Forscher aus Luxemburg und Deutschland untersuchten den Gehirn-Rückenmark-Flüssigkeit (Liquor) von Menschen mit Parkinson und gesunden Teilnehmern, um Biomarker zu ermitteln, die eine Frühdiagnose möglich machen. Im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen wurde bei Menschen mit Parkinson eine deutlich veränderte Häufigkeit von 16 Metaboliten festgestellt. Metabolite sind kleine Moleküle, die durch chemische Reaktionen in menschlichen Zellen entstehen und wichtige Funktionen haben können. Die von den Forschern beobachteten Veränderungen in der molekularen Zusammensetzung werden mit oxidativem Stress in Verbindung gebracht, einem Ungleichgewicht zwischen freien Radikalen und Antioxidantien, das bei chronischen Erkrankungen wie Krebs, Diabetes oder Herzkrankheiten auftritt. Zu beachten ist, dass sich diese Studie auf Menschen mit Parkinson konzentrierte, die sich im Frühstadium der Krankheit befinden und somit noch keine medizinische Behandlung erhielten. So konnten die Forscher Moleküle identifizieren, die als Biomarker zur Unterstützung der Frühdiagnose dienen könnten.
Identifizierung einer Metabolom-Signatur Dank Computerwissenschaften
Aus einer Kohorte von 44 Menschen mit Parkinson und 43 gesunden Teilnehmern aus Luxemburg und der Großregion wurden mittels Lumbalpunktion Liquorproben entnommen und auf ihre Stoffwechselkomponenten untersucht. Insgesamt wurden in allen Proben 111 verschiedene Moleküle identifiziert. Ein Teil der Proben wurde zum Trainieren eines Computeralgorithmus verwendet, um eine spezifische Signatur für die Parkinson-Krankheit zu identifizieren. Der Rest der Proben wurde dann verwendet, um die Genauigkeit des Algorithmus zu bestätigen.
Da das Auftreten klinischer Symptome - und damit die Diagnose - in der Regel in einem Stadium erfolgt, in dem bereits ein wesentlicher Teil des Gehirns geschädigt ist, kann eine solche Signatur wertvolle Informationen für die Früherkennung der Parkinson-Krankheit liefern. Die Proben von Menschen mit Parkinson wurden jeweils mit entsprechenden Kontrollen verglichen, um einen Einfluss von Geschlecht oder Alter auf die Ergebnisse auszuschließen.
Veränderungen der Metabolit-Konzentrationen beeinflussen zelluläre Prozesse
Von den untersuchten Metaboliten war der Gehalt an Dehydroascorbinsäure (DHAA), einer Form von Vitamin C, die den Transport zum Gehirn ermöglicht, bei Menschen mit Parkinson deutlich verringert. Vitamin C schützt im Gehirn die Nervenzellen vor freien Radikalen, die die Zellen schädigen. Menschen mit Parkinson leiden an geschädigten Nervenzellen in einem bestimmten Bereich des Gehirns, so dass ein Mangel an DHAA als Frühindikator für zukünftige Zellschäden dienen könnte, die zur Parkinson-Krankheit führen.
Darüber hinaus wiesen die Forscher einen Anstieg von Threonsäure, einem Abbauprodukt von Vitamin C, im Liquor von Menschen mit Parkinson nach. Dies ist ein weiterer Hinweis darauf, dass der Vitamin-C-Stoffwechsel beeinträchtigt zu sein scheint, was sich auf die oxidative Stressreaktion auswirkt: Bei einem Mangel an Vitamin C im Gehirn kann der Schutz vor freien Radikalen nicht gewährleistet werden.
Die Ergebnisse wurden durch eine weitere Entdeckung unterstützt: Drei Zuckermoleküle - Glukose, Mannose und Fruktose - die für die schnelle Energiegewinnung verwendet werden, wurden in Proben von Menschen mit Parkinson in erhöhter Konzentration gemessen. Wenn eine Zelle oxidativem Stress ausgesetzt ist, baut sie bekanntermaßen vorzugsweise schnell Zuckermoleküle ab, um Energie zu gewinnen. Dieser Mechanismus vermeidet die Entstehung zusätzlicher freier Radikale - und damit weiteren oxidativen Stress - und stellt die Lebensfähigkeit der Zellen wieder her.
Validierung der Ergebnisse anhand einer unabhängigen Kohorte
Um die Ergebnisse der Studie zu bestätigen und den Algorithmus zu validieren, analysierten die Forscher Proben von einer Kohorte aus Tübingen, die aus 24 Menschen mit Parkinson und 12 gesunden Kontrollpersonen bestand. Alle Ergebnisse konnten in diesem unabhängigen Datensatz bestätigt werden, was die Genauigkeit und Robustheit des Algorithmus zeigt. Da die Ergebnisse weder vom Alter noch vom Geschlecht der Teilnehmer abhingen, kann die Metabolom-Signatur, die auf den Konzentrationen der Vitamin-C-Transportform und des Abbauprodukts, sowie den Konzentrationen von Zuckermetaboliten im Liquor basiert, einen wertvollen Beitrag zur Verbesserung der Frühdiagnose von Parkinson leisten.
Referenz: Jean-Pierre Trezzi et al., Distinct Metabolomic Signature in Cerebrospinal Fluid in Early Parkinson’s Disease, Movement Disorders (2017), DOI: 10.1002/mds.27132