T-celler og lipid rafts

Forskning viser, at ME patienter har dysreguleret metabolisme, der påvirker sphingolipider (især ceramider) og kolesterol.

Disse lipider er særligt koncentrerede i områder i cellemembranen, der kaldes lipid rafts. Områderne er vigtige for mange forskellige cellesignaler.

Der sker en samling (eng: clustering) af receptorer i lipid rafts. Her kan receptorer bindes til deres ligand, og en celleproces udløses.

En lipid raft skal have den korrekte sammensætning af lipider for normal og optimal funktion af T-celle receptoren.

I den autoimmune sygdom, lupus, bidrager dysreguleret ceramid sammensætning til dysreguleret T-celle receptor.

Er ME patienters T-celle funktion påvirket af dysregulerede lipid rafts, som følge af dysreguleret lipidomsætning?

T-celler og apoptose

Apoptose er programmeret celledød. For at holde immunsystemet i balance skal der være ligevægt mellem pro-apoptopic og anti-apoptopic signalering. Det foregår ud fra lipid rafts.

Der indgår mange gener og hermed proteiner i apoptose-stivejene.

CD95/CD95L også kaldet Fas og Fasligand kan igangsætte apoptose i T-celler. Mus der mangler dette system udvikler en lupus-ligende autoimmun sygdom.

Ceramid dannet i cellemembranen er vigtig for at kunne medføre clustering af CD95 og efterfølgende apoptose.

Hvordan og om systemet er dysreguleret hos ME patienter ved jeg ikke. Men et studie har vist epigenetiske ændringer i gener, der er involveret i sphingolipid, ceramide og apoptose stiveje. Her er nogle ad dem:

Hypomethylerede gener: FASLG, FAIM3, DIABLO, PDCD1, TNFSF10 (TRAIL), S1PR1, PRKCQ (PKC.theta er vigtig for TCR/CD3 medieret T-celle aktivering og induktion af FASLG ekspression).

Hypermethylerede gener: AATK, ACIN1, BMF, PDCD11, S1PR2, SGMS2 (=sphingomyelinsynthase 2), LASS6 (=ceramide synthase 6), PRKCZ (PKC zeta aktiveres af ceramid og er involveret i pro-apoptolic funktion).

ME puslespilsbrikkerne er der. Vi skal bare have forskere med tung biokemisk og immunologisk viden til at samle dem.

Reference:
Vega et al. DNA methylation Modifications associated with CFS. Plos One, aug 2014, vol 9, Issue 8, e104757

Find et autoantistof - og læs i Wikipedia!

ME/CFS, POTS og MCS er sygdomme med stor symptomoverlap, og er måske endda forskellige sider af samme sygdom.

ME/CFS er især karakteriseret ved motionsintolerance. POTS er en form for ortostatisk intolerance. MCS er reaktion på dufte under enhver toksikologisk grænseværdi.

Der er påvist autoantistoffer mod den adrenerge receptor alfa1AR hos POTS patienter. Det forstyrrer receptorens funktion. (1)

Wikipedia oplyser, at alfa1AR:

• påvirker muskler under motion.
• påvirkes af nogle typer medicin, så der udløses ortostatisk hypotension.
• øger inhibering i lugte-systemet.

Interessant sammenhæng!

Interessant er det også, at ME/CFS patienter har genetiske variationer (SNPs) i generne for alfa1AR, muscarinM3 og TRPC4 receptor. Alle receptorer er både involveret i regulering af blodkarsammentrækning / udvidelse og i regulering af inhibering af lugtsystemet (2 og 3).

Referencer:

1. Fedorowski et al: Antiadrenergic aytoimmunity in POTS. doi: 10.1093/europace/euw 154
2. Griffith University https://www.griffith.edu.au/health/national-centre-neuroimmunology-emerging-diseases
3. Mammalian Transient Receptor Potential (TRP) Cation Channels. Handbook of Experimental Pharmacology www.springer.com/series/164 volumen1,222 Editors: Bernd Nilius, Veit Flockerzi.

Is autophagy dysregulated in ME?

Autophagy is a process that provides the degradation of damaged cellular components.


The activation of autophagy during physical activity in muscle cells is necessary for maintaining tissue homeostasis by preventing the accumulation of damaged mitochondria and myofibril degeneration.


Collagen VI is one of the major skeletal muscle extracellular matrix proteins. Mice without the gene for collagen VI have a block in autophagy leading to the accumulation of damaged mitochondria.


Attempts to induce autophagic flux by subjecting these mutant mice to long-term or shorter bursts of physical activity are unsuccessful. In normal mice, the induction of autophagy in the skeletal muscles post-exercise is able to prevent the accumulation of damaged organelles and maintain cellular homeostasis (ref 1)


Another crucial function of autophagy in development and homeostasis of the immune system is the elimination of autoreactive T cells in the thymus (ref 2)


Autophagy also plays an important role in the survival of cancer cells.


TRPM3 and miR-204 regulate autophagy in clear cell renal carcinoma:

Robust control of the autophagic network by microRNAs and calcium- and zinc-activated pathways. Calcium and zinc entering the cell through the TRPM3 channel stimulate oncogenic autophagy mediated by LC3A and LC3B through a dual mechanism. Calcium stimulates phagophore initiation through Ca²⁺-dependent activation of CAMKK2 and AMPK, and the resulting phosphorylation of ULK1. Calcium and zinc also inhibit miR-214, which directly targets LC3A and LC3B. The VHL tumor suppressor inhibits expression of TRPM3 directly and indirectly through the effect of miR-204 on CAV1. In addition, miR-204 directly targets LC3B. AMPK, AMP-activated protein kinase; CAMKK2, calcium/calmodulin-dependent protein kinase kinase 2, β; CAV1, caveolin 1; LC3A, microtubule-associated protein 1 light chain 3 α; LC3B, microtubule-associated protein 1 light chain 3 β; TRPM3, transient receptor potential melastatin 3; ULK1, unc-51 like autophagy activating kinase 1; VHL, Von Hippel-Lindau.

Regulation of autophagy by two products of one gene: TRPM3 and miR-204

Mol Cell Oncol. 2015 Oct-Dec;2(4):e1002712.

TRPM3 and calcium are dysregulated in immune cells from ME patients
Elegant research from Griffith University has shown significant reduction in TRPM3 cell surface expression in NK and B cells, as well as decreased intracellular calcium in ME patients (ref 4)


A study on microRNA in NK cells from ME patients showed reduced expression in genes involved in the autophagy, WNT and AKT signaling pathways (ULK1, ATG2A, PMEPA1, DKK3, PDCD4) (ref 5)


Could TRPM3 be involved in autophagy in immune cells?


And could dysregulated autophagy be involved in exercise intolerance in ME?


References:

1. Autophagy. 2011 Dec 1; 7(12): 1405-1406. doi: 10.4161/auto.7.12.18315 Activvation of autophagy is required for muscle homeostasis during physical exercise. Usha Nair and Daniel J. Klionsky
2. Levne et al: Nature: 2011 January 20; 469(7330): 323.325. doi:10.1038/nature09782.
3. Regulation of autophagy by two products of one gene: TRPM3 and miR-204
   Mol Cell Oncol. 2015 Oct-Dec;2(4):e1002712. Nicolas G Cost and Maria F. Czyzyk-Krzeska http://dx.doi.org/10.1080/23723556.2014.1002712
4. Griffith University https://www.griffith.edu.au/health/national-centre-neuroimmunology-emerging-diseases
5. Petty et al: MicroRNAs: Potential Diagnostic Biomarkers in NK cells of patients with CFS/ME. PLOS ONE. DOI:10.1371/journal.pone.0150904 march 11,2016

Diabetes lægemiddel påvirker TRPM3

I mit sidste blogindlæg skrev jeg, at viden fra diabetes forskningen og viden om diabetes lægemidler kan anvendes til at forstå ME forskningen. Jeg har endnu et eksempel på dette.

Først lidt basisviden

Peroxisomer er små organeller i cellen. De har mange forskellige slags funktioner. F.eks. er de involveret i katabolisme af langkædede og forgrenede fedtsyrer. Og de indeholder enzymer, der hedder peroxidaser.

Peroxisome profiferator activated receptors (PPARs) er nucleare receptore, der kan aktiveres af forskellige fedtsyre. At de er nucleare receptore betyder, at de påvirker hvilke gener, der kommer til udtryk i forbindelse med fedtsyre metabolisme. PPAR findes i 3 varianter: PPAR-alfa, PPAR-delta, og PPAR-gamma. PPARs blev oprindelig opdaget, fordi de inducerede dannelsen af peroxisomer.

Rosiglitazone, PPAR og TRPM3

Lægemidlet rosiglitazone anvendes til diabetes. Det er en PPAR-gamma agonist, dvs. rosiglitazone aktiverer PPAR-gamma. Samtidig sker der en blokering af TRPM3 ion kanalen (ref 1)

Ud over at regulerer lipidmetabolismen har PPAR en rolle i forskellige immunceller, hvor cellediffertiering, inflammation og immunitet påvirkes.

Det er således påvist, at når rosiglitazone aktiverer PPAR-gamma undertrykkes differentiering af TH17 celler og herved dæmpes autoimmunitet mod central nerve systemet (ref 2)

Anvend diabetes forskningen til at forstå ME

Som nævnt i sidste blogindlæg er der påvist dysreguleret lipidmetabolisme og dysregulerede TRPM3 på immunceller. Og fra ældre forskning ved vi, at T-celle reguleringen også er påvirket hos ME-patienter (ref 3)

Vi ved endnu ikke, hvordan viden fra de forskellige ME-studier skal kædes sammen. Men det er åbentlys, at grundviden fra diabetesforskningen kan anvendes.

Referencer:

1. Majeed Y, Bahnasi Y, Seymour VAL, Wilson LA, Milligan CJ, Agarwal AK, Sukumar P, Naylor J & Beech DJ 2011 Rapid and constrasting effects of rosiglitazone on transient receptor potential TRPM3 and TRPM5 channels. Molecular Pharmacology 79 1023-1030 (doi: 10.1124/mol. 110.069922)
2. Klotz, L. et al. The nuclear receptor PPAR selectively inhibits Th17 differentiation in a T cell-intrinsic fashion and suppresses CNS autoimmunity. J. Exp. Med. 206 2079-2089(2009).
3. Vega et al: DNA Methylation Modifications Associated with Chronic Fatigue Syndrome www.plosone.org August Volume 9 Issue 8 e104757

Er ME en metabolisk sygdom?

Forskere har anvendt teknologien metabolomics til at måle forekomsten af metabolitter i blodet hos ME patienter. Der blev fundet omfattende afvigelser i biokemiske stiveje, der bl.a. berører sphingolipider, phospholipider, puriner, mitokondrier, microbiomet og forgrenede aminosyrer. Forskerne oplyser, at det overordnede billede af ME patienternes hypometabolisme minder om det man ser hos dyr, der går i vinterhi. (ref 1)

AMPK vækker dyr af vinterhi

Så melder spørgsmålet sig: ”Hvordan vækker vi ME-patienter af vinterhi?”  Studier af dyr i vinterhi har vist, at enzymet AMP-aktiveret protein kinase (AMPK) kan vække dyrene. Lægemidlet Metformin som anvendes til diabetes, virker ved at stimulere AMPK. (ref 2)

Et lille pilotforsøg med ME muskelceller (in vitro) har vist nedsat aktivering af AMPK og glucoseomsætning ved muskel påvirkning (ref 3)

Man skal ikke springe til forhastede konklusioner og tro, at Metformin kan anvendes til ME. Men vi skal anvende informationen til at kæde ME forskningen sammen. For at forstå mere om AMPK’s rolle, skal vi hente viden fra australsk og norsk ME forskning.

TRPM3 og calciumregulering

Forskere fra Griffith universitet har påvist følgende afvigelser i Natural Killer Cells, NK-cells, (dræberceller i immunforsvaret) fra ME-patienter:

• Single Nucleotide polymorphisms (SNPs) i Transient Receptor Potential Melastatin M3 (TRPM) ionkanal. SNPs er små genetiske variationer i DNA’et. TRPM3 er et protein i cellemembranen, som lukker ca2+ ioner ind i cellen – heraf navnet ”ionkanal”. Celler er udstyret med mange forskellige slags ionkanaler.
• Mindre ekspression af TRPM3 i cellemembranen.
• Mindre Ca⁺⁺ i cellen
• Dysregulering af protein kinase genekspression – herunder Ca⁺⁺ - camodulin dependent protein kinase kinase  2, b (CAMKK2) hos de mest syge ME patienter.

Man har i årevis vidst, at ME patienter har dysregulerede NK-celler. Nu begynder man således at forstå hvorfor.

Forskerne oplyser, at man i videre forskning bør undersøge om de dysregulerede proteiner og stiveje i NK-celler også er dysregulerede i andre af kroppens celler hos ME patienter. (ref 4)

NO-sGC-cGMP-stivejen

I blogindlæg af 24.marts 2016 ”dysregulering af NO-sGC-cGMP stivejen i ME/CFS” har jeg beskrevet de norske lægers hypotese om nitrogen-oxid (NO), enzymet eNOS og om hvordan de i pilotforsøg har afprøvet lægemidler, der påvirker stivejen.

Interaktion mellem TRPM3, AMPK, NO/eNOS og CAMKK2

Forskellige ME studier har således givet os en række ”puslespilsbrikker” som vi nu kan forsøge at samle via eksisterende grundviden om menneskeceller. AMPK, NO/eNOS og CAMKK2 spiller sammen i tæt biokemisk netværk. Dette er grundigt beskrevet i ref. 5. AMPK er ikke ku et energi-responderende enzym, men er også involveret i redox-afhængige processer som apoptose og autofagi.

Kræftforskning har afsløret, at TRPM3, CAMKK2, AMPK og et protein unc-51 like autophagy activation kinase (ULK) regulerer cellernes autofagi. (ref. 6) Et studie har vist nedregulering af gener (incl. ULK) for autofagi i NK-celler fra ME-patienter. (ref. 7)

TRPM3 er ellers mest kendt fra diabetes forskningen, fordi TRPM3 findes i bugspytkirtlen, hvor den menes at spille en rolle i glucose-ligevægten.(ref. 8)

Microbiomet og forgrenede aminosyrer

Man har for nyligt kunne læse om, hvordan microbiomet (tarmens bakterier) og mængden af forgrenede aminosyrer er dysregulerede hos diabetes type 2  patienter (ref 9)

Metabolomics studiet afslørede ligeledes dysregulering af biokemiske stiveje vedrørende microbiomet og forgrenede aminosyrer – dog på en anden måde end hos diabetes patienter (ref 1)

Sphingolipider og TRP

Det er kendt viden, at TRP-ionkanaler findes i særlige områder i cellemembranen, der består af sphingolipider. Overordnet set vil dysregulerede sphingolipider kunne medføre dysregulerede TRP-ionkanaler.

Vejen frem til behandling af ME

       De forskere der er uddannet til at forske i diabetes, og som anvender OMICS-teknologier, er

       den type forskere som vil kunne løse ME-gåden til bunds og udvikle lægemidler til behandling

       af ME.

I forbindelse med høring i folketinget om funktionelle lidelser i 2014 skrev jeg et oplæg til folketinget:

http://www.ft.dk/samling/20131/almdel/suu/bilag/331/1349391.pdf

Heri beskrev jeg hvordan vi kan komme videre med at afdække sygdomsmekanismen bag ME – og jeg nævnte netop diabetes som eksempel.

Det udenlandske ME-metabolomics studie viser med al tydelighed, at det rykker når opgaven bliver placeret rette sted.

Hvornår bliver ME indplaceret i et lægefagligt speciale, som kan løfte opgaven med forskning i sygdomsmekanisme og behandling?

-------------------------------------------------

REFERENCER:

1)      Naviaux et al: Metabolic features of CFS.

www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1607571113

2)      Wikipedia: AMPK

3)      Brown et al: Abnormalities of AMPK Activation and glucose uptake in cultured skeletal muscle cells from individuals with CFS.

PLOS ONE, DOI:10.1371/journal.pone.0122982

4)      Griffith University.

https://www.griffith.edu.au/health/national-centre-neuroimmunology-emerging-diseases

5)      Cardaci et al: Redox implications of AMPK-mediated signal transduction beyond energetic clues. Journal of Cell science 125, 2115-2125, 2012.

6)      Cost and Czyzyk-Krzeska: Regulation of autophagy by two products of one gene: TRPM3 and miR-204.

http://dx.doi.org/10.1080/23723556.2014.1002712

7)      Petty et al. Potential diagnostic biomarkers in NK Cells of patients with CFS/ME.

PLOS ONE, March 11, 2016.

8)      Wikipedia: TRPM3

9)      Politiken 14.juli 2016. ”Bakterier i tarmen kan give diabetes” Lars Igum Rasmussens artikel om professor Ole Borbye Pedersens’s forskning.

Hvad kan DNA.methylering betyde for ME-sygdomsmekanismen?

Ved sygdom forekommer epigenetiske ændringer - herunder DNA-methylering. Forskellige gener vil blive udtrykt anderledes og nogle af kroppens celler vil få ændrede processer.

Vil en given DNA-methylering slå igennem i hver eneste celle i kroppen? Vil en ændret DNA-metylering i hjerneceller også afspejles i immunforsvarets T-celler?

Det har en gruppe forskere undersøgt. Rotter blev påført kroniske neuropatiske smerte via nervebeskadigelse. Det medførte ændringer i DNA-methyleringen både i hjerneceller og i T-celler. DNA-methyleringsmønsteret var ikke identisk i de to slags celler, men viste 72% overensstemmelse. Ved at anvende 11 af disse epigenetiske ændringer fra T-celler, kan man adskille rotter med neuropatiske smerter fra kontol rotterne. (Ref 1)

Et studie af T-celler fra ME patienter har vist ændret DNA.metylering i en række gener. (Ref 2)

Den mest omfattende ændring var i genet NINJ2. Det er genet for proteinet ninjurin 2 (ninjurin er forkortet fra nerve injury induced). Det er et adhæsionsprotein i Schwann celler, som findes i det perifere nervesystem (PNS). Afspejler denne ændrede DNA-metylering, at PNS er involveret i ME-sygdomsmekanismen?

Genet for thioredoxinreductase1 - TXNRD1- havde ligeledes ændret DNA.methylering. Dette enzym spiller en rolle i cellens redox status, og beskytter mod oxidativt stress. Disse thiolredox processer er involveret i reguleringen af TRP ion kanaler, hvilket måske kan være relevant i relation til den sidste nye ME forskning, der peger på en involvering af TRPs i sygdomsmekanismen.

Der blev også påvist ændret DNA-methylering af genet DGKQ. Det er genet for diacylglycerol kinase theta (DGK-theta). Kan denne ændring også slå igennem i celler fra binyrene? Det kunne være interessant at undersøge, idet nedsat ekspression af DGK-theta reducerer steroid hormon syntesen og kolesterol metabolismen. Jeg har set enkelte analysedata fra ME-patienter, der udviser tegn på nedsat kolesterol metabolisme og nedsat niveau af pregnenolone.

Referencer:

1. Gregoire et al: Broad and highly organized changes in DNA methylation in prefrontal cortex and T cells in a model of chronic neurppathic pain in rats. University Montreal.
2. Brenu et al: Methylation profile of CD4+ T cells in CFS/ME. J. Clin Cell Immunol 5, 228.

Hvilken betydning har auto-antistofferne hos ME patienter?

Der er fundet auto-antistoffer mod adrenerge og muscarine receptorer hos en gruppe ME patienter (ref. 1). Adrenerge receptorer aktiveres af adrenalin og noreadrenalin, mens muscarine receptorer aktiveres af acetylcholin. Det er ukendt, hvordan autoantistofferne påvirker ME patienternes receptorer, men lad os tage et teoretisk overblik over mulighederne.

Et autoantistof kan påvirke receptorerne på flere måder:

• virke som agonist, dvs. aktivere receptoren
• virke som antagonist, dvs. hæmme receptoren
• inducere en desensibilisering af receptoren
• inducere internalisering af receptoren, dvs. receptoren fjernes fra cellens overflade til cellens indre, hvor den sandsynligvis bliver nedbrudt. 

Overordnet set kan et auto-antistof således ”skrue op” eller ”skrue ned” for receptorpåvirkningen.

I princippet kan alle de celler, der er forsynet med de pågældende receptorer blive påvirkede af autoantistofferne.

Autoantistoffer kan også trænge ind i hjernen igennem utæt blodhjernebarriere. Infektion, inflammation, histaminfrigivelse eller megen motion kan gøre blod-hjernebarrieren mere gennemtrængelig.

Et lille japansk studie fra 2012 viste, at ME/CFS patienter med auto-antistoffer mod acetylcholinreceptor muscarin-1 havde statistisk signifikant reduktion af receptorbinding i hjernen i forhold til kontrolpersoner og til ME/CFS patienter uden disse autoantistoffer (ref. 2)

Et studie af patienter med ortostatisk hypotension (et fald i blodtryk, når man står op) viste, at autoantistoffer mod β2-adreno-og M3 receptorerne virkede som agonister (ref. 3)

Auto-antistofferne kan således på forskellig vis dysregulere hjernen og det autonome nervesystem, hvor adrenerge og muscarine receptorer findes.

Teoretisk set kan immunforsvaret også blive dysreguleret af autoantistofferne, idet immunceller har både adrenerge og muscarine receptorer. Herudover kan nogle immunceller selv producere acetylcholin.

Der eksisterer således et non-neuronalt acetylcholinsystem, der regulerer immuncellernes funktion. Studier af immunceller hos både mennesker og dyr har afdækket nogle af disse mekanismer. Den største kilde til acetylcholin i blodet kommer således fra CD4⁺ - T-celler. Det antages, at denne acetylcholin påvirker muscarine receptorer på T-cellernes egen plasma-membran eller andre nærliggende cellers receptorer. Når immuncellerne stimuleres af acetylcholin øges deres aktivitet over for indtrængende mikroorganismer.

Effekten af adrenerg stimulation af immunceller er kompleks, og studier har vist både aktivering og dæmpning af funktionen. I ME studiet (ref. 1) tolker man resultaterne således, at autoantistofferne mod β2-AR har en aktiverende påvirkning af B-celle receptorerne.

Ligesom immunceller har endotelceller (cellerne på indersiden af blodkarrene) evnen til at danne acetylcholin, som således kan påvirke muscarin receptorerne, som igen påvirker dannelsen af nitrogen oxide (NO). Den endotel-afledte acetylcholin kan interagere med acetylcholin receptorerne på lymfocytterne. (ref. 4)

NO er ikke bare et signalmolekyle i endotelet, men også i immuncellerne. Studier af NO påvirkning af  T-celler viser både en positiv og negativ effekt. Et studie har vist, at T-celler producerer NO via endotel nitrogen oxid syntase (eNOS), og at eNOS regulerer T-celle receptor signalering. (ref 5.)

Det er således meget komplekse systemer, der skal forstås for at kunne tolke ME forskningsresultaterne, men det tyder på at ME forskerne er ved at komme godt på sporet.

REFERENCER:

1. Loebel et al. Antibodies to beta-adrenergic and muscarinic cholinergic receptors in patients with chronic fatigue syndrome. brain, behavior, and immunity (2013)DOI:http://dx.doi.org/10.1016/j.bbi.2015.09.013
2. Yamamoto et al: Reduction of (11C) (+)3-MPB Binding in Brain of Chronic Syndrome with Serum Autoantibody against Muscarinic Cholinergic Receptor. Plos One dec. 2012, vol 7, 12. 
3. Li er al: Agonistic Autoantibodies as vasodilators in orthostatic Hypotension. DOI: 10.1161/Hypertensionaha.III.184937.
4. Kawashima et al: Critical roles of acetylcholine and the muscarinic and nicotinic acetylcholine receptors in the regulation of immune function. Life Sciences 91,2012,1027-1032.
5. Ibiza et al:Endothelial Nitric Oxide Synthase Regulates T-cell Receptor Signaling at the Immunological Synapse. Immunity 24,753-765, June 2006.

Dysregulering af NO-sGC-cGMP-stivejen i ME/CFS

De norske læger Fluge og Mella har i et fase 2 studie behandlet ME/CFS patienter med lægemidlet Rituximab, der fjerner antistofproducerende B celler. Herved vil eventuelle autoantistoffer på sigt forsvinde. Idet 2/3 af patienterne responderer på behandlingen, er der fremsat en hypotese om, at ME/CFS kan være en variant af en autoimmun sygdom. Fase 3 studiet med Rituximab er igangsat i Norge.

Samtidig har Fluge og Mella indsendt en patentansøgning : ”Activators or stimulators of soluble guanylate cyclase for use in treating chronic fatigue syndrome”. Det er hensigten, at disse lægemidler skal anvendes i kombination med Rituximab for at give en hurtigt symptomlindring. Virkningen af Rituximab indtræder først efter 2-8 måneder, mens de andre lægemidler har effekt i løbet af en uge.

Hvad er ”activators or stimulators of soluble guanylate cyclase”?

Nitrogenoxid (NO) er et gasformigt signalmolekyle, der har flere forskellige funktioner i kroppen. Soluble guanylate (eller guanylyl) cyclase (sGC) er receptor for NO. At den er soluble (opløselig) betyder, at den er intracellulær. På sGC molekylet findes et hæm-bindende område, der kan binde det gasformige molekyle NO. Hermed kan sGC producere guanosine 3’,5’-monophosphate (cGMP) fra guanosine triphosphate (GTP). Dette kaldes for NO-sGC-cGMP stivejen, som er relevant for kontrol af en lang række fysiologiske processer. F.eks. vil stimulation af sGC få glat muskulatur omkring blodkar til at slappe af. Der er udviklet lægemidler, der kan modulere sGC. De er målrettet tilstande, hvor dannelse af NO og NO tilgængelighed er mangelfuld.

Man skelner mellem en stimulator og en aktivator af sGC. En stimulator stimulerer sGC på en hæm-afhængig måde. Riociguat (handelsnavn Adempas) er en stimulator. En aktivator virker på sGC uafhængig af hæm. Det eksperimentielle lægemiddel Cinaciguat er en aktivator. (Ref 1)

Hvad står der i Fluge og Mellas patentansøgning?

I det følgende er der oversat to afsnit fra patentansøgningen. Første afsnit er Fluge og Mellas beskrivelse af hypotesen om ME/CFS sygdomsmekanismen. Andet afsnit beskriver afprøvningen af riociguate (Adempas) på en ME/CFS patient.

Oversættelse af første afsnit:

”CFS patienter har en markant endotel  (cellelag på indersiden af blodkar) dysfunktion bestemt ved Flow Mediated Dilation (FMD), som er en test der (under standardiserede betingelser) i hovedtræk afspejler nitrogenoxid (NO) syntese i endotel celler efter shear stress. (Min forklaring: shear stress er den mekaniske påvirkning af endotel fra blodgennemstrømningen) En markant reduceret FMD, et midlertidigt klinisk respons på længerevarende nitrater (som isosorbide mononitrat) og det kliniske billede af CFS, er grundlaget for en hypotese i overensstemmelse med nævnte opfindelse i hvilken en hovedmekanisme for CFS symptomvedligeholdelse er relativ mangel på endotelcelle afledt NO tilgængelighed. Dette resulterer i reduceret NO diffusion fra endotel-celler til omgivende celler, såsom celler af glat muskulatur i blodkarvægge og med en resulterende utilstrækkelig regulation af blodgennemstrømning, der kan imødekomme de metaboliske krav fra væv. Desuden kan en relativ mangel på endotel celle afledt NO resultere i kognitive forstyrrelser, søvnproblemer, en lav anaerob tærskel og laktatophobning i væv efter beskeden anstrengelse, en lav NK-celle funktion, alt sammen rapporteret til at være associeret med CFS”.

Oversættelse af andet afsnit:

”Patienten er en 46-årig kvinde. Hun har haft ME/CFS i 10 år, som begyndte efter en Giardia Lamblia infektion. Hun har en sygdomsgrad, der varierer mellem moderat og mild, men med moderat intensitet den sidste måned før riociguate påbegyndes. Hun har typisk ME/CFS og opfylder de kanadiske diagnosekriterier. Hun har ikke tidligere fået Rituximab (anti CD20 antibody).

Hun begyndte med kun 0,5 mg en gang daglig, og øgede efter nogle få dage gradvis til 0,5 mg to gange daglig og igen til 0,5 mg 3 gange daglig på sjettedagen. På sjettedagen og de næste 3 dage mærkede hun bedring i ME/CFS symptomerne. På syvendedagen blev dosis øget til 1 mg + 0,5 mg + 1 mg. Og dernæst begyndende på niendedagen blev dosis øget til 1 mg tre gange daglig. Patienten har ikke haft nævneværdige bivirkninger.

Efter de første 6 dage – med en dosis på 2,5 mg. pr. dag – begyndte patienten at opleve mere energi og mindre udmattelse, mindre hjernetåge og med en øget evne til koncentration, mindre hypersensitivitet over for lyd og lys og mindre ondt i halsen.

Hun fortalte lægerne om forbedringen af ME/CFS symptomerne. Hun bedømte denne forbedring til at være signifikant og ikke inden for det almindelige omfang af symptomvariation af ME/CFS i de sidste måneder”.

Hvordan passer Fluge og Mellas hypotese ind i anden ME/CFS forskning?

Meget tyder på, at en dysreguleret NO-sGC-cGMP stivej kan være en vigtig ME/CFS puslespilsbrik.

Fluge og Mella har en tidligere patentansøgning: ”Nitric oxide donor for treatment of chronic fatigue syndrome”

Teoretisk set hjælper det at give NO, hvis der er mangel på NO, men hvis der er en reduceret mængde NO-bindingssteder (dvs mangel på receptoren sGC), så vil responset på mere NO være beskedent. Denne problemstilling kendes fra ME-komorbiditeten POTS.

POTS-forskere fra USA skriver således (oversat fra ref 2): ”Tidligere undersøgelser har vist reduktion af biotilgængelig NO hos mange POTS patienter og det nuværende studie kan også indikere en mangel i NO signalering. F.eks., NO-cGMP receptor stivejen (dvs guanylyl cyclase) kan være defekt, idet tilført NO ikke producerer det samme respons til CBFv som hos kontrolpersoner”. CBFv er cerebral blood flow velocity – dvs blodgennemstrømning i hjernen hos POTS patienter blev ikke øget af NO, som det gjorde hos de raske kontrolpersoner. Og hermed passer POTS forskning godt ind i Fluge og Mellas hypotese.

Fluge og Mella henviser i deres seneste patentansøgning til et studie af dysregulerede NK-celler fra ME/CFS patienter. Stimulation med NO aktiverede NK-celler fra raske kontrolpersoner, men NK-celler fra  ME/CFS patienter blev ikke aktiveret af NO.

Regulering af transkriptionsfaktoren nuclearfaktor kappa B (NFkB) er også involveret i ME/CFS (ref 3). I sundt endotel aktiverer shear stress (den mekaniske påvirkning af endotel fra blodgennemstrømningen) NFkB og fremmer ekspression af eNOS. Den efterfølgende NO produktion vil via en feed-back mekanisme afslutte NFkB transkription. I dysfunktionelt endotel med formindsket NO tilgængelighed vil NFkB forblive aktiveret grundet den manglende NO inhiberingsmekanisme. Herved fremmes transkriptionen af proinflammatoriske gener (ref 4)

NO påvirker også Ca²⁺ frigivelsen fra inositol phosphat-3 (IP3) receptoren og ryanodine receptoren (RyR) på sarcoplasmatisk endoplasmatisk reticulum (ref 5). Fulle et al har påvist, at disse receptorer  er påvirkede hos ME/CFS patienter (ref 6).

Hele samspillet mellem cellens redoxstatus, dannelse af reactive oxygen species (ROS), Ca²⁺ homøostasen via IP3 og RyR, TRPs og NO har stor betydning for funktionen af vaskulaturen. Dette samspil er grundigt forklaret i ref. 5 . Kendskab til  denne basisviden vil kunne hjælpe med at forstå en mulig NO-sGC-cGMP dysfunktion i ME/CFS.

Et in vitro studie af celler fra ME/CFS patienter har vist manglende aktivering af AMPK (Ref 7). Og AMPK kan aktivere eNOS, så produktionen øges (ref 8).

Ud over NO-sGC-cGMP stivejen i endotelet findes der en glutamat-NO-cGMP stivej, der indgår i hjernens funktioner. Det kan såldedes være interessant at se nærmere på, om den kan være påvirket i ME/CFS.

Fluge, Mella og deres kollegers forskning er således en stor inspiration til, at vi andre kan finde supplerende viden og gætte på sammenhænge, mens vi spændt venter på deres videre forskningsresultater.

REFERENCER:

1. Ergenor et al. NO-independent stimulators and activators of soluble guanylate cyclase: discovery and therapeutic potential. Nature Reviews. Drug Discovery. Vol 5, sept. 2006
2. Del Pozzi et al: Blunted Cerebral Blood Flow Velocity in Response to a Nitric Oxide Donor in POTS. Am J Physiol Heart Circ Physiol May 30, 2014
3. Iacob, Light et al: Gene expression factor analysis to differentiate pathways linked to fibromyalgia, chronic fatique syndrome and depression in a diverse patient sample. Arthritis Care & Research DOI 10.1002/acr.22639
4. Balligand et al: eNOS Activation by Physical Forces: From Short-Term Regulation of Contraction to Chronic Remodeling of Cardiovascular Tissues. Physiol Rev 89, 981-534,2009
5. Song et al: Role of Reactive Oxygen Species and Redox in Regulating the function of Transient Receptor Potential Channels. Antioxidants & Redox signaling, vol 15, number 6, 2011
6. Fulle et al: Modification of the functional capacity of sarcoplasmic reticulum membranes in patients suffering from CFS. Neuromuscular Disorders, 2003,13.
7. Brown et al: Abnormalities of AMPK Activation and Glucose Uptake in Cultured Skeletal Muscle cells from Individuals with Chronic Fatigue Syndrome. PlosOne, April 2, 2015
8. Tengan et al: Nitric Oxide in Skeletal Muscle: Role on Mitochondrial Biogenesis and Function. Int. J. Mol.Sci. 2012,13.

Elektromagnetisk Hypersensitivitet påvist i dyremodel

Vi er allesammen omgivet af elektromagnetiske felter (EMF) fra vores moderne samfund. Et bredt område af elektromagnetiske frekvenser (50Hz - 5GHz) passerer forbi og igennem os. De kommer fra elektrisk lys, TV, komfur, mobiltelefoner og trådløst internet for bare at nævne nogle få dagligdags kilder.
Det er specielt mikrobølgefrekvenserne fra den trådløse teknologi, som i stigende grad er begyndt at bekymre forskerne. Antallet af videnskabelige artikler, der kan påvise skadeeffekter på kroppens celler ved den vedvarende eksponering for mikrobølger, er støt stigende. Ligesom antallet af mennesker, der udvikler elektromagnetisk hypersensitivitet (EHS) er foruroligende stigende.
Tilstanden med EHS betragtes stadig som kontroversiel, og de ramte personer bliver ofte affærdiget med "Det er der ikke evidens for" og "Symptomerne må tilskrives noget andet". Men at evidensen af nogle sundhedsmyndigheder ikke anses for tilstrækkelige, er ikke det samme som EHS ikke eksisterer. For 70 år siden var der ikke evidens for, at rygning er skadeligt. Det tager mange år førend tilstrækkelig evidens er opbygget.
Imidlertid har forskere fra Texas og Brown universiteterne opbygget et interessant stykke evidens for EHS. De tog udgangspunkt i patientberetninger om, at radiofrekvente elektromagnetiske felter (RF-EMF) kan udløse neuropatiske smerter efter operation, hvor nerver er skåret over. Forskerne påpeger, at alene i USA lever 1,7 million amerikanere med en amputation, så problematikken har stor relevans.
Forskerne benyttede en forsøgsmodel med rotter, hvor man skærer en nerve over (neurotomi) og danner en nerveknude (neuroma bulb) på rottens ben. Der er hermed skabt potentiale for at rotterne udvikler smertehypersensitivitet. Efterfølgende blev rotterne periodevis udsat for 915 MHz. Denne RF-EMF eksponering var valgt således, at den svarede til en intensitet 39 meter fra en mobilmast. Eksponeringen var 10 minutter 1 gang om ugen i 8 uger. Der var naturligvis etableret kontrolforsøg således, at en eventuel effekt sikkert kunne tilskrives RF-EMF påvirkningen. Forsøget bekræftede, at RF-EMF er i stand til at udløse post-neurotomi smerte i en dyremodel.
De RF-EMF udløste smerter var kroniske, og selv efter operativ fjernelse af nerveknuden var smerterne vedvarende og endda forværrede.
Ionkanalen TRPV4 blev fundet at være 4-doblet i nerveknuden i forhold til raske nerver. Det formodes således, at opregulerede TRPV4s er involveret i den RF-EMF udløste smertehypersensitivitet via en cytokinmedieret ion-kanal dysregulering.
Forskerne udførte endvidere et forsøg på isolerede nerveceller (dorsal root ganglion-DRG) for at se om de reagerede på RF-EMF. Nerveceller udsender nogle få spontane impulser (spikes), som kan måles ved en stigning i calcium koncentrationen. Dette er normalt. Idet nervecellerne blev udsat for RF-EMF, blev der observeret et signifikant højere niveau af disse spikes. Resultatet indikerer, at RF-EMF kan påvirke nerveceller uden, at de forudgående er udsat for en sensibilisering, som forsøget med nerveskade på rotter.
Forsøget blev gentaget, hvor nervecellerne både blev udsat for det inflammatoriske cytokin TNF-alfa og for RF-EMF. Denne kombination gav et signifikant højere niveau af nerveimpulser i forhold til RF-EMF påvirkning alene. Dette resultat og iagttagelsen af, at rotterne udviste RF-EMF inducerede smerter førend nerveknuden var fuldt udviklet, får forskerne til at konkludere, at RF-EMF generelt kan påvirke nervepatologier. Hermed kan det forventes, at en meget stor gruppe mennesker er sårbare overfor at udvikle EHS, da nervepatologier indgår i mange sygdomme.

Hvilken betydning kan dette studie have for ME?

Nogle ME patienter udvikler EHS og multiple chemical sensitivity (MCS). Ligesom en øget smertefølsomhed eller direkte smerter også kan forekomme. Fænomenet kaldes af nogle forskere for central sensibilisering og bliver forklaret ud fra nogle sygdomsmodeller, der ikke er tilbundsgående, og derfor også er meget omstridte. Spørgsmålet er om dette nye RF-EMF studie kan kaste noget mere lys over ME patologien og medfølgende hypersensitivitet. Mindre forsøg har allerede påvist neuroinflammation hos ME patienter. Ligesom hypoteser om TRPs rolle i ætiologien også er fremsat. Indikationen på autoimmunitet er ikke til at ignorere, idet Rituximab behandling, der kan eliminere autoantistoffer har vist effekt på 2/3 af patienterne i et fase 2 studie.

Sammenhængen kunne således være, at et autoantistof forårsager inflammation og nervepåvirkning, hvorved TRPs opreguleres. Dette medfører hypersensitiviteten og sårbarheden for at udvikle EHS.

Man kan håbe, at en behandling der fjerner autoantistoffer vil få inflammation og en mulig nervepatologi til at falde til ro. Ekspression af TRPs vil følgende formindskes, hvorved hypersensitiviteten falder til ro.

Imens ME patienter venter på forskning og behandling kunne det ud fra et forsigtigheds princip give god mening at skærme patienterne mod unødig RF-EMF eksponering.

Hvilken betydning har RF-EMF studiet for raske mennesker?

Jeg synes, at det er stof til eftertanke, at forsøget med isolerede nerveceller viser, at cellerne kan sende impulser afsted udelukkende ved  RF-EMF påvirkning. Hvilken betydning kan det have for udvikling af neurodegenerative sygdomme hos den ellers raske del af befolkningen? Der er et stort behov for at RF-EMF forskningen tages alvorlig.

Referencer:

Black et al: Anthropogenic Radio-Frequency Electromagnetic Fields Elicit Neuropathic Pain in an Amputation Model. Plos one, Jan 13, 2016

Ca2+ homøostase og sammenhæng i ME hypoteser.

Forskere har gennem tidens løb fremsat forskellige hypoteser om ME/CFS sygdomsmekanismen ud fra deres studier. Jeg tror, at vi løbet af de næste par år vil ME puslespilsbrikkerne samle sig. Lad os kigge på sammenhængen i nogle af hypoteserne.

Når en muskelcelle skal trække sig sammen lukkes Ca²⁺ ud gennem en sluse fra en lille "beholder" inde i cellen. Slusen hedder ryanodine receptor channel (RyR) og beholderen hedder sarcoplasmic reticulum (SR). Og når musklen afslappes, er der en pumpe, der pumper Ca²⁺ tilbage i SR. Pumpen hedder Ca²⁺/Mg²⁺ ATPase.

Fulle et al (ref 1 og 2) har undersøgt ME patienters muskelceller og påvist, at RyR ikke lukker tilstrækkelig mange Ca²⁺ ud og Ca²⁺/Mg²⁺ ATPase aktiviteten er væsentlig nedsat (p = 0,0075). Det tyder således på, at der er mindre Ca²⁺ i omløb, og SR membranen måske er beskadiget. Forskerne henviser til andre studier, der har vist tegn på skade på selve skelet muskel memranen. De fremsætter derefter en hypotese om, at ME patienter har beskadigede membraner, der påvirker Ca²⁺ iontransporten og andre iontransportsystemer. Det medfører den påviste manglende evne til at vedligeholde normale iongradienter.

Fluge og Mella har fremsat en hypotese om, at eNOS og måske nNOS er nedregulerede. Begge enzymers aktivitet er tæt knyttet til Ca²⁺ koncentrationen i cellens indre. Hvis SR ikke sørger for tilstrækkelig højt Ca²⁺ niveau vil enzymaktiviteten således falde.

I mit sidste indlæg skrev jeg om Newcastle universitets hypotese om defekt skeletmuskel cellemembran. Det er således tre ME-hypoteser, der kan forenes.

Membraner består af lipider. Områder i cellemembranen (lipid rafts, caveolae) er platforme for ionkanaler og ionpumper. Dysregulering af lipider vil således dysregulere disse signaleringsplatforme. Så har vi hægtet Jonas Bergquists lipid dysreguleringshypotese på (nævnt i blog 1. nov 2015).

Hvis vi følger Ca²⁺ homøosteasen hos ME-patienter tror jeg, at vi kan lære noget om ME sygdomsmekanismen.

Referencer:

1. Fulle et al. Modification of the functional capacity of sarcoplasmic reticulum membranes in patients suffering from CFS. Neuromuscular Disorders 2003,13.
2. Fulle et al. Specific correlations between musle oxidative stress and CFS: a working hypothesis. J Musle Res Cell Motil 2007,28.

Har ME patienter metabolisk acidose?

Metabolisk acidose er en tilstand, hvor syre ophobes i kroppen og / eller der sker tab af base. Der skelnes mellem akut og kronisk metabolisk acidose.

Kroppen vil forsøge at skille sig af med syreoverskuddet ved at øge vejrtrækningsfrekvensen. Hermed udskilles store mængder CO2 og blodets pH-værdi stiger, mens pCO2 falder og pO2 stiger. Denne tilstand kaldes hypocapnia. Der skelnes mellem akut og kronisk hypocapnia.

Hypocapnia får blodkarrene til at trække sig sammen, så der bliver mindre blodgennemstrømning til hjernen.

Forskerne fra Newcastle universitet har fremsat en hypotese om ME/CFS: En defekt skelet muskel cellemembran medfører en udligning af pH-værdien i musklen og pH-værdien i blodet. Herved falder blodets pH værdi.

Hypotesen er fremsat efter forskerne fandt sammenhæng mellem pH-værdien i musklen og blodgennemstrømningen i hjernen.

Så spørgsmålet er om ME patienter har en kronisk metabolisk acidose, som forværres ved motion?

Der er flere konsekvenser af metabolisk acidose. En af dem er øget udskillelse af Ca²⁺ i urinen. Dette kan medføre sekundær hyperparathyrodisme. Metabolisk acidose bør derfor overvåges.

Et blodgasapparat (der kan måle pH, pO2, pCO2 og elektrolytter) er standard udstyr på ethvert hospital. Et enkelt ME-studie kunne være at måle på to blodprøver: Én før motion og én efter motion. Det er allerede gjort i Østrig. Resultaterne viste tydelige afvigelser hos ME-patienter og understøtter forskningen fra Newcastle universitet.

Referencer:

1. The Acid-Base Status of the Blood af Ole Siggaard-Andersen. Munksgaard Forlag
2. Cerebral vascular control is associated with skeletal muscle pH in CFS patients both at rest and during dynamic stimulation. He et al. Clinical 2013
3. Belastningsmanagement Gesunder Personen und CFS Patienten. Porta et al. CFS/ME-Forum Heft 36/2014