Zusammenfassung
Hintergrund: Untersuchungen der Vorgängerstudie von Bilkei-Gorzo et al. (2012) ergeben Hinweise, dass Prodynorphin (PDYN) einen wesentlichen Einfluss auf Akquisition und Extinktion von schmerzinduziertem Verhalten ausübt. Beim Menschen zeigt sich ein relevanter Einzelnukleotid-Polymorphismus bei rs1997794 (Promotorregion des PDYN-Gens), wobei homozygote T-Allelträger bei Schmerzreizen eine verstärkte Akquisitions- und eine verringerte Extinktionsleistung der Amygdala im Vergleich zu C-Allelträgern erkennen lassen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die humanexperimentellen Anteile der Vorgängerstudie mit größerer Stichprobe zu replizieren und PDYN-Effekte in der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) und Hautleitfähigkeitsmessung (engl. Skin Conductance Response, SCR) zu untersuchen.
Methodik: Untersucht wird eine Stichprobe von 104 gesunden Erwachsenen (60 Frauen; Durchschnittsalter: 28,17 Jahre) mittels des von Bilkei-Gorzo et al. (2012) verwendeten fMRT-Paradigmas: Der dreiteilige Versuchsaufbau besteht aus Akquisition (ACQ), früher (EX1) und später Extinktion (EX2). Als unkonditionierter Reiz (UCS) dient ein Schmerzreiz, der in ACQ zeitlich mit dem Erscheinen grüner Quadrate (CS+) gekoppelt wird. Bei blauen Quadraten (CS-) sowie in beiden Extinktionsphasen erfolgt kein Schmerzreiz. Anhand der Ausprägung des rs1997794-Polymorphismus werden drei Gruppen gebildet (TT vs. CT vs. CC) und in der fMRT sowie Hautleitfähigkeitsmessung miteinander verglichen. PDYN-Effekte in der fMRT werden mit SPM8 und einer multiplen Regressionsanalyse untersucht (Regions of interest, ROIs: Amygdala und Ventromedialer Präfrontaler Cortex (VMPFC)). PDYN-Effekte in der Hautleitfähigkeitsmessung werden in SPSS 22 mit einer Varianzanalyse (ANOVA) mit Messwiederholungen analysiert.
Ergebnisse: In der fMRT-Auswertung mittels multipler Regressionsanalyse können keine PDYN-Effekte auf die Amygdala-Aktivierung in den Extinktionsphasen festgestellt werden. Allerdings zeigt sich ein PDYN-Effekt auf die VMPFC-Aktivität in EX2. Die exponentiell ansteigende Aktivität des VMPFC wird während CS+ (GrünExpo EX2) mit steigender Anzahl an T-Allelen (TT > CT > CC) verstärkt. Darüber hinaus korreliert die VMPFC-Aktivität bei GrünExpo EX2 signifikant mit dem Summenscore des State-Trait-Anxiety Inventory-S (STAI-S; Fragebogen für Ängstlichkeit) nach EX2. In keiner der Subtasks zeigt sich ein PDYN-Effekt auf die Hautleitfähigkeitsmessung.
Schlussfolgerung: Die Ergebnisse von Bilkei-Gorzo et al. (2012) können nicht repliziert werden. Spekuliert werden darf allerdings, ob T-Allelträger generell eine Prädisposition zu verstärkter Amygdala-Aktivität bei CS+ besitzen, die sich jedoch nur bei der TT-Subgruppe der Vorgängerstudie manifestiert. In der vorliegenden Replikationsstudie könnte eine vermehrte Amygdala-Aktivität durch den VMPFC supprimiert werden, was sowohl die fehlenden Geneffekte auf die Amygdala-Aktivität als auch den Zusammenhang zwischen VMPFC-Aktivität und T-Allelen zu erklären vermag. Natürlich lässt sich die Nicht-Replizierbarkeit des Geneffektes auch als allgemeine Problematik von Imaging-Genetics-Studien (geringe Einzelgen-Effektstärken und kleine Stichproben) deuten. Zur weiteren Investigation sind Studien mit größeren Stichproben notwendig.
Abstract
Background: Experimental studies from Bilkei-Gorzo et al. (2012) suggest a major impact of prodynorphine (PDYN) on acquisition and extinction of pain-induced behavior. In humans, a corresponding single-nucleotid-polymorphism can be detected at rs1997794 (PDYN-promoter-region). T-allele-homozygotes at rs1997794 show increased pain-induced fear acquisition and extinction capabilities compared to C-allele-carriers. The objective of this study is to replicate the human experimental part of the precursor study from Bilkei-Gorzo et al. (2012) in a larger sample and further, to analyze PDYN-effects on functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) and Skin Conductance Responses (SCR).
Methods: A sample of 104 healthy adults (60 women; mean age: 28,17 years) is to be examined using the fMRI-paradigm from Bilkei-Gorzo et al. (2012): The experimental set-up consists of acquisition (ACQ), early (EX1) and late extinction (EX2). A painful stimulus serves as unconditioned stimulus (UCS), timed with the appearance of green squares (CS+) during ACQ. During the extinction phases and during the presentation of blue squares (CS-) no painful stimulus is applied. On the basis of rs1997794-characteristics three groups (TT vs. CT vs. CC) are established and compared using fMRI and SCR. PDYN-effects in fMRI are investigated with SPM8 and multiple regressions analyses (regions of interest (ROIs): amygdala and ventromedial prefrontal cortex (VMPFC)). PDYN-effects in SCR are analysed in SPSS 22 with an analyses of variance (ANOVA) with multiple measures.
Results: According to the evaluation of fMRI-results of multiple regression analyses no PDYN-effects on amygdala activity in extinction phases can be detected. Nevertheless, a PDYN-effect on VMPFC activity during EX2 becomes apparent. The exponentially increasing VMPFC activity at the time of CS+ (green expo EX2) is enhanced with an increasing number of T-alleles (TT > CT > CC). Furthermore, VMPFC activity in green expo EX2 correlates significantly with the State-Trait-Anxiety Inventory-S (STAI-S)-score after-EX2. A PDYN-effect on Skin Conductance Responses cannot be demonstrated in any subtask.
Conclusion: The results from Bilkei-Gorzo A. et al. (2012) cannot be replicated. Nonetheless, allowing for speculation, T-allele-carriers might bear a general predisposition to higher amygdala activity at the time of CS+, manifesting itself in the TT-subgroup only. In the present replication study an increased amygdala activity might be suppressed by the VMPFC, explaining the lack of PDYN-effects on amygdala activity and the correlation between VMPFC activity and T-alleles. However, the non-replicability of the PDYN-effects could also be interpreted as a general problem in imaging genetics studies (low single-gene-power and small samples). Large-sample-studies are required for further investigation.
