Η εμπλοκή των ανοσιακών παραγόντων στην αιτιοπαθογένεια και στην θεραπευτική ανταπόκριση σε ασθενείς με ψύχωση

Abstract

Schizophrenia is a multifaceted and chronic mental disorder characterized by a constellation of symptoms affecting an individual's cognition, emotions, perception, social functioning and behaviors. The exact cause of schizophrenia remains elusive, but it is believed to result from a complex interplay of genetic, environmental, and neurobiological factors. Research suggests abnormalities in brain structure and neurotransmitter imbalances, particularly involving dopamine and glutamate, may contribute to the onset and progression of the disorder. In addition, evidence suggests that individuals with schizophrenia often exhibit alterations in immune function, including increased levels of pro-inflammatory cytokines and immune activation markers. Studies have revealed higher levels of inflammatory molecules, such as interleukin-6 (IL-6), tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha), and C-reactive protein (CRP), in the blood and/or cerebrospinal fluid of some individuals with schizophrenia compared to healthy individuals. In turn, these alterations in immune function might contribute to neuronal damage, oxidative stress, and alterations in synaptic plasticity, neural circuits and neurotransmitter systems, all of which could influence the onset or progression of schizophrenia. In this context, evidence suggests that inflammation-induced alterations in the physiological functioning of the kynurenine pathway, a critical metabolic pathway responsible for the breakdown of tryptophan and regulator of immune responses, neurotransmission and inflammation, may contribute to the schizophrenic symptomatology, disease severity and response to treatment. Understanding the molecular underpinnings of schizophrenia is essential as there is currently no cure, emphasizing the need to advance our knowledge for the development of innovative diagnostic and clinical approaches. This thesis aims to elucidate the link between systemic inflammation and the kynurenine pathway in medication-naïve patients during first psychotic episodes. Specifically, we divided individuals into two groups to examine the relationship between inflammation and psychotic disorders. The first group comprised 128 patients who had recently experienced their first psychotic episode and remained medication-free, with complete data collected from 100 individuals. Patients with active inflammation or organic psychosis were excluded. The second group consisted of 81 carefully screened healthy individuals. Data on personal and family history were collected to rule out psychopathology. Blood collection occurred twice: during the initial psychotic episode and one month post-treatment. Samples were processed and stored for analysis. Parameters of inflammation (CRP) were assessed using nephelometry, while immunological analyses focused on IL-1β, TNF-α, and IL-10 measured by ELISA. We also measured by ELISA key enzymes and metabolites of trypthophan metabolism such as IDO, TDO KYNA and QUINA. Furthermore, we examined the levels of the neurotrophic factor BDNF. Using regression models and advanced statistical tools, all the aforementioned biomarkers were associated with symptom severity and response to treatment. The first psychotic episode is accompanied by elevated pro-inflammatory cytokines as indicated by serum levels of IL-1β and TNF-α. Οf note, levels of the anti-inflammatory cytokine IL-10 did not differ significantly between patients and healthy controls. Together, the findings of the current research suggest that an increased inflammatory response occurs at the onset of a psychotic episode. We also observed heightened activation of the Kynurenine Pathway. This statistically significant observation is more pronounced in patients diagnosed with psychotic disorders other than schizophrenia. Notably, the neurotrophic factor BDNF appears diminished from the early stages of psychosis, potentially relating to brain neuroplasticity. Comparing patients before and after one month of antipsychotic treatment revealed reduced levels of pro-inflammatory cytokines, indicating that antipsychotic medication influences the immune profile. Importantly, however, these decreases did not reach levels observed in healthy controls. The concentration of the anti-inflammatory cytokine IL-10 also decreased but, unlike the pro-inflammatory cytokines, did not reach statistical significance. Correlations between biomarker levels and symptomatology sub-scores based on the PANSS scale before and after treatment suggest that patients with higher IL-1β levels at admission displayed milder psychopathology. This was notably evident in patients diagnosed with psychotic disorders other than schizophrenia. Increased KYNA levels upon diagnosis in schizophrenia patients were associated with more negative symptoms post-treatment. Regression models showed that patients with higher KYNA levels at admission exhibited poorer response to treatment. Mediation analyses suggested that the relationship between KYNA levels and treatment non-response was mediated through negative symptoms. Activated KYNA increased negative symptoms while reducing treatment response. The implications of this research are critical since investigating KYNA's potential as a prognostic biomarker for treatment non-response in early psychosis could significantly advance clinical interventions. Future investigations could involve longitudinal studies beyond one month of treatment adherence to further elucidate the trajectory of these biomarkers, predominantly KYNA. Additionally, studying the influence of distinct pharmacotherapies on patients' immune and metabolic profiles is crucial for delineating more personalized and efficient interventions. Finally, future research could group patients according to serum KYNA levels in order to elucidate the range at which KYNA demonstrates neuroprotective effects against damage caused by neurotoxic QUINA, versus the specific levels at which elevated KYNA contributes to pathological changes in neurotransmission. It is possible that the current unclear - and often contrasting in the bibliography - role of KYNA in psychosis depends to some extent on the absence of such threshold.

Η σχιζοφρένεια αποτελεί μια πολυδιάστατη και χρόνια νοητική διαταραχή, που χαρακτηρίζεται από ένα σύνολο συμπτωμάτων που επηρεάζουν τη γνωστική λειτουργία, τις συναισθηματικές αντιδράσεις, την αντίληψη, την κοινωνική λειτουργικότητα και τη συμπεριφορά του ατόμου. Η ακριβής αιτία της παραμένει ακόμη ασαφής, ωστόσο πιστεύεται ότι οφείλεται σε ένα πολύπλοκο συνδυασμό γενετικών, περιβαλλοντικών και νευροβιολογικών παραγόντων. Η έρευνα των τελευταίων δεκαετιών υποδεικνύει ανωμαλίες στη δομή του εγκεφάλου και ανισορροπίες νευροδιαβιβαστών, ιδιαίτερα στο ντοπαμινεργικό και το γλουταμινεργικό σύστημα, που μπορεί να συμβάλουν στην έναρξη και την εξέλιξη της διαταραχής. Επιπλέον, υπάρχουν ενδείξεις ότι άτομα με σχιζοφρένεια εμφανίζουν συχνά αλλαγές στη λειτουργία του ανοσιακού συστήματος, συμπεριλαμβανομένων αυξημένων επιπέδων φλεγμονωδών κυτοκινών και άλλων δεικτών ανοσιακής ενεργοποίησης. Οι μελέτες έχουν αποκαλύψει υψηλότερα επίπεδα φλεγμονωδών μορίων, όπως η interleukin-6 (IL-6), ο παράγοντας νέκρωσης όγκου-αλφα (TNF-α), και η C-αντιδρώσα πρωτεΐνη (CRP), στο αίμα και/ή στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό ορισμένων ατόμων με σχιζοφρένεια σε σύγκριση με υγιή άτομα. Αυτές οι αλλαγές στη λειτουργία του ανοσιακού συστήματος μπορεί να συνεισφέρουν σε νευρωνικές βλάβες, σε οξειδωτικό στρες και αλλαγές στη συναπτική πλαστικότητα, στα νευρωνικά κυκλώματα και στα συστήματα νευροδιαβιβαστών, τα οποία μπορεί να επηρεάσουν την έναρξη ή τη πρόοδο της σχιζοφρένειας. Σε αυτό το πλαίσιο, φαίνεται ότι αλλαγές στη φυσιολογική λειτουργία της μεταβολικής διαδρομής της κυνουρενίνης, μιας κρίσιμης μεταβολικής οδού, υπεύθυνης για τον μεταβολισμό της τρυπτοφάνης και τη ρύθμιση τόσο ανοσολογικών αντιδράσεων, όπως η φλεγμονή, όσο και της νευροδιαβίβασης, μπορεί να συμβάλουν στην συμπτωματολογία της σχιζοφρένειας, στη σοβαρότητά της και στην ανταπόκρισή της στη θεραπεία. Η κατανόηση της αιτιοπαθογένειας της σχιζοφρένειας είναι ουσιαστική, καθώς προς το παρόν δεν υπάρχει αποτελεσματική θεραπεία, καθιστώντας αναγκαία την προώθηση των γνώσεών μας για την ανάπτυξη καινοτόμων διαγνωστικών και κλινικών προσεγγίσεων. Η παρούσα διατριβή στοχεύει στο να διευκρινίσει τη σύνδεση της συστηματικής φλεγμονής και της μεταβολικής διαδρομής της κυνουρενίνης, σε ασθενείς που έλαβαν αντιψυχωσική αγωγή κατά τη διάρκεια του πρώτου ψυχωσικού επεισοδίου. Συγκεκριμένα, μελετήθηκαν δύο ομάδες. Η πρώτη ομάδα αποτελείται από 128 ασθενείς που πρόσφατα εμφάνισαν πρώτο ψυχωσικό επεισόδιο και δεν λάμβαναν φαρμακευτική αγωγή, από τους οποίους τελικά επιλέχτηκαν 100, οι οποίοι πληρούσαν τα κλινικά κριτήρια κατά ICD-10. Από την επιλογή εξαιρέθηκαν εκείνοι με ενεργή φλεγμονή ή οργανική ψύχωση. Η δεύτερη ομάδα αποτελείται από 81 υγιή άτομα. Συλλέχθηκαν δεδομένα από το ατομικό και οικογενειακό ιστορικό προκειμένου να αποκλειστεί ψυχοπαθολογία. Η συλλογή αίματος έγινε δύο φορές: κατά τη διάρκεια του πρώτου ψυχωσικού επεισοδίου και ένα μήνα μετά την έναρξη της θεραπείας. Τα δείγματα υπέστησαν επεξεργασία και αποθηκεύτηκαν για ανάλυση. Η παράμετρος φλεγμονής (C-αντιδρώσα πρωτεΐνη) μετρήθηκε με τη μέθοδο της νεφελομετρίας, ενώ ο ανοσολογικός έλεχος επικεντρώθηκε στην IL-1β, το TNF-α, και την IL-10, που μετρήθηκαν με τη μέθοδο ELISA. Αξιολογήσαμε επίσης με τη ίδια μέθοδο κεντρικά ένζυμα και μεταβολίτες του μονοπατιού κυνουρενίνης, όπως το IDO, TDO, KYNA και QUINA. Επιπλέον, εξετάσαμε τα επίπεδα του νευροτροφικού παράγοντα BDNF. Χρησιμοποιώντας μοντέλα παλινδρόμησης και προηγμένα στατιστικά εργαλεία, όλοι οι προαναφερθέντες βιοδείκτες συσχετίστηκαν με την σοβαρότητα των συμπτωμάτων και την ανταπόκριση στη θεραπεία. Διαπιστώσαμε, σε συμφωνία με τη διεθνή βιβλιογραφία, ότι το πρώτο ψυχωσικό επεισόδιο συνοδεύεται από αυξημένες προφλεγμονώδεις κυτοκίνες, όπως φαίνεται από τα επίπεδα IL-1β και TNF-α στον ορό. Σημειωτέον ότι, τα επίπεδα της αντιφλεγμονώδους κυτοκίνης IL-10 δεν διέφεραν σημαντικά μεταξύ των ασθενών και των υγιών μαρτύρων. Συνολικά, τα ευρήματα της τρέχουσας έρευνας υποδηλώνουν ότι, μια αυξημένη φλεγμονώδης αντίδραση συμπίπτει με την έναρξη ενός ψυχωσικού επεισοδίου. Παρατηρήσαμε επίσης ιδιαίτερα αυξημένη ενεργοποίηση του μεταβολικού μονοπατιού της κυνουρενίνης. Αυτή η στατιστικά σημαντική παρατήρηση είναι πιο έντονη σε ασθενείς με διαγνωσμένες ψυχικές διαταραχές, πέραν της σχιζοφρένειας. Σε ό,τι αφορά το νευροτροφικό παράγοντα BDNF, φαίνεται να είναι μειωμένος από τα πρώιμα στάδια της ψύχωσης, πιθανόν αντανακλώντας μια διαταραχή στη νευροπλαστικότητα του εγκεφάλου. Συγκρίνοντας τους ασθενείς πριν και μετά από ένα μήνα αντιψυχωσικής αγωγής, παρατηρήθηκε μείωση των επιπέδων προφλεγμονωδών κυτοκινών, υποδεικνύοντας ότι η αντιψυχωσική αγωγή επηρεάζει το ανοσολογικό προφίλ. Ωστόσο, αυτές οι μειώσεις δεν έφτασαν τα επίπεδα που παρατηρήθηκαν στα υγιή άτομα. Η μείωση της συγκέντρωσης της αντιφλεγμονώδους κυτοκίνης IL-10 δεν παρατηρήθηκε να είναι στατιστικά σημαντική, όπως οι προφλεγμονώδεις κυτοκίνες. Οι συσχετίσεις μεταξύ των επιπέδων των βιοδεικτών και των υποκατηγοριών συμπτωματολογίας βασιζόμενες στην κλίμακα PANSS, πριν και μετά τη θεραπεία, υποδηλώνουν ότι οι ασθενείς με υψηλά επίπεδα IL-1β κατά την εισαγωγή τους παρουσίαζαν ηπιότερης βαρύτητας ψυχοπαθολογία. Αυτή η συσχέτιση ήταν εμφανής ιδίως σε ασθενείς με διαγνωσμένες ψυχικές διαταραχές, πέραν της σχιζοφρένειας. Τα αυξημένα επίπεδα KYNA σε ασθενείς με σχιζοφρένεια συσχετίστηκαν με περισσότερα αρνητικά συμπτώματα μετά τη θεραπεία. Τα μοντέλα παλινδρόμησης έδειξαν ότι, οι ασθενείς με υψηλά επίπεδα KYNA κατά την εισαγωγή στη μελέτη εμφάνισαν μη ικανοποιητική ανταπόκριση στη θεραπεία. Αναλύσεις διαμεσολάβησης υπέδειξαν ότι η σχέση μεταξύ των επιπέδων KYNA και της μη ανταπόκρισης στη θεραπεία διαμεσολαβήθηκε μέσω των αρνητικών συμπτωμάτων. Ως εκ τούτων, η αυξημένη συγκέντρωση KYNA στον ορό φαίνεται να σχετίζεται με αυξημένη εμφάνιση αρνητικών συμπτωμάτων και μειωμένη ανταπόκριση στη φαρμακευτική αγωγή. Οι επιπτώσεις αυτής της έρευνας είναι ενδεικτικές για το ρόλο της συμμετοχής των ανοσιακών παραγόντων, καθώς η περαιτέρω διερεύνηση του KYNA ως προγνωστικού βιοδείκτη για τη μη ανταπόκριση στη θεραπεία στη ψύχωση θα μπορούσε να βελτιώσει σημαντικά τις κλινικές παρεμβάσεις. Μελλοντικές έρευνες θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν μακροχρόνιες μελέτες, πέραν του ενός μήνα παρακολούθησης, της θεραπείας για να διευκρινίσουν περαιτέρω την πορεία αυτών των βιοδεικτών, κυρίως του KYNA. Επιπλέον, η μελέτη της επίδρασης διαφορετικών φαρμακοθεραπειών στα ανοσολογικά και μεταβολικά προφίλ των ασθενών είναι ζωτικής σημασίας για τη διαμόρφωση πιο εξατομικευμένων και αποτελεσματικών παρεμβάσεων. Τέλος, μελλοντικές έρευνες θα μπορούσαν να ομαδοποιήσουν τους ασθενείς σύμφωνα με τα επίπεδα του ορού KYNA, με σκοπό να διευκρινίσουν με λεπτομέρεια το εύρος των επιπέδων στο οποίο το KYNA επιδεικνύει νευροπροστατευτικές επιδράσεις κατά της βλάβης που προκαλείται από το νευροτοξικό QUINA, σε αντιδιαστολή με τα επίπεδα πάνω από τα οποία το KYNA συμβάλλει σε παθολογικές αλλαγές στη νευροδιαβίβαση. Είναι πιθανό ότι ο σημερινός ασαφής - και συχνά αντιφατικός στη βιβλιογραφία - ρόλος του KYNA στη ψύχωση εξαρτάται σε κάποιο βαθμό από την απουσία αυτού του ορίου.