Biomarcadors del metabolisme de la dopamina en alteracions neurològiques en la infància

Abstract

En el sistema nerviós central (SNC) la dopamina es comporta com la catecolamina prototip controlant el moviment i l’estat de motivació de l’individu, així com l’alliberació de prolactina. L’objectiu principal d’aquesta tesi doctoral ha estat estudiar la utilitat de tres biomarcadors relacionats amb el metabolisme de la dopamina (àcid homovaníl•lic, les pterines i el piridoxal fosfat) com a eines pel diagnòstic i la investigació de malalties neurològiques en la infància.

La tesi ha estat estructurada en tres objectius, i per tant en tres treballs. En el primer treball, es va avaluar la utilitat de l’àcid homovaníl•lic, el metabòlit principal i més estable de la dopamina, per estudiar l’estat dopaminèrgic. El seu ús com a biomarcador en el líquid cefaloraquidi (LCR) ens ha permès diagnosticar varis errors congènits del metabolisme en els últims anys. No obstant això, la necessitat d’aquest estudi va originar-se pel fet que hi ha molts pacients amb simptomatologia de deficiència dopaminèrgica que romanen sense un diagnòstic definitiu confirmat. La descripció d’aquests pacients des d’un punt de vista bioquímic, buscant associacions amb les característiques clíniques, radiològiques i electrofisiològiques ens ha permès millorar el coneixement científic respecte aquest marcador bioquímic en l’àmbit neuropediàtric.

Seguint en l’avaluació del metabolisme de la dopamina, cal remarcar el paper essencial que tenen els cofactors tetrahidrobiopterina i vitamina B6 en el metabolisme dopaminèrgic. Les alteracions quantitatives d’aquests cofactors també poden provocar deficiències en la via dopaminèrgica i, per tant, també tenen un important valor a la hora d’estudiar aquests pacients. D’altra banda, s’ha demostrat el paper que té la neopterina (metabòlit de la tetrahidrobiopterina) com a marcador bioquímic en LCR en el diagnòstic de processos immuno-inflamatoris del SNC. D’aquí neix el plantejament del segon treball, la finalitat del qual és estudiar les pterines (neopterina i biopterina) com a eina d’ajut en pacients neurològics sense un diagnòstic confirmat però que presenten alteracions en el valor de pterines en LCR. Alteracions que poden estar associades a malalties genètiques d’aquest cofactor o bé causades per processos immuno-inflamatoris.

Finalment l’últim treball es basa en la utilitat de quantificar els valors del cofactor que participa en l´últim pas de la síntesi dopaminèrgica, el piridoxal fosfat (la forma activa de la vitamina B6). Les seves deficiències poden provocar trastorns marcats de la síntesis de dopamina, però també d’altres metabòlits, com aminoàcids o l’àcid gamma-aminobutíric. Clínicament, aquests pacients presenten greus alteracions neurològiques sent l’epilèpsia refractària als anticonvulsivants habituals, la simptomatologia més freqüent. La necessitat d’aquest treball esdevé en què hi ha varis pacients que presenten deficiències de piridoxal fosfat els quals han respòs favorablement a suplements de vitamina B6.

Els diferents estudis que s’han presentat en aquesta tesi s’han realitzat en pacients procedents del Hospital Sant Joan de Déu, però també d’altres hospitals nacionals i internacionals, entre els quals n’hi ha de Portugal, Argentina, Grècia, Turquia i la Índia. La col•laboració amb altres serveis del nostre hospital ha donat un component traslacional als tres treballs presentats en aquesta tesi, que inclouen dades clíniques, bioquímiques i moleculars, aportant un aspecte més holístic i tenint una aplicació pràctica i valuosa per l’estudi de pacients amb malalties neuropediàtriques greus.

Our objective was to study the utility of three biomarkers related to dopamine metabolism (homovanillic acid (HVA), pterins and pyridoxal phosphate (PLP)) as a diagnostic and investigation tool of neurologic disorders in infancy.

In the first study our objective was to determine and assess the HVA concentrations in cerebrospinal fluid (CSF) in a large neuropediatric cohort as a biochemical tool to identify dopaminergic abnormalities. To achieve this aim, we studied biogenic amines in 1388 CSF samples from children with neurological disorders analysed by high pressure liquid chromatography with electrochemical detector. This study allowed us to determine the prevalence of dopaminergic abnormalities, as well as we defined several neurologic diseases with CSF HVA abnormalities, besides from 21 primary dopaminergic defects.

In the second study, our objective was to analyse the CSF pterins (neopterin and biopterin) concentrations in children with neurologic disorders to identify primary or secondary diseases about these coenzymes. We also evaluated the CSF neopterin utility as a biomarker in inflammatory-immune mediated processes establishing a new cut-off for it. After that, the next step was to assess data from 606 neuropediatric patients presenting CSF neopterin values above or below the new established cut-off value.

Finally, our last study was to analyse the CSF PLP concentrations in neuropediatric patients without an aetiological diagnosis in order to identify primary or secondary diseases related to PLP metabolism. After the analyses of PLP in CSF of 147 patients, we detected our first PNPO gene defect. Moreover, we recruited a series of 10 patients who disclosed low-normal CSF PLP values, that the main clinical feature was epilepsy. Additionally we also assessed the response to PLP treatment in all of them.

These different studies have been performed in patients from Hospital Sant Joan de Déu, as well as from other national and international hospitals, such as Portugal, Argentina, Greece, Turkey and India. Moreover, the collaboration with other services of our hospital has allowed this thesis to have a holistic component including clinical, radiological, biochemical and molecular data.