Diagnosztikai és terápiás biomarkerek, alkalmazhatóságuk a pszichiátriában Dr. Péter László Ph.D. Magyar Honvédség Egészségügyi Központ Honvédkórház Pszichiátriai osztály 2015.10.16.
Biomarkerek I. az egyén egy adott betegséggel szembeni fogékonyságát, vagy egy adott expozíció bekövetkeztét, vagy egy adott terápia hatékonyságát jelző molekuláris (celluláris), képalkotó, egyéb indikátor
Biomarkerek II. Egyszerűség Szenzitivitás Specificitás Pontosság Reprodukálhatóság Előrejelző képesség Beválási arány
Biomarkerek a pszichiátriában I.
etiológia és patofiziológia kevéssé ismert nagy klinikai heterogenitás bizonytalan fenotípus határok genetikai átfedések környezeti faktorok jelentősége
Biomarkerek a pszichiátriában II. alapvető patofiziológiai eltérést detektál egyszerű, olcsó, reprodukálható, noninvazív dimenzionális-kategorikus megközelítés az agy működése komplex, valószínűtlen egy egyszerű teszt, de!
A lehetséges biomarkerek számának drámai emelkedése zajlik
1000’s
Biológiai alapfolyamatok
DNS szerkezet
Genetikai kód
100
Human genom
megfigyelések
lehetséges célpontok száma
Kórfolyamat megismerése
10’s sejt/szervezet
1950 és előtt
1950/60’
1970/80’
1990/00’
itt állunk most Dank 2009
Biomarkerek jelentősége Etiológia - prevenció
Diagnosztika - korai terápiás beavatkozások
Terápia - egyénre szabott terápia - a terápia hatékonyságának korai megítélése
Szomatikus versus pszichiátriai alapvető limitáció az agy-test probléma a szívbetegségek szinte teljesen (molekuláris szinten is) érthetőek, míg! az agy komplex működése még nem feltárt a genetikai kockázat nagyobb lehet a komplex pszichiátriai betegségeknél a szomatikus betegségekkel összehasonlítva, de a változatos fenotípus miatt ezt nehéz bizonyítani a pszichiátriai betegségek komplexek, melyeket a genetika, az idegfejlődés, a viselkedés és a stressz (környezet) egyaránt befolyásol Pearlson 2008
Skizofrénia biomarkerei molekuláris, elektrofiziológiai, képalkotó, genetikai, pszichológiai abnormalitások
egyik sem specifikus diagnosztikai marker, de!
alcsoportok, dimenziók kialakítását segíthetik
JÖVŐ különböző molekuláris, képalkotó, genetikai, pszichológiai eltérések integrálása (interdiszciplináris megközelítés)
Nem molekuláris markerek durva kognitív deficit
kortikális gátlás
munkamemória csökkenés
• a betegség kezdetén megjelenik, és progresszív • hosszú távú kimenetel legjobb előrejelzője • transzkraniális mágneses stimulációval becsülhető • klinikai állapottól függ • antipszichotikumok befolyásolják • GABA rendszer érintettsége • dopamin szabályozza (D1 receptor a frontális kortexben) • a betegség súlyosságával összefügg • prefrontális kortex működés Feldcamp 2008
A pszichiátriai zavarok heritabilitása ASD: autism spectrum disorders AD: Alzheimer dementia ADHD: attention-deficit hyperactivity disorder AN: anorexia nervosa ALC: alcohol dependence BIP: bipolar disorder BRCA: breast cancer CD: Crohn disorder MDD: major depressive disorder NIC: nicotine dependence SCZ: schizophrenia T2DM: type 2 diabetes mellitus
Sullivan 2012, Nature
Skizofrénia öröklődése A családi halmozódás egyértelmű (h2: 0.8, MZ ikrek: 48-59%, DZ ikrek: 16% konkordancia) A kapcsoltsági és asszociációs teljes genomvizsgálatok csődjeként említik GWAS vizsgálatok nem replikálták sem a biológiailag fontos kandidáns géneket, sem a kapcsoltsági vizsgálatok régióit, és a találatok a heritabilitás varianciájának csak 3%-át fejezik ki (“hiányzó heritabilitás”)
A skizofrénia kandidáns génjei
Tiwari 2010
A skizofrénia ismert környezeti faktorai
Sullivan 2005
MR vizsgálatok skizofréniában Publikált vizsgálatok száma 1200 1000 800 600 400 200 0 1984
1989
1994
1999
2004
2009 év
Képalkotó markerek I. (CT, MRI) nagy kamrák, csökkent kortikális állomány (bilaterális hippocampus)
a bal mediális és superior temporális gyrus csökkenése a legnagyobb mértékű
cavum septum pellucidum (92%), bazális ganglionok (68%), corpus callosum (63%, talamusz (42%), cerebellum (31%) az abnormalitások attenuált formában ugyan, de a családtagok között is megfigyelhetőek statikus vagy progresszív markerek? (neurodegeneratív vagy neurodevelopmentális?) Feldcamp 2008, Shenton et al. 2010
Weinberger
MRI
Normál
Krónikus skizofrén pnl.bwh.harvard.edu
Képalkotó markerek II. (PET, SPECT, fMRI) „real-time” vizsgálat nyugalomban, bizonyos helyzetekben vagy farmakológiai beavatkozások közben glükózmetabolizmus, vérátáramlás, radioligand eloszlás frontotemporális régió aktivitása dopamin rendszer hiperaktivitás - szinaptikus dopamin - posztszinaptikus dopamin receptor - amfetamin indukált dopamin release - a dopamin release korrelál a pszichózis súlyosságával - hiperdopaminerg állapot a pszichózis alatt, de közben nem
abnormális aktiváció a ventromediális temporális lebenyben, a prefrontális kortexben és a limbicus struktúrákban NRG 1 promoter régió összefüggésben van a frontális és temporális kortex csökkent működésével Feldcamp 2008, Gur 2010
PET
Sabbatini 2010
fMRI
Philip Ward 2011
D2 receptor fedettség
Gyertyán (Richter oktatási anyag)
Terápiás marker? D2 receptor blokád (antipszichotikus hatás) PET vizsgálatok: a betegek egy része nonreszponder A betegek egy részénél az amfetamin nem indukál pszichózist dopaminerg differencia a betegek között 2 altípus: hiperdopaminerg, normodopaminerg a hiperdopaminerg típus jól reagál antipszichotikumokra, míg a normodopaminerg nem felesleges gyógyszerek elkerülése új terápiás utak keresése (clozapin helyett?)
Howes 2014
Összefoglalás elektrofiziológiai eltérések (P300, N400, P50) oldalkamra volumen, hippocampus volumen kognitív deficit (munkamemória, figyelem) dopamin D2 receptor koncentráció, amfetamin indukált dopamin release funkcionális képalkotó vizsgálatok kandidáns gének??? környezeti faktorok
Biomarkerekkel szembeni elvárások depresszióban unikális teszt (labor, képalkotó, genetika, egyéb) olcsó, széles körben használható a terápia hatékonyságát korán jelezze egyénre szabott terápiák
Mössner 2007 World Journal of Biological Psychiatry
Szerotonerg markerek imipramin kötődés csökken depresszióban a szerotonin transzporterhez trombocitákon 5-HT receptor: 18 altípus - 5-HT1A - szint - 1019G allél - 5-HT2C (Cys23Ser variáns) - Ser variáns
Molekuláris markerek CRP neopterin (melankólia) malondialdehid izoprosztán se S100B
Kalia 2015
Immunológiai markerek CD4 sejtek száma
CD4/CD8 arány
monociták és makrofágok száma monociták és makrofágok termelik az IL-6-t, melynek szintje szintén emelkedik PGE2 stimulálja az IL-6-t, így ennek szintje is emelkedést mutat, mind a liquorban, mind a vérben TNF-α és IL1
Kalia 2015
Lesch 2001
Kandidáns gén? összefüggés a BDNF gén és a terápiás válasz között Val66Met polimorfizmus (met-allél) Val66Met heterozigóta betegek jobb reszponder arányt mutatnak a homozigótákhoz (Val/Val) képest a BDNF met-polimorfizmus összefügg a depresszió súlyosságával és az alacsonyabb BDNF szinttel is Schneider 2012
Képalkotó markerek (MR, fMRI, PET vizsgálatok) • regionális agyi áramlás és a glükózmetabolizmus a prefrontális cortex-ben és a limbikus struktúrákban • szignifikáns összefüggés az 5HTTLPR polimorfizmus és a csökkent hippocampus volumen között • Val66Met BDNF polimorfizmus összefügg a bal hippocampus csökkent méretével • metabolikus glutamát receptor és az 5HT1B receptor különbözik depressziós és egészséges egyének között Schneider és Prvulovic 2012
Mayo Foundation 2009
PET
Sabbatini 2010
Amygdala aktivitás-depresszió előrejelezhetősége? egészséges egyetemisták (n=753) amygdala aktivitását mérték fMRI-vel, miközben dühös és félelemteli arcokat néztek ezt követően 4 éven keresztül, 3 havonta online teszteket töltöttek ki: - milyen stresszteli események következtek be? - depressziós-szorongásos tünetek becslése egyenes arányosságot találtak a vizsgálat kezdetén mért amygdala aktivitás és a stresszre adott depressziós válasz között a depresszió megelőzhető, kivédhető? Swartz 2014, Neuron
Konklúzió csökkent imipramin kötődés (5-HTT expresszió) csökkent 5-HT1A receptor expresszió csökkent BDNF szint hipokoleszterinémia kortizol hiperszekréció molekuláris markerek immunmarkerek MR, PET eltérések genetikai polimorfizmusok egyik sem elég specifikus ahhoz, hogy a depresszió diagnózisát egyértelműen felállíthassuk
Endothél progenitor őssejtek (EPS) I. képesek érett endothél sejtté differenciálódni képesek osztódni nagy a stressztűrő képességük
Endothél progenitor őssejtek (EPS) II. az őssejtek zöme a csontvelőben található, de leírtak EPS populációkat az érfal adventitia rétegében, a zsírszövetben és a lépben is a posztnatális vaszkulogenezisben vesznek részt új ereket hozhatnak létre endothél réteg (re)generációjában vehetnek részt
EPS és KVB összefüggése a keringő EPS szám jelentősen csökken a KVB ismert rizikófaktorainak jelenléte esetén (dohányzás, hipertónia, diabétesz, magas BMI, krónikus veseelégtelenség, RA) kardiovaszkuláris szempontból protektív tényezők mellett viszont emelkedik az EPS szám (statin terápia, angiotenzin II antagonista antihipertenzív vagy PPAR antagonista antidiabetikus terápia, rendszeres testmozgás, vörösborfogyasztás) a csökkent EPS szám markere és prediktora a KV morbiditásnak és mortalitásnak
Célkitűzés (hipotézis) a depresszió szoros összefüggést mutat a kardiovaszkuláris morbiditással és mortalitással, mely független az ismert rizikófaktoroktól depresszióban a csontvelő és az immunrendszer diszfunkciója mutatható ki a depresszió befolyásolja az EPS számot?
Vizsgálat I. N=33 kardiovaszkuláris szempontból egészséges depressziós betegek (DSM-IV-t alapul véve) Beck Depressziós Kérdőív (9 pontos rövidített változat) részletes fizikális és laborvizsgálat kizárási kritériumok: emelkedett: plazma glükózszint, GGT, kreatinin és BUN szint; hipertónia, egyéb DSM IV. szerinti I. tengely diagnózis jelenléte, magas koleszterin és triglicerid szint, 30-nál magasabb BMI, infekcióra utaló jelek (magas fvs. és emelkedett We) a KVB különböző formái (infarktus, stroke, obliteratív verőérbetegség) szintén kizárási kritériumnak bizonyultak a dohányzás nem volt kizáró kritérium az EPS számot vénás vérből vett mintákból flow-cytometriás módszerrel vizsgáltuk anti CD-34, anti VEGFR2 és anti CD-133 jelölést alkalmaztunk a CD-34/VEGFR2 kettős pozitív sejteket érett fenotípusú EPS-ként, míg a CD-133/VEGFR2 kettős pozitív sejteket éretlen fenotípusú EPS-ként értékeltük
Vizsgálat II. 16 fős kontroll csoportot alkalmaztunk kor, nem és dohányzási szokások alapján a kizárási kritériumok ugyanazok voltak sem aktuálisan, sem anamnesztikusan nem volt diagnosztizálható depresszió
Eredmények I.
Döme, Péter 2009 Molecular Psychiatry
Eredmények II.
Döme, Péter 2009 Molecular Psychiatry
Összefoglalás a depressziós csoportban mind az éretlen, mind az érett EPS-k száma szignifikánsan alacsonyabb volt a kontrollhoz képest a depresszió hasonlóan a KVB egyéb rizikófaktoraihoz csökkenti az EPS számot a depresszió önálló rizikófaktornak tekinthető?! az EPS-k markerként való felhasználásának lehetősége kiszélesedett mellékeredményként igazoltuk, hogy a dohányzás (is) csökkenti az EPS számot
Vérlemezkék és szerotonin a szerotonin 99%-a a vérlemezkékben tárolódik a vérlemezke hasonlóságot mutat a centrális szerotonerg idegsejtekkel, azok modellezésére is használják 5-HT2A receptor és a 5-HT transzporter (5-HTT) szerepet játszhat a depresszió kialakulásában, de mediálja az atherogenikus és protrombotikus mechanizmusokat is a periférián
Platelet activation is an important early step in the pathophysiology of atherothrombosis
Mehta, S. R. et al. J Am Coll Cardiol 2003;41:79S-88S
Vérlemezkék viselkedése depresszióban Szerotonin transzporter βTG
5HT2a Trombocita aktiválódás MAO • Szerotonin transzporter expressziójának csökkenése • MAO aktivitás emelkedése • 5HT2a receptor upregulációja
P-szelektin
PF4 • trombocita aktiválódás során a β tromboglobulin, P-szelektin és a platelet-faktor 4 szintje nő a plazmában
Az antidepresszív terápia (citalopram, escitalopram, sertralin, paroxetin) gátolja a trombocita aktivációt, aggregációt
Antidepresszív terápia hatása a vérlemezke aktivációra SADHART vizsgálat CREATE vizsgálat - citalopram kezeléssel nem mutatott összefüggést a ßTG szint paroxetin kezelés szignifikánsan csökkentette a PF4 és ßTG szintet escitalopram terápia gátolta az ADP és kollagén kiváltotta vérlemezke aggregációt
SADHART (trombocita alvizsgálat) kettősvak, placebo-kontrollált vizsgálat, n=64 8 biomarker (ßTG, PF4, P-szelektin, tromboxán B2, E-szelektin, PECAM-1, VCAM-1, prosztaciklin), ELISA módszerrel a vizsgálat kezdetén, a 6. és a 16. héten vettek vérmintákat antikoagulánsok, aszpirin és ADP-receptor inhibitorok használata megengedett volt mind a 8 biomarker szintje csökkent a kezelés (sertralin) hatására, már a 6. héttől kezdve a sertralin valószínűleg direkt módon először a szerotonin receptort befolyásolja, majd indirekt módon a többi trombocita funkciót (adhézió, aggregáció, szekréció, receptor expresszió)
Trombocita aggregáció folyamata ATP szekréció
+
ADP Kollagén Szerotonin Noradrenalin
Trombocita aggregáció
a trombocita aggregáció során ATP szekretálódik, melynek szintje mérhető depresszióban a trombocita aggregáció fokozódik, az ATP szekréció nő ATP
ADP+AMP
adenozin receptor: ATP és ADP is ott kötődik, egymás kompetitív antagonistái a magas ATP koncentráció gátolja a további aggregációt
Hipotézis vizsgálatunkban arra kerestünk választ, hogy a trombocita aggregáció és a következményes ATP felszabadulás változása a kiindulási értékhez képest az antidepresszív kezelés 8. napján előrejelzi –e a major depresszió – Hamilton és Beck Depresszió Pontozóskálával objektivizált – tüneteinek javulását (változását). amennyiben beigazolódik a korábbi feltételezés, hogy az antidepresszív kezelés csökkenti a trombocita aktivitást, és ez mérhető is, úgy ez egy fontos prediktor tényező (biomarker?) lehet az antidepresszív terápia hatékonyságának korai megítélésében.
Vizsgálat n=10 (18-50 év közötti férfiak és nők) kardiovaszkuláris szempontból egészséges, depressziós betegek HAMD pontszám ≥17, BDI pontszám ≥12 részletes fizikális és laborvizsgálat számos kizáró kritérium kardiovaszkuláris betegségek különböző formái is kizárásra kerültek ATP kiáramlás változásának vizsgálata (nmol-ban mérve) optiko-lumiaggregométer
Módszer kollagén és ADP indukálta aggregáció - 2 fémszál közötti ellenállás változása ATP felszabadulás mérése - luciferin-luciferáz átalakulás (fényvillanás) - lumineszcenciás csatorna - egy villanás = egy ATP molekula teljes vérből és PRP-ből (platelet rich plasma) történtek mérések
A vizsgálat folyamata • rutin vérvétel • ATP vérvétel
• ATP vérvétel
• rutin vérvétel • ATP vérvétel
0. nap
8. nap
30. nap
• Beck kérdőív • Beck kérdőív • Hamilton kérdőív • Hamilton kérdőív • Szomatikus vizsgálatok • Alkohol, dohányzási szokások
• • • •
Beck kérdőív Hamilton kérdőív Szomatikus vizsgálatok Alkohol, dohányzási szokások
Antidepresszív terápia: 4 citalopram, 3 escitalopram, 2 paroxetin, 1 venlafaxin
Eredmények (8. nap) 0. nap 8. nap
ATP kiáramlás (nmol) kollagén WB
5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 G-B Zs
136
NG
KL
KP
417
120
122
EF
-72,73
MJ
SE
182
136
Cs K
PG
519
277
V.K.
199
HAM-D pontszám változás HAM-D pontszám 35 30 25 20 15 10 5 0
0 nap 8 nap 30 nap
Összesített eredmények 8. nap •
9/10 beteg ‚ATP reszponder’ (szignifikáns változás 5 betegnél)
• 1/10 beteg ‚ATP nonreszponder’ • 10/10 beteg még depressziós
30. nap • 9 ‚ATP reszponder’ beteg remisszióban • 1 ‚ATP non-reszponder’ beteg még depressziós
Konklúzió az antidepresszív terápia hetékonysága korai stádiumban előrejelezhető? a felépülés időtartama minimalizálható nem várt mellékhatások csökkentése költséghatékonyság személyre szabott terápia újabb vizsgálat nagyobb populáción
Köszönetnyilvánítás A kutatást a Richter Gedeon Nyrt. támogatta A vizsgálat további résztvevői: dr. Schweitzer Katalin (MH EK labor) dr. Kovács Gábor
Köszönöm a figyelmet!
