Phosphoryliertes α-Synuclein als diagnostischer Marker für eine dermale sympathische Neurodegeneration bei Lewy body-Erkrankungen

Abstract

Phosphoryliertes α-Synuclein ist ein intrazelluläres, pathologisch modifiziertes Protein, welches den Krankheitsprozess im zentralen Nervensystem (ZNS) einer heterogenen Gruppe neurodegenerativer Erkrankungen charakterisiert. Es ist Hauptbestandteil intraneuronaler Lewy bodies bei Lewy body-Erkrankungen (LBD), wie dem idiopathischen Parkinson-Syndrom, und der oligodendroglialen Einschlusskörperchen der Multisystematrophie (MSA). Beiden Erkrankungen ist es gemeinsam, dass eine gesicherte Diagnose derzeit nur postmortem anhand des histologischen Nachweises von phosphoryliertem α-Synuclein sowie einer Neurodegeneration an Prädilektionsstellen im ZNS gestellt werden kann. Eine frühzeitige Differenzierung der Erkrankungen mittels Anamnese, klinischer Untersuchung sowie apparativer Zusatzdiagnostik besitzt nur eine begrenzte Sensitivität und Spezifität. Neben dem Ausbleiben eines symptomatischen Effekts von Levodopa ist eine ausgeprägte autonome Dysfunktion ein verlässlicher klinischer Marker im Verlauf einer MSA. Pathophysiologisch ist diese autonome Dysfunktion der MSA auf zentrale, präganglionäre autonome Neurone begrenzt, während bei LBD zusätzlich postganglionäre autonome Neurone von der Neurodegeneration betroffen sind. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Expression, funktionell relevanter und pathognomonischer Proteine in postganglionären sympathischen Nervenfasern zu analysieren. In dieser Studie wurde erstmals intravital gewonnenes Hautgewebe von LBD- und MSA-Patienten hinsichtlich der α-Synuclein-Pathologie untersucht und verglichen. Methoden: Anhand der Identifikation und semiquantitativen Bewertung des Expressionsmusters von phosphoryliertem α-Synuclein soll dessen potenzielle Funktion als intravitaler diagnostischer Marker in der Differenzialdiagnostik von LBD und MSA überprüft werden. Es wurden 3 mm breite Hautstanzbiopsien am volaren Unterarm von jeweils 10 klinisch diagnostizierten LBD- und MSA-Patienten entnommen sowie von 6 Kontroll-Patienten mit essenziellem Tremor (ET). An 3 µm dünnen Paraffinschnitten wurde die Immunoreaktivität des monoklonalen Antikörpers gegen phosphoryliertes α-Synuclein (PSyn) in den sympathischen Nervenfasern der Schweißdrüsen, Haarmuskeln und Blutgefäße untersucht. Die dermale autonome Innervation wurde immunhistochemisch mittels des panaxonalen Markers Protein Gene Product 9.5 (PGP 9.5) und des adrenergen Markers Tyrosinhydroxylase (TH) dargestellt und das Muster an den autonomen Zielorgangen semiquantitativ bewertet. Ergebnisse: Phosphoryliertes α-Synuclein war in den sympathischen Hautnervenfasern der LBD Patienten nachweisbar, nicht jedoch in denen der MSA oder ET-Patienten. Patienten mit LBD wiesen altersunabhängig signifikant weniger PGP 9.5-positive Nervenfasern auf, als Patienten mit MSA oder ET. Die Expression von phosphoryliertem α-Synuclein in sympathischen Hautnervenfasern korrelierte mit einem Verlust PGP 9.5-positiver Nervenfasern bei LBD- Patienten. Die TH-Immunoreaktivität der sympathischen Hautnervenfasern differierte nicht signifikant zwischen den Gruppen. Fazit: Die Resultate demonstrieren die Involvierung postganglionärer sympathischer Nervenfasern der Haut in den neurodegenerativen Krankheitsprozess bei LBD; bei der MSA gibt es diese Involvierung nicht. Die intravitale Hautbiopsie und immunhistochemische Analyse der Haut bieten einen vielversprechenden Ansatz zur frühzeitigen Differenzierung von LBD und MSA an Lebenden.

Phosphorylated α-Synuclein is a pathologically modified protein which characterizes the disease process within the central nervous system (CNS) of heterogeneous neurodegenerative disorders. It constitutes the main component of Lewy bodies in idiopathic Parkinson´s disease, a Lewy body disorder (LBD), and of glial cytoplasmatic inclusions in multiple system atrophy (MSA). The definitive diagnosis of both diseases is based on post mortem neuropathological criteria with evidence of phosphorylated α-Synuclein and degeneration of predilection sites in the CNS. An early differentiation during lifetime based on medical history, examination, nuclear imaging and functional analysis is insufficient. However, in MSA autonomic dysfunction as clinical marker is often more pronounced than in LBD. While preganglionic and central autonomic neurons are involved in the neurodegenerative process in MSA, peripheral postganglionic sympathetic nerves are additionally affected in LBD. The aim of this study is to analyze the expression of pathognomonic proteins in postganglionic sympathetic nerve fibers. This study examines and compares for the first time intravital α-synuclein pathology in skin sympathetic nerve fibers of LBD and MSA patients. Methods: To evaluate the potential function of phosphorylated α-Synuclein as an intravital diagnostic marker, the immunhistochemical pattern of the monoclonal phosphorylated α-synuclein Antibody (PSyn) in dermal sympathetic nerve fibers was investigated by identification and semiquantitative scoring. Three millimeter skin punch biopsies were obtained from the flexor surface of the forearm of 10 clinically diagnosed LBD and MSA- patients as well as of 6 control subjects with essential tremor (ET), respectively. The paraffin-embedded 3 µm sections were stained separately with antibodies against PSyn, Protein Gene Product 9.5 (PGP 9.5) as a panaxonal marker and Tyrosinhydroxylase (TH) as an adrenergic marker. Immunoreactivitiy was assessed in sympathetic nerve fibers of sweat glands, arrector pili muscles and blood vessels. Results: Abnormal deposits of PSyn in dermal sympathetic skin nerve fibers were found in all LBD specimens, yet none in MSA or ET specimens. Independent of patient´s age, LBD samples showed significantly less PGP 9.5-positive nerve fibers compared to samples of MSA or ET patients. Deposition of PSyn correlated with loss of PGP 9.5-positive nerve fibers in LBD. TH immunoreactivity did not differ significantly between groups. Conclusion: The results confirm an involvement of skin sympathetic nerve fibers in the disease process of LBD different from MSA. The skin punch biopsy and immunhistochemical demonstration of phosphorylated α-synuclein in dermal sympathetic nerve fibers are a promising method to distinguish LBD from MSA in living patients.