Neurologische Klinik und Poliklinik
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Diabetic peripheral neuropathy (DPN) is a common complication of diabetes with potential severe consequences. Its pathogenesis involves hyperglycemia-linked mechanisms, which may include changes in the expression of neurotrophic growth factors. We analyzed the expression of 29 factors potentially related to nerve degeneration and regeneration in skin biopsies from 13 type 1 diabetic pancreas and kidney recipients with severe DPN including severe depletion of intraepidermal nerve fibers (IENF) in lower limb skin biopsies (group Tx1 1st examination). The investigation was repeated after a median 28-month period of normoglycemia achieved by pancreas transplantation (group Tx1 2nd examination). The same tests were performed in 13 stable normoglycemic pancreas and kidney recipients 6-12 years posttransplantation (group Tx2), in 12 matched healthy controls (group HC), and in 12 type 1 diabetic subjects without severe DPN (group DM). Compared to DM and HC groups, we found a significantly higher (p < 0.05-0.001) expression of NGF (nerve growth factor), NGFR (NGF receptor), NTRK1 (neurotrophic receptor tyrosine kinase 1), GDNF (glial cell-derived neurotrophic factor), GFRA1 (GDNF family receptor alpha 1), and GFAP (glial fibrillary acidic protein) in both transplant groups (Tx1 and Tx2). Enhanced expression of these factors was not normalized following the median 28-month period of normoglycemia (Tx1 2nd examination) and negatively correlated with IENF density and with electrophysiological indices of DPN (vibration perception threshold, electromyography, and autonomic tests). In contrast to our expectation, the expression of most of 29 selected factors related to neural regeneration was comparable in subjects with severe peripheral nerve fiber depletion and healthy controls and the expression of six factors was significantly upregulated. These findings may be important for better understanding the pathophysiology of nerve regeneration and for the development of intervention strategies.
Background:
ATF5 suppresses differentiation of neuroprogenitor cells and is overexpressed in glioblastoma (GBM). A reduction of its expression leads to apoptotic GBM cell death. Data on ATF5 expression in astrocytoma WHO grade II (low-grade astrocytoma [LGA]) are scarce and lacking on recurrent GBM.
Patients and methods:
ATF5 mRNA was extracted from frozen samples of patients’ GBM (n=79), LGA (n=40), and normal brain (NB, n=10), quantified by duplex qPCR and correlated with retrospectively collected clinical data. ATF5 protein expression was evaluated by measuring staining intensity on immunohistochemistry.
Results:
ATF5 mRNA was overexpressed in LGA (sevenfold, P<0.001) and GBM (tenfold, P<0.001) compared to NB, which was confirmed on protein level. Although ATF5 mRNA expression in GBM showed a considerable fluctuation range, groups of varying biological behavior, that is, local/multifocal growth or primary tumor/relapse and the tumor localization at diagnosis, were not significantly different. ATF5 mRNA correlated with the patients’ age (r=0.339, P=0.028) and inversely with Ki67-staining (r=-0.421, P=0.007). GBM patients were allocated to a low and a high ATF5 expression group by the median ATF5 overexpression compared to NB. Kaplan–Meier analysis and Cox regression indicated that ATF5 mRNA expression significantly correlated with short-term survival (t<12 months, median survival 18 vs 13 months, P=0.022, HR 2.827) and progression-free survival (PFS) (12 vs 6 months, P=0.024). This advantage vanished after 24 months (P=0.084).
Conclusion:
ATF5 mRNA expression could be identified as an additional, though not independent factor correlating with overall survival and PFS. Since its inhibition might lead to the selective death of glioma cells, it might serve as a potential ubiquitous therapeutic target in astrocytic tumors.
Background:
To analyze whether magnesium has a neuroprotective effect during episodes that indicate a critical brain perfusion after aneurysmal subarachnoid hemorrhage (SAH).
Methods:
107 patients with aSAH were randomized to continuously receive intravenous magnesium sulfate with target serum levels of 2.0 – 2.5 mmol/l (n = 54) or isotonic saline (n = 53). Neurological examination and transcranial Doppler sonography (TCD) were performed daily, Perfusion-CT (PCT) was acquired in 3-day intervals, angiography in case of suspected vasospasm. The primary endpoint was the development of secondary infarction following episodes of delayed ischemic neurological deficit (DIND), elevated mean flow velocity (MFV) in TCD or pathological findings in PCT.
Results:
In the magnesium group, 9 episodes of DIND were registered, none was followed by secondary infarction. In the control group, 23 episodes of DIND were registered, 9 were followed by secondary infarction (p < 0.05). In the magnesium group, 114 TCD-measurements showed an elevated MFV(> 140 cm/s). 7 were followed by new infarction. In control patients, 135 measurements showed elevated MFV, 32 were followed by new infarction (p < 0.05). 10 of 117 abnormal PCT-findings were followed by new infarction, compared to 30 of 122 in the control-group (p < 0.05).
Conclusion:
DIND, elevated MFV in TCD and abnormal PCT are findings which are associated with an increased risk to develop delayed secondary infarction. The results of this analysis suggest that magnesium-treatment may reduce the risk to develop infarction in a state of critical brain perfusion.
Background:
Genetically caused neurological disorders of the central nervous system (CNS) are mostly characterized by poor or even fatal clinical outcome and few or no causative treatments are available. Often, these disorders are associated with low-grade, disease-promoting inflammation, another feature shared by progressive forms of multiple sclerosis (PMS). We previously generated two mouse lines carrying distinct mutations in the oligodendrocytic PLP1 gene that have initially been identified in patients diagnosed with MS. These mutations cause a loss of PLP function leading to a histopathological and clinical phenotype common to both PMS and genetic CNS disorders, like hereditary spastic paraplegias. Importantly, neuroinflammation promotes disease progression in these models, suggesting that pharmacological modulation of inflammation might ameliorate disease outcome.
Methods:
We applied teriflunomide, an approved medication for relapsing-remitting MS targeting activated T-lymphocytes, in the drinking water (10 mg/kg body weight/day). Experimental long-term treatment of PLP mutant mice was non-invasively monitored by longitudinal optical coherence tomography and by rotarod analysis. Immunomodulatory effects were subsequently analyzed by flow cytometry and immunohistochemistry and treatment effects regarding neural damage, and neurodegeneration were assessed by histology and immunohistochemistry.
Results:
Preventive treatment with teriflunomide attenuated the increase in number of CD8+ cytotoxic effector T cells and fostered the proliferation of CD8+ CD122+ PD-1+ regulatory T cells in the CNS. This led to an amelioration of axonopathic features and neuron loss in the retinotectal system, also reflected by reduced thinning of the innermost retinal composite layer in longitudinal studies and ameliorated clinical outcome upon preventive long-term treatment. Treatment of immune-incompetent PLP mutants did not provide evidence for a direct, neuroprotective effect of the medication. When treatment was terminated, no rebound of neuroinflammation occurred and histopathological improvement was preserved for at least 75 days without treatment. After disease onset, teriflunomide halted ongoing axonal perturbation and enabled a recovery of dendritic arborization by surviving ganglion cells. However, neither neuron loss nor clinical features were ameliorated, likely due to already advanced neurodegeneration before treatment onset.
Conclusions:
We identify teriflunomide as a possible medication not only for PMS but also for inflammation-related genetic diseases of the nervous system for which causal treatment options are presently lacking.
Background:
Multiple sclerosis (MS) is a chronic autoimmune disease of the central nervous system (CNS) for which several new treatment options were recently introduced. Among them is the monoclonal anti-CD52 antibody alemtuzumab that depletes mainly B cells and T cells in the immune periphery. Considering the ongoing controversy about the involvement of B cells and in particular the formation of B cell aggregates in the brains of progressive MS patients, an in-depth understanding of the effects of anti-CD52 antibody treatment on the B cell compartment in the CNS itself is desirable.
Methods:
We used myelin basic protein (MBP)-proteolipid protein (PLP)-induced experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) in C57BL/6 (B6) mice as B cell-dependent model of MS. Mice were treated intraperitoneally either at the peak of EAE or at 60 days after onset with 200 μg murine anti-CD52 vs. IgG2a isotype control antibody for five consecutive days. Disease was subsequently monitored for 10 days. The antigen-specific B cell/antibody response was measured by ELISPOT and ELISA. Effects on CNS infiltration and B cell aggregation were determined by immunohistochemistry. Neurodegeneration was evaluated by Luxol Fast Blue, SMI-32, and Olig2/APC staining as well as by electron microscopy and phosphorylated heavy neurofilament serum ELISA.
Results:
Treatment with anti-CD52 antibody attenuated EAE only when administered at the peak of disease. While there was no effect on the production of MP4-specific IgG, the treatment almost completely depleted CNS infiltrates and B cell aggregates even when given as late as 60 days after onset. On the ultrastructural level, we observed significantly less axonal damage in the spinal cord and cerebellum in chronic EAE after anti-CD52 treatment.
Conclusion:
Anti-CD52 treatment abrogated B cell infiltration and disrupted existing B cell aggregates in the CNS.
Background:
Atypical chemokine receptor 3 (ACKR3, synonym CXCR7) is increasingly considered relevant in neuroinflammatory conditions, in which its upregulation contributes to compromised endothelial barrier function and may ultimately allow inflammatory brain injury. While an impact of ACKR3 has been recognized in several neurological autoimmune diseases, neuroinflammation may also result from infectious agents, including Ureaplasma species (spp.). Although commonly regarded as commensals of the adult urogenital tract, Ureaplasma spp. may cause invasive infections in immunocompromised adults as well as in neonates and appear to be relevant pathogens in neonatal meningitis. Nonetheless, clinical and in vitro data on Ureaplasma-induced inflammation are scarce.
Methods:
We established a cell culture model of Ureaplasma meningitis, aiming to analyze ACKR3 variances as a possible pathomechanism in Ureaplasma-associated neuroinflammation. Non-immortalized human brain microvascular endothelial cells (HBMEC) were exposed to bacterial lipopolysaccharide (LPS) or tumor necrosis factor-α (TNF-α), and native as well as LPS-primed HBMEC were cultured with Ureaplasma urealyticum serovar 8 (Uu8) and U. parvum serovar 3 (Up3). ACKR3 responses were assessed via qRT-PCR, RNA sequencing, flow cytometry, and immunocytochemistry.
Results:
LPS, TNF-α, and Ureaplasma spp. influenced ACKR3 expression in HBMEC. LPS and TNF-α significantly induced ACKR3 mRNA expression (p < 0.001, vs. control), whereas Ureaplasma spp. enhanced ACKR3 protein expression in HBMEC (p < 0.01, vs. broth control). Co-stimulation with LPS and either Ureaplasma isolate intensified ACKR3 responses (p < 0.05, vs. LPS). Furthermore, stimulation wielded a differential influence on the receptor’s ligands.
Conclusions:
We introduce an in vitro model of Ureaplasma meningitis. We are able to demonstrate a pro-inflammatory capacity of Ureaplasma spp. in native and, even more so, in LPS-primed HBMEC, underlining their clinical relevance particularly in a setting of co-infection. Furthermore, our data may indicate a novel role for ACKR3, with an impact not limited to auto-inflammatory diseases, but extending to infection-related neuroinflammation as well. AKCR3-induced blood-brain barrier breakdown might constitute a potential common pathomechanism.
Bei den Charcot-Marie-Tooth (CMT) Neuropathien handelt es sich um erbliche Erkrankungen des peripheren Nervensystems, die progredient zu motorischen und sensorischen Defiziten führen und für die bislang keine kausalen Therapieoptionen existieren. In verschiedenen Studien konnte gezeigt werden, dass Entzündungsreaktionen, insbesondere durch Lymphozyten und Makrophagen vermittelt, eine bedeutende Rolle bei der Pathogenese dieser Erkrankung spielen. Neben neuronaler und axonaler Schädigung, sowie Demyelinisierung ist in untersuchten Myelin Mutanten auch eine erhöhte Anzahl an denervierten neuromuskulärer Endplatten zu erkennen. Eine genetische Blockade der Makrophagen-Aktivierung konnte in den Studien eine Verbesserung sämtlicher neuropathologischer Merkmale bei gleichzeitig reduzierter Makrophagenanzahl zeigen. Ob und welche Rolle Makrophagen bei der Denervation neuromuskulärer Endplatten spielen, blieb bislang ungeklärt.
In dieser Studie konnte in allen untersuchten Myelin Mutanten im Vergleich zum Wildtyp eine Zunahme an neuromuskulären Synapsen beobachtet werden, die mit Makrophagen räumlich assoziiert waren. Daneben zeigten entsprechende Myelin Mutanten eine Zunahme denervierter und partiell denervierter Endplatten und zwar interessanterweise direkt proportional zur Anzahl an Synapsen in Assoziation mit Makrophagen. Das bedeutet, dass die Anzahl an Endplatten in Assoziation mit Makrophagen verhältnismäßig parallel zur Anzahl an denervierten Endplatten zunahm, während die Anzahl an Makrophagen im gesamten Muskel nahezu unverändert blieb. Dies deutet eine mögliche Rolle der räumlich mit Endplatten assoziierten Makrophagen an deren Denervation an. Dabei waren alle Synapsen in Assoziation mit Makrophagen innerviert und damit morphologisch intakt. Bei doppel-mutanten Mäusen mit genetischer Blockade der Makrophagen-Aktivierung waren die beschriebenen pathologischen Merkmale an der neuromuskulären Synapse deutlich reduziert bei gleichzeitig signifikanter Abnahme an Makrophagen in Assoziation mit Endplatten. Ähnliche pathologische Auffälligkeiten wie bei Myelin Mutanten fanden sich in geringerer Ausprägung auch im Wildtyp im Rahmen des Alterungsprozesses sowie auch bei Mäusen mit Defizienz des neurotrophen Faktors CNTF.
Zusammenfassend deuten die Ergebnisse darauf hin, dass sowohl in der Pathogenese der CMT Neuropathie wie auch im Rahmen altersbedingter Neurodegeneration ein Makrophagen-vermittelter Schaden an der neuromuskulären Endplatte entsteht. Wesentliche Mediatoren scheinen hierbei das von Fibroblasten und vermutlich auch perisynaptischen Fibroblasten exprimierte CSF-1 zu sein, sowie MCP-1, das durch Schwann Zellen und möglicherweise auch von terminalen Schwann Zellen freigesetzt wird. Auch eine Defizienz des neurotrophen Faktors CNTF bewirkt zumindest in geringem Ausmaß eine Zunahme der pathologischen Merkmale Denervation und Makrophagen-Endplatten-Assoziation im Vergleich zum Wildtyp. Diese Ergebnisse erweitern insbesondere das Wissen um Pathomechanismen an der neuromuskulären Endplatte und eröffnen neue Möglichkeiten der Behandlung für CMT und weitere neuromuskuläre Erkrankungen.
Zielsetzung der Studie war es, Ablagerungen des phosphorylierten Alpha-Synucleins in der Haut von Patienten mit Morbus Parkinson und atypischen Parkinson-Syndromen zu untersuchen und deren Auswirkungen auf das periphere Nervensystem zu erforschen.
Dazu wurden Hautbiopsien von 92 Patienten mit Morbus Parkinson, 12 Patienten mit MSA und 13 Patienten mit einer Tauopathie sowie 83 gesunden Kontrollpersonen immunhisto-chemisch gefärbt und unter dem Mikroskop untersucht.
Mit einer Sensitivität von 52 % für den Morbus Parkinson und 67 % für die MSA bei hoher Spezifität stellt der Nachweis von Phospho-Alpha-Synuclein in den kleinen Nervenfasern der Haut einen geeigneten Biomarker dar. Während die Ablagerungen des phosphorylierten Alpha-Synucleins bei Patienten mit Morbus Parkinson eher in autonomen Strukturen nachweisbar waren, fanden sie sich bei Patienten mit MSA eher in sub- und intraepidermal gelegenen Nervenfasern. Phospho-Alpha-Synuclein konnte in allen untersuchten Nervenfasersubtypen nachgewiesen werden, also in CGRP-, SP-, TH- und VIP-positiven Fasern. Bei den in der vorliegenden Studie untersuchten Parkinson-Patienten waren keine Veränderungen in der sensiblen Neurographie des Nervus suralis erkennbar. Die intraepidermale Nervenfaserdichte sowie die Innervation der Schweißdrüsen waren jedoch teilweise vermindert und auch in der QST zeigten sich Auffälligkeiten. Ein Zusammenhang zu dem Vorhandensein von Phospho-Alpha-Synuclein-Ablagerungen konnte jedoch nur für die Innervation der Musculi arrectores pilorum hergestellt werden. Bei der Untersuchung der pathophysiologischen Hintergründe, durch die Phospho-Alpha-Synuclein-Ablagerungen zu Nervenfaserschädigungen führen, konnten die Hinweise auf eine Beteiligung von axonalen Transportproteinen, Mikrotubuli oder Mitochondrien nicht erhärtet werden.
Die Pathophysiologie der PNP wie auch die Entstehung der oft assoziierten neuropathischen Schmerzen ist unklar. Gleichzeitig gibt es bislang keine geeigneten Biomarker, die die oft komplizierte Differentialdiagnose vereinfachen können. Einige Tiermodelle und klinische Studien lieferten bereits Hinweise auf die entscheidende Rolle pro- und anti-inflammatorischer Zytokine in diesen Prozessen. Ziel unserer Studie war es, die systemische Genexpression pro- und anti-inflammatorischer Zytokine in einer großen Kohorte von Patienten mit PNP verschiedener Ätiologie zu charakterisieren. Insgesamt konnten 111 PNP-Patienten und 38 gesunde Kontrollpersonen prospektiv rekrutiert werden. Nach Isolation von PBMC aus Blutproben von 97 Patienten wurde die Genexpression der pro-inflammatorischen Zytokine TNF, IL1, IL2, IL6, IL8 und der anti-inflammatorischen Zytokine IL4 und IL10 mittels qRT-PCR bestimmt. Bei 47 Patienten und 12 Kontrollen wurde zudem die IL6-, IL-8- und TNF-Zytokinproduktion von PBMC in vitro nach Stimulation durch LPS mittels ELISA untersucht. Hauptbefund war ein pro-inflammatorisches Zytokinprofil der PNP-Patienten mit höherer Genexpression von IL1, IL2, IL8 und TNF im Vergleich zu den gesunden Kontrollen. Im Falle der entzündlichen Neuropathien konnte zudem eine niedrigere Genexpression von IL10 im Vergleich zu Gesunden nachgewiesen werden. Sowohl schmerzhafte als auch schmerzlose Verlaufsformen wiesen ein pro-inflammatorisches Zytokingenexpressionsprofil im Vergleich zu Gesunden auf, das bei schmerzhaften PNP deutlich mehr beteiligte pro-inflammatorische Zytokine umfasste; relevante Unterschiede zwischen den PNP-Patienten mit und ohne Schmerz sowie der diagnostischen Subgruppen fanden sich nicht. Eine niedrigere Stimulationsschwelle der PBMC lag bei PNP-Patienten im Vergleich zu Gesunden nicht vor. Insgesamt erscheint die Rolle einzelner Zytokine als systemische Biomarker für die Differenzierung verschiedener PNP-Formen bzw. bezüglich neuropathischen Schmerzes aufgrund einer niedrigen Spezifität deutlich eingeschränkt. Dennoch sprechen unsere Ergebnisse für eine mögliche Rolle eines pro-inflammatorischen Milieus bei der Entstehung bzw. des Verlaufes verschiedener entzündlicher und nicht-entzündlicher Neuropathien und neuropathischen Schmerzes.
In dieser Studie wurden 108 Patienten mit PNP, 60 Patienten mit M. Fabry und 58 gesunde Kontrollpersonen mittels PREP auf eine small fiber-Pathologie untersucht. Zudem erfolgte eine PREP-Untersuchung bei 5 gesunden Probanden und 3 Patienten nach Anwendung von lokalem Capsaicin. Zur Charakterisierung der small fibers erfolgten zudem Anamnese, klinische Untersuchung, die Fragebögen NPSI, GCPS und ADS, QST und eine Hautbiopsie.
In der Gruppe der Patienten mit PNP waren sowohl Patienten mit LFN, MFN und SFN unterschiedlicher Ätiologie vertreten. Patienten mit einer MFN und Patienten mit einer zu einer Mitbeteiligung der small fibers passenden Anamnese (MFN und SFN) wiesen eine verlängerte N1-Latenz nach Stimulation am Fuß auf. Bei einer reduzierten IENFD in der proximalen Hautbiopsie zeigte sich die PPA nach Stimulation im Gesicht reduziert, beide Werte korrelierten positiv miteinander. Bei Patienten mit einer demyelinisierenden PNP war die N1-Latenz nach Stimulation an der Hand verlängert, zudem war bei Patienten mit CIDP die PPA nach Stimulation an Gesicht und Hand reduziert.
M. Fabry ist eine X-chromosomal vererbte lysosomale Speicherkrankheit, welche mit einer SFN einhergehen kann. Weibliche Patienten mit M. Fabry und einer subjektiven Hypohidrose als klinische Präsentation einer small fiber Pathologie wiesen eine reduzierte PPA nach Stimulation an Gesicht, Hand und Fuß auf.
Über die gesamte Patientengruppe hinweg zeigte sich eine negative Korrelation der PPA nach Stimulation am Fuß mit der klinischen Schmerzpräsentation im NPSI (Summenscore, Subscores evozierte Schmerzen und Schmerzattacken), sowie bei weiblichen Patienten mit der CDT, WDT und TSL in der QST als Marker für die small fiber Funktion. Patienten mit einer längenunabhängigen Reduktion der IENFD wiesen eine niedrigere PPA nach Stimulation am Fuß auf. Ein nicht-auswertbares PREP-Potential spricht nach Ausschluss messtechnischer Artefakte für eine fortgeschrittene Nervenfaserschädigung. Probanden und Patienten zeigten nach Applikation von topischem Capsaicin eine Reduktion der PPA.
PREP ist eine einfache, komplikationslos durchzuführende und objektive Methode zur Untersuchung der small fibers. Sie stellt eine sinnvolle Ergänzung zu den bereits etablierten Methoden QST und Hautbiopsie dar und bietet insbesondere für die Evaluation von Medikamenteneffekten wie z.B. von topischem Capsaicin eine vielversprechende Untersuchungsmöglichkeit.