn tegen antivirale middelen en antilichamen. Het kan ook het feit weerspiegelen dat de nervus vagus niet was geïnfekteerd met het soort virus dat best wordt behandeld met valganciclovir maar door een ander pathogeen. Volgens de VNIH voor CVS kunnen veel verschillende pathogenen CVS veroorzaken, waardoor geïndividualiseerde geneeskunde cruciaal is voor een goede patiënten-zorg. Het identificeren van de specifieke ziekteverwekker bij elke patiënt zal cruciaal zijn: het geven van anti-retrovirale medicijnen aan iemand bij wie de symptomen worden veroorzaakt door een niet-retrovirus, zoals HHV-6, zal meer kwaad doen dan goed. Indien de VNIH voor CVS accuraat blijkt te zijn, zou een geïndividualiseerde behandeling voor elke patient testen moeten omvatten ter identificatie van de specifieke virus(sen) die haar/hem infekteren. Dit zou natuurlijk een ganse opgave kunnen blijken omdat de meeste mensen geïnfekteerd zijn met bepaalde virale stammen, zodat bloed-testen voor deze virale antilichamen wellicht positief zullen zijn. De specifieke lokatie van de infektie, in plaats van de loutere aanwezigheid van een infektie, zou echter de oorzakelijke factor voor CVS kunnen zijn. Toekomstig CVS-onderzoek kan steunen op tumor-beeldvorming-onderzoek en gebruik maken van radio-gelabelde antilichamen ter lokalisatie van clusters specifieke virus-types in vivo.

Als meer fundamenteel onderzoek de nervus vagus infektie hypothese voor CVS ondersteunt, is VNS [nervus vagus stimulatie] een andere potentiële CVS-behandeling die exploratie verdient. Traditionele VNS is invasief en omvat de stimulatie van de cervicale tak van de nervus vagus in de carotis-schede [zie hierboven]. VNS bleek beloftevol bij aandoeningen die overlappen met CVS, zoals depressie en chronische hoofdpijn. Er is ook wat indirect bewijsmateriaal dat VNS symptomen zou kunnen behandelen die gerelateerd zijn met een lopende acute fase respons. Researchers. rapporteerden dat VNS met acetylcholine de systemische inflammatoire respons op LPS reduceerde bij ratten, inclusief verminderingen qua circulerende pro-inflammatoire cytokinen. In diezelfde studie inhibeerde directe elektrische stimulatie van de perifere nervus vagus tijdens exotoxemie [in het bloed voorkomen van toxinen afgegeven door bakterieën], de synthese en piek plasma-waarden van TNF-alfa. Het werking-mechanisme voor het effekt van VNS wordt echter niet volledig begrepen en als excitatie van de afferente nervus vagus de oorzaak is van CVS, zou VNS de symptomen kunnen verergeren. In rat pijn-modellen verandert de ernst van hyperalgesie met de pro-inflammatoire cytokine waarden; en afhankelijk van de sterkte van de stimulatie kan VNS de basale nociceptieve drempels ofwel doen stijgen of doen dalen. Zorgvuldige calibratie van nervus vagus stimulatie zou een belangrijke factor kunnen zijn en het is waarschijnlijk dat individuele verschillen een substantiële rol spelen bij de effekten van een bepaald VNS-niveau op de CVS-symptomen. Een nieuwere en minder invasieve vorm van VNS omvat trans-cutane stimulatie van de afferente auriculaire tak van de nervus vagus [zorgt voor sensorische bezenuwing van de huid van het oor-kanaal]. Hoewel deze methode nog niet werd bestudeerd zoals traditionele cervicale VNS, lijken de effekten ervan gelijkaardig en kunnen als dusdanig een aantrekkelijke, minder invasieve behandel-optie zijn.

Het meest radicaal is vagotomie [doorsnijden van de nervus vagus]; dit wordt in dier-modellen aangewend om de verschillende aspekten van ziekte-gedrag na perifere infektie (hierboven besproken) experimenteel te blokkeren en kan een optie zijn voor de meest ernstige gevallen van CVS. Bij ratten is bilaterale cervicale vagotomie echter dodelijk, wat wijst op de noodzaak van een gerichte vagotomie. Dergelijk doelgericht werken is afhankelijk van de detektie van een geïsoleerd acuut letsel binnen het afferente nervus vagus systeem, en dat is op dit moment niet haalbaar. Nogmaals: het is potentieel een groot probleem om dit op te lossen via fundamenteel biomedisch onderzoek.

Psychologische en gedragmatige behandel-strategieën en de valse dichotomie

Het debat over de etiologie van CVS is overspoeld door een twijfelachtige dichotomie tussen geest en lichaam. Er werd geargumenteerd dat CVS een psychologische aandoening is, veroorzaakt door psychologische mechanismen zoals klassieke conditionering of aangeleerde hulpeloosheid. [De psychologische school probeert nog sterker zijn belangen te verdedigen, nu ze meer en meer kritiek krijgen.] Sterk bewijsmateriaal ten voordele van de nervus vagus hypothese voor CVS zou deze veronderstelling van een louter psychologische etiologie voor CVS tegenspreken. Aan de andere kant van de dichotomie ligt de gedachte dat CVS zoals een gebroken arm is, veroorzaakt door een louter fysieke gebeurtenis en met nood aan een louter lichamelijke genezing. In sommige kringen van patiënten-verdedigers zijn psychologische theorieën voor CVS zo beledigend dat de klinische aanbeveling van enige niet-farmacologische interventie voor CVS wordt gezien als de implicatie dat CVS een puur psychologische aandoening is [De positie van de psychologische school is desastreus voor patiënten, gezien ook de rapporteringen over de nefaste gevolgen van inspanning-therapie en de zeer beperkte effekten van cognitieve gedrag-therapie – zie o.a. het standpunt van het Federaal Kenniscentrum voor de Gezondheidszorg (KCE) in België: “behandel-resultaten van de CVS-referentiecentra waren eerder teleurstellend”, “op gebied van leven-kwaliteit, werk-hervatting en inspanning-capaciteit is er geen duidelijke verbetering” en dus “dringt een strikt wetenschappelijke evaluatie zich op”. Zie o.m. ook ‘Gevaarlijke inspanning’, Bezorgdheid over Cognitieve Gedrag Therapie (CGT) en Graduele Oefen Therapie (GOT) en ‘Schade door CGT + GOT’.], of slechter: een zwakte van de geest of het karakter [Het is een feit dat de psychologische school M.E.(cvs)-patiënten blijft stigmatiseren en culpabiliseren. Regelmatig worden mensen met M.E(cvs) opgesloten in psychiatrische instellingen en tot zelfmoord gedreven…]. Patiënten zouden moeten worden geholpen te begrijpen dat dit niet het geval is en dat verzet tegen psychologische en gedrag-matige interventies misplaatst is. [Buitenstaanders zouden moeten begrijpen dat een dergelijk verzet is ingegeven door zelf-behoud! Mensen met M.E(cvs) worden tot de bedelstaf veroordeeld, gedwongen opgenomen en ‘vermoord’.] Via een gerandomiseerde proef werd aangetoond dat cognitieve gedrag therapie en graduele oefen therapie nuttig is voor ca. 30% van de individuen met CVS. [Het blijft een feit dat met dergelijke therapieën geen genezing wordt bekomen, dat de effekten minimaal zijn en de risicos op verslechtering substantieel.] Hoewel deze effekten matig waren, zou het feit dat 30% van de patiënten significant verbeterden – zonder medicijnen of chirurgie – niet mogen worden genegeerd. [Gezien de te brede criteria en gebrekkige meet-instrumenten veralgemeent men al te dikwijls tot ‘chronische vermoeidheid’; de eind-uitkomsten bij dergelijke studies zijn ook veel te vaag.]

Er zijn 2 redenen om psychologische en gedragmatige interventies sterk aan te bevelen [De auteur meent, als psycholoog, zijn psychologische school – die zich  nu door de stellingname van het Amerikaanse ‘National Institute of Mental Health’, om geen steun meer te verlenen aan de DMS 5 (het handboek dat M.E.(cvs) verder psychologiseert), nog meer bekritiseerd weet – ten allen prijze te moeten blijven verdedigen; doof voor de kritieken.], samen met de hierboven besproken behandel-opties, aan individuen met CVS.

1. Hoewel de VNIH voor CVS een duidelijk niet-psychologische etiologie poneert, ondervinden patiënten met andere duidelijk niet-psychologische aandoeningen ook lichamelijke voordelen van psychologische en gedrag-matige interventies. Bijvoorbeeld: Fekete et al. bespraken bewijsmateriaal dat dergelijke interventies biomerkers voor de niet-psychologische aandoeningen type 2 diabetes, AIDS en kanker konden verbeteren. Meditatie verbeterde bloeddruk en insuline-gevoeligheid bij individuen met type 2 diabetes. Bij individuen met HIV resulteerde cognitief gedragmatig stress-management-training in een lagere virale belasting en hogere aantallen naïeve T-cellen. Individuen die aanvullende therapie voor borst-kanker ondergingen en ook cognitieve gedrag therapie kregen, vertoonden verbeteringen voor een indicator van de immuun-funktie (lymfocyten proliferatieve respons) t.o.v. degenen die er geen kregen. Niemand zou argumenteren dat borst-kanker een karakter-zwakte weerspiegelt en toch helpen psychologische interventies bok lichamelijke symptomen.

2. Cognitieve gedrag therapie en graduele oefen therapie kunnen begrijpelijkerwijs moedeloze individuen die lijden aan CVS aangeven dat herstel mogelijk is. Bovendien kan graduele oefen therapie helpen de atrofie door langdurige spier-deconditionering [Meerdere onderzoekers hebben aangetoond dat er geen significante correlatie tussen deconditionering en de symptomatologie is. Zelfs de psychologen van Nijmegen concludeerden: “Fysieke deconditionering lijkt geen bestendigende factor bij CVS.” (Psychological Medicine (2001) 31: 107-14).] te boven te komen, mits post-exertionele malaise de symptomen niet langdurig verergert [PEM (zie ‘Post-exertionele malaise – een overzicht’) is een wezenlijk onderdeel van M.E.(cvs). Inspanning-therapie heeft hierbij dus steeds een verslechtering van de toestand.]. Deze 2 voordelen zijn niet direct gerelateerd met nervus vagus infektie maar beide zijn cruciaal voor herstel. De hardnekkige weigering van sommige patiënten om zich te engageren voor psychologische of gedragmatige behandel-strategieën moeten – met empathie, logica en informatie – als medisch niet te adviseren worden aangeduid. [Wat wij hier dus betwisten!]

Research geeft aan dat de beste benadering om de strijd aan te gaan met CVS-symptomen veroorzaakt door nervus vagus infektie een combinatie van bovenstaande strategieën zou kunnen zijn; bv. een cocktail van gliale inhibitoren met een geschikt specifiek anti-viraal middel, te samen met cognitieve gedrag therapie en graduele oefen therapie. Er zou zorgvuldig klinisch onderzoek moeten worden ondernomen vooraleer een dergelijk regime wordt uitgeprobeerd.

Besluit

De VNIH biedt CVS-researchers en -patiënten een specifiek mechanisme voor de verklaring van symptomen, en testbare hypothesen en behandel-strategieën. Volgens deze hypothese vertegenwoordigen de belangrijkste symptomen ervaren door CVS-patiënten pathologisch overdreven ziekte-gedrag veroorzaakt door infektie-geaktiveerde gliale signalisering ergens in het afferent nervus vagus systeem. Meerdere researchers hebben theorieën naar voor gebracht die in de lijn van de VNIH voor CVS liggen. Vele groepen hebben er op gewezen dat CVS-symptomen consistent zijn met virale infektie een aanhoudende immuun-aktivatie. Shapiro theoritiseerde dat CVS zou kunnen worden veroorzaakt door het neurotropisch herpes-virus varicella-zoster die het perifeer zenuwtelsel infekteert [Shapiro JS. Does varicella-zoster virus infection of the peripheral ganglia cause Chronic Fatigue Syndrome? Med Hypotheses (2009) 73: 728-34]. Anderen wezen op de overlap tussen inflammatie en CVS. De nervus vagus hypothese biedt een exact mechanisme voor deze hypothesen, alsook een verklaring voor veel van de inconsistenties in de literatuur.

Volgends de VNIH kunnen kwalitatieve en kwantitatieve variantie van CVS-symptomen tussen patiënten worden verklaard door de volgende verwante en interagerende factoren:

1. Infektie-plaats langs de nervus vagus.

2. Ernst en duur van de ziekte-gedrag respons.

3. Ernst en duur van inaktiviteit.

4. Infektie-type, lokatie van een infektie buiten de nervus vagus, en ernst van de infektie.

Opheldering van deze 4 factoren is waarschijnlijk cruciaal voor het begrijpen van de symptomen van de individuele patient en het bepalen van geïndividualiseerde behandel-strategieën.

Onderzoek naar de VNIH voor CVS zou verschillende zaken moeten omvatten: dier-modelen die opzettelijke nervus vagus infektie aanwenden, en studies op menselijke lijken waarbij men kleuringen voor virale infektie en geaktiveerde glia in vagale ganglia & para-ganglia uitvoert. Het gebruik van biomedische beeldvorming om een succesvolle methode voor het lokaliseren van aktieve virale infektie langs de nervus vagus van perifeer tot centraal zenuwstelsel te ontdekken, zou van grote betekenis zijn voor het testen van de hypothese en het bepalen van doeltreffende klinische behandeling. Funktionele studies van de nervus vagus zouden sterk symptomatische patiënten moeten vergelijken met gezonde controles. Bij patiënten kan de doeltreffendheid van gliale inhibitoren worden getest, maar deze zouden wel eens niet efficiënt kunnen blijken in afwezigheid van een antivirale behandeling. Antivirale middelen zouden slechts mogen worden gegeven als het specifiek type virus die de infektie veroorzaakt, werd bepaald. VNS en vagotomie zijn theoretische behandel-opties die moeten worden gevalideerd in dier-modellen vooraleer studies bij mensen worden gepland.

maart 2, 2013

Cytokine-profielen bij CVS na mononucleose

Filed under: Immunologie — mewetenschap @ 8:33 am
Tags: , , , , ,

Dat er bij M.E.(cvs) veranderingen qua cytokinen optreden, staat buiten kijf. Er bestaan echter nogal wat tegenstrijdigheden over welke dat zijn. Het wordt stilaan duidelijk dat één enkele niet als merker kan worden gehanteerd maar dat een combinatie wellicht bepaalde subgroepen zal kunnen aangeven.

Onderzoeken leverden zeer tegenstrijdige resultaten op, hoofdzakelijk omwille van verschillen qua gebruikte definitie, studie-populatie en labotatorium-protocollen (meet-techniek, soort staal) maar ook omdat dikwijls geen rekening wordt gehouden met hoe de cytokinen op elkaar inspelen, de ‘immune context’…

Een team rond Prof. Nancy Klimas rapporteerde eerder (zie ‘Cytokinen in plasma bij vrouwen met CVS’): IL-17 en IL-23 waren niet significant verschillend bij CVS-gevallen vergeleken met controles. De ongewijzigde IL-17 en IL-23 waarden bij CVS opgetekend in deze studie zou een argument zijn tégen bakteriële gastro-intestinale infekties en tégen een belangrijke rol bij persisterende ziekte.”. Dit was bij een “brede” populatie van met een verschillende ziekte-trigger.

In het artikel hieronder (o.a. ook met Klimas) werd nu gevonden dat IL-23, een cytokine dat tot expressie wordt gebracht door dendritische cellen en macrofagen, het meest opvallende verschil was. Hoewel dit cytokine niet vereist is voor de ontwikkeling van Th17-cellen is het toch essentieel voor de volledige en continue differentiatie van de Th17-cel subgroep.

Zo ziet men dat wetenschappelijk onderzoek steeds verder dient te worden bijgeschaafd. En juist omdat het hier een kleine groep specifiek omlijnde groep patiënten betreft, mag men dus niet veralgemenen en dienen de resultaten te worden gerepliceerd… Het belang van subgroepering bij M.E.(cvs) wordt hierbij dus ook nogmaals benadrukt!

————————-

J Transl Med. (2012) 10(1): 191

Cytokine expression profiles of immune imbalance in post-mononucleosis chronic fatigue

Broderick G, Katz BZ, Fernandes H, Fletcher MA, Klimas NG, Smith FA, O’Gorman MR, Vernon SD, Taylor R

1 Division of Pulmonary Medicine, Department of Medicine, University of Alberta, WMC 2E4.41 WC Mackenzie Health Sciences Centre, 8440 112 Street, Edmonton, AB T6G 2R7, Canada

2 Division of Infectious Diseases, Children’s Memorial Hospital, Chicago, IL, USA

3 Department of Medicine, University of Miami, Miami, FL, USA

4 Miami Veterans Affairs Medical Center, Miami, FL, USA

5 Department of Pathology, Feinberg School of Medicine, Northwestern, Chicago, IL, USA

6 CFIDS Association of America, Charlotte, NC, USA

7 Department of Occupational Therapy, University of Illinois at Chicago, Chicago, IL, USA

Samenvatting

Achtergrond: Aangezien bekend is dat Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) kan volgen op Epstein-Bar virus (EBV) en andere systemische infekties, was het onze doelstelling verschillen te beschrijven betreffende immuun-aktivatie bij post-infektueuze CVS (PI-CVS) patiënten en herstelde controles. We bestudeerden 301 adolescenten prospektief [gedurende een tijd volgen, om te bepalen hoe factoren een bepaalde uitkomst opleveren] gedurende 24 maanden na de diagnose van of monospot-positieve infektueuze mononucleose (IM). [De ‘monospot’ test is een snelle test die anitlichamen aangemaakt in respons op EBV-infektie aantoont.] We vonden op 6, 12 en 24 maanden een incidentie van CVS van 13%, 7% en 4% respectievelijk.

Methodes: Gebruikmakend van chemiluminescente beeldvorming [chemoluminescentie is het uitzenden van licht t.g.v. een chemische reaktie] hebben we de plasma-concentraties van IL-1a, 1b, 2, 4, 5, 6, 8, 10, 12 (p70), 13, 15, 17 & 23, IFN-gamma, TNF-alfa en TNF-beta in duplo gemeten, van in een bio-bank beschikbare stalen van 9 PI-CVS individuen en 12 herstelde controles, 24 maanden na infektie.

Resultaten: Een standaard vergelijkende analyse gaf significante verschillen qua IL-8 en IL-23 aan tussen de groepen. Na constructie van een klassificatie-model werden IL-6, IL-8 en IL-23 via 2 verschillende statistische benaderingen geselekteerd als onderscheidende kenmerken (IL-1a, IL-2 en IFN-gamma waren ook geselekteerd in het één of het ander model). Dit gaf een accuraat onderscheid (beter dan 80% bij betrouwbaarheid-niveau 0.95) tussen PI-CVS en herstelde controles.

Besluit: Deze resultaten suggereren dat co-expressie patronen van niet minder dan 5 cytokinen, die geassocieerd zijn met Th17 funktie, beloftevol zouden kunnen zijn als diagnose-instrument voor post-infektueuze CVS.

Achtergrond

[…]

Er is een overweldigende hoeveelheid bewijsmateriaal dat de link met een infektueuze etiologe bij ten minste een subgroep CVS-patiënten versterkt, ondanks het feit dat specifieke virale serologie [aanwezigheid van antilichamen] niet vereist is voor de diagnose van CVS. Er is een opvallende en lang-bekende associatie tussen CVS en EBV-infektie. In eerdere, door ons gepubliceerde analyses over adolescenten, rapporteerden we een diagnose van CVS op 6, 12 & 24 maand na IM bij 13%, 7% & 4% van de individuen, respectievelijk. […].

Onderzoekers probeerden de onderliggende oorzaken van de persistente symptomen te begrijpen d.m.v. het inspekteren van de immuun-signalisering in de CVS-populatie. De eerste metingen van cytokine-concentraties in bloedstalen uit een brede populatie leverde zeer tegenstrijdige resultaten op, hoofdzakelijk omwille van verschillen qua definitie en labo-protocollen. Beperkende factoren omvatten ook de focus op een afwisselende en enge selektie cytokinen [Fletcher MA, Zeng XR, Barnes Z, Levis S, Klimas NG: Plasma cytokines in women with Chronic Fatigue Syndrome. J Transl Med (2009) 7: 96 – zie ‘Cytokinen in plasma bij vrouwen met CVS], alsook een conventionele univariate analyse [meest eenvoudige statistische analyse met slechts één variabele] die geen rekenschap hield met de context-specifieke expressie van cytokinen [Broderick G, Fuite J, Kreitz A, Vernon SD, Klimas N, Fletcher MA: A formal analysis of cytokine networks in Chronic Fatigue Syndrome. Brain Behav Immun (2010), 24: 1209-1217 – zie ‘Cytokine-netwerken bij CVS]. Slechts één eerdere studie heeft prospektief cytokinen-produktie geëvalueerd bij CVS-patiënten met een uniforme infektueuze trigger ondersteund door serologie. Hickie et al. [Post-infective and Chronic Fatigue Syndromes precipitated by viral and non-viral pathogens: prospective cohort study. B.M.J (2006) 333: 575] maten de concentraties van 8 cytokinen (IL-1b, IL-2, IL-4, IL-6, IL-10, IL-12, TNF-α en IFN-γ) in serum en cultuur-supernatants [vloeistof die boven de cellen staat na centrifugatie van cultuurmedium] van PMBCs […] na een acute ziekte (IM, Ross River koorts [RRVirus; epidemische polyarthritis] of Q-koorts). De deelnemers waren 22 individuen met bevestigde PI-CVS […] en 42 controle-individuen […], gematcht voor leeftijd en uit dezelfde groep maar die waren hersteld binnen de 6 weken na de aanvang van de symptomen. De analyses werden uitgevoerd bij alle PI-CVS individuen als één groep, waarbij de 11 EBV-patiënten werden gecombineerd met deze geïnfekteerd met een virus dat niet courant voorkomt in Australië. Er werden geen significante verschillen gevonden tussen PI-CVS en herstelde controles […] [Vollmer-Conna U, Cameron B, Hadzi-Pavlovic D, Singletary K, Davenport T, Vernon SD, Reeves WC, Hickie I, Wakefield D, Lloyd AR, Dubbo Infective Outcomes Study Group: Post-infective fatigue syndrome is not associated with altered cytokine production. Clin Infect Dis (2007) 45: 732-735]. De cytokine-waarden in het serum lagen echter bijna uitsluitend onder de detektie-limiet van de test (8-15 pg/ml) […]. Zo bleven er meerdere onbeantwoorde vragen. Bijvoorbeeld: zijn er belangrijke CVS-specifieke cytokinen die we niet kunnen meten? En misschien belangrijkst van allemaal: zouden PI-CVS cytokine-signaturen de pathogen-specifieke (en geslacht-specifieke) variaties in immuun-respons kunnen weerspiegelen? Indien dit zo is, zouden ze verloren kunnen gaan bij het poolen van individuen met verschillende infektueuze triggers (en verschillend geslacht).

In een poging om enkele van deze vragen te beantwoorden, focuste deze secundaire analyse zich specifiek op een groep vrouwelijke adolescenten met de diagnose van PI-CVS (als gevolg van een uniform en gekend pathogen, namelijk EBV. Een uitgebreid onderzoek van 16 cytokinen werd uitgevoerd in het plasma d.m.v. een gemodificeerde chemiluminescentie-test en identificeerde significante verschillen qua IL-8 en IL-23 concentratie in de patiënten-groep op 24 maanden na infektie. Omdat cytokinen tot expressie komen op een gecoördineerde manier; breiden we de analyse ook uit tot buiten de traditionele univariate analyse om de gecombineerde effekten te onderzoeken van meerdere cytokinen. Alles tesamen ondersteunde de klassificatie van individuen op basis van de concentraties aan IL-2, IK-6, IL-8 & IL-23 de toewijzing tot patiënten- of controle-groep met een accuraatheid van meer dan 80% (toegepast in relatie tot interferon-gamma). Interessant is dat deze laatste niet significant verschilde qua expressie-niveau bij de groepen.

Bespreking

In dit werk bestudeerden we een populatie van adolescenten die CVS ontwikkelden volgend op monospot-positieve IM en we vergeleken hen met controle-individuen die op normale wijze herstelden van dezelfde infektie. Ongeveer 4% van de individuen met een IM-diagnose (n = 13) voldeden aan de definitie voor CVS op 24 maand, een aantal dat consistent is met andere prospektieve studies naar CVS met een infektueuze start. Na vergelijking (gevallen versus herstelde controles) van de concentraties van 16 cytokinen, vonden we significant verschillende waarden qua IL-8, IL-23 en mogelijks IL-2 & IL-5 in plasma-stalen van CVS-patiënten. Verhoogd IL-8 en gedaald IL-5 is een patroon dat ook wordt gezien bij asthma en bij B-cel chronische lymfocyten leukemie (B-CLL). Opvallendst waren verschillen qua IL-23, een cytokine dat tot expressie wordt gebracht door dendritische cellen en macrofagen. Hoewel niet vereist voor de ontwikkeling van Th17-cellen uit naïeve CD4+ T-cellen, is IL-23 niettemin essentieel voor de volledige en continue differentiatie van de Th17-cel subgroep. De mediane concentratie van dit cytokine was significant lager bij CVS-patiënten dan bij herstelde controles. IL-23 expressie is zeer induceerbaar in PHA-gestimuleerde CD4+ cellen [PHA, fytohaemagglutinine, een mitogeen, induceert cel-deling], in het bijzonder wanneer deze ge-‘prime’-d zijn met IFN-γ, wat een potentiële rol voor IL-23 bij de Th1-respons suggereert. We vonden verminderde expressie van IL-23 bij CVS-patiënten ondanks vergelijkbare IFN-γ waarden. Daarnaast vonden we dat de waarden van IL-17 gelijkaardig waren ondanks gestegen waarden van de gekende antagonist IL-2. Consistent hiermee is dat onze vroegere analyse van cytokine-expressie bij een populatie van volwassen individuen met CVS van ongekende etiologie wees op een abnormaal gedempte IL-23/Th17/IL-17 respons op gestegen waarden van de gekende inductoren IL-1b en IL-6.

De hierboven vermeldde tegenstrijdigheden benadrukken het belang van de immune context. Het was inderdaad noodzakelijk de gecombineerde expressie van 5 cytokinen te gebruiken om een robuste scheiding tussen patiënten en herstelde controles te verkrijgen. De context die de expressie van deze cytokinen linkt, komt ten slotte voort uit één of meerdere basis immuun-processen die samenwerken. De keuze van cytokinen hier […] is interessant omdat ze direct of indirect gerelateerd zijn met de Th17-respons. Bij deze analyse werden IL-6, IL-8 en IL-23 geselekteerd via twee verschillende statistische benaderingen, waar IL-1a, IL-2 en IFN-γ ook werden geselekteerd in het ene of het andere model. Het is interessant dat noch IL-1a, noch IL-6 of IFN-γ differentieel tot expresie kwamen bij de groepen, zelfs als ze significant bijdroegen tot de klassificatie van deze individuen. IL-1, IL-6 en IL-23 zijn gekende inductoren voor Th17-respons, wat op z’n beurt een producent is van IFN-γ. Anderzijds staat IL-2 algemeen bekend als een Th17-antagonist. Er werd een mechanisme beschreven waarmee IL-1 de produktie van IL-23 induceert via NF-kappa B aktivatie, wat op z’n beurt de aanmaak van IL-6 & IL-8 bevordert in menselijke fibroblast-achtige synoviocyten [cellen van het slijmvlies dat de gewrichtsholte -synovium- omhult] van patiënten met Reumatoïde Arthritis. Hoewel dit nog niet goed wordt begrepen, ondersteunt bewijsmateriaal uit dieren-modellen een rol voor EBV en EBV-induceerbare genen in de pathogene modulatie van de Th17-respons. Daar kan TLR9, waarvan werd aangetoond dat het een significante rol speelt bij de herkenning van EBV door primaire dendritische cellen [DCs; een type witte bloedcellen, antigen-presenterende cellen die immuun-responsen initiëren en reguleren] bij betrokken zijn, zoals aangewezen door een uitgesproken inhiberend effekt op hun synthese van IFN-α, IL-6 en IL-8. Tesamen suggereren de huidige analyse, alsook resultaten van eerder werk, dat ziekte-specifieke verschillen qua regulering van de Th17-respons een gedeelde component kunnen zijn bij een significante subgroep met CVS.

Bij vergelijking van dit werk met resultaten van andere studies is het belangrijk het type staal en de bestudeerde specifieke patiënten-populatie in acht te nemen. Werk door Brenu et al. [Immunological abnormalities as potential biomarkers in Chronic Fatigue Syndrome/Myalgic Encephalomyelitis. J Transl Med (2011) 9: 81 – zie ‘Immunologische abnormaliteiten als potentiele biomerkers bij M.E.(cvs)] bv., toonde hogere waarden van IL-10, IFN-γ en TNF-α aan bij CVS. Dit werd echter gemeten in mitogen-gestimuleerde CD4+ cel-culturen, niet in plasma. Gelijkaardige in vitro protocollen werden aangewend in vroeger werk door Amel Kashipaz et al. [Normal production of inflammatory cytokines in Chronic Fatigue and fibromyalgia Syndromes determined by intracellular cytokine staining in short-term cultured blood mononuclear cells. Clin Exp Immunol (2003), 132: 360-365] & Skowera et al. [High levels of type 2 cytokine-producing cells in Chronic Fatigue Syndrome. Clin Exp Immunol (2004) 135: 294-302]. Gebruikmakend van hetzelfde type staal en laboratorium-protocol dat hier werd toegpast, rapporteerden we eerder hogere waarden aan IL-5 en lagere waarden aan IL-8 bij CVS-individuen vergeleken met gezonde controles, terwijl de IL-23 niveaus weinig verschil vertoonden. Zowel het werk van Broderick et al. (2010) & Brenu et al. (2011) [ref. zie hierboven] werden echter in een veel bredere populatie CVS-patiënten, waar de ziekte-trigger niet uniform was, uitgevoerd. Daarenboven bestond de controle-populatie uit gewone gezonde controles en niet uit individuen die herstelden van acute infektie. Schattingen van het aantal CVS-patiënten die hun ziekte kunnen vastpinnen op een specifieke (verondersteld infektueuze) acute ziekte lag tussen 20 & 90%, waarbij de hoogste percentages bij  adolescenten lagen. Zodoende liggen onze huidige resultaten dicht bij die van een andere studie die specifiek bij een post-infektueuze patiënten-populatie werd uitgevoerd door Vollmer-Conna et al. (2007) [ref. zie hierboven]. Die auteurs vonden geen verschillen qua serum-concentrations van IL-1b, IL-2, IL-4, IL-6, IL-10, IL-12, TNF-α & IFN-γ. Met de mogelijke uitzondering van gestegen IL-2, vonden we ook geen verschillen bij deze cytokinen. Niveaus van IL-5, IL-8 en IL-23 werden in deze vroegere studie niet gemeten.

Beperkingen van onze huidige studie omvatten het feit dat het rapporteert over een kleine groep. Dit is in het bijzonder belangrijk bij het overwegen van de algemene toepasbaarheid van ons statistisch klassificatie-model. De hoop is dat deze subgroep individuen ietwat representatief is voor een grotere PI-CVS patiënten-populatie. CVS staat bekend om zijn heterogeniteit; er kan echter worden geargumenteerd dat veel hiervan het resultaat is van een gevarieerde etiologie en onbekende triggers. Onze resultaten zijn afgeleid uit een prospektieve studie en vormen een belangrijke eerste kijk op de molekulaire fenotypering van aanhoudende vermoeidheid in een groep met een uniforme en gekende infektueuze trigger; namelijk infektueuze mononucleose. Hoewel deze trigger niet alle presentaties van CVS verklaart, vertegenwoordigt het wel een significante subgroep patiënten (in het bijzonder in de pediatrische populatie). Bovendien zouden, hoewel specifiek voor het EBV-pathogen, elementen die hier worden gepresenteerd ook relevant kunnen zijn voor andere vormen van CVS met een infektueuze etiologie. Begrenzingen zoals deze benadrukken verder het belang van prospektieve studies en de nood aan veel grotere initiatieven van dit type, bij deze en bij verwante patiënten-populaties.

Besluit

Het co-expressie profiel van 5 op 16 cytokinen gemeten in het plasma van individuen gerecruteerd in een 2 jaar durende prospektieve studie bij door mononucleose geïnduceerde Chronische Vermoeidheid Syndroom onderscheidt gemakkelijk CVS-gevallen van herstelde controle-individuen en beschrijft een atypische immuun-respons bij deze individuen. In het bijzonder: er werden onregelmatige patronen van co-expressie van IL-6, IL-8 en IL-23 geïdentificeerd d.m.v. twee verschillende statistische methodologieën. Deze verschillen waren vooral merkbaar in de context van IL-1a, IL-2 en IFN-γ. Dit bewijsmateriaal wijst in de richting van een mogelijke ontregeling van de voorbereiding door het  aangeboren immuunsysteem van de gepaste adaptieve Th17 respons bij deze individuen.

————————-

T helper 17 cellen (Th17) zijn een subgroep T helper cellen die pro-inflammatoir interleukine 17 (IL-17; recruteert o.a. monocyten en neutrofielen naar inflammatie-sites door verhoogde chemokine-produktie) produceren. Verhoogde aantallen (ongecontroleerde of ongepaste Th17 aktivatie) zouden een belangrijke rol spelen bij auto-immune ziekten (bv. M.S., psoriasis, juveniele diabetes, reumatoïde arthritis, Crohn’s, …). Ze hebben echter ook een belangrijke funktie bij anti-microbiële immuniteit. Ze maken ook cytokinen aan (zoals interleukine 22) dat epitheliale cellen stimuleert om anti-microbiële eiwitten te produceren om bepaalde types micro-organismen (bv. Candida & Staphylococcus) op te ruimen. Een ernstig gebrek aan Th17 cellen kan leiden tot opportunistische infekties.

Volgende pagina »

Maak een gratis website of blog op WordPress.com.