CSF-proenkefaliini premotorisen Huntingtonin taudin biomarkkerina

Artikkelin otsikko on "Aivo-selkäydinnesteen proenkefaliini ennustaa striataalisen surkastumisen vuosikymmeniä ennen kliinistä motorista diagnoosia Huntingtonin taudissa". Mena, [00:01:00] Onnittelut artikkelistasi ja suuret kiitokset, että liityit seuraamme tänään.

Tohtori Mena Farag: Kiitos kutsusta ja siitä, että sain olla mukana Liikehäiriöyhdistyksen podcastissa, Eduardo.

Tri Eduardo de Pablo-Fernandez: Joten juuri ennen kuin syvensimme artikkeliisi, mitä proenkefaliini on ja miten se liittyy Huntingtonin taudin patofysiologiaan?

Tohtori Mena Farag: Tiedämme siis, että kliinisesti Huntingtonin tauti ilmenee etenevänä motorisen heikkenemisen, kognitiivisen heikkenemisen ja neuropsykiatristen häiriöiden luokitteluna, ja se alkaa tyypillisesti keski-iässä. Vaikka yksilöiden välillä ja neuropatologisella tasolla on huomattavaa vaihtelua, Huntingtonin taudille on ominaista varhainen alueellinen selektiivinen neurodegeneraatio.

Striatum- ja keskipitkät piikkisolut edustavat haavoittuvinta hermosolupopulaatiota. Striatumiatrofia on yksi varhaisimmista ja johdonmukaisimmista kuvantamis- ja post mortem -löydöksistä tässä sairaudessa. Tässä yhteydessä epäsuoran reitin striatum-solut ovat erityisen alttiita. Näille neuroneille on [00:02:00] ominaista paitsi niiden GABAerginen fenotyyppi myös enkefaliinista peräisin olevien neuropeptidien ilmentyminen.

Proenkefaliini eli PENK on siis enkefaliinien esiaste ja sitä on runsaasti epäsuorassa signaaliradassa, joka ulottuu striatumin globus pallidukseen. Sekä eläin- että ihmiskokeista saadut transkriptiotiedot osoittavat, että PENK:n ilmentyminen keskittyy tyvitumakkeisiin, mikä tukee striatumin hermoston biologista spesifisyyttä. Ennen tätä työtä sekä kuolemanjälkeiset tutkimukset että Huntingtonin tauti ovat osoittaneet enkefaliinipitoisuuden laskua tyvitumakkeen nuklideissa, mikä viittaa siihen, että enkefaliinia ilmentäviä neuroneja voi hävitä varhaisessa vaiheessa toimintahäiriöisesti. Nämä löydökset tarjoavat vahvan mekanistisen perustelun PENK:lle striataalisen haavoittuvuuden biomarkkereina Huntingtonin taudissa.

Viimeisten viiden vuoden aikana on tehty poikkileikkaustutkimuksia, jotka ovat osoittaneet, että PENK:ia voidaan luotettavasti kvantifioida aivo-selkäydinnesteessä eli aivo-selkäydinnesteessä. [00:03:00] PENK-pitoisuudet ovat jatkuvasti pienentyneet Huntingtonin taudissa, ja nämä vähenemiset ovat itse asiassa toistuneet useissa riippumattomissa kohorteissa, mikä tukee sen roolia taudin vaiheen biomarkkerina.

Ja neurologiassa ja muihin neurodegeneratiivisiin sairauksiin verrattuna aivo-selkäydinnesteen PENK-pitoisuudet olivat alhaisemmat Huntingtonin tautia sairastavilla verrattuna paitsi kontrolliryhmään, myös muihin neurodegeneratiivisiin sairauksiin, kuten Parkinsonin tautiin, Alzheimerin tautiin ja ALS:ään. Ja mikä tärkeintä, näiden alhaisempien PENK-pitoisuuksien on osoitettu korreloivan tautitaakan ja muutosten moottoreihin, mikä myös tukee sen biologista merkitystä Huntingtonin taudin patologiassa.

Tri Eduardo de Pablo-Fernandez: Kuulostaa siis siltä, ​​että sinulla on näyttöä siitä, mikä kuulostaa ihanteelliselta biomarkkerilta. Se on spesifinen, se liittyy biologiaan. Se muuttuu ajan myötä. Se korreloi kliinisten muutosten kanssa, ja juuri sitä tutkimuksesi pyrkii osoittamaan, onko kyseessä spesifisempi biomarkkeri.

Ja tutkimuksessasi hypoteesisi on, että se voi [00:04:00] olla spesifisempi kuin muut neurodegeneraation merkit, joita on aiemmin käytetty Huntingtonin tautia sairastavilla tai yleisemmin neurodegeneraation hoidossa, kuten neurofilamenttien kevytketju. Ja vertaat tätä myös magneettikuvauksessa näkyvään etenemiseen ja Huntingtonin taudin biologisen levinneisyyden määrittämiseen.

Voitko kertoa meille hieman lisää tämän tutkimuksen hypoteesista ja tuloksista?

Tohtori Mena Farag: Vaikka tutkimukset ovat tähän mennessä antaneet varsin lupaavia merkkejä, niissä on joitakin merkittäviä aukkoja. Aiemmat tutkimukset olivat pääosin poikkileikkaustutkimuksia. Niissä oli suhteellisen pieniä tai pääasiassa kliinisesti ilmeneviä kohorttipotilaita, eivätkä ne itse asiassa käsitelleet, muuttuuko aivo-selkäydinnesteen PENK pitkittäissuunnassa vai liittyykö se alueelliseen aivoatrofiaan. Erityisesti aivo-selkäydinnesteen PENK:n varsinaista neuroanatomista spesifisyyttä striataalisen neurodegeneraation markkerina ei ollut testattu. Tutkimuksen tarkoituksena oli siis arvioida aivo-selkäydinnesteen proenkefaliinia biologisesti tietoisena biomarkkerina varhaisessa [00:05:00] HD-taudissa keskittyen erityisesti nuorten aikuisten tutkimuskohorttiin, joilla oli jo kauan sitten alkanut HD-tauti.

Tavoitteenamme on siis tutkia sekä poikkileikkaus- että pitkittäissuuntaisia ​​yhteyksiä aivo-selkäydinnesteen PENK-lähtöpitoisuuksien ja alueellisen spesifisen neurodegeneraation välillä rakenteellisen magneettikuvauksen avulla. Päähypoteesimme oli, että alhaisemmat aivo-selkäydinnesteen PENK-lähtöpitoisuudet liittyisivät sitä seuraavaan aivoatrofiaan pääasiassa striatumissa.

Ja kuten sanoit, pyrimme myös vertaamaan PENK:iin liittyvien rakenteellisten yhteyksien alueellisia malleja muiden biofluidien biomarkkereiden yhteyksiin, jotka osoittivat sairauksiin liittyviä ryhmäeroja, pääasiassa neurofilamenttivaloa, jonka tiedämme heijastavan globaalimpaa ja yleisempää neuroaksonivauriota.

Ja puhumme levinneisyysasteista ja tämän työn potentiaalisesta merkityksestä levinneisyysasteen määrittelyssä ja kliinisten tutkimusten suunnittelussa. Joten tämä voisi olla hyvä hetki esitellä HD:n integroitu levinneisyysastejärjestelmä eli HD ISS, [00:06:00], joka on keskeinen viitekehys tämän työn merkityksellisyyden taustalla.

Perinteisesti HD-taudin levinneisyyden asteitus on perustunut kliinisiin fenotyyppeihin, joten ennalta ilmenevän ja ilmeisen taudin välillä on tehty laaja ero. Vaikka tämä on kliinisesti hyödyllistä, tämä lähestymistapa ei oikeastaan ​​kuvaa taustalla olevaa biologista etenemistä, joka edeltää kehittyneitä oireita. Siksi HD ISS kehitettiin korjaamaan tätä rajoitusta tarjoamalla yhtenäisempi näyttöön perustuva viitekehys, joka kuvaa HD:n luonnollista kulkua koko jatkumossa. HD ISS:ssä on siis neljä vaihetta, ja tässä artikkelissa käsitellään pääasiassa HD Young Adult -tutkimuksen osallistujia, jotka ovat vaiheessa nolla. Mukana olivat osallistujat, joilla oli geenilaajeneminen ja täysi penetranssi, mutta ei havaittavia biologisia muutoksia.

Vaihe yksi määritellään itse asiassa patologian biomarkkeritodisteiden perusteella, ja se luokitellaan erityisesti volumetrisen MRI-mittauksen avulla, jota kutsutaan päivämäärän IAM [00:07:00] atrofiaksi. Vaihe kaksi kuvaa hienovaraisten motoristen ja kliinisten oireiden sekä kognitiivisten oireiden ilmaantumista ja vaihe kolme heijastaa toiminnallista heikkenemistä. Ja monissa kliinisissä tutkimuksissa on tällä hetkellä mukana osallistujia, jotka ovat HD ISS:n vaiheissa kaksi ja kolme.

Ja niin varhain ilmenevä tauti. Ja niin paljon tässä työssä ja paljon nuorten aikuisten HD-tutkimuksen työssä, koko tämän lähtökohtana on seurata varhaisimpia biologisia muutoksia aikaisemmissa kohorteissa, joita voitaisiin mahdollisesti käyttää ennaltaehkäisevän tutkimuksen suunnittelun tueksi.

Tri Eduardo de Pablo-Fernandez: Tuo on erinomainen yhteenveto, ja on erittäin mielenkiintoista, että tutkimuksesi keskittyy näihin erittäin mielenkiintoisiin kohortteihin taudin prosessin aivan varhaisimmassa vaiheessa. Voitko kertoa meille hieman lisää tutkimuskohorteista ja menetelmistä, joita käytit tässä tutkimuksessa?

Tohtori Mena Farag: Tietenkin. HD Young Adult Study on pitkittäinen havainnointikohortti nuorista aikuisista, joilla on Huntingtonin taudin geenin [00:08:00] laajeneminen ja jotka ovat keskimäärin noin 20 vuotta ennustetusta kliinisestä motorisesta diagnoosista. Heidät yhdistettiin terveisiin verrokkeihin, jotka olivat hyvin läheisesti samankaltaisia ​​iän, sukupuolen ja koulutustason suhteen.

Tutkimuksen suunnitteli ja johti professori Sarah Tabrizi, ja se alkoi vuonna 2017. Tähän mennessä on tehty kaksi analyysiä. Olemme äskettäin saaneet päätökseen kolmannen analyysin. Ensimmäisen ja toisen käynnin välinen aika oli noin neljä ja puoli vuotta.

Kohortti on siis todella syvästi fenotyyppinen. Siihen sisältyi multimodaalisia arviointeja, mukaan lukien biofluidin otto, sekä veri- että selkäydinnesteiden kuvantaminen. Kolmen Teslan, kliinisen MRI-tutkimuksen, kognitiivisten testien ja neuropsykiatrisen profiloinnin avulla. Neljän ja puolen vuoden aikana meillä on ollut 103 osallistujaa, jotka on palautettu seurantaan, ja rekrytoimme myös 23 uutta osallistujaa. Ja menetelmien osalta, erityisesti tässä artikkelissa [00:09:00], se on pääasiassa kuvapohjainen biofluidianalyysi. Aivorakenteen analysointiin käytimme koko aivojen vokselipohjaista morfigeometriaa, joka tunnetaan nimellä VBM.

Eli tämä on todellakin niin, että kiinnostuksen kohteena olevien alueiden esivalinnan sijaan tämä lähestymistapa antaa meille mahdollisuuden arvioida harmaan ja valkean aineen määrää koko aivoissa puolueettomasti. Se sisältää aivojen segmentoinnin harmaaseen aineeseen, valkeaan aineeseen ja selkäydinnesteisiin. Käytämme vakiintuneita menetelmiä, EBM-menetelmiä, kvantifioidaksemme yksilön sisäisiä muutoksia aivoissa ajan kuluessa.

Vokselitasolla se antaa meille mahdollisuuden nähdä paikallisen kudoksen laajenemisen tai supistumisen karttoja ensimmäisen ja toisen aikapisteen välillä, jotta voimme tunnistaa neurodegeneraation ajankohdan ja nopeuden. Sitten testasimme ensimmäisen aikapisteen tasolla proenkefaliinin lähtötasoja nesteissä aivo-selkäydinnesteessä sekä plasmassa ja aivo-selkäydinnesteen neoplasmisessa lipidirakenteessa. Käytämme näitä [00:10:00] ennustaaksemme, missä surkastumisen alueellinen malli ja suuruus havaittiin. Ja oikaisimme tätä iän, sukupuolen, skannausten välisen aikavälin ja myös tautitaakan mukaan. Joten keskeistä on, että emme kysy vain, missä nämä ryhmät eroavat toisistaan ​​yksittäisenä aikapisteenä, vaan kysymme, missä aivoissa ongelmahäviö tapahtuu ajan kuluessa ja voivatko lähtötason bionesteiden biomarkkerit ennustaa häviön alueellisen mallin ja suuruuden.

Tri Eduardo de Pablo-Fernandez: Ja sinä päivänä, kun nämä biomarkkerit osoittivat kuvion, atrofian anatomisen kuvion magneettikuvauksessa.

Tohtori Mena Farag: Tutkimuksen päähavainto oli siis, että lähtötilanteen aivo-selkäydinnesteen PENK-pitoisuudet ennustivat vahvasti aivoatrofiaa, jossa oli pääasiassa striataalinen tai spatiaalinen kuvio. Matalammat lähtötilanteen aivo-selkäydinnesteen PENK-pitoisuudet liittyivät suurempaan pitkittäiseen harmaan aineen häviämiseen ydindatassa ja putamenissa molemmilla puolilla, ja vastaavat muutokset valkeassa aineessa viereisessä peristriataalisessa valkeassa aineessa. Ja nämä yhteydet pysyvät [00:11:00] merkittävinä myös tautitaakan huomioon ottamisen jälkeen, mikä osoittaa, että PENK tarjoaa tietoa iän ja CAG-toistojen pituuden lisäksi, joiden tiedämme olevan Huntingtonin taudin etenemisen ajureita.

Vaikka NfL:n spatiaalinen profiili oli aivan erilainen, korkeammat lähtötason aivo-selkäydinnesteen neurofilamenttien valopitoisuudet ennustivat paremmin globaaleja ja laajalle levinneitä valkean aineen muutoksia sekä diffuuseja aivokuoren harmaan aineen muutoksia. Tämä ero sopii hyvin yhteen sen kanssa, mitä todellisuudessa tiedämme biologisesti NfL:stä.

Koska tiedämme, että NfL on rakenteellinen aksonaalinen proteiini, joka heijastaa globaalia neuroaksonivauriota, kun taas PENK näyttää liittyvän enemmän striatumiin. Oli myös varsin mielenkiintoista, että näimme itse asiassa eroja aivo-selkäydinnesteen ja plasman NfL:n välillä näissä hyvin varhaisissa taudin vaiheissa.

Analyysin kannalta lähtötilanteessa plasman neoplasminen limaa (NfL) esiintyi rajoitetummin aivojen tilavuuden menetystä [00:12:00], joka rajoittui pieniin klustereihin aivokuoren harmaassa aineessa. Tämä oli melko erilainen kuin aivo-selkäydinnesteen neoplasmisessa limassa havaittu. Tämä havainto viittaa erityisesti siihen, että plasman neoplasminen limaa (NfL) saattaa olla vähemmän herkkä kuin aivo-selkäydinnesteen NfL varhaisten neurodegeneratiivisten muutosten havaitsemisessa näissä kaukana alkaneissa kohorteissa.

Mutta siitä huolimatta sillä on edelleen hyötyä ja käyttöä NfL:ssä tässä yhteydessä.

Tri Eduardo de Pablo-Fernandez: Kuten mainitsit, ne ovat hieman eri prosessin biomarkkereita. Yksi spesifisempi, yksi liittyy striatumineuroneihin. Yksi yleisempi, joka heijastaa vain neuroaksonien vaurioita. Miten nämä biomarkkerit voivat kertoa patofysiologiasta ja neurodegeneratiivisesta prosessista varhaisimmissa vaiheissa?

Pitäisikö meidän pitäytyä proenkefaliinissa? Pitäisikö meidän käyttää molempia täydentävän tiedon saamiseksi? Mitä mieltä olet molempien biomarkkereiden käytöstä?

Tohtori Mena Farag: Se on todella hyvä kysymys, ja sen sijaan, että [00:13:00] ajattelisimme niitä kilpailevina biomarkkereina, mielestäni ne heijastavat toisiaan täydentäviä sairausprosesseja. Joten PENK on enemmänkin signaali striatumiin liittyvästä hermosolujen haavoittuvuudesta, kun taas NfL kuvaa laajempaa hermosolujen aksonivauriota. Ja kun itse asiassa tarkastelimme taudin levinneisyyttä, puhuin siitä, kuinka kohortti oli pääasiassa vaiheessa nolla ensimmäisessä ennen kliinistä tutkimusta, kun teimme ROC-käyriä tarkastellaksemme PENK:n herkkyyttä. Vertailimme pohjimmiltaan nähdäksemme, onko aivo-selkäydinnesteen PENK samanlainen vai voisiko se olla NfL:ää parempi erottamaan nämä kaksi vaihetta toisistaan. Ja tiedämme, että vaihe yksi määritellään striatumiin tai sen osallisuuteen liittyvän koordinoivan putamen-atrofian menetyksen perusteella.

Olisi siis biologisesti intuitiivista, että striataalisesti rikastetut biomarkkerit, kuten PENK, sopisivat tähän siirtymävaiheeseen. Ja kun teimme näin, osoitimme, että PENK oli itse asiassa NfL:ää parempi erottamaan vaiheen yksi vaiheesta nolla. Ja [00:14:00] kun yhdistettiin molemmat biomarkkerit, tässä erottelevassa suorituskyvyssä havaittiin hieman parannusta.

Joten mielestäni yksi Huntingtonin taudin keskeisimmistä haasteista on se, että motoristen oireiden ilmaantuessa striatumia on saattanut jo hävitä merkittävästi ja pitkälti peruuttamattomasti. Ja kun kliinisiä oireita ei ole, esimerkiksi nolla- ja yksivaiheissa, taudin seuranta riippuu objektiivisista biologisista mittareista.

Ja tässä kohtaa biologiset ja neurokuvantamisen biomarkkerit tulevat mukaan kuvaan. PENK:lla on tässä yhteydessä erityistä potentiaalia, koska se heijastaa striataalisen hermosolun eheyttä ja voi ennustaa tulevaa striataalisen surkastumista. Mielestäni sekä NfL että PENK yhdessä tarjoavat vivahteikkaamman ja biologisesti perustellun kuvan näistä Huntingtonin taudin varhaisista toistuvista muutoksista.

Tri Eduardo de Pablo-Fernandez: Tämä johtaa seuraavaan kysymykseeni. Ymmärtääkseni Huntingtonin taudin biologinen luokitusjärjestelmä, eteneminen vaiheesta nolla, jossa ei ole havaittavaa [00:15:00] neurodegeneraatiota, vaiheeseen yksi, jossa ei ole oireita, mutta on todisteita neurodegeneraatiosta, on osoitettu käytettävän yleensä magneettikuvauksen avulla, ja käsitykseni mukaan tähän luokitusjärjestelmään ei sisällytetä biomarkkereita. Joten tulevien kliinisten tutkimusten osalta, miten arvioit tutkimuksesi tulosten ja yleisesti NfL:n, proenkefaliinin ja muiden mahdollisten märkien biomarkkereiden biomarkkereiden vaikuttavan kliinisten tutkimusten suunnitteluun? Miten näet tulostesi käytettävän lähitulevaisuudessa?

Tohtori Mena Farag: Tuo on todella hyvä kysymys. Tulevan ennaltaehkäisevän kliinisen tutkimuksen suunnittelun näkökulmasta ja kuten sanoit, nykyiset HD ISS -kriteerit eivät sisällä märkiä biomarkkereita. Joten mielestäni HD ISS -kriteerejä voitaisiin mahdollisesti laajentaa vaiheille nolla ja yksi, jotta ne voitaisiin mahdollisesti sisällyttää.

Märät biomarkkerit, kuten PENK ja NfL, voisivat olla hyödyllisiä vaiheen nolla [00:16:00] jatkojaotteluun ja alajaotteluun. Ja ennaltaehkäisevän tutkimusasetelman näkökulmasta, jossa on mukautetut normit ja

Näiden biomarkkereiden populaatiopitoisempien tietojen avulla voisimme mahdollisesti parantaa tutkimuksen vaiheittaista rikastusta, mikä voisi olla hyödyllistä kliinisten tutkimusten rekrytoinnissa. 

Tri Eduardo de Pablo-Fernandez: Erinomaista. Joo. Ja mielestäni uutiset ovat viime aikoina tavoittaneet heidät. Yleinen media ja mielestäni Huntingtonin tauti on ehkäisyn ja kliinisten tutkimusten muokkaamisen kannalta luultavasti muutaman askeleen edellä joitakin muita neurodegeneratiivisia liikehäiriöitä, joissa on käytetty geenihoitoja ja muita menestyksekkäitä tutkimuksia, joita on tähän mennessä julkaistu. Kysymykseni on vain, mihin suuntaan mielestäsi Huntingtonin taudin kliinisten tutkimusten tulevaisuus on menossa? Ja miten näet tulostesi vaikuttavan tähän? Ja mikä on mielestäsi Huntingtonin taudin hoitojen seuraava kohokohta?

Tohtori Mena Farag: Kyllä, Huntingtonin taudin hoitokenttä on laajentunut huomattavasti viimeisten viiden–kymmenen [00:17:00] vuoden aikana. Lähestymistapoja on paljon. Huntingtonin taudin alentamisen lisäksi on olemassa silmukointia sääteleviä lääkkeitä. On virusvektorigeeniterapiaa ja viime aikoina myös somaattisten CAG-toistojen laajentumista, joka on ollut myös taudin modifioivien hoitojen kohteena ja on jo kehitteillä.

Mielestäni, vaikka nykyiset kliiniset tutkimukset ovat vaiheessa kaksi ja osa vaiheessa yksi, tavoitteena ja toiveena olisi, että nämä ohjelmat laajentuisivat vaiheen kolmeen tutkimuksiin eteenpäin. Ja toivottavasti myös taudin kulkua muokkaavilla tutkimuksilla olisi sääntelyelinten hyväksyntä. Mutta mielestäni kaikkien näiden toimenpiteiden ohella ennaltaehkäisevien tutkimusten suunnittelun ennakointi on todella tärkeää.

Jos haluamme yrittää estää tai hidastaa taudin etenemistä kliinisesti oireettomissa ja oireettomissa kohorteissa, kuten henkilöillä, jotka ovat HD ISS -vaiheissa nolla ja yksi, mielestäni voidaksemme ottaa askeleita kohti tätä, pitkittäistutkimukset [00:18:00], kuten nuorten aikuisten tutkimus, ovat varsin tärkeitä, koska jotta sääntelyelimet todella hyväksyvät biomarkkerit korvikkeiksi, niiden on oltava kohtuullisen todennäköisesti kliinisen hyödyn ennustajia.

Ja kun ajattelee näitä hyvin varhaisia ​​vaiheita, perinteiset kliiniset päätetapahtumat, kuten yhdistetty UHDRS, jota tällä hetkellä käytetään päätetapahtumana. Nykyisissä vaiheen kaksi ja kolme kliinisissä tutkimuksissa nämä tutkimukset eivät ole merkityksellisiä vaiheille nolla ja yksi, kun kliinisiä oireita ei ole.

Ja siinä kohtaa objektiiviset biomarkkerit, kuten bioneste, biomarkkerit ja neurokuvantamismerkit, ovat todella tärkeitä. 

Tri Eduardo de Pablo-Fernandez: Kiitos paljon. Mielestäni tämä on erittäin lupaava maisema Huntingtonin taudin tutkimukselle tulevina vuosina. Kiitos paljon Mena ajastasi tänään. Minulla oli vieraanamme Mena Farag UCL:n Queen Squaren neurologian instituutista Huntingtonin tautikeskuksessa.

Toivottavasti pidät podcastia mielenkiintoisena ja kannustan kaikkia [00:19:00] lukijoita lukemaan koko Movement Disorders Journalissa julkaistun artikkelin. Näkemiin nyt.

Tohtori Mena Farag: Kiitos. [00:20:00]