Jaime S., #MEAction, 23 december 2016
Een van de vaak voorkomende klachten van patiënten, onderzoekers en beleidsmakers met betrekking tot onderzoek naar ME, is het feit dat de bevindingen versnipperd zijn en de studies klein. De ene groep zal ontdekken dat X verhoogd is bij 20 ME-patiënten, om de test twee jaar later nogmaals te doen, waarbij 13 patiënten helemaal geen verhoogd X hebben. We worden ook in de war gebracht door het grote scala aan onderzoeks- en klinische definities, van Ramsay tot Fukuda, tot CCC, tot de IOM-criteria en verder: tenminste acht veelgebruikte definities die ziekten beschrijven die, als ze al niet dezelfde zijn, voor een groot deel overlappende criteria hebben. Critici staan erom bekend dat ze ontdekkingen over ME/cvs ‘microbevindingen’ noemen omwille van de tendens dat kleine studies later ontkracht worden.
Maar het zou – eindelijk – tijd kunnen zijn om het idee te laten rusten, dat patiënten “wel of niet” een verstoord cellulair metabolisme vertonen. Het onderzoek stapelt zich de laatste paar jaar op en, in de afgelopen twee weken vertoonden twee studies van twee verschillende groepen van onderzoekers aan de andere kant van de wereld resultaten, die elkaar ondersteunden.
Wat dit voor patiënten betekent, is niets minder dan een potentiële behandeling en een serieuze kandidaat voor een diagnostische test. Maar het is niet allemaal goed nieuws: de resultaten van tenminste een van de twee studies lijken veel significanter en overvloediger aanwezige signalen van disfunctioneren te hebben gevonden bij vrouwen dan bij mannen. Bij gebrek aan bewijs om te onderbouwen dat vrouwen met ME/cvs zieker zijn dan mannen, blijven we zitten met de indruk van een puzzel met meer dan een paar ontbrekende stukjes.
Achtergrond:
De reden dat we energie uit voedsel kunnen halen, is omdat het proces cellulaire ademhaling plaatsvindt. Celademhaling wordt traditioneel onderverdeeld in drie processen: glycolyse, de citroenzuur- (of Krebs)cyclus en de elektronentransportketen (oxidatieve fosforylering) . Glycolyse omvat het afbreken van suiker om pyruvaatmoleculen te produceren, vindt plaats buiten de mitochondriën en vereist geen zuurstof. De andere twee processen vinden beide plaats in de mitochondriën en hebben zuurstof nodig om te werken.
Het doel van al deze processen is het maken van moleculen, die energierijke chemische verbindingen hebben zoals ATP en NADH. Als een fosfaatgroep ATP afbreekt, komt de energie, die het daar hield, vrij en de cel kan die energie ‘gebruiken’ om werk te doen. Dat is hoe wij lopen, praten, ademhalen en zelfs hoe onze cellen vettere moleculen in en uit de cellen brengen.
Glycolyse wordt vaak als eerste stap beschouwd in het proces, maar het is niet echt noodzakelijk om energie voor de cel te verkrijgen. Vetten en eiwitten dragen ook bij aan die cyclus. Daarom worden zij als macrovoedingsstoffen beschouwd. Vetten worden omgezet in glycerol en vetzuren, die een klein stukje verderop bijdragen aan de citroenzuurcyclus. Eiwitten vallen uiteen in de aminozuren waaruit ze bestaan, en dragen op verschillende plaatsen bij aan de citroenzuurcyclus.
Ja, dit is het.
Het overslaan van glycolyse zou de cel echter beroven van 2 ATP-moleculen voor elke cyclus, of ongeveer 5% van de energie uit de cyclus, als we het verwijderen van de ATP-moleculen uit de context halen. Als we in beschouwing nemen dat de pyruvaat, die tijdens glycolyse wordt geproduceerd, een onderdeel is van wat de citroenzuurcyclus voedt, zou het verlies van energierijke moleculen in feite veel groter kunnen zijn.
Om de overgang van glycolyse naar de citroenzuurcyclus te maken, moet het uit glucose geproduceerde pyruvaat Acetyl-CoA worden. Het enzymcomplex dat dit proces op gang brengt, noemt men het pyruvaat dehydrogenase complex, of PDH-complex.
Als het PDH-complex niet naar behoren zou functioneren, of geblokkeerd zou zijn, zou veel minder pyruvaat worden omgezet in Acetyl-CoA, en later in het proces een daling van het aantal energierijke moleculen.
Activiteit van PDH wordt gecontroleerd door meerdere verschillende factoren, onder andere:
- PDH-kinases (PDK’s), die de activiteit van PDH-enzymen remmen
- PDH-fosfatasen die de fosfaatgroep van de PDH’s lostrekken, zodat deze niet op de juiste manier functioneert
- Sirtuïne 4 (SIRT4), dat ook een remmer is voor PDH
- PDK 1,2,3 en 4
Een verschuiving hierin, of in hun expressie, betekent een verschuiving richting een hogere glucose, lager pyruvaat, lager Acetyl-CoA en minder energierijke moleculen, die in de cel worden geproduceerd om werk te doen.
Samenvatting:
Cellulaire ademhaling!
Doel: moleculen maken met energierijke verbindingen voor later gebruik
3 onderdelen:
- Glycolyse
- Glucose (suikers) –> pyruvaat–> acetyl-CoA
- Laatste stap vereist PDH, die afhankelijk is van:
- PDK’s, PDH fosfatasen, SIRT4, PDK1-4
- Citroenzuurcyclus
- Elektronentransportketen (oxidatieve fosforylering)
De metabolomica van Armstrong:
Christopher Armstrong en collega’s (van de Universiteit van Melbourne) hebben gewerkt vanuit de theorie dat het aminozuurmetabolisme bij ME/cvs-patiënten al enige tijd is verstoord. Hun eerste paper over metabolomica, ‘Metabolic profiling reveals anomalous energy metabolism and oxidative stress pathways in chronic fatigue syndrome patients’ , liet een algehele toename zien van glucose in het bloed, wat impliceerde dat de glycolyse niet zo snel plaatsvond als bij gezonde controles. Deze studie liet ook signalen zien van een versnelling van andere cellulaire processen, die ontworpen waren om energierijke moleculen te verwerven met andere methoden, zoals versneld aminozuurmetabolisme.
Nog maar een paar weken geleden produceerde het team van Armstrong een tweede paper: ‘The association of fecal microbiota and fecal, blood serum and urine metabolites in myalgic encephalomyelitis / chronic fatigue syndrome.’
De groep van Armstrong vond opnieuw verhoogde niveaus van glucose in het bloed van de patiënten, die nogal significant waren – 124% van het gemiddelde van gezonde controles, met een p-waarde van 0.002. Armstrong vond ook dat niveaus van vele aminozuren in het bloed verminderd waren, waaronder glutamaat, hypoxanthine, lactaat, fenylalanine en acetaat.
Alle bevindingen van Armstrong samen impliceren sterk een gestoorde glycolyse bij ME/cvs-patiënten en een corresponderende vermindering in de activiteit van de citroenzuurcyclus, samen met een geactiveerd aminozuurmetabolisme, schijnbaar om te compenseren voor het tekort.
Armstrong had ook een aantal fascinerende conclusies met betrekking tot de darmomgeving van ME/cvs-patiënten. Lees later meer over die bevindingen! De bevindingen van Armstrong en Fluge en Mella met betrekking tot het aminozuurmetabolisme vertonen een sterk verband met elkaar, dus laten we nu verder gaan naar hun bevindingen.
De PDH-hypothese van Fluge en Mella:
De hypothese van Fluge en Mella was dat de PDH-functie (en de AMPK-functie) mogelijk beschadigd is bij ME/cvs-patiënten. Net als Armstrong sloten zij alleen patiënten in, die voldeden aan de Canadese Consensus Criteria. Hun studie was groot, met 200 patiënten en meer dan 100 gezonde controles. Zij verdeelden hun patiënten in groepen mannen en vrouwen, en de resultaten waren – in ieder geval voor deze lezer – erg verrassend.
Ten eerste verdeelden de onderzoekers de aminozuren in drie groepen:
- Categorie 1, die omgevormd zijn tot pyruvaat, en PDH nodig hebben om te worden geoxideerd
- Categorie 2, die het oxidatiereactiepad binnenkomen als Acetyl-CoA
- Categorie 3, die worden omgevormd tot tussenproducten van de citroenzuurcyclus
Daarna maten zij elk van de niveaus van deze aminozuren in het bloed.
Dit vonden zij:
Aminozuurontregeling bij ME/cvs
Rood: alleen bij vrouwelijke patiënten
Groen: zelfs nog lager bij patiënten die de voorgaande nacht hadden gevast~ betekent dat er geen significante verschillen werden gevonden; dunnere pijlen geven een trend weer die nog niet statistisch significant was.
Aspartaat en asparagine werden tezamen gemeten.
Arginine werd later uit de studie verwijderd.
De rode pijlen verwijzen naar wat er alleen bij vrouwelijke patiënten werd gevonden.
Je kunt zien dat de trend richting disfunctie duidelijk is vanaf categorie 2 en verder. Dit impliceert sterk dat er geen echt probleem is met aminozuren, die worden omgezet in pyruvaat, maar een significante ‘afvoer’ van aminozuren daarna. Dit impliceert dat het ‘probleem’ ontstaat nadat glucose pyruvaat wordt, maar voordat pyruvaat Acetyl-CoA wordt… met andere woorden, het zou heel goed een probleem kunnen zijn met het enzymcomplex dat wij hiervoor noemden, omdat dit pyruvaat katalyseert tot Acetyl-CoA.
Houd in gedachten dat uitgeputte aminozuren betekenen dat wij ze opgebruiken, niet dat we ze niet kunnen maken. Aminozuren dienen hier als een alternatieve bron van brandstof voor onze cellen en dat is waarom zij met veel lagere niveaus worden gevonden in het bloed dan bij gezonde controles.
Maar aminozuren hebben nog andere klussen te doen dan energiemoleculen genereren. Zou hun afwezigheid de reden zijn van sommige van de symptomen die veel vrouwen met ME/cvs ervaren?
Fluge en Mella gingen vervolgens precies dàt ontdekken.
Endotheeldisfunctie en ME/cvs
Endotheeldisfunctie is een bron van zorg voor ME/cvs-patiënten en zou de wortel van een aantal van hun symptomen kunnen zijn. Eerdere studies hebben bewijs gevonden van een verstoorde endotheelfunctie bij ME (Newton et al., 2012 – nee, niet die Newton).
Daarom gingen Fluge en Mella aan de slag om te kijken of aminozuren die noodzakelijk zijn voor een goede endotheelfunctie, verminderd waren in het bloed, waaronder arginine, asymmetrisch dimethylarginine, homoarginine, 1-methylhistidine, 3-methylhistidine en symmetrisch dimethylarginine.
Het resultaat? Symmetrisch dimethylarginine was significant verminderd, evenals 3-methylhistidine – het eerste alleen bij vrouwen en het tweede alleen bij mannen.
Andere verbanden met aminozuren
Belangrijk is dat er geen verband werd gevonden tussen aminozuren en niveaus van fysieke activiteit. In tegenstelling tot andere studies werd ‘activiteit’ objectief gemeten door middel van een 24-uursmeting van het aantal stappen die werden gezet in de ME/cvs-groep. Er was een verband tussen cysteïneniveaus en activiteit, maar niet met uitputting van aminozuren in het algemeen.
Er was enig verband tussen de niveaus van sommige aminozuren en body mass index (MBI), maar ongeacht dit waren de niveaus van aminozuren bij ME/cvs-patiënten lager dan ze waren voor gezonde controles met dezelfde of vergelijkbare BMI.
Bij vrouwen werd een significant verband gevonden tussen de ernst van de ziekte en fenylalanine; hoe langer een vrouw ziek was, hoe hoger haar niveaus van dit aminozuur.
Opvallend is: hoe lager de niveaus van haar aminozuren uit categorie 1, hoe lager de levenskwaliteit van een vrouwelijke patiënt.
Genexpressie van PDH
Dus, na te hebben aangenomen dat PDH de stap is die niet goed gaat, testten Fluge en Mella en hun team mRNA-expessie van alle remmende moleculen die wij eerder bespraken en vonden dat hun expressie verhoogd was. Onthoud: het verhogen van een remmer (inhibitor) heeft een negatief effect op PDH, hetgeen betekent dat er minder glycolyseproducten worden omgezet in Acetyl-CoA en minder energie!
Remmende kinases PDK1, 2 en 4 hadden allemaal verhoogde mRNA-expressie, evenals SIRT4. PPAR-gamma was eveneens verhoogd in de perifere mononucleaire cellen van patiënten.
En dan hebben we uiteindelijk een resultaat voor de heren! De volgende bevindingen waren consistent voor beide geslachten.
Bovendien, correleerde de expressie van PDK1 goed met de ernst van de ziekte: hoe hoger de expressie van deze remmer, hoe slechter de symptomen leken te zijn.
Hetzelfde verband werd niet gevonden voor de andere remmende moleculen, maar dat klinkt als een potentiële bloedtest voor mij… gesteld dat deze bevindingen consistent gerepliceerd kunnen worden in toekomstige studies.
Kunnen gewone cellen ‘geïnfecteerd’ worden door de metabolische gekkigheid van ME/cvs?
Hier komt mijn favoriete gedeelte: het bestuderen van het effect van het baden van normale skeletspiercellen in bloed van ME/cvs.
Voor we daaraan toekomen, is het de moeite waard om te melden dat Fluge en Mella niet de eersten waren die de functie van AMPK bestudeerden bij ME/cvs-patiënten: Brown en collega’s, waaronder Julia Newton, bestudeerden het functioneren van AMPK in spiercellen in 2015.
Het onderzoeksteam verzamelde serum van 12 patiënten, die ze classificeerden als ofwel ernstig zieke ofwel zeer ernstig zieke patiënten.
Ze vonden dat de basale (in rust) door aminozuur aangedreven ademhaling matig verhoogd was in de cellen van ME/cvs-patiënten. Dit weerspiegelt vergelijkbare bevindingen van slechts een paar maanden geleden, toen een paper rapporteerde dat de cellen van ME/cvs-patiënten er helemaal klaar voor waren om te gaan. In die studie merkten de onderzoekers op dat, ME-cellen begonnen met het produceren van overvloedige energierijke moleculen, voornamelijk van mitochondriale processen, in plaats van glycolyseprocessen wanneer ze ze in een medium brachten dat rijk was aan aminozuren. Dit is logisch omdat ze werden verplaatst uit de hongersnood en leegte van een ME-patiënt naar een bad dat rijk was aan heerlijke voedingsstoffen. Hun bevindingen lijken overeen te stemmen met die van Fluge en Mella.
Het serum van ME/cvs-patiënten, wanneer op kweek gezet met gewone skeletspiercellen, verhoogde de snelheid van het mitochondriaal metabolisme en ademhaling, vooral wanneer de wetenschappers chemische omstandigheden creëerden die ‘energetische spanning’ nabootsten.
Wat betekent dit allemaal?
In de eerste plaats betekent het dat ME/cvs-patiënten erg weinig energie krijgen uit suiker of koolhydraten – en er zijn andere goede redenen om daarmee te minderen (meer daarover met betrekking tot de paper van C. Armstrong, later!). Vrouwelijke patiënten zouden in het bijzonder moeten overgaan tot voeding en supplementen, die rijk zijn aan aminozuren.
Wat dan met onze mannelijke patiënten? Zou het kunnen dat, wanneer we hun nevenproducten van vetzuuroxidatie onderzoeken, we een vergelijkbare soort uitputting vinden die we zien bij de aminozuren van vrouwen? Alleen de tijd en verdere experimenten zullen het leren.
De skeletspiertest toont ons dat de factoren die het energiemetabolisme remmen, in feite door het bloed worden overgedragen, maar dit betekent niet (noodzakelijk) dat de ziekte zelf overdraagbaar is door bloedtransfusie. Het is mogelijk dat de cellen van een gezonde persoon na een tijd terug zouden schakelen om meer van hun energie te kunnen halen uit glycolyse en op die manier terugkeren naar normaal.
Fluge en Mella vonden steun voor het idee dat ontregeling / remming van PDH een belangrijke factor is bij pathogenese. Het is te vroeg om er zeker van te zijn, maar niet te vroeg voor hoop: het is mogelijk dat deze bevindingen naar een enkelvoudige bloedtest voor ME/cvs-patiënten leiden. Wat zou dat een geweldig kerstcadeau zijn!
“Geef mij een hefboom en een plaats om te staan en ik zal de aarde bewegen.” Zou PDH de ‘hefboom’ kunnen zijn waarop ME/cvs-patiënten hebben gewacht? Als we een behandeling kunnen vinden die dit ene doelwit kan ‘bewegen’, zou het een enorm verschil kunnen maken in de levenskwaliteit van patiënten.
Wat heeft dit te met pathogenen maken? Het zou daar nogal veel mee te maken kunnen hebben! Zoals uit de paper van C. Armstrong blijkt: “het … microbioom heeft het vermogen om het metabolisme van de gastheer aan te passen.” Dit zou ook heel goed kunnen aansluiten bij het werk van Naviaux! Daarover later meer, mensen… blijf op de hoogte.
N.B: dit is een opiniestuk! Neem geen beslissingen over behandeling alleen maar op basis van de woorden van enkele bloggers. <3
© #MEAction. Vertaling Meintje, redactie NAHdine en Zuiderzon, ME-gids.
Lees ook
- Nieuwe studie over de pathologische mechanismen in ME door een Noorse onderzoeksgroep
- Interview met Dr. Øystein Fluge over zijn laatste onderzoek over ME/cvs, en het verhaal van Bjørnar.
- Onderzoekers identificeren kenmerkende chemische handtekening voor ME/cvs (Update 2)
- Naviauxs paper over het metabolisme is zo belangrijk als je dacht
- Het kernprobleem van ME/CVS geïdentificeerd? Naviauxs studie naar het metaboloom opent een nieuwe deur
- Hansons studie naar het metaboloom van ME/CVS valideert Naviauxs kernbevinding
