Publikation II: Cytokine profiles and role of cellular PrP in patients

Schmitz M, Hermann P, Oikonomou P, Stoeck K, Ebert E, Poliakova T, Schmidt C, Llorens F, Zafar S, Zerr I (2015). Cytokine profiles and role of cellular PrP in patients with vascular dementia and vascular encephalopathy. Neurobiol Aging 36, 2597-2606

Hintergrund und Ziele

Im Sinne der in Kapitel 1.7 formulierten Fragestellung sollten durch die publizierten Untersuchungen mögliche Biomarker zur differentialdiagnostischen Einordnung der verschiedenen Demenzformen (AD und VD) identifiziert werden.

Mechanismen auf die Entstehung kognitiver Defizite bei neurodegenerativen Erkrankungen (Rubio-Perez und Morillas-Ruiz 2012) sowie bei VD (Wada-Isoe et al.

2004). Immunologische Marker-Profile können möglicherweise eine bessere Diskrimination zwischen VD und AD erlauben, wobei einige Marker (IL-1b, TNF-α und IL-6) bereits in unterschiedlichen Konzentrationen in CSF von Patienten mit AD oder VD gemessen wurden (Tarkowski et al. 2003). Darüber hinaus gibt es Hinweise, dass Cytokine durch eine gestörte BBB in das periphere System einwandern oder dort durch andere Mechanismen induziert werden (De Simoni et al., 1995). Auch zelluläres Prionprotein PrPC spielt möglicherweise eine Rolle in der Regulation immunologischer Prozesse, da es in die Aktivierung von T-Zellen involviert ist (Hu et al. 2010). Zudem scheint es eine protektive Wirkung auf Zellen unter oxidativem Stress zu haben (Weise et al. 2006). Vor diesem Hintergrund wurden bei verschiedenen Probandengruppen Cytokin-Profile und PrPC-Konzentrationen in CSF und Serum bestimmt und anschließend mit bekannten Demenzmarkern sowie mit den Ergebnissen neuropsychologischer Testungen korreliert.

Methoden

Cytokine, Chemokine und PrPC wurden in CSF und Serum bei Probanden der ab Kapitel 2 beschriebenen Studie gemessenen (ausgenommen Gruppe AD). Dabei wurden Probanden ausgeschlossen, die Hinweise für andere hirnorganische Erkrankungen (außer CSVD) zeigten, insbesondere wurden auch Probanden ausgeschlossen, die auf Grund auffälliger CSF-Biomarker (Aß 42/40) Hinweise auf eine AD bzw. MD zeigten.

Die so entstandene Kohorte umfasste 87 Probanden und setzte sich aus den Gruppen VD für vaskuläre Demenz (nach NINDS-AIREN-Kriterien, n=42) und VE für vaskuläre Enzephalopathie ohne kognitive Defizite (n=41) zusammen. Zusätzlich wurden eine Vergleichsgruppe AD (n=52, aus der in Publikation I erwähnten RPAD-Studie) sowie eine Kontrollgruppe ohne nachgewiesene Pathologien des ZNS (C, n=41) erstellt. Cytokine und Chemokine wurden mittels Multiplex Assay (Bio-Plex human cytokine 17-plex Pro) in CSF- und Serum-Proben gemessen. Konzentrationen von PrPC, Aβ 1-40 und 1-42, Tau und p-Tau wurden mittels ELISA bestimmt. Des Weiteren wurden die Ergebnisse der MMSE sowie die Gesamtpunktzahl der CAMCOG analysiert. Es wurden Spearman Rank Order Correlation Tests (für Korrelationen), Mann-Whitney-Tests (für Vergleiche zwischen zwei Gruppen) und ANOVA-Analysen (für Vergleiche zwischen mehreren Gruppen) verwendet.

Ergebnisse

Im Folgenden werden nur statistisch signifikante Unterschiede und Korrelationen beschrieben (p<0,05). Die p-Werte der Testungen können den entsprechenden Tabellen im Anhang entnommen werden.

Im Serum zeigten sich Erhöhungen von IL-1b, TNF-α, IFN-g, IL-4, IL-5 und G-CSF in den Gruppen VD und VE im Vergleich zu den Gruppen AD und C. IL-1b war zudem in der AD-Gruppe im Vgl. zu C erhöht. Die Konzentrationen von MCP-1 (erniedrigt in VD und VE vs. AD und C) und MIP-1b (erniedrigt in VD vs. AD) waren ebenfalls auffällig.

MIP-1b korrelierte in der Gruppe VD negativ mit den Ergebnissen der MMSE. Die Daten sind in der Publikation II zusammengefasst Die CSF zeigte erhöhte Konzentrationen von IL-6 bei den Gruppen VD und AD im Vergleich zu VE und C. GM-CSF war in den Gruppen VD und VE im Vergleich zur Gruppe AD erniedrigt (Artikel ab Seite 47, page 2600: figure 1 A-I; Seiten 58-59: supplementary figure 1).

In der VD-Gruppe korrelierte MIP-1b mit MMSE und CAMCOG, IL-8 korrelierte negativ mit der CAMCOG. Die Aβ 1-40-Konzentrationen in der Gruppe VD korrelierten positiv mit IL-8 und negativ mit GM-CSF. Die Aβ-Ratio korrelierte negativ mit IL-8 und TNF-α.

MCP-1 korrelierte positiv mit dem Ausmaß der WML (Artikel ab Seite 47, page 2601:

figure 2, A1-D; Seiten 58-59: supplementary figure 1). Die Tabelle 11 bietet einen Überblick über die verschiedenen Gruppen und führt alle signifikanten Alterationen im Vergleich zur Kontrollgruppe auf.

Tabelle 11: Im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant abweichende Cytokine und Chemokine

IL-1b IL-4 IL-5 IL-6 TNF-α IFN-γ G-CSF

GM-CSF

MCP-1

MIP-Serum 1b

VE

↑ ↑ ↑ ↔ ↑ ↑ ↑ ↔ ↓ ↔

VD

↑ ↑ ↑ ↔ ↑ ↑ ↑ ↔ ↓

AD

↑ ↔ ↔ ↔ ↔ ↔ ↔ ↔ ↔

CSF

VE

↔ ↔ ↔ ↔ ↔ ↔ ↔

VD, VE

< AD

↔ ↔

VD

↔ ↔ ↔ ↑ ↔ ↔ ↔ ↔ ↔

AD

↔ ↔ ↔ ↑ ↔ ↔ ↔ ↔ ↔

Während PrPC im Serum der Gruppen VD und VE erniedrigt war, zeigte sich im CSF dieser Gruppen eine Erhöhung im Vergleich mit den Gruppen AD und C (Artikel ab Seite 47, page 2602: figure 3 A1-2).

6, MCP-1 und TNF-α. In der CSF bestand in dieser Gruppe eine negative Korrelation zwischen PrPC und IL-2 sowie MCP-1, während in der Gruppe VE eine positive Korrelation zwischen PrPC und IL-8 bestand. Tau- und pTau-Konzentrationen in der CSF waren in der Gruppe AD im Vergleich zu den anderen Gruppen erhöht. Aβ 1-42 war in der Gruppe AD vermindert, während Aβ 1-40 keine Unterschiede in den Gruppen aufwies (Anhang Seite 59: Abbildung 4). In der CSF der Gruppen VD und VE bestanden positive Korrelationen zwischen PrPC und Aβ 1-40, Tau sowie pTau (siehe Artikel, Anhang Seite 54: page 2603, figure 4 A-B). Die Tabelle 12 bietet einen Überblick über die CSF-Biomarker und PrPC in den verschiedenen Gruppen und führt alle signifikanten Alterationen auf.

Tabelle 12: CSF-Marker und PrPC im Vergleich zur Kontrollgruppe Tau pTau Aβ 1-42 Aβ 1-40 PrPC

(Serum) PrPC (CSF)

VE

↔ ↔ ↔ ↔ ↓ ↑

VD

↔ ↔ ↔ ↔ ↓ ↑

AD

↑ ↑ ↓ ↔ ↔ ↔

Zusammenfassung

Im Rahmen der vorliegenden Publikation ließen sich in Serum und CSF Muster mit signifikanten Alterationen mehrerer pro- und anti-inflammatorischer Cytokine in Gruppen VD und VE aufzeigen. Innerhalb der Kohorte mit CSVD (VD + VE) waren die Immunmarker-Profile eher vom Ausmaß der WML als von kognitiven Defiziten abhängig.

IL-6 hingegen war in CSF von AD- und VD-Probanden erhöht, sodass hier im Einklang mit bekannten Studien eine Rolle bei der Entwicklung kognitiver Defizite vermutet werden kann (Stoeck et al. 2014). Ebenso zeigte sich ein Zusammenhang zwischen der Ausprägung kognitiver Defizite und Erhöhungen von MIP-1b in CSF und Serum. PrPC war in den Gruppen mit vaskulären Erkrankungen (VD und VE) im Serum verringert, in CSF erhöht. Es ließ sich auf Grund der Korrelationen mit mehreren Immunmarkern zeigen, dass PrPC gerade bei Probanden mit VD stärker mit einer Immunantwort assoziiert ist.