FACULTEIT GENEESKUNDE EN GEZONDHEIDSWETENSCHAPPEN GEZONDEHIE
Academiejaar 2013-2014
De 5-HT4-receptor als mogelijk doelwit voor de behandeling van de ziekte van Alzheimer An-Sofie ROTTIERS Promotor: Prof.dr. R. Lefebvre
Scriptie voorgedragen in de 2de Master in het kader van de opleiding tot
MASTER OF MEDICINE IN DE GENEESKUNDE
“De auteur(s) en de promotor geven de toelating deze scriptie voor consultatie beschikbaar te stellen en delen ervan te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting uitdrukkelijk de bron te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze scriptie.”
Datum: 08-04-2014
(handtekening student)
An-Sofie Rottiers
(handtekening promotor)
Prof. R. Lefebvre
Voorwoord Deze scriptie heeft als doel een stand van zaken te geven omtrent de 5-HT4-receptor als mogelijk doelwit voor de behandeling van de ziekte van Alzheimer. De ziekte van Alzheimer is immers een frequent voorkomende aandoening waarvoor tot nog toe geen curatieve therapie gevonden werd. Voor de aanvang van de scriptie was mijn kennis over de ziekte van Alzheimer en over 5-HT4receptoren beperkt. Tijdens het schrijven en uitwerken van deze masterproef leerde ik dus heel wat bij. De bestaande literatuur over het onderwerp was niet altijd even gemakkelijk te begrijpen, maar toch hoop ik een interessant overzicht te kunnen bieden over de huidige inzichten wat betreft de 5-HT4-receptor in het kader van de behandeling van de ziekte van Alzheimer. Mijn speciale dank gaat hiervoor uit naar mijn promotor Prof. dr. R. Lefebvre, die steeds met veel toewijding mijn masterproef heeft nagelezen.
Verder wil ik ook mijn familie en vrienden
bedanken voor hun steun.
I
Figuren Figuur 1. Temporale cortex van een patiënt met de ziekte van Alzheimer. Figuur 2. De geschatte jaarlijkse incidentie van dementie, leeftijdsspecifiek. Figuur 3. De amyloïde hypothese. Figuur 4. Klieving van APP. Figuur 5. Progressieve atrofie ter hoogte van de mediale temporale lobben. Figuur 6: Schematische weergave van de C-terminale varianten van de 5-HT4-receptor. Figuur 7: Meest vooropgestelde signaalweg voor de verwerking van APP bij stimulatie van 5HT4-receptoren. Figuur 8: Schema van alternatieve signaalwegen die voorgesteld werden voor de verwerking van APP en die door activatie van 5-HT4-receptoren in gang worden gezet. Figuur 9: Partiële 5-HT4-receptoragonisten die gekozen werden voor klinische ontwikkeling.
Tabellen Tabel 1. Overzicht van studies bij proefdieren naar effecten van stimulatie van de 5-HT4receptor in het kader van de ziekte van Alzheimer.
Tabel 2. Overzicht van experimentele studies naar effecten van stimulatie van 5-HT4-receptoren bij de verwerking van APP.
II
Afkortingen ADAM ADAS-cog AICD Apo E APP BACE1 cAMP CT DAD DSM Epac GAP GDI GEF GPCR’s GTPasen HEK H MRS ICD IP3 IWG Leu MMP MMSE MRI NIA-AAWG NINCDS-ADRDA NMDA NSAID’s PET PIB PKA PS1 PS2 ROS sAPPalfa SPECT STEF TACE 5-HT
A disintegrin and metalloprotease Alzheimer's Disease Assessment Scale-Cognitive subscale APP intracellulair domein apolipoproteïne E amyloïde precursorproteïne bètasecretase 1 cyclisch adenosine monofosfaat computertomografie disability assessment for dementia Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders exchange protein directly activated by cAMP GTPases activating protein guanine nucleotide dissociation inhibitor guanine nucleotide exchange factor G-proteïne gekoppelde receptoren guanine trifosfatasen human embryonic kidney hydrogen magnetic resonance spectroscopy International Classification of Diseases inositol trifosfaat International Working Group leucine metalloprotease Mini-Mental State Examination magnetic resonance imaging National Institute on Aging and the Alzheimer’s Association Working Group Alzheimer’s Disease and Related Disorders Association N-methyl-D-aspartaat non-steroidal inflammatory drugs positronemissietomografie Pittsburgh Compound B proteïne kinase A preseniline 1 preseniline 2 reactive oxygen species oplosbare APP-alfa Single Photon Emission Computed Tomography Sif and Tiam1-like exchange factor tumour necrosis factor alfa converting enzym 5-hydroxytryptamine
III
IV
Inhoud Voorwoord....................................................................................................................................... I Figuren........................................................................................................................................... II Tabellen ......................................................................................................................................... II Afkortingen .................................................................................................................................. III Abstract .......................................................................................................................................... 1 1.
Inleiding .................................................................................................................................. 3
2.
Methodologie .......................................................................................................................... 6
3.
Ziekte van Alzheimer ............................................................................................................. 7 3.1.
Definitie .........................................................................................................................................7
3.2.
Epidemiologie ...............................................................................................................................8
3.3.
Etiologie .........................................................................................................................................9
3.4.
Symptomen ...................................................................................................................................9
3.5.
Pathogenese ................................................................................................................................ 10
3.5.1.
De cholinerge hypothese ................................................................................................... 10
3.5.2.
De amyloïde hypothese ...................................................................................................... 12
3.6.
Diagnose ..................................................................................................................................... 15
3.7.
Differentiaaldiagnose ................................................................................................................ 16
3.8.
Therapie ..................................................................................................................................... 17
3.8.1.
Niet-farmacologische therapie.......................................................................................... 17
3.8.2.
Farmacologische therapie ................................................................................................. 18
3.8.2.1.
Cholinesterase-inhibitoren........................................................................................... 18
3.8.2.2.
NMDA-antagonisten ................................................................................................... 19
3.8.2.3.
Gingko Biloba ............................................................................................................. 20
3.8.2.4.
Antipsychotica ............................................................................................................. 20
3.8.2.5.
Andere strategieën ....................................................................................................... 21
3.8.2.6.
Secretase-inhibitoren ................................................................................................... 22
4. De 5-HT4-receptor als mogelijk doelwit voor de behandeling van de ziekte van Alzheimer ..................................................................................................................................... 24 4.1.
De 5-HT4-receptor binnen de serotoninereceptoren .............................................................. 24
4.2.
Locatie van de 5-HT4-receptor ................................................................................................. 25
4.3.
Effecten van stimulatie van 5-HT4-receptoren........................................................................ 26
4.4.
Mogelijke rol van de 5-HT4-receptor in de ziekte van Alzheimer ......................................... 28
4.4.1.
Centrale densiteit van 5-HT4-receptoren bij patiënten met de ziekte van Alzheimer . 28
4.4.2. Invloed van 5-HT4-receptorstimulatie op cognitieve functies en op centrale vrijstelling van acetylcholine ............................................................................................................ 29 4.4.2.1.
Gedragsstudies op proefdieren .................................................................................... 29
4.4.2.2.
Neurochemische studies op proefdieren ...................................................................... 32
4.4.3.
Invloed van 5-HT4-receptorstimulatie op de productie van amyloïdbèta .................... 33
4.4.3.1.
Invloed op secretie van sAPPalfa ................................................................................ 33
4.4.3.2.
Invloed op alfasecretase-activiteit ............................................................................... 35
4.4.3.3.
Invloed op productie van amyloïdbèta ........................................................................ 36
4.4.3.4.
Invloed op astro- en microgliosis, nicastrine, BACE-1 en ADAM-17 ........................ 37
4.4.4. Signaalwegen betrokken bij de verwerking van APP door stimulatie van 5-HT4receptoren........................................................................................................................................... 37 4.4.4.1.
Adenylaatcyclase en cAMP ......................................................................................... 37
4.4.4.2.
Fosfolipase C ............................................................................................................... 40
4.4.4.3.
Constitutieve activiteit ................................................................................................. 40
4.4.4.4.
Invloed van metalloproteasen ...................................................................................... 41
4.5. Aandachtspunten bij de ontwikkeling van 5-HT4-receptoragonisten in het kader van de behandeling van de ziekte van Alzheimer ........................................................................................... 42
5.
Discussie ................................................................................................................................. 45
6.
Besluit..................................................................................................................................... 47
7.
Referenties ............................................................................................................................. 48
8.
Bijlagen .................................................................................................................................. 53
Abstract De ziekte van Alzheimer is de meest frequent voorkomende vorm van dementie.
Deze
aandoening wordt klinisch gekenmerkt door een progressief verlies aan cognitieve en executieve functies. De exacte oorzaak van de ziekte van Alzheimer is ongekend, maar post-mortem kan men in het anatomopathologisch substraat celverlies, seniele plaques uit amyloïdbèta en intracellulaire knopen (‘tangles’) aantreffen.
De hypothese die op dit moment domineert
omtrent de pathogenese, is de amyloïde hypothese. Amyloïdbèta, een eiwit dat gevormd wordt door klieving van amyloïde precursorproteïne via bèta- en gammasecretase, zou volgens deze hypothese leiden tot neurotoxiciteit en neuronale destructie.
Via een alternatieve weg kan
amyloïde precursorproteïne met behulp van alfasecretase omgezet worden in oplosbaar amyloïde precursorproteïne alfa, dat neuroprotectieve eigenschappen zou bezitten. Een curatieve therapie voor de behandeling van de ziekte van Alzheimer is tot op heden niet gekend. De meest gebruikte groep van geneesmiddelen, die momenteel wordt aangewend bij de behandeling van de ziekte van Alzheimer, is de groep de cholinesterase-inhibitoren, die de afbraak van acetylcholine afremmen. Dit is gebaseerd op het goed gedocumenteerd verlies van cholinerge neuronen in hersengebieden belangrijk voor cognitie bij patiënten met de ziekte van Alzheimer. Verder werd –voorlopig echter weinig succesvol- onderzoek verricht naar immunotherapie gericht tegen amyloïdbèta en naar producten die inwerken op de enzymen die betrokken zijn bij het tot stand komen van amyloïdbèta. Momenteel wordt de 5-HT4-receptor beschouwd als een mogelijk doelwit voor de behandeling van de ziekte van Alzheimer. 5-HT4-receptoren zijn zowel terug te vinden in het centraal zenuwstelsel als in de periferie. In het centraal zenuwstelsel zijn de structuren waar de hoogste densiteit aan 5-HT4-receptoren kan teruggevonden worden, betrokken bij geheugen en cognitie. De resultaten van studies naar de centrale densiteit van 5-HT4-receptoren bij patiënten met de ziekte van Alzheimer zijn wisselend.
Verschillende studies, zowel bij ratten als bij
muismodellen specifiek voor de ziekte van Alzheimer, hebben aangetoond dat activatie van 5-HT4-receptoren een positieve invloed heeft op cognitieve processen zoals leren en geheugen. In een aantal neurochemische studies werd gerapporteerd dat 5-HT4-receptorstimulatie zorgt voor een toename van loslating van acetylcholine. Verder werd onderzoek gevoerd naar de invloed van activatie van 5-HT4-receptoren op de verwerking van amyloïde precursorproteïne door 1
stimulatie van 5-HT4-receptoren. Hierbij werd, zowel in vivo als in vitro, na toediening van 5HT4-receptoragonisten een
toename van
oplosbaar amyloïde precursor proteïne alfa
gerapporteerd. Het effect op amyloïdbèta en alfasecretase is minder duidelijk. Tevens werd in het onderzoek aandacht besteed aan de signaalwegen die gevolgd worden bij de verwerking van amyloïde precursor proteïne. Alle studies, met uitzondering van één recente, geven aan dat de klieving van amyloïde precursor proteïne via productie van cyclisch adenosinemonofosfaat met activatie van adenylaatcyclase verloopt. Deze resultaten zijn hoopvol, maar tot nu toe werden geen studies op mensen uitgevoerd. geïndiceerd.
2
Verder onderzoek is dus
1. Inleiding De ziekte van Alzheimer is de meest voorkomende neurologische aandoening in de oudere populatie.(1) Gezien de vergrijzing in de ontwikkelde landen en de snel verouderende bevolking in de ontwikkelingslanden, vormt deze aandoening een groeiend probleem.(2) Bij meer dan vijftig procent van de gevallen van dementie bij ouderen, ligt de ziekte van Alzheimer aan de basis.(3) Deze aandoening werd voor het eerst beschreven door Dr. Alois Alzheimer, een Duitse arts die een aantal veranderingen opmerkte in het hersenweefsel van een vrouw die overleden was aan een ongewone vorm van mentale ziekte.(4) De ziekte van Alzheimer is een neurodegeneratieve aandoening die meestal sluipend begint. Patiënten in het beginstadium presenteren zich met milde cognitieve stoornissen, emotionele instabiliteit, problemen met het kortetermijngeheugen en een verlies aan spatiaal geheugen. Bij progressie van de ziekte worden de symptomen meer uitgesproken, met als eindstadium een volledig verlies van executieve functies.(2) De etiologie van de ziekte van Alzheimer is nog steeds ongekend. In het anatomopathologisch substraat worden wel enkele belangrijke kenmerken teruggevonden, die aanleiding geven tot een aantal hypothesen.(Figuur 1.) Enerzijds kenmerkt de aandoening zich door het voorkomen van extracellulaire plaques die bestaan uit amyloïdbètapeptides, anderzijds vindt men intracellulaire knopen (‘tangles’) van tau-proteïnen.(2) Er is ook een diffuus verlies aan neuronen.(4) De twee belangrijke hypothesen die in de loop der jaren werden vooropgesteld, zijn de cholinerge en de amyloïde cascade hypothese.
De cholinerge hypothese stelt dat het voornaamste
mechanisme in de etiopathogenese van de ziekte van Alzheimer de aantasting van cholinerge neuronen in de basale voorhersenen betreft, wat leidt tot geheugenverlies en andere cognitieve en niet-cognitieve symptomen.(5) Deze hypothese werd geleidelijk aan vervangen door de amyloïde hypothese. Volgens deze hypothese ligt de accumulatie van het neurotoxische amyloïdbèta aan de basis. Amyloïdbèta oefent een direct neurotoxisch effect uit door oxidatieve stress.(1) Verder spelen genetische factoren een primaire rol in de progressie van de aandoening.(4) Twee vormen van Alzheimer kunnen onderscheiden worden. Ten eerste is er de autosomaal dominante familiale ‘early-onset’ vorm, die gekenmerkt wordt door afwijkingen van het amyloïde precursorproteïne (APP) gen op chromosoom 21, het preseniline 1 (PS1) gen op chromosoom 14 en het preseniline 2 (PS2) gen op chromosoom 1. Deze vorm is zeldzaam. Ten
3
tweede bestaat er ook een sporadische, ‘late-onset’ vorm, waarbij de betrokkenheid van apolipoproteïne-E (Apo-E) reeds werd aangetoond.(6)
Figuur 1. Temporale cortex van een patiënt met de ziekte van Alzheimer. (Bielschowskykleuring, vergroting 40x) De seniele plaques worden aangeduid door de zwarte pijlen, de intracellulaire knopen (‘tangles’) door de rode pijlen.(7)
Met moderne beeldvorming kan een onderscheid gemaakt worden tussen de ziekte van Alzheimer en andere vormen van dementie. Positronemissietomografie (PET) en ‘magnetic resonance imaging’ (MRI) worden gebruikt voor meting van hersenactiviteit, ‘hydrogen magnetic resonance spectroscopy’ (H MRS) en MRI kunnen de hersenanatomie in kaart brengen en MRS wordt gebruikt voor de meting van chemische samenstellingen.(4) Tot op vandaag bestaat er geen curatieve therapie voor de ziekte van Alzheimer. Aangezien Alzheimer een multifactoriële aandoening is, is het niet onwaarschijnlijk dat combinatietherapie aan te raden valt.(4) Een aantal niet-farmacologische maatregelen kunnen getroffen worden om de levenskwaliteit van de patiënt en tevredenheid van zowel patiënt als hulpverlener te verbeteren.(8) Farmacologisch richt men zich in het onderzoek vooral op strategieën die neurale groei en functies promoten of die interfereren met neurotoxische processen. In het huidig beleid vormen cholinesterase-inhibitoren de standaardtherapie.
Deze bevorderen de deficiënte
cholinerge neurotransmissie.(4) Ze hebben echter een beperkte efficaciteit wat betreft het bestrijden van cognitieve achteruitgang en van symptomen van dementie.(5) Donepezil, 4
rivastamine en galantamine zijn de huidige cholinesterase-inhibitoren die gebruikt worden in de behandeling van zowel milde, matige als ernstige ziekte van Alzheimer. N-methyl-D-aspartaat (NMDA)-receptor antagonisten kunnen geassocieerd worden bij
matige tot ernstige
Alzheimer.(6) Een andere mogelijke strategie richt zich op andere neurotransmittersystemen die de vrijstelling van acetylcholine moduleren.(3) Serotonine of 5-hydroxytryptamine (5-HT) is een belangrijke centrale neurotransmitter. 5-HT grijpt aan op 7 verschillende receptortypes (5-HT1 tot 5-HT7). 5-HT4-receptoren vormen eveneens een mogelijk target voor de behandeling van de ziekte van Alzheimer. Deze receptoren zijn betrokken bij de modulatie van cognitie, geheugen, slaap en gemoedstoestand. Zij regelen mede de vrijstelling van acetylcholine uit centrale cholinerge neuronen en mogelijk spelen ze ook een rol bij de controle van de productie van amyloïdbèta.(9, 10) Het onderwerp van deze masterproef betreft een literatuurstudie naar de mogelijke rol van 5HT4-receptoren in de pathogenese en behandeling van Alzheimer. Daartoe worden eerst de pathogenese en de mogelijke hypothesen besproken die het mechanisme van Alzheimer zouden kunnen verklaren. Daarna wordt aandacht besteed aan de mogelijkheden wat betreft therapie. Vervolgens volgt het belangrijkste deel, namelijk de bespreking van 5-HT4-receptoren in het kader van Alzheimer. Na een algemene beschrijving ervan, wordt ingegaan op de locatie in het centrale zenuwstelsel en hun mogelijke interferentie met de pathogenetische mechanismen van Alzheimer. Dan worden de effecten van stimulatie van 5-HT4 receptoren uitgebreid besproken in modellen van Alzheimer.
5
2. Methodologie In het eerste semester van academiejaar 2012-2013 werd deze literatuurstudie opgestart. Om wat meer achtergrond te verkrijgen over het onderwerp, werden eerst enkele reviews over Alzheimer doorgenomen. Ook in het handboek ‘Kumar & Clark’ (11) werden de relevante stukken gelezen. Daarnaast werd gebruik gemaakt van een aantal boeken die meer inzicht boden in de uitgebreide hypothesen die ontwikkeld werden voor de verklaring van de pathogenese van de ziekte van Alzheimer. Voor deze masterproef werd voornamelijk beroep gedaan op artikels die gevonden werden via PubMed.
Als trefwoorden werden ‘Alzheimer’s disease’, ‘5-HT4-receptor’,
‘treatment’, en ‘pathogenesis’ en combinaties hiervan gebruikt. Met de combinatie ‘Alzheimer’s disease, pathogenesis, review’ werden bij aanvang van de masterproef 9044 treffers bekomen, de combinatie ‘Alzheimer’s disease, treatment, review’ leverde er 4704. Voor de combinatie ‘5HT4-receptor, Alzheimer’s disease’ werden bij aanvang van de literatuurstudie 37 treffers gevonden. Hieruit werden de preklinische studies geselecteerd voor de resultatensectie van het onderzoek naar 5-HT4-receptoren als therapeutisch target.
Een aantal reviews werden
weerhouden voor de inleiding en de algemene delen. Via ‘related articles’ werd de relevante literatuur verder uitgebreid.
6
3. Ziekte van Alzheimer De voorbije decennia is heel wat onderzoek verricht naar de behandeling van de ziekte van Alzheimer. Een curatieve therapie werd tot op heden echter nog niet gevonden. Alvorens dieper in te gaan op de 5-HT4-receptor, die momenteel aandacht krijgt als mogelijk target bij behandeling van Alzheimer, worden eerst een aantal andere zaken besproken: -definitie -epidemiologie -etiologie -pathogenese -symptomen -diagnose -differentiaaldiagnose -therapie
3.1.
Definitie
Dementie is een syndroom dat leidt tot aantasting van cerebrale structuren en functies, resulterend in progressieve achteruitgang van het geheugen, andere mentale functies en gedrag. Verschillende aandoeningen kunnen aan de basis liggen. Patiënten die aan dementie lijden, verliezen het vermogen om alledaagse activiteiten uit te voeren, waardoor hun autonomie wordt aangetast en ze hulpbehoevend worden.(12) De subtypes van dementie, zoals ze beschreven worden in de Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders (DSM)-IV en de International Classification of Diseases (ICD)-10-criteria, zijn vasculaire dementie, dementie met Lewy bodies, fronto-temporale dementie en de ziekte van Alzheimer. Zestig tot tachtig procent van de dementiepatiënten zijn gevallen van de ziekte van Alzheimer.(12)
Alzheimer is een
primair degeneratieve aandoening van de hersenen, die gekenmerkt wordt door progressieve geheugenaantasting. Deze aandoening zal leiden tot een verhoogde nood aan gezondheidszorg en sociale ondersteuning en beïnvloedt niet alleen het leven van de patiënt zelf, maar heeft ook een sterke invloed op familie en hulpverleners.(13)
7
3.2.
Epidemiologie
De prevalentie van Alzheimer stijgt exponentieel met leeftijd, met prevalentiecijfers van ongeveer drie procent op de leeftijd van 65 tot 74 jaar en bijna vijftig procent in de populatie ouder
dan
85
jaar.
Uit
Europese
populatiegebaseerde
studies
bleek
een
leeftijdsgestandaardiseerde prevalentie voor de ziekte van Alzheimer van 4.4 procent bij personen ouder dan 65 jaar. Voor ontwikkelingslanden wordt de prevalentie lager ingeschat.(12) Russ et al. rapporteerden in een review met meta-analyse een geografische variatie in ontwikkelde landen. Zij vonden een positieve correlatie tussen landelijk leven en toegenomen risico op de ziekte van Alzheimer.(14) De incidentie van Alzheimer in Europa bij patiënten ouder dan 65 jaar bedraagt 19.4/10.000/jaar. Een aantal studies suggereren een lagere incidentie in ontwikkelingslanden.(12, 13) (Figuur 2.) De EURODEM-studies uit de jaren ’90 bestudeerden de proportie van de ziekte Alzheimer binnen de groep van patiënten met dementie en vonden bij mannen een progressieve toename van de proportie van de ziekte van Alzheimer van 38 procent in de leeftijdscategorie van 65 tot 69 jaar naar 80 procent bij de categorie ouder dan 90. Bij vrouwen is de proportie constant en ongeveer gelijk aan zeventig procent.(12)
Figuur 2. De geschatte jaarlijkse incidentie van dementie, leeftijdsspecifiek. Bepaald via mixed-effect Poisson meta-regressie voor de regio’s waarvoor meta-analyse mogelijk was. LMIC= low and/or middle income countries; HIC=High income countries. (bijgewerkt uit (15))
8
3.3.
Etiologie
Zoals in de inleiding reeds werd besproken, betreft het overgrote deel van de casussen van de ziekte van de Alzheimer de sporadische, niet-familiale vorm. De risicofactoren en protectieve factoren van deze vorm worden hieronder besproken. In 2010 publiceerde de U.S. National Institute of Health een rapport met een systematische review van risicofactoren voor cognitieve achteruitgang en de ziekte van Alzheimer. Familiale voorgeschiedenis van dementie, oudere leeftijd en apolipoproteïne E genotype e4-allel kunnen beschouwd worden als niet-modifieerbare risicofactoren voor dementie.(12) Ook ras kan als een niet-modifieerbare
ricicofactor
aanzien
worden.(13)
Enkele
potentiële,
modifieerbare
risicofactoren die werden opgespoord zijn levensstijl- en psychosociale factoren (depressie, alcoholconsumptie en fysieke activiteit), cardiovasculaire risicofactoren (hypertensie, obesitas en diabetes) en factoren die gerelateerd zijn met cognitieve reserve (opleiding).(6, 12) In andere studies werd een verband gevonden met aluminiumabsorptie, elektromagnetische velden, hoofdtrauma met verlies van bewustzijn, vasculair lijden en dieetfactoren zoals laag serum vitamine B12, foliumzuur, vitamine C en E, een Mediterraan dieet en onverzadigde vetzuren.(6, 13) Roken wordt in sommige studies beschouwd als een risicofactor, terwijl deze factor in andere studies een protectieve rol wordt toebedeeld. (12, 13)
3.4.
Symptomen
De eerste klinische symptomen van de ziekte van Alzheimer manifesteren zich ongeveer tien tot vijftien jaar na de aanvang van de ziekte. Progressieve achteruitgang in cognitie, executieve functies en in de mogelijkheid om dagelijkse activiteiten uit te voeren, karakteriseren de patiënt met Alzheimer. Bij de milde vormen van de ziekte van Alzheimer staan de stoornissen van het kortetermijngeheugen op de voorgrond.
Achteruitgang van het kortetermijngeheugen is ook
beschreven bij normale ouderen vanaf de leeftijd van zestig jaar. Het verlies aan geheugen bij Alzheimer is echter een consistent en progressief proces, contrasterend met de capaciteiten van de oudere ervoor en vaak resulterend in milde stoornissen in het dagelijkse leven. Temporele en spatiële desoriëntatie komen eveneens voor in dit stadium en af en toe kunnen afasie en visuconstructionele stoornissen waargenomen worden. Bij 25 tot 50 procent van de patiënten met een milde vorm van Alzheimer komen persoonlijkheids- en gedragsveranderingen voor, bij
9
20 tot 30 procent is sprake van depressie of gemoedsveranderingen. Gebrek aan ziekte-inzicht komt voor bij 50 procent van de patiënten. De taalstoornissen bij vroege stadia van de ziekte van Alzheimer uiten zich als moeilijkheden met het vinden van woorden, minder vloeiend kunnen spreken en circumlocutie.
1
Verder ervaren deze patiënten ook achteruitgang van executieve
functies, zoals plannen, probleemoplossend vermogen, oplossen van complexe taken,… Matige tot ernstige vormen van de ziekte van Alzheimer worden gekenmerkt door verdere progressieve achteruitgang in het cognitief functioneren, meer functionele stoornissen en toenemende afhankelijkheid.
Het wordt voor de patiënt onmogelijk om nieuwe dingen te
onthouden. Patiënten in een vergevorderd stadium van de ziekte van Alzheimer hebben vaak te kampen met uitgesproken desoriëntatie.
Executieve functies gaan duidelijk achteruit in dit
stadium. Ook de cognitieve functies zijn in het ernstig stadium volledig aangetast: de patiënt heeft hulp nodig bij eenvoudige taken, zijn taal is beperkt tot eenvoudige zinnen of soms zelfs tot woorden. Incontinentie van faeces en urine komt frequent voor in dit stadium en vaak zijn deze patiënten bedlegerig. Bij de ziekte van Alzheimer is de mortaliteit sterk verhoogd ten opzichte van de rest van de populatie. Respiratoire, cardiovasculaire en infectieuze problemen worden het meest vermeld als oorzaken van overlijden.(17)
3.5.
Pathogenese
Zoals hiervoor al kort werd aangehaald, bestaan er twee vooropstaande hypothesen wat betreft de ziekte van Alzheimer, namelijk de cholinerge en de amyloïde hypothese. In huidig onderzoek staat de amyloïde hypothese op de voorgrond. 3.5.1. De cholinerge hypothese Volgens de cholinerge hypothese is de aantasting van cholinerge neuronen de belangrijkste oorzaak voor het ontstaan van Alzheimer.
1
Wanneer de patiënt een object moet benoemen door middel van een specifiek woord of korte uitdrukking, dan gaat hij bij aanwezigheid van circumlocutie, het object of het gebruik ervan uitvoerig beschrijven of kan hij aangeven dat hij precies weet wat het object is zonder de naam ervan te noemen. 16. Lafosse C, Verhaert G. Werkboek neuropsychologische vaardigheidstraining: Acco; 2000.
10
Dit verlies kan zowel histopathologisch als neurochemisch, via verlies van merkerenzymen die betrokken zijn bij de synthese en de degradatie van acetylcholine, worden aangetoond. Het grootste verlies aan cholinerge vezels kon teruggevonden worden ter hoogte van de temporale regio’s; in de frontale regio’s vond men een intermediair verlies. Ter hoogte van de nucleus basalis van Meynert detecteerde men een verlies van geassocieerde neuronen.
Er werd een
duidelijke correlatie gevonden tussen de aantasting van cholinerge neuronen en de klinische ernst van de aandoening voor overlijden en neerslag van neurofibrillaire knopen (‘tangles’).(5) Amyloïdpeptide is ook betrokken bij deze hypothese. Het zorgt voor een vermindering in de productie van acetylcholine.(10) Verder is het zo dat cholinerge schade ook enigszins geassocieerd wordt met neerslag van amyloïd. Er bestaat evidentie dat stimulatie van muscarine1- en -3-receptoren ervoor zou zorgen dat het metabolisme van APP meer via de alfasecretasesignaalweg verloopt in plaats van via de bètasecretasesignaalweg en dat stimulatie van nicotinereceptoren de densiteit van de plaques zou reduceren. Neurochemisch wordt een verlies aan merkerenzymen zoals cholineacetyltransferase en acetylcholinesterase opgemerkt. Nog belangrijker in deze context is de verminderde activiteit van het pyruvaat-dehydrogenasecomplex bij Alzheimerpatiënten in post-mortem studies en de gedaalde capaciteit van het heropnamesysteem van choline.
Het cholinerge systeem wordt niet alleen aangetast bij
Alzheimerpatiënten, ook bij normale veroudering kan er een duidelijke achteruitgang geobserveerd worden.(5) Het centraal cholinerg systeem lijkt een belangrijke plasticiteit te bezitten.
Zo suggereert
onderzoek dat er in de vroege stadia in plaats van een verlies juist extra, compensatoire cholinerge hersenactiviteit zou bestaan.
Bij mild cognitieve stoornissen werden verhoogde
waarden van acetyltransferase aangetroffen in de superior frontale cortex, bij milde vormen van Alzheimer waren de waarden normaal.(18) Verder vermoedt men dat aantasting van cholinerge neuronen pas plaatsvindt in de meer gevorderde stadia van de aandoening. Tot slot lijkt het mogelijk dat er zich onder een ingestelde therapie met acetylcholinesterase-inhibitoren extra activiteit van acetylcholinesterasen zou ontwikkelen.(5) Aangezien onderzoek suggereert dat er geen verband bestaat tussen cognitieve symptomen bij milde vormen van Alzheimer en verlies aan cholinerge activiteit,
dient gezocht te worden naar andere veranderingen die vroege
symptomen kunnen verklaren.(18)
11
3.5.2. De amyloïde hypothese De hypothese die tegenwoordig domineert in het onderzoeksdomein van de ziekte van Alzheimer, is de amyloïde hypothese.(2) (Figuur 3.)
Figuur 3. De amyloïde hypothese. Amyloïdbèta wordt gevormd door klieving van APP door bèta- en gammasecretase.(a) Vervolgens worden door aggregatie plaques van amyloïdbèta geproduceerd. (b: Bielschowskykleuring, c: aankleuring met anti-amyloïdbèta-antilichamen) Deze plaques komen in hoge densiteit voor in bepaalde delen van de hersenen van Alzheimerpatiënten. Ze
zouden volgens de
amyloïde hypothese leiden tot een spectrum van neuropathologieën die resulteren in neurotoxiciteit en neuronale dood, wat aan de basis zou liggen van de symptomen van dementie. (d: hersenen van een patiënt met Alzheimer met vergrote sulci) (19)
Een van de belangrijke histopathologische kenmerken van Alzheimer is de neerslag van amyloïdbèta. Dit peptide is een zelf-aggregerend metalloproteïne dat bestaat uit 39 tot 43 aminozuren.(3) Amyloïdbèta werd voor het eerst ontdekt in meningeale bloedvaten van 12
Alzheimer- en Down-syndroompatiënten. Naast het belangrijkste bestanddeel van amyloïde plaques, is dit ook een component die rond corticale arteriolen, in neuronale culturen, in plasma en in cerebrospinaal vocht kan teruggevonden worden.(20) Amyloïdbèta wordt gevormd uit het transmembranair eiwit APP, een groep van eiwitten van 695 tot 770 aminozuren. APP kan via twee mogelijke signaalwegen omgezet worden.(Figuur 4.) De eerste mogelijkheid verloopt via de alfasecretasesignaalweg en resulteert in het klieven van APP ter hoogte van het extracellulair domein met vrijstelling van het oplosbare APPalfa (sAPPalfa). Deze signaalweg is belangrijk omwille van zijn neuroprotectieve eigenschappen en mogelijke geheugenbevorderende effecten. sAPPalfa reguleert neuronale exciteerbaarheid en stimuleert groei van neurieten.(1) ADAM-9 (A disintegrin and metalloprotease), -10 en -17 of TACE (tumour necrosis factor alfa converting enzym) zijn mogelijk betrokken bij de omzetting van APP via alfasecretase. Dit proces kan gereguleerd worden via G-proteïne gekoppelde receptoren (GPCR’s).(21, 22) Een alternatief is het klieven van APP door bètasecretasen ter hoogte van de N-terminus en door gammasecretasen ter hoogte van de C-terminus.
Eerst zorgt het membraangebonden
bètasecretase voor het klieven van APP, waardoor het ectodomein losgemaakt wordt en C99 achterblijft. Vervolgens wordt C99 gekliefd door gammasecretase en worden op die manier amyloïdbèta en het APP intracellulair domein (AICD) gevormd.(22, 23) PS1 en PS2 zijn de belangrijkste elementen van het gammasecretasecomplex. Presenilines zijn proteïnen die voornamelijk voorkomen in neuronen en wijdverspreid zijn in de hersenen.(4) Na het samenkomen van preseniline met een aantal andere componenten (Nicastrine, Aph-1 en Pen2), voltrekt zich de klieving in twee subeenheden, een N- en een C-terminaal fragment. Deze dragen beide bij tot het actieve proteïne dat instaat voor de splitsing van APP. Zoals reeds eerder vermeld, wordt de erfelijke vorm van de ziekte van Alzheimer in belangrijke mate toegeschreven aan mutaties in presenilinegenen.(23) De meeste mutaties in APP of PS1/2 leiden tot verhoogde waarden van de langere vorm van amyloïdbèta. Deze vorm, het hydrofobe amyloïdbèta 42, geeft sneller aanleiding tot het vormen van plaques en is in vitro toxischer dan zijn kortere variant. Sommige mutaties in PS1 zorgen echter eerder voor een daling in amyloïdbèta 40, in plaats van voor een toename van amyloïdbèta 42. Hieruit vloeit de alternatieve verklaring dat een gestegen ratio amyloïdbèta 42/ 40 aan de basis staat van de ziekte van Alzheimer.(2)
13
Figuur 4. Klieving van APP. Bètasecretase klieft APP aan de N-terminale zijde, waardoor sAPPbèta en een C-terminaal fragment van 99 aminozuren (C99) worden gevormd.
Klieving van C99 door
gammasecretase leidt tot het ontstaan van amyloïdbèta en AICD. APP kan eveneens bewerkt worden door alfasecretase, waardoor sAPPalfa en C83 gevormd worden.
De epsilonklieving wordt eveneens
gemedieerd door het gammasecretasecomplex, maar vindt dichter bij de cytoplasmatische grens van het transmembranair domein plaats.(24)
Een ander idee is dat de vorming van oligomeren verantwoordelijk is voor het ontstaan van Alzheimer.
De manier waarop is echter nog niet duidelijk.
Een eerste optie is dat de
amyloïdbèta-monomeren aanleiding geven tot de vorming van oplosbare oligomeren. In een volgende stap gaan deze verder aggregeren tot onoplosbare protofibrillen en plaques. Zowel de oplosbare oligomeren als de onoplosbare fibrillen zouden pathogene eigenschappen hebben. Een andere mogelijkheid is dat amyloïdbèta ofwel via een pathogene signaalweg wordt omgevormd tot oplosbare oligomeren, ofwel via een niet-pathogene signaalweg tot onoplosbare protofibrillen en plaques. De huidige data zijn voornamelijk consistent met deze laatste visie.(2) Onderzoek heeft immers aangetoond dat amyloïdbèta-oligomeren een directe negatieve invloed kunnen hebben op het langetermijngeheugen van de hippocampus en de synaptische functie kunnen verstoren.(3) Bovendien zijn er een aantal argumenten die aangeven dat de oorspronkelijke visie dat de amyloïde plaques aan de basis liggen van de pathogenese van de ziekte van Alzheimer,
14
allicht niet voldoet. Een eerste twijfel vloeit daarbij voort uit het feit dat het aantal plaques niet goed correleert met de ernst van de cognitieve stoornis.
De concentratie van oplosbare
amyloïdbètasoorten ter hoogte van de cortex lijkt daarentegen wel goed te correleren met cognitieve stoornissen.(2, 25) Een tweede probleem is dat de graad waarmee de neerslag van amyloïdbèta toeneemt door een genetische mutatie in APP, PS1 of PS2, een slechte correlatie vertoont met de leeftijd waarop de patiënt de eerste symptomen van Alzheimer vertoont.(25) Verder is het zo dat de plaques ook terug te vinden zijn bij normale individuen.(26) Er werd tot nu toe geen specifieke neurotoxische soort van amyloïdbèta geïdentificeerd bij in vivo onderzoek.(25) Men heeft wel reeds geprobeerd de neurotoxiciteit te verklaren aan de hand van verschillende mechanismen.
Vooropgesteld in dit verband zijn de reactieve
zuurstofmoleculen (‘reactive oxygen species’, ROS), excitotoxiciteit met intracellulaire calciumopstapeling, veranderingen van het cytoskelet, energiedepletie, inflammatoire processen en een gedaalde membraandoorlaatbaarheid. Deze processen leiden tot apoptose of necrose en resulteren uiteindelijk in het verlies van neuronale celpopulaties.(20) Omdat de amyloïde hypothese geen sluitende verklaring biedt, werd verder gezocht naar andere factoren die de pathogenese van Alzheimer kunnen verklaren. Stoornissen in vesiculair transport, cytoskeletaal netwerk en distributie van cholesterol over het membraan spelen mogelijk een belangrijke rol. Het belang van APP, PS1/2 en ApoE is nog niet helemaal begrepen.(27) Tevens werd naast een cholinerge stoornis bij patiënten met de ziekte van Alzheimer ook verlies van andere neurotransmitters opgemerkt. Er bestaat groeiende evidentie dat stoornissen ter hoogte van het serotonerge systeem gerelateerd zijn aan de cognitieve achteruitgang bij AD.(3)
3.6.
Diagnose
Aangezien er nog geen specifieke biologische merker werd gevonden, is het moeilijk om de ziekte van Alzheimer te diagnosticeren. De zekerheidsdiagnose kan voorlopig enkel gesteld worden op basis van een post-mortem onderzoek van het hersenweefsel.(13, 28) De diagnose van dementie kan worden vermoed op basis van anamnese en eenvoudig klinisch onderzoek, waarbij voornamelijk de cognitieve testen belangrijk zijn. Een veel gebruikte test in dit verband is het Mini-Mental State Examination (MMSE).(11, 13) Tevens is het belangrijk om een aantal andere mogelijke oorzaken van cognitieve achteruitgang uit te sluiten.(6)
15
De werkgroep van de ‘National Institute of Neurological and Communicative Disorders and Stroke’ en de ‘Alzheimer’s Disease and Related Disorders Association’ (NINCDS-ADRDA) bracht een dertigtal jaar geleden zijn richtlijnen voor klinische diagnoses van de ziekte van Alzheimer uit.(12, 17) (zie bijlage 1) Ook de DSM-criteria worden frequent gebruikt voor het stellen van de klinische diagnose van Alzheimer.(17) (zie bijlage 2) De ‘New Research Criteria for the Diagnosis of AD’ voorgesteld door de ‘International Working Group’ (IWG) en de ‘National Institute on Aging and the Alzheimer’s Association Working Group’ (NIA-AAWG) pogen om, naast klinische observaties, ook biomerkers en pathologische kenmerken te integreren voor het stellen van de diagnose.(12) Er werden reeds verschillende onderzoeken uitgevoerd om biomerkers te identificeren die nuttig zouden kunnen zijn bij het stellen van de diagnose. Het lijkt erop dat een aantal van deze biomerkers in de toekomst wel een rol zouden kunnen spelen, maar verder onderzoek is nog nodig.(28) Indien beeldvorming wordt uitgevoerd, kan op MRI bilaterale atrofie van de hippocampi gedetecteerd worden.(Figuur 5.) Bij PET-scan kan een reductie van het glucosemetabolisme gezien worden en kan er eventueel gebruik gemaakt worden van de ‘tracer’ Pittsburgh Compound B (PIB), waarmee amyloïde plaques gevisualiseerd worden.(11, 29) Ook computertomografie (CT) en Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) kunnen helpen om de diagnose te stellen. Het nadeel van al deze technieken is hun hoge kostprijs.(28)
3.7.
Differentiaaldiagnose
In de differentiaaldiagnose van de ziekte van Alzheimer kunnen de andere vormen van dementie, zijnde vasculaire, fronto-temporale en Lewy bodies dementie, worden opgenomen. Aan de hand van bloedonderzoek kunnen het aantal rode bloedcellen en de concentraties van foliumzuur en vitamine B12 in het serum bepaald worden. Eventuele deficiënties kunnen op deze manier opgespoord worden. Deze komen vrij frequent voor bij ouderen, maar vormen zelden de enige oorzaak van dementie. Ook tumoren, subdurale hematomen, hydrocefalus met normale druk en cerebrovasculaire accidenten kunnen aan de basis liggen van de symptomen en kunnen worden uitgesloten aan de hand van beeldvormingstechnieken.(6) Verder kan het moeilijk zijn om bij de diagnose het onderscheid te maken met depressie.(17)
16
Figuur 5. Progressieve atrofie ter hoogte van de mediale temporale lobben. CN= Cognitief normaal (ouder persoon); aMCI = ‘amnestic mild cognitive impairment’ (amnestisch milde cognitieve stoornis); AD= ‘Alzheimer’s disease’ (patiënt met ziekte van Alzheimer). (30)
3.8.
Therapie
3.8.1. Niet-farmacologische therapie Naast farmacologische therapie, nemen de niet-farmacologische maatregelen een belangrijke plaats in bij de behandeling van de ziekte van Alzheimer.(6) Alle vormen van dementie zijn geassocieerd met gedragssymptomen. Het meest gerapporteerde symptoom, dat voorkomt bij alle stadia van dementie, is apathie. In het vroege stadium van de ziekte van Alzheimer vertonen patiënten vaak symptomen van depressie. Agressie, hallucinaties en delusies zijn eerder typisch voor het matig tot ernstig stadium van de ziekte. De aanpak van deze gedragssymptomen is complex, te meer omdat patiënten met de ziekte van Alzheimer vaak weinig inzicht hebben in deze symptomen en in de invloed ervan op hun hulpverleners.(8) Hulpverleners die met gedragssymptomen te kampen krijgen, hebben meestal geen specifieke training gehad in de omgang hiermee en lopen ook meer kans op depressie.(6)
Niet-
farmacologische therapie speelt een belangrijke rol bij de behandeling van deze symptomen. Hiervoor zijn verschillende strategieën uitgewerkt, die inspelen op de volgende domeinen: vereenvoudigen van taken, communicatie, educatie en ondersteuning van de hulpverlener, activiteiten en het vereenvoudigen van de omgeving. Een voorbeeld binnen het domein van het vereenvoudigen van taken, is het opsplitsen van taken in verschillende eenvoudige stappen.(8) Verder kan de patiënt terecht in dagzorgcentra voor personen met dementie. Het verblijf in deze centra heeft verschillende voordelen, waaronder een positieve invloed op gedragssymptomen.(6) Enkele studies hebben een vermindering van agressie en agitatie teruggevonden bij muzikale 17
interventies. Andere therapieën, zoals reminescentietherapie, aromatherapie, lichttherapie en validatietherapie wisten niet te overtuigen.(8) 3.8.2. Farmacologische therapie In België worden drie types geneesmiddelen gebruikt bij de ziekte van Alzheimer, namelijk cholinesterase-inhibitoren,
NMDA-antagonisten
en
Gingko
Biloba.
Verder
worden
antipsychotica soms aangewend bij het optreden van welbepaalde symptomen bij patiënten met de ziekte van Alzheimer.(31) Andere strategieën zijn eerder experimenteel. 3.8.2.1.
Cholinesterase-inhibitoren
Een behandeling met cholinesterase-inhibitoren vormt de predominante strategie bij de ziekte van Alzheimer.(3) Deze geneesmiddelen werken via toename van de cholinerge synaptische transmissie door inhibitie van acetylcholinesterase in de synaptische spleet. Daardoor vermindert de hydrolyse van acetylcholine, dat vrijgesteld wordt vanuit presynaptische neuronen.(6) Acetylcholinesterase-inhibitoren bieden bescheiden voordelen wat betreft het cognitief functioneren bij patiënten met Alzheimer. Ze zorgen voor een verbetering van geheugen, denken, aandacht, praxis, taalbegrip en communicatie. Bij onderzoek werden significante verbeteringen ten opzichte van placebo in globale klinische impressie, activiteiten van het dagelijkse leven, psychiatrische en gedragssymptomen, cognitieve performantie en welbevinden van de zorgverlener vastgesteld.(5) Uit een systematische review door de Cochrane Collaboration bleek wel dat het praktische belang van de effecten op het cognitief functioneren bij patiënten met de ziekte van Alzheimer, nog steeds onduidelijk is.(5) Tacrine was de eerste cholinesterase-inhibitor die gebruikt werd in de behandeling van de ziekte van Alzheimer, maar deze werd verlaten omwille van zijn levertoxiciteit. Tegenwoordig worden donepezil, rivastigmine en galantamine voorgeschreven, oorspronkelijk enkel voor milde tot matige vormen van Alzheimer (MMSE met een score tussen 10 en 24), maar later ook voor ernstige vormen.(6) Hoewel Frölich (5) in 2002 concludeerde dat cholinerge therapie in de meer gevorderde stadia van de ziekte van Alzheimer gebruikt dient te worden, suggereert onderzoek over het algemeen dat het aangewezen is om deze therapie op te starten in de vroege fase.(6, 31)
18
De Domino-studie onderzocht of het nuttig is de therapie met donepezil verder te zetten bij patiënten met Alzheimer die evolueren naar de matige tot ernstige vorm. Uit de resultaten bleek dat verderzetting van donepezil gedurende één jaar de verslechtering van cognitief functioneren kon vertragen in vergelijking met placebo. Verder was de winst wat betreft algemene dagelijkse levensverrichtingen statistisch, doch niet klinisch significant. levenskwaliteit voor patiënt of verzorger vastgesteld.
Er werd geen toename van
Voorzichtige interpretatie van deze
gegevens is aangewezen, gezien de grote uitval in de studie.(32) In het algemeen werd geen significant verschil gevonden tussen donezepil en galantamine, noch tussen donepezil en rivastigmine, wat betreft efficaciteit.(6) Donezepil en galantamine bestaan enkel in perorale vorm, bij rivastigmine kan gekozen worden tussen een perorale en een transdermale vorm.(31) Aangezien de ziekte van Alzheimer een chronische aandoening is, is het belangrijk om effecten op lange termijn van geneesmiddelen die kunnen gebruikt worden in de therapie, te bestuderen. Cholinesterase-inhibitoren worden over het algemeen goed getolereerd. De bijwerkingen zijn voornamelijk gewichtsverlies en ongemakken van gastro-intestinale aard.
Andere, minder
frequent voorkomende neveneffecten, zijn duizeligheid, hoofdpijn, moeheid, malaise, syncope, bradycardie en asthenie. Al deze effecten, met uitzondering van allergische reacties, verdwijnen bij reductie van de dosis.(6) 3.8.2.2.
NMDA-antagonisten
N-methyl D-aspartaat(NMDA)-receptoren zijn diffuus aanwezig in de hersenen, maar hebben de hoogste densiteit in pyramidale cellen van de cortex en de hippocampus, gebieden die belangrijk zijn voor geheugen, leren en cognitie.(6, 33) De neurotransmitter glutamaat werkt in op de NMDA-receptor en medieert op deze manier de potentiëring op lange termijn. Dit mechanisme staat centraal bij het geheugen en het leerproces. Verder is het zo dat verhoogde concentraties van glutamaat geassocieerd zijn met excitotoxiciteit en leiden tot necrose, terwijl te lage concentraties apoptose induceren. Belangrijk is ook dat amyloïdbètaplaques ervoor zorgen dat een neuron gevoeliger wordt aan excitotoxiciteit.(33) Memantine is een niet-competitieve antagonist van de NMDA-receptor, die hierop bindt met matige affiniteit.(6) In verschillende studies werd vastgesteld dat memantine neuronale sterfte, die uitgelokt wordt door excitotoxiciteit, kan verhinderen. Sinds 2003 wordt memantine in zowel
19
Europa als de Verenigde Staten aangeraden voor de behandeling van matige tot ernstige ziekte van Alzheimer. In verschillende klinische studies werd aangetoond dat memantine een statistisch significante positieve invloed had op globale en functionele parameters bij matige tot ernstige ziekte van Alzheimer (33) In de Domino studie werd een statistisch significant beter resultaat van vervanging van donepezil door memantine in vergelijking met vervanging door placebo vastgesteld wat betreft cognitief functioneren en dagelijkse levensverrichtingen, doch deze winst bleek niet klinisch revelant.(32) Sommige studies toonden een significante verbetering van gedragssymptomen aan, in andere studies kon deze verbetering niet teruggevonden worden. Uiteindelijk toonde een meta-analyse in 2009 een verbetering aan in agitatie, agressie, irritabiliteit, labiliteit en delusies.(34) De voordelen van memantine bij de behandeling van milde stadia van de ziekte van Alzheimer zijn onduidelijk. Verder onderzoek is hier nog aangewezen.(33) Dit geneesmiddel wordt goed getolereerd. Bijwerkingen zijn eerder zeldzaam; de belangrijkste zijn de volgende: hallucinaties, verwardheid, agitatie, duizeligheid, hoofdpijn, vermoeidheid, bradycardie en atrioventriculair blok.(31) Memantine kan zowel in monotherapie als in combinatietherapie met cholinesterase-inhibitoren worden voorgeschreven.(6) In sommige studies wordt aangegeven dat deze combinatietherapie niet alleen voordelen zou hebben wat betreft cognitie, functioneren, gedrag en globaal, maar er ook voor zou zorgen dat de patiënt met Alzheimer minder snel geïnstitutionaliseerd dient te worden. Ook hierover bestaat echter onenigheid.(32, 33) 3.8.2.3.
Gingko Biloba
Het gestandaardiseerde Ginkgo biloba-extract EGb 761 is allicht niet effectief in de behandeling van de ziekte van Alzheimer.(31) In een review van Oken et al. werd geen bewezen verbetering van gedrag, functioneren en activiteiten van het dagelijks leven gevonden, wel een beperkte positieve invloed op cognitie.(6) 3.8.2.4.
Antipsychotica
Antipsychotica worden vaak voorgeschreven bij symptomen zoals agitatie en psychose bij patiënten met de ziekte van Alzheimer.(35)
20
Binnen de antipsychotica wordt een onderscheid gemaakt tussen de klassieke en atypische antipsychotica. De geneesmiddelen binnen deze klassen verschillen onderling wat betreft doeltreffendheid en risicoprofiel.(31) Frequent voorkomende bijwerkingen zijn extrapyramidale stoornissen en sedatie.(6) Bij de atypische antipsychotica worden ook ongewenste metabole bijwerkingen zoals hyperglycemie gerapporteerd.(31)
Voorzichtigheid met deze klasse van
geneesmiddelen is aanbevolen, aangezien een verhoogde mortaliteit werd vastgesteld bij het gebruik bij ouderen met dementie gedurende langer dan drie maanden, mogelijk te wijten aan een verhoogde incidentie van cerebrovasculaire accidenten.(31, 35) 3.8.2.5.
Andere strategieën
Oestrogenen zijn in staat om de neurotransmissie te reguleren. Ze leiden tot activatie van de intracellulaire oestrogeenreceptor en gedragen zich als opruimers van vrije radicalen. Oestrogenen zouden ervoor zorgen dat het APP-metabolisme in het voordeel van de nietamyloïdogene alfasecretasesignaalweg verloopt en zouden op die manier de vorming van amyloïdbèta voorkomen.(4, 20) Overtuigende resultaten werden echter niet gevonden.(6) Anti-oxidanten vormen een andere mogelijke therapeutische benadering voor de ziekte van Alzheimer.
Aan de hand van muismodellen werd immers ontdekt dat anti-oxidanten de
toegenomen oxidatieve schade die optreedt in het begin van de pathogenese van Alzheimer, kunnen onderdrukken.(36) Combinatietherapie van cholinesterase-inhibitoren met verschillende anti-oxidanten zou effectiever zijn dan monotherapie.(4) In muismodellen en kleine klinische studies werd vastgesteld dat SS-peptides, anti-oxidanten gericht op mitochondria en metabole anti-oxidanten effectief zijn in de behandeling van de ziekte van Alzheimer. Andere antioxidanten zoals vitamine E en C zouden een positieve invloed kunnen hebben op de ontwikkeling van Alzheimer, maar hun klinische efficaciteit is controversieel.(36) In een review van Oken et al. werd geen bewezen verbetering van gedrag, functioneren en activiteiten van het dagelijks leven gevonden, wel een beperkte positieve invloed op cognitie.(6) Verder onderzoek naar een mogelijke rol voor anti-oxidanten is aangewezen.(36)
21
3.8.2.6.
Secretase-inhibitoren
Bèta- en gammasecretasen
vormen een mogelijk doelwit voor de niet-symptomatische
behandeling van de ziekte van Alzheimer gezien hun rol in de vorming van amyloïdbeta. (zie 3.5.2. De amyloïde hypothese).(23) Het enzym bètasecretase 1 (BACE1) werd ongeveer een tiental jaar geleden ontdekt. Sindsdien wordt intensief gezocht naar mogelijke inhibitoren die als therapie zouden kunnen gebruikt worden.(37) Deze zoektocht is voorlopig echter nog maar weinig succesvol, aangezien de componenten die bètasecretase mogelijk zouden inhiberen, zwakke farmaceutische en farmacokinetische eigenschappen hebben.(23) Belangrijke moeilijkheden in deze zin zijn dat de inhibitoren krachtig en selectief dienen te zijn en in staat moeten zijn de bloedhersenbarrière te passeren. Gammasecretase
is
een
aspartylproteasecomplex,
dat
bestaat
membraanproteïnen en preseniline als catalytische component heeft.
uit
vier
integrale
Er werd geruime tijd
gezocht naar inhibitoren van dit complex om aan te wenden bij de behandeling van de ziekte van Alzheimer.(23) Gammasecretase is echter niet enkel betrokken bij het metabolisme van APP, maar klieft ook een variëteit aan andere substraten, waaronder de familie van Notch-receptoren. Deze receptoren zijn betrokken bij verschillende processen die nodig zijn voor celdifferentiatie. Essentieel bij het signaaltransductieproces is de proteolyse van het transmembranair domein door gammasecretase. Inhibitoren van gammasecretase blokkeren dit proces, wat leidt tot toxische effecten, zoals abnormaliteiten in milt en thymus en gastro-intestinale bloedingen.(38) Om deze reden is de aandacht verschoven naar modulatoren van gammasecretase. Een eerste type van modulatoren heeft geen effect op de totale hoeveelheid amyloïdbèta die geproduceerd wordt, maar zorgt wel dat er minder pathogeen amyloïdbèta 42 en meer amyloïdbèta 37-39 wordt gevormd.
De componenten van dit type hebben ook effect op de proteolyse van de Notch-
receptoren, maar de toxiciteit die bij de inhibitoren wordt geobserveerd, is hier niet aanwezig. Een tweede categorie bevat agentia die het klieven van APP door gammasecretase onderdrukken, maar geen invloed hebben op de Notch-proteolyse.(23) Een aantal ‘non-steroidal inflammatory drugs’ (NSAID’s) moduleren gammasecretase op allosterische wijze, waardoor de hoeveelheid amyloïdbèta 42 daalt en de hoeveelheid amyloïdbèta 38 toeneemt. Deze producten lijken tevens niet te interfereren met de Notchproteolyse.(38) In een Cochrane-review vond men echter geen effect van NSAID’s op het 22
cognitief functioneren bij Alzheimerpatiënten.(39)
Verder onderzoek in dit domein is
aangewezen, aangezien de huidige componenten allicht onvoldoende werking, selectiviteit of penetratie in de hersenen hebben.(23) Een andere strategie die nog uitgebreid onderzocht wordt, is immunotherapie.
Actieve
immunisatie met AN-1792 leverde beloftevolle resultaten in studies met transgene dieren. AN1792 kan beschouwd worden als de eerste vorm van actieve immunotherapie die werd ingezet voor de behandeling van de ziekte van Alzheimer. AN-1792 is opgebouwd uit een synthetisch amyloïdbètapeptide van volledige lengte met een QS-21-adjuvant.(40) Zowel een vermindering van neerslag van amyloïdbèta als een verbetering van gedragsparameters werden vastgesteld na toediening van AN-1792. Dit leidde tot de opzet van klinische fase-1-studies en een klinische fase-2- studie, maar deze diende te worden stopgezet wegens de ontwikkeling van een ernstige vorm van encefalitis bij zes procent van de patiënten. De klinische studie met AN-1792 was belangrijk in die zin dat ze als eerste aantoonde dat de ziekte van Alzheimer wel degelijk gemodificeerd kan worden. Dit gegeven leidde tot verder onderzoek naar veiligere passieve immunisatie. Onderzoek met diermodellen toonde aan dat passieve immunisatie resulteert in een vermindering van amyloïdbètapathologie en verbeterde resultaten wat betreft gedrag. Bij de meerderheid van de studies werd geen encefalitis vastgesteld. rapporteerden wel intracerebrale microbloedingen.
Verschillende studies
De mechanismen waarlangs passieve
immunisatie inwerkt op de ziekte van Alzheimer, zijn nog niet goed begrepen. Klinische fase-1- en fase-2-studies met het monoclonaal antilichaam bapineuzumab, een gehumaniseerd
monoclonaal
antilichaam
tegen
amyloïdbèta
en
met
intraveneuze
immunoglobulines werden reeds uitgevoerd en de gunstige resultaten hiervan leidden tot opzet van fase-3-studies bij patiënten met milde tot matige vorm van Alzheimer. Uit twee grote fase-3studies bleek dat behandeling met bapineuzumab niet zorgde voor een klinische verbetering (gemeten aan de hand van de ‘Alzheimer's Disease Assessment Scale-Cognitive subscale’
(ADAS-cog11) en de ‘disability assessment for dementia’ (DAD)-scores) bij patiënten met de ziekte van Alzheimer.(41) Ook bij fase-3-studies met solanezumab, een ander gehumaniseerd monoclonaal antilichaam, kon geen verbetering in cognitie of functioneren gevonden worden.(42)
23
4. De 5-HT4-receptor als mogelijk doelwit voor de behandeling van de ziekte van Alzheimer 4.1.
De 5-HT4-receptor binnen de serotoninereceptoren
De serotoninereceptoren of 5-hydroxytryptaminereceptoren zijn een groep van G-proteïnegekoppelde receptoren en ligandafhankelijke ionkanalen. Er zijn zes klassen 5-HT-receptoren die behoren tot de GPCR’s, met name de 5-HT1-, 5-HT2-, 5HT4-, 5-HT5-, 5-HT6- en 5-HT7-receptoren. GPCR’s zijn integrale membraanproteïnen die bestaan uit een membraandomein, opgebouwd uit zeven alfahelices en via drie intracellulaire en drie extracellaire ‘loops’ verbonden met een intracellulaire carboxyterminus en met een extracellulaire amino-terminus.
Het membraandomein staat in voor de binding van het ligand,
terwijl het intracellulair domein zorgt voor de koppeling naar intracellulaire functies. Over de functionele rol van het extracellulair domein is tot nog toe weinig geweten. De 5-HT3-receptor is het enige gekende subtype van de serotoninereceptoren dat behoort tot de superfamilie van ligandafhankelijke ionkanalen. Deze ionkanalen worden gekenmerkt door het feit dat ze bestaan uit vijf subeenheden, die elk opgebouwd zijn uit vier transmembranaire segmenten en een extracellulaire N-terminale regio. De 5-HT-receptoren worden geactiveerd door de boodschapper serotonine. Met uitzondering van de 5-HT3-receptor, activeren ze op hun beurt allemaal een intracellulaire secundaire boodschapper (‘second messenger’) en zetten op die manier een cascade in gang die resulteert in een excitatoire of inhibitoire respons. Serotoninereceptoren zijn zowel in het centrale zenuwstelsel als in de periferie terug te vinden. De subtypes verschillen wat betreft lokalisatie. (43, 44) 5-HT4-receptoren werden meer dan 20 jaar geleden gekarakteriseerd in neuronale celculturen van colliculi van muizen door Dumuis et al.(45) De moleculaire opbouw van 5-HT4-receptoren werd voor het eerst bestudeerd bij ratten door isolatie van twee C-terminale splicevarianten uit hersenweefsel.(46) Alle humane 5-HT4-receptorisovormen worden gevormd vanuit hetzelfde gen via ‘alternative splicing’.(1)(Figuur 6.) Ze hebben dezelfde aminozuursequentie tot aan de plaats ter hoogte van leucine (Leu) in positie 358.
De isovormen verschillen wat betreft
sequentie van het C-terminale uiteinde.(47) De humane 5-HT4-receptorfamilie bestaat uit acht gekende ‘splice’-varianten (a, b, c, d, e, f, g, n)(48). Deze ‘splice’-varianten verschillen wat
24
betreft farmacologische eigenschappen, althans wanneer bestudeerd in celsystemen, waar ze tot expressie zijn gebracht.(49)
Figuur 6: Schematische weergave van de C-terminale varianten van de 5-HT4-receptor. De isovormen worden gevormd door ‘alternative splicing’ en delen dezelfde aminozuursequentie tot aan Leu in positie 358. Aa=aminozuur (‘amino acid’), Ext=extracellulair, Int=intracellulair.(1)
4.2.
Locatie van de 5-HT4-receptor
5-HT4-receptoren zijn wijd verspreid in zowel het centrale zenuwstelsel als in de periferie.(9) De hoogste 5-HT4-receptordensiteit werd tot nog toe in alle onderzochte soorten vastgesteld ter hoogte van het centrale zenuwstelsel.(10) In een studie van Reynolds et al.(50) werd onderzoek gedaan naar de regionale distributie van de 5-HT4-receptoren door meting van de densiteit van de bindingsplaatsen voor GR113808, een selectieve 5-HT4-receptorantagonist, in post-mortem hersenweefsel. Er werd een heterogene distributie van 5-HT4-receptoren in de hersenen vastgesteld, met een gemiddelde tot hoge densiteit in de basale ganglia en de limbische structuren. De hoogste distributiegraad werd gevonden ter hoogte van de nucleus caudatus, gevolgd door het laterale pallidum, het putamen, het mediale pallidum, de temporale cortex, de hippocampus, de amygdala, de frontale en tot slot de cerebellaire cortex. De structuren waar de hoogste 5-HT4-receptordensiteit gevonden wordt, zijn betrokken bij geheugen en cognitie. De aanwezigheid van 5-HT4-receptoren op intrinsieke
25
striatale GABA-erge of cholinerge neuronen wordt gesuggereerd doordat bij onderzoek bij Huntingtonpatiënten een significante daling aan 5-HT4-receptoren in het putamen kon worden vastgesteld. (De chorea die bij Huntington optreedt, is immers het gevolg van degeneratie van GABA-erge en cholinerge neuronen in de nucleus caudatus en het putamen.) Verder wordt geen lokalisatie op dopaminerge neuronen vermoed, gezien de afwezigheid van significante verschillen in receptordensiteit tussen een controlegroep en een groep patiënten met de ziekte van Parkinson, waarbij stoornissen van het dopaminerge systeem aan de basis liggen van de pathologie.(50) Marner et al. voerden onderzoek naar het effect van leeftijd en andere demografische factoren op binding ter hoogte van de 5-HT4-receptor in de hersenen. Hierbij werd een verminderde binding van de selectieve 5-HT4-receptor-‘radioligand’ SB207145 vastgesteld bij toenemende leeftijd. Geslacht leek geen invloed te hebben op de binding.(51) In ander onderzoek werd echter een dertien procent lagere 5-HT4-receptorbinding in het limbisch systeem gevonden bij vrouwen dan bij mannen. Ter hoogte van het striatum werd in deze studie een daling in bindingsgraad van een procent per decade gevonden, wat weinig is in vergelijking met andere subtypes van receptoren. Deze data suggereren dat het weinig waarschijnlijk is dat 5-HT4-receptoren direct betrokken zijn bij de cognitieve achteruitgang die zich voordoet bij normale veroudering.(52) 5-HT4-receptoren zijn niet alleen terug te vinden in het centrale zenuwstelsel, maar ook in verschillende organen in de periferie, zoals de gastro-intestinale tractus, het hart, de bijnier en de urineblaas.(49) Studies suggereren dat 5-HT4-receptoren in alle delen van de gastro-intestinale tractus tot expressie worden gebracht op enterochromaffiene cellen, intrinsieke primaire afferente neuronen, interneuronen en efferente neuronen van de myenterische plexus, en gladde spiercellen.(53) 5-HT4-receptoren konden zowel bij varkens als bij mensen teruggevonden worden in het hart, doch uitsluitend ter hoogte van de atria.
In het vasculair systeem konden deze receptoren
aangetoond worden ter hoogte van de vena pulmonalis en het mesenterisch lymfesysteem. In de blaas bevinden de 5-HT4-receptoren zich in de musculus detrusor.(45)
4.3.
Effecten van stimulatie van 5-HT4-receptoren
Activatie van 5-HT4-receptoren medieert een aantal fysiologische processen in de periferie.(49)
26
Ter hoogte van de gastro-intestinale tractus zijn de 5-HT4-receptoren betrokken bij de peristaltische reflex. Ze hebben een invloed op de gastro-intestinale motiliteit, allicht doordat ze geactiveerd worden op efferente myenterische cholinerge excitatioire neuronen, wat leidt tot toename van de vrijstelling van acetylcholine en dus tot toename van contractie. Daarnaast kan 5-HT4-receptoractivatie ook relaxatie van gladde spiercellen op welbepaalde plaatsen in de gastro-intestinale tractus bewerkstelligen. De activatie van de 5-HT4-receptor speelt ook een rol bij de regulatie van intestinale secretie.(53) Verder wordt bij 5-HT4-receptorstimulatie de facilitatie van de contractie van de blaas gereguleerd via activatie van het cholinerg systeem. Metoclopramide en cisapride, twee 5-HT4receptoragonisten, leidden in klinische studies tot een vlottere lediging van de blaas en occasioneel tot urinaire incontinentie. Binding van serotonine op de receptoren ter hoogte van de bijniercortex speelt een rol bij de vrijstelling van corticosterone en aldosterone bij kikkers. Bij mensen werd een transiënte verhoogde loslating van aldosterone vastgesteld na toediening van zacopride, een 5-HT4-receptoragonist. In de atria leidt stimulatie van de 5-HT4-receptor tot een kortstondig positief inotroop en een chronotroop effect. Het effect op deze cardiale cellen verloopt via activatie van adenylaatcyclase, wat leidt tot productie van cyclisch adenosine monofosfaat (cAMP), waardoor fosforylatie van Ca2+-kanalen plaatsvindt via proteïne kinase A (PKA). In ventriculair weefsel kon geen effect van 5-HT4-receptorstimulatie gevonden worden, hoewel er wel mRNA coderend voor 5-HT4-receptoren werd geïdentificeerd.(49) Naast hun rol in de periferie, oefenen 5-HT4-receptoren ook een belangrijke invloed uit ter hoogte van de hersenen.(53) Ze zorgen voor een blokkade van kaliumkanalen op lange termijn, waardoor calciumkanalen geopend worden en boodschappers zoals dopamine, serotonine en acetylcholine vrijgesteld worden.(49) Daardoor hebben 5-HT4-receptoren een invloed op hersenfuncties zoals gemoedstoestand, voeding, leren en geheugen.(54) Omwille van het verband tussen 5-HT4receptoren en deze functies, en dan voornamelijk de geheugenfunctie, wordt de 5-HT4-receptor beschouwd als mogelijke target in de therapie van de ziekte van Alzheimer. De effecten van 5HT4-stimulatie die belangrijk zijn in het kader van Alzheimer worden later meer uitgebreid besproken.
27
4.4.
Mogelijke rol van de 5-HT4-receptor in de ziekte van Alzheimer
Wegens hun verband met centrale cholinerge neurotransmissie en wegens hun mogelijke invloed op de productie van amyloïdbeta is er interesse ontstaan voor de 5-HT4-receptor in het kader van de ziekte van Alzheimer. 4.4.1. Centrale densiteit van 5-HT4-receptoren bij patiënten met de ziekte van Alzheimer Studies naar centrale densiteit van 5-HT4-receptoren bij Alzheimerpatiënten geven wisselende resultaten. Bij onderzoek op post-mortem humaan hersenweefsel werd een vermindering van binding van 3H GR113808 van 67, 30 en 26 procent gevonden ter hoogte van respectievelijk de hippocampus (=de structuur die instaat voor potentiatie op lange termijn en spatiaal geheugen), de temporale en prefrontale cortex bij Alzheimerpatiënten.(55) De vermindering ter hoogte van de temporale cortex kan wel niet als significant beschouwd worden. Deze bevindingen stroken met de mogelijke rol van de 5-HT4-receptor bij het cognitieve proces.(50) Tsang et al. vonden wel een significante vermindering in 5-HT4-receptordensiteit ter hoogte van de temporale cortex bij Alzheimerpatiënten, zij het alleen in de groep met hyperfagie. Bij de normofage patiënten werd deze daling niet gevonden. Op basis van hun resultaten suggereren zij dat er een neurochemisch verband bestaat tussen stoornissen ter hoogte van de 5-HT4-receptor en hyperfagie. Hyperfagie is een symptoom dat frequent voorkomt bij patiënten met de ziekte van Alzheimer.(56) In ander onderzoek, post-mortem uitgevoerd op hersenweefsel van patiënten met de ziekte van Alzheimer en een controlegroep, wordt de toename in 5-HT4-receptordensiteit tegengesproken en wordt gerapporteerd dat de bindingsaffiniteit en densiteit van 5-HT4-receptoren niet lijken aangetast te zijn in de frontale en temporale cortex bij de ziekte van Alzheimer en dus waarschijnlijk geen directe rol in de klinische eigenschappen van de ziekte spelen.(57)
Een
mogelijke verklaring voor deze discrepantie zijn methodologische verschillen. Madsen et al. voerden in 2011 onderzoek naar in vivo cerebrale 5-HT4-receptorbinding in vroege stadia van de ziekte van Alzheimer in relatie met de corticale amyloïdbètaschade. Opmerkelijk is dat zij een ‘upregulatie’ van 5-HT4-receptoren rapporteren, die wel geassocieerd bleek met de Pittsburgh Compound B (PIB)-status en de score op MMSE, maar niet met de klinische status (vroeg stadium van de ziekte van Alzheimer of gezonde controlepersoon). De resultaten van dit
28
onderzoek suggereren dat er cerebrale ‘upregulatie’ van de 5-HT4-receptor plaatsvindt bij aanvang van het preklinisch stadium die verdergaat terwijl dementie nog op het milde stadium zit. Deze ‘upregulatie’ zou mogelijk te wijten zijn aan een compensatoir effect ten opzichte van de gedaalde niveaus van interstitieel 5-HT of zou een poging kunnen zijn om de cognitieve functie te verbeteren, de loslating van acetylcholine te bevorderen of om de opstapeling van amyloïdbèta tegen te gaan. De laatste verklaring is meest plausibel, aangezien er een positieve correlatie bestaat tussen amyloïdbètaopstapeling en 5-HT4-receptorbinding.(58) Non-invasieve beeldvorming met PET of SPECT kan zeer nuttig zijn bij onderzoek naar 5-HT4receptordensiteit en bij studies die het effect van geneesmiddelen met 5-HT4-receptoren als target nagaan.
Preklinisch onderzoek bij primaten naar gebruik van MNI-698 en MNI-699 voor
bepaling van de 5-HT4-receptordensiteit werd reeds gestart. MNI-698 en MNI-699 zijn twee radioliganden die hoge affiniteit voor 5-HT4-receptoren bezitten en gelabeld zijn met fluorine18.(59) Bij ons weten zijn er tot op heden geen menselijke data gerapporteerd
4.4.2. Invloed van 5-HT4-receptorstimulatie op cognitieve functies en op centrale vrijstelling van acetylcholine Er werden verschillende experimentele studies verricht naar de invloed van stimulatie van 5-HT4receptoren op de centrale loslating van acetylcholine en op een aantal cognitieve functies. De resultaten van deze studies worden weergegeven in Tabel 1. 4.4.2.1.
Gedragsstudies op proefdieren
Cognitie en geheugen zijn beiden vaak gestoord bij oudere personen en patiënten met de ziekte van Alzheimer.(60) In dit kader toonden verscheidene gedragsstudies bij ratten en muizen aan dat 5-HT4-receptoragonisten een belangrijke invloed kunnen uitoefenen op verschillende geheugenaspecten.(3) Er werden zowel studies met muismodellen specifiek voor de ziekte van Alzheimer als met ratten uitgevoerd, waarbij gebruik werd gemaakt van verschillende 5-HT4receptoragonisten. De data suggereren pro-cognitieve effecten van 5-HT4-receptorstimulatie op zowel het korte- als op het langetermijngeheugen.(54)
29
Tabel 1. Overzicht van studies bij proefdieren naar effecten van stimulatie van de 5-HT4-receptor in het kader van de ziekte van Alzheimer. auteurs
gebruikt model / type studie ratten / gedragsstudie ratten / gedragsstudie ratten (jonge en oude) / gedragsstudie
gebruikte 5-HT4receptoragonist RS-67333
RS-67333
Tesseur et al. 2013(64) Marchetti et al. 2008(65) Marchetti et al. 2011(66)
5XFAD-muismodel en controlemuizen / gedragsstudie hAPP/PS1-muismodel / gedragsstudie ratten / gedragsstudie oude ratten / gedragsstudie
Hille et al. 2008(67)
ratten / gedragsstudie
SL65.0155
Mohler et al. 2007(68)
ratten / neurochemische studiegedragsstudie ratten / neurochemische studie
VRX-03011
Lelong et al. 2001(61) Fontana et al. 1997(62) Lamirault and Simon 2001(60)
Giannoni et al. 2013(63)
Consolo et al. 1994(69)
RS-67333 en RS67506 RS-67333
RS-67333 SL65.0155 SL65.0155
BIMU-1 en BIMU8
belangrijkste bevindingen verbetering van acquisitie bij spatiale geheugentaak (opmerking: ook bij NMDA-agonist D-cycloserine) verbetering van door atropine uitgelokte cognitieve stoornissen na toediening RS67333, niet na RS-67506 bij jonge ratten: verbetering van herkenning van plaatsen en objecten bij toediening voor acquisitiefase bij oude ratten: -verbetering van herkenning van plaatsen bij toediening voor acquisitiefase -verbetering van herkenning van objecten bij toediening voor acquisitie of in consolidatiefase -preventie van cognitieve stoornissen (bij herkenning van nieuwe objecten) bij chronische therapie met RS-67333 -geen pro-cognitief effect bij wilde muizen verbetering van prestatie wat betreft spatiaal leren en geheugen na chronische therapie met RS-67333 herstel van door colchicine uitgelokte stoornissen wat betreft associatief leren (in een olfactorische discriminatietaak) na injectie van SL65.0155 -verminderde prestaties bij oude ratten t.o.v. volwassen ratten bij een olfactorische associatieve discriminatietaak zijn te wijten aan een stoornis in referentiegeheugen -verbetering van de verminderde prestatie bij oude ratten door toevoeging van SL65.0155 -daling van het aantal foute responsen -toename van het percentage goede pogingen -daling van het aantal dwangmatige responsen -toename van latentie bij verkeerde pogingen -toename van loslating van Ach ter hoogte van de hippocampus -verbeterde prestatie bij spontane alternatietest met vertraging toename van loslating van Ach ter hoogte van de frontale cortex
30
Activatie van de 5-HT4-receptor zou een positieve invloed hebben op acquisitie en/of consolidatie. Zo werd gerapporteerd dat RS-67333, een partiële 5-HT4-receptoragonist, het leerproces voor een navigatietaak bij ratten kan versnellen.(61) Lamirault en Simon deden in 2001 onderzoek naar het effect van 5-HT4-receptorstimulatie op plaats- en objectherkenning. Injectie van de partiële agonist RS-67333 voor de acquisitiefase zorgde voor verbeterde plaatsherkenning bij jonge ratten. Bij oude ratten kon men een verbeterde plaatsherkenning waarnemen bij inspuiting voor de acquisitie en een verbeterde objectherkenning bij inspuiting voor de acquisitie- of tijdens de consolidatiefase. Deze effecten werden teniet gedaan door een voorafgaande behandeling met een 5-HT4-receptorantagonist. Een mogelijke verklaring voor het bevorderend effect van RS-67333 is een activiteit ter hoogte van het serotonerg systeem, maar meer waarschijnlijk betreft het serotonerge modulatie van cholinerge functies via 5-HT4receptoren.(60) In een studie van Mohler et al. verbeterden de prestaties van ratten bij een spontane alternatietest met vertraging na toediening van agonist VRX-0311. Tijdens deze test dienen ratten de vier armen van een doolhof alternerend te doorlopen. Na het doorlopen van een arm wordt de rat gedurende 30 seconden vastgezet in deze arm.(68) Er werd tevens een positief effect van stimulatie van 5-HT4-receptoren door 5-HT4-agonisten gerapporteerd op cognitieve stoornissen, uitgelokt door onder meer colchicine en atropine. De agonist RS-67333 voorkomt amnesie, uitgelokt bij ratten door atropine.(62) Een andere studie op ratten door Marchetti et al. toonde aan dat geheugengebreken bij olfactorische associatieve discriminatietaken, ontstaan door gebruik van colchicine, verbeteren
na toediening van
SL65.0155.(65) In een latere studie door dezelfde auteurs werd gevonden dat activatie van 5-HT4-receptoren door SL65.0155 voornamelijk positieve invloed heeft op het referentiegeheugen. Dit geheugen, dat deel uitmaakt van het langetermijngeheugen en bij mensen het expliciete geheugen wordt genoemd, wordt aangetast bij hersenaandoeningen of bij normale veroudering bij mensen, terwijl het impliciete geheugen gespaard blijft.(66) Verder is aandachtsverlies een van de primaire cognitieve stoornissen die geassocieerd wordt met Alzheimer en die vroeg voorkomt in het verloop van de ziekte.(67) Hille et al vonden dat toediening van de partiële 5-HT4-receptoragonist SL65.0155 zorgde voor een verbetering van de aandacht bij ratten in een seriële taak met vijf keuzes waarbij de reactietijd gemeten wordt. (‘fivechoice serial reaction time task’)(67)
31
Er werden ook een aantal studies uitgevoerd met muismodellen van de ziekte van Alzheimer. In het 5XFAD-muismodel (transgene muizen met overexpressie van zowel humaan APP als van humaan PS1 met verschillende mutaties die gekend zijn in het kader van de familiale vorm van de ziekte van Alzheimer) konden verbeteringen in stoornissen in een test om nieuwe voorwerpen te herkennen, worden vastgesteld na chronische therapie met RS-67333.(63) Bij hAPP/PS1muizen (transgene muizen met co-expressie van humaan APP en PS met een aantal mutaties) werd een verbetering van prestatie op vlak van spatiaal leren en geheugen gevonden na chronische therapie met RS-67333.(64) 4.4.2.2. Neurochemische studies op proefdieren Naast gedragsstudies werden ook neurochemische studies uitgevoerd om het effect van 5-HT4receptorstimulatie na te gaan.(zie Tabel 1.) Onderzoek heeft aangetoond dat stimulatie van 5HT4-receptoren leidt tot een verhoogde vrijstelling van acetylcholine. (68, 69) In een neurochemische studie bij ratten waarbij gewerkt werd met de microdialysetechniek, werd ter hoogte van de frontale cortex een verhoogde vrijstelling van acetylcholine gevonden na intracerebroventriculaire injectie van niet-selectieve 5-HT4-receptoragonisten BIMU-1 (endo-N(8-methyl-8-azabicyclo[3.1.2]oct-3-yl)-2,3-dihydro-3-ethyl-2-oxo-1H-benzimidazole-1-carboxymide) en BIMU-8 (endo-N-(8-methyl-8-azabicyclo[3.1.2]oct-3-yl)-2,3-dihydro-3-isopropyl-2oxo-1H-benzimidazole-1-carboxymide). Ter hoogte van de hippocampus en het striatum werden geen veranderingen vastgesteld.(69) In het onderzoek van Mohler et al. werd na toediening van de 5-HT4-receptoragonist VRX-03011 bij ratten een toename van acetylcholine ter hoogte van de hippocampus gevonden, doch enkel bij het uitvoeren van de geheugentaak, niet bij de rustconditie.(68) Dit is een resultaat dat consistent is met de afwezigheid van toename van acetylcholine ter hoogte van de hippocampus na intracerebroventriculaire injectie van BIMU-1 en -8.(69) De loslating van acetylcholine op niveau van de hippocampus zou specifiek gebonden zijn aan het uitvoeren van cognitieve taken.(68) In neurochemische studies werd dus een verband tussen stimulatie van de 5-HT4-receptor en toegenomen loslating van acetylcholine gevonden. Deze bevinding past in de context van de cholinerge hypothese.
Deze hypothese kan echter niet als een afdoende verklaring in de
pathogenese van de ziekte van Alzheimer beschouwd worden. Doch, stimulatie van 5-HT4receptoren geeft nog andere effecten, meer kaderend in de amyloïde hypothese. Deze effecten worden hieronder meer uitgebreid besproken.
32
4.4.3. Invloed van 5-HT4-receptorstimulatie op de productie van amyloïdbèta De experimentele studies waarbij men de invloed van 5-HT4-receptorstimulatie op de verwerking van APP heeft nagegaan, zijn samengevat in Tabel 2. 4.4.3.1.
Invloed op secretie van sAPPalfa
De omzetting van APP kan enerzijds verlopen via de alfasecretasesignaalweg. Hierbij wordt sAPPalfa gevormd, dat neuroprotectieve eigenschappen zou bezitten. Om die reden werd zowel in vitro als in vivo onderzoek verricht naar het effect van 5-HT4-receptorstimulatie op de loslating van sAPPalfa. De resultaten van de verschillende studies lijken consistent en tonen een toename van de loslating na activatie van de receptor, doch soms enkel in welbepaalde omstandigheden. Activatie van de 5-HT4-receptor zorgt voor een toename van de secretie van sAPPalfa in ovariële cellen van de hamster met co-expressie van de menselijke 5-HT4(g)-receptorisovorm en het humane APP695, een majeure isovorm van het humane neuronale APP. Dit effect is concentratieen tijdsafhankelijk.
De toename wordt geïnhibeerd door GR113808, een selectieve 5-HT4-
antagonist.(1, 70) Het verband tussen de 5-HT4-receptor en verwerking van APP kon niet enkel in ovariële cellen van hamsters worden vastgesteld. Prucalopride en renzapride, twee selectieve 5-HT4-receptoragonisten, zorgen voor een toename van de secretie van sAPPalfa in IMR32 humane neuroblastomacellen.(70) Recent onderzochten Tesseur et al. de effecten van een nieuwe 5-HT4-receptoragonist, namelijk SSP-002392, in humane neuroblastomacellen waarin de 5HT4(d)-receptor en humaan APP van het wilde type transiënt getransfereerd werden. SSP-002392 kan de productie van sAPPalfa (en tevens van cyclisch adenosine monofosfaat (cAMP)) laten toenemen in de neuroblastomacellen. Toediening van de 5-HT4-receptorantagonist GR113808 blokkeert deze effecten, wat aantoont dat SSP-002392 werkt via activatie van 5-HT4receptoren.(64) Daarnaast werd ook bij in vivo onderzoek gevonden dat stimulatie van 5-HT4-receptoren een belangrijke weerslag kan hebben op de niet-amyloïdogene signaalweg van de verwerking van APP. Zowel het effect van acute toediening van een 5-HT4-receptoragonist als van chronische therapie werden bestudeerd. Injectie van prucalopride leidde tot een verhoogd sAPPalfa-niveau ter hoogte van de hippocampus en de cortex bij C57BL/6j-muizen.(71)
33
Tabel 2. Overzicht van experimentele studies naar effecten van stimulatie van 5-HT4-receptoren bij de verwerking van APP. auteurs
gebruikt model
Lezoualc'h and Robert 2003(1)
CHO-cellen met co-expressie van neuronale humane 5HT4(g)-receptorisovorm en humaan APP695 IMR32 humane neuroblastomacellen
Robert et al. 2001(70) zie vorige
Tesseur et al. 2013(64)
zie vorige CachardChastel et al. 2007(71) zie vorige
Giannoni et al. 2013(63) Cho and Hu 2007(21)
Robert and Lezoualc'h 2008(72)
gebruikte 5-HT4receptoragonist 5-HT en prucalopride
belangrijkste bevindingen
prucalopride en renzapride
toename van loslating van sAPPalfa na toediening 5-HT4-receptoragonisten (inhibitie van effect door toediening GR113808)
CHO-cellen met co-expressie van de 5-HT-4(e/g)-receptor en humaan APP695 hAPP/PS1-muismodel (in vivo)
5-HT
humane SH-SY5Y neuroblastomacellen mannelijke C57BL/6j-muizen (in vivo)
SSP-002392
transgeen muismodel van de ziekte van Alzheimer met expressie van de Londonmutatie van APP 5XFAD-muismodel
prucalopride
-toename van loslating van sAPPalfa na toediening 5-HT (inhibitie van effect door GR113808) -geen daling van totaal aantal amyloïdbèta -acute toediening van SSP-002392: geen effect op de hoeveelheid sAPPalfa -chronische 5-HT-4-receptoractivatie: toename van loslating van sAPPalfa (bij 4 à 5 maand oude muizen, niet bij 12 à 13 maand oude), afname van productie en depositie van amyloïdbèta (bij 4 à 5 maand oude muizen, niet bij 12 à 13 maand oude), 'downregulatie' van Adam17, Bace-1 en van expressie van nicastrine, toename van astro- en microgliosis toename van loslating van sAPPalfa (en van productie van cAMP) na toediening van SSP-002392 -toename van sAPPalfa ter hoogte van de hippocampus en de cortex na toediening van prucalopride -toename van sAPPalfa in de cortex na toediening van ML10302 toename van sAPPalfa in de cortex
Tg2576-transgene muizen met expressie van humaan APP(K760N/M671L) (primaire corticale culturen) ovariële cellen van Chinese hamsters
RS-67333
SSP-002392
prucalopride en ML10302
RS-67333
5-HT en prucalopride
toename van loslating van sAPPalfa na toediening 5-HT4-receptoragonisten via cAMP-afhankelijke en PKA-onafhankelijke signaalwegen
chronische therapie met RS-67333 gedurende asymptomatische fase van ziekte van Alzheimer: -daling aantal amyloïde plaques -daling astro- en microgliosis in hippocampus -toename van concentratie van sAPPalfa in hersenen en cerebrospinaal vocht inhibitie van productie van amyloïdbèta en toename van neuronale overleving in transgene neuronale culturen (niet bij het wilde type) na toediening RS67333 -bij activatie van ultrakorte isovorm 5-HT4(d): toename van loslating van sAPPalfa en daling van extracellulair amyloïdbèta -bij activatie van langere isovorm 5-HT4(e/g): geen verandering in secretie van amyloïdbèta 34
In dezelfde studie werden bij een transgeen muismodel van de ziekte van Alzheimer (Londonmutatie van APP) eveneens verhoogde sAPPalfa-niveaus aangetroffen ter hoogte van de hippocampus en de cortex na toediening van prucalopride. Toediening van ML10302, een zwakke, selectieve 5-HT4-receptoragonist zorgt enkel voor verhoogde niveaus ter hoogte van de cortex. GR125487, een selectieve 5-HT4-antagonist, zorgt voor inhibitie van de toename in sAPPalfa, geïnduceerd door prucalopride. Het is opmerkelijk dat de toename van sAPPalfa voornamelijk ter hoogte van de cortex gevonden wordt.
De daling van de 5-HT4-
receptordensiteit bij patiënten met de ziekte van Alzheimer wordt immers voornamelijk gevonden ter hoogte van de hippocampus. Mogelijk zijn in de hippocampus en de cortex verschillende isovormen van de 5-HT4-receptor aanwezig.(71) Bij hAPP/PS1-muizen in het in vivo muismodel aangewend door Tesseur et al. had de acute toediening van de agonist SSP-002392 echter geen effect op de hoeveelheid sAPPalfa. De effecten bij chronische therapie waren niet eenduidig; bij 4 tot 5 maand oude muizen kon een toename van de hoeveelheid sAPPalfa worden vastgesteld, bij 12 tot 13 maand oude muizen kon geen significant verschil worden vastgesteld.(64) Giannoni et al. voerden recent onderzoek naar het effect van chronische therapie met de 5-HT4receptoragonist RS-67333 gedurende de asymptomatische fase van de ziekte van Alzheimer, daarbij gebruik makend van het muismodel 5XFAD. Zij stelden een toename van de concentratie van sAPPalfa in de hersenen en het cerebrospinaal vocht vast na chronische toediening van RS67333. Belangrijk hierbij is dat het noodzakelijk is om de therapie voldoende vroeg te starten en voldoende lang verder te zetten. Bij kortere duur van therapie (1maand) en start in een later stadium van de ziekte van Alzheimer kon immers geen significante verbetering worden vastgesteld. (63) Dit resultaat is overeenkomstig met de resultaten gevonden in de studie van Tesseur et al.(64) 4.4.3.2.
Invloed op alfasecretase-activiteit
Over het effect van 5-HT4-receptorstimulatie op de alfasecretaseactiviteit, bestaat geen eenduidigheid. Onder meer Robert et al. en Cachard-Chastel et al. suggereren een verhoogde activiteit van alfasecretase na stimulatie van de 5-HT4-receptor.(70, 71) In recent onderzoek van Tesseur et al. kon in de celcultuur wel een toename van alfasecretase-activiteit worden vastgesteld, maar niet bij het in vivo muismodel. Zij geven aan dat in de studies van Robert et al. en Cachard-Chastel geen resultaten werden weergeven wat betreft het effect van prucalopride op
35
amyloïdbèta, sAPPbèta (APP na klieving door bètasecretase) en C-terminaal APP, zodat niet kan uitgemaakt worden of hun gevonden resultaten enkel te wijten zijn aan alfasecretaseactiviteit.(64) 4.4.3.3.
Invloed op productie van amyloïdbèta
APP kan tevens verwerkt worden via een signaalweg waarbij bèta- en gammasecretasen betrokken zijn. Via deze weg wordt het toxische amyloïdbèta gevormd. In verschillende studies werd onderzocht of stimulatie van 5-HT4-receptoren een daling van amyloïdbèta kan teweegbrengen. De resultaten van deze studies zijn wisselend. In een onderzoek op corticale culturen van transgene muizen (Tg2576)
die het humane
APP(K670N/M671L) (‘Swedisch mutant APP’= een mutatie die zorgt voor een toename in amyloïdbèta 40/42 en een toename van neerslag van amyloïd in de hersenen) tot expressie brengen, werd gevonden dat de selectieve 5-HT4-receptoragonist RS-67333 de productie van amyloïdbèta inhibeert en de overleving van transgene neuronen op een dosisafhankelijke manier bevordert. Bij culturen van controlemuizen kon geen significant effect op neuronale overleving worden vastgesteld.(21) Bij activatie van de 5-HT4-receptor met SSP-002392 door Tesseur et al. worden de effecten op amyloïdbèta enkel teruggevonden in het hAPP/PS1-muismodel in een vroeg stadium van opstapeling van amyloïdbèta (bij 4 à 5 maand oude muizen) en enkel na chronische therapie met de agonist. De daling van amyloïdbèta wordt vastgesteld ter hoogte van de hippocampus en de cortex en is meest prominent ter hoogte van de hippocampus.(64) In het 5XFAD-muismodel werd een daling van het aantal amyloïde plaques en van de concentratie van amyloïdbèta 40 en 42 in de onoplosbare fractie vastgesteld na chronische toediening van RS67333.(63) Robert et al. rapporteerden na onderzoek op ovariële cellen van de Chinese hamster (CHOcellen) die de 5-HT4(g)-receptorisovorm tot expressie brachten, echter geen modificatie van het extracellulaire amyloïdbètaproteïne.(70) Het is mogelijk dat de signaalwegen anders gereguleerd worden door 5-HT4-receptoren in niet-neuronale cellen dan in neuronale cellen.(21) Verder werd door Robert et al. het totale amyloïdbèta gemeten en niet amyloïdbèta 40 en 42 afzonderlijk.(70) De verschillende 5-HT4-receptorisovormen hebben verschillende functionele effecten op de amyloïdbètasecretie en beïnvloeden mogelijk de signaalwegen voor bèta- en gammasecretase op een verschillende manier. In 2008 werd onderzoek verricht naar effect van de ultrakorte vorm van de 5-HT4-receptor, 5-HT4(d), op verwerking van APP in CHO-cellen. Er werd gevonden dat
36
activatie van 5-HT4(d)-receptoren zorgt voor toename van loslating van sAPPalfa en de hoeveelheid extracellulaire amyloïdbètapeptides vermindert, in tegenstelling tot de langere 5HT4(e/g)-isoform, die geen invloed had op de amyloïdbètasecretie.(72) 4.4.3.4.
Invloed op astro- en microgliosis, nicastrine, BACE-1 en ADAM-17
Naast een invloed op de amyloïdogene en niet-amyloïdogene signaalweg, konden nog een aantal andere effecten van 5-HT4-receptorstimulatie teruggevonden worden die mogelijk van belang zijn bij de pathogenese van de ziekte van Alzheimer. Zo kon in muismodellen een verandering van astrogliosis en microgliosis vastgesteld worden na chronische therapie met 5-HT4receptoragonisten.
In het 5XFAD-muismodel wordt na chronische toediening van 5-HT4-
receptoragonist RS-67333 een daling in astrogliosis en microgliosis ter hoogte van de hippocampus vastgesteld.(63) In het hAPP/PS1-muismodel van Tesseur et al. kon echter een toename van astro- en microgliosis vastgesteld worden bij 4 à 5 maand oude muizen na chronische toediening van SSP-002392. Verder werd ter hoogte van de hippocampus een significante daling in nicastrine-expressie, BACE-1 en ADAM-17 geïnduceerd. Reductie van BACE-1 en toename van astro- en microgliosis dragen mogelijk bij tot daling van amyloïdbèta.(64)
4.4.4. Signaalwegen betrokken bij de verwerking van APP door stimulatie van 5-HT4receptoren
Er werden verschillende onderzoeken gevoerd naar de signaalwegen die betrokken zijn bij de verwerking van APP na activatie van de 5-HT4-receptoren. Al deze studies, met uitzondering van één recente, gaan uit van dezelfde signaalweg, eventueel nog met een bijkomende alternatieve weg. 4.4.4.1.
Adenylaatcyclase en cAMP
Alle 5-HT4-receptorisovormen zijn positief gekoppeld aan adenylaatcyclase.(22) Stimulatie van de 5-HT4-receptor zorgt voor intracellulaire productie van cAMP, wat leidt tot activatie van PKA. De betrokkenheid van cAMP in verwerking van APP werd onderzocht in ovariële cellen van hamsters door toediening van 8-bromo-cAMP, een membraanpermeabele cAMP-analoog, en
37
forskolin, een directe activator van adenylaatcyclase. Beiden mimeerden het effect van 5-HT4receptorstimulatie, aangezien ze zorgden voor een toename in sAPPalfasecretie. In dezelfde studie werd bij toediening van de 5-HT4-receptoragonist prucalopride bij humane neuroblastomacellen een toename van cAMP vastgesteld.
Het effect van 5-HT4-
receptorstimulatie op loslating van sAPPalfa is bovendien onafhankelijk van PKA. Robert et al. vonden immers dat de proteïne kinase A (PKA)-inhibitor H89 de toename in zowel gesecreteerd als cellulair sAPPalfa, geïnduceerd door stimulatie van de 5-HT4-receptor, versterkte.(70) cAMP is dus ook in staat om specifieke cellulaire functies via PKAonafhankelijke signaalwegen te reguleren.(Figuur 7.) Kleine guanine trifosfatasen (GTPasen) van de Rho-familie, waaronder Rho, Rac en ‘cell division control protein’ (Cdc) 42, spelen vaak een rol bij de regulatie van secretoire ‘trafficking’. (Kleine G-proteïnen bevinden zich ofwel in een GTP-gebonden actieve staat ofwel, na GTPhydrolyse in een GDP-gebonden inactieve staat.
Deze cyclus wordt gereguleerd door de
‘guanine nucleotide exchange factor’(GEF), het ‘GTPases activating protein’(GAP) en de ‘guanine nucleotide dissociation inhibitor’(GDI).) Van Rho en Cd42 is bewezen dat zij op een PKA-afhankelijke manier gereguleerd worden.(10) De aandacht in het onderzoek werd dus toegespitst op Rac. Stimulatie van de 5-HT4-receptor zorgt voor Rac-activatie op een tijds- en concentratieafhankelijke manier. Dit werd getest in CHO-cellen, evenals in primaire neuronen en een humane IMR32 neuroblastoomcellijn. Er werd opgemerkt dat de toename in Rac-activatie door 5-HT4-receptoractivatie ook een toename in intracellulaire niveaus van cAMP induceert. De membraanpermeable cAMP-analogen 8-bromo-cAMP en Rp-cAMPS zorgden beiden voor een stijging van het Rac-GTP, wat de betrokkenheid van cAMP bij Rac-activatie aantoont. Verschillende experimenten toonden aan dat activatie van Rac op een PKA-onafhankelijke manier gebeurt.
Verder werd ontdekt dat ‘exchange protein directly activated by cAMP’
(Epac)1, een cAMP-gereguleerd GEF, de activatie van Rac induceert.
Dit proces wordt
gemedieerd door Rap1, een klein GTPase van de Ras-familie. Er werd ook een belangrijke functionele rol van deze signaalweg geïdentificeerd, namelijk de verwerking van APP. Epac1 zorgt immers voor toename van de secretie van sAPPalfa via Rap1 en Rac.(73) Het moleculaire verband tussen Rap1 en Rac werd onderzocht door Zaldua et al. Er werd ontdekt dat Rap1 de guanine nucleotide exchange factor ‘Sif and Tiam1-like exchange factor’ (STEF) rekruteert via zijn TSS-regio en Rac-1 activeert. Stimulatie van de 5-HT4-receptor zorgt immers
38
voor activatie van Rac1 in CHO-cellen getransfecteerd met STEF (wild type), terwijl bij overexpressie van STEF met veranderingen ter hoogte van de TSS-regio een blokkade van de Rac-1-activatie wordt geïnduceerd, zonder dat daarbij de Rap1-activatie wordt aangetast. Deletie van het TSS-domein van STEF zorgt voor een daling in secretie van sAPPalfa.(74)
Figuur 7: Meest vooropgestelde signaalweg voor de verwerking van APP bij stimulatie van 5-HT4receptoren. Stimulatie van de 5-HT4-receptor zorgt voor productie van cAMP via activatie van adenylaatcyclase. Vervolgens wordt Epac1 geactiveerd, wat de activatie van Rac via Rap1 induceert. Dit leidt tot een verhoogde secretie van sAPPalfa.(73)
39
Opmerkelijk is dat de resultaten van de studie van Pimenova et al. op een SH-SY5Y humane neuronale cellijn tegenstrijdig zijn met deze vorige resultaten. Pimenova et al. stelden immers geen betrokkenheid van AC en cAMP bij het klievingsproces via alfasecretase vast. Dit is mogelijk te wijten aan verschillen in cellulaire systemen, namelijk CHO-cellijnen ten opzichte van een humane neuronale cellijn. (75) 4.4.4.2.
Fosfolipase C
Activatie van de 5-HT4-receptor induceert in ovariële cellen van hamsters –naast productie van cAMP via activatie van adenylaatcyclase- tevens een toename van de productie van inositol trifosfaat (IP3) via activatie van fosfolipase C (PLC). IP3 bewerkstelligt de vrijstelling van Ca2+ uit het endoplasmatisch reticulum, wat in samenwerking met diacylglycerol (DAG) leidt tot activatie van PKC.(22)
PKC leek echter niet betrokken bij de door de 5-HT4-receptor
geïnduceerde klieving van APP, aangezien de PKC-inhibitor BIM-1 de stimulatie van sAPPalfasecretie door 5-HT niet kan onderdrukken. Dit sluit niet uit dat PKC betrokken is bij de constitutieve loslating van sAPPalfa. Activatie van een signaalweg, waarbij fosfolipase C betrokken is, na stimulatie van de 5-HT4receptor werd bevestigd door de studie van Pimenova et al. (Figuur 8.) Het waren deze auteurs die rapporteerden dat AC en cAMP niet betrokken leken te zijn in de toename van het klievingsproces van APP via de alfasecretaseweg door stimulatie van 5-HT4-receptoren in een SH-SY5Y humane neuronale cellijn. Zij stelden in hun studie wel vast dat activatie van PLC via een G-proteïne en via Src nodig zijn voor klieving door alfasecretase. Door activatie van PLC wordt IP3 gevormd. Ook caseïne kinase 2 (CK2) bleek betrokken bij deze signaalweg. Verder wordt, net zoals in de studie van Robert et al. (22), de betrokkenheid van PKC bij verwerking van APP na stimulatie van de 5-HT4-receptor ontkend.(75) 4.4.4.3.
Constitutieve activiteit
Uit recent onderzoek in ‘Human embryonic kidney’ (HEK)-293-cellen en corticale neuronen bleek dat de aanwezigheid van 5-HT4-receptoren mogelijk ook zonder stimulatie door een agonist kan zorgen voor de inductie van de klieving van APP. Naast een toename van de loslating van sAPPalfa na stimulatie van de 5-HT4-receptor –een effect dat gemedieerd wordt door cAMP en
40
Epac-, kon tevens klieving van APP via alfasecretase ADAM-10 en verhoging van sAPPalfa zonder stimulatie van de receptor worden vastgesteld.(76) 4.4.4.4.
Invloed van metalloproteasen
Zoals reeds eerder vermeld, zijn ADAM-9, ADAM-10 en TACE alfasecretasen die mogelijk betrokken zijn bij de alfaklieving van APP. Deze metalloproteasen zijn membraangebonden proteïnen met een belangrijke rol bij de klieving van ectodomeinen van verscheidene transmembranaire eiwitten.
Deze Figuur 8: Schema van alternatieve signaalwegen die voorgesteld werden voor de verwerking van APP en die door activatie van 5-HT4-receptoren in gang worden gezet. De betrokken proteïnen staan in een groene cirkel, de proteïnen die getest werden maar niet betrokken bleken, zijn aangeduid met oranje cirkels of staan in het rood. De stippellijnen geven gebieden aan waarin nog verder onderzoek verricht dient te worden.(75)
41
De betrokkenheid van zink-metalloproteasen bij alfasecretaseklieving van APP werd aangetoond doordat vrijstelling van sAPPalfa geïnhibeerd werd door toediening van zink-metalloproteaseinhibitoren.(22) Daarnaast heeft ook metalloprotease (MMP)-9, een gelatinase dat verhoogd is in de hersenen van patiënten met de ziekte van Alzheimer, alfasecretaseactiviteit. De expressie van MMP-9 wordt geïnduceerd door stimulatie van de 5-HT4-receptor. MMP-9 klieft APP via de alfasecretasesignaalweg, wat leidt tot een toename van het niveau van sAPPalfa en een vermindering van de amyloïdbètaopstapeling.
Verder werd bij injectie van RS-67333 in
TG2576-muizen gedurende tien dagen een afname van het aantal seniele plaques en van amyloïdbèta 40 gevonden ter hoogte van de hippocampus, evenals een toename van de hippocampale concentratie van sAPPalfa, C-terminaal fragment alfa en MMP-9. Deze studie suggereert dat de reductie van de amyloïdogenese gemedieerd wordt via de ‘upregulatie’ van MMP-9.(77) Onderzoek van Pimenova et al. gaf echter aan dat ADAM-9, -10, -17 en MMP-9 geen rol spelen bij klieving via de alfasecretasesignaalweg. De resultaten van dit onderzoek suggereren wel dat een ander, nog niet geïdentificeerd metalloprotease betrokken is.(75)
4.5.
Aandachtspunten bij de ontwikkeling van 5-HT4-receptoragonisten in het kader van de behandeling van de ziekte van Alzheimer
Een belangrijke mogelijke beperking bij eventueel gebruik van geneesmiddelen met effect ter hoogte van de 5-HT4-receptor in de behandeling van geheugenstoornissen, zijn de bijwerkingen, voornamelijk door stimulatie van perifere 5-HT4-receptoren.(3) Eén strategie is een verlaging van de dosis van de 5-HT4-receptoragonist door combinatietherapie. In deze context werd onderzoek verricht door Mohler et al. Zij vonden dat combinatietherapie met een suboptimale dosis 5-HT4-receptoragonist VRX03011 en de acetylcholinesterase-inhibitor galantamine positieve effecten had op het geheugen.(68) In een ander onderzoek kon door scopolamine geïnduceerde amnesie enkel teniet worden gedaan door de combinatie van de acetylcholinesterase-inhibitor donepezil en de 5-HT4-receptoragonist prucalopride, niet door een van beide geneesmiddelen apart.
In het C57BL/6j-muismodel in
deze studie werd een synergistisch effect op toename van sAPPalfa ter hoogte van de cortex en de hippocampus vastgesteld.(71)
42
Een tweede strategie bestaat uit het kiezen voor een partiële in plaats van een volledige agonist. Het is immers waarschijnlijker dat bijwerkingen door activatie van perifere 5-HT4-receptoren niet zullen optreden bij gebruik van partiële agonisten. Zo werd gevonden dat de selectieve partiële 5HT4-receptoragonist VRX03011 noch effect had op contractiele eigenschappen van het ileum bij Guinese varkens, noch zorgde voor een verandering van de intestinale transit bij de rat.(68) Zowel volledige als partiële 5-HT4-receptoragonisten kunnen een significante toename van exciteerbaarheid van hippocampusneuronen uitlokken. Kortetermijnactivatie zou kunnen zorgen voor langdurige veranderingen in exciteerbaarheid ter hoogte van de hippocampus. Partiële agonisten vallen waarschijnlijk te verkiezen boven volledige agonisten, omdat volledige agonisten waarschijnlijk ineffectief worden door desensitisatie van de receptoren. Een kanttekening die hierbij dient gemaakt te worden, is dat het mogelijk is dat een partiële 5HT4-receptoragonist zich ter hoogte van de perifere weefsels toch als een volledige agonist gedraagt.(78) 5-HT4-agonisten die mogelijk nuttig zouden kunnen zijn in therapie van de ziekte van Alzheimer, dienen krachtig en selectief te zijn. Tegaserod en cisapride zijn 5-HT4-receptoragonisten van een vroege generatie, die effectief zijn in de behandeling van gastro-intestinale motiliteitsstoornissen. Door hun bijwerkingenprofiel worden zij echter niet vaak meer gebruikt. Prucalopride is een agonist van de tweede generatie, die ontwikkeld werd voor de behandeling van obstipatie. In het kader van de behandeling van de ziekte van Alzheimer vormt de moeilijke penetratie in de hersenen van deze agonisten echter een belangrijke beperking.
Criteria die in acht dienen
genomen te worden bij de ontwikkeling van 5-HT4-receptoragonisten voor de behandeling van de ziekte van Alzheimer, zijn hoge bindingsaffiniteit, aanvaardbare veiligheid, eerder lage intrinsieke activiteit, goede selectiviteit en geen significante barrières voor penetratie in het centrale zenuwstelsel. In het onderzoek van Brodney et al. werden twee goede kandidaten geïdentificeerd.(Figuur 9.) Deze twee partiële 5-HT4-receptoragonisten zijn selectief, en krachtig en leiden tot een verhoging van de vrijstelling van acetylcholine ter hoogte van de prefrontale cortex bij ratten. Een van de gevonden agonisten zorgde daarnaast voor een verbetering van leerstoornissen bij ratten, geïnduceerd door scopolamine.(79) Aangezien deze studies werden uitgevoerd onder condities met hoge receptorbezetting (>90 procent), is aanvullend onderzoek nodig om het verband tussen de loslating van acetylcholine, de bezetting van de receptoren en de intrinsieke activiteit te bevestigen.
43
Figuur 9: Partiële 5-HT4-receptoragonisten die gekozen werden voor klinische ontwikkeling. Ki= bindingsconstante voor inhibitie; EC50= concentratie die een respons van 50 procent geeft. (bijgewerkt uit (79))
Twee partiële 5-HT4-receptoragonisten, SL65.0155 en VRX-03011, werden reeds in klinische fase-2-studies voor de behandeling van de ziekte van Alzheimer opgenomen. hieromtrent werden echter niet teruggevonden.(54)
44
Publicaties
5. Discussie De huidige behandeling van de ziekte van Alzheimer met cholinesterase-inhibitoren is louter symptomatisch. Cholinesterase-inhibitoren kunnen de ziekte niet modificeren, wat kan te wijten zijn aan het feit dat zij zorgen voor een algemene toename van acetylcholine, terwijl mogelijk een lokale toename specifiek tijdens uitvoer van cognitieve taken nodig is.(54) Al geruime tijd wordt onderzoek gevoerd naar een behandeling die het ziekteproces zou kunnen modificeren, tot nog toe echter zonder resultaat. Een eerste probleem hierbij wordt gevormd door de onzekerheid omtrent de pathogenese van de ziekte van Alzheimer. In het huidig onderzoek wordt gesteund op de amyloïde hypothese, die stelt dat de accumulatie van amyloïdbèta aan de basis ligt van de ziekte van Alzheimer. Maar zoals reeds werd vermeld, bestaat er nog steeds onduidelijkheid over de ziektemechanismen die leiden tot de symptomen van Alzheimer. Om de hiaten in de kennis omtrent de pathogenese van de ziekte van Alzheimer weg te werken, is verder onderzoek geïndiceeerd. In de amyloïde hypothese wordt aangenomen dat de verwerking van APP via twee mogelijke wegen kan verlopen, een niet-amyloïdogene weg waarbij klieving van APP plaatsvindt door alfasecretase met vorming van sAPPalfa en een andere, amyloïdogene weg waarbij APP gekliefd wordt door bèta- en gammasecretase en waarbij amyloïdbèta gevormd wordt. Er bestaat echter geen zekerheid over competitie tussen alfa- en bètasecretase. De mogelijke rol van de 5-HT4-receptor in de controle van amyloïdbèta werd reeds grondig bestudeerd in cellijnen en primaire neuronale celculturen. Daarnaast werd intussen ook in vivo onderzoek verricht.
Tesseur et al.
onderzochten het effect van chronische 5-HT4-
receptoractivatie bij hAPP/PS1-muizen.
Hierbij dient te worden opgemerkt dat zij gebruik
maakten van vrij hoge en frequente dosissen van 5-HT4-receptoragonisten.(64) Tevens is het zo dat het gebruikte muismodel (Tg2576) een gemakkelijker te genezen vorm van Alzheimer heeft dan bijvoorbeeld het muismodel (5XFAD) dat door Giannoni et al. werd gebruikt. In de studie van Giannoni et al. worden gunstige resultaten bekomen bij chronische toediening van 5-HT4receptoragonist RS-67333.
De effecten van deze agonist zijn optimaal indien deze wordt
toegediend in de prodromale fase van de ziekte van Alzheimer, d.w.z. voor het optreden van cognitieve achteruitgang.(63) Hierbij kan opgemerkt dat het voorlopig nog niet mogelijk is te voorspellen welke patiënten de ziekte van Alzheimer zullen krijgen, zodat het opstarten van een
45
therapie in de prodromale fase niet eenvoudig is. Verder is het zo dat er snel desensitisatie van 5HT4-receptoren optreedt. Om die reden zal de dosis en de frequentie van toediening onder controle moeten gehouden worden. Heel wat onderzoek werd verricht naar de signaalwegen die betrokken zijn bij klieving van APP na stimulatie van de 5-HT-4-receptor.
Verschillende studies geven aan dat deze klieving
geïnduceerd wordt via een signaalweg waarin AC leidt tot productie van cAMP na 5-HT4receptoractivatie. Epac1, Rac en Rap1 spelen hierbij ook een rol. Recent onderzoek suggereert echter het bestaan van andere signaalwegen.
Cochet et al. maakt zelfs melding van een
signaalweg waarbij de 5-HT4-receptor niet geactiveerd dient te worden.(76) Verder onderzoek in dit gebied is dus aangewezen om meer verheldering te brengen. Hierbij is het belangrijk dat relevante fysiologische systemen worden gebruikt. Het is immers zo dat de cellulaire omgeving een invloed zal hebben op de modulatie van de signaalwegen door activatie van de receptor. De gevoerde onderzoeken geven positieve resultaten wat betreft het effect van stimulatie van 5HT4-receptoren bij de behandeling van de ziekte van Alzheimer. Deze onderzoeken zijn echter mogelijk gebaseerd op vereenvoudigde modellen. Vaak werden de studies ook uitgevoerd op jonge ratten. Effecten van aanwending van 5-HT4-receptoragonisten bij de behandeling van de ziekte van Alzheimer bij de mens, zijn tot nog toe niet gerapporteerd. Verder onderzoek in dit domein is aangewezen.
46
6. Besluit Amyloïdbèta wordt beschouwd als een belangrijk element in de pathogenese van de ziekte van Alzheimer en om die reden wordt heel wat onderzoek verricht naar mogelijke manieren om de hoeveelheid amyloïdbèta te verlagen. 5-HT4-receptoren worden daarbij als een mogelijk target aanzien. 5-HT4-receptoractivatie leidt in bijna alle studies tot verhoging van sAPPalfa en zou dus mogelijk een ziektemodificerend effect kunen hebben. Onderzoek naar de rol die zij hebben bij de klieving via alfasecretase en naar hun effect op amyloïdbeta, geeft echter meer verdeelde resultaten. Onduidelijkheden wat betreft de pathogenese van de ziekte van Alzheimer en de soms tegenstrijdige studieresultaten, geven aan dat men dus niet te hoopvol mag zijn. Bijkomend onderzoek zal nodig zijn om de mogelijkheid van de 5-HT4-receptor als target voor de behandeling van de ziekte van Alzheimer uit te klaren.
47
7. Referenties 1. Lezoualc'h F, Robert SJ. The serotonin 5-HT4 receptor and the amyloid precursor protein processing. Experimental gerontology. 2003;38(1-2):159-66. 2. Pimplikar S. Reassessing the amyloid cascade hypothesis of Alzheimer's disease. Int J Biochem Cell Biol. 2009 3. Lezoualc'h F. 5-HT4 receptor and Alzheimer's disease: the amyloid connection. Experimental neurology. 2007;205(2):325-9. 4. Parihar MS, Hemnani T. Alzheimer's disease pathogenesis and therapeutic interventions. Journal of clinical neuroscience : official journal of the Neurosurgical Society of Australasia. 2004;11(5):456-67. 5. Frolich L. The cholinergic pathology in Alzheimer's disease--discrepancies between clinical experience and pathophysiological findings. Journal of neural transmission. 2002;109(7-8):1003-13. 6. Chu LW. Alzheimer's disease: early diagnosis and treatment. Hong Kong medical journal = Xianggang yi xue za zhi / Hong Kong Academy of Medicine. 2012;18(3):228-37. 7. Perl DP. Neuropathology of Alzheimer's disease. The Mount Sinai journal of medicine, New York. 2010;77(1):32-42. 8. Landefeld CS, Winker MA, Chernof B. Clinical care in the aging century--announcing "Care of the aging patient: from evidence to action". JAMA : the journal of the American Medical Association. 2009;302(24):2703-4. 9. Russo O, Cachard-Chastel M, Riviere C, Giner M, Soulier JL, Berthouze M, et al. Design, synthesis, and biological evaluation of new 5-HT4 receptor agonists: application as amyloid cascade modulators and potential therapeutic utility in Alzheimer's disease. Journal of medicinal chemistry. 2009;52(8):221425. 10. Maillet M, Robert SJ, Lezoualc'h F. New insights into serotonin 5-HT4 receptors : a novel therapeutic target for Alzheimer's disease? Current Alzheimer research. 2004;1(2):79-85. 11. Kumar P, Clark ML. Clinical Medicine: Elsevier Health Sciences; 2012. 1304 p. 12. Sosa-Ortiz AL, Acosta-Castillo I, Prince MJ. Epidemiology of dementias and Alzheimer's disease. Archives of medical research. 2012;43(8):600-8. 13. Alloul K, Sauriol L, Kennedy W, Laurier C, Tessier G, Novosel S, et al. Alzheimer's disease: a review of the disease, its epidemiology and economic impact. Archives of gerontology and geriatrics. 1998;27(3):189-221. 14. Russ TC, Batty GD, Hearnshaw GF, Fenton C, Starr JM. Geographical variation in dementia: systematic review with meta-analysis. International journal of epidemiology. 2012;41(4):1012-32. 15. Castellani RJ, Rolston RK, Smith MA. Alzheimer's disease. Disease-a-month. . DM. 2010;56:484546. 16. Lafosse C, Verhaert G. Werkboek neuropsychologische vaardigheidstraining: Acco; 2000. 17. Tarawneh R, Holtzman DM. The clinical problem of symptomatic Alzheimer disease and mild cognitive impairment. Cold Spring Harbor perspectives in medicine. 2012;2(5):a006148. 18. DeKosky ST, Ikonomovic MD, Styren SD, Beckett L, Wisniewski S, Bennett DA, et al. Upregulation of choline acetyltransferase activity in hippocampus and frontal cortex of elderly subjects with mild cognitive impairment. Annals of neurology. 2002;51(2):145-55. 19. Schenk D. Amyloid-beta immunotherapy for Alzheimer's disease: the end of the beginning. Nature reviews Neuroscience. 2002;3(10):824-8. 20. Barrow CJ, Small DH. Abeta peptide and Alzheimer's disease. 2007. 298 p. 21. Cho S, Hu Y. Activation of 5-HT4 receptors inhibits secretion of beta-amyloid peptides and increases neuronal survival. Experimental neurology. 2007;203(1):274-8.
48
22. Robert S, Maillet M, Morel E, Launay JM, Fischmeister R, Mercken L, et al. Regulation of the amyloid precursor protein ectodomain shedding by the 5-HT4 receptor and Epac. FEBS letters. 2005;579(5):1136-42. 23. Wolfe MS. gamma-Secretase inhibitors and modulators for Alzheimer's disease. Journal of neurochemistry. 2012;120 Suppl 1:89-98. 24. Vardy ER, Catto AJ, Hooper NM. Proteolytic mechanisms in amyloid-beta metabolism: therapeutic implications for Alzheimer's disease. Trends in molecular medicine. 2005;11(10):464-72. 25. Hardy J, Selkoe DJ. The amyloid hypothesis of Alzheimer's disease: progress and problems on the road to therapeutics. Science. 2002;297(5580):353-6. 26. Nordberg A. Amyloid plaque imaging in vivo: current achievement and future prospects. European journal of nuclear medicine and molecular imaging. 2008;35 Suppl 1:S46-50. 27. Gooch MD, Stennett DJ. Molecular basis of Alzheimer's disease. American journal of healthsystem pharmacy : AJHP : official journal of the American Society of Health-System Pharmacists. 1996;53(13):1545-57; quiz 603-4. 28. Fletcher LC, Burke KE, Caine PL, Rinne NL, Braniff CA, Davis HR, et al. Diagnosing Alzheimer's disease: are we any nearer to useful biomarker-based, non-invasive tests? GMS Health Technol Assess. 2013 Apr 11. 29. Klunk WE, Engler H, Nordberg A, Wang Y, Blomqvist G, Holt DP, et al. Imaging brain amyloid in Alzheimer's disease with Pittsburgh Compound-B. Annals of neurology. 2004;55(3):306-19. 30. Vemuri P, Jack CR, Jr. Role of structural MRI in Alzheimer's disease. Alzheimer's research & therapy. 2010;2(4):23. 31. B.C.F.I. Gecommentarieerd geneesmiddelenrepertorium: Maloteaux, J.M.; 2012. 32. Bethke K. Donepezil und Memantin bei Alzheimer-Demenz: Domino-Studie. Arzneitelegramm. 2012:43:54. 33. Thomas SJ, Grossberg GT. Memantine: a review of studies into its safety and efficacy in treating Alzheimer's disease and other dementias. Clinical interventions in aging. 2009;4:367-77. 34. Grossberg GT, Pejovic V, Miller ML, Graham SM. Memantine therapy of behavioral symptoms in community-dwelling patients with moderate to severe Alzheimer's disease. Dementia and geriatric cognitive disorders. 2009;27(2):164-72. 35. Carson S, McDonagh MS, Peterson K. A systematic review of the efficacy and safety of atypical antipsychotics in patients with psychological and behavioral symptoms of dementia. Journal of the American Geriatrics Society. 2006;54(2):354-61. 36. Feng Y, Wang X. Antioxidant therapies for Alzheimer's disease. Oxidative medicine and cellular longevity. 2012;2012:472932. 37. Mancini F, De Simone A, Andrisano V. Beta-secretase as a target for Alzheimer's disease drug discovery: an overview of in vitro methods for characterization of inhibitors. Analytical and bioanalytical chemistry. 2011;400(7):1979-96. 38. Imbimbo BP. Therapeutic potential of gamma-secretase inhibitors and modulators. Current topics in medicinal chemistry. 2008;8(1):54-61. 39. Jaturapatporn D, Isaac M, McCleery J, Tabet N. Aspirin, steroidal and non-steroidal antiinflammatory drugs for the treatment of Alzheimer’s disease. . Cochrane Database of Systematic Reviews 2012(Issue 2). 40. Schenk D, Barbour R, Dunn W, Gordon G, Grajeda H, Guido T, et al. Immunization with amyloidbeta attenuates Alzheimer-disease-like pathology in the PDAPP mouse. Nature. 1999;400(6740):173-7. 41. Salloway S, Sperling R, Fox NC, Blennow K, Klunk W, Raskind M, et al. Two phase 3 trials of bapineuzumab in mild-to-moderate Alzheimer's disease. The New England journal of medicine. 2014;370(4):322-33.
49
42. Doody RS, Thomas RG, Farlow M, Iwatsubo T, Vellas B, Joffe S, et al. Phase 3 trials of solanezumab for mild-to-moderate Alzheimer's disease. The New England journal of medicine. 2014;370(4):311-21. 43. Siegel GJ, Agranoff BW, Albers RW, al. e. Basic Neurochemistry: Molecular, Cellular and Medical Aspects. Philadelphia: Lippincott-Raven; 1999. 44. Roth BL. The Serotonin Receptors: From Molecular Pharmacology to Human Therapeutics 2006. 45. Dumuis A, Bouhelal R, Sebben M, Bockaert J. A 5-HT receptor in the central nervous system, positively coupled with adenylate cyclase, is antagonized by ICS 205 930. European journal of pharmacology. 1988;146(1):187-8. 46. Gerald C, Adham N, Kao HT, Olsen MA, Laz TM, Schechter LE, et al. The 5-HT4 receptor: molecular cloning and pharmacological characterization of two splice variants. The EMBO journal. 1995;14(12):2806-15. 47. Bender E, Pindon A, van Oers I, Zhang YB, Gommeren W, Verhasselt P, et al. Structure of the human serotonin 5-HT4 receptor gene and cloning of a novel 5-HT4 splice variant. Journal of neurochemistry. 2000;74(2):478-89. 48. Bockaert J, Claeysen S, Compan V, Dumuis A. 5-HT4 receptors. Current drug targets CNS and neurological disorders. 2004;3(1):39-51. 49. Langlois M, Fischmeister R. 5-HT4 receptor ligands: applications and new prospects. Journal of medicinal chemistry. 2003;46(3):319-44. 50. Reynolds GP, Mason SL, Meldrum A, De Keczer S, Parnes H, Eglen RM, et al. 5-Hydroxytryptamine (5-HT)4 receptors in post mortem human brain tissue: distribution, pharmacology and effects of neurodegenerative diseases. British journal of pharmacology. 1995;114(5):993-8. 51. Marner L, Gillings N, Madsen K, Erritzoe D, Baare WF, Svarer C, et al. Brain imaging of serotonin 4 receptors in humans with [11C]SB207145-PET. NeuroImage. 2010;50(3):855-61. 52. Madsen K, Haahr MT, Marner L, Keller SH, Baare WF, Svarer C, et al. Age and sex effects on 5HT(4) receptors in the human brain: a [(11)C]SB207145 PET study. Journal of cerebral blood flow and metabolism : official journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 2011;31(6):1475-81. 53. De Maeyer JH, Lefebvre RA, Schuurkes JA. 5-HT4 receptor agonists: similar but not the same. Neurogastroenterol Motil 2008. 54. Bockaert J, Claeysen S, Compan V, Dumuis A. 5-HT(4) receptors, a place in the sun: act two. Current opinion in pharmacology. 2011;11(1):87-93. 55. Wong EH, Reynolds GP, Bonhaus DW, Hsu S, Eglen RM. Characterization of [3H]GR 113808 binding to 5-HT4 receptors in brain tissues from patients with neurodegenerative disorders. Behavioural brain research. 1996;73(1-2):249-52. 56. Tsang SW, Keene J, Hope T, Spence I, Francis PT, Wong PT, et al. A serotoninergic basis for hyperphagic eating changes in Alzheimer's disease. Journal of the neurological sciences. 2010;288(12):151-5. 57. Lai MK, Tsang SW, Francis PT, Esiri MM, Hope T, Lai OF, et al. [3H]GR113808 binding to serotonin 5-HT(4) receptors in the postmortem neocortex of Alzheimer disease: a clinicopathological study. Journal of neural transmission. 2003;110(7):779-88. 58. Madsen K, Neumann WJ, Holst K, Marner L, Haahr MT, Lehel S, et al. Cerebral serotonin 4 receptors and amyloid-beta in early Alzheimer's disease. Journal of Alzheimer's disease : JAD. 2011;26(3):457-66. 59. Caille F, Morley TJ, Tavares AA, Papin C, Twardy NM, Alagille D, et al. Synthesis and biological evaluation of positron emission tomography radiotracers targeting serotonin 4 receptors in brain: [18F]MNI-698 and [18F]MNI-699. Bioorganic & medicinal chemistry letters. 2013;23(23):6243-7.
50
60. Lamirault L, Simon H. Enhancement of place and object recognition memory in young adult and old rats by RS 67333, a partial agonist of 5-HT4 receptors. Neuropharmacology. 2001;41(7):844-53. 61. Lelong V, Dauphin F, Boulouard M. RS 67333 and D-cycloserine accelerate learning acquisition in the rat. Neuropharmacology. 2001;41(4):517-22. 62. Fontana DJ, Daniels SE, Wong EH, Clark RD, Eglen RM. The effects of novel, selective 5hydroxytryptamine (5-HT)4 receptor ligands in rat spatial navigation. Neuropharmacology. 1997;36(45):689-96. 63. Giannoni P, Gaven F, de Bundel D, Baranger K, Marchetti-Gauthier E, Roman FS, et al. Early administration of RS 67333, a specific 5-HT4 receptor agonist, prevents amyloidogenesis and behavioral deficits in the 5XFAD mouse model of Alzheimer's disease. Frontiers in aging neuroscience. 2013;5:96. 64. Tesseur I, Pimenova AA, Lo AC, Ciesielska M, Lichtenthaler SF, De Maeyer JH, et al. Chronic 5-HT4 receptor activation decreases Abeta production and deposition in hAPP/PS1 mice. Neurobiology of aging. 2013;34(7):1779-89. 65. Marchetti E, Jacquet M, Jeltsch H, Migliorati M, Nivet E, Cassel JC, et al. Complete recovery of olfactory associative learning by activation of 5-HT4 receptors after dentate granule cell damage in rats. Neurobiology of learning and memory. 2008;90(1):185-91. 66. Marchetti E, Jacquet M, Escoffier G, Miglioratti M, Dumuis A, Bockaert J, et al. Enhancement of reference memory in aged rats by specific activation of 5-HT(4) receptors using an olfactory associative discrimination task. Brain research. 2011;1405:49-56. 67. Hille C, Bate S, Davis J, Gonzalez MI. 5-HT4 receptor agonism in the five-choice serial reaction time task. Behavioural brain research. 2008;195(1):180-6. 68. Mohler EG, Shacham S, Noiman S, Lezoualc'h F, Robert S, Gastineau M, et al. VRX-03011, a novel 5-HT4 agonist, enhances memory and hippocampal acetylcholine efflux. Neuropharmacology. 2007;53(4):563-73. 69. Consolo S, Arnaboldi S, Giorgi S, Russi G, Ladinsky H. 5-HT4 receptor stimulation facilitates acetylcholine release in rat frontal cortex. Neuroreport. 1994;5(10):1230-2. 70. Robert SJ, Zugaza JL, Fischmeister R, Gardier AM, Lezoualc'h F. The human serotonin 5-HT4 receptor regulates secretion of non-amyloidogenic precursor protein. The Journal of biological chemistry. 2001;276(48):44881-8. 71. Cachard-Chastel M, Lezoualc'h F, Dewachter I, Delomenie C, Croes S, Devijver H, et al. 5-HT4 receptor agonists increase sAPPalpha levels in the cortex and hippocampus of male C57BL/6j mice. British journal of pharmacology. 2007;150(7):883-92. 72. Robert SJ, Lezoualc'h F. Distinct functional effects of human 5-HT4 receptor isoforms on betaamyloid secretion. Neuro-degenerative diseases. 2008;5(3-4):163-5. 73. Maillet M RS, Cacquevel M, Gastineau M, Vivien D, Bertoglio J, Zugaza JL, Fischmeister R, Lezoualc'h F. Crosstalk between Rap1 and Rac regulates secretion of sAPPalpha. Nat Cell Biol. 2003. 74. Zaldua N, Gastineau M, Hoshino M, Lezoualc'h F, Zugaza JL. Epac signaling pathway involves STEF, a guanine nucleotide exchange factor for Rac, to regulate APP processing. FEBS letters. 2007;581(30):5814-8. 75. Pimenova AA, Thathiah A, De Strooper B, Tesseur I. Regulation of amyloid precursor protein processing by serotonin signaling. PloS one. 2014;9(1):e87014. 76. Cochet M, Donneger R, Cassier E, Gaven F, Lichtenthaler SF, Marin P, et al. 5-HT4 receptors constitutively promote the non-amyloidogenic pathway of APP cleavage and interact with ADAM10. ACS chemical neuroscience. 2013;4(1):130-40. 77. Hashimoto G, Sakurai M, Teich AF, Saeed F, Aziz F, Arancio O. 5-HT(4) receptor stimulation leads to soluble AbetaPPalpha production through MMP-9 upregulation. Journal of Alzheimer's disease : JAD. 2012;32(2):437-45.
51
78. Spencer JP, Brown JT, Richardson JC, Medhurst AD, Sehmi SS, Calver AR, et al. Modulation of hippocampal excitability by 5-HT4 receptor agonists persists in a transgenic model of Alzheimer's disease. Neuroscience. 2004;129(1):49-54. 79. Brodney MA, Johnson DE, Sawant-Basak A, Coffman KJ, Drummond EM, Hudson EL, et al. Identification of multiple 5-HT(4) partial agonist clinical candidates for the treatment of Alzheimer's disease. Journal of medicinal chemistry. 2012;55(21):9240-54.
52
8. Bijlagen Bijlage 1. Richtlijnen voor klinische diagnose van de ziekte van Alzheimer door het ‘National Institute of Neurological and Communicative Disorders and Stroke’ en de ‘Alzheimer’s Disease and Related Disorders .(17) National Institute of Neurological and Communicative Disorders and Stroke and the Alzheimer’s Disease and Related Disorders Association criteria for Alzheimer disease I.
Criteria for the clinical diagnosis of probable Alzheimer disease
Dementia established by clinical examination and documented by the Mini-Mental State Examination, Blessed Dementia Scale, or some similar examination, and confirmed by neuropsychological tests Deficits in two or more areas of cognition Progressive worsening of memory and other cognitive functions No disturbance of consciousness Onset between ages 40 and 90, most often after age 65 Absence of systemic disorders or other brain diseases that could account for the dementia II.
A probable Alzheimer disease diagnosis is supported by
Progressive deterioration of specific cognitive functions such as language (aphasia), motor skills (apraxia), and perception (agnosia) Impaired activities of daily living and altered patterns of behavior Family history of similar disorders, particularly if confirmed neuropathologically Laboratory results of normal lumbar puncture as evaluated by standard techniques Normal pattern or nonspecific changes in EEG, such as increased slow-wave activity Evidence of cerebral atrophy on computed tomography (CT) with progression documented by serial observation III.
Other clinical features consistent with the diagnosis of probable Alzheimer disease include
Plateaus in the course of progression of the illness
53
Associated symptoms of depression, insomnia, incontinence, delusions, illusions, hallucinations Catastrophic verbal, emotional, or physical outbursts, sexual disorders, weight loss Other neurologic abnormalities in some patients, especially with more advanced disease and including motor signs such as increased muscle tone, myoclonus, or gait disorders Seizures in advanced disease CT normal for age IV.
Features that make the diagnosis of probable Alzheimer disease uncertain or unlikely include
Sudden, apoplectic onset Focal neurologic findings such as hemiparesis, sensory loss, visual field deficits, and incoordination early in the course of the illness Seizures or gait disturbances at the onset or very early in the course of the illness V.
Criteria for possible Alzheimer disease may be made with
Dementia syndrome, in the absence of other neurologic, psychiatric, or systemic disorders sufficient to cause dementia, and in the presence of variations in onset, in the presentation, or in clinical course Presence of second systemic or brain disorder sufficient to produce dementia, which is not considered to be the cause of the dementia A single, gradually progressive severe cognitive deficit identified in the absence of other identifiable causes VI.
Criteria for diagnosis of definite Alzheimer disease are
The clinical criteria for probable Alzheimer disease Histopathologic evidence obtained from a biopsy or autopsy
54
Bijlage 2. Richtlijnen voor klinische diagnose van de ziekte van Alzheimer door DSM-IV.(17) Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders: Multiple cognitive deficits Criterion A A1. Memory impairment A2. One or more of the following: Aphasia (language disturbance) Apraxia (impaired motor activity) Agnosia (impaired recognition) Disturbed executive function (planning, organization, etc.) Criterion B Cognitive deficits in criteria A1 and A2 each cause impairment in social or occupational functioning Are not due to a CNS disease Are not due to a medical disorder Do not occur solely during the course of delirium Criterion C Gradual and continued cognitive decline Criterion D Other systemic neurologic and psychiatric illnesses should be eliminated Criterion E Alzheimer disease should not be diagnosed in the presence of delirium
55
