Dorota Wołyńczyk-Gmaj, Bartłomiej Gmaj, Piotr Januszko, Aneta Brzezicka, Marcin Wojnar, Marcin Ufnal

Badanie poziomu tlenku trimetyloaminy (TMAO) we krwi w grupie ambulatoryjnych pacjentów osób z  objawami lękowymi i/lub bezsennością

Założenia badania

Coraz większa liczba badań eksperymentalnych i klinicznych wskazuje na ważną rolę metabolitów flory bakteryjnej w patogenezie chorób układu krążenia. Bytujące w jelitach bakterie metabolizują składniki pokarmowe wytwarzając szereg związków chemicznych, które przedostają się do krwiobiegu. Udział niektórych z tych związków, takich jak witamina K, w utrzymaniu homeostazy organizmu jest znany od ponad 50 lat, inne związki takie jak siarkowodór czy tlenek trimetyloaminy (TMAO) zwróciły uwagę naukowców w ostatnich latach.
TMAO jest małym, organicznym związkiem o wzorze (CH3)3NO. TMAO powstaje z wytwarzanej przez bakterie w jelicie grubym trimetylaminy (TMA). Następnie TMA transportowana jest do wątroby, gdzie ulega utlenieniu do tlenku trimetyloaminy (TMAO), przy udziale enzymu monooksygenazy zwierającej flawinę (FMO3). Wzrost stężenia TMAO może być spowodowany dietą, zmianami w składzie flory bakteryjnej jelit, a  także upośledzeniem bariery jelito-krew.
W ostatnich 3 latach pojawiły się doniesienia, że wzrost stężenia w osoczu TMAO jest związany z większym ryzykiem incydentów sercowo-naczyniowych, a własne badania eksperymentalne wskazują, że TMAO może nasilać działanie angiotesnyny II, (Ang II).
Szereg badań potwierdza współwystępowanie chorób układu krążenia i zaburzeń psychicznych takich jak depresja, zaburzenia lękowe i bezsenność. Patogeneza bezsenności i zaburzeń lękowych jest podobna, oba zaburzenia często ze sobą współwystępują. Zaburzenia lękowe są najbardziej rozpowszechnionymi zaburzeniami psychicznymi z chorobowością roczną wynoszącą 10,1% oraz chorobowością w ciągu życia 28,8%. Zaburzenia lękowe wiążą się z większą zapadalnością na choroby układu krążenia oraz większym ryzykiem śmiertelnej  choroby wieńcowej.
Na objawy bezsenności skarży się ok 30% naszego społeczeństwa. Liczne badania dowodzą związku między przewlekłą bezsennością a chorobami serca, cukrzycą i otyłością u obu płci, a także podwyższonym ryzkiem śmierci u mężczyzn.
Wysunięto wiele hipotez o możliwym wspólnym patomechanizmie chorób krążenia oraz zaburzeń psychicznych, między innymi nadmierne wzbudzenie wegetatywne, oraz stan zapalny i cytokiny. Nie było dotychczas badania na temat stężenia metabolitów bakteryjnych, w tym TMAO w zaburzeniach i chorobach psychicznych.
Celem projektu jest zbadanie znaczenia stężenia metabolitu bakterii jelitowych (TMAO) oraz integralności bariery jelito krew w patogenezie bezsenności i  zaburzeń lękowych u pacjentów ambulatoryjnych.
Opis grupy badanej: Do badania zostaną włączeni pacjenci leczeni ambulatoryjnie,  kobiety i mężczyźni w wieku 18-65 lat, u których rozpoznano zaburzenie lękowe lub depresyjne i lękowe mieszane (F40-F43) lub/ i bezsenność nieorganiczna  (F51.0). Do grupy badanej zostanie dobrana grupa kontrolna według wieku, płci i wykształcenia. Planujemy zbadać 100 pacjentów i 100 osób zdrowych.

Materiał, metody i przebieg badania

Pobrana zostanie próbka krwi  o objętości 4 ml w celu oznaczenia poziomu TSH oraz kreatyniny, a także poziomu TMAO. Oznaczenia TMAO w osoczu będą wykonane przy użyciu techniki spektrometrii mas.
W celu zbadania, czy stężenie TMAO jest związane ze stopniem zaawansowania objawów psychicznych zostanie przeprowadzone badanie kwestionariuszowe, w tym skalami:
1. Skala Depresji Becka (Beck Depression Inventory, BDI)
2. Ateńska Skala Bezsenności (Athens Insomnia Scale, AIS)
3. Skalą oceniającą Skłonność do Reagowania Bezsennością na Stres (Ford Insomnia Response to Stress Test, FIRST)
4. Inwentarz Stanu i Cechy Lęku (STAI)
5. Kwestionariusz objawów BSI
Dodatkowo uczestnicy badania zostaną poproszeni o wykonanie testu poznawczego w wersji on-line. Test ten (Sylogizmy liniowe) ma za zadanie mierzyć sprawność zarówno podstawowych procesów zapamiętywania jak i zdolność do aktywnej manipulacji i sprawność integracji prezentowanych, cząstkowych informacji. Wykonanie testu zajmuje około 15 do 20 minut. Osoba wykonująca test jest proszona o zapoznanie się z trzema przesłankami opisującymi zależności między elementami (przykładowo: A > B, B > C, C > D) i następnie pytania jest zarówno o prezentowane wcześniej zależności (np. A > B ?), co sprawdza działanie procesów pamięci jak również jest sprawdzana zdolność do łączenia prezentowanych informacji w całość (tworzenie modelu umysłowego, tutaj w postaci: A > B > C > D) poprzez pytanie o zależności, które nie były wprost podawane (np. A > C ?). We wcześniejszych badaniach pokazano, że test ten wykrywa zaburzenia poznawcze charakterystyczne dla osób depresyjnych, nawet w subklinicznej próbie.
Przewidywany okres prowadzenia badania: marzec 2016- wrzesień 2018 r.

Piśmiennictwo:

Tang WH, Wang Z, Levison BS, Koeth RA, Britt EB, Fu X, Wu Y, Hazen SL. Intestinal microbial metabolism of phosphatidylcholine and cardiovascular risk. The New England journal of medicine. 2013;368:1575-1584

Ufnal M, Jazwiec R, Dadlez M, Drapala A, Sikora M, Skrzypecki J. Trimethylamine-n-oxide: A carnitine-derived metabolite that prolongs the hypertensive effect of angiotensin ii in rats. The Canadian journal of cardiology. 2014;30:1700-1705

Wang Z, Klipfell E, Bennett BJ, Koeth R, Levison BS, Dugar B, Feldstein AE, Britt EB, Fu X, Chung YM, Wu Y, Schauer P, Smith JD, Allayee H, Tang WH, DiDonato JA, Lusis AJ, Hazen SL. Gut flora metabolism of phosphatidylcholine promotes cardiovascular disease. Nature. 2011;472:57-63

Bae S, Ulrich CM, Neuhouser ML, Malysheva O, Bailey LB, Xiao L, Brown EC, Cushing-Haugen KL, Zheng Y, Cheng TY, Miller JW, Green R, Lane DS, Beresford SA, Caudill MA. Plasma choline metabolites and colorectal cancer risk in the women’s health initiative observational study. Cancer research. 2014

Ussher JR, Lopaschuk GD, Arduini A. Gut microbiota metabolism of l-carnitine and cardiovascular risk. Atherosclerosis. 2013;231:456-461

Lenz EM, Bright J, Wilson ID, Hughes A, Morrisson J, Lindberg H, Lockton A. Metabonomics, dietary influences and cultural differences: A 1h nmr-based study of urine samples obtained from healthy british and swedish subjects. Journal of pharmaceutical and biomedical analysis. 2004;36:841-849

Yancey PH, Rhea MD, Kemp KM, Bailey DM. Trimethylamine oxide, betaine and other osmolytes in deep-sea animals: Depth trends and effects on enzymes under hydrostatic pressure. Cellular and molecular biology. 2004;50:371-376

Ma J, Pazos IM, Gai F. Microscopic insights into the protein-stabilizing effect of trimethylamine n-oxide (tmao). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2014;111:8476-8481

Troseid M, Ueland T, Hov JR, Svardal A, Gregersen I, Dahl CP, Aakhus S, Gude E, Bjorndal B, Halvorsen B, Karlsen TH, Aukrust P, Gullestad L, Berge RK, Yndestad A. Microbiota-dependent metabolite trimethylamine-n-oxide is associated with disease severity and survival of patients with chronic heart failure. Journal of internal medicine. 2014

Yancey PH. Water stress, osmolytes and proteins. American Zoologist. 2001;41:699-709

Wang A, Bolen DW. A naturally occurring protective system in urea-rich cells: Mechanism of osmolyte protection of proteins against urea denaturation. Biochemistry. 1997;36:9101-9108

Cadnapaphornchai MA, Gurevich AK, Weinberger HD, Schrier RW. Pathophysiology of sodium and water retention in heart failure. Cardiology. 2000;96:122-131

Krack A, Sharma R, Figulla HR, Anker SD. The importance of the gastrointestinal system in the pathogenesis of heart failure. European heart journal. 2005;26:2368-2374
de Graaf R, Ten Have M, van Gool C, van Dorsselaer S. Prevalence of mental disorders and trends from 1996 to 2009. Results from the Netherlands Mental Health Survey and Incidence Study-2. Soc Psychiatry Psychiatr Epidemiol 2012; 47: 203-213
Kessler RC, Berglund P, Demler O, Jin R, Merikangas KR, Walters EE. Lifetime prevalence and age-of-onset distributions of DSM-IV disorders in the National Comorbidity Survey Replication. Arch Gen Psychiatry 2005a; 62: 593-602
Kawachi I, Colditz GA, Ascherio A, Rimm EB, Giovannucci E, Stampfer MJ, Willett WC. Prospective study of phobic anxiety and risk of coronary heart disease in men. Circulation 1994b; 89: 19
Fernandez-Mendoza J, Vgontzas AN, Liao D, Shaffer ML, Vela-Bueno A, Basta M, Bixler EO Insomnia with objective short sleep duration and incident hypertension: the Penn State Cohort. Hypertension. 2012 Oct;60(4):929-35.
Vgontzas AN, Liao D, Pejovic S, Calhoun S, Karataraki M, Basta M, Fernández-Mendoza J, Bixler EO.Insomnia with short sleep duration and mortality: the Penn State cohort. Sleep. 2010 Sep;33(9):1159-64.