D-VITAMIINI JA MASENNUS SEKÄ D-VITAMIININ KESKUSHERMOSTOVAIKUTUKSET

D-VITAMIINI JA MASENNUS SEKÄ D-VITAMIININ KESKUSHERMOSTOVAIKUTUKSET Tuomas Mikola Tutkielma Lääketieteen koulutusohjelma Itä-Suomen yliopisto Terveystieteiden tiedekunta Lääketieteen laitos/psykiatria Toukokuu 2019

ITÄ-SUOMEN YLIOPISTO, Terveystieteiden tiedekunta Lääketieteen laitos Lääketieteen koulutusohjelma MIKOLA, TUOMAS: D-vitamiini ja masennus sekä D-vitamiinin keskushermostovaikutukset Opinnäytetutkielma, 69 sivua, kymmenen liitettä (yhdeksän sivua) Tutkielman ohjaajat: professori Heimo Viinamäki, dosentti Anu Ruusunen Toukokuu 2019 Asiasanat: D-vitamiini, D-vitamiinin puutos, masennus, keskushermosto Masennus on mielenterveyden häiriö, joka aiheuttaa maailmanlaajuisesti merkittävä osan väestön sairaustaakasta. Masennuksen neurobiologisen taustan tutkimus on paljastanut useita keskushermon poikkeavia toiminnallisia ja rakenteellisia ilmiöitä, joiden uskotaan selittävän masennuksen puhkeamista ja oireita, kuten matalaa mielialaa, unihäiriöitä tai kyvyttömyyttä tuntea mielihyvää. Ihossa muodostuva tai ravinnosta saatava D-vitamiini on elimistössä laajasti eri solutyyppeihin vaikuttava steroidihormoni, jolla on jo pitkään tunnetun kalsiumtasapainon säätelyn lisäksi useita muitakin osin vielä tuntemattomia tehtäviä. Riittämätöntä D-vitamiinin saantia voidaan pitää maailmanlaajuisena terveysongelmana. D-vitamiinimetaboliaa on havaittu esiintyvän myös keskushermostossa, minkä vuoksi viime vuosikymmeninä on ryhdytty tutkimaan D-vitamiinin merkitystä aivojen kehittymisen ja toiminnan säätelyssä. Eräs tutkimusaihe on ollut D-vitamiinin ja masennuksen välinen yhteys, sillä D-vitamiinin puutoksen ja masennuksen on havaittu esiintyvän usein yhdessä. D-vitamiinin epäillään myös vaikuttavan aivoissa masennukseen liittyvillä aivoalueilla. Tässä systemaattisena katsauksena toteutetussa opinnäytetyössä selvitettiin väestön D-vitamiinipitoisuuden ja masennuksen esiintyvyyden välistä yhteyttä poikkileikkaustutkimuksissa sekä tarkasteltiin näyttöä D-vitamiinilisän mahdollisesta hyödystä masennusoireiden hoidossa satunnaistetuissa lumekontrolloiduissa kokeissa. Lisäksi katsauksessa selvitettiin D-vitamiinin tunnettuja keskushermostovaikutuksia, jotka voisivat selittää mahdollista yhteyttä masennukseen. Kirjallisuushauissa käytettiin sähköisiä tietokantoja (MEDLINE, Pub- Med ja Cochrane Library). Poikkileikkaustutkimusten katsaukseen valikoitui yhteensä 31 artikkelia ja kliinisten kontrolloitujen D-vitamiini-interventioiden katsaukseen viisi artikkelia. Katsaus D-vitamiinipitoisuuden ja masennuksen esiintyvyyden välisestä suhteesta eri väestöissä osoitti matalan D-vitamiinistatuksen pääsääntöisesti lisäävän masennusoireiden todennäköisyyttä. D-vitamiinin puutoksen ja masennuksen välinen mahdollinen kausaalisuhde on kuitenkin vaikeasti arvioitavissa useiden sekoittavien tekijöiden vuoksi. Satunnaistettujen lumekontrolloitujen kokeiden katsauksen perusteella D-vitamiinilisä ei vaikuta tehokkaalta ei-masentuneiden masennusriskin pienentämisessä tai korkeintaan lievistä masennusoireista kärsivien oireiden lievittämisessä etenkään, jos tutkittavilla ei ole D- vitamiinin puutosta. Osa kokeellisten tutkimusten tuloksista kuitenkin viittaa D-vitamiinin mahdolliseen tehoon masennusoireissa masennuspotilailla, joilla on D-vitamiinin puutosta. Tarvitaan lisää tutkimuksia, jotta käsitys D-vitamiinin tehosta masennuksen hoidossa tarkentuisi. Tutkimuskohde on kiinnostava, sillä tunnetut D-vitamiinin keskushermostovaikutukset koskevat useita samoja mekanismeja, joita on yhdistetty masennuksen neurobiologiaan.

UNIVERSITY OF EASTERN FINLAND, Faculty of Health Sciences School of Medicine Medicine MIKOLA, TUOMAS: Vitamin D and depression and the central nervous system effects of vitamin D Thesis, 69 pages, ten appendixes (nine pages) Tutors: professor Heimo Viinamäki, docent Anu Ruusunen May 2019 Keywords: vitamin D, vitamin D deficiency, depression, central nervous system Depression is a mental disorder that causes a significant part of the burden of disease worldwide. Research about the neurobiological background of depression has revealed several abnormal functional and structural features in the central nervous system. In theory, these could explain the onset of depression and the typical symptoms, such as low mood, sleep disturbances and anhedonia. Vitamin D is synthesized in the skin or ingested from the diet. In addition to the well known role in calcium homeostasis, vitamin D is considered as a steroid hormone regulating also a wide variety of other cell types in different and currently partly unknown pathways. Furthermore, an insufficient vitamin D status can be considered as a global health problem. Due to observations of vitamin D metabolism in the central nervous system, research clarifying the importance of vitamin D in the development and functioning of the brain has been conducted during the last decades. A specific theme for research is the relatioship between vitamin D and depression because of a common co-occurrence of vitamin D deficiency and depression. In addition, vitamin D metabolism in some of the brain areas has been suggested to have a link with depression. This thesis based on two systematic literature reviews examined the relationship between vitamin D concentration and the prevalence of depression in cross-sectional studies and summarized the latest randomized controlled trial evidence about the efficacy of vitamin D supplementation in alleviatiating depressive symptoms. This review also looked into those central nervous system effects of vitamin D which could explain the possible relationship between vitamin D and depression. Databases (MEDLINE, Pubmed and Cochrane Library) were utilized in searches. Altogether 31 articles were included in a systematic review of cross-sectional studies, and five studies in a review of randomized controlled vitamin D trials. Generally, according to the reviewed cross-sectional studies from a variety of study populations, low vitamin D status was associated with increased likelihood of having depressive symptoms. However, evaluation of the possible causal relationship between vitamin D deficiency and depression is challenging due to various confounding factors. The reviewed randomized controlled trials indicated that vitamin D supplementation does not seem to be effective in the prevention of depressive symptoms or treatment of depression among non-vitamin D deficient, healthy or mildly depressed people. However, some of the trials suggested that vitamin D could have potential efficacy on depressive symptoms in vitamin D deficient depressed patients. More randomized controlled trials are required to determine more accurately whether vitamin D supplementation is effective. The known central nervous system effects of vitamin D influence several mechanisms linked to the neurobiology of depression, which makes this theme for research interesting.

Sisällys 1 JOHDANTO...5 2 TUTKIMUKSEN TAUSTA...6 2.1 D-vitamiini...6 2.1.1 D-vitamiinin metabolia elimistössä...6 2.1.2 D-vitamiinipitoisuuden mittaaminen...9 2.1.3 D-vitamiini keskushermostossa... 10 2.2 Masennus... 11 2.2.1 Masennuksen määritelmä... 11 2.2.2 Masennuksen mittaaminen... 12 2.2.3 Masennuksen epidemiologia... 13 2.2.4 Masennuksen patogeneesi... 13 2.2.4.1 Perintötekijät... 14 2.2.4.2 Haavoittuvuus-stressimalli... 15 2.2.4.3 Hypotalamus-aivolisäke-lisämunuais akselin ja hippokampuksen merkitys... 16 2.2.4.4 Etuaivokuoren merkitys... 21 2.2.4.5 Haavoittuvuuden neurobiologia... 24 2.2.5 Masennuksen hoitomuodot... 25 3 TUTKIMUKSEN TARKOITUS... 27 4 TUTKIMUSAINEISTO JA -MENETELMÄT... 28 4.1 Poikkileikkaustutkimukset... 28 4.2 Satunnaistetut vertailukokeet... 30 4.3 Tutkimukset D-vitamiinin vaikutusmekanismeista keskushermostossa... 33 5 TULOKSET... 33 5.1 Poikkileikkaustutkimukset... 33 5.2 Satunnaistetut vertailukokeet... 41 5.3 Tutkimukset D-vitamiinin vaikutusmekanismeista keskushermostossa... 46 5.3.1 D-vitamiini ja glukokortikoidireseptorit... 46 5.3.2 D-vitamiini ja sytokiinit... 47 5.3.3 D-vitamiini ja hermokasvutekijät... 48 5.3.4 D-vitamiini ja välittäjäaineet... 49 5.3.5 D-vitamiini ja epigenetiikka... 49 6 POHDINTA... 51 6.1 Sekoittuneisuuden hallinta... 51 6.2 Poikkileikkaustutkimukset... 52 6.3 Satunnaistetut vertailukokeet... 56 6.4 Tutkimukset D-vitamiinin vaikutusmekanismeista keskushermostossa... 61 6.5 Johtopäätökset... 62 LÄHTEET... 63 LIITTEET... 70

5 1 JOHDANTO D-vitamiinilla on elimistössä useita vasta viime vuosikymmeninä tunnistettuja tehtäviä pitkään tunnetun kalsiumtasapainon säätelyn lisäksi. Steroidihormoni D-vitamiinin merkitystä keskushermostossa on tutkittu paljon erityisesti viimeisen kahdenkymmenen vuoden aikana, koska D-vitamiinin paikalliseen metaboliaan viittaavia reseptoreita ja entsyymejä esiintyy muun muassa aivoissa (1). Eräs kiinnostuksen kohde D-vitamiinin keskushermostovaikutusten tutkimuksessa on ollut D-vitamiinin mahdollinen merkitys depressiivisten häiriöiden synnyssä ja hoidossa. Masennuksen vallitsevuuden ja veren D-vitamiinipitoisuuden välistä yhteyttä väestössä selvittäneiden tutkimusten tulosten arviointia vaikeuttaa kuitenkin mahdollisten sekoittavien tekijöiden, kuten fyysisen aktiivisuuden, vuodenajan tai leveysasteen kontrollointi tutkimusjärjestelyissä (2). Masennusoireet voivat esimerkiksi vähentää ihmisen ulkoilua ja sitä kautta altistusta auringonvalon UV-säteilylle, mikä voi ilman tutkittavien ulkona liikkumisen huomioimista sekoittaa tutkimuksen tuloksia ja heikentää niiden luotettavuutta (3). Yhteys matalan seerumin D-vitamiinipitoisuuden ja masennusoireiden todennäköisyyden välillä on kuitenkin havaittu myös joissakin sekoittavia tekijöitä tarkemmin kontrolloineissa tutkimuksissa, mikä tukee hypoteesia D-vitamiinin puutoksen ja depressiivisten häiriöiden mahdollisesta kausaalisuhteesta (4,5). Satunnaistetuilla kontrolloiduilla tutkimuksilla on pyritty saamaan vahvempaa näyttöä kausaalisuhteesta ja D-vitamiinin mahdollisesta tehosta masennuksen hoidossa. Vuonna 2014 julkaistu systemaattinen kirjallisuuskatsaus ja meta-analyysi pyrki arvioimaan D-vitamiinilisän tehokkuutta masennuksen hoidossa huomioimalla biologisia virheitä aikaisemmissa satunnaistetuissa kontrolloiduissa tutkimuksissa. Esimerkiksi eri alkuperäistutkimusten koeasetelmien erot D-vitamiinipitoisuuden lähtötasossa, interventiot, joissa veren kalsidiolipitoisuus ei merkittävästi noussut tai puutteet kalsidiolitason mittauksissa ovat vaikeuttaneet luotettavien meta-analyysien tekemistä. Katsauksen seitsemästä alkuperäistutkimuksesta, joista ei löydetty edellä kuvattuja puutteita, kuusi osoitti masennusoireiden paranemista D- vitamiinilisän avulla, ja meta-analyysi osoitti tilastollisesti merkitsevää D-vitamiinilisän positiivista vaikutusta masennukseen. Katsaus painottaa elimistön D-vitamiinipitoisuuteen vaikuttavien tunnettujen tekijöiden tarkkaa huomioimista kliinisissä kokeissa, jotta D-vitamiinin tehosta masennuksen hoidossa saataisiin tulevaisuudessa luotettavaa lisätietoa (6).

6 Tämä opinnäytetyö pyrkii systemaattisen kirjallisuuskatsauksen avulla kuvaamaan ajankohtaisen epidemiologisen näytön elimistön D-vitamiinitason ja masennusoireiden esiintyvyyden yhteydestä, sekä satunnaistettujen lumekontrolloitujen kokeiden näytön D-vitamiinilisän tehokkuudesta masennuksen hoidossa. Katsauksen alkuperäistutkimuksia pyritään arvioimaan kriittisesti mahdollisten tulosten luotettavuuteen vaikuttavien sekoittavien tekijöiden tai tutkimusmenetelmien ja koeasetelmien haasteiden havaitsemiseksi. Lisäksi tämän opinnäytetyön tavoitteena on koota ajantasainen tutkimustieto D-vitamiinin vaikutuksista keskushermostossa ja tarkastelemaan mahdollista yhteyttä vaikutusmekanismien ja nykytiedon mukaisten masennuksen liittyvien keskushermostomuutosten välillä. 2 TUTKIMUKSEN TAUSTA 2.1 D-vitamiini 2.1.1 D-vitamiinin metabolia elimistössä D-vitamiinin lähteitä ovat endogeeninen synteesi ja ravinto. Ihmisen ihon epidermiksessä syntyy ultraviolettivalon (UVB) vaikutuksesta 7-dehydrokolesterolista kolekalsiferolia eli D3-vitamiinia. Kolekalsiferolin lähteitä ravinnossa ovat esimerkiksi rasvainen kala, maksa, munankeltuainen sekä vitmainoidut maitovalmisteet. Lisäksi kasvi- ja sieniravinto sisältää pieniä määriä ergokalsiferolia eli D2-vitamiinia, jota muodostuu niissä vastaavasti UVB:n vaikutuksesta ergoferolista. Ergokalsiferoli on myös tavallinen muoto D-vitamiinilisissä. D3- ja D2-vitamiini eroavat kemiallisesti sivuketjun rakenteelta (7). Ihossa syntetisoitu kolekalsiferoli kulkeutuu plasmassa maksaan D-vitamiinia sitovaan globuliiniin (DBP) sitoutuneena. Ravinnosta tai vitamiinilisästä saatu kole- tai ergokalsiferoli absorboituu muiden rasvojen mukana ja kulkeutuu kylomikroneissa verenkierron mukana maksaan, missä DBP vapauttaa sen. Biologisesti aktiivisen eli hormonina toimivan D-vitamiinin muodostuminen edellyttää kaksivaiheista aktivaatiota. Maksan CYP2R1- eli 25-hydroksylaasientsyymi katalysoi hydroksylaatiota 25(OH)D3-vitamiiniksi eli kalsidioliksi suurimmalla affiniteetilla. Vähäisempi rooli 25-hydroksylaatiossa on esimerkiksi CYP27A1- ja CYP3A4-entsyymeillä (7). 25(OH)D3 on määrällisesti tärkein D-vitamiinimetaboliitti, ja sen pitoisuutta verenkierrossa käytetään kuvaamaan elimistön D-vitamiinivarastoja. 25(OH)D3 kulkeutuu verenkierron mukana munuaisiin, missä CYP27B1- eli 1α-hydroksylaasientsyymi katalysoi hydroksylaatiota 1,25(OH)2D3-vitamiiniksi eli kalsitrioliksi. 1α-hydroksylaatiota tapahtuu myös muun muassa istukassa ja luukudoksessa, mutta terveellä ei-raskaana olevalla ihmisellä munuaiset

7 ovat ylivoimaisesti tärkein aktivaatiopaikka. 1α-hydroksylaasin aktiivisuutta säätelee kalsium- ja fosfaattihomeostaasin osana palautejärjestelmä, jossa lisäkilpirauhashormoni (PTH), D-vitamiinin puute, seerumin matala kalium- tai fosfaattipitoisuus, kalsitoniini, kasvuhormoni, prolaktiini ja estrogeeni stimuloivat entsyymin aktiivisuutta. Vastaavasti lisäkilpirauhasen vajaatoiminta, korkea 1,25(OH)2D3 -pitoisuus tai korkea kalsium- tai fosfaattipitoisuus sekä fibroblastikasvutekijä 23 (FGF-23) inhiboivat entsyymin aktiivisuutta. Lisäksi munuaisten ulkopuolisen 1α-hydroksylaasin aktiivisuuden säätelyyn osallistuvat eri sytokiinit ja kasvutekijät osana tulehdusvastetta. Munuaisissa, rustossa, suolistossa ja istukassa myös esiintyvä CYP24A1- eli 24-hydroksylaasientsyymi katalysoi kalsidiolin ja -triolin hydroksylaatiota 24,25(OH)2D3- ja 1α,24,25(OH)3D3-muotoihin, joilla ei ole tunnettua biologista aktiivisuutta. 24-hydroksylaatio on ensimmäinen vaihe hydroksyloitujen D-vitamiinimetaboliittien muuntamisessa vesiliukoiseen ja sappeen erittyvään muotoon (7). D2-vitamiinista muodostuu sivuketjun rakenne-erosta huolimatta samojen entsyymien katalysoimana vastaavat metaboliitit kuin D3-vitamiinista (25(OH)D2, 1α,25(OH)2D2 ja 24,25- (OH)2D2) ja niiden tuottamia biologisia vasteita on pidetty D3-vitamiinin kanssa identtisinä (7). Kolekalsiferolilisän on epäilty kykenevän nostamaan seerumin 25(OH)D-pitoisuutta vastaavaa ergokalsiferoliannosta tehokkaammin, mutta ero ei todennäköisesti ole käytännössä merkityksellinen (8). D2-vitamiinilisän aikaansaama D3-lisää pienempi seerumipitoisuuden nousu voi johtua D2-muodon suuremmasta herkkyydestä suoliston ja maksan inaktivoiville entsyymeille (7). Nimeä D-vitamiini käytetään tarkoittamaan sekä kolekalsiferolia että laajemmassa merkityksessä myös kaikkia 1α,25(OH)2D3-vitamiinin tavoin biologisesti aktiivisia yhdisteitä tai D2- ja D3-vitamiinin summaa erityisesti kliinisten pitoisuusmääritysten yhteydessä. Tässä opinnäytetyössä jatkossa käytettävällä seerumin D-vitamiini- tai 25(OH)D -ilmauksella tarkoitetaan lähtökohtaisesti 25(OH)D2- ja 25(OH)D3-pitoisuuksien summaa. Hyvin aurinkoisen elinympäristön ihmisiltä, jotka eivät ole käyttäneet D-vitamiinilisää, on mitattu enimmillään noin 150-200 nmol/l seerumin D-vitamiinipitoisuuksia (9). Ihon tummuudella on selvä merkitys kolekalsiferolin muodostumisnopeudelle epidermiksessä. Lyhytkestoisessa UVB-altistuksessa vaaleassa ihossa 7-dehydrokolesterolia on todettu muuttuvan kolekalsiferoliksi lähes kymmenkertainen määrä samoissa olosuhteissa mustaan ihoon verrattuna. Lisäksi kokeellinen kuukausien ajan jatkuva suhteellisesti yhtä voimakas säteilyannos (0,75-kertaisesti pienin ihon punoitukseen vaadittava annos, MED) aiheuttaa vaa-

8 leaihoisilla selvästi suuremman 25(OH)D-pitoisuuden nousun kuin mustaihoisilla (10). Tiedetään kuitenkin, ettei ihon kokonaiskapasiteetti tuottaa kolekalsiferolia riipu ihon tummuudesta, vaan tummaihoinen tarvitsee vain enemmän säteilyenergiaa ihonpinta-alaa kohti kuin vaaleaihoinen vastaavaa 25(OH)D-pitoisuuden nousua varten (11). MED merkitsee ihon kolekalsiferolituotannon kapasiteetin ylärajaa, sillä tuotantoa tasapainottaa kolekalsiferolin hajoaminen UVB-säteilyn vaikutuksesta (12). Ihon enimmäiskyvyksi tuottaa D-vitamiinia vuorokaudessa on arvioitu noin 250 µg:n (10 000 IU) suun kautta otettavaa D-vitamiiniannosta vastaava määrä (9). D-vitamiinilisän toksisen annoksen rajaa koskeva tutkimusnäyttö kertoo, että toksisiin vaikutuksiin on tyypillisesti vaadittu kymmeniä viikkoja jatkunut D-vitamiinin käyttö kymmenien tai satojen tuhansien kansainvälisten yksiköiden päiväannoksella. Harvinaisen myrkytyksen oireita, jotka johtuvat pitkälti hyperkalsemiasta, aiheuttavan seerumin korkean 25(OH)D-pitoisuuden on todettu olevan melko yksilöllinen, mutta oireiden ilmaantumiseen on aina vaadittu pitkäkestoinen vähintään luokkaa 200 nmol/l oleva tai selvästi korkeampi pitoisuus (9). 1,25(OH)2D3 on biologisesti aktiivisin ja tärkein D-vitamiinimetaboliitti. Se kulkeutuu verenkierrossa DBP:hen sitoutuneena ja aikaansaa kohdesoluissa vaikutuksensa muiden steroidihormonien tavoin spesifisen sytoplasmareseptorin (VDR) välityksellä. Kalsitriolin sitonut VDR yhdistyy retinoidi-x-reseptorin (RXR) kanssa heterodimeeriksi ja kompleksi vaikuttaa tumassa transkriptiotekijänä geenien ekspressioon eli ilmentymiseen (13,14). VDR-RXR-kompleksi sitoutuu tuman DNA:ssa spesifisiin tunnistamiinsa hormonivasteelementteihin (vitamin D response element, VDRE). VDRE on löydetty ainakin yli 900:n ihmisen eri geenistä, joista valtaosaan 1,25(OH)2D3 vaikuttaa lisäämällä transkriptiota (15). VDR:llä on DNA:ssa eri geeneissä myös muita mahdollisia sitoutumiskohtia, joita on löydetty kalsitriolilla stimuloiduista soluista yhteenlaskettuna yli 2000 (16). Useiden geenien osalta VDR:n sitoutuminen ja D-vitamiinin vaikutuksen välittyminen edellyttää todennäköisesti monimutkaista vuorovaikutusta muiden steroidihormonien (glukokortikoidit, kilpirauhashormonit, A-vitamiini ja sukupuolihormonit) ja transkriptiotekijäluokkien kanssa, sillä 1,25(OH)2D3 yksinään muuttaa transkriptota yleensä vain lievästi (15). Ihmisen VDR:n geenistä on useita polymorfismeja, joista osa on yhdistetty esimerkiksi tiettyjen rappeumasairauksien kohonneeseen riskiin (17). Tärkein kalsitriolin vaikutus on kalsiumin ja fosfaatin imeytymisen lisääminen suolistosta ja niiden seerumipitoisuuden nostaminen. Luustossa kalsitrioli vähentää tyypin 1 kollageenin

9 tuotantoa ja yhdessä PTH:n kanssa säätelee osteoklastien toimintaa ja luun resorptiota. Lisäkilpirauhasissa 1,25(OH)2D3 vähentää PTH:n tuotantoa (13,14). Lisäksi D-vitamiini tehostaa kalsiumin tubulaarista reabsorptiota munuaisissa yhdessä PTH:n kanssa (18). Tunnettu D-vitamiinin puutteen seuraus on luun mineraalistumisen häiriö, joka ilmenee lapsilla riisitautina ja aikuisilla osteomalasiana. Auringonvalon vähäisyyden, puutteellisen ravinnon tai sen synteesin häiriön lisäksi D-vitamiinin puutteen syynä voi olla myös esimerkiksi sen kiihtynyt poistuminen elimistöstä enterohepaattisen kierron katkeamisen vuoksi (19). D-vitamiinin puutteen määritelmästä ei olla täysin yksimielisiä, mutta sitä on määritelty puutteen vaikutuksesta lisääntyvien tautien kautta ja on hyväksytty, että veren kalsidiolipitoisuuden ollessa alle 50 nmol/l riisitaudin, osteomalasian sekä ikääntyneiden osteoporoosin vaara lisääntyy. Suomessa kalsidiolipitoisuuden yleisiksi viitearvoiksi on määritelty 40-80 nmol/l, ja suomalaisten D-vitamiinin saantia seuranneessa tutkimuksessa riittämättömänä pidettyä D-vitamiinipitoisuutta havaittiin noin viidesosalla osallistujista (20,21). 2.1.2 D-vitamiinipitoisuuden mittaaminen Elimistön D-vitamiinistatuksen määrittämiseen on menneiden vuosikymmenten aikana sovellettu useita eri menetelmiä, ja nykyiset käytössä olevat menetelmät jaetaan kahteen pääryhmään: kompetitiiviseen immunomääritykseen sekä kromatografisella erotuksella ja eiimmunologisella suoralla mittauksella tehtävään määritykseen. Ensimmäiset seerumin 25(OH)D-pitoisuuden määritysmenetelmät 1970-luvun alkupuolella perustuivat kompetitiivisen proteiinin sitoutumiseen liuotinuuton jälkeen (CPB). Vuosikymmenen loppupuolella käyttöön tuli korkean erotuskyvyn nestekromatografia (HPLC) ja 1980-luvulla kehitettiin spesifiseen 25(OH)D-vasta-aineeseen perustuva radioimmunomääritysmenetelmä (RIA). Nykyisissä immunomääritysmenetelmissä leimayhdisteenä käytetään yleisesti kemiluminesoivaa yhdistettä (CLIA) tai entsyymejä (EIA). 2000-luvulla tandem-massaspektrometrian kehittyminen on tuonut yleiseen käyttöön nestekromatografia-massaspektrometriaan (LC-MS/MS) perustuvat määritysmenetelmät, joiden suosio on ollut kasvussa (22). Huolimatta laboratorioteknologian kehittymisestä vuosikymmenten aikana eri pitoisuusmäärityksillä saatujen tulosten vertailua on vaikeuttanut määritysmenetelmille yhteisen vertailustandardin puuttuminen. Sekä eri menetelmien että tutkimuslaboratorioiden välillä on havaittu merkittävää D-vitamiinitulosten vaihtelua, minkä vuoksi erityisesti D-vitamiinin puutostilan seerumipitoisuuden raja-arvon päättäminen on ollut epävarmaa (23). DEQAS (the Vitamin D External Quality Assessment Scheme) on 1980-luvun lopulla tähän tarpeeseen perustettu laadunvalvontaohjelma, joka tarkkailee siihen eri puolilta maailmaa

10 osallistuvien tutkimuslaboratorioiden eri D-vitamiinin määritysmenetelmien tarkkuutta. Nykyisin DEQAS toimii vertaamalla osallistujiensa lähettämien näytteiden ilmoitettuja 25(OH)D- ja 1,25(OH) 2D -pitoisuuksia kontrollimäärityksellä saatuun tulokseen. Kontrollimäärityksessä käytetään yhdysvaltalaisen National Institute of Standards and Technology (NIST) -viraston vertailumenetelmäkseen valitsemaa LC-MS/MS-määritystä. Osallistuvan laboratorion hyväksyttyyn suoritukseen vaaditaan, että tuloksista tietty osuus vastaa riittävällä tarkkuudella NIST:n vertailumenetelmän tuloksia. DEQAS:n rinnalla on toiminut vuodesta 2010 VDSP (the Vitamin D Standardization Program), jonka tavoitteena on vähentää menetelmistä johtuvaa 25(OH)D-tulosten vaihtelevuutta edistämällä NIST:n vertailumenetelmän kanssa vertailukelpoisten menetelmien käyttöönottoa mittalaitevalmistajien keskuudessa. Tulevaisuudessa eri tutkimusten mittaustulosten vertailu kehittyy nykyistä luotettavammaksi, kun LC-MS/MS-määrityksen käyttö yleistyy DEQAS:n työn tuloksena (24). 2.1.3 D-vitamiini keskushermostossa Ainakin lähes 40 eri solutyyppiä ilmentää VDR:ää (25). D-vitamiinireseptorien löytyminen useista eri kudoksista, joiden ei ole aiemmin tiedetty olevan D-vitamiinin vaikutuskohteita, on auttanut ymmärtämään D-vitamiinin muita vaikutuksia elimistössä kalsiumtasapainon säätelyn lisäksi. D-vitamiinin uusia aiemmin tuntemattomia fysiologisia tehtäviä on löydetty esimerkiksi immuuni- ja sydän- ja verisuonijärjestelmän säätelyssä sekä solunjakautumisen ja apoptoosin säätelyssä useissa eri kudoksissa (7,26,27). Luun mineraalistumisen häiriöiden lisäksi D-vitamiinin puutos saattaa olla osatekijä useiden eri sairauksien, kuten infektioiden, diabeteksen tai hermoston rappeumatautien taustalla (20). D-vitamiinilla on muiden steroidihormonien tavoin myös solukalvoreseptorin kautta välittyviä vaikutuksia. MARRS (membrane-associated rapid response steroid-binding) -reseptori välittää D-vitamiinin nopeita eigenomisia vaikutuksia muun muassa solunsisäiseen kalsiumpitoisuuteen ja proteiinikinaasi C:n aktiivisuuteen, mutta D-vitamiinin uudet ei-klassiset vaikutukset syntyvät VDR:n kautta (25). D-vitamiini läpäisee verenkierron ja keskushermoston välisen veriaivoesteen muiden steroidihormonien tavoin, mutta aivojen hermo- ja gliasoluissa on myös havaittu ilmentyvän sekä CYP27B1- ja CYP24A1-entsyymiä että D-vitamiinireseptoria, mikä viittaa D-vitamiinin aktiivisen metaboliitin paikalliseen tuotantoon sekä eliminaatioon aivoissa. CYP27B1:n ja VDR:n ilmentyminen on immunofluoresenssimääritysten perusteella jakautunut eri tavoin ihmisen aivojen eri rakenteisiin, minkä perusteella D-vitamiinilla on mahdollisesti muiden steroidihormonien tavoin auto- tai parakriinisia tehtäviä aivoissa (2). VDR:ää ja

11 CYP27B1:tä esiintyy sekä hermo- että gliasoluissa koko aivoissa ja yleisesti ottaen valkeassa aineessa muita alueita vähemmän. Etuaivokuorella VDR:n ja CYP27B1:n osalta voimakkaimmin immunoreaktiivinen solukerros on ulompi granulaarinen kerros lukuun ottamatta pihtipoimua, missä molekulaarikerros on voimakkaimmin VDR-reaktiivinen. Hippokampuksen solukerroksista CA1:n ja CA2:n (cornu ammonis) pyramidaalisolut sekä granulaarisolut ilmentävät voimakkaimmin VDR:ää ja CYP27B1:n ilmentyminen on jakautunut tasaisemmin eri kerrosten molekulaarisoluihin (1). Tyvitumakkeista häntätumake ja aivokuorukka ovat VDR- ja CYP27B1-immunoreaktiivisia, mutta mantelitumakkeessa vain CYP27B1 ilmenee kohtalaisesti. Väliaivojen talamuksessa VDR:n ja CYP27B1:n ilmentyminen on heikkoa kauttaaltaan lukuun ottamatta ulompaa polvitumaketta (nucleus geniculatus lateralis), missä molempien ilmentyminen on voimakasta. Mustatumakkeessa suuret hermosolut ovat voimakkaasti VDR- ja CYP27B1-immunoreaktiivisia, ja hypotalamuksessa voimakkaimmin immunoreaktiivisia alueita ovat supraoptinen ja paraventrikulaaritumake. Basaalisten etuaivojen kolinergisiä yhteyksiä etuaivokuorelle muodostavien CH4-hermosolujen on havaittu parakriiniseen rooliin viitaten ilmentävän CYP27B1:tä, mutta ei VDR:ää. CH4-solujen tiedetään ilmentävän runsaasti D- vitamiinipitoisuuden säätelemää kalbindiini 28K -proteiinia sekä olevan riippuvaisia D-vitamiinipitoisuuden säätelemän hermokasvutekijän retrogradisesta kuljetuksesta (1). Koska muilla steroidihormoneilla on tärkeitä erilaisia tehtäviä keskushermoston kehityksen ja toiminnan kannalta, tutkimus on pyrkinyt selvittämään D-vitamiinin mahdollisia rooleja aivoissa esimerkiksi aivosolujen erilaistumisessa, stressiltä suojaamisessa, inflammaatio- ja sytokiinisäätelyssä, hermovälittäjäaineiden synteesissä, solunsisäisessä kalsiumsignaloinnissa ja solujen rakennetta ja metaboliaa säätelevien geenien säätelyssä (2). 2.2 Masennus 2.2.1 Masennuksen määritelmä Depressiot eli masennustilat ovat mielenterveyden häiriöiksi määriteltäviä oireyhtymiä, jotka luokitellaan mielialahäiriöiden alaryhmäksi (28). Kansainvälinen tautiluokitusjärjestelmä ICD-10 (International Statistical Classification of Diseases and Related Health Problems) määrittelee masennusjakson tyypillisiksi piirteiksi potilaan suurimman osan aikaa syvästi alakuloisen mielialan, uupumuksen, itseluottamuksen tai itsearvostuksen menetyksen vähenemisen ja perusteettoman syyllisyydentunteen, unihäiriöt, ruokahalun muutokset, sekä kyvyttömyyden kokea mielihyvää sekä kiinnostua ja keskittyä aiemmin kiinnostaneisiin asi-

12 oihin (29). Masennuksen, kuten muidenkin mielenterveyden häiriöiden, diagnostiikan haasteita ovat riskitekijöiden, syiden ja seurausten tunnistaminen, terveen ja sairaan välisen rajan erottaminen, oireiden ryhmittely sekä eri häiriöiden esiintyminen samanaikaisesti. Mielenterveyden häiriöt ilmenevät koko elämään vaikuttavina monimuotoisina ja epätarkkarajaisina persoonallisuuden piirteinä, ajattelutoimintoina, tunnekokemuksina, käyttäytymisenä sekä somaattisina oireina, minkä vuoksi häiriöitä ei voida tunnistaa ja selittää kokonaisuuksina joko puhtaasti biologisin tai psykologisin käsittein. Käytännön diagnostiikassa oireiden yhteenliittymien vaikeusastetta, kestoa ja toistuvuutta koskevat kriteerit ohjaavat mielenterveyden häiriön toteamista, minkä vuoksi luokittelu terveisiin ja sairaisiin on väistämättä osin sopimuksenvaraista. Luokittelua kuitenkin tarvitaan, koska diagnoosit turvaavat potilaan asianmukaisen hoidon saamista ja lakisääteisiä etuuksia (30). Masennustilan toteaminen ja sen vaikeusasteen arviointi perustuvat diagnostiseen haastatteluun. Haastattelussa voidaan käyttää apuna oireiden arviointilomakkeita ja -asteikkoja, joissa pistemäärän raja-arvot ilmaisevat masennuksen ja sen vaikeusasteen todennäköisyyttä (31). Potilaan toimintakyvyn heikkeneminen on yleensä sitä voimakkaampaa, mitä vakavampi oirekuva on. Lievää masennustilaa sairastava on tavallisesti vielä työkykyinen, mutta vaikeimmissa oirekuvissa potilas vaatii usein huolenpitoa ja seurantaa sairaalahoidossa (28). Keskeisiä masennustilan kliinisiä alaryhmiä ovat esimerkiksi synnytyksen jälkeinen masennustila ja vuodenaikaan liittyvä masennustila sekä psykoottinen masennus, johon liittyy lisäksi harhaluuloja ja aistiharhoja. Masennus erotetaan diagnostisesti toisesta mielialahäiriöiden ryhmästä, kaksisuuntaisesta mielialahäiriöstä, jossa potilaalla on esiintynyt ennen masennusoireita tai samanaikaisesti niiden kanssa lisäksi maanisia tai hypomaanisia oirejaksoja. Kaksisuuntaisen mielialahäiriön hoito eroaa myös monin tavoin masennuksen hoidosta. Lisäksi erotusdiagnostiikassa on selvitettävä, ettei potilaan masennustila johdu jostain toisesta somaattisesta sairaudesta, potilaan käyttämästä lääkkeestä tai päihderiippuvuudesta. Esimerkiksi kilpirauhasen vajaatoiminta, kortikosteroidilääkitys tai alkoholismi voivat aiheuttaa masennusta muistuttavan elimellisen mielialahäiriön (28). 2.2.2 Masennuksen mittaaminen Kokeneen ammattilaisen standardisoidulla diagnostisella haastattelulla (SDI) tekemää psykiatrista arviointia on yleisesti pidetty parhaana keinona mitata masennusoireita. SDI:llä ja ilman sitä tehdyn arvion tulosten on kuitenkin osoitettu usein korreloivan vain heikosti, mikä ei tue diagnoosin perustamista ainoastaan jommalla kummalla tehtyyn arviointiin (32,33). Diagnoosin käyttäminen mittana masennuksesta ei myöskään ole tarkoituksenmukaista, jos

13 tutkimuksessa on tarkoituksena saada tietoa myös kliinistä masennusta lievemmistä masennusoireiden asteista eikä usein ole mahdollistakaan laajoissa väestötutkimuksissa. Masennusoireasteikkoja käytetään masennusoireiden tunnistamisessa ja niiden vakavuuden määrällisessä arvioinnissa, koska ne voivat ainakin periaatteessa antaa vähäisillä kustannuksilla hyödyllistä lisätietoa potilaan tilasta. Oireasteikon säännöllisellä käytöllä hoitosuhteessa voidaan esimerkiksi tunnistaa potilaat, jotka eivät hyödy käytetystä hoidosta tarpeeksi ja joiden hoitoa tulisi suunnitella uudelleen (34). 2.2.3 Masennuksen epidemiologia Maailmanlaajuisesti keskimäärin kuusi prosenttia väestöstä on sairastanut vaikea-asteista masennusta viimeisten 12 kuukauden aikana ja 15-18 prosenttia sairastaa masennusjakson elämänsä aikana, mikä tekee masennuksesta erään suurista aikuisväestön sairaustaakan eli muun muassa heikentyneen elämänlaadun, terveydenhuollon kustannusten ja työkyvyttömyyden aiheuttajista. Masennuksen esiintyvyys ei merkittävästi eroa korkean ja matalan elintason maiden välillä. Ensimmäinen masennusjakso ilmaantuu tyypillisesti noin 20-40 vuoden iässä, mutta lähes 40 prosentilla ennen 20 vuoden ikää, ja toinen ilmaantuvuuden huippu on noin 40-50 vuoden iässä. Masennus on lähes kaksinkertaisesti yleisempää naisilla kuin miehillä (35). Masennustilojen esiintyvyyttä suomalaisessa aikuisväestössä selvittäneen tutkimuksen mukaan keskimäärin viisi prosenttia aikuisista on sairastanut vaikea-asteista masennusta viimeisen vuoden aikana (36). Suomessa perusterveydenhuollon asiakkaista noin kaksikymmentä prosenttia on sairastanut masennusjakson viimeisen vuoden aikana, ja yli puolet aikuisten psykiatrisen erikoissairaanhoidon palveluiden käytöstä liittyy depressiivisiin häiriöihin. Mielenterveyspalveluiden käytön todennäköisyyttä lisää oireiden vakavuus ja toisen psykiatrisen häiriön, kuten ahdistuneisuushäiriön samanaikainen sairastaminen eli komorbiditeetti (37,38). 2.2.4 Masennuksen patogeneesi Masennuksen kehittymiseen vaikuttaa yhdessä useita eri tekijöitä, jotka eivät yksittäisinä kykenisi selittämään oireyhtymää kokonaisuutena. Tekijöiden merkitys vaihtelee yksilöittäin ja eri elämänvaiheissa. Nykykäsityksen mukaan keskeisimmiksi patogeneesiin liittyviksi tekijöiksi voidaan todeta perimä, ympäristö, aivojen välittäjäaineiden tasot, hypotalamus-aivolisäke-lisämunuais -akselin (HPA-akseli) toiminta, hermostoon vaikuttava inflammaatio eli tulehdustila, hermoston plastisuus eli muovautumis- ja uusiutumiskyky, rakenteelliset ja toiminnalliset muutokset aivoissa sekä epigeneettiset mekanismit eli geenien ja

14 ympäristön vuorovaikutus (35). Masennuksen ja muiden neuropsykiatristen häiriöiden tutkimuksesta suuri osa perustuu koe-eläimillä kehitettyihin malleihin, koska ihmisaivojen toiminnan kuvantaminen ja muut ei-kajoavat tutkimusmenetelmät ovat vasta kehittymässä riittävän tarkoiksi. Pääosin jyrsijöillä kehitettyjen eläinmallien, erityisesti niin kutsuttujen opitun avuttomuuden testin ja kroonisen stressin testin ei voida olettaa heijastavan parhaimmillaankaan kuin osaa mielenterveyden häiriön kokonaisuudesta, sillä useita oireista pidetään ominaisina vain ihmiselle. Kuitenkin monet muun muassa HPA-akselia ja masennuslääkkeitä koskevat löydökset ja hypoteesit ovat yleisesti hyväksyttyjä (39). 2.2.4.1 Perintötekijät Periytyvyyden osuus masennuksen synnyssä on ollut runsaan tutkimuksen kohteena, sillä geenien riskivarianttien löytyminen voisi tarkentaa käsitystä masennuksen fysiologisista mekanismeista sekä mahdollistaa kehittyneemmän masennuksen hoidon ja ehkäisyn. Masennuksen periytyvyyden on todettu kaksostutkimusten perusteella olevan noin 30-40 %, mutta periytyvyyteen selkeimmin liittyvien geenivarianttien tunnistaminen on osoittautunut haasteelliseksi. Useat genominlaajuiset assosiaatiotutkimukset (genome-wide association study, GWAS) ovat tuottaneet pääosin vain vähäisiä tuloksia eikä tutkittujen ehdokasgeenien ole toistetusti todettu yhdistyvän merkitsevästi masennukseen (40). Riittävän suurikokoisten aineistojen perusteella on kuitenkin tunnistettu useita kymmeniä tilastollisesti merkitsevästi masennukseen yhdistettyjä geenilokuksia. Tunnistetut geenit liittyvät muun muassa hermosolujen synapseihin, morfogeneesin eli rakenteen kehittymiseen, erilaistumiseen, sytokiini- ja immuunivasteeseen, jänniteherkkiin kalsiumkanaviin sekä jotkut niistä lukeutuvat geeneihin, joiden tunnetaan sitoutuvan retinoidi X -reseptoriin. Lisäksi osa tunnistetuista geenilokuksista on yhteisiä toisen GWAS-menetelmällä tutkitun psykiatrisen häiriön, skitsofrenian, kanssa (41). Myös epigenetiikka on kasvava masennuksen patogeneesin tutkimusalue. Ympäristötekijöiden muutokset voivat muuttaa pitkäkestoisesti geenin ilmentymisen määrää vaikuttamatta geenin DNA-sekvenssiin. Esimerkiksi varhaisen lapsuuden stressitekijöiden uskotaan voivan epigeneettisesti muuttaa masennuksen synnyn kannalta keskeisten geenien ilmenemistä mahdollisesti koko myöhemmän elämän ajaksi ja lisäävän altiutta masennuksen puhkeamiselle. Koe-eläinmallissa varhaiset haitalliset kokemukset lisäävät rotilla DNA:n metylaatiota glukokortikoidireseptorin geenissä, mikä aiheuttaa reseptorin heikentynyttä ekspressiota hippokampuksessa ja voi selittää lisääntynyttä ahdistuneisuutta. Myös masennuslääkkeiden

15 vasteen uskotaan riippuvan osin yksilön geenien epigeneettisestä säätelystä, sillä hiirillä masennuslääkkeestä saatu vaste liittyy hippokampuksen solujen BDNF-geenin (aivoperäinen neurotrofinen tekijä, brain-derived neurotrophic factor) promoottorialueen histonien asetylaatioasteeseen, ja ihmisillä, joilla ei saavuteta toivottua masennuslääkehoitovastetta, on osoitettu poikkeavan vähäistä metylaatiota BDNF-geenin eksonin promoottorialueella. Masennuslääkkeet eivät luultavasti vaikuta geenien ilmentämiseen epigeneettisillä mekanismeilla (42,43). 2.2.4.2 Haavoittuvuus-stressimalli Yksilöiden välisiä eroja masennuksen riskissä on selitetty haavoittuvuus-stressimallilla, jonka mukaan haavoittuvuuden kasvaessa yhä vähäisempi stressi voi riittää aiheuttamaan masennustilan. Merkittävä osa alttiudesta sairastua masennukseen vaikuttaa selittyvän edellä mainittujen perintötekijöiden ja varhaisen lapsuuden ongelmallisten kiintymyssuhteiden sekä traumaattisten kokemusten välisellä yhteisvaikutuksella. Lapsuuden kokemuksien muuntumisessa pitkäkestoiseksi herkkyydeksi vaikuttaa biologisten mekanismien lisäksi psykologisia ja psykososiaalisia rakenteita. Esimerkiksi tunne-elämän epävakaus ja heikko itsetunto aikuisena liittyvät lapsuudessa koettuun huonoon huolenpitoon, ja voivat vaikeuttaa läheisten ihmissuhteiden muodostamista ja tätä kautta sosiaalisen tuen saatavuutta. Varhaiset kokemukset myös määrittävät yksilöllistä tapaa suhtautua itseä koskevaan informaatioon myöhemmin elämässä, ja voivat lisätä kognitiivista haavoittuvuutta. Persoonallisuuden piirteet ovat pitkälti perintötekijöistä riippuvia, mutta heijastavat osin myös varhaisia kokemuksia. Piirteistä erityisesti voimakas neuroottisuus, vähäinen positiivinen emotionaalisuus ja voimakas negatiivinen emotionaalisuus kasvattavat masennusriskiä. Esimerkiksi vähäinen positiivisen emotionaalisuuden piirre ihmisen persoonallisuudessa voi johtaa suppeaan sosiaaliseen verkostoon ja keskimääräistä vähäisempään saatavilla olevaan sosiaaliseen tukeen (44). Haavoittuvuus-stressimallissa masennuksen puhkeamista edeltävä stressitekijä on lähes aina merkittävä haitallinen elämäntapahtuma tai useiden pienempien jatkuvien rasitteiden kerääntyminen. Aikuisiän stressitekijöiden merkitys masennuksen synnyssä on ollut kiistanalainen, koska osalla potilaista masennusjaksoa ei vaikuta edeltävän huomattavaa stressiä. Malli selittää kyseiset potilaat hyvin haavoittuvaisiksi, joille huomaamattomankin lievä stressitekijä voi riittää laukaisemaan masennusjakson. On myös havaittu, että vakavan masennuksen eräs merkittävimmistä riskitekijöistä on edeltävä lievempi masennusjakso ja että

16 jokainen masennusjakso lisää uuden masennusjakson todennäköisyyttä. Ilmiön neurobiologisen selityksen mukaan masennusjaksot herkistävät aivoja aiempaa lievemmille stressitekijöille. Yhtenevän psykologisen selityksen mukaan toistuvien masennusjaksojen myötä henkilön ajattelu muuntuu käsittelemään informaatiota negatiivisilla tavoilla aikaisempaa herkemmin (44). vmpfc dlpfc Sensorinen informaatio HPC AMG NAcc CN Motoriset aivoalueet PVN Aivolisäke Lisämunuaiskuori RN lhb VTA SN : sensorisen informaation reitti motorisille aivoalueille : reitin aivoalueita säätelevät nousevat yhteydet : laskevat säätelevät yhteydet etuaivokuorelta : stimuloiva vaikutus HPA-akselissa : inhiboiva tai negatiivinen palautevaikutus HPA-akselissa Kuva 1. Masennukseen keskeisesti liittyvien aivoalueiden väliset yhteydet (44). Merkintöjen selitykset: HPC: hippokampus; AMG: amygdala; PVN: hypotalamuksen paraventrikulaaritumake; vmpfc ja dlpfc: ventromediaalinen ja dorsolateraalinen etuaivokuori; RN: raphe-tumake; lhb: lateraalinen habenula; NAcc: nucleus accumbens; VTA ventraalinen tegmentaalialue; SN: substantia nigra; CN: nucleus caudatus. 2.2.4.3 Hypotalamus-aivolisäke-lisämunuais akselin ja hippokampuksen merkitys Kuvassa 1 on esitetty yksinkertaistettuna ihmisen HPA-akselin ja eri aivoalueiden välisiä suhteita ja yhteyksiä, jotka nykykäsityksen mukaan liittyvät masennuksen etiologiaan. Masennuspotilaiden ensimmäistä masennusjaksoa edeltävien stressitekijöiden neurobiologisten vaikutusten tutkimus osoittaa keskeisiksi erityisesti stressin vaikutuksen HPA-akseliin, stressin neurotoksiset vaikutukset aivojen hippokampukseen sekä seuraukset aivojen morfologiaan (44). Koetun stressin keskeisimmät fysiologiset vaikutukset autonomiseen hermostoon ja käyttäytymiseen ovat HPA-akselin välittämiä. Aivojen hypotalamuksen neuronien erittämän kortikoliberiinin (CRH) välittämä endokrinologinen tehtävä on säädellä kortikotropiinin (ACTH) vapautumista aivolisäkkeestä. ACTH puolestaan säätelee verenkierron

17 välityksellä glukokortikoidi kortisolin eli stressihormonin vapautumista lisämunuaisen kuorikerroksesta. Kortisoli rajoittaa hypotalamuksen CRH:n ja aivolisäkkeen ACTH:n eritystä negatiivisen palautejärjestelmän kautta (28). Kortisolin eritys lisääntyy nopeasti stressitilanteissa, mikä mobilisoi elimistön energiavarastoja ja auttaa elimistöä sopeutumaan tilanteeseen. Kortisolierityksen vähentyessä lepotilassa puolestaan kortisolin immunosuppressiivinen vaikutus väistyy ja elimistön puolustusjärjestelmä kykenee vastaamaan esimerkiksi infektioihin ja vammoihin paremmin (42). Emotionaaliset ärsykkeet vaikuttavat HPA-akseliin mantelitumakkeen (amygdala) ja etuaivojen laskevien ratojen välityksellä. Amygdala säätelee stimuloivasti hypotalamuksen aktiivisuutta, ja amygdalan ja kortisolin välillä on positiivinen palautevaikutus. Hippokampus eli aivoturso (hippocampus) puolestaan säätelee HPAakselia inhiboivasti kortisolin negatiivisen palautevaikutuksen kautta ja estää HPA-järjestelmää karkaamasta hallinnasta. Lisäksi dorsomediaalinen etuaivokuori ja prelimbinen aivokuori säätelevät laskevien hermoratojen kautta HPA-akselia negatiivisella palautevaikutuksella (44). ACTH:n ja kortisolin erityksen välisen suhteen katkoksella eli dissosiaatiolla tarkoitetaan kortisolin erittymistä veren ACTH-pitoisuudesta riippumatta. Dissosiaatiota voi esiintyä useissa pitkäkestoisissa tai vaikeissa somaattisissa sairauksissa, mutta HPA-akselin hyperaktiivisuus ja hyperkortisolemia matalasta ACTH-erityksestä huolimatta on tunnistettu tyypilliseksi ilmiöksi myös masennuspotilailla (45). Kortisolieritys on masennuspotilailla yleensä lisääntynyttä, mutta dissosiaatio voi ilmetä myös poikkeavan matalana kortisolipitoisuutena. Eritysnopeus ei myöskään vaihtele vuorokaudenajan mukaisesti, kuten normaalissa erityksessä. Korkea kortisolipitoisuus voi selittää osaa tyypillisistä masennusoireista, kuten unihäiriöitä tai ruokahalun muutoksia. Hyperkortisolemian mekanismeja ovat lisämunuaisen herkistyminen ACTH:lle ja CRH:lle sekä kortisolin heikentynyt negatiivinen palautevaikutus. Negatiivisen palautevaikutuksen heikentymisen mekanismina pidetään keskushermostossa kaikkialla, mutta erityisesti hippokampuksessa, esiintyvien glukokortikoidireseptorien (GR) herkkyyden ja toiminnan heikentymistä eli glukokortikoidiresistenssiä (46). Voimakkaaseen stressiin liittyvän pitkäkestoisesti kohonneen kortisolipitoisuuden on todettu vaikuttavan aivoissa erityisesti hippokampuksen granulaarisoluihin. Pitkäkestoinen kortisolialtistus heikentää granulaarisoluissa GR:ien toimintaa ja ilmentymistä, mikä edelleen jatkuessaan johtaa välittäjäaine glutamaatin vapautumisen lisääntymiseen, neurotoksis-

18 ten vapaiden radikaalien muodostumiseen, solujen energiatasapainon heikentymiseen glukoosin kuljetuksen vähentymisen myötä sekä vähentyneeseen solujen rakennetta ja toimintaa säätelevän BDNF:n tuotantoon. Äärimmillään pitkäkestoinen kortisolialtistus johtaa granulaarisolujen apikaalisten dendriittien atrofiaan ja jopa solujen kuolemaan, mikä voidaan havaita morfologisten muutosten ohella hippokampuksesta riippuvaisten muistitoimintojen häiriintymisenä. Krooninen stressi inaktivoi hippokampuksen kykyä säädellä inhiboivasti HPA-akselia. (44) Kortisolin vaikutus keskushermostoon häiriintyy pitkäkestoisessa stressissä ja muuttuu akuutin stressin anti-inflammatorisesta eli tulehdusreaktioita välittävien sytokiinien pitoisuutta laskevasta vaikutuksesta proinflammatoriseksi (46). Kohonnut kortisolipitoisuus stimuloi makrofagien ja mikrogliasolujen sytokiinituotantoa, mitä pidetään glukokortikoidiresistenssin keskeisenä aiheuttajana (44). Ilman toimivia reseptoreita kortisolin antiinflammatoriset vaikutukset eivät toteudu eikä negatiivinen palautevaikutus HPA-akseliin toimi (25). Sytokiineihin liittyvän matala-asteisen kroonisen inflammaation, soluvälitteisen synnynnäisen immuniteetin aktivoitumisen sekä lisääntyneen oksidatiivisen ja nitrosatiivisen stressin merkitys masennuksessa on ollut kasvavan kiinnostuksen kohteena, koska masennuspotilailla on havaittu keskimäärin korkeampia tuumorinekroositekijä (TNF)α:n, interleukiini (IL)-6:n ja C-reaktiivisen proteiinin (CRP) pitoisuuksia kuin terveillä (25,47). Sytokiineilla on rooli masennuksen tyypillisen oirekuvan synnyssä, sillä eräiden sairauksien hoidossa käytetyt sytokiini-infuusiot aiheuttavat merkittävälle osalle hoidetuista klassisia masennuksen oireita ja toisaalta masennuslääkkeiden on havaittu vaikuttavan elimistön sytokiinituotantoon (47). Psykososiaalinen stressi lisää koe-eläimillä ja ihmisillä proinflammatoristen IL-1:n ja interferoni (IFN)γ:n, eritystä ja vähentää anti-inflammatoristen sytokiinien, kuten IL-10:n, tuotantoa. Varhaisen elämän voimakas stressi ja traumaattiset kokemukset liittyvät kohonneen masennusriskin lisäksi myös myöhemmän elämän yleisempään matala-asteisen inflammaation esiintymiseen. Kroonisen stressin ohella masennuksesta kärsiviltä mitattuja kohonneita tulehdusmerkkiaineiden pitoisuuksia on selitetty myös inflammaatiota voimistavalla epäterveellisellä ruokavaliolla, ylipainolla, vähäisellä liikunnalla ja tupakoinnilla. Myös tunnettua unihäiriöiden ja masennuksen välistä yhteyttä on selitetty unihäiriön aiheuttamalla inflammaatiolla. Riittämätön uni voisi johtaa kohonneen sympaattisen autonomisen hermoston aktivaation kautta immuunijärjestelmän epätasapainoon ja havaittuun lisääntyneeseen proin-

19 flammatoristen TNFα:n ja IL-6:n eritykseen. On ehdotettu, että suolen poikkeava läpäisevyys bakteereille voisi aiheuttaa jatkuvan systeemisen inflammaation ja altistaa masennuksen kehittymiseen hermostossa (47). Pidetään jopa mahdollisena, että masennus olisi seuraus immuunijärjestelmän reaktiosta keskushermoston infektioon, sillä esimerkiksi tiettyjen virusten kantajuus on masennuspotilailla keskimääräistä yleisempää (25). Glukokortikoidiresistenssia ilmenee pitkäkestoisessa stressissä hermosolujen ohella myös neuroendokriinisissä ja immuunijärjestelmän kudoksissa, ja resistenssin varsinaiseksi tarkoitukseksi on ehdotettu vammojen paranemisprosessien mahdollistamista stressin jatkumisesta huolimatta. Sytokiinit aiheuttavat glukokortikoidiresistenssia vaikuttamalla useisiin solujen sisäisiin stressi- ja immunivastetta sääteleviin signaaliketjuihin, joista keskeisimmissä vaikuttavat MAPK, NF-κB ja Jak. Erityyppisissä stressivasteissa MAPK:t (mitogeenin aktivoimat proteiinikinaasit) aktivoituvat ja lisäävät signaalireitin kautta solun sopeutumista parantavien geenien transkriptiota. Eräät MAPK:t, kuten p38, estävät proinflammatorisen sytokiinin vaikutuksesta GR:n välittämää geenien transkriptiota eli heikentävät glukokortikoidin aikaansaamaa vastetta solussa. NF-κB on transkriptiotekijä, joka välittää muun muassa IL-1:n, IL-6:n ja TNFα:n proinflammatorisia vasteita. NF-κB:n on havaittu vuorovaikuttavan GR:n kanssa esimerkiksi kilpailemalla CREB:tä sitovan proteiinin koaktivoinnista, mikä heikentää GR:n vaikutusta. Interleukiinien on havaittu häiritsevän myös signaaleja välittävän ja transkriptiota käynnistävän Jak:n ja GR:n välistä normaalia vuorovaikutusta. GR:n vaikutuksia solussa vaimentaa myös inflammaatiota välittävän fosfolipaasi-syklo-oksigenaasi (COX)-prostaglandiini reitin aktivoituminen muun muassa IL-1:n tai TNFα:n vaikutuksesta. Proteiinikinaasi A:n (PKA) signalointireitin aktiivisuuden on todettu vähentyneen masentuneilla, ja PKA:lla vaikuttaa olevan tehtävä GR:n normaalissa toiminnassa. Lisääntyvä PKA-aktiivisuus ilmeisesti lisää GR-geenin transkriptiota, mrna:n stabiliteettia ja määrää, parantaa GR:n toimintaa sekä korjaa GR-resistanssia. Lisäksi PKA-reitti luultavasti vaikuttaa NF-κB- ja MAPK-signalointia inhiboivasti (48). Tarkempi tutkimus sytokiinien vaikutuksesta aivoissa kertoo sytokiinien, hermotukikudoksen gliasolujen ja hermoston välittäjäaineiden välisestä yhteydestä masennuksen taustalla. Proinflammatoriset sytokiinit indusoivat aivojen astrosyyttien, mikrogliasolujen ja infiltroituvien makrofagien indoleamiini 2,3-dioksygenaasi (IDO)-entsyymiä, joka katalysoi aminohappo tryptofaanin kataboliaa kynureniiniksi (KYN) serotoniinin (5HT) sijaan. KYN metaboloidaan edelleen joko astrosyyteissä kynureenihapoksi (KA) tai mikrogliassa ja makrofa-

20 geissa kinoliinihapoksi (QUIN), joilla on päinvastaiset vaikutukset glutamatergiseen hermovälittäjäainejärjestelmään. KA toimii glutamaatin NMDA-reseptorin antagonistina ja QUIN agonistina, lisäksi QUIN stimuloi glutamaatin vapautumista hermosoluista. Glutamaattiaineenvaihdunnan lisääntyminen aiheuttaa hermosoluissa kalsiumionien tasapainon häiriön ja lisääntynyttä hapetusstressiä. QUIN voi aiheuttaa hermokudoksessa toksista lipidien peroksidaatiota ja nitrosatiivista stressiä ja KA:lla puolestaan on antioksidatiivista vaikutusta NMDA-reseptorin antagonismin kautta. Glutamaatin ja QUIN:n pitoisuuksien on havaittu olevan koholla ja korreloivan masennusoireiden vaikeuteen masennuksesta kärsivillä. Samoin gliasolujen, erityisesti astrosyyttien, määrän on todettu masentuneilla vähentyneen etuaivokuorella ja limbisessä järjestelmässä, minkä voidaan päätellä johtavan häiriöihin esimerkiksi QUIN:n ja KA:n pitoisuuksien suhteessa tai synapsien ja synapsien muodostumisen, veriaivoesteen ja glutamaatin takaisinoton säätelyssä. Myös oligodendrosyyttien määrän on todettu vähentyneen masentuneiden etuaivokuorella ja amygdalassa (25). Neurotrofiinit ovat hermostossa vaikuttavien viestimolekyylien ryhmä, johon lukeutuvat muun muassa BDNF, hermokasvutekijä (nerve growth factor, NGF) ja gliasolulinjaperäinen neurotrofinen tekijä (GDNF). Neurotrofiinit säätelevät spesifisten reseptorien kautta hermosolujen geenien ekpressiota ja ehkäisevät geneettisesti ohjatun solukuoleman eli apoptoosin käynnistymistä soluissa. Lisäksi neurotrofiiniperhe säätelee hermosolujen välisten synapsien muodostumista ja vahvistumista, minkä vuoksi neurotrofiineilla on keskeinen merkitys sekä hermoston kehittymisessä että aikuisen hermoston mukautumiskyvyssä (49,50). BDNF sekä eräät muut kasvutekijät myös lisäävät antioksidatiivisen järjestelmän aktiivisuutta soluissa ja kykenevät suojelemaan hermosoluja glutamaatin toksisilta vaikutuksilta (51). Hippokampuksen pykäläpoimulle (gyrus dentatus) on ominaista uusien hermosolujen kasvu ja erilaistuminen aikuisiälläkin, ja neurogeneesillä uskotaan olevan tärkeä merkitys yksilön kyvyssä oppia adaptiivista ajattelua ja käyttäytymistä. Pitkäaikaisen kortisolialtistuksen on havaittu heikentävän neurogeneesiä voimakkaasti. Kroonisen stressin vaikutukset hippokampukseen ovat osin palautumattomia ja sitä voimakkaampia, mitä pitkäkestoisempia tai lukuisampia stressijaksot ovat, minkä uskotaan selittävän masennuksen uusiutumisriskin kasvua masennusjaksojen toistumisen myötä (44). Glukokortikoidireseptorin geenistä on useita polymorfismeja, joista osa saattaa altistaa glukokortikoidiresistenssille ja masennukselle (46). NR3C1 sisältää yhdeksän eksonia, joista yhdeksännestä on eri vaihtoehtoja. GR-geenin eksoneiden transkriptio voidaan aloittaa pro-