Toll-Like-Rezeptoren und das Chemokin CXCL13 zur Diagnose und Aktivitätsbeurteilung der Neuroborreliose und deren Bezug zu kognitiven Parametern
by Tina Suse Jaintsch
Date of Examination:2022-04-21
Date of issue:2022-04-20
Advisor:PD Dr. Holger Schmidt
Referee:Prof. Dr. Helmut Eiffert
Referee:Prof. Dr. Thomas Meyer
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Name:DOKTORARBEIT TLR e-Version.pdf
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Format:PDF
Abstract
English
Background: Neuroborreliosis is a disease that is increasing in frequency. The diagnosis is still not easy. In the early stages of the disease, the diagnostic markers such as pleocytosis (rarely) and the Borrelia-specific antibody indices can often still be negative. A direct proof of the bacteria or their genome is very rarely successful. After adequate treatment of the disease, the Borrelia-specific antibody indices can remain positive for years and lead to misinterpretation. The seropositivity in the population can also lead to incorrect diagnoses and overtreatment, especially in case of non-specific symptoms. Therefore, new diagnostic options for neuroborreliosis are constantly being sought. The main objective of this work was the search for possible diagnostic markers. Parameters were tested for which a connection to the pathogenesis of neuroborreliosis was suspected in the literature (Toll-like receptor 1, 2, 5, 8 and the chemokine CXCL13). On the other hand, physical and cognitive impairments in acute neuroborreliosis should be recorded, which are difficult to grasp in the medical history and routine physical examination. The sometimes very unspecific symptoms of acute neuroborreliosis repeatedly lead to the diagnosis only being made during the course of the disease. Many studies on the objectification of these symptoms using neuropsychological tests have already been published for post-Lyme disease syndrome. For such complaints in patients with acute neuroborreliosis, there is only little data. Material and methods: A total of 77 "patients with acute neuroborreliosis", 114 "healthy controls" and 17 "patients with status post neuroborreliosis" were examined. Quantitative measurements of Toll-like receptors 1, 2, 5 and 8 as well as CXCL13 were carried out from CSF and serum samples using ELISA. An attempt was made to record the symptoms by means of neuropsychological examinations using computer-aided tests and questionnaires. The group sizes for the respective investigations diverged due to the willingness to participate and the available material. Results: In nine of 69 "patients with acute neuroborreliosis" (13%), a significant increase in Toll-like receptor 1 in the CSF compared to "healthy controls" (n = 60, all below the lowest detectable concentration, therefore not measurable, equated to zero) with concentrations between 0.004 and 0.617 ng/ml. Toll-like receptor 1 in the serum did not differ significantly between the groups, hence an intrathecal synthesis of toll-like receptor 1 in the context of neuroborreliosis could be assumed. The Toll-like receptor 1 albumin ratio (ratio of Toll-like receptor 1 in CSF and serum/ratio of albumin in CSF and serum) was also determined using the formula for determining a possible intrathecal synthesis of immunoglobulins. In four of 17 "patients with acute neuroborreliosis" (24%), positive toll-like receptor-1 albumin quotients with values between 5.7 and 47.8 were found. In 19 of 59 "patients with acute Lyme neuroborreliosis" (32%), Toll-Like receptor 8 concentrations in the cerebrospinal fluid between 0.243 and 1.179 ng/ml could be measured with a statistically significant difference compared to "healthy" and "patients who have had Lyme neuroborreliosis". However, Toll-Like receptor 8 was also detectable in the cerebrospinal fluid in three out of 26 “healthy” patients (12%). For Toll-like receptor 8 in serum there was no significant difference between the groups, the Toll-like receptor 8 albumin ratio (analogous to Toll-like receptor 1) for determining intrathecal synthesis was in all available results not significantly increased in patients with acute neuroborreliosis (n = 6). For toll-like receptors 2 and 5 in the liquor and serum, no increase in the concentrations due to neuroborreliosis could be determined in the present study. The chemokine CXCL13 in CSF could be confirmed as a very sensitive (sensitivity 94.9%) and specific (specificity 98.3%) marker for "acute neuroborreliosis" (compared to "healthy" and "patients with status post neuroborreliosis") (cut off 11 pg/ml). In 56 of 59 "patients with acute neuroborreliosis" (95%, concentrations of 14 to 22960 pg/ml) and in two of 14 "patients with status post neuroborreliosis" (14%, concentrations of 8 and 37 pg/ml) there were measurable CXCL13 concentrations in CSF. CXCL13 was not detectable in the CSF of the 45 "healthy controls". There were no differences between the groups for CXCL13 in the serum. The CXCL13-albumin quotient for determining the intrathecal synthesis of CXCL13 (based on the formula for determining intrathecal immunoglobulin synthesis) was in 42 of 45 "patients with acute neuroborreliosis" (93%, values between 7.3 and 26607, 7) and measurable in one of twelve “patients with status post neuroborreliosis” (value 23.2). The concentrations of CXCL13 in the cerebrospinal fluid decreased under antibiotic therapy. In the neuropsychological examinations, impairments of memory, reaction speed, verbal learning, everyday physical activities and physical pain were found for the "patients with acute neuroborreliosis". For impairments in everyday physical activities and physical pain, there was a connection to the severity of inflammation, measured by the number of leukocytes in the cerebrospinal fluid. There were no impairments in the areas of attention, spatial memory, non-verbal learning, working memory, frontal executive functions, psychological well-being, sleep, anxiety and depression. Conclusion: The results of the Toll-Like receptor investigations show an increase in Toll-Like receptors 1 and 8 in the cerebrospinal fluid in the context of neuroborreliosis. However, due to the small group size, the data collected here is not yet sufficient to establish these proteins as potential additional diagnostic markers for neuroborreliosis. However, the study creates a starting point for a prospective study. Such an investigation should be focused on early neuroborreliosis, since this is where the diagnostic challenges lie. Patients sometimes reported complaints such as memory problems and limitations in everyday activities. Correlates were already found in the evaluation of the questionnaires and the computer-assisted testing in the acute phase. In this respect, cognitive damage is conceivable that can lead to subtle cognitive impairments in the long term and may be reflected in post-treatment Lyme disease syndrome.
Keywords: Neuroborreliosis; CXCL13; TLR
German
Hintergrund: Die Neuroborreliose ist eine an Häufigkeit zunehmende Erkrankung. Die Diagnose-Stellung ist nach wie vor nicht immer einfach. Im Anfangsstadium der Erkrankung können die diagnostischen Marker wie die Pleozytose (selten) und die Borrelien- spezifischen Antikörperindizes häufig noch negativ sein. Ein Direktnachweis der Bakterien oder deren Genoms gelingt nur sehr selten. Nach adäquater Therapie der Erkrankung können die Borrelien-spezifischen Antikörperindizes dann über Jahre hinweg positiv bleiben und zu Fehlinterpretation führen. Auch durch die Seropositivität in der Bevölkerung kann es gerade bei unspezifischer Symptomatik zu Fehl-Diagnosen und Übertherapie kommen. Deshalb wird stetig nach neuen diagnostischen Möglichkeiten für die Neuroborreliose gesucht. Haupt-Zielsetzung dieser Arbeit war also die Suche nach möglichen diagnostischen Markern. Geprüft wurden Parameter, für welche in der Literatur ein Zusammenhang zur Pathogenese der Neuroborreliose vermutet wurde (Toll-Like-Rezeptor 1, 2, 5, 8 und das Chemokin CXCL13). Zum anderen sollten körperliche und kognitive Beeinträchtigungen bei akuter Neuroborreliose erfasst werden, die in der Anamnese und der körperlichen Routine-Untersuchung schwer fassbar sind. Die teilweisen sehr unspezifischen Symptome bei akuter Neuroborreliose führen immer wieder dazu, dass die Diagnose erst im Krankheitsverlauf gestellt wird. Für das Post-Lyme-Disease-Syndrom wurden bereits viele Studien zur Objektivierung dieser Beschwerden durch neuropsychologische Testungen veröffentlicht. Für solche Beschwerden bei Patienten mit akuter Neuroborreliose gab es bisher nur wenige Daten. Material und Methoden: Insgesamt wurden 77 „Patienten mit akuter Neuroborreliose“, 114 „gesunde Kontroll-Personen“ und 17 „Patienten mit Z. n. Neuroborreliose“ untersucht. Aus Liquor- und Serum-Proben wurden quantitative Messungen von Toll-Like-Rezeptor 1, 2, 5 und 8 sowie von CXCL13 mittels ELISA vorgenommen. Durch neuropsychologische Untersuchungen anhand von computergestützten Tests und Fragebögen wurde eine Erfassung der Symptome versucht. Die Gruppen-Größen für die jeweiligen Untersuchungen divergierten aufgrund von Teilnahme-Bereitschaft und verfügbarem Material. Ergebnisse: Bei neun von 69 „Patienten mit akuter Neuroborreliose“ (13 %) konnte eine signifikante Erhöhung von Toll-Like-Rezeptor 1 im Liquor gegenüber „gesunden Kontrollen“ (n = 60, alle unterhalb der niedrigsten nachweisbaren Konzentration, somit nicht messbar, gleichgesetzt mit null) mit Konzentrationen zwischen 0,004 und 0,617 ng/ml festgestellt werden. Toll-Like-Rezeptor 1 im Serum unterschied sich zwischen den Gruppen nicht signifikant voneinander, sodass eine intrathekale Synthese von Toll-Like-Rezeptor 1 im Rahmen einer Neuroborreliose angenommen werden konnte. Nach der Formel zur Bestimmung einer möglichen intrathekalen Synthese von Immunglobulinen wurde auch der Toll-Like-Rezeptor-1-Albumin-Quotient (Quotient von Toll-Like-Rezeptor 1 im Liquor und Serum/ Quotient von Albumin im Liquor und Serum) bestimmt. Bei vier von 17 „Patienten mit akuter Neuroborreliose“ (24 %) fanden sich positive Toll-Like-Rezeptor-1-Albumin- Quotienten mit Werten zwischen 5,7 und 47,8. Bei 19 von 59 „Patienten mit akuter Neuroborreliose“ (32 %) konnten Toll-Like-Rezeptor- 8-Konzentrationen im Liquor zwischen 0,243 und 1,179 ng/ml gemessen werden mit statistisch deutlichem Unterschied gegenüber „Gesunden“ und „Patienten nach stattgehabter Neuroborreliose“. Aber auch bei drei von 26 „Gesunden“ (12 %) war Toll-Like-Rezeptor 8 im Liquor nachweisbar. Für Toll-Like-Rezeptor 8 im Serum gab es keinen signifikanten Unterschied zwischen den Gruppen, der Toll-Like-Rezeptor-8-Albumin-Quotient (analog zur Toll-Like-Rezeptor 1) zur Bestimmung einer intrathekalen Synthese war bei allen verfügbaren Ergebnissen bei Patienten mit akuter Neuroborreliose nicht maßgeblich erhöht (n = 6). Für Toll-Like-Rezeptor 2 und 5 im Liquor und Serum konnte in der vorliegenden Untersuchung keine Erhöhung der Konzentrationen durch die Neuroborreliose festgestellt werden. Das Chemokin CXCL13 im Liquor konnte als sehr sensitiver (Sensitiviät 94,9 %) und spezifischer (Spezifität 98,3 %) Marker für „akute Neuroborreliose“ (gegenüber „Gesunden“ und „Patienten mit Z. n. Neuroborreliose“) bestätigt werden (Cutoff 11 pg/ml). Bei 56 von 59 „Patienten mit akuter Neuroborreliose“ (95 %, Konzentrationen von 14 bis 22960 pg/ml) und bei zwei von 14 „Patienten mit Z. n. Neuroborreliose“ (14 %, Konzentrationen von 8 und 37 pg/ml) waren messbare CXCL13-Konzentrationen im Liquor vorhanden. Bei den 45 „gesunden Kontrollen“ war CXCL13 im Liquor nicht nachweisbar. Für CXCL13 im Serum ergaben sich keine Unterschiede zwischen den Gruppen. Der CXCL13-Albumin-Quotient zur Bestimmung der intrathekalen Synthese von CXCL13 (in Anlehnung an die Formel zur Bestimmung einer intrathekalen Immunglobulin-Synthese) war bei 42 von 45 „Patienten mit akuter Neuroborreliose“ (93 %, Werte zwischen 7,3 und 26607,7) und bei einem von zwölf „Patienten mit Z. n. Neuroborreliose“ (Wert 23,2) messbar. Unter antibiotischer Therapie fielen die Konzentrationen von CXCL13 im Liquor ab. Bei den neuropsychologischen Untersuchungen fanden sich für die „Patienten mit akuter Neuroborreliose“ Beeinträchtigungen des Gedächtnisses, der Reaktionsgeschwindigkeit, des verbalen Lernens, der körperlichen Alltagsaktiviäten und körperliche Schmerzen. Für die Beeinträchtigungen der körperlichen Alltagsaktivitäten und der körperlichen Schmerzen ergab sich ein Zusammenhang mit der Schwere der Entzündung, gemessen an der Leukozytenzahl im Liquor. In den Bereichen Aufmerksamkeit, räumliche Merkfähigkeit, Non-verbales Lernen, Arbeitsgedächtnis, Frontale Exekutivfunktionen, psychisches Wohlbefinden, Schlaf, Angst und Depression bestanden keine Beeinträchtigungen. Schlussfolgerung: Die Ergebnisse der Toll-Like-Rezeptor-Untersuchungen zeigen einen Anstieg von Toll-Like-Rezeptor 1 und 8 im Liquor im Rahmen einer Neuroborreliose. Die hier erhobenen Daten sind aber aufgrund der geringen Gruppengröße noch nicht ausreichend, um diese Proteine als potentielle zusätzliche diagnostische Marker der Neuroborreliose zu etablieren. Die Studie schafft aber eine Grundlage für eine prospektive Studie. Eine solche Untersuchung sollte auf die frühe Neuroborreliose fokussiert werden, da hier die diagnostischen Herausforderungen liegen. Die Patienten berichteten bisweilen Beschwerden wie Gedächtnisstörungen und Einschränkungen in den Alltagsaktivitäten. Dafür fanden sich in der Auswertung der Fragenbögen und der computergestützten Testung bereits in der Akutphase Korrelate. Insofern sind kognitive Schäden denkbar, die langfristig zu subtilen kognitiven Einschränkungen führen können und sich vielleicht im Post-Treatment-Lyme-Disease- Syndrom widerspiegeln.
Schlagwörter: Neuroborreliose; CXCL13; TLR