Effect of long-term treatment with pramipexole or levodopa on presynaptic markers assessed by longitudinal [123I]FP-CIT SPECT and histochemistry
Effect of long-term treatment with pramipexole or levodopa on presynaptic markers assessed by longitudinal [123I]FP-CIT SPECT and histochemistry
A plain-language reading has not been prepared for this paper yet.
Original abstract
Die zuvor durchgeführte klinische Studie CALM-PD (ParkinsonStudyGroup, 2002) untersuchte den Effekt einer Langzeittherapie mit Levodopa oder Pramipexol auf das Fortschreiten der Parkinson-Krankheit mittels SPECT unter Verwendung des Dopamintransporter-Liganden [123I]β-CIT als Surrogat-Marker. Die [123I]β-CIT Bindung fiel in den Patienten, die Levodopa erhalten hatten, auf ein signifikant niedrigeres Niveau ab, als bei den Patienten, die Pramipexol erhalten hatten. Allerdings wurde dieses Ergebnis unterschiedlich interpretiert, zum einen als Ausdruck Levodopa-induzierter Neurotoxizität, zum anderen als Pramipexol-induzierte Neuroprotektion / -regeneration oder auch als lediglich medikamentös-induzierte Veränderung der Dopamintransporter-Verfügbarkeit. Um diese Fragestellung experimentell zu untersuchen, induzierten wir in Mäusen eine subtotale, bilaterale Läsion der Substantia nigra durch Injektion des Neurotoxins 6-Hydroxydopamin. Vier Wochen danach wurden die Mäuse über einen Zeitraum von 20 Wochen oral mit Levodopa (100mg/kg/Tag), Pramipexol (3mg/kg/Tag) oder lediglich Wasser (Placebo) behandelt. Die Integrität der nigrostriatalen Projektion wurde in vivo wiederholt mittels [123I]FP-CIT SPECT gemessen, sowie nach Tötung der Tiere durch immunhistologische Untersuchung des Dopamintransporter und der Dopamin-synthetisierenden Tyrosinehydroxylase. In scheinlädierten Tieren zeigte sich, dass Levodopa ebenso wie Pramipexol sowohl die striatale FP-CIT Bindung (LD: -21%; PPX: -14%), als auch die TH-Immunreaktivität (LD: -42%, PPX: -45%) signifikant senkten. Gleichzeitig wurde die DAT-Immunreaktivität im Vergleich zu den Kontrolltieren ohne Dopamin-Therapie signifikant erhöht (LD: +42%; PPX +33%). In operierten Tieren mit 6-OHDA-Läsion hingegen hatten weder Levodopa noch Pramipexol einen signifikanten Einfluss auf das stabil reduzierte Niveau der FP-CIT SPECT-Bindung (LD: -66%; PPX: -66%; Placebo: -66%), die striatale TH-Immunreaktivität (LD: -70%, PPX: -72%; Placebo: -77%), die striatale DAT-Immunreaktivität (LD: -70%, PPX: -75%; Placebo: -75%) oder die Anzahl TH-positiver Zellen in der Substantia nigra (LD: -88%, PPX: -88%; Placebo: -86%) im Vergleich zu den Tieren ohne Dopamin-Therapie. Zusammenfassend zeigte sich, dass eine chronische dopaminerge Stimulation mit Levodopa oder Pramipexol ähnliche präsynaptische Anpassungsphänomene in gesunden Mäusen verursacht, allerdings keine erkennbaren Veränderungen in Mäusen mit ausgeprägter Läsion der nigrostriatalen dopaminergen Projektion. Die hier erzielten Ergebnisse ermöglichen eine verlässlichere Interpretation klinischer Studien, die Verfahren zur Dopamintransporter-Bildgebung als Surrogat-Parameter verwenden. A previous clinical trial studied the effect of long-term treatment with levodopa (LD) or the dopamine agonist pramipexole (PPX) on disease progression in Parkinson disease using SPECT with the dopamine transporter (DAT)-radioligand [123I]β-CIT as surrogate marker. [123I]β-CIT binding declined to significantly lower levels in patients receiving LD compared to PPX. However, the interpretation of this difference as LD-induced neurotoxicity, PPX-induced neuroprotection/-regeneration, or only drug-induced regulatory changes of DAT-availability remained controversial. To address this question experimentally, we induced a subtotal lesion of the substantia nigra in mice by bilateral injection of the neurotoxin 6-hydroxydopamine. After 4 weeks, mice were treated for 20 weeks orally with LD (100 mg/kg/day) or PPX (3 mg/kg/day), or water (vehicle) only. The integrity of nigrostriatal projections was assessed by repeated [123I]FP-CIT SPECT in vivo and by immunostaining for DAT and the dopamine-synthesizing enzyme tyrosine hydroxylase (TH) after sacrifice. In sham-lesioned mice, we found that both LD and PPX treatment significantly decreased the striatal FP-CIT binding (LD: -21%; PPX: -14%) and TH-immunoreactivity (LD: -42%; PPX: -45%), but increased DAT-immunoreactivity (LD: +42%; PPX: +33%) compared to controls without dopaminergic treatment. In 6-hydroxydopamine-lesioned mice, however, neither LD nor PPX significantly influenced the stably reduced FP-CIT SPECT signal (LD: -66%; PPX: 66%; controls -66%), TH-immunoreactivity (LD: -70%; PPX: -72%; controls: -77%) and DAT-immunoreactivity (LD: -70%; PPX: -75%; controls: -75%) in the striatum or the number of TH-positive cells in the substantia nigra (LD: -88%; PPX: -88%; controls: -86%), compared to lesioned mice without dopaminergic treatment. In conclusion, chronic dopaminergic stimulation with LD or PPX induced similar adaptive presynaptic changes in healthy mice, but no discernible changes in severely lesioned mice. These findings allow to more reliably interpret the results from clinical trials using neuroimaging of DAT as surrogate parameter.