Zusammenhänge zwischen der Lipidhomöostase und den molekularen Mechanismen der Alzheimer Krankheit

Abstract

Die Alzheimer Krankheit ist pathophysiologisch durch extrazelluläre Ablagerungen des β- Amyloid Peptids (Aβ) und intrazelluläre neurofibrilläre Bündel charakterisiert. Aβ entsteht dabei durch proteolytische Prozessierung des amyloiden Vorläuferproteins durch die β- und γ- Sekretase. Neben der Aβ-Produktion wird der Aβ-Gehalt im Hirngewebe auch durch Eliminationsmechanismen reguliert, so wird Aβ durch Mikroglia und Astrozyten phagozytiert oder durch verschiedene Proteasen enzymatisch abgebaut. Durch die Ablagerung von Aβ kommt es zu einer verstärkten Neuroinflammation sowie folglich zu einem Verlust von Axonen und Neuronen, wodurch das makroskopische Bild der Hirnatrophie und klinisch eine zunehmende Beeinträchtigung der Kognition zu beobachten ist. Das menschliche Gehirn besteht zu einem Großteil aus Lipiden. Veränderungen der zerebralen Lipidkomposition, wie sie im Rahmen der Alzheimer Krankheit beobachtet werden, haben großen Einfluss auf neuronale Prozesse. Die Alteration der Lipidhomöostase durch die Substitution verschiedener Nährstoffe wurde bereits in einigen Studien mit einer protektiven Wirkung auf die Alzheimer Krankheit in Verbindung gebracht. In der randomisierten kontrollierten multizentrischen europaweiten Studie LipiDiDiet wurde der Einfluss der Substitutionstherapie mit der Nährstoffkombination Fortasyn Connect respektive Placebo auf insgesamt 311 Patienten im prodromalen Alzheimer-Stadium untersucht. Es zeigte sich eine signifikant bessere Kognition sowie eine signifikant geringere Hirnatrophie nach 36-monatiger Intervention mit Fortasyn. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss einer 24-monatigen Therapie mit der Nährstoffkombination Fortasyn Connect respektive Placebo auf den Gehalt einzelner Biomarker der Alzheimer Krankheit sowie verschiedener Lipidspezies untersucht, die in dieser Arbeit verwendeten humanen Serum-, Vollblut- und Liquorproben nach 24-monatiger Intervention wurden mir durch die LipiDiDiet-Studie zur Verfügung gestellt. Mithilfe der ESI-Massenspektrometrie wurde der Gehalt verschiedener Lipide bestimmt. Dabei zeigte sich in der Fortasyn-Gruppe eine signifikante Zunahme aller gemessenen gesättigten sowie aller hochgradig ungesättigten (>5-fach ungesätigten) Diacyl-Phosphatidylcholine, Phosphatidylcholin-Plasmalogene und Lyso-Phosphatidylcholine, insbesondere zeigte sich ein hochsignifikanter Anstieg des Gehalts der Docosahexaensäure (Lyso-Phosphatidylcholin- Spezies 22:6). Zudem wurde eine signifikante Zunahme des Sphingomyelin- und Carnitingehalts nachgewiesen. Die möglichen protektiven Effekte dieser veränderten Lipidkomposition wurden bereits in vorherigen Studien belegt. Zur Beurteilung der Aβ-Synthese im Rahmen der APP-Prozessierung wurde die Aktivtät der β- und γ-Sekretase in humanen Vollblutproben mithilfe fluorometrischer Verfahren bestimmt. Hierbei zeigte sich nach weiterer Selektionierung der Probanden eine signifikante Reduktion der β-Sekretase-Aktivität nach 24-monatiger Therapie mit Fortasyn, ein Einfluss auf die Aktivität der γ-Sekretase ergab sich nicht. Die Aktivitätsmessung der Aβ-degradierenden Enzyme erfolgte mittels Western-Blot beziehungsweise mithilfe fluorometrischer Messverfahren, signifikante Veränderungen der Gesamtdegradation von Aβ in der Fortasyn-Gruppe wurden nicht festgestellt. Zur Beurteilung der Neuroinflammation wurde mithilfe ELISA der Gehalt der Entzündungsmediatoren Interleukin 1b (IL1b), Interleukin 6 (IL6) und Tumor-Nekrose-Faktor α (TNFα) bestimmt. Innerhalb des 24-monatigen Interventionszeitraums zeigte sich eine Reduktion von IL1, IL6 und TNFα unabhängig von der Therapie, unter Substitution mit Fortasyn wurde jedoch ein signifikant stärkerer Abfall von IL6 und TNFα beobachtet. Unter Berücksichtigung aller Ergebnisse können somit insbesondere die Phosphatidylcholine, Sphingomyeline und Carnitine, die Zytokine IL1β, IL6 und TNFα sowie die Aktivität von BACE1 als diagnostische und prognostische Parameter der Alzheimer Krankheit identifiziert werden.