Maria Dorota Czajkowska Majewska Neurosterydy w chorobach neurologicznych: w epilepsji, urazach mózgu, neurodegeneracji i neuroregeneracji wykład 4 Maria Dorota Czajkowska Majewska Katedra Marii Curie Komisji Europejskiej Instytut Psychiatrii i Neurologii, Warszawa
Epilepsja: choroba powtarzających się napadów drgawkowych: Nadmierna aktywność bioelektryczna mózgu SPECT - Single-photon emission computerized tomography. SPECT bez drgawek SPECT Drgawki
Epilesja Dotyka ok. 2% ludzi; 30% to dzieci. Etiologia złożona: urazy, niedotlenienie, niedokrwienie mózgu, zatrucia, zakażenia, zaburzenia neurorozwojowe płodowe lub późniejsze, przyczyny metaboliczne, wrodzone wady systemu neuroprzekaźników czy kanałów jonowych. Nierównowaga aktywności neuroprzekaźników hamujących i stymulujących – przewaga pobudzających.
Główne systemy neuronalne zaburzone w padaczce, celowane przez leki antyepileptyczne Kanały sodowe GABA(A)R Leki: barbituraty, Gabapentin, kwas walproinowy - GABA(A)R fenytoina, karbamazepina – Kanały Na+
Padaczka i neurosterydy W kilku typach epilepsji - zmniejszona synteza sterydów hamujących. Drgawki noworodkowe: leczenie ACTH – pobudzenie wydzielania sterydów nadnerczy. Padaczka menstrualna (catamenial epilepsy) U kobiet poziom stymulujących i hamujących neurosterydów we krwi i mózgu zmienia się podczas cykli reprodukcyjnych. Fluktuacje te są odpowiedzialne za cykliczne zmiany pobudliwości neuronalnej, co wpływa na zmiany progu drgawkowego.
Neurosterydy w padaczce menstrualnej (catamenial epilepsy) Okołoowulacyjna Okołomenstruacyjna Anowulacyjna Niski THP Niski THP
Epilepsja w stwardnieniu guzowatym: zmniejszona produkcja THP Częstość występowania drgawek odwrotnie proporcjonalna do stężenia THP we krwi Antagonista THP THP
Padaczka noworodków Bardzo trudna do leczenia: leki GABA agonistyczne i blokery kanałów Na+ nieskuteczne i szkodliwe. Badanie na zwierzętach: stosowanie fenytoiny (blokera kanałów Na+ sodowych) lub pentobarbitalu agonisty GABA(A)R powoduje apoptozę neuronów płodów i noworodków. W niedojrzałych neuronach pobudzenie GABA(A)R działa neurostymulująco.
GABA – hiperpolaryzuje GABA(A)R stymulujący w niedojrzałych neuronach, a hamujący w dojrzałych A B Niedojrzały neuron Wysoki Cl (in) Dojrzały neuron Niski Cl (in) GABA – depolaryzuje GABA – hiperpolaryzuje
Padaczka noworodkowa i neurosterydy Hamuje drgawki bloker transportera NKCC1 (bumetadina) poprzez zmniejszenie stężenia Cl- wewnątrz neuronów. Skutecznie leczy się za pomocą hormonu ACTH, który stymuluje korę nadnerczy do wydzielania hormonów sterydowych i neurosterydów. Możliwe, że leczniczo działa DHEAS. Naturalnie wysoki poziom DHEAS we krwi ludzkich noworodków może mieć działanie przeciwdrgawkowe dzięki blokowaniue depolaryzującego działania GABA(A)R).
THP hamuje drgawki: efekt rozwoju Drgawki wywoływane przez pentylenetetrazol Efektywność antydrgawkowa THP zmienia się w miarę dojrzewania neuronów. Wynika ze zmian gradientu Cl- w neuronach. Rozwojowych zmian podjednostek w GABA(A)R * Dawka THP
Neurosterydy hamujące skutecznie blokują drgawki Efektywne: w wielu modelach zwierzęcych U kobiet z okołomenstrualną padaczką – progesteron (prekursor THP) skutecznie hamuje drgawki. Syntetyczny steroid, ganaxolone, analog THP, w opracowaniu jako lek przeciwpadaczkowy.
Leki antykonwulsyjne zmieniają metabolizm sterydów Indukują Hamują Scharfaman 2006
DOC (hormon stresowy) podnosi próg drgawkowy (PTZ): efekt THDOC Reddy, Rogawski, 2002
Stress pływania podnosi próg drgawkowy (PTZ) u szczura: efekt THDOC; finasteryd blokuje Reddy, Rogawski, 2002
DOC podnosi próg drgawkowy, finasteryd i indometacyna blokują % hamowania drgawek DOC + finasteryde DOC + indometacyna
Neurosterydy w niedokrwieniu i traumie mózgu: rola w protekcji i regeneracji
Uszkodzenie mózgu: niedokrwienie, niedotlenienie, wylew, trauma Poszukiwania metod: Ochrony mózgu i zapobiegania wtórnym patologiom (obrzęk, apoptoza i nekroza neuronów, utrata funkcji) Regeneracji mózgu po urazach
Neuroprotekcja w niedokrwieniu i traumie mózgu Najczęściej stosowane kliniczne strategie: Kombinacja: nimodipina (bloker kanałów Ca++) + mannitol (zmniejsza ciśnienie wewnątrzczaszkowe) + deksametason (zmniejsza obrzęk) + anestetyki barbiturany Magnez (NMDA antagonista) + przeciwutleniacz + hipotermia (33oC) Hipotermia (kluczowy czynnik)
Metabolit progesteronu, THP, jest endogennym anestetykiem Może mieć działanie neuroprotekcyjne
Progesteron jako neuroprotektant w urazach mózgu Obrzęk mózgu po urazie mniejszy u samic niż u samców. Pseudociąża chroni samice przed obrzękiem po urazie mózgu. Owariektomizowane samice tak samo wrażliwe jak samce na rozwój obrzęku mózgu po urazach. Podanie samcom progesteronu po urazie zmniejsza obrzęk. Zwierzęta, którym podano progesteron miały mniej neurodegeneracji oraz lepiej zachowane zdolności uczenia się w kilka tygodni po urazie.
Trauma mózgu zwiększa syntezę Prog i neurosterydów hamujących Szczurze samce i samice w pseudociąży poddano urazowi mózgu. Pomiar: profil hormonów sterydowych w regionie urazu, w miejscu przyległym i oddalonym od urazu. Wzrost syntezy neurosterydów hamujących Samice: Pregn - 7 ng/g Prog - 90 ng/g 5aDHP - 60 ng/g 3a5aTHP - 4 ng/g Samce: Pregn - 4 do 6 ng/g Prog - 3 ng/g 5a-DHP - 1 ng/g (Meffre et al., 2007, Bicetre).
Egzogenny progesteron ochronny w niedokrwieniu mózgu: modele zwierzęce Podany do 24 godz. po niedokrwieniu zmniejsza objętość infarktu i obrzęk mózgu Poprawia regenerację neurologiczną Zmniejsza uszkodzenie i nekrozę neuronów Hamuje utlenianie wolnorodnikowe Umożliwia lepsze zachowanie zdolności uczenia się i pamięć.
Progesteron neuroprotekcyjny po niedokrwieniu Szczury: globalna 15 min ischemia (okluzja 4 arterii), reperfuzja Progesteron iv: 20 min, 2, 6, i 24 godz. po ischemii Badanie: 21 dzień po epizodzie ischemii Kontrola Vehiculum: Atrofia neuronów w CA1 Progesteron Ochronny Morali et al. 2005
THP bardziej efektywny od Prog w neuroprotekcji po ischemii Mózgi po 72 h 120 min. okluzja prawej tętnicy mózgowej środkowej P i THP i.p. po 120 min (5 min przed reperfuzją) V P THP Ster V P Rozmiar udaru THP Sayeed et al. 2006 (Emory U.)
Trauma mózgu zwiększa syntezę neurosterydów 6 h do 24 dni po urazie mózgu (szczury) - wielokrotny wzrost ekspresji białek PBR (peripheral benzodiazepine receptor) oraz StAR (steroidogenic acute regulatory protein) w astrocytach i mikrogleju. Wzrost syntezy Pregnenolonu oraz innych neurosterydów Reakcja adaptacyjna istotna w neuroprotekcji i neuroregeneracji Podobna reakcja w komórkach Schwanna po uszkodzeniu nerwów obwodowych Rola w regeneracji aksonów i mielinizacji.
Badanie Kliniczne: Progesteron neurprotekcyjny w traumie mózgu Dept. of Emergency Medicine, Emory U., Atlanta, GA Faza II, podwójnie ślepe, placebo-kontrolowane 100 pacjentów, przybyli w ciągu 11 godz. po urazie Otrzymali Progesteron (iv) lub placebo Neurologiczny stan: 30 dni po urazie (Glascow Outcome Scale) Pacjenci na Prog – o 60% mniejsza śmiertelność niż kontrole Pacjenci na Prog z umiarkowanym urazem mieli lepszy stan neurologiczny po 30 dniach niż ci na placebo. Prog nie był skuteczny po ciężkich urazach. (Wright et al., Ann. Emerg. Med. kwiecień, 2007)
NETT: Neurological Emergency Treatment Trials (NIH) W USA 1,1 mln ofiar urazów mózgu rocznie, jedna co 28 sekund, 250 000 umiera, koszty ponad 115 miliardów $ NINDS: sieć 11 instytucji do szybkiego zbadania leków neuroprotekcyjnych Wczesne podanie antykonwulsantów Benzodiazepin ProTECT: Progesteron w protekcji pourazowej
Progesteron i jego metabolity chronią mózgi płodów i noworodków przed skutkami niedotlenienia i urazów
Synteza progesteronu w rozwoju mózgu szczura Poziom Prog w plazmie najwyższy w dniu urodzenia, spada z wiekiem. Stężenie Prog w hipokampie kilkakrotnie wyższe niż w plazmie. Ekspresja mRNA 3HSD (enz. metabolizującego Pregnenolon do Prog) w mózgu najwyższa w dniu urodzenia. Hip. Ibanez et al. 2003
Wzrost THP w mózgach płodów podczas niedotlenienia Istota biała Chirurgiczna przejściowa okluzja pępowiny u płodów owiec (10 min) Mikrodializa mózgów THP mierzone w płynie zewnątrzkomórkowym Wzrost syntezy THP po okluzji THP chroni mózgi płodów przed skutkami okołoporodowego niedotlenienia Okluzja THP Istota szara Nguyen et al. 2004
Prog i THP redukują produkcję cytokin zapalnych w mózgu po urazach Szczury, dwustronna kontuzja, kora przedczołowa Prog lub THP i.p. w 1 i 6 godz., oraz dziennie przez 6 dni po traumie Cytokiny badane: 3,6,12 godz. po urazie V P THP Ekspresja IL-1β mRNA TNFα mRNA He et al. 2004
DHEA(S) w regeneracji mózgu po urazach
Neurostymulanty przyśpieszają regenerację mózgu po urazach Amfetaminy podane od 3 do 30 dni po niedokrwiennym udarze mózgu przyspieszają neurologiczną rekonwalescencję pacjentów. W modelu zwierzęcym pojedyncza dawka amfetaminy 24 h po urazie zwiększała ukrwienie mózgu i poprawiała stan neurologiczny. Czy stymulujący neurosteroid DHEA(S) może przyspieszać rekonwalescencję po urazach mózgu? (Majewska, 1992; wykład w Burke Rehabilitation Center NY, 1996).
DHEA zwiększa neurogenezę in vitro DHEA(S) zwiększa przeżywalność neuronów i komórek glejowych in vitro. DHEA in vitro promuje przeżywalność embrionalnych prekursorów neuronów szczura poprzez aktywację kinazy proteinowej Act, która hamuje apoptozę (Zhang et al., 2002). DHEA zwiększał proliferację ludzkich płodowych komórek macierzystych kory mózgowej hodowanych w obecności EGF (epidermal growth factor) i LIF (leukemia inhibitory factor): DHEA promował zróżnicowanie w kierunku neuronów Efekt DHEA - poprzez stymulujące działanie na receptory NMDA i sigma (Suzuki et al., 2004)
DHEA stymuluje neurogenezę in vivo U dorosłych szczurów podanie DHEA zwiększało liczbę nowo powstałych neuronów w hipokampie. DHEA osłabiał hamujące działanie glukortykoidów na neurogenezę.
DHEA(S) w neuroregeneracji po ischemii Przejściowa globalna ischemia mózgu szczura (10 min) 12 dni przed ischemią – podskórnie szczepiono implanty z DHEA (25, 50 lub 100 mg) 7 dni po ischemii – eutanazja i badanie histopatologiczne mózgów DHEA znacząco zmniejszał odsetek uszkodzonych neuronów hipokampa. (Li et al. 2000).
DHEAS poprawia rekonwalescencję po urazach mózgu Model szczur: dwustronny mechaniczny uraz mózgu w części czołowej (Hoffman et al. 2003) DHEAS: 0, 5, 10, 20 mg/kg s.c.- 7 dnia po urazie na godzinę przed testami behawioralnymi Deficyty sensoryczne i motoryczne, pamięć: znacząca poprawa behawioralna po DHEAS Badanie histopatologiczne: taki sam rozmiar nekrotycznego uszkodzenia DHEAS kompensuje neuronalne deficyty.
DHEA poprawia rekonwalescencję po urazach mózgu (szczury) Neurologiczne refleksy Uczenie się i pamięć Analog DHEA Analog DHEA Analog DHEA Analog DHEA Malik et al. 2003 Godz. po urazie 0,5 2 12
Neurosterydy w leczeniu urazów mózgu Uraz, niedotlenienie, niedokrwienie Aktywność neuronów Cytokiny zapalne Temperaturę Wczesna faza – neuroprotekcyjna Prog, THP, THDOC Neurogenezę Synaptogenezę Poprawiają funkcje Poźniejsza faza – neuroregeneracyjna: DHEA(S), PS
Neurosterydy i depresja DHEA (50 mg/dzień) poprawiał nastrój u starszych osób (Morales et al. 1994). DHEA (90 mg/dzień) – u osób z depresją - powodował 50% zmniejszenie symptomów u ok. połowy pacjentów (Wolkowitz et al. 1999).
Neurosterydy w chorobach psychiatrycznych
Neurosteroids in brain disorders and diseases Depresja Schizofrenia ADHD PTSD Osobowość antysocjalna Uzależnienia lekowe Choroba Alzheimera Padaczka Udary mózgu Trauma Neurodegeneracja Neuroregeneracja Neuroprotekcja
DHEA w leczeniu depresji Badanie w NIH: kontrolowane, n=23 mężczyzn, 23 kobiety, cross-over. 6 tygodni: DHEA 90 mg 3 tygodnie, 450 mg – 3 tygodnie. Działanie antydepresyjne Fantazje, pobudzenie seksualne, aktywność, poszukiwanie kontaktów. Hamilton Depression Scale Schmidt et al. 2005.
Neurosterydy i agresja Agresywne dziewczęta – wyższy stosunek stężeń DHEA(S)/kortyzolu we krwi. Agresywni dorośli – wyższy poziom DHEA(S) we krwi. Stosunek DHEA(S)/kortyzolu wyższy u agresywnych kokainistów.
Hamujące neurosterydy działają antyagresyjnie Progesteron – prekursor THP – ma właściwości antyagresyjne. Stosowany do leczenia nadmiernej agresji u mężczyzn. U zwierząt – progesteron i THP – mają działanie antyagresyjne.
Podsumowanie Wydzielanie neurosterydów zaburzone w kilku typach epilepsji. Neurosterydy hamujące – działanie antyepileptycznie u dorosłych Neurosterydy stymulujące (DHEAS) mogą hamować drgawki u noworodków. Neurosterydy hamujące – działanie neuroprotekcyjne. Stymulujące – działanie neuroregeneracyjne. Wydzielanie neurosterydów zaburzone w pewnych chorobach psychiatrycznych.