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Skin cytokine expression in patients with fibromyalgia syndrome is not different from controls
(2014)
Background
Fibromyalgia syndrome (FMS) is a chronic pain syndrome of unknown etiology. There is increasing evidence for small nerve fiber impairment in a subgroup of patients with FMS. We investigated whether skin cytokine and delta opioid receptor (DOR) gene expression in FMS patients differs from controls as one potential contributor to small nerve fiber sensitization.
Methods
We investigated skin punch biopsies of 25 FMS patients, ten patients with monopolar depression but no pain, and 35 healthy controls. Biopsies were obtained from the lateral upper thigh and lower calf. Gene expression of the pro-inflammatory cytokines tumor necrosis factor-alpha (TNF), interleukin (IL)-6, and IL-8 and of the anti-inflammatory cytokine IL-10 was analyzed using quantitative real-time PCR and normalizing data to 18sRNA as housekeeping gene. Additionally, we assessed DOR gene expression.
Results
All cytokines and DOR were detectable in skin samples of FMS patients, patients with depression, and healthy controls without intergroup difference. Also, gene expression was not different in skin of the upper and lower leg within and between the groups and in FMS patient subgroups.
Conclusions
Skin cytokine and DOR gene expression does not differ between patients with FMS and controls. Our results do not support a role of the investigated cytokines in sensitization of peripheral nerve fibers as a potential mechanism of small fiber pathology in FMS.
Introduction
The neuronal ceroid lipofuscinoses constitute a group of fatal inherited lysosomal storage diseases that manifest in profound neurodegeneration in the CNS. Visual impairment usually is an early symptom and selective degeneration of retinal neurons has been described in patients suffering from distinct disease subtypes. We have previously demonstrated that palmitoyl protein thioesterase 1 deficient (Ppt1-/-) mice, a model of the infantile disease subtype, exhibit progressive axonal degeneration in the optic nerve and loss of retinal ganglion cells, faithfully reflecting disease severity in the CNS. Here we performed spectral domain optical coherence tomography (OCT) in Ppt1-/- and ceroid lipofuscinosis neuronal 3 deficient (Cln3-/-) mice, which are models of infantile and juvenile neuronal ceroid lipofuscinosis, respectively, in order to establish a non-invasive method to assess retinal alterations and monitor disease severity in vivo.
Results
Blue laser autofluorescence imaging revealed increased accumulation of autofluorescent storage material in the inner retinae of 7-month-old Ppt1-/- and of 16-month-old Cln3-/- mice in comparison with age-matched control littermates. Additionally, optical coherence tomography demonstrated reduced thickness of retinae in knockout mice in comparison with age-matched control littermates. High resolution scans and manual measurements allowed for separation of different retinal composite layers and revealed a thinning of layers in the inner retinae of both mouse models at distinct ages. OCT measurements correlated well with subsequent histological analysis of the same retinae.
Conclusions
These results demonstrate the feasibility of OCT to assess neurodegenerative disease severity in mouse models of neuronal ceroid lipofuscinosis and might have important implications for diagnostic evaluation of disease progression and therapeutic efficacy in patients. Moreover, the non-invasive method allows for longitudinal studies in experimental models, reducing the number of animals used for research.
Background
The role of the immune system in the pathophysiology of acute ischemic stroke is increasingly recognized. However, targeted treatment strategies to modulate immunological pathways in stroke are still lacking. Glatiramer acetate is a multifaceted immunomodulator approved for the treatment of relapsing-remitting multiple sclerosis. Experimental studies suggest that glatiramer acetate might also work in other neuroinflammatory or neurodegenerative diseases apart from multiple sclerosis.
Findings
We evaluated the efficacy of glatiramer acetate in a mouse model of brain ischemia/reperfusion injury. 60 min of transient middle cerebral artery occlusion was induced in male C57Bl/6 mice. Pretreatment with glatiramer acetate (3.5 mg/kg bodyweight) 30 min before the induction of stroke did not reduce lesion volumes or improve functional outcome on day 1.
Conclusions
Glatiramer acetate failed to protect from acute ischemic stroke in our hands. Further studies are needed to assess the true therapeutic potential of glatiramer acetate and related immunomodulators in brain ischemia.
Zytotoxische CD8+ T-Lymphozyten spielen in vielen inflammatorischen, aber auch primär neurodegenerativen Erkrankungen eine wichtige Rolle. Daher besitzt die Fragestellung inwiefern CD8+ ZTL Neurone direkt schädigen und ggf. welche mechanistischen Aspekte dieser Schädigung zugrunde liegen, eine hohe Relevanz. Um diese Fragestellung eingehender zu beleuchten, wurde mit dem OT-I-System gearbeitet. Dieses gut vorcharakterisierte CD8+ T-Zell-Modell besitzt den Vorteil, dass diese transgenen Zellen nur eine Peptidsequenz des Ovalbumin (OVA) Protein als spezifisches Antigen erkennen.
Zunächst wurden in der vorliegenden Arbeit Co-Kultivierungs-Experimente durchgeführt. Hierzu wurden akut isolierte murine Hippokampus-Neurone unter verschiedenen Bedingungen mit OT-I Lymphozyten co-kultiviert. Hierbei konnte gezeigt werden, dass unter Antigenpräsentation der Neurone signifikant mehr Neurone in die Apoptose/Nekrose geführt werden, als unter Kontroll-Bedingungen, in denen entweder kein Antigen oder ein Antigen, das nicht von OT-I Lymphozyten erkannt wird, präsentiert wird.
Nachdem die Antigen-abhängigen zytotoxischen Effekte auf Neurone gezeigt werden konnten, wurde mithilfe elektrophysiologischer Techniken die mechanistischen und funktionellen Konsequenzen des direkten neuronalen/OT-I-vermittelten Zellkontakts untersucht. Bei diesem experimentellen Ansatz wurde durch elektrisches Auslenken eines Neurons nach Kontakt mit einem OT-I Lymphozyt die passiven elektrischen Parameter der Neuronenmembran gemessen. In diesen Messungen konnte gezeigt werden, dass nach unmittelbarem Kontakt eines Neurons mit einem OT-I Lymphozyt der neuronale Membranwiderstand reduziert wird bzw. die Leitfähigkeit der Zellmembran erhöht wird. Diese Änderung der neuronalen Membran-Leitfähigkeit findet in einem Zeitraum von 10 min nach dem Zell-Zell-Kontakt statt. Auch hier konnte gezeigt werden, dass dieser Einfluss von OT-I Lymphozyten auf Neurone strikt Antigen-abhängig ist. Zur Untersuchung des Mechanismus der OT-I T-Lymphozyten auf Neurone wurde das Augenmerk auf verschiedene T-Zell-induzierte Apoptosewegegelegt. Es konnte gezeigt werden, dass durch Blockieren der Fas/FasL-Interaktion mittels eines Antikörpers kein Unterschied, weder in der neuronalen Apoptoserate nach Co-Kultivierung, noch eine Änderung der passiven neuronalen Membran-Leitfähigkeit auftritt. Weiterhin wurde die Rolle der von T-Zellen sezernierten Granula Perforin und Granzym B untersucht. Um den Einfluss dieser Granula aufzuklären, wurden OT-I Lymphozyten verwendet, die entweder defizient für Perforin oder Granzym B waren. In diesem experimentellen Ansatz wurde gezeigt, dass ausschließlich Perforin für die Erniedrigung des passiven neuronalen Membran-Widerstandes verantwortlich ist.
Diese Erhöhung der neuronalen Membranleitfähigkeit führte aber nicht direkt zum neuronalen Zelltod. Vielmehr wurde durch die einhergehende Depolarisation des Neurons die elektrische Aktivität der Zelle vermindert, sodass es zu einem sogenannten „electrical silencing“ kommt. Dieser Umstand konnte auch in der Betrachtung der spontanen Netzwerkaktivität von Neuronenkulturen gezeigt werden. Hierfür wurden hoch dichte Neuronenkulturen auf MEA-Chips kultiviert. Mit Hilfe dieser MEA konnten die Summenfeldpotentiale der Neuronenkulturen detektiert werden. Hierbei wurde beobachtet, dass nach Beladung der Neuronen mit dem spezifischen OT-I-Antigen und OT-I Zellen eine Verringerung der spontanen Netzwerkaktivität einhergeht. Auch in diesem Effekt konnte eine Antigen-Spezifität nachgewiesen werden.
Da der Prozess der zellulären Apoptose mit einem Anstieg der intrazellulären Ca2+-Konzentration einhergeht, und Perforin als Ca2+-durchlässiger unselektiver Porenbildner fungiert, wurden zur Überprüfung der Hypothese calcium imaging-Experimente durchgeführt. Analog zu den elektrophysiologischen Messungen wurde gezeigt, dass nach direktem Zell-Zell-Kontakt zwischen Neuron und OT-I Lymphozyt eine Erhöhung der intrazellulären Ca2+-Konzentration zu messen ist. Dass diese Änderung des neuronalen Ca2+-Einstroms durch Perforin-abhängige Membranporen hervorgerufen wird, konnte durch die Verwendung von Perforin-defizienten OT-I Lymphozyten bewiesen werden. Unter Verwendung von Perforin-defizienten OT-I Lymphozyten wurde keine Änderung der neuronalen Ca2+-Konzentration ermittelt. Weiterhin wurde in diesem experimentellen Ansatz gezeigt, dass auch der OT-I-vermittelte neuronale Ca2+-Anstieg strikt Antigen-abhängig ist.Zusammengefasst konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass MHC-I/Antigen-vermittelte CD8+ Lymphozyten-Interaktion mit einem Neuron zu „electrical silencing“ des Neurons führt. Dieser Prozess ist klar Perforin-abhängig, führt jedoch nicht zum unmittelbaren Zelltod des Neurons.
Über die Nervensonographie wurde bereits in den 1980er Jahren erstmals berichtet. Die rasche Weiterentwicklung der Technik hat dazu geführt, dass es inzwischen zahlreiche Fallberichte und einige Studien gibt, die sich mit der Darstellung peripherer Nerven durch Ultraschall als Mittel zur Diagnose verschiedener Nervpathologien beschäftigen. Besonders bei der Diagnostik des epidemiologisch häufigen Karpaltunnelsyndroms ist die sonographische Beurteilung des N. medianus in dieser Lokalisation vielerorts bereits etablierter Bestandteil der Diagnostik.
In der hier vorgelegten Studie sollte der Stellenwert der B-Bild-Sonographie peripherer Nerven am Unterschenkel für die Diagnose einer Vaskulitischen Neuropathie geprüft werden. Dazu musste zunächst die Ultraschalluntersuchung spezieller Nerven am Unterschenkel etabliert werden. Diese ist technisch deutlich anspruchsvoller als die Darstellung von Karpaltunnelsyndrom oder Armplexus.
Durch die fünfmalige Untersuchung zehn junger Personen wurden ultraschalltechnisch leicht reproduzierbar anatomisch auffindbare und Anisotropie-vermeidende Abschnitte von N. suralis, N. peroneus communis, profundus, superfcialis und N. tibialis definiert und als Messpunkte der Studie zu Grunde gelegt.
In die von der Ethikkommission der Medizinischen Fakultät positiv beschiedene Studie wurden 26 Patienten/-innen, die klinisch und elektrophysiologisch nachgewiesen eine Polyneuropathie hatten und bei denen zur Ursachendiagnostik eine Biopsie und histologische Aufarbeitung des N. suralis durchgeführt wurde (Abteilung für Neuropathologie des Pathologischen Instituts der Universität sowie Histologielabor der Neurologischen Universitätsklinik), sowie 26 Kontrollpersonen ohne klinischen Hinweis auf eine Polyneuropathie nach informiertem Einverständnis aufgenommen. Für jede/-n Patienten/-in wurde ein/-e Proband/-in gleichen Geschlechts mit einem Altersunterschied von höchstens fünf Jahren in die Kontrollgruppe aufgenommen. Alle 52 Untersuchten mussten erwachsen und 160 – 180 cm groß sein.
Bei allen Patienten/-innen und Kontrollpersonen wurden jeweils der GD, der KD, der LD und die QSF des N. suralis am unteren Drittel der Wade und distal im Bereich des Außenknöchels, des N. tibialis nahe des Innenknöchels, des N. peroneus communis im Bereich des Fibulaköpfchens, des N. peroneus profundus am Fußrücken und nahe der Großzehen und des N. peroneus superficialis im Bereich des distalen Schienbeins bestimmt.
Alle gesuchten Nerven waren bei allen Versuchspersonen eindeutig identifizierbar. Die Untersuchungen wurden durch eine Untersucherin mit demselben Gerät, geblindet für das Ergebnis der Histologie, durchgeführt. Das gewährleistete eine Konstanz in der schwierigen und mit Unsicherheiten behafteten Messung der Nervenstrukturen, was ausführlich diskutiert wird.
Ein statistisch signifikanter Unterschied zwischen den sonographisch erhobenen Messdaten der PNP-Gruppe und der Kontrollgruppe konnte bei 20 der 28 Parameter gezeigt werden. Bei 11 der 28 Parameter konnte zwischen Vaskulitis-Patienten/-innen und allen anderen, also PNP-Patienten/-innen und der Kontrollgruppe, ein statistisch signifikanter Unterschied festgestellt werden. Außerdem ergab die statistische Analyse bei drei der 28 Messgrößen einen statistisch signifikanten Unterschied zwischen Patienten/-innen mit und ohne Demyelinisierung des N. suralis in der feingeweblichen Untersuchung.
Die sonographischen Ergebnisse der Vakulitis-Patienten/-innen unterschieden sich nicht von denen der PNP-Patienten/-innen mit anderer Ätiologie. Es wurde auch kein statistisch signifikanter Unterschied zwischen den Werten der PNP-Patienten/-innen mit und ohne histologisch gesicherte entzündliche Komponente beobachtet.
Gemäß der histologischen Untersuchung der Biopsate wurde bei sechs Patienten/-innen eine Vaskulitis diagnostiziert. Bei fünf dieser Patienten/-innen fielen teilweise Kalibersprünge im Sinne einer Zunahme der QSF oder Abflachung im Verlauf des N. suralis, N. peroneus superficialis und N. peroneus communis auf. Aber auch bei Patienten/-innen mit einer anderen Form der Polyneuropathie und einigen Kontrollpersonen waren Besonderheiten im sonographischen Bild einzelner Nerven zu beobachten.
Mit der vorgelegten Untersuchung konnte zwar nicht gezeigt werden, dass die Nervensonographie einen Beitrag zur differentialdiagnostischen Abgrenzung Vaskulitischer Polyneuropathien leisten kann, der den Goldstandard invasiver Nervenbiopse entbehrlich machen könnte. Das war bei der histologischen Unterschiedlichkeit der beschädigten Nervenanatomie bei Vaskulitis aber auch nicht ernsthaft zu erwarten.
Die vorgelegte Arbeit zeigt aber auch, dass kranke periphere Nerven von gesunden Nerven im Ultraschall unterscheidbar sind, wenn man wie hier systematisch mit 28 Parametern an sieben Messpunkten untersucht. Dies allerdings dauert auch für einen Geübten 40 bis 60 Minuten, so dass die Polyneuropathiediagnostik oder gar Differentialdiagnostik mittels Ultraschall aktuell noch als Forschungsinstrument an großen Fallzahlen anzusehen ist.
Dabei wird es künftig für die Gruppenbildung der sonographisch Untersuchten neben ätiologischer und histologischer Gruppenbildung darauf ankommen, das Krankheitsbild besser zu definieren, d.h. Ausmaß von Demyelinisierung, Remyelinisierung und axonalem Untergang in geeignete Skalen zu fassen.
Auch die Magnetresonanztomographie stellt eine Option als diagnostischer Baustein bei Vaskulitischer Polyneuropathie dar. Dieses bildgebende Verfahren kann bereits zur Diagnostik von traumatischen Nervverletzungen, Kompressionensyndromen, Raumforderungen im Bereich der Nerven und Plexusneuritis eingesetzt werden.
Wir untersuchten die zerebrale Aktivierung von Patienten mit Fibromyalgie-Syndrom (FMS) mittels funktioneller Nah-Infrarot-Spektroskopie (fNIRS). Das FMS ist ein Symptomenkomplex aus Schmerzen in mehreren Körperregionen sowie weiteren körperlichen und seelischen Beschwerden, wie Schlafstörungen, kognitiven Defiziten und Depressionen. Die fNIRS ist eine neue, nicht-invasive Technik, die eine indirekte Messung der regionalen kortikalen Hirnaktivierung erlaubt.
Es wurden 25 FMS-Patienten, 10 MD-Patienten ohne Schmerzen und 35 gesunde Kontrollen in die Studie eingeschlossen. Alle Patienten wurden klinisch-neurologisch untersucht. Darüber hinaus füllten alle Teilnehmer Fragebögen zu Schmerzen (GCPS, NPSI), FMS-Symptomen (FIQ), Depressionen (BDI II, ADS) und Empathiefähigkeit (SPF) aus. Die kortikale Aktivierung wurde unter drei Stimulations-Bedingungen mittels fNIRS gemessen: 1.) Anwendung mechanischer (Druck-) Schmerzreize auf den dorsalen Unterarm; 2.) Anwendung visuell-emotionaler Reize in Form von neutralen, negativen und Schmerz-assoziierten Bildern; 3.) Wortflüssigkeitstest. Ergänzend wurden die unter 2.) präsentierten Bilder bewertet sowie ein Zahlenverbindungstest durchgeführt.
FMS-Patienten hatten in den Schmerzfragebögen und im FIQ-Fragebogen deutlich höhere Werte als MD-Patienten und Kontrollen (p < 0,001). In den Depressionsfragebögen erreichten FMS-Patienten ähnlich hohe Werte wie MD-Patienten. Die Empathiefähigkeit war bei FMS-Patienten tendenziell stärker ausgeprägt als bei MD-Patienten und Kontrollen. FMS-Patienten zeigten niedrigere Druckschmerzschwellen bei gleicher Schmerzintensität als MD-Patienten und Kontrollen (p < 0,001). Auf einen unilateralen schmerzhaften Druckreiz reagierten FMS-Patienten mit einer verstärkten bilateralen kortikalen Aktivierung, die sich im Vergleich zu Kontrollen insbesondere im rechten präfrontalen Kortex (p < 0,05) sowie zu MD-Patienten bilateral im Frontalkortex unterschied (p < 0,05). Auf einen Druckreiz der gleichen Stärke, der für FMS-Patienten schmerzhaft, aber für Zusatzkontrollen schmerzfrei war, zeigten FMS-Patienten im Vergleich zu diesen eine verstärkte Aktivierung im linken dorsolateralen präfrontalen Kortex (p < 0,05). Der kortikale Aktivierungsunterschied bei Schmerz-assoziierten versus neutralen Bildern war bei FMS-Patienten im linken präfrontalen Kortex wesentlich ausgeprägter als bei Kontrollen (p < 0,05), während die Schmerz-assoziierten Bilder von FMS-Patienten weniger unangenehm bewertet wurden als von Kontrollen. Der Aktivierungsunterschied bei negativen versus neutralen Bildern war bei MD-Patienten im linken Frontalkortex wesentlich geringer ausgeprägt als bei FMS-Patienten und Kontrollen (p < 0,05). Im Wortflüssigkeitstest und im Zahlenverbindungstest konnten keine kognitiven Defizite bzw. Aktivierungsunterschiede zwischen FMS-Patienten und Kontrollen gefunden werden. Allerdings zeigten MD-Patienten in beiden Bedingungen des Wortflüssigkeitstests eine geringere frontale Aktivierung als FMS-Patienten und Kontrollen (p < 0,05).
Diese Studie belegt die veränderte zentrale Schmerzverarbeitung bei FMS-Patienten und zeigt, dass diese mittels fNIRS messbar ist. FMS-Patienten zeigten stärkere Aktivierungen Schmerz-assoziierter Hirnareale während mechanischer und visueller Schmerzstimuli im Vergleich zu gesunden Kontrollen. Zudem bestätigt diese Studie die Unterscheidung zwischen FMS und Depression.
Der Einfluss von Autoantikörpern gegen Aquaporin 4 bei der Pathogenese der Neuromyelitis optica
(2014)
Neuromyelitis optica (NMO) ist eine schwerwiegende Autoimmunerkrankung des zentralen Nervensystems, deren pathogene Ursache in Zusammenhang mit Autoantikörpern gegen Aquaporin 4 (AQP4) steht. In einem intrathekalen Passiv-Transfermodell der Ratte wurden die Auswirkungen von NMO-Immunglobulin (IgG) aus Plasmapheresematerial und rekombinanten Antikörpern gegen AQP4 sowie der Effekt von additiver Applikation von humanem Komplement untersucht. NMO-IgG, rekombinante Antikörper und modifizierte Antikörper ohne Fähigkeit zur Aktivierung der Komplementkaskade waren bei repetitiver Applikation in der Lage, auch ohne additives humanes Komplement NMO-ähnliche progrediente motorische Symptome zu induzieren. Durch Ko-Injektion von humanem Komplement konnte keine signifikante Exazerbation der Pathologie bewirkt werden.
MRT-Studien zeigten lokale Schrankenstörungen am Ort der höchsten Antikörperkonzentration. In histologischen Aufarbeitungen von Rückenmarksschnitten zeigten sich lokale Deposition an humanem IgG, ein dazu korrelierender Verlust an AQP4 sowie eine darüber hinausgehende Reduktion des Glutamattransporters EAAT2, während GFAP-reaktive Astrozyten tendenziell hypertroph und vermehrt waren. Auch bei additiver Applikation von humanem Komplement wiesen die Läsionsareale im Gegensatz zu histopathologischen Befunden bei NMO-Patienten und anderen Tiermodellen nur eine geringe Ablagerung von aktivem Komplement und wenig Infiltration durch ED1-positive Makrophagen auf. Da in einem Kontrollexperiment mit intrazerebraler intraparenchymaler Applikation von NMO-IgG die beschriebene additive Zytotoxizität von humanem Komplement reproduziert werden konnte, erscheint die Verwendbarkeit des intrathkalen Modells zur Evaluation der Wirkung von humanem Komplement bei Autoimmunerkrankungen mit intraspinalen Zielepitopen nicht geeignet.
Die Ergebnisse lassen sich als Komplement-unabhängige intrinsische Wirkungen von Antikörpern gegen AQP4 deuten, die in einer Reduktion der Oberflächenexpresseion von AQP4 und EAAT2 resultieren und zu einer progredienten Myelopathie führen. Neben der bekannten Antikörper-induzierten Komplement-abhängigen Zytotoxizität könnten diese Effekte einen bislang nicht beschriebenen zusätzlichen Pathomechanismus bei der NMO darstellen.