DE69433687T2 - Die verwendung von wachstumshormon zur herstellung eines medikaments zur behandlung der ischämischen hirnschädigung und demenz - Google Patents
Die verwendung von wachstumshormon zur herstellung eines medikaments zur behandlung der ischämischen hirnschädigung und demenz Download PDFInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft die Verwendung von Wachstumshormon (GH [= Growth Hormone]) oder dessen Analogen bei der Herstellung eines Arzneimittels, das zu einer erhöhten Konzentration von GH, dem insulinähnlichen Wachstumsfaktor I (IGF-I [= Insuline-like Growth Factor I]), IGFBP-3 und β-Endorphin-Immunreaktivität im Liquor führt.
- Einleitung
- Erwachsene Patienten mit einem unsubstituierten Wachstumshormonmangel beschweren sich häufig über allgemeine Müdigkeit, Konzentrationsmangel und Erinnerungsschwächen. Durch die Müdigkeit wird ihre Arbeitsfähigkeit insgesamt verringert, was negative Folgen für den Beruf und die täglichen Aktivitäten der Patienten mit sich bringt. In den letzten Jahren wurde mit Verfahren zur beweisgültigen Beurteilung der Lebensqualität die Art und das Ausmaß des psychosozialen Problems im Zusammenhang mit Wachstumshormonmangel in Erwachsenen aufgezeigt (1).
- Es konnte kürzlich gezeigt werden, daß die Behandlung von Patienten mit Wachstumshormonmangel mit rekombinantem menschlichem Wachstumshormon (rhGH) bereits innerhalb weniger Wochen das psychologische Wohlbefinden der Patienten beeinflußt (1,2). Die physiologischen Mechanismen hinter dieser Verbesserung sind nicht bekannt, könnten jedoch auf einen direkten Effekt des GH auf Zellen im Gehirn zurückzuführen oder ein Nebeneffekt der Produktion von niedrigmolekularen Substanzen, die die Blut-Hirn-Schranke passieren, sein. Der Effekt könnte ebenso das Resultat einer Veränderung der Körperzusammensetzung sein, die als Ergebnis einer GH-Behandlung auftritt. Interessanterweise wurden GH-Rezeptoren an vielen Stellen im Gehirn nachgewiesen, beispielsweise im Plexus Choroideum, im Hippocampus, im Hypothalamus und in der Hypophyse (3,4). Es wurde vorgeschlagen, daß die Anwesenheit von GH-Rezeptoren im Plexus Choroideum an einem Mechanismus zum Transport des Hormons über die Blut-Hirn-Schranke hinweg beteiligt ist (4). Niedrige Konzentrationen an GH wurden im Liquor (CSF [= Cerebral Spinal Fluid]) im Menschen gefunden (5), doch ist nicht bekannt, ob rhGH die Blut-Liquor-Schranke überschreitet. Die intraperitoneale Injektion von mit 125I markiertem Ratten-GH führt zu einer Anreicherung der Radioaktivität in mehreren Hirnzonen, was vermuten läßt, daß GH die Blut-Hirn-Schranke in der Ratte überschreitet (6). Zudem wurde der insulinähnliche Wachstumsfaktor I (IGF-I) aus menschlichem Gehirn isoliert (6a), wobei IGF-I-Rezeptoren über das gesamte Gehirn verteilt sind (6b).
- Die Zufuhr von IGF-I in Ratten nach hypoxischischämischer Verletzung im Gehirn sowie die Auswirkungen davon auf die Reduzierung neuronaler [Text unlesbar] Biochem [Text unlesbar] Res. Commun., Bd. 182, 1992, 593–599.
- β-Endorphine, die vorwiegend in der Hypophyse und dem Hypothalamus produziert werden, sind mit Stimmungsverbesserung nach körperlicher Bewegung in Zusammenhang gebracht worden (7). Ebenso wurde vorgeschlagen, daß Depression mit einer Unteraktivität des endogenen opioidergen Systems in Zusammenhang steht, wohingegen eine Manie die Überaktivität des Systems widerspiegelt (8). Ebenso wurden bei affektiven Psychosen Veränderungen der Monoaminkonzentration gefunden (9), und eine Behandlung normaler Ratten und Ratten, denen die Hypophyse entfernt worden ist, mit GH beeinflußt die Konzentrationen von Monoaminen im Gehirn (10).
- Zur Charakterisierung der biochemischen Veränderungen bei Patienten mit Wachstumshormonmangel als Antwort auf rhGH wurden von uns die Auswirkungen einer einmonatigen Behandlung mit rhGH auf die Konzentrationen von GH, IGF-I, IGFBP-3, Opioidpeptiden, Neuropeptiden sowie Monoaminmetaboliten im Liquor untersucht.
- Die Erfindung betrifft die Verwendung von Wachstumshormon oder dessen Analogen zur Herstellung eines Arzneimittels, das zu einer erhöhten Konzentration von Wachstumshormon im Liquor führt.
- Sie betrifft ebenfalls die Verwendung von Wachstumshormon oder dessen Analogen bei der Herstellung eines Arzneimittels, das zu einer erhöhten Konzentration von IGF-I, IGFBP-3 und β-Endorphin-Immunreaktivität im Liquor führt.
- Dabei wurde festgestellt, daß das verabreichte Wachstumshormon die Blut-Liquor-Schranke passiert und somit zu einer erhöhten Konzentration von Wachstumshormon im Liquor führt.
- Die Behandlung dauert vorzugsweise wenigstens einen Monat, wobei die Menge an GH vorzugsweise 0,1 – 3 U/kg/Woche beträgt.
- Das Arzneimittel dient zur Behandlung ischämischer Hirnschädigungen und von Demenz.
- Das Arzneimittel enthält vorzugsweise rekombinantes Wachstumshormon, wie z.B. Genotropin®. Mit Analog ist ein Peptid gemeint, das im wesentlichen die gleiche Peptidkette wie Wachstumshormon aufweist und denselben gewünschten physiologischen Effekt wie Wachstumshormon ergibt.
- Probanden und Verfahren
- Untersuchungsaufbau
- Es handelte sich um eine placebokontrollierte Doppelblindstudie, bei der rhGH (Genotropin®, Kabi Pharmacia, Stockholm, Schweden) bei 20 Patienten mit etabliertem Wachstumshormonmangel verwendet wurde. Die Patienten wurden über einen Zeitraum von einem Monat untersucht. Die Art der Untersuchung wurde den Patienten erklärt und deren schriftliche Einverständniserklärung eingeholt. Kabi Pharmacia stellte die Zufallscodes zur Verfügung, die erst nach Abschluß der Untersuchung des letzten Patienten entschlüsselt wurden. Das Untersuchungsprotokoll wurde vom Ethikausschuß der Medizinischen Fakultät der Universität Göteborg sowie dem schwedischen Gesundheitsministerium, Stockholm, genehmigt.
- Behandlung
- Die rhGH-Dosierung betrug 0,25 U/kg/Woche und wurde dem Patienten vor dem Zubettgehen subkutan verabreicht. Die maximale tägliche Dosis betrug 4 U. Die Placebo-Fläschchen enthielten das gleiche Vehikel wie die rhGH-Fläschchen und waren von den letzteren nicht unterscheidbar. Die rhGH-Fläschchen enthielten 16 U (5,92 mg). Zwischen den Injektionen wurden offene Fläschchen in einem Kühlschrank aufbewahrt (Temperatur zwischen 5–12°C) und maximal 7 Tage vor Sonnenlicht geschützt.
- Untersuchungsprotokoll
- Die Patienten wurden nacheinander als stationäre Patienten in der endokrinen Abteilung einen Tag lang vor der Behandlung mit dem Placebo bzw. der aktiven Therapie und danach einen Monat nach Beginn der Behandlung mit dem Placebo bzw. rhGH untersucht. Dabei fasteten die Patienten und bekamen von Mitternacht an Bettruhe verordnet, bevor am folgenden Tag zwischen 8 Uhr und 9 Uhr die Lumbalpunktion durchgeführt wurde. Am Morgen wurde lediglich die Hormonersatzmedizin eingenommen. Der L3-L4- bzw. L4-L5-Zwischenraum wurde mit einer 22-Gauge-Nadel punktiert, wobei der Patient auf der Seite lag. Die ersten 12 ml CSF wurden gründlich gemischt. Von diesem Teil wurden Aliquots von jeweils 1 ml nach Zentrifugation eingefroren. Der verbliebene CSF wurde zur Zellzählung, Zytologie, Quantifizierung von Albumin und IgG sowie zur isolektrischen Fokussierung verwendet. Der 13. und der 14. ml gesammelter CSF wurden zur späteren Analyse von gamma-Aminobuttersäure (GABA) unmittelbar am Bett eingefroren. Der 15. bis 25. ml CSF wurde in Portionen von jeweils 2 ml gesammelt, mit Proteaseinhibitoren vermischt und zur späteren Analyse von Endorphinen, Neuropeptiden, hGH und IGF-I am Bett eingefroren. Gleichzeitig mit CSF wurde Serum gesammelt und in Aliquots eingefroren. Alle Proben wurden bis zur Analyse bei –80°C aufbewahrt.
- Patienten
- 20 Patienten im Alter von 30–65 Jahren, die zuvor als stationäre Patienten in der Abteilung für Endokrinologie aufgrund einer im erwachsenen Alter erworbenen Hypophyseninsuffizienz nach insulininduzierter Hypoglykämie untersucht worden waren und die alle eine GH-Serumkonzentration von weniger als 5 mU/l aufwiesen, wurden gebeten, an der Untersuchung teilzunehmen. Alle Patienten waren mit einer angemessenen Ersatztherapie von Glucokortikoiden (Kortisonacetat 25–50 mg/Tag), Schilddrüsenhormonen (L-T4, 0,1–0,15 mg/Tag) und Geschlechtshormonen behandelt worden. Keiner der Patienten war zuvor mit GH behandelt worden. Die Merkmale der 20 Patienten in den Untersuchungsgruppen sind in Tabelle 1 gezeigt.
- Analyseverfahren
- Die CSF-Zellen wurden in einer Fuchs-Rosenthal-Kammer gezählt. Zytologische Präparationen wurden in einer Zytozentrifuge durchgeführt und mit einer May-Grünwald-Giemsa-Lösung angefärbt.
- Albumin und IgG wurden im CSF und Serum unter Verwendung der nephelometrischen Technik einschließlich von Kit-Standards gemessen (Behring Nephelometer Analyser). Die Ungenauigkeit betrug < 5% (Gesamt-CV) bei 43,6 g/l und 234 mg/l für Albumin und 13,7 g/l und 34,7 mg/l für IgG. Das Albuminverhältnis (CSF-Albumin/-Serumalbumin × 1000) wurde zur Beurteilung der Blut-CSF-Schranke verwendet. Der IgG-Index wurde als quantitatives Maß der lokalen IgG-Synthese berechnet (11). Die isoelektrische Fokussierung wurde in mit Silberfärbung angefärbten Polyacrylamidgelen durchgeführt (12). Die intrathekale IgG-Produktion wurde durch Immunoblottechnik verifiziert, wobei ein Antiserum gegen die gamma-Kette des menschlichen IgG verwendet wurde. Die lokale IgG-Synthese wurde in Form von zwei oder mehr CSF-angereicherten IgG-Banden definiert.
- Beta-2-Mikroglobulin wurde in CSF und Serum mit ELISA bestimmt (13) (A 972 und P 174 Dakopatts a/s, Kopenhagen, Dänemark). Der Gesamtvariationskoeffizient betrug < 5% bei 2,07 mg/l bzw. 1,04 mg/l für Serum bzw. CSF.
- Opioidpeptide
- Die CSF-Proben wurden direkt in vorgekühlten Polypropylenröhrchen (Cryotubes, Nunc, Dänemark), die Phosphatpuffer mit 0,1% Rinderserumalbumin, 0,34 M K3-EDTA und Peptidaseinhibitoren (Endkonzentration: 20 μmol/l Bestatin, 0,1 μmol/l Thiorphan, 1 μmol/l Captopril, 1000 Kallikrein IU/ml und 2 μmol/l PMSF) enthielten, gesammelt.
- Die Enkephalin-RIA-Assays wurden unter Verwendung eines anti-[Leu5]- und [Met5]-Enkephalin-Kaninchen-Antikörpers (RA-08-099, Cambridge Research Biochemicals, Diagnostika, Falkenberg, Schweden) mit 100% Kreuzreaktivität zu Leu-Enkephalin, 50% Kreuzreaktivität zu Met-Enkephalin, 2% Kreuzreaktivität zu β-Endorphin und <1% Kreuzreaktivität zu Met-Enkephalinsulfoxid, Dynorphin A, Vasoactive Intestinal Peptide (VIP), Neuropeptide Y (NPY), Corticotropin Releasing Factor (CRF) oder Somatostatin 14 (SS 14) durchgeführt. Der Leu-Enkephalin-Standard (No 8601) kam von Peninsula Laboratories, Inc., (Merseyside, UK), und [125I]-Leu-Enkephalin (Du Pont, NEN Division, Deutschland) wurde als Tracer verwendet. Das niedrigste Quantifizierungsniveau wurde auf 1,0 pmol/l für die Enkephalin-Immunreaktivität gesetzt.
- Dynorphin-A-RIR-Assays wurden unter Verwendung eines Kaninchen-Anti-Dynorphin-A-(1-17)-Antikörpers (RAS – 8730), von unmarkiertem Dynorphin A (No 8730) und [125I]-Dynorphin A von Pensinsula Laboratories, Inc. durchgeführt. Dieser Antikörper reagiert zu 100 mit Dynorphin A 1–17, zu 42% mit Dynorphin A 1–13, zu 30% mit Dynorphin A 1–10 NH2, zu 4% mit Dynorphin 1–10, zu 0,02% mit Dynorphin A 1–9 und weist < 1% Kreuzreaktivität zu Met-, Leu-Enkephalin, β-Endorphin, VIP, NPY, CRF oder SS 14 auf. Das niedrigste Quantifizierungsniveau wurde auf 7,8 pmol/l gesetzt.
- Für die β-Endorphin-RIA-Assays wurde der Kaninchen-Anti-β-Endorphin-Antikörper N 1621 (Amersham, Aylesbury, UK) verwendet. Dieser Antikörper weist 1–2% Kreuzreaktivität zu β-Lipotropin und < 1% Kreuzreaktivität zu β-Endorphin, Met-, Leu-Enkephalin, VIP, NPY, CRF oder SS 14 auf. Der nichtradioaktive Standard (No 8616) wurde von Peninsula Laboratories, Inc. bezogen, und das 3-[125I]-Iodotyrosyl-β-Endorphin stammte von Amersham. Das niedrigste Quantifizierungsniveau wurde auf 4,0 pmol/l gesetzt.
- Der RIA-Assay für VIP wurde mit dem Antikörper RA-08-115 und dem nichtradioaktiven Standard PP-05-2283 A (Cambridge Research Biochemicals) sowie dem radioaktiven Tracer IM.158 von Amersham durchgeführt. Die Antikörperspezifität betrug 100 für natives VIP, 70% für VIP 1–28 und < 1% Kreuzreaktivität zu Met-, Leu-Enkephalin, β-Endorphin, VIP, NPY, CRF oder SS 14. Das niedrigste Quantifizierungsniveau wurde auf 2,0 pmol/l gesetzt.
- Der RIA-Assay für Somatostatin 14 wurde mit dem Antikörper RAS 8001 (Peninsula Laboratories, Inc.), dem nichtradioaktiven Standard PP-05-2254 A (Cambridge Research Biochemicals) und dem nativen iodierten Tracer IM.161 vom Amersham durchgeführt. Die Antikörperspezifität betrug 100% Somatostatin 14, 100% Somatostatin 28, 100% Somatostatin 25 und, gemäß unseren eigenen Tests, 69% Met-Enkephalin, 16% Leu-Enkephalin, 14% Dynorphin A, 8% β-Endorphin, 16% VIP, 20% CRF und < 1% für NPY. Das niedrigste Quantifizierungsniveau wurde auf 8,2 pmol/l gesetzt.
- Für den RIA-Assay für CRF wurde der Antikörper RA-08-082 sowie der nichtradioaktive Standard PP-05-1004 (Cambridge Research Biochemicals) und der iodierte Tracer IM.189 von Amersham verwendet. Die Antikörperreaktivität betrug 100% menschlicher CRF und < 1% Kreuzreaktivität zu Met-, Leu-Enkephalin, β-Endorphin, VIP, NPY, CRF oder SS 14. Die CSF-Proben wurden zunächst einem HPLC-Fraktionierungsschritt (14) unterzogen, und das niedrigste Quantifizierungsniveau wurde auf 8,2 pmol/l gesetzt.
- Alle Standards und Proben wurden in Polypropylenröhrchen aufbewahrt, und alle Inkubationen mit Antiseren wurden bei 4°C über Nacht (oder länger) unter Verwendung eines 0,1 M Natriumphosphatpuffers mit 50 mM Natriumchlorid und pH 7,4, der 0,1% Rinderserumalbumin (Sigma, St. Louis, USA), 0,1% Natriumazid und 0,1% (v/v) Triton X-100 enthielt, durchgeführt. Zur Fällung bei Raumtemperatur wurde ein polyklonaler Schaf-Anti-Kaninchen-Antikörper (Dekantiersuspension Nr 3, Pharmacia, Schweden) verwendet. Alle Proben wurden als Zweifachbestimmungen gefahren.
- Der reiheninterne Variationskoeffizient der RIA-Assays wurde von einer mit den jeweiligen Peptiden versetzten CSF-Kontrolle berechnet, wobei sich für den Met- und Leu-Enkephalin-Assay ein Wert von 9% (bei 5 pmol/l, n=4), für den Dydorphin-A-Assay ein Wert von 3,4% (bei 50 pmol/l, n=4), für den β-Endorphin-Assay ein Wert von 4,9% (bei 40 pmol/l, n=4), für den VIP-Assay ein Wert von 10,6% (bei 50 pmol/l, n=10), für den Somatostatin-14-Assay ein Wert von 2,5% (bei 110 pmol/l, n=4) und für den CRF ein Wert von 3,3% (bei 100 pmol/l, n=4) ergab. Der Gesamt-CV des CRF-Assays (einschließlich HPLC) betrug 13,8% (bei 44 pmol/l, n=18).
- Gamma-Aminobuttersäure
- CSF (400 μl) wurde in UFC3LC00-Mikrosäulen (Ultrafree-MC Low Bindung Cellulose, Millipore, Göteborg, Schweden) ultrafiltriert, und die Aminosäuren wurden mit FMOC-Reagens derivatisiert und auf Umkehrphasen-HPLC (HP 1090, Hewlett Packard Company, Palo Alto, CA, USA, ausgerüstet mit einem Perkin-Elmer-LS-4-Fluoreszenzspektrometer (Perkin-Elmer Corp., Norwalk, CT, USA) und einem HP-1000-Chromatographie-Datensystem) im wesentlichen nach Einarsson et al. (15) getrennt. Bei der Säule handelte es sich um eine HICHROM-S5-C8-Säule (Hichrom Limited, Theale, UK) von 200 × 4,5 mm. Der Gradient bestand aus einem 20 mM Zitronensäurepuffer, einem 20 mM Natriumcitratpuffer und Tetrahydrofuran und wurde 35 min mit steigendem pH-Wert und abnehmender Polarität bei 1,0 ml/min gefahren. Das niedrigste Detektionsniveau wurde auf 30 nmol/l bei einer Wiedergewinnung von 100% gesetzt, wobei der reiheninterne Variationskoeffizient, berechnet aus einer CSF-Kontrolle, 3% betrug (bei 340 nmol/l, n=15).
- Bestimmung von 3-Methoxy-4-hydroxyphenylethylenglykol (MHPG); 5-Hydroxyindolessigsäure, (5-HIAA); 4-Hydroxy-3-methoxyphenylessigsäure (Homovanillinsäure, HVA) in CSF.
- Die CSF-Proben wurden aufgetaut und 1:1 (v/v) in 50 mM Natriumacetatpuffer pH 4,00 mit 250 mg/l Na2-EDTA, 250 mg/l reduziertem Glutathion und 500 nmol/l 4-Hydroxy-3-methoxyphenylmilchsäure (MHPLA) als internem Standard verdünnt. Aliquots von jeweils 80 μl wurden in ein HPLC-System (Kontron Instruments, Zürich, Schweiz) injiziert und in einer einzigen Reihe gefahren. Die Trennung wurde im Umkehrphasenmodus auf einer Ultrasphere-ODS-Säule, Partikelgröße 5 μm, 250 mm × 4,6 mm I.D. (Beckman Instruments, San Ramon, CA, USA), im wesentlichen nach Ojala-Karlsson et al. (16) durchgeführt. Die Mobilphase bestand aus einem Gemisch aus 50 mM Essigsäure, 45 mM Citronensäure, 0,3 mM Na2-EDTA und 3,5% (v/v) Methanol bei einem pH-Wert von 5,20±0,02. Es wurde ein elektrochemischer Detektor Coulochem II (ESA Inc., Badford, MA, USA) mit Konditionierungszelle (Modell 5021) und Hochempfindlichkeitsanalysezelle (Modell 5011) verwendet. Die Elektrodenpotentiale wurden auf beste Empfindlichkeit und Selektivität hin optimiert, wobei ein berechnetes Verhältnis der Signale aus Zellen 1 und 2 dem analytischen System die Selektivität verlieh. Das Signal aus der Analysezelle 2 wurde zur Quantifizierung unter Verwendung einer aus mehreren Punkten bestehenden Kalibrierungskurve mit dem Innerer-Standard-Verfahren verwendet. Der reiheninterne Variationskoeffizient betrug 4, 2%, 8, 9 % und 4, 2 % für MHPG (25, 5 nM) , 5-HIAA (318,4 nM) bzw. HVA (153,7 nM). (A. Grzegorczyk et al., unveröffentlicht).
- Die Konzentrationsniveaus von insulinähnlichem Wachstumsfaktor 1 (IGF-I) im Plasma wurden mit einem RIA-Kit vom Nichols Institute, Wijehen, Niederlande, bestimmt. Der lösliche IGF-I wurde vom Bindungsprotein mittels eines Säure-Ethanol- und alkalischen Fällungsschritts getrennt.
- Die IGF-I-Niveaus im CSF wurden nach einer Extraktion mit einer C-18-Sep-Pak-Säule gemäß dem RIA-Kit gemessen.
- Die Plasmakonzentrationsniveaus des Insulinähnlicher-Wachstumsfaktor-Bindungsproteins 3 (IGFBP-3 [= Insulinlike Growth Factor Binding Protein-3]) wurden mit einem RIA-Kit vom Nichols Institute, Wijehen, Niederlande, bestimmt. Die hGH-Serumkonzentrationsniveaus wurden mit einem radioimmunometrischen Assay von Pharmacia, Uppsala, Schweden, bestimmt. Der hGH-Standard im Kit wurde gegen den ersten internationalen Standard 80/505 der WHO kalibriert. Die Wachstumshormon-Konzentrationsniveaus in 1 ml Urin, 500 μl und 250 μl CSF (15–25. ml) wurden mit einem immunometrischen Assay für Wachstumshormon im Urin (BioMerieux, Frankreich) gemessen. Das Verfahren hatte eine Nachweisgrenze von 1,3 μU/l GH, und der Gesamtvariationskoeffizient für das Verfahren betrug < 8% (Mittelwert 8,8 μU/l, n=62), 5,6% (Mittelwert 45,8 μU/l, n=60) und 7,4% (Mittelwert 98,3 μU/l, n=59). Der Assay wurde gegen den ersten internationalen Standard der WHO (80:505; 2,6 U/mg) kalibriert. Die Linearität des Verfahrens wurde mittels Verdünnungsreihen von sowohl Urin- als auch CSF-Proben getestet. Die Verdünnungskurven verliefen parallel zu der Standardkurve, womit eine unspezifische Kreuzreaktivität ausgeschlossen war. Alle Proben wurden als Doppelbestimmungen gefahren.
- Statistische Verfahren Deskriptive Werte sind als Mittelwert ± Standardfehler des Mittelwerts (SEM [= Standard Error of the Mean]) angegeben. Die Unterschiede zwischen den Gruppen auf der Grundlinie wurden mit dem nichtparametrischen Mann-Whitney-Test sowie durch Cluster-Analyse und Hauptkomponentenanalyse (17) analysiert. Die Unterschiede zwischen den Behandlungsgruppen der auf der Grundlinie sowie nach 1 Monat erhaltenen Werte wurden getrennt mit dem Ein-Proben-Permutationstest analysiert. Die Korrelation zwischen zwei Variablen wurde mit Spearmans Rang-Korrelationstest berechnet. Dabei werden zweiseitige (two-tailed) p-Werte angegeben.
- Ergebnisse
- Unterschiede zwischen den rhGH- und den Placebo-Gruppen auf der Grundlinie
- Da bei mehreren Variablen eine Neigung zu Unterschieden zwischen den zwei Gruppen bestand, die zwar statistisch nicht signifikant waren, wurde dennoch eine Kluster-Analyse auf Basis der Daten für Serum-GH, CSF-GH, Urin-GH, Plasma-IGF-I, Plasma-IGFBP-3, CS-β-Endorphin, CSF-5-HIAA, CSF-HVA, Alter, Körpermassenindex und die Dauer des Wachstumshormonmangels durchgeführt. Außer zwischen Männern und Frauen konnte dabei keine Gruppierung gezeigt werden.
- Darüber hinaus wurden Hauptkomponentenanalysen auf Basis aller Variablen für alle Individuen auf der Grundlinie durchgeführt. Dabei gab es keine deutliche Trennung zwischen den beiden Gruppen, obwohl bei der beschränkten Anzahl teilnehmender Patienten eine Tendenz zu einer verzerrten Verteilung beobachtet wurde.
- Es gab lediglich bei vier der analysierten Variablen statistisch signifikante Unterschiede (P<0,05) zwischen den beiden Gruppen auf der Grundlinie. In der rhGH-Gruppe lag eine höhere 5-HIAA-Konzentration (159,8 vs 99,3 nmol/l, P=0,01), eine höhere Serumalbuminkonzentration (39,8 vs. 36,3 g/l, P=0,01), ein höherer IgG-Index (0,47 und 0,42, P=0,02) und eine höhere Dynorphin-A-Konzentration (12,4 und 5,6 pmol/l) vor.
- Zur Beurteilung der Auswirkung der Behandlung wurden ebenfalls Hauptkomponentenanalysen eingesetzt, wobei eine deutliche Trennung zwischen Individuen, die das Placebo erhalten hatten, bzw. Individuen, die rhGH erhalten hatten, beobachtet wurde. In den folgenden Abschnitten wird auf die Veränderungen der einzelnen Variablen getrennt eingegangen.
- Acht Patienten wiesen eine Schädigung der Blut-Hirn-Schranke auf, wie durch ein Albuminverhältnis von > 7,0 auf der Grundlinie angedeutet wurde. Alle Patienten besaßen eine normale Anzahl von CSF-Zellen und einen normalen IgG-Index. Bei der isolektrischen Fokussierung wiesen vier Patienten Zeichen einer intrathekalen IgG-Produktion auf.
- Auswirkungen der rhGH-Behandlung
- Es gab statistisch signifikante Unterschiede zwischen den Änderungen mehrerer CSF-Variablen nach einem Monat rhGH-Behandlung zwischen der rhGH- und der Placebo-Gruppe: die CSF-Konzentrationen an GH (p<0,001), IGF-I (p<0,001), IGFBP-3 (p<0,001), HVA (p=0,02) und beta-Endorphinimmunreaktivität (p<0,001).
- CSF-Lumbaldruck, Serum- und CSF-Albumin- und β2-Mikroglobulin-Konzentrationen, Albuminverhältnis und IgG-Index
- Während der Behandlung mit rhGH blieb der Lumbaldruck unverändert. Die mittlere Serumalbuminkonzentration nahm von 39,8±0,7 auf 34,8±1,0 g/l ab (p=0,01), doch blieb die CSF-Albuminkonzentration unverändert. Somit stieg das Albuminverhältnis während der rhGH-Behandlung von 6,7±0,8 auf 8,0±0,8 an (p=0,01), doch der IgG-Index blieb unverändert. Serum-β2-Mikroglobulin stieg während der rhGH-Behandlung von 1,69±0,07 auf 1,96±0,1 mg/l an (p=0,02), doch blieb das CSF-β2-Mikroglobulin unverändert (Tabelle 4).
- β-Endorphin-, Enkephalin- und Dynorphin-A-Immunreaktivitäten
- Bei Patienten, die rhGH erhielten, stieg die mittlere Konzentration der β-Endorphin-Immunreaktivitäten im CSF von 24,4±1,8 auf 29,9±2,1 pmol/l (p=0,002) (
1a ). Während der rhGH-Behandlung blieben die Enkephalin-Immunreaktivitäten unverändert (Tabelle 3). Bei der Dynorphin-A-Reaktivität wurde keine Änderung zwischen den Individuen während der Untersuchungen beobachtet (Daten nicht gezeigt). - MHPG, 5-HIAA und HVA
- Die Konzentrationen an MHPG und 5-HIAA in CSF blieben während der Behandlung mit rhGH unverändert, während die HVA-Konzentration von 282,1±36,0 auf 234,3±26,5 nmol/l abnahm (p=0,02), Tabelle 3 (
2a ). - VIP, CRF, Somatostatin und GABA
- Die VIP-Konzentration in CSF nahm von 4,1±0,6 auf 3,7±0,4 pmol/l ab (p=0,03). Die Konzentrationen der CRF- und Somatostatin-Immunreaktivitäten im CSF blieben ebenso wie die GABA-Konzentration während der Behandlung mit rhGH unverändert, Tabelle 3.
- Serum- und Urin-GH-Konzentration, IGF-I- und IGFBP-3-Plasmakonzentrationen sowie GH-,IGF-I- und IGFBP-3-CSF-Konzentrationen
- Während der rhGH-Behandlung stiegen die Plasmakonzentrationen von IGF-I von 90,4±17,9 auf 342,3±41,2 μg/l (p=0,002) und von IGFBP-3 von 1,71±0,24 auf 2,98±0,22 mg/l (p=0,002) an. Die Serum-GH-Konzentration stieg von 0,05±0,03 auf 3,92±0,92 mU/l (p=0,002) an. Während der rhGH-Behandlung stieg die CSF-Konzentration von GH um das Zehnfache von 13,3±4,4 auf 149,3±22,2 μU/l (p=0,002) an (
3a ), und CSF-IGFBP-3 stieg von 13,4±1,25 auf 17,5±1,83 μg/l (p=0,002) an (Tabelle 2). - Die CSF-IGF-I-Konzentration stieg von 0,67±0,04 auf 0,99±0,10 μg/l an (p=0,005). (
4 und Tabelle 2). - Beziehung zwischen der Änderug der CSF-GH-Konzentration und den Änderungen der Konzentrationen von endogenen Opioiden, Neuropeptiden und Monoaminmetaboliten während der rhGH-Behandlung
- Es gab eine positive Beziehung (RS:0,57, p<0,05) zwischen dem Anstieg der GH-Konzentration im CSF und dem Anstieg der β-Endorphin-Immunreaktivität. Es gab eine negative Beziehung zwischen dem Anstieg der GH-Konzentration im CSF und der Abnahme von HVA. Es gab keine Korrelation zwischen der Änderung der CSF-GH-Konzentration und den Änderungen der immunreaktiven Enkephalin-, Dynorphin-A-, VIP-, Somatostatin- oder MHPG-, 5-HIAA- und GABA-Konzentrationen.
- Beziehung zwischen der Änderung der CSF-GH-Konzentration und den Änderungen der CSF-IGF-I-Konzentrationen während der rhGH-Behandlung
- Es gab keine Korrelation zwischen dem Anstieg der CSF-GH-Konzentration und dem Anstieg der CSF-IGF-I-Konzentration.
- Beziehung zwischen der Änderung der CSF-IGF-I-Konzentration und den Änderungen der CSF-IGFBP-3- und Plasmakonzentrationen.
- Der Anstieg der CSF-IGF-I-Konzentration zeigte eine starke positive Korrelation mit dem Anstieg von CSF-IGFBP-3 (r=0,81, p<0,05). Es gab keine Korrelation zwischen dem Anstieg der CSF-IGF-I-Konzentration und dem Anstieg von Plasma-IGF-I.
- Beziehung zwischen der Änderung der CSF-GH-Konzentration und den Änderungen der CSF- und Plasma-IGFBP-3-Konzentrationen und der Plasma-IGF-I-Konzentration
- Der Anstieg der CSF-GH-Konzentration korrelierte mit dem Anstieg von CSF-IGFBP-3 (Rs:0,66, p<0,01), Serum-IGFBP-3 (Rs:0,67, p<0,01) und Serum-IGF-I (Rs:0,7, p<0,01).
- Tabelle 2. Messungen der GH-Konzentration in Serum (Sera) und Liquor (CSF), von GH im Urin, von insulinähnlichem Wachstumsfaktor I, (IGF-I) in Plasma, von IGF-Bindungsprotein-3 (IGFBP-3) in Plasma und in CSF bei Patienten mit Wachstumshormonmangel, die 1 Monat mit rhGH bzw. Placebo behandelt wurden.
- Tabelle 3. Messungen von endogenen Opioiden, Neuropeptiden und Monoaminmetaboliten im CSF bei Patienten mit Wachstumshormonmangel, die 1 Monat mit rhGH bzw. Placebo behandelt wurden.
- Tabelle 4. Messungen des Lumbaldrucks, der Serum- und CSF-Albuminkonzentrationen, des Albuminverhältnisses, des IgG-Index und der Serum- und CSF-β2-Mikroglobulinkonzentrationen in Patienten mit Wachstumshormonmangel, die 1 Monat mit rhGH bzw. Placebo behandelt wurden.
- Diskussion
- Trotz einer beschränkten Anzahl an Patienten werden in diesem Bericht systematisch die Veränderungen mehrerer biochemischer Größen im CSF als Ergebnis der Behandlung erwachsener, an Wachstumshormonmangel leidender Patienten mit rhGH beschrieben. Die Zufallsauswahlkriterien, die zu Beginn gewählt wurden, um eine psychometrische Beurteilung der Behandlung zu ermöglichen, produzierten eine etwas verzerrte Verteilung der Individuen auf die rhGH- und Placebo-Gruppen. Die Unterschiede wurden jedoch bei keiner der Variablen, die in signifikanter Weise auf die rhGH-Behandlung reagierten, statistisch verifiziert.
- Somit konnte hier zum ersten Mal gezeigt werden, daß eine rhGH-Behandlung erwachsener Patienten mit Wachstumshormonmangel die Konzentrationen immunreaktiver β-Endorphine in signifikanter Weise erhöht, die Homovanillinsäurekonzentration erniedrigt und die GH-Konzentration im CSF um das Zehnfache erhöht. Es gab ebenso einen signifikanten Anstieg bei den CSF-Konzentrationen von IGF-I und IGFBP-3.
- Die in diese Arbeit nicht mit einbezogene molekulare Identität der CSF-β-Endorphin-Immunreaktivität wird einer getrennten Untersuchung mit HPLC-Fraktionierung als erstem Schritt unterzogen. Das verwendete Antiserum ist für den Carboxyterminus des β-Endorphin-Peptids spezifisch und weist eine sehr geringe Kreuzreaktivität zu intaktem β-Lipotrophin sowie mit den aminoterminalen Teilen des β-Endorphinmoleküls, wie z.B. mit Met-Enkephalin und β-Endorphin, auf. Der verwendete Antikörper kann jedoch noch Metabolite oder teilmodifizierte β-Endorphine erkennen.
- Opioidpeptide stimulieren die Freisetzung von GH im Menschen (18) unabhängig vom GH freisetzenden Hormon (19) und vermitteln die clonidinstimulierte GH-Freisetzung (20). Es konnte ebenfalls gezeigt werden, daß eine intraventrikuläre Verabreichung von β-Endorphinen die Ausschüttung von GH fördert (21). Es wurde hier nun zum ersten Mal gezeigt, daß GH die Freisetzung von β-Endorphinen stimuliert. Zwar ist der Mechanismus unklar, doch kann es sich dabei um eine direkte Wirkung von GH auf β-Endorphin produzierende Zellen oder einen Nebeneffekt der Produktion von die Blut-Hirn-Schranke durchdringenden niedrigmolekularen Substanzen in peripheren Geweben handeln.
- Der Mechanismus hinter dem Anstieg der CSF-β-Endorphin-Immunreaktivität könnte auch auf die geringeren Homovanillinsäurekonzentrationen nach GH-Behandlung zurückzuführen sein. In der Ratte hemmt Dopamin die Freisetzung von β-Endorphin in der neurointermediären Hypophyse, dem Hypothalamus und dem Septum, wobei der Dopamin-Antagonist Haloperidol die Plasmakonzentrationen der β-Endorphin-Immunreaktivität erhöht (22). Während der Behandlung mit Chlorpromazin kam es zu einem signifikanten Anstieg des Opiat-Gesamtaktivitätsniveaus im Rattenhirn (23), was vermutlich eine erhöhte Biosynthese des Peptids widerspiegelt.
- Die β-Endorphin-Immunreaktivität im Serum konnte nach Hypophysektomie bei Patienten mit Krebs im Metastasenstadium nicht mehr nachgewiesen werden, doch blieben zwar geringere, doch signifikante Mengen im CSF nachweisbar (24). Dies läßt die Vermutung zu, daß ein erheblicher Anteil des β-Endorphins im CSF nicht aus der Hypophyse stammt. Die Abnahme der β-Endorphinkonzentration im CSF in der genannten Arbeit könnte sehr wohl mit dem durch Hypophysektomie verursachten GH-Mangel zusammenhängen (24).
- Der beobachtete Anstieg der β-Endorphin-Immunreaktivität könnte möglicherweise die im allgemeinen nach einer rhGH-Behandlung beobachtete Stimmungsverbesserung erklären. Der Patient, dessen Zustand sich subjektiv am stärksten verbesserte, wies den höchsten Anstieg an β-Endorphin-Immunreaktivität auf. Mehrere Arbeiten konnten zeigen, daß eine Aktivierung von Opiatrezeptoren eine antidepressive Wirkung ausübt (25). Eine Elektrokrampftherapie verursacht einen kurzzeitigen Anstieg der β-Endorphin-Immunreaktivität im Plasma und kann zu den positiven Wirkungen dieser Behandlung bei endogener Depression beitragen (26).
- Gleichzeitig mit dem Anstieg der β-Endorphin-Immunreaktivität fand ein Abfall der Homovanillinsäurekonzentration statt. Man konnte zeigen, daß GH zu einer schnellen Abnahme von Dopamin und Noradrenalin in der Eminentia mediana tuberis in der Ratte führt (27). Änderungen der biogenen Amine im Gehirn konnten bereits 15 min nach einer Injektion mit GH beobachtet werden. Die Änderungen sind bereichsabhängig, wobei meistens eine Abnahme der Konzentrationsniveaus biogener Amine im Gehirn erfolgt (10).
- VIP wirkt als Neurotransmitter und ist im menschlichen CSF vorhanden. Es ist im Gehirn weit verbreitet, einschließlich der Hirnrinde, dem Hippocampus, der Amygdala, dem Hypothalamus und dem hypophysen Vorderlappen (28). Eine seiner Funktionen besteht in der Wirkung als Prolactin freisetzender Faktor. Die VIP-Zellen der Hypophyse werden durch Hypothyroidismus aktiviert und durch supraphysiologische Dosen von Thyroidhormonen supprimiert (29). GH erhöht die Umwandlung von T4 in T3 (2), so daß mit diesem Mechanismus die Abnahme der VIP-Konzentration im CSF möglicherweise erklärt werden könnte.
- Das Ergebnis, daß acht Patienten eine Schädigung der Blut-CSF-Schranke und vier Patienten eine diskrete intrathekale IgG-Produktion aufwiesen, stellt keine Überraschung dar, da bei der Mehrzahl der Patienten der Hypophysentumor operativ behandelt worden war und/oder eine Bestrahlung stattgefunden hatte. Während der Behandlung mit rhGH wiesen zwei Patienten ein erhöhtes Albuminverhältnis auf, doch konnte dieser Anstieg mit dem Abfall der Serumalbuminkonzentration während der rhGH-Behandlung erklärt werden, die sich wiederum mit einer durch die antinatriuretischen Wirkungen von GH verursachten Ausdehnung des extrazellulären Flüssigkeitsvolumens erklären läßt (30). Obwohl GH starke antinatriuretische Wirkungen besitzt, fand keine Änderung des intrakranealen Drucks während der rhGH-Behandlung statt.
- In der vorliegenden Arbeit wurde eine zehnfache Erhöhung der GH-Konzentration im CSF nach einer einmonatigen Behandlung mit rhGH beobachtet. Dies läßt vermuten, daß rhGH die Blut-CSF-Schranke passiert. Dieser Anstieg war bei Patienten mit und ohne Schädigung der Blut-CSF-Schranke ähnlich. Dieser deutliche Anstieg von CSF-GH steht im Gegensatz zu den Daten, die von Rhesusaffen bekannt sind. In dieser letzteren Arbeit führte eine Infusion von großen Mengen an menschlichem GH nur zu einer kleinen Änderung der CSF-GH-Niveaus (31). Im Gegensatz zur vorliegenden Arbeit, bei der die Patienten einen Monat lang behandelt wurden, wurden in der genannten Arbeit die GH-Messungen in CSF jedoch nach einer einzigen Infusionsperiode durchgeführt. Zum anderen lag die Empfindlichkeit des in der vorliegenden Arbeit verwendeten Assays für Wachstumshormon im Urin ungefähr 100- bis 1000mal höher als die des von Belchetz et al. (31) verwendeten Radioimmunassay-Verfahrens. In der vorliegenden Arbeit steigt GH im CSF im Durchschnitt um das Zehnfache im Vergleich mit der Grundlinie an, wobei das CSF/Serum-Verhältnis für GH jedoch immer noch nur 5% beträgt.
- Der Mechanismus hinter dem Anstieg von GH im CSF bedarf noch der Aufklärung. Mehr als 80% der CSF-Proteine werden aus dem Serum durch Ultrafiltration erhalten, die von der Molekülgröße abhängt. Eine alternative Erklärung stellt ein GH-rezeptorvermittelter Transport in den Plexus Choroideum dar, wie von Lai et al. 1991 (4) vorgeschlagen wurde.
- Die IGFBP-3-Niveaus im CSF können aus dem Plasma-Pool stammen (32), aber auch lokal produziert werden (33). Der Mechanismus für den Anstieg von Serum-β2-Mikroglobulin bei unterschiedlichen Erkrankungen ist noch nicht vollständig aufgedeckt worden, doch wurde eine cytokinregulierte Freisetzung aus Immunzellen postuliert (34). Durch Tierexperimente konnte gezeigt werden, daß GH die Proliferation und Differenzierung von T-Lymphozyten beeinflußt (35). Daher wird von uns eine Wirkung von GH auf das Immunsystem als die wahrscheinlichste Ursache für den in der vorliegenden Arbeit beobachteten Anstieg des Serum-β-Mikroglobulins vorgeschlagen.
- Zusammenfassend wurde in der vorliegenden Arbeit gefunden, daß eine einmonatige rhGH-Behandlung erwachsener Patienten mit Wachstumshormonmangel die Konzentration der β-Endorphin-Immunreaktivitäten im CSF erhöht und gleichzeitig die Konzentrationen an Homovanillinsäure und VIP erniedrigt. Diese Änderungen könnten möglicherweise eine Erklärung für die Verbesserung des psychologischen Wohlbefindens darstellen, das im allgemeinen bei Patienten mit Wachstumshormonmangel kurz nach Beginn der Behandlung mit rhGH beobachtet wird. Die GH-Konzentration im CSF erhöhte sich um das Zehnfache, wodurch gezeigt wird, daß rhGH die Blut-CSF-Schranke passiert.
- Figurbeschreibungen
-
1a . Auswirkungen von rhGH auf die CSF-β-Endorphin-(β-EP)-Immunreaktivität in 10 erwachsenen Patienten mit Wachstumshormonmangel. -
1b . Auswirkungen eines Placebos auf die CSF-β-Endorphin-(β-EP)-Immunreaktivität in 10 erwachsenen Patienten mit Wachstumshormonmangel. -
2a . Auswirkungen von rhGH auf die Homovanillinsäurekonzentration in 10 erwachsenen Patienten mit Wachstumshormonmangel. -
2b . Auswirkungen eines Placebos auf die Homovanillinsäurekonzentration in 10 erwachsenen Patienten mit Wachstumshormonmangel. -
3a . Auswirkungen von rhGH auf die CSF-GH-Konzentration in 10 erwachsenen Patienten mit Wachstumshormonmangel. -
3b . Auswirkungen eines Placebos auf die CSF-GH-Konzentration in 10 erwachsenen Patienten mit Wachstumshormonmangel. -
4a . Auswirkungen von rhGH auf die CSF-IGF-I-Konzentration in 10 erwachsenen Patienten mit Wachstumshormonmangel. -
4b . Auswirkungen eines Placebos auf die CSF-IGF-I-Konzentration in 10 erwachsenen Patienten mit Wachstumshormonmangel. - In dem placebokontrollierten Doppelblindversuch wurden somit die Auswirkungen auf endogene Opioidpeptide, Neuropeptide, Monoaminmetaboliten, Wachstumshormon und Insulinähnlicher-Wachstumsfaktor-Bindungs-protein-3 (IGFBP-3) im Liquor während einer einmonatigen Behandlung mit rekombinantem menschlichem Wachstumshormon bei 20 Patienten mit im erwachsenen Alter aufgetretenem Wachstumshormonmangel untersucht. Alle Patienten erhielten einen entsprechenden Schilddrüsen-, Nebennieren- und Gonadenhormonersatz. Die Dosis des rekombinanten menschlichen Wachstumshormons betrug 0,25 U/kg/Woche.
- Im Liquor erhöhte sich die mittlere Konzentration von immunreaktivem β-Endorphin von 24,4±1,8 auf 29,9±2,1 pmol/l (p=0,002) während der Behandlung mit rekombinantem menschlichem Wachstumshormon. Der Dopaminmetabolit Homovanillinsäure nahm von 282,1±36,0 auf 234,3±26,5 nmol/l ab (p=0,02). Vasoactive Intestinal Peptide nahm von 4,1±0,6 auf 3,7±0,4 pmol/l ab (p=0,03). Die Wachstumshormonkonzentration im Liquor erhöhte sich von 13,3±4,4 auf 149,3±22,2 μU/l (p=0,002), und die IGFBP-3-Konzentration im Liquor stieg von 13,4±1,25 auf 17,5±1,83 μg/l (p=0,002).
- Es gab keine signifikanten Änderungen der Liquorkonzentrationen von Enkephalinen, Dynorphin A, dem Norepinephrinmetaboliten 3-Methoxy-4-hydroxyphenylethylenglykol, dem Serotoninmetaboliten 5-Hydroxyindolessigsäure, von gamma-Aminobuttersäure, Somatostatin oder Kortikotropin freisetztendem Faktor.
- Zusammenfassend läßt sich sagen, daß eine Behandlung mit rekombinantem menschlichen Wachstumshormon die Konzentration der β-Endorphin-Immunreaktivitäten im Liquor erhöht und gleichzeitig die Konzentrationen an Homovanillinsäure und Vasoactive Intestinal Peptide erniedrigt. Die Konzentration von Wachstumshormon im Liquor steigt um das Zehnfache, wodurch zum ersten Mal gezeigt wird, daß rekombinantes menschliches Wachstumshormon die Blut-Liquor-Schranke im Menschen passiert.
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Claims (7)
- Verwendung von Wachstumshormon (GH [= growth hormone]) oder dessen Analogen, wobei es sich bei den Analogen um Peptide handelt, deren Peptidkette im wesentlichen der des Wachstumshormons gleicht und die denselben gewünschten physiologischen Effekt wie dieses ergeben, bei der Herstellung eines Arzneimittels, das zu einer erhöhten GH-Konzentration im Liquor führt, zur Behandlung ischämischer Hirnschädigungen.
- Verwendung von Wachstumshormon (GH) oder dessen Analogen, wobei es sich bei den Analogen um Peptide handelt, deren Peptidkette im wesentlichen der des Wachstumshormons gleicht und die denselben gewünschten physiologischen Effekt wie dieses ergeben, bei der Herstellung eines Arzneimittels, das zu einer erhöhten GH-Konzentration im Liquor führt, zur Behandlung von Demenz.
- Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, die zu einer erhöhten IGF-I-Konzentration im Liquor führt.
- Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, die zu einer erhöhten IGFBP-3-Konzentration im Liquor führt.
- Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Arzneimittel an eine Behandlung, die vorzugsweise wenigstens einen Monat dauert, angepasst wird.
- Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Arzneimittel GH für 0,1–3 U/kg/Woche enthält.
- Verwendung nach einem der Ansprüche 1–6, wobei das Arzneimittel rekombinantes menschliches Wachstumshormon enthält.
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