Proenkephalin CSF sebagai penanda biologi untuk penyakit Huntington premotor

Kertas kerja ini bertajuk, Proenkephalin Cecair Tulang Belakang Serebrum Meramalkan Atrofi Striatal Beberapa Dekad Sebelum Diagnosis Motor Klinikal dalam Penyakit Huntington. Mena, [00:01:00] tahniah atas kertas kerja anda, dan terima kasih banyak kerana menyertai kami hari ini.

Dr. Mena Farag: Terima kasih atas jemputan dan kerana menjemput saya ke Podcast Persatuan Gangguan Pergerakan, Eduardo.

Dr. Eduardo de Pablo-Fernandez: Jadi sebelum kami mengulas lanjut dalam artikel anda, apakah itu proenkephalin dan bagaimana ia dikaitkan dengan patofisiologi penyakit Huntington?

Dr. Mena Farag: Jadi kita tahu bahawa secara klinikal penyakit Huntington muncul sebagai triage gangguan motor progresif, penurunan kognitif, dan gangguan neuropsikiatri dengan permulaan usia, biasanya pertengahan dewasa. Walau bagaimanapun, walaupun dengan kepelbagaian antara individu yang ketara dan pada tahap neuropatologi, penyakit Huntington ditakrifkan oleh neurodegenerasi terpilih serantau awal.

Neuron striatum dan neuron berduri sederhana mewakili populasi neuron yang paling terdedah. Dan Atrofi striatal adalah antara salah satu penemuan pengimejan dan post-mortem yang paling konsisten terawal dalam penyakit ini. Dan dalam hal ini, neuron striatum pada laluan tidak langsung sangat mudah terdedah. Neuron ini [00:02:00] dicirikan bukan sahaja oleh fenotip GABAergik mereka, tetapi juga oleh ekspresi neuropeptida yang berasal dari enkephalin.

Jadi proenkephalin, atau PENK, ialah prekursor enkephalin dan sangat diperkaya dalam laluan tidak langsung, yang diunjurkan ke globus pallidus striatum, dan kedua-dua data transkrip haiwan dan manusia menunjukkan bahawa ekspresi PENK tertumpu dalam ganglia basal dan yang menyokong kekhususan biologi kepada litar striatal. Dan sebelum kajian post-mortem ini dan Huntington telah menunjukkan kandungan enkephalin yang berkurangan merentasi nuklida ganglion basal, yang menunjukkan bahawa mungkin terdapat kehilangan disfungsi awal neuron yang mengekspresikan enkephalin. Dan penemuan ini benar-benar memberikan rasional mekanistik yang kuat untuk PENK sebagai calon biomarker kerentanan striatal dalam HD.

Sepanjang lima tahun yang lalu, terdapat kajian keratan rentas yang menunjukkan bahawa PENK boleh diukur dengan andal dalam cecair serebrum tulang belakang dan itulah CSF. [00:03:00] Kepekatan PENK secara konsisten berkurangan dalam penyakit Huntington, dan pengurangan ini sebenarnya telah direplikasi merentasi kohort bebas, yang menyokong peranannya sebagai calon biomarker peringkat penyakit.

Dan tidak diendahkan dalam neurologi dan berbanding dengan penyakit neurodegeneratif lain, tahap CSF PENK adalah lebih rendah pada penghidap Huntington bukan sahaja berbanding dengan kawalan, tetapi juga dengan keadaan neurodegeneratif lain, termasuk Parkinson, Alzheimer, dan ALS. Dan yang penting, kepekatan PENK yang lebih rendah ini telah terbukti berkorelasi dengan beban penyakit dan motor perubahan, yang juga menyokong kaitan biologinya dengan patologi HD.

Dr. Eduardo de Pablo-Fernandez: Jadi nampaknya anda mempunyai bukti untuk apa yang kedengaran seperti penanda biologi yang ideal. Ia khusus, ia dikaitkan dengan biologi. Ia berubah dari semasa ke semasa. Ia berkorelasi dengan perubahan klinikal dan itulah yang cuba ditunjukkan oleh kajian anda sama ada ini penanda biologi yang lebih spesifik.

Dan dalam kajian anda, hipotesis anda adalah bahawa ia mungkin [00:04:00] lebih spesifik daripada penanda neurodegenerasi lain yang telah digunakan sebelum ini dalam penghidap Huntington atau secara amnya dalam neurodegenerasi, seperti rantai ringan neurofilamen. Dan anda juga membandingkannya dengan perkembangan pada MRI dan juga perkembangan pada pementasan biologi penyakit Huntington.

Bolehkah anda beritahu kami lebih lanjut tentang hipotesis dan hasil kajian ini?

Dr. Mena Farag: Jadi, meskipun terdapat isyarat bahawa kajian tersebut agak menjanjikan setakat ini, terdapat beberapa jurang penting. Kajian terdahulu sebahagian besarnya adalah keratan rentas. Mereka mempunyai kohort yang agak kecil atau kebanyakannya menunjukkan manifestasi klinikal, dan mereka sebenarnya tidak menangani sama ada CSF PENK berubah secara membujur atau berkaitan dengan atrofi otak serantau. Dan khususnya, kekhususan neuroanatomi sebenar CSF PENK sebagai penanda degenerasi neuro striatal belum diuji. Jadi, tujuan sebenar kajian ini adalah untuk menilai CSF proenkephalin sebagai biomarker awal [00:05:00] HD yang dimaklumkan secara biologi dengan memberi tumpuan khusus pada kohort kajian dewasa muda HD yang masih jauh daripada permulaan.

Oleh itu, kami berhasrat untuk mengkaji kedua-dua perkaitan keratan rentas dan membujur antara kepekatan CSF asas PENK dan neurodegenerasi khusus serantau menggunakan MRI struktur. Oleh itu, hipotesis utama kami ialah kepekatan CSF PENK asas yang lebih rendah akan dikaitkan dengan atrofi otak berikutnya terutamanya di striatum.

Dan kami juga, seperti yang anda katakan, cuba membandingkan corak serantau persatuan struktur berkaitan PENK dengan yang diperhatikan untuk biomarker biobendalir lain yang menunjukkan perbezaan kumpulan berkaitan penyakit, terutamanya cahaya neurofilamen, yang kami tahu mencerminkan kecederaan neuroakson yang lebih global dan umum.

Dan kita bercakap tentang pementasan dan potensi kerja ini untuk mempunyai kaitan dengan, stratifikasi peringkat dan reka bentuk percubaan klinikal. Jadi ini mungkin merupakan titik yang baik untuk memperkenalkan Sistem Pementasan Bersepadu HD atau HD ISS, [00:06:00] yang merupakan rangka kerja utama yang mendasari kaitan kerja ini dan.

Secara tradisinya, pementasan dalam HD telah berasaskan fenotip klinikal, jadi secara meluas membezakan antara penyakit pra-manifes dan penyakit manifes. Dan walaupun ini berguna secara klinikal, pendekatan ini tidak benar-benar menangkap perkembangan biologi yang mendasari yang mendahului gejala yang berkembang. Dan oleh itu HD ISS dibangunkan untuk menangani batasan ini dengan menyediakan lebih banyak rangka kerja berasaskan bukti terpadu yang menangkap sejarah semula jadi HD merentasi keseluruhan kontinum. Dan oleh itu terdapat empat peringkat dalam HD ISS dan kerja dalam kertas kerja ini pada asasnya merangkumi peserta daripada Kajian Dewasa Muda HD yang berada pada peringkat sifar, yang merangkumi. Peserta yang merupakan pembawa pengembangan gen dengan penembusan penuh, tetapi tiada perubahan biologi yang boleh dikesan.

Peringkat satu sebenarnya ditakrifkan oleh bukti biomarker patologi, dan ia dikategorikan secara khusus oleh ukuran MRI volumetrik yang dipanggil atrofi IAM [00:07:00] dan peringkat dua menangkap kemunculan tanda-tanda motor dan klinikal yang halus, tanda-tanda kognitif dan peringkat tiga mencerminkan penurunan fungsi. Dan banyak ujian klinikal pada masa ini mendaftarkan peserta yang berada dalam HD ISS peringkat dua dan tiga.

Dan begitulah penyakit yang muncul awal. Dan begitulah banyak kerja ini dan banyak kerja untuk kajian dewasa muda HD, keseluruhan premisnya sebenarnya adalah untuk menjejaki perubahan biologi terawal pada kohort terdahulu yang berpotensi digunakan untuk memaklumkan reka bentuk percubaan pencegahan.

Dr. Eduardo de Pablo-Fernandez: Itu ringkasan yang sangat baik, dan sangat menarik bahawa kajian anda memberi tumpuan kepada kohort yang sangat menarik ini pada peringkat paling awal proses penyakit. Bolehkah anda beritahu kami lebih lanjut tentang kohort kajian dan juga kaedah yang anda gunakan dalam kajian ini?

Dr. Mena Farag: Sudah tentu. Kajian Dewasa Muda HD ialah kohort pemerhatian membujur dewasa muda yang membawa pengembangan gen penyakit Huntington [00:08:00] dan secara purata berada kira-kira 20 tahun daripada diagnosis motor klinikal yang diramalkan. Dan mereka dipadankan bersama kawalan yang tidak terjejas, sangat sepadan dari segi umur, jantina dan tahap pendidikan.

Dan sebenarnya kajian ini telah difikirkan dan diketuai oleh Profesor Sarah Tabrizi dan ia bermula pada tahun 2017. Dan setakat ini, terdapat dua titik masa. Kami baru-baru ini telah menyelesaikan titik masa ketiga. Dan selang masa antara lawatan pertama dan lawatan kedua adalah kira-kira empat setengah tahun.

Jadi kohort ini benar-benar difenotipkan secara mendalam. Jadi ia merangkumi penilaian multimodal termasuk biobendalir, pensampelan pengimejan darah dan cecair tulang belakang. Jadi dengan tiga pemeriksaan klinikal Tesla, MRI, ujian kognitif dan profil neuropsikiatri. Dan selama empat setengah tahun, kami mempunyai 103 peserta yang kembali untuk susulan, dan kami juga merekrut 23 peserta baharu. Dan dari segi kaedah, terutamanya dalam, dalam kertas kerja ini [00:09:00] ia kebanyakannya analisis berasaskan biobendalir imej. Jadi untuk menganalisis struktur otak, kami menggunakan geometri morf berasaskan voxel seluruh otak, yang dikenali sebagai VBM.

Jadi, pendekatan ini sebenarnya membolehkan kita menilai isipadu jirim kelabu dan putih di seluruh otak dengan pendekatan yang tidak berat sebelah, bukannya memilih kawasan yang diminati terlebih dahulu. Ia melibatkan segmentasi otak kepada jirim kelabu, jirim putih dan cecair tulang belakang. Kami menggunakan kaedah yang mantap, iaitu kaedah EBM untuk mengukur perubahan subjek dari semasa ke semasa di dalam otak.

Dan pada tahap voxel, ia membolehkan kita melihat peta pengembangan atau pengecutan tisu tempatan antara titik masa pertama dan titik masa kedua untuk mengenal pasti bila neurodegenerasi berlaku dan kadarnya. Dan kemudian apa yang kami lakukan ialah kami menguji tahap bendalir asas proenkephalin pada tahap titik masa pertama dalam CSF dan juga dalam plasma dan CSF NfL. Dan kami menggunakannya untuk [00:10:00] meramalkan di mana corak ruang dan magnitud atrofi ditemui. Dan kami melaraskan ini untuk umur, jantina, selang masa antara imbasan dan juga beban penyakit. Jadi perkara utama sebenarnya ialah kami bukan sahaja bertanya di mana kumpulan ini berbeza pada satu titik masa, tetapi kami bertanya di mana kehilangan isu otak berlaku dari semasa ke semasa dan sama ada biopembiak bioasas asas boleh meramalkan corak ruang dan magnitud kehilangan itu.

Dr. Eduardo de Pablo-Fernandez: Dan pada hari itu penanda biologi ini menunjukkan corak, corak anatomi atrofi pada MRI.

Dr. Mena Farag: Jadi penemuan utama kajian ini adalah bahawa CSF PENK asas sangat meramalkan atrofi otak dengan corak striatal atau spatial yang dominan, khususnya kepekatan CSF PENK asas yang lebih rendah dikaitkan dengan kehilangan jirim kelabu membujur yang lebih besar dalam teras tarikh dan putamen di kedua-dua belah pihak dengan perubahan yang sepadan dalam jirim putih dalam jirim putih peristriatal bersebelahan. Dan perkaitan ini kekal [00:11:00] signifikan walaupun selepas melaraskan beban penyakit, yang menunjukkan bahawa PENK memberikan maklumat melangkaui umur dan panjang ulangan CAG sahaja, yang kita tahu merupakan pemacu perkembangan yang diketahui dalam Huntington's.

Walaupun NfL menunjukkan profil ruang yang agak berbeza, kepekatan cahaya Neurofilamen CSF garis dasar yang lebih tinggi lebih meramalkan perubahan jirim putih global dan meluas serta perubahan jirim kelabu kortikal yang meresap. Perbezaan ini sangat sesuai dengan apa yang sebenarnya kita ketahui secara biologi tentang NfL.

Kerana kita tahu bahawa NfL ialah protein akson struktur yang mencerminkan kecederaan neuroakson global, manakala PENK nampaknya lebih berkaitan dengan patologi striatal. Apa yang juga agak menarik ialah kita sebenarnya melihat beberapa perbezaan antara CSF dan plasma NfL pada peringkat penyakit yang sangat awal ini.

Dan dari segi analisis, jenis NfL plasma asas dikaitkan dengan corak kehilangan isipadu otak yang lebih terhad [00:12:00], terhad kepada kelompok kecil dalam jirim kelabu kortikal yang agak berbeza berbanding dengan apa yang kita lihat dengan CSF NfL. Dan penemuan ini khususnya menunjukkan bahawa mungkin NfL plasma mungkin kurang sensitif daripada CSF NfL untuk mengesan perubahan neurodegeneratif awal dalam kohort yang jauh daripada permulaan ini.

Namun begitu, masih terdapat utiliti dan penggunaan dalam NfL dalam konteks ini.

Dr. Eduardo de Pablo-Fernandez: Jadi seperti yang anda nyatakan, ia adalah penanda biologi bagi proses yang sedikit berbeza. Satu lagi spesifik, satu lagi pautan kepada neuron striatal. Satu lagi umum, hanya mencerminkan kerosakan neuroakson. Bagaimanakah penanda biologi ini boleh memaklumkan tentang patofisiologi dan proses neurodegeneratif pada peringkat terawal.

Patutkah kita kekal menggunakan proenkephalin? Patutkah kita menggunakan kedua-duanya untuk mendapatkan maklumat pelengkap? Apakah pendapat anda tentang penggunaan kedua-dua biomarker?

Dr. Mena Farag: Itu soalan yang sangat bagus, dan bukannya [00:13:00] menganggapnya sebagai biomarker yang bersaing. Saya fikir ia mencerminkan proses penyakit yang saling melengkapi. Jadi PENK lebih kepada isyarat kerentanan neuron khusus striatal, manakala NfL menangkap kecederaan akson neuron yang lebih luas. Dan apabila kita benar-benar melihat pementasan penyakit, jadi saya bercakap tentang bagaimana kohort kebanyakannya berada pada tahap sifar dalam satu sebelum sains klinikal apabila kita melakukan lengkung operator penerima untuk melihat kepekaan PENK. Kami membandingkan untuk melihat sama ada CSF PENK adalah serupa atau boleh mengatasi NfL dalam membezakan antara dua peringkat ini. Dan kita tahu bahawa peringkat satu ditakrifkan oleh bukti striatal atau penglibatan, menyelaras kehilangan atrofi putamen.

Jadi, secara biologi, adalah intuitif bahawa biomarker yang diperkaya secara striata seperti PENK boleh disesuaikan dengan peralihan ini. Dan semasa kami melakukan ini, kami menunjukkan bahawa PENK sebenarnya lebih unggul daripada NfL dalam membezakan tahap satu daripada tahap sifar. Dan [00:14:00] apabila anda menggabungkan kedua-dua biomarker, terdapat peningkatan yang sederhana dalam prestasi diskriminasi ini.

Jadi saya fikir secara keseluruhan, saya fikir salah satu cabaran paling utama dalam HD ialah, apabila gejala motor muncul, mungkin terdapat kehilangan neuron striatal yang besar dan sebahagian besarnya tidak dapat dipulihkan, dan apabila tiada tanda-tanda klinikal, contohnya, pada peringkat sifar dan satu, pemantauan penyakit benar-benar bergantung pada ukuran biologi objektif.

Dan di situlah biomarker biologi dan pengimejan saraf memainkan peranan. PENK mempunyai potensi khusus dalam konteks ini kerana ia mencerminkan integriti neuron striatal dan ia boleh meramalkan atrofi striatal masa depan. Saya fikir kedua-dua NfL dan PENK dalam kombinasi menawarkan lebih banyak nuansa dan gambaran berasaskan biologi tentang perubahan awal penyakit Huntington yang berulang ini.

Dr. Eduardo de Pablo-Fernandez: Itu membawa kepada soalan saya yang seterusnya. Jadi saya faham bahawa sistem pementasan biologi Huntington, perkembangan antara peringkat sifar apabila tiada neurodegenerasi [00:15:00] yang boleh dikesan dan peringkat satu apabila tiada gejala tetapi bukti neurodegenerasi, ini adalah penggunaan yang ditunjukkan biasanya dengan MRI dan pemahaman saya ialah itu bukanlah biomarker yang disertakan dalam sistem pementasan ini. Jadi dari segi ujian klinikal masa depan, bagaimana pendapat anda tentang hasil kajian anda dan secara amnya biomarker pada NfL dan proenkephalin dan biomarker basah berpotensi lain, bagaimana pendapat anda ia akan memaklumkan reka bentuk ujian klinikal? Bagaimanakah anda melihat keputusan anda akan digunakan dalam masa terdekat?

Dr. Mena Farag: Itu soalan yang sangat bagus. Daripada sejenis perancangan reka bentuk percubaan klinikal pencegahan masa hadapan dan seperti yang anda katakan, kriteria HD ISS semasa tidak menggabungkan penanda biologi basah. Jadi saya fikir berpotensi untuk mengembangkan kriteria HD ISS untuk peringkat sifar dan satu ke tempat yang berpotensi kita sertakan.

Biomarker basah seperti PENK dan NfL untuk mengstratifikasi dan membahagikan lagi tahap sifar [00:16:00] mungkin berguna. Dan dari aspek reka bentuk percubaan pencegahan yang mempunyai norma yang diselaraskan dan

Dengan lebih banyak data populasi bagi penanda biologi ini merentasi norma, kita berpotensi mempunyai pengayaan pementasan yang berguna untuk perekrutan percubaan klinikal. 

Dr. Eduardo de Pablo-Fernandez: Cemerlang. Ya. Dan saya rasa baru-baru ini berita itu telah sampai kepada mereka. Media umum dan saya rasa penyakit Huntington dari segi pencegahan dan pengubahsuaian ujian klinikal ini mungkin beberapa langkah ke hadapan daripada beberapa gangguan pergerakan neurodegeneratif lain dengan terapi genetik dan kajian lain yang berjaya yang telah diterbitkan setakat ini. Cuma soalan saya, ke manakah hala tuju masa depan ujian klinikal dalam penyakit Huntington? Dan bagaimana anda melihat keputusan anda memaklumkan perkara ini? Dan apakah yang anda fikir akan menjadi sorotan terapeutik Huntington yang seterusnya?

Dr. Mena Farag: Ya, penyakit Huntington, landskap terapeutik telah berkembang dengan pesat sejak lima hingga 10 tahun yang lalu. Banyak pendekatan yang berbeza. Jadi, selain pengurangan Huntington, terdapat modulator penyambungan. Terdapat terapi gen vektor virus, dan baru-baru ini, pengembangan ulangan CAG somatik juga menjadi sasaran untuk terapi pengubahsuaian penyakit seperti yang sedang dirancang.

Saya fikir walaupun ujian klinikal semasa berada dalam fasa dua dengan beberapa dalam fasa satu, saya fikir matlamat dan harapannya adalah untuk program ini berkembang ke percubaan fasa tiga dan seterusnya. Dan diharapkan dengan percubaan pengubahsuaian penyakit yang mendapat kelulusan melalui badan kawal selia. Tetapi saya fikir walaupun semua yang berlaku, pemikiran mendahului reka bentuk percubaan pencegahan masa depan adalah sangat penting.

Jika kita ingin cuba mencegah atau melambatkan perkembangan penyakit dalam kohort asimptomatik dan prasimptomatik secara klinikal, seperti individu yang berada dalam HD ISS tahap sifar dan satu. Dan saya fikir untuk mengambil langkah ke arah itu, di situlah kajian pemerhatian membujur [00:18:00], seperti kajian dewasa muda, agak penting kerana agar badan kawal selia benar-benar menerima biomarker sebagai titik akhir pengganti, ia perlu dianggap berkemungkinan besar untuk meramalkan manfaat klinikal.

Dan. Apabila anda memikirkan tentang peringkat awal ini, titik akhir klinikal tradisional seperti UHDRS komposit, yang kini digunakan sebagai titik akhir. Dalam ujian klinikal semasa peringkat dua dan tiga, ujian tersebut bukanlah titik akhir yang tidak relevan untuk peringkat sifar dan satu apabila tiada tanda-tanda klinikal.

Dan di situlah biopembikar objektif seperti biobendalir, biopembikar dan penanda pengimejan saraf sangat penting. 

Dr. Eduardo de Pablo-Fernandez: Terima kasih banyak-banyak. Saya fikir ia seperti landskap yang sangat menjanjikan untuk penyelidikan penyakit Huntington pada tahun-tahun akan datang. Terima kasih banyak Mena atas masa anda hari ini, saya telah menemui Mena Farag dari Institut Neurologi Queen Square UCL di Pusat Penyakit Huntington.

Saya harap podcast ini menarik untuk anda dan saya menggalakkan semua [00:19:00] pembaca untuk membaca kertas kerja penuh yang diterbitkan dalam Jurnal Gangguan Pergerakan. Selamat tinggal buat masa ini.

Dr. Mena Farag: terima kasih. [00:20:00]