Neurotransmittorer som måltavlor vid behandling av inflammatorisk hudsjukdom

Retinalförtunning och hjärnatrofi vid tidig MS och CIS över tid

Max Borgström | Nov 2018 | #0071A7 |

Max Borgström
med.kand.,
Medicinska fakulteten,
Linköpings universitet

Hans Link
professor emeritus,
Karolinska institutet,
Stockholm

Anders Tisell
fil.dr, MR-fysiker,
Medicinsk strålningsfysik,
Diagnostikcentrum,
Universitetssjukhuset,
Linköping

Yumin Huang-Link
docent, överläkare,
Neurologiska kliniken,
Institutionen för klinisk
och experimentell medicin (IKE),
Universitetssjukhuset,
Linköping

Optisk koherenstomografi (OCT) är en vävnadsavbildningsteknik som kan undersöka retina kvalitativt och kvantitativt. OCT-mätning av retina innefattar bland annat ganglioncellagret (GCL) i makula och retinala nervfiberlagret (RNFL) i papillen.1 GCL och RNFL utgör en del av centrala nervsystemet (CNS) och drabbas ofta vid demyelinisering i CNS såsom vid multipel skleros (MS) och kliniskt isolerat syndrom (CIS) i form av optikusneurit (ON). OCT betraktas i dag som komplement till magnetisk resonanstomografi (MRT) vid diagnostik och uppföljning av patienter med misstänkt eller kliniskt säkerställd MS.2,3 

Vi har tidigare rapporterat att OCT kan påvisa både anterograd neurodegeneration som vid ON4 och retrograd neurodegeneration som vid MS-plack lokaliserade till retro-chiasmala delar av synbanan.5 Där-emot är det inte etablerat om, och i så fall hur ofta, det finns ett tidsmässigt samband mellan förekomst av retinala förändringar påvisade med OCT och förändringar i hjärnparenkymet detekterade medelst MRT hos patienter med MS eller CIS. Kunskap om sådant samband skulle bland annat kunna bidra till att öka förståelsen för hur MS-relaterade förändringar sprids via synbanan mot och från CNS under MS-förloppet, hur ofta subklinisk ON förkommer, och om OCT-fynd kan bidra till MS-diagnos angående lesioners dissemination såväl i tid (DIT) som rum (DIS). För dessa ändamål har vi under fyra års tid arbetat med nedan redovisat projekt.

Patienter
Fyrtioåtta konsekutiva patienter med nydiagnostiserad misstänkt CNS-demyelinisering inkluderades prospektivt från februari 2014. Fyra patienter exkluderades: tre då de erhöll diagnosen neuromyelitis optica (NMO), och en patient som hade stroke. Efter två års uppföljning fick 22 av patienterna diagnosen MS medan resterande 22 patienter bedömdes ha kvarstående CIS. Alla patienter undersöktes med avseende på nervstatus enligt Expanded disability status scale (EDSS), cerebrospinalvätska (CSF), OCT-mätning för GCL och RNFL, MRT inklusive konventionell MRT, kvantitativ MRT (qMRT) och MR-spektroskopi (MRS). EDSS-, OCT- och MRT-mätningar upprepades vid ett respektive två års uppföljning. Lumbalpunktion utfördes på alla patienter vid inklusionen. CSF undersöktes beträffande cellantal, totalprotein, IgG-index och förekomst av minst två oligoklonala IgG-band (OB) i CSF utan motsvarighet i serum, indikerande IgG-produktion selektivt i CNS.

Metoder
OCT (Cirrus HD-SD 4000, Zeiss) mäter RNFL enligt Optic disc cube-protokoll med 200 × 200 skanningar centrerade i mitten av papillen. GCL mättes enligt Macula-protokoll med 512 × 128 skanningar centrerade i fovea. GCL är summan av GCL och inre plexiforma lagret (GCIPL) som inte kan skiljas åt med nuvarande OCT-utrustning. Konventionell MRT huvud och helrygg innefattar T2-viktade bilder, FLAIR-sekvenser och T1-viktade bilder med kontrast. Med MRT visualiseras och lokaliseras lesioner i CNS talande för MS. Med qMR mäts hjärn- och myelinvolymer (BPV och MYV), och hjärn- och myelinfraktioner (BPF och MYF) som avspeglar osynligt bortfall av hjärnparenkym och nervskador. MRS möjliggör icke-invasiv mätning av metaboliter i hjärnvävnad såsom myoinositol (mins).6 T-test, ANOVA och repeated-measure ANOVA, följda av post-hoc T-test, användes. För att undersöka förhållandet mellan OCT- och MR-parametrar användes linjära regressionsmodeller efter korrelationsanalyser. 

Resultat
• Kliniska karakteristika av studerade grupper
Patienter med CIS (n = 22) och patienter med MS (n = 22) uppvisade likartad fördelning beträffande ålder och kön (tabell 1). Det fanns ingen signifikant skillnad beträffande sjukdomsduration och förhållandet mellan patienter med ON och utan ON (NON) i de båda grupperna. Symtom från ryggmärgen sågs emellertid oftare vid MS än vid CIS. Högre antal lesioner på MRT hjärna och ryggmärg sågs vid MS än vid CIS. OB i CSF förekom oftare vid MS än vid CIS. Patienter med MS uppvisade högre EDSS än patienter med CIS (tabell 1).

• GCIPL- och RNFL-tjocklek var tunnare vid MS än CIS vid inklusionen
Vid inklusionen visade MS-gruppen tunnare genomsnittlig GCIPL-tjocklek (75 ± 8 µm) jämfört med CIS-gruppen (81 ± 8) (tabell 2). Med tanke på ON-påverkan på OCT-parametrar analyserades ögon med ON respektive NON separat (figur 1). Efter denna undergruppering av MS respektive CIS var GCIPL-tjockleken signifikant tunnare i MS-NON (76 ± 8), MS-ON (69 ± 6) och CIS-ON (71 ± 11) jämfört med CIS-NON (83 ± 11) (p <0,01 för alla jämförelser). 

Genomsnittlig RNFL-tjocklek skilde sig inte signifikant mellan MS (89 ± 10 µm) och CIS (92 ± 11) (tabell 2). Men övre kvadranten av RNFL var tjockare vid CIS (117 ± 16 µm) jämfört med MS (110 ± 17, p <0,05). Efter undergruppering av MS och CIS i ON respektive NON var övre kvadranten av RNFL tjockare i CIS-NON (118 ± 13) jämfört med MS-NON (111 ± 18), MS-ON (101 ± 9) och CIS-ON (110 ± 32) (p <0,05 för alla jämförelser). 

• Förtunning av GCL och RNFL skedde snabbare vid MS än vid CIS
Ingen signifikant skillnad i GCIPL-tjocklek observerades i CIS-gruppen mellan inklusionen (81 ± 8µm), år 1 (81 ± 8) och år 2 (80 ± 10). Signifikant minskning av GCIPL-tjocklek registrerades vid år 2 (73 ± 9) µm) jämfört med vid inklusionen (75 ± 8) och vid år 1 (75 ± 8) i MS-gruppen (figur 1). 

Beträffande GCIPL-tjocklek i subgrupperna över tid visade GCIPL inga signifikanta förändringar i CIS-NON. Däremot sågs signifikant förtunning av GCIPL-tjocklek över tid i övriga subgrupper (MS-NON, MS-ON och CIS-ON) (figur 1). 

På samma vis analyserades RNFL-tjocklek. En signifikant minskning av tjockleken i övre kvadranten av RNFL sågs i MS-gruppen vid år 2 (106 ± 16) jämfört med vid inklusionen (111 ± 17) och vid år 1 (108 ± 18). Tjockleken i övre kvadranten av RNFL i CIS-gruppen vid inklusionen (117 ± 16), år 1 (116 ± 18) och år 2 (114 ± 18) visade inga signifikanta skillnader (figur 1). 

Efter subgruppering registrerades oförändrad tjocklek i övre kvadranten av RNFL i CIS-NON över tid, däremot sågs signifikant minskning av tjockleken i övre kvadranten av RNFL i övriga subgrupper vid år 2 jämfört med vid inklusionen och vid år 1 (figur 1).  

• MR-parametrar
MS-gruppen uppvisade signifikant lägre medelvärden för BPF (87 ± 3 procent) och BPV (1207 ± 109 ml) jämfört med CIS-gruppen (89 ± 3 procent och 1293 ± 98 ml) (p <0,05 för båda jämförelserna). På motsvarande vis sågs lägre värden av MYF och MYV i MS-gruppen (12 ± 1 procent och 145 ± 23 ml) jämfört med CIS-gruppen (13 ± 0,7 procent och 167 ± 19 ml) (p <0,01 för båda jämförelserna). Däremot observerades högre koncentration av mins-värde i MS-gruppen (5,8 ± 1,6) jämfört med CIS-gruppen (4,4 ± 1,1, p <0,01) (tabell 2).

• Korrelationsanalys och linjära regressioner av MR och OCT
Korrelationen mellan OCT- och MR-parametrar i alla NON-ögon analyserades (figur 2). GCIPL-tjockleken korrelerade positivt med BPV (r = 0,35, p = 0,045) och med MYV (r = 0,41, p = 0,019), men korrelerade negativt med mins (r = -0,44, p = 0,010). Efter sammanslagning av samtliga data från inklusion, år 1 och 2 kvarstod korrelation mellan GCIPL-tjocklek och BPV, MYV respektive mins.

Slutligen applicerades linjär regression för att analysera samband med signifikanta parametrar av OCT och MR. Resultaten visade att varje mikronminskning av GCIPL-tjocklek motsvarar minskning med 4,9 ml BPV och 1,2 ml MYV. Vidare motsvarar varje mikronreduktion av GCIPL-tjocklek en ökning med 0,08 mM mins. 

Diskussion
Våra kliniska data visar att MS-gruppen i jämförelse med CIS-gruppen var associerad med mer sjukdomsaktivitet med ökad neuroinflammation och neurodegeneration. Neuroinflammation reflekterad av antalet lesioner på MRT och förekomst av OB i CSF var mer framträdande vid MS än vid CIS. Data för mins mätt med MRS ger stöd för uttalad neuroinflammation vid MS: den inflammatoriska metaboliten mins förekom i högre koncentration i hjärnparenkym vid MS än vid CIS. Neurodegeneration var också mer framträdande vid MS än vid CIS, vilket reflekterades av förtunnad GCIPL-tjocklek på OCT och minskad BPV, MYV, BPF och MYF på qMR vid MS jämfört med vid CIS. Longitudinella data med OCT visade konstant minskad GCIPL vid MS jämfört med CIS över tid. RNFL visade marginella förändringar över tid i MS-gruppen, och ingen signifikant förändring vid CIS. GCIPL korrelerade positivt med BPV och MYV, men negativt med mins.

Kliniska data avslöjade skillnader i EDSS-, MRT- och CSF-fynd trots likheter i ålder, könsdistribution och i sjukdomsduration mellan MS och CIS. Debutsymtom från ryggmärgen var vanligt vid MS, medan parestesier och smärta var vanligt vid CIS. EDSS var högre bland patienter med MS jämfört med patienter med CIS. På motsvarande sätt sågs fler lesioner på MRT i ryggmärg. Positivitet av IgG OB i CSF var högre vid MS än vid CIS. OB anses vara en oberoende prediktor för MS-diagnostik och MS konvertering från CIS, och kan vara tecken på spridning av lesioner över tid.7 

GCIP-tjocklek var betydligt tunnare vid MS jämfört med CIS trots att åldern vid symtomdebut och sjukdomsdurationen var lika. Detta gällde även för MS-gruppen vid uppföljning år 1 och 2. Förtunnad GCIPL registrerades i MS-gruppen även i frånvaro av ON, vilket är i överensstämmelse med andra studier.1,8 RNFL-tjocklek var mindre känslig jämfört med GCIPL för att skilja MS från CIS. Detta framkom vid inklusionen och vid två uppföljningstillfällen. Men över tid uppvisade MS-gruppen snabbare minskning av RNFL jämfört med CIS-gruppen.

MR är den viktigaste biomarkören för MS-diagnostik och -uppföljning. Metaboliter i hjärnan detekterade med MRS såsom tNAA, tCr, tCho, mins, Glx kan återspegla osynlig hjärnskada.9 Vår studie visar högre mins-koncentration i hjärnan vid MS jämfört med CIS. Dessutom korrelerade mins-koncentration negativt med GCIPL-tjocklek. Signifikanta skillnader av BPF, MYF, MYV och BPV mätt med qMR registrerades mellan MS och CIS. Detta indikerar aktivare patologisk process vid MS än vid CIS. De signifikanta korrelationerna mellan BPV, MYV mätt med qMR och GCIPL-tjocklek mätt med OCT kan indikera att retrograd neurodegeneration förekommer såväl vid MS som vid CIS. Således är GCIPL-tjocklek inte bara en biomarkör för anterograd degeneration efter ON, utan avspeglar också globala patologiska processer i hjärnan, såsom neuroinflammation och neurodegeneration.

Slutsats

Neuroinflammation reflekterad av OB i CSF, antal MS-lesioner på MRT och ökad mins-koncentration på MRS är mer framträdande vid MS än vid CIS. På motsvarande vis är neurodegeneration, reflekterad av förtunnad GCIPL-tjocklek på OCT och minskad hjärn- och myelinvolym på qMRT, mer uttalad vid MS än vid CIS. Longitudinella data är förenliga med data från inklusionen: snabbare minskning av GCIPL-tjocklek vid MS jämfört med vid CIS. GCIPL-tjocklek korrelerar positivt med BPV och MYV, men negativt med den inflammatoriska metaboliten mins. OCT-fynden från denna studie talar för att OCT kan vara en värdefull rutinundersökning för MS-diagnos och -prognos samt för monitorering av MS-utveckling och behandlingseffekter.

Samtliga data i denna artikel är föremål för publicering i vetenskapligt granskad tidskrift. 

Referenser

1. Petzold A, Balcer LJ, Calabresi PA, et al. Retinal layer segmentation in multiple sclerosis: a systematic review and meta-analysis. Lancet Neurol 2017;16:797-812. 2. Toosy AT, Naismith RT, Villoslada P. OCT as a window to the MS brain. Neurology 2017;89:2404-2405. 3. Saidha S, Sotirchos ES. OCT is an alternative to MRI for monitoring MS – YES. Mult Scler J 2018:135245851875436. 4. Huang-Link YM, Al-Hawasi A, Lindehammar H. Acute optic neuritis: retinal ganglion cell loss precedes retinal nerve fiber thinning. Neurol Sci 2015;36:617-620. 5. Huang-Link YM, Al-Hawasi A, Eveman I. Retrograde degeneration of visual pathway: hemimacular thinning of retinal ganglion cell layer in progressive and active multiple sclerosis. J Neurol 2014;261:2453-2456. 6. Tisell A, Leinhard OD, Warntjes JBM, Lundberg P. Procedure for quantitative 1 H magnetic resonance spectroscopy and tissue characterization of human brain tissue based on the use of quantitative magnetic resonance imaging. Magn Reson Med 2013;70:905-915. 7. Thompson AJ, Baranzini SE, Geurts J, Hemmer B, Ciccarelli O. Multiple sclerosis. Lancet 2018;6736:1-15. 8. Huang-Link YM, Fredrikson M, Link H. Benign Multiple Sclerosis is Associated with Reduced Thinning of the Retinal Nerve Fiber and Ganglion Cell. J Clin Neurol 2015;11:241-247. 9. Fernando KTM, McLean MA, Chard DT, et al. Elevated white matter myo-inositol in clinically isolated syndromes suggestive of multiple sclerosis. Brain 2004;127:1361-1369.