Болезнь альцгеймера молекулярные механизмы

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ БОЛЕЗНИ АЛЬЦГЕЙМЕРА: ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПОДХОД

Е. И. Рогаев Научный центр психического здоровья РАМН, Москва

Центральной задачей при исследовании патогенеза сложного заболевания является идентификация первичных молекулярных нарушений.

Предполагается, что первые гистопатологические изменения (например, накопление амилоидных бляшек) при болезни Альцгеймера могут возникать задолго (за 10-20 лет) до появления первых клинических симптомов. Это, разумеется, затрудняет идентификацию первичных дефектов, ведущих к нейродегенерации. Прорывом в данной области явился генетический подход, в частности, стратегия позиционного клонирования генов.

Генетическая предрасположенность и возраст являются наиболее четко определенными факторами риска развития болезни Альцгеймера (БА).

Установлено, что болезнь Альцгеймера включает несколько генетически гетерогенных форм, объединенных общим спектром клинических и гистопатологических признаков. Обнаружено, что причиной или фактором риска развития определенных форм БА являются мутации и полиморфизм в некоторых генах человека. В докладе будут вкратце изложены последние достижения в новой области «геномики» болезни Альцгеймера, а также перспективы исследований для разработки диагностики и терапии БА на основе генетических знаний.

1. Роль генетических факторов при болезни Альцгеймера

Еще в 40-х годах была предсказано, что генетические факторы играют значительную роль в патогенезе болезни Альцгеймера как с ранним, так и с поздним началом болезни. Суммируя данные близнецового анализа, характера наследования БА в семьях и недавние результаты анализа генов, вовлеченных в болезнь Альцгеймера, можно сделать следующие выводы:

1) семейные формы с ранним началом БА (до 65, в среднем 35-55 лет) характеризуются аутосомно-доминантным наследованием. Необходимой и достаточной причиной патологии при этом является мутация в единственном гене. Число больных с такими генетическими формами БА, видимо, не превышает 10 % от всех случаев БА.

2) для семейных случаев с поздним началом БА (условно старше 65 лет) наиболее соответствующей характеру наследования является олигогенная (несколько генов) природа наследования с «главной» мутацией в одном или нескольких генах и модификационным эффектом в других генах.

3) «Спорадические» случаи также могут быть обусловлены мутациями или полиморфизмом в генах, патогенная экспрессия которых зависит от многих других генов и эпигенетических факторов.

Обнаружение и клонирование генов БА, в целом, подтверждают данную схему.

2. Гены, мутации в которых ведут к развитию болезни Альцгеймера

К настоящему времени выявлено 4 гена, мутации или вариации, которые бесспорно вызывают или являются факторами риска БА.

Мутации в гене пресенилин 1 ( PS 1, хромосома 14) вызывают наиболее распространенные ранние семейные формы БА и являются, видимо, наиболее «агрессивными» генетическими факторами. Их патологическое проявление характеризуется высокой пенетрантностью и не зависит от других факторов среды или генотипа. К настоящему времени обнаружено более 45 различных миссенс-мутаций, разбросанных по всей длине кодирующей части гена, и одна «сплайсинг» — мутация, ассоциированных с семейной БА. Две мутации гомологичного гена пресенилин 2 ( PS 2, хромосома 1) обнаружены в родословных поволжских немцев и итальянцев.

Анализ многих популяций различного этнического происхождения, в том числе русских (см. в данном сборнике), показал, что полиморфизм в гене аполипопротеина АРОЕ (аллель е4, хромосома 19) является наиболее широко распространенным фактором риска как ранних, так и поздних форм БА. Следует отметить, что в отличие от мутации в гене PS 1 наличие в генотипе индивида е4 варианта не является необходимым или достаточным условием развития БА.

Несколько мутаций в экзоне 16 и 17 у пациентов с ранней семейной БА были ранее описаны для гена предшественника амилоида (APP, хромосома 21).

Суммируя, можно сказать, что мутации в генах пресенилина 1 и 2 ответственны за 30-70 % (по подсчетам разных авторов), а мутации в гене APP менее 5 % случаев семейных форм БА с ранним началом. АРОЕ е4 является одним из факторов риска в 30-50 % всех случаев БА.

В настоящее время продолжается поиск генов, вовлеченных в развитие БА, как методами позиционного клонирования, так и прямым анализом генетической ассоциации полиморфизмов в генах-кандидатах. Для некоторых семейных форм обнаружено «предполагаемое сцепление» БА с геном (еще не идентифицированном) на хромосоме 12. За последние четыре года обнаружено не менее 12 генов, для тех или иных аллельных вариантов которых показаны ассоциации с БА (см., например, в этом сборнике Щербатых и др., Григоренко и др.). К сожалению, известные статистические недостатки метода генетической ассоциации часто не позволяют получать убедительные данные, подтверждаемые в независимых исследованиях.

3. Функции генов болезни Альцгеймера в норме и патологии. Биологическая модель

На первый взгляд, не существует очевидной функциональной или структурной связи между белковыми продуктами тех генов, мутации в которых ассоциированы с БА. Пресенилины — внутриклеточные белки со множественными трансмембранными доменами. APP — белок с одним трансмембранным доменом, локализованным на плазматической мембране. Их экспрессия происходит во всех тканях, в том числе и в нейронах. Аполипопротеин Е — белок со множественными функциями, экспрессируется в мозге, но в глиальных клетках, а не в нейронах.

Исследования клеточных моделей и трансгенных животных показывают, что мутантные формы данных генов изменяют:

1) процессинг APP и аккумуляцию наиболее нейротоксичных форм бета-амилоида;

2) вызывают повышение чувствительности клеток различного типа, в том числе нейронов, к апоптозу;

3) могут влиять на изменение внутриклеточного Са 2+ -гомеостаза и различные системы сигнальной трансдукции и окислительного стресса.

Аполипопротеин Е участвует также в процессах регенерации ЦНС при повреждениях и является фактором риска (е4 форма) при сердечно-сосудистых заболеваниях.

Для выявления непосредственных молекулярных элементов, взаимодействующих с продуктами пресенилинов, APP или АРОЕ, необходимо дальнейшее развитие подходящих клеточных моделей или моделей трансгенных животных. Помимо традиционной модели трансгенной мыши (см. Григоренко и др. в данном сборнике) мы начали создание принципиально новых моделей беспозвоночных (дрозофила и моллюск) для исследования генов БА, и в частности, пресенилинов. В настоящее время клонированы ортологичные гены пресенилинов из Drosophila melanogaster (в сотрудничестве с Университетом г. Торонто) и из улитки Helix L . (неопубликованные данные). Данные модели, как предполагается, будут наиболее подходящими для идентификации элементов сигнальной трансдукции, взаимодействующих с пресенилинами.

С открытием генов пресенилинов остается открытым вопрос: является ли верной «центральная догма бета-амилоида», т. е. бета-амилоид как главная биохимическая причина БА. С одной стороны, показано, что мутации в генах PS 1 и PS 2 и АРОЕ е4 способствуют образованию наиболее «амилоидогенной» формы бета-амилоида. С другой стороны, больные с некоторыми мутациями в генах пресенилинах характеризуются накоплением лишь «диффузных» непатогенных форм амилоидных бляшек. Мутации (Р163Н и H 163 R ) в гене пресенилина 1 способствуют также отложению другого белка — приона (РгР). Наконец, установлено, что подкорковая деменция с множественными инсультами ( CADASIL ) вызывается мутациями в гене Notch 3. В систему Notch -сигнальной трансдукции вовлечен и продукт гена пресенилина. Таким образом, возможно, нарушение системы сигнальной трансдукции в позднем или даже раннем развитии центральной нервной системы может являться фактором ведущим к БА.

Перспективы генной диагностики и терапии

Для проведения генной диагностики БА необходимо: выяснение распространенности мутаций (например, в генах пресенилинов) не только в семейных, но и в спорадических случаях БА и других деменций в разных популяциях; поиск новых генов (например, на хромосоме 12), полиморфизмы в которых являются факторами риска БА или протектирующими факторами при БА.

Уже в настоящее время представляется перспективным тестирование на мутации гена пресенилина 1 у пациентов и родственников в семьях с ранним началом БА. Обнаружение мутации в эволюционно-консервативном сайте пресенилина 1 позволяет, по существу, однозначно предсказать развитие болезни до 60 лет (и наиболее вероятно в возрасте 35-55 лет).

Модели клеточных линий и животных, содержащих трансгенные мутантные формы генов БА, позволят тестировать различные лекарства и молекулы, влияющие на клеточные механизмы

2) апоптоза (програмированной клеточной смерти)

3) сигнальной трансдукции в данных системах.

Это дает надежды на создание лекарственных препаратов, имеющих не симптоматический эффект, а влияющих на первичные молекулярные нарушения при БА.

источник

Авторы работы:

Научный журнал:

МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 2007, том 41, № 2, с. 331-345

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ БОЛЕЗНИ АЛЬЦГЕЙМЕРА

© 2007 г. А. П. Григоренко1′ 2, Е. И. Рогаев1′ 2*

1Научный центр психического здоровья Российской академии медицинских наук, Москва, 113152 Россия 2Brudnick Neuropsychiatrie Research Institute, Department of Psychiatry, University of Massachusetts

Medical School, 01604, MA, USA Поступила в редакцию и принята к печати 10.10.2006 г.

Изучение молекулярных основ патогенеза болезни Альцгеймера привело к двум главным открытиям. Во-первых, были обнаружены гены, мутации в которых являются причиной (пресенилины PS1 и PS2, АРР) или фактором риска (ApoE) этого нейродегенеративного заболевания головного мозга. Во-вторых, найден новый тип протеаз и обнаружены, по-видимому, универсальные для различных клеточных систем и организмов механизмы регуляции дифференцировки и развития, осуществляемые посредством внутримембранного протеолиза. Пресенилины в составе тетрабелкового комплекса (е-/у-секретаза) расщепляют трансмембранные белки типа I, а недавно открытые аспартат-ные протеазы IMPAS/SPP расщепляют трансмембранные белки типа II. Процессинг трансмембранных белков с помощью клеточных внутримембранных протеаз приводит к образованию сигнальных белков, факторов транскрипции и коротких гидрофобных пептидов (фрагментов трансмембранных доменов), которые могут иметь как физиологическую функцию, так и играть ключевую роль в патогенезе старения ф-амилоид при болезни Альцгеймера). В настоящее время известно около 160 мутаций в гене PS1, более 10 мутаций в гене PS2 и 21 мутация в гене АРР. Уже стала возможной доклиническая диагностика некоторых ранних форм болезни Альцгеймера. Так как патогенез ранних и поздних форм болезни Альцгеймера сходен, изучение механизмов протеолиза, регулируемого внутримембранными аспартатными протеазами, позволит разрабатывать лекарственные средства, непосредственно влияющие на регуляцию процессинга трансмембранных белков как на первопричину болезни Альцгеймера.

Ключевые слова: болезнь Альцгеймера, пресенилины, АРР, IMP/IMPAS/SPP/SPPL, внутримембран-ный протеолиз.

MOLECULAR BASICS OF ALZHEIMER’S DISEASE, by A. P. Grigorenko12, E. I. Rogaev12* ^Research Center of Mental Health, Russian Academy of Medical Sciences, Moscow, 113152 Russia; 2Brudnick Neuropsychiatrie Research Institute, Department of Psychiatry, University of Massachusetts Medical School, 01604, MA, US; *e-mail: Evgeny.Rogaev@umassmed.edu). Studies of molecular mechanisms for Alzheimer’s Disease have led to the two major achievements. First, genes with mutations causing Alzheimer’s Disease (prese-nilin genes PS1, PS2 and APP) or bearing a risk factor polymorphism (ApoE) for Alzheimer’s Disease were described. Second, the new type of proteases and mechanisms of regulation of cellular differentiation and development by processes of intramembrane proteolysis were identified. These mechanisms, apparently, are universal for various cell types and organisms. Presenilin is a catalytic component of tetra-protein complex (e-/y-secretase) cleaving type I transmembrane proteins. Other recently discovered aspartate proteases, IMPAS/SPP, cleave type II transmembrane proteins. Processing of transmembrane proteins by cellular intramembrane proteases results in production of signal peptides, transcriptional factors and short hydrophobic proteins (fragments of transmembrane domains), which may have a physiological function or play a key role in patogenic events associated with ageing (e.g., P-amyloid formation in Alzheimer’s Disease). To date approximately 160 mutations in PS1 gene, more than 10 mutations in PS2 gene and 21 mutations in APP gene were described. Early preclinical diagnostics of some early forms of Alzheimer’s Disease became possible. Since patogeneses of early and late onset forms of Alzheimer’s Disease are similar, identification of molecular or epigenetic factors affecting primary molecular mechanisms (intramembrane or membrane associated proteolysis) underlying the disease may ultimately contribute to development of rational therapy for Alzheimer’s Disease.

Key words: Alzheimer’s Disease, presenilins, APP, IMPAS, intramembrane proteolysis.

Принятые сокращения: БА — болезнь Альцгеймера; APP — предшественник ß-амилоида; PSEN/PS — пресенилин; APOE -аполипопротеин E; IMPAS/IMP — внутримембранная аспартатная протеаза; SPP — пептидаза сигнального пептида; ICD -внутриклеточный домен; AICD — внутриклеточный домен APP; NICD — внутриклеточный домен Notch; EGF — эпидермаль-ный фактор роста; NMDA — ^метил^-аспартат.

*Эл. почта: Evgeny.Rogaev@umassmed.edu

Деменции — прогрессирующая потеря памяти и интеллекта — представляют серьезную проблему для здравоохранения и социальной сферы в развитых странах. Наиболее распространенное в среднем и пожилом возрасте нейродегенератив-ное заболевание человека, болезнь Альцгеймера (БА), составляет 50-60% всех деменций.

В 2005 г. насчитывали 24.3 млн. больных БА. По последним оценкам за каждый год число больных БА возрастает на 4.6 млн. и к 2040 г. составит 81.1 млн. человек [1]. Рост заболеваемости связывают, прежде всего, с увеличением продолжительности жизни в развитых странах. Несмотря на то, что доля пожилых людей с деменцией в развивающихся странах ниже, чем в развитых, именно на развивающиеся страны приходится около 52% всех случаев деменции, что обусловлено, в первую очередь, высокой численностью населения в этих странах. В последнее время, благодаря использованию генетических подходов, удалось добиться прорыва в изучении БА.

КЛИНИЧЕСКИЕ И ГИСТОПАТОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ БОЛЕЗНИ АЛЬЦГЕЙМЕРА

Свое название БА получила по имени немецкого врача Алоиса Альцгеймера (Alois Alzheimer), впервые в 1906-1907 гг. описавшего совокупность гистопатологических признаков заболевания. История болезни Августы Д. (Auguste D.), которая в возрасте 51 года поступила в госпиталь для душевнобольных и больных эпилепсией во Франкфурте-на-Майне и наблюдалась там 4.5 года, послужила основой для доклада на конференции психиатров в Тюбингене 3 ноября 1906 г. и последующих публикаций 1907 г. Больная страдала прогрессирующей потерей памяти, нарушениями речи, движения, узнавания, непредсказуемым поведением, галлюцинациями. Патолого-ана-томический анализ выявил атрофию коры головного мозга и присутствие в кортексе характерных нейрональных бляшек (названных позже альцгеймеровскими, или сенильными), а также нарушение структуры нейрофибрилл (образование внутриклеточных нейрофибриллярных клубков). В 1910 г. впервые появился термин «Болезнь Альцгеймера» (БА), который ввел Эмиль Крэпе-лин (Emil Kraepelin). В настоящее время, согласно международным классификациям (МКБ-10, DSM-IV), различают раннюю (пресенильную) форму БА с началом до 65 лет, составляющую около 10% всех случаев БА, и позднюю (сенильную) форму, которая развивается после 65 лет. Заболевание Августы Д. относилось к первому типу, поэтому часто пресенильную деменцию называют истинной, или классической БА, а форму с поздним началом называют сенильной деменцией

альцгеймеровского типа. Кроме того, выделяют семейную и спорадическую БА.

Клинически БА начинается с ухудшения памяти о недавних событиях, трудностями в пространственной ориентации с прогрессирующим усилением симптомов деменции вплоть до полной потери способности к узнаванию, ориентировке в пространстве и времени, деградации интеллекта и памяти. После появления первых симптомов болезнь неуклонно развивается в течение 2-15 (20) лет. Смерть чаще всего наступает от пневмонии или общего истощения.

Основные гистопатологические признаки БА -накопление амилоидных сенильных бляшек и внутриклеточных нейрофибриллярных клубков, сопровождаемое массовой гибелью нейронов в ряде структур головного мозга. Сенильные бляшки представляют собой нерастворимые сферические образования диаметром около 0.2 мм. Типичная бляшка состоит из центральной более плотной части, образованной в основном отложениями труднорастворимого ß-амилоида (Aß-пептида), продукта амилоидогенного протеолиза APP (белка-предшественника ß-амилоида), и окружена кольцом из дистрофичных нейритов. В состав амилоидных бляшек входят не только различные формы ß-амилоида, но и глюкозаминогликан (GAG), гепарансульфатпротеогликан (HSPG), амилоид P сыворотки (SAP), аполипопротеин E (APOE), а2-макроглобулин, а1-антихимотрипсин, факторы комплемента и др. [2]. Амилоидные бляшки часто окружают капилляры и более крупные сосуды и встречаются в основном в коре, а также в некоторых других структурах головного мозга. Нейрофибриллярные клубки находятся в нейронах в виде внутриклеточных конгломератов, состоящих, главным образом, из аномально фосфо-рилированного тау-белка — структурного белка микротрубочек.

БА поражает в первую очередь нервные клетки височной доли коры головного мозга и гиппо-кампа, ответственные за передачу информации и консолидацию памяти. Повреждаются также лобная доля, отвечающая за принятие решений, индивидуальность, движение, речь; теменная доля, контролирующая речь, тактильные, болевые, пространственные и температурные ощущения; и миндалина, отвечающая за эмоциональный контроль. Ранняя диагностика БА крайне затруднена, так как первые клинические признаки появляются через несколько лет после начала патологических процессов в головном мозге. БА необходимо отличать от других форм деменции, и, в первую очередь, от сосудистых деменций. Точный диагноз БА возможен только при гистопатологическом исследовании мозга (post mortem).

Рис. 1. Схема расщепления APP, различные пути протеолиза APP.

источник

До недавних пор биохимические механизмы, лежащие в основе почти всех нейродегенеративных болезней с началом во взрослом возрасте, были полностью неясными. Одно из наиболее частых таких заболеваний — болезнь Альцгеймера. Болезнь Альцгеймера обычно проявляется на шестом-девятом десятке лет, но есть моногенные формы, часто дебютирующие раньше, иногда даже на третьем десятилетии жизни.

Клинические проявления болезни Альцгеймера характеризуются прогрессирующим ухудшением памяти и высших корковых функций, например аргументации, а также поведенческими изменениями. Эти аномалии отражают вырождение нейронов в специфических областях коры мозга и гиппокампе.

Болезнь Альцгеймера поражает около 1,4% лиц в развитых странах и вызывает за год только в Соединенных Штатах 100 000 смертей.

Родственники пациентов с болезнью Альцгеймера первой степени родства имеют 38% риска развития болезни к 85-летнему возрасту. Следовательно, оказывается, что большинство случаев с семейным накоплением имеет сложный генетический вклад. Этот вклад может создаваться одним или более независимо действующих неполно пенетрантных генов, несколькими взаимодействующими генами или некоторой комбинацией генетических и средовых факторов.

От 7 до 10% пациентов имеют моногенную высокопенетрантную форму болезни Альцгеймера, наследуемую по аутосомно-доминантному типу. В 1990-е годы обнаружено четыре гена, связанных с болезнью Альцгеймера. Мутации в трех из них, кодирующих бета-АРР, пресенилин 1 и пресенилин 2, ведут к аутосомно-доминантной болезни Альцгеймера. Четвертый ген, АРОЕ, кодирует АроЕ, белковый компонент нескольких плазменных липопротеинов.

Мутации в АРОЕ не связаны с моногенными формами болезни Альцгеймера. Аллель е4 АРОЕ несколько увеличивает восприимчивость к несемейной болезни Альцгеймера и влияет на возраст начала, по крайней мере, при некоторых моногенных формах.

Идентификация четырех генов, связанных с болезнью Альцгеймера, позволила проникнуть не только в патогенез моногенных форм болезни Альцгеймера, но так же, как это часто бывает в медицинской генетике, в механизмы, лежащие в основе более частой формы несемейной или «спорадической» болезни Альцгеймера. На самом деле, в центре патогенеза болезни Альцгеймера оказался избыток одного продукта протеолиза бета-АРР, названного А-бета-пептидом, и в настоящее время экспериментально подтверждено, что белки бета-АРР, пресенилин 1 и 2 вместе непосредственно участвуют в патогенезе болезни Альцгеймера.

Наиболее важные патологические аномалии при болезни Альцгеймера — накопление в мозге двух фибриллярных белков, А-бета и белка тау. Пептид А-бета образуется из большего белка бета-АРР и обнаруживается во внеклеточном амилоиде или сенильных бляшках во внеклеточном пространстве мозга при болезни Альцгеймера.

Амилоидные бляшки, кроме пептида А-бета, содержат и другие белки, особенно АроЕ. Тау-белок — микротубулярный, обильно экспрессирующий в нейронах мозга. Гиперфосфорилированные формы тау-белка формируют нейрофибриллярные клубки, обнаруживаемые при болезни Альцгеймера, в отличие от внеклеточных амилоидных бляшек, внутри нейронов.

Тау-белок в норме обеспечивает сборку и устойчивость микротрубочек, эта функция уменьшается при фосфорилировании. Хотя образование клубков нейрофибрилл оказалось одной из причин гибели нейронов при болезни Альцгеймера, мутации в гене тау-белка связаны не с болезнью Альцгеймера, а с другим аутосомно-доминантным заболеванием, лобновисочной деменцией.

Бета-АРР — трансмембранный белок, подвергающийся трем различным видам протеолиза, в зависимости от относительной активности трех разных протеаз: а- и бета-секретаз — поверхностных клеточных протеаз; и у-секретазы — атипичной протеазы, расщепляющей мембранные белки в трансмембранных областях. Преобладающая судьба приблизительно 90% бета-АРР — расщепление а-секретазой, что предотвращает образование А-бета-пептида, так как а-секретаза расщепляет белок внутри него.

Оставшиеся приблизительно 10% бета-АРР расщепляются бета- и у-секретазами, формируя или нетоксичный пептид А-бета-40, или пептид А-бета-42, обладающий нейротоксичностью. Пептид А-бета-42 считают нейротоксичным, поскольку он более склонен к формированию нейрофибрилл, чем его аналог А-бета-40, признак, делающий болезнь Альцгеймера конформационной болезнью, подобно недостаточности а1-антитрипсина.

В норме образуется небольшое количество пептида А-бета-42; факторы, определяющие, будет ли белок расщепляться у-секретазой с образованием А-бета-40 или А-бета-42, не определены. При моногенной болезни Альцгеймера вследствие миссенс-замен в гене, кодирующем бета-АРР, тем не менее, несколько мутаций в гене бета-АРР избирательно увеличивают образование пептида А-бета-42. Это увеличение приводит к накоплению нейротоксичного А-бета-42 — основе патогенеза всех форм болезни Алыдгеймера, как моногенных так и спорадических.

Эта модель подтверждается тем, что пациенты с синдрома Дауна, имеющие три копии гена бета-АРР (расположенного в хромосоме 21), обычно имеют нейропатологические изменения болезни Альцгеймера уже в 40-летнем возрасте. Кроме того, мутации в генах пресенилина 1 и 2 также ведут к повышенному образованию А-бета-42. Примечательно, что в сыворотке больных с мутациями в генах бета-АРР, пресенилина 1 и 2 количество нейротоксичного пептида А-бета-42 повышается, и в культивируемых клетках экспрессия мутантных генов бета-АРР, пресенилина 1 и 2 увеличивает относительное образование пептида А-бета-42 в 2-10 раз.

Гены, кодирующие пресенилин 1 и пресенилин 2, обнаружены стратегией позиционного клонирования в семьях с аутосомно-доминантной формой болезни Альцгеймера. Пресенилин 1 необходим для расщепления у-секретазой производных бета-АРР. На самом деле, существуют подтверждения того, что пресенилин 1 — важный белковый кофактор у-секретазы.

Мутации в пресенилине 1 связаны с болезнью Альцгеймера через до сих пор неясный механизм, увеличивающий образование пептида А-бета-42. Белок пресенилин 2 имеет на 60% идентичную последовательность аминокислот с пресенилином 1, что указывает на их общие функции. Основное различие между мутациями в гене пресенилина 1 и 2 в том, что возраст начала во втором случае более вариабелен (пресенилин 1 — от 35 до 60 лет; пресенилин 2 — от 40 до 85 лет), в одной семье бессимптомный восьмидесятилетний носитель мутации в гене пресенилина 2 передал болезнь своему потомству. Эта разница частично зависит от числа е4 аллелей АРОЕ у носителей мутации в гене пресенилина 2; два е4 аллеля приводят к более раннему возрасту начала, чем один аллель, также обусловливающий более раннее начало по сравнению с другими аллелями АРОЕ.

Один аллель гена АРОЕ, е4 аллель, — основной фактор риска развития болезни Альцгеймера. Роль АРОЕ как основного локуса восприимчивости к болезни Альцгеймера была доказана четырьмя независимыми способами: анализом сцепления в семьях с накоплением болезни Альцгеймера с поздним началом, сильной ассоциацией аллеля е4 с болезнью Альцгеймера по сравнению с группой контроля, открытием того, что белок АроЕ — компонент амилоидных бляшек при болезни Альцгеймера, и обнаружением факта, что АроЕ связан с пептидом А-бета.

Белок АроЕ имеет три частых формы, кодируемые соответствующими аллелями АРОЕ. Аллель е4 значительно преобладает среди пациентов с болезнью Альцгеймера (40% по сравнению с 15% в общей популяции) и связан с ранним началом болезни (для гомозигот по аллелю е4 возраст начала болезни Альцгеймера на 10-15 лет меньше, чем в общей популяции). Кроме того, отношение между аллелем е4 и болезнью дозозависимое; две копии е4 связаны с более ранним началом (средний возраст начала до 70 лет), чем одна копия (средний возраст начала после 70 лет). В отличие от этого, е2 аллель имеет защитный эффект и соответственно чаще встречается у пожилых, незатронутых болезнью Альцгеймера.

Механизмы, лежащие в основе данных эффектов, неизвестны, но полиморфные варианты АроЕ могут влиять на процессинг бета-АРР и плотность амилоидных отложений в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера. Например, мыши без АроЕ имеют выраженное снижение депонирования пептида А-бета, получаемого из мутантного гена бета-АРР, связанного с семейной формой болезни Альцгеймера. Предполагают и другие механизмы, например измененный ответ на повреждение, так как ген АРОЕ управляется в мозге в процессе повреждения и восстановления. Важно иметь в виду, что е4 аллель АроЕ неоднозначно связан с повышенным риском болезни Альцгеймера. Таким образом, носители аллелей е4 имеют плохие неврологические результаты после черепно-мозговых травм, инсультов и других неврологических нарушений.

Хотя носители е4 аллеля АРОЕ имеют четко повышенный риск развития болезни Альцгеймера, к настоящему времени скрининг на присутствие этого аллеля у здоровых индивидуумов нецелесообразен; такое тестирование имеет высокие цифры ложноположительных и ложноотрицательных ответов и приводит к неопределенным оценкам риска болезни Альцгеймера.

Другие гены болезни Альцгеймера. Статистический анализ показывает, что риск болезни Альцгеймера могут значительно изменять еще 4-8 генов. Сущность их неясна. Кроме того, исследования типа случай-контроль при болезни Альцгеймера указывают на длинный список возможных генов (>100), но лишь несколько из них получили подтверждение при повторном анализе, и их роль в генетическом определении риска при болезни Альцгеймера остается неизвестной.

источник

Находясь на пике своего процветания промышленно развитый мир столкнулся с новым «вызовом времени» в виде нейродегенеративных заболеваний, в частности, болезни Альцгеймера (БА). В развитых странах постепенно увеличивается средняя продолжительность жизни, а с возрастом возрастает и вероятность развития патологии. Считается, что после 85 лет риск достигает 50%. Только в США насчитывается до миллиона людей, страдающих БА. Среди больных такие общественно значимые фигуры, как бывший президент США Рональд Рейган, известная писательница Айрис Мердок и лауреат Нобелевской премии по физике 2002 года 87-летний Раймонд Дэйвис.

Такой большой контингент страдающих деградацией личности, патологической забывчивостью и неспособных обслуживать себя людей накладывает тяжкое бремя на социальные службы и систему здравоохранения развитых стран. Большая социальная значимость БА стимулирует научные исследования, направленные на раскрытие тайн этого коварной болезни.

Современные аспекты этого нейродегенеративного заболевания включают как генетические, так и «приобретенные» характеристики, что, по мнению некоторых исследователей, сближают его с такими патологиями как прионные болезни и паркинсонизм. По характеру своего развития БА сходна со СПИДом, поскольку прогрессирует медленно, но неотвратимо. Как и при инфицировании ВИЧ, болезнь Альцгеймера ведет к «отключению» важнейшего органа и расстройству ряда функции человеческого организма.

Исторически Алоиз Альцгеймер, ученик Р.Вирхова, выделил состояние, получившее затем его имя, как «пресенильная деменция», тем самым, отделив его от деменции сенильной, то есть старческого слабоумия, маразма. Оно и понятно, если учесть, что болезнью Альцгеймера люди заболевают, начиная с 50 лет (есть и весьма агрессивные формы заболевания с ранним началом в 20-30 лет).

В ходе многочисленных исследований, связанных с бурным прогрессом в области геномики человека в 90-е годы прошлого века было выделено несколько сцепленных генов, что позволило конкретизировать механизмы возникновения и патогенеза заболевания. В частности удалось исправить ошибку Р. Вирхова, который неверно определил химическую природу главного компонента знаменитых бляшек Альцгеймера в мозгу пациентов. Основываясь на слоистой структуре бляшек под микроскопом, он заявил, что они похожи на отложения-депозиты крахмала. В результате чего возник термин «амилоид», или крахмалоподобный. Уже относительно давно белковая, то есть протеиновая природа бляшек установлена, но, тем не менее, авторитет Р. Вирхова не позволяет исправить историческую погрешность.

Еще одной причиной возросшего интереса исследователей к БА является бурное развитие нейроимиджинговых систем неинвазивного исследования мозга. Это и компьютерный томограф, получивший самое широкое распространение, и позитрон-эмиссионная томография (ПЭТ), а также «обретение» самого последнего времени «функциональный» ядерно-магнитный резонанс (фЯМР).

Но все же, скорее всего БА не вышла бы на передовой фронт общественного интереса, если бы не появление возможностей терапевтического лечения пациентов, о чем активно заговорили в самое последнее время. Здесь опять же прослеживается определенная параллель между БА и СПИДом, а также опухолевыми заболеваниями. Десятилетия качественных исследований в двух последних областях в конечном итоге привели к созданию лекарств и клеточных методов борьбы.

Пока такой количественный прогресс не наблюдается в области лечения БА, однако, понимание истинных патогенетических механизмов дало возможность фармакологам более нацелено искать лекарственные средства, призванные подавить активность некоторых протеиназ, действие которых и приводит к образованию амилоида и его бляшек. Задача тем более облегчается, поскольку за прошедшее десятилетие борьбы со ВИЧ накоплен большой опыт в создании ингибиторов вирусной протеазы. И определенный прогресс, имеющийся если не в лечении, то хотя бы сдерживании развития СПИДа, связан именно с антивирусным «коктейлем», в состав которого входит и препарат для блокирования функции этого вирусного фермента.

С момента первого описания Альцгеймером своей нозологической единицы прошел уже почти целый век. В начале прошлого века медики стремились выделить конкретные болезни и синдромы, что позволяло ставить конкретный диагноз. Это стремление привело к тому, что появилось до 10 тысяч разных диагнозов, или нозологических единиц (от греческого «ноз» — знание).

И вот сегодня мы являемся свидетелей обратного процесса, когда возникает тенденция объединения различных и вроде бы ранее не связанных друг с другом заболеваний на единой молекулярной базе. В связи с этим на первый план выходит проблема неправильного образования — «складывания» протеинов, обретающих при этом аберрантную конформацию.

Нарушения при формировании белков приводит к тому, что они становятся цитотоксическими (применительно к мозгу и его нервным клеткам-нейронам нейротоксическими). В настоящее время установлено существование ряда амилоидозов, включая БА, при которых аберрантные пептиды выпадают в виде фибрилл и бляшек. Их токсическое воздействие приводит к паркинсонизму и диабету II типа, семейной форме бессонницы и болезни Крейцфельдта-Якоба как в ее классическом варианте, так и в виде человеческого «гомолога» болезни бешеных коров. Практически в течение целого века именно в таких структурах (знаменитых бляшках Альцгеймера) видели основную причину развития БА.

Однако разработка новых технических средств исследования мозга, а также более внимательное отношение невропатологов к самым ранним стадиям развития заболевания позволили доказать, что нейрологические нарушения начинаются задолго до формирования бляшек.

Никто не отрицает, что самым ранним клиническим проявлением БА является нарушение памяти. Причем если поначалу «провалы» малозаметны — все забывают ключи от машины или квартиры, — то затем с прогрессом БА — люди начинают забывать для чего те или иные ключи. Поскольку ныне память «локализуют» в нейронах гиппокампа (то есть — извилины морского коня) на основании височной (темпоральной) доли мозга, — то основное внимание исследователей привлечено к синапсам именно этих конкретных нервных клеток.

Синапс представляет собой «контакт» двух нервных клеток (нейронов). Само греческое слово переводится как соединение, которое может быть как между отростками нейронов, так и между отростком и телом нервной клетки. Но, так или иначе, синапс характеризуется односторонней проводимостью — как и сам нейрон.

Нервная клетка собирает информацию примерно с 10 тысяч приходящих «вводов», перерабатывает ее в своем теле и посылает результирующий сигнал-импульс по единственному аксону — «выходу». Электрические импульсы, проходящие по нейрональной мембране, необходимы для «нейротрафика» различных веществ белковой и катехоламиновой природы (среди них и нейротрансмиттеры, или медиаторы). Среди наиболее известных нейротрансмиттеров можно перечислить допамин и гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК), ацетилхолин и адреналин.

Транспорт веществ по нейрону осуществляется по микротрубочкам, которые на концах аксонов — терминалах — «отшнуровывают» микропузырьки, или везикулы. При прохождении импульса мембраны везикул сливаются с пресинаптической мембраной, то есть оболочкой отростка клетки, пришедшего к синапсу. Содержимое пузырьков при «разряде» импульса выделяется в синаптическую щель, в результате чего молекулы медиаторов оказываются в контакте с другой нервной клеткой (постсинаптической). Контакт с постсинаптической мембраной осуществляется в виде связывания нейротрансмиттера с его специфическими рецепторами, представляющими собой интегрированные в постсинаптической мембране белки, довольно часто являющиеся одновременно и ионными каналами.

Нарушение сложных молекулярных взаимоотношений в синапсе ведет к изменению функционирования мембранных и везикулярных белков, что сказывается на процессах запоминания. Именно эти процессы и нарушаются в первую очередь при развитии болезни Альцгеймера. Происходит это в результате накопления различных форм амилоида (А-бета), который накапливается в моно- и олигомерных формах, растворимом и нерастворимом виде.

Помимо гиппокампа в процесс вовлекаются также такие отделы коры как лимбическая и ассоциативная, что приводит к нарушению когнитивной способности мозга (распознавания), рассудочной деятельности, абстрактного мышления и языка. В самом начале заболевания выделено минимальное поражение когниции (признак обозначен MCI).

Если еще недавно обращали внимание на поражение тел нейронов, то сейчас основное внимание сконцентрировано, особенно при MCI, на синапсах. С этой целью созданы мышиные модели БА, которые при всей своей неполноте все же позволяют выделить начальные функциональные изменения на фоне структурного «благополучия». Следует отметить, что с возрастом гидрофобный амилоид А-бета накапливается в наномолярных количествах и в здоровом мозгу. Вполне возможно, что именно это явление обуславливает постепенное снижение памяти, которое отмечается у всех людей, начиная с 20-23 лет.

Уже через 2-4 года с момента установления диагноза отмечается уменьшения размеров коры лобной и височной доли, а также снижение плотности синапсов, видимое под электронным микроскопом (подсчет числа синапсов показал, что уменьшение составляет 15-35%). Иммуногистохимия позволила проследить и снижение количества синаптофизина — важного белка, который формирует стенку синаптических везикул. Количество белка снижается на 25% уже при MCI и коррелирует с когнитивным дефицитом, возникающим в результате поражения гиппокампа и ассоциативной коры.

Появление мышиных трансгенных моделей, а также микроэлектродной техники, позволяющей изучать отдельные мембранные каналы сделали возможным детализировать исследования тех воздействий, которые оказывает А-бета амилоид на синапс. Перенос гена АРР (белок-предшественник А-бета амилоида) приводит к снижению плотности контакта клеточных терминалей с синаптофизином и MAP — белком, ассоциированным с микротрубочками. Это снижение может достигать 30% по сравнению с контролями уже к 2-3 месяцу жизни животных (к наступлению половозрелости у мышей).

Снижение уровня накопления синаптических белков происходит задолго до формирования бляшек. При этом уменьшение уровней физиологических белков в нейрональных терминалях коррелирует с концентрацией амилоида в коре, а не с количеством бляшек и АРР. К 2-4 месяцам жизни трансгенных мышей происходит и снижение плотности синапсов. Это происходит на фоне повышения уровня растворимого А-бета, но до отложения бляшек. Характерно, что та же корреляция когнитивного дефицита с уровнем амилоида в коре наблюдается и у больных БА, особенно концентрацией растворимого А-бета, которая определяет и степень уменьшения плотности синапсов. При этом оба патологических процесса в значительно меньшей степени коррелируют с количеством бляшек в мозгу пациентов.

Заключая первую статью этой серии необходимо подчеркнуть, что научные сообщества развитых стран уделяют много внимания изучению различных аспектов болезни Альцгеймера. Ресурсы, направляемые в эту область, уже принесли весомые научные результаты. Несомненно, что понимание молекулярных основ БА позволит разработать эффективные средства, по крайней мере, сдерживания прогресса заболевания, а также способно привести к прорыву в исследовании других протеиновых патологий. Однако рассмотрение этих вопросов будет предметом следующих публикаций.

Автор статьи: Кандидат биологических наук И.Э. Лалаянц

При написании статьи использовались материалы:

1. Helmuth L. Long-Awaited Technique Spots Alzheimer’s Toxin // Science 2002 № 5582: 752-753.
2. Selkoe J. D. Alzheimer’s Disease Is a Synaptic Failure // Science 2002 № 5594: 789-791.
3. Dobson C. M. Protein-misfolding diseases: Getting out of shape // Nature 2002, № 6899, P : 729 – 732.

источник

студент 2 курса, лечебный факультет НГМУ,

ст. преподаватель кафедры медицинской химии НГМУ,

Болезнь Альцгеймера является актуальной проблемой современной цивилизации, так как её распространённость в мире возрастает, а достаточно эффективные методы лечения пока не найдены. По различным прогнозам, к 2030 г. число больных увеличится до 56-66 млн, к 2050 г. это число ещё удвоится [3, с. 2].

Болезнь Альцгеймера (БА) – прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, связанное с неправильным сворачиванием, накоплением в тканях мозга и проявлением токсических свойств β-амилоида (Аβ) и τ-белка. Обнаруживаемые в мозгу больных т. н. сенильные бляшки образованы Аβ – фрагментом трансмембранного белка-предшественника амилоида АРР, обнаруженного во многих тканях, включая синапсы, и необходимого в нервных клетках. В норме АРР расщепляется на растворимые полипептиды и выводится из организма, но при БА образуются нерастворимые фрагменты (доминирующие изоформы у человека – Аβ40 и Аβ42), накопление и агрегация которых ведут к гибели нейронов. Ферменты, катализирующие распад АРР, называют секретазами. В ходе неамилоидогенного превращения АРР подвергается действию α-секретазы – белка из семейства ADAM. Отщепление внеклеточного N-концевого домена происходит вблизи внешней поверхности мембраны между аминокислотными остатками внутри последовательности Аβ, что и предотвращает образование амилоида. Однако другой фермент, β-секретаза (или ВАСЕ), разрывает связь вблизи N-конца домена, соответствующего Аβ. Образовавшийся под действием обеих секретаз С-концевой фрагмент может подвергнуться вторичному протеолизу γ-секретазным комплексом и выйти из мембраны внутрь или вне клетки. В α-секретазном пути образуется р3, в β-секретазном – Аβ.

Вначале Аβ представляет собой мономеры. В ходе агрегации они превращаются в небольшие сферические олигомерные частицы, содержащие много β-структур. Методом PICUP (фотоиндуцированное связывание немодифицированных белков) выяснили, что растворимые олигомеры, образованные Аβ-пептидом, находятся в динамическом равновесии с мономерной формой и относительно неструктурированы [1, с. 17]. В составе олигомеров – 2–4 мономера для Аβ40 и 5–6 для Аβ42. Далее формируются протофибриллы и фибриллы, обладающие нейротоксичностью. Нарушаются гомеостаз Са 2+ , структура цитоскелета, синаптическая передача в холинергических терминалях; снижается содержание серотонина, норадреналина и других моноаминов. Индуцируются окислительный стресс, эксайтотоксичность, воспалительные процессы, апоптоз. Особенно чувствительны к токсическому воздействию холинергические нейроны базальных отделов переднего мозга. На конечных стадиях болезни из них дегенерирует 95%. Важную роль в дегенерации играет нарушение гомеостаза Са 2+ : оно вызывает эксайтотоксичные каскады и образование токсичных белков. Нарушение обусловлено снижением экспрессии Са 2+ -связывающего белка кальбиндина-D28K и, как следствие, уменьшением Са 2+ -буферной ёмкости нейронов [9, с. 2].

Также фибриллы Аβ провоцируют накопление нейрофибриллярных клубков (NFT) из нерастворимых филаментов гиперфосфорилированного τ-белка. В норме τ-белок стимулирует полимеризацию тубулина, таким образом стабилизируя микротрубочки через 4 тубулин-связывающих домена путём замедления движения ассоциированных с ними кинезиновых моторных белков. При гиперфосфорилировании τ-белок теряет эту способность и агрегирует с образованием парных спиральных филаментов и NFT, причём количество отложений патологических форм коррелирует с выраженностью когнитивных нарушений (наблюдалось методом нейровизуализации биомаркеров в ликворе) [8, с.11]. Для Аβ подобной корреляции не обнаружено.

Распространение Аβ и τ-белка происходит по прионному механизму: неправильно свёрнутые формы захватываются здоровыми нейронами, и их нормальные белки превращаются в патологические. Взаимодействие между Аβ и τ-белком также напоминает прионное: in vitro Аβ активирует протеинкиназу GSK3, фосфорилирующую τ-белок, и сам связывается с ним, вызывая олигомеризацию его мономеров. Далее олигомеры распространяются уже без участия Аβ, что объясняет прогрессирование симптомов заболевания.

Раннее начало заболевания обусловлено мутацией гена АРР (21-я хромосома), пресенилина-1 (14-я хромосома) или пресенилина-2 (1-я хромосома). Кроме того, группу риска составляют люди, гомо- и гетерозиготные по аллелю, кодирующему 4-ю изоформу АпоЕ. В развитии спорадической формы БА весьма значительную роль играет окислительный стресс (ОС), неизбежный в процессе старения организма в связи с интенсивной генерацией активных форм кислорода (АФК) и ослаблением антиоксидантной защиты. Генерация АФК в нервной ткани при БА связана с нарушениями системы тканевого дыхания, метаболизма арахидоновой кислоты, катехоламинов и ксантиноксидазы, с воспалительной реакцией в микроглии [2, с. 2]. Таким образом, ОС является одним из звеньев в патогенезе БА. Кроме того, он повышает чувствительность нейронов к цитотоксическому действию возбуждающих аминокислот (глутамата, аспартата), т. е. эксайтотоксичности. Это объясняется гипоксией, вызванной нарушением работы митохондрий.

В образовании АФК, предположительно, принимают участие металлы с переменной валентностью. У больных, умерших от БА, обнаружены скопления железа в гиппокампе, коре больших полушарий, базальных ядрах Мейнерта, сенильных бляшках и NFT. Из-за токсического действия Al 3+ , прошедшего через повреждённый ГЭБ, ускоряется Fe 2+ -зависимая пероксидация, которая и ведёт к продуцированию АФК [2, с. 2]. Также отмечается участие таких металлов, как Al, Zn, Cu и Fe в олигомеризации и конформационных изменениях Аβ путём образования поперечных сшивок.

В усугублении ОС при БА принимает участие и Аβ. В 35-м положении пептида находится метионин, под влиянием АФК переходящий в сульфуранил-радикал MetS• + , который повышает гидрофобность окружающих молекул, индуцирует процессы ПОЛ и окислительной модификации белков. Под действием кислорода радикал превращается в супероксид-анион и метионинсульфоксид (МСО). МСО может окисляться далее до метионинсульфона, а может разрушаться ферментом МСО-редуктазой, активность которой снижена при БА.

Некоторые учёные выдвигают гипотезу об изначальной защитной антиоксидантной роли Аβ, т. е. считают его накопление компенсаторной реакцией организма на ОС. Подтверждает теорию способность Аβ действовать как фермент СОД. Однако со временем после накопления Аβ проявляются его токсические свойства (нарушение активности факторов транскрипции, метаболизма Са, фосфорилирования/дефосфорилирования белков), появляются отложения τ-белка, происходит взаимодействие с металлами переменной валентности (особенно Cu и Fe). Аβ утрачивает первоначальные функции и приобретает уже прооксидантную активность.

Существует гипотеза, что в развитии БА существенная роль принадлежит нарушению оттока Аβ из мозга [2, с. 3]. Главная помпа очистки от Аβ – рецепторы белка, связанного с ЛПНП – LRP1. При ОС, возможно, повреждения LRP1 сопровождаются нарушением его транспортной способности.

Одна из важнейших регуляторных систем метаболизма клетки – система фосфорилирования/дефосфорилирования. За баланс работы киназ и фосфатаз ответственны пептидил-пролилизомеразы, например, Pin1, действие которой сопряжено с изомеризацией пептидной связи между pSer/Thr-Pro. Pin1 влияет на сборку и фолдинг белка, внутриклеточный транспорт и сигнализацию, транскрипцию, митоз и апоптоз [2, с. 5]. Существует связь между гиперфосфорилированием τ-белка при БА, активностью киназ/фосфатаз и клеточным циклом. Pin1 участвует в изомеризации и дефосфорилировании τ-белка, сохраняя его функцию и конформацию, и тем самым осуществляет регуляцию вхождения клетки в митотический цикл [2, с. 9]. Окисляясь, этот фермент теряет активность (наблюдается при БА в гиппокампе), что приводит также к гиперфосфорилированию АРР и в конечном итоге к образованию Аβ.

Состояние ОС при БА сопровождается апоптозом. За этот процесс отвечает р53, активность транскрипции которого определяется степенью его фосфорилирования. В регуляции транскрипции р53 участвуют различные киназы: JNK/SAPK, р38 МАРкиназа. При активировании р53 индуцируются гены Вах, вызывающего дисфункцию митохондрий, выход цитохрома с в цитоплазму, активацию каспаз 9 и 3. Митохондрии при этом подвергаются действию церамида, освободившегося из сфингомиелин-церамидного комплекса под влиянием ОС и Аβ.

Апоптоз при БА – защитная реакция организма, направленная на удаление повреждённых клеток. Дифференцированные нейроны неспособны к делению, поэтому при активации клеточного цикла он абортивен, т. е. заканчивается апоптозом. Скорее всего, вступление нейронов в цикл вызвано несвоевременной экспрессией регуляторов клеточного деления. ДНК способна реплицироваться, но митоз нарушен, и клетка гибнет. При этом отмечают повышение концентрации белков клеточного цикла (циклинов, циклин-зависимых протеинкиназ).

Исходя из рассмотренных биохимических процессов развития БА, а также процессов, стимулирующих её прогресс или препятствующих ему, выделяют множество направлений в её терапии.

1. Предотвращают накопление патологически изменённых белков ингибиторы β-, γ-секретаз, а также стимуляторы α-секретазы.
2. Выведение Аβ из мозга усиливают антитела и белки-шапероны (высокую эффективность показывает пассивная иммунизация моноклональными антителами [6, с. 4]), ферменты деградации Aβ (инсулиндеградирующий фермент, ангиотензинконвертирующий фермент и непрелизин), индукторы аутофагии, антиагреганты.
3. Применение ноотропных препаратов с антиамилоидным эффектом (церебролизин, кортексин, солкосерил, Актовегин).
4. Устранение нарушений нейротрансмиссии.

Наиболее распространены ингибиторы ацетилхолинэстеразы (АХЭ) – например, донепезил, галантамин, ривастигмин и такрин. В симптоматическом лечении используют антагонисты глутаматных NMDA-рецепторов.

БА сопровождается нейровоспалением и цереброваскулопатиями, что обусловливает применение ингибиторов активации тромбоцитов, тромбина.

1. Нейропротекция, стимуляция нейрогенеза.

Выяснено, что некоторые белки (нейролигины, нейрексины, тромбоспондин), а также избирательные ингибиторы гистоновых деацетилаз вызывают образование синапсов. Эритропоэтин и плазма, богатая факторами роста, стимулируют нейрогенез.

1. Антиапоптотический эффект имеют α-токоферол, N-ацетилцистеин, ингибиторы каспаз, цитохрома с, стресс-активированных SAPK (JNK, p38 MAPK).
2. Коррекция межклеточных взаимодействий.

Эндогенная матриксная металлопротеиназа-9 (MMP-9) действует подобно α-секретазе, поэтому её активация снижает уровень Aβ. Перспективными методами также считают блокирование сигнальных путей и рецепторов, активирующих нейротоксичность олигомеров Aβ, и модуляцию экспрессии рецептора фактора роста нервов p75NTR.

1. Применение мезенхимальных стволовых клеток, трансплантируемых из плаценты, снижает экспрессию АРР, BACE1 и Аβ и активность β- и γ-секретаз, оказывает нейропротекцию путём регулирования нейрогенеза, гибели нейронов, активации глии в гиппокампе и изменения экспрессии цитокинов. Метод пока находится на стадии разработки.

Список литературы:

1. Довидченко Н. В., Леонова Е. И., Галзитская О. В. Механизмы образования амилоидных фибрилл // Успехи биологической химии. – 2014. – Т. 54. – С. 203-230.
2. Дубинина Е. Е. Окислительный стресс и его влияние на функциональную активность клеток при болезни Альцгеймера // Биомедицинская химия. – 2015. – Т. 61, № 1. – С. 57-69.
3. Комлева Ю. К. Современные представления о патогенезе болезни Альцгеймера: новые подходы к фармакотерапии (обзор) // Современные технологии в медицине. – 2015. – Т. 7, № 3. – С. 138-148.
4. Лобзин В. Ю. Значение определения белков-маркеров амилоидоза и нейродегенерации в цереброспинальной жидкости в диагностике когнитивных расстройств сосудистого и нейродегенеративного генеза // Неврология, нейропсихиатрия, психосоматика. – 2013. – № 4. – С. 21-27.
5. Лысогорская Е. В., Клюшников С. А. Точки приложения препаратов биологической природы в терапии нейродегенеративных заболеваний // Нервные болезни. – 2015. – №2. – С. 10-13.
6. Науменко А. А. Диагностика и лечение болезни Альцгеймера // Неврология, нейропсихиатрия, психосоматика. – 2016. – Т. 8, № 4. – С. 91-97.
7. Радько С. П. Физико-химические методы исследования агрегации β-амилоида // Биомедицинская химия. – 2015. – Т. 61, № 2. – С. 203-218.
8. Татарникова О. Г., Орлов М. А., Бобкова Н. В. Бета-амилоид и Тау-белок: структура, взаимодействие и прионоподобные свойства // Успехи биологической химии. – 2015. – Т. 55. – С. 351–390.
9. Baker-Nigh A. Neuronal amyloid-β accumulation within cholinergic basal forebrain in ageing and Alzheimer’s disease // Brain. – 2015. – Vol. 138., № 6. – P. 1722-1737.

источник

Гость Редактор: Б. О. Попеску

Множественные генетические и экологические факторы, вероятно, будут способствовать развитию болезни Альцгеймера (AD). Важнейшим известным фактором риска для AD является наличие изоформы E4 аполипопротеина E (apoE). Эпидемиологические исследования показали, что носители apoE4 имеют более высокий риск и развивают заболевание и раннее начало. Кроме того, apoE4 является единственной молекулой, которая была связана со всеми биохимическими нарушениями, характерными для данного заболевания: отложение амилоид-бета (Aβ), образование клубок, окислительный стресс, дерегулирование липидного гомеостаза, потеря синаптической пластичности и холинергическая дисфункция. Это большое количество доказательств свидетельствует о том, что apoE является ключевым игроком в патогенезе AD. В этом кратком обзоре рассматриваются текущие факты и гипотезы об ассоциации между apoE4 и AD, а также терапевтические возможности, которые apoE может предложить для лечения этого заболевания.

Болезнь Альцгеймера (AD) является основной причиной деменции среди людей в возрасте 65 лет и старше. Болезнь характеризуется медленной прогрессирующей потерей познания, поведенческими изменениями и потерей независимости, которая заканчивается полным разрушением личности. AD характеризуется наличием в головном мозге внеклеточных нейритных бляшек (в основном состоящих из агрегированного β-пептида амилоида [Aβ]) и интранурональных нейрофибриллярных клубок (NFT) (богатых аномально фосфорилированным тау). Подавляющее большинство случаев AD являются спорадическими, и основные причины заболевания остаются неуловимыми. Существует небольшой процент семейных случаев с явным генетическим компонентом из-за мутации в генах либо для белка предшественника амилоида (APP), либо для предсенинов [1].

Самым сильным известным фактором риска, влияющим на частоту спорадического AD, является генотип для аполипопротеина E (ApoE). ApoE является основным носителем холестерина в ЦНС. В человеке ген apoE демонстрирует полиморфизм с тремя различными аллелями (e2, e3 и e4), которые приводят к возникновению шести разных фенотипов (E2 / 2, E2 / 3, E2 / 4, E3 / 3, E3 / 4 и E4 / 4). ApoE3 является наиболее распространенной изоформой (77-78%) в общей популяции, тогда как apoE2 встречается у 7-8% и apoE4 у 14-16% людей. Лица с одной или двумя копиями apoE4 имеют более высокий риск развития AD, по сравнению с носителями других изоформ. ApoE4 также уменьшает средний возраст начала AD (с 84 в не-носителей до 68 в гомозиготах E4) [2].

С момента открытия ассоциации apoE4 / AD многочисленные экспериментальные исследования показали, что apoE влияет на большинство AD-патологических процессов (генерация или осаждение Aβ, образование NFT, выживаемость нейронов, липидный гомеостаз, внутриклеточная сигнализация и т. Д.). Во всех случаях apoE4 оказывалось вредным (из-за отрицательного или отсутствующего положительного эффекта) по сравнению с другими изоформами. Однако из-за вездесущности apoE во всех биохимических нарушениях, характерных для AD, было сложно предложить простую и интегративную гипотезу, которая могла бы объяснить механизмы, с помощью которых apoE4 повышает восприимчивость к этому заболеванию.

Кроме того, было также показано, что присутствие apoE4 оказывает большое влияние на долговечность, сердечно-сосудистые заболевания и другие другие неврологические расстройства, включая инсульт, церебральную амилоидную ангиопатию [3], болезнь Леви [4], рассеянный склероз [5], Болезнь Паркинсона [6] и ряд других. Это ставит вопрос о том, может ли apoE участвовать в некоторых молекулярных нейродегенеративных механизмах, которые могут быть распространены для нескольких расстройств.

Таким образом, понимание механизмов вклада apoE в нейродегенеративные расстройства будет предлагать новые перспективы для лечения этих заболеваний. В этом кратком обзоре рассматриваются основные факты и гипотезы о вкладе apoE4 в AD и потенциальных терапевтических подходах к этому расстройству на основе apoE.

Наибольшее производство apoE встречается в печени, за которым следует мозг. В головном мозге apoE преимущественно секретируется астроцитами и микроглиями [7, 8], хотя сообщалось, что даже эти нейроны продуцируют его [9, 10].

ApoE является основным детерминантом распознавания и поглощения липопротеинов, хотя рецептор липопротеинов низкой плотности (LDL), связанный с рецептором LDL (LRP), рецептор apoE 2, рецептор липопротеинов низкой плотности (VLDL) и мегалин [11] , ApoE играет важную роль в распределении и метаболизме холестерина и триглицеридов во многих органах и типах клеток в организме человека [12]. Полиморфизм apoE, наблюдаемый у людей, уникален, и было предложено появиться в результате эволюционных адаптивных изменений [13, 14]. Три изоформы E2, E3 и E4 отличаются друг от друга на остатках 112 и 158. ApoE3 имеет Cys-112 и Arg-158, тогда как apoE4 имеет аргинин в обоих положениях, а apoE2 имеет цистеин. Эта замена влияет на трехмерную структуру и липидсвязывающие свойства между изоформами. В apoE4 аминокислотная замена приводит к изменению структуры с образованием солевого мостика между аргинином в положении 61 и глутаминовой кислотой в 255, что заставляет эту изоформу связываться преимущественно с VLDL. ApoE3 и apoE2 связывают предпочтительно липопротеины высокой плотности (HDL) [12].

Механизмы, которые регулируют синтез и секрецию апоэфира в мозге, до конца не поняты. Было показано, что эстроген увеличивает уровни apoE мРНК в мозге крысы in vivo и в астроцитах и ​​смешанных культурах глии in vitro [15, 16]. Секреция ApoE в первичных астроцитах крысы также может модулироваться рецепторами нейротрансмиттеров, которые регулируют внутриклеточную активность цАМФ и протеинкиназы C (PKC) [17]. Секреция ApoE из первичных астроцитов человека может быть уменьшена комбинацией интерлейкина 1 α и β и интерферона γ [18]. Более того, уровни apoE резко возрастают в ответ на повреждение периферических нервов в модели крысы [19]. В ЦНС было также показано умеренное повышение уровня апоэз, вызванное травмой [20]. Такие данные привели к гипотезе, что apoE играет важную роль в поддержании и ремонте нейронов, путем распределения липидов, необходимых для пролиферации, синаптогенеза и миелинизации аксонов.

Известно, что производство, олигомеризация и осаждение Aβ играют главную роль в AD. Открытие аутосомно-доминантных мутаций генов APP и пресенилина (PS), которые приводят к общему увеличению продукции Aβ (1-42), подчеркивает мысль о том, что перепроизводство Aβ является возбудителем AD. Несколько строк доказательств указывают на то, что по крайней мере некоторые из патологических эффектов apoE4 могут быть опосредованы взаимодействием с каскадом Aβ.

Во-первых, apoE присутствует в нейритных бляшках, а уровни Aβ повышаются в мозге пациентов с AD, несущих apoE4 [21]. Аналогичные результаты были обнаружены у трансгенных мышей, экспрессирующих изоформы человека apoE [22, 23].

Во-вторых, несколько исследований показали различия в связывании apoE3 и apoE4 с Aβ. Однако остается выяснить, обладает ли apoE4 активную роль в облегчении агрегации и / или осаждения Аβ, или, наоборот, апоэ3 и Е2 имеют защитную роль, ингибируя агрегацию Аβ или благоприятствуя зазору Аβ. ApoE4 в липидной форме имеет большую авидность для Aβ, чем apoE3 [24], но также было показано, что apoE3 и E2 связываются быстрее с Aβ при ассоциации с липопротеинами [25]. Было установлено, что доза apoE является определяющей для осаждения бляшек у мышей, сверхэкспрессирующих мутантный APPV717F человека [26], что говорит о том, что apoE является активным кофактором в образовании бляшек. Однако у мышей APPV717F, разведенных на мышах, экспрессирующих человеческий apoE в астроцитах, было обнаружено, что apoE3 благоприятствует зазору Aβ, поскольку мыши apoE3-APPV717F показали снижение осаждения Aβ по сравнению с мышами apoE4-APPV717F [27]. Интересно, что у другой модели мышей, сверхэкспрессирующей мутантный вариант APP человека, было показано, что уровни Aβ и apoE в головном мозге увеличиваются параллельно с возрастом за счет уменьшения Aβ в плазме [28]. Это предполагает, что повышение уровней апоптоза головного мозга во время старения приведет к дерегулированию Aβ-разминирования и увеличению секвестрации Aβ. В посмертных исследованиях показано, что осаждение Aβ увеличивается на носителях ApoE4 как в спорадических [21], так и в генетических случаях AD [29]. Недавно было показано, что когнитивные нарушения, наблюдаемые у трансгенных мышей APP человека, зависят как от apoE, так и от образования амилоида [30].

В-третьих, нейроновые рецепторы ApoE могут также иметь несколько ролей в трафике и обработке APP [31], в пробе Aβ [32] и apoE4, как было установлено, усиливают синтез Aβ путем промотирования эндоцитарной рециркуляции APP [33].

Наконец, данные in vitro демонстрируют, что apoE увеличивает нейротоксичность Aβ изоформным образом (E4> E3) [34, 35]. Кроме того, недавнее исследование показало, что нарушения в нейропластичности, вызванные apoE4 после стимуляции окружающей среды у модели трансгенных мышей, связаны с накоплением intraneuronal Aβ [36]. Эти данные свидетельствуют о наличии синергических патологических эффектов между Aβ и apoE4.

Аномальное фосфорилирование белка тау, приводящее к образованию NFT, является общей чертой AD и нескольких других нейродегенеративных расстройств [37]. Считается, что гиперфосфорилирование тау нарушает нормальное функционирование нейрона, приводящее к его смерти.

Гипотеза о том, что изоформы apoE могут по-разному влиять на патологию tau, происходит из исследований in vitro, где apoE3 и не apoE4 образует (SDS) -стабильный комплекс с tau. Фосфорилирование тау ингибирует его взаимодействие с apoE3, предполагая, что апоэ3 только связывается с нефосфорилированным тау. Это также предполагает, что apoE3 может предотвратить аномальное гиперфосфорилирование тау и дестабилизацию нейронового цитоскелета [38]. Исследования трансгенных мышей показали повышенное фосфорилирование тау у мышей, экспрессирующих человеческий apoE4 в нейронах, но не у мышей, экспрессирующих apoE4 в астроцитах [39, 40], что указывает на специфический для нейронов эффект apoE4 при тау-фосфорилировании. Кроме того, интранейрональное накопление гиперфосфорилированного тау было обнаружено у мышей apoE KO, которым была назначена диета с высоким содержанием холестерина, что указывает на синергическое взаимодействие диетического холестерина и отсутствие функции apoE [41].

Было высказано предположение, что аминоконцевой домен apoE3 ответственен за связывание с tau [38]. Кроме того, исследования у трансгенных мышей показали, что карбоксил-терминальный усеченный апоэ стимулирует tau-фосфорилирование и внутриклеточное NFT-подобное включение в [42]. Прямое молекулярное взаимодействие между apoE (или apoE-фрагментами) и молекулами тау потребует, чтобы оба они встречались в одном цитозольном отсеке. Вопрос о том, как apoE обращается к нейронному цитоскелету, остается загадочным. Альтернативным механизмом, в котором изоформы apoE будут дифференциально способствовать тау-гиперфосфорилированию, является модуляция таукиназ и фосфатаз.

Основная функция apoE заключается в перераспределении липидов и участии в гомеостазе холестерина [12]. В культивируемых нейронах поглощение холестерина ниже, когда липид связан с ApoE4 по сравнению с ApoE2 и ApoE3 [43]. ApoE4 менее эффективен, чем другие формы в продвижении оттока холестерина из нейронов и астроцитов [44]. Структурные различия между различными изоформами apoE могут объяснять эти изменения. В AD наблюдается снижение уровня холестерина в головном мозге, и растущие данные свидетельствуют о том, что сам холестерин участвует в патогенезе AD [45]. Первое показание исходит из клинических и эпидемиологических исследований, показывающих, что пациенты с повышенным уровнем холестерина в плазме повышают восприимчивость к AD [46-48]. Несколько исследований показали, что использование статинов, препаратов, которые ингибируют синтез холестерина, снижает распространенность [49, 50] и прогрессию [51] AD. В дополнение к apoE, другие гены, вовлеченные в транспорт или метаболизм холестерина, были предложены в качестве предполагаемых факторов риска для AD. Полиморфизмы в рецепторах для поглощения холестерина, такие как белок LRP с низкой плотностью липопротеинов (LRP) и рецептор липопротеинов с очень низкой плотностью (VLDL) [52], а также в ферментах, которые регулируют катаболизм холестерина , такие нами Cyp46 [53], были связаны с повышенным риском развития АД. Кроме того, ряд исследований показывает, что холестерин регулирует продукцию Aβ. β-секретаза и γ-секретаза локализуются в богатых холестерином липидных плотах [54-56], в то время как неамилоидогенная α-секретаза связана с поверхностью мембраны, вне рафтовых доменов [57]. Активность β-секретазы повышается холестерином [58]. Кроме того, было показано, что изменения уровня холестерина или распределения внутри мембраны изменяют локализацию APP и их доступность для расщепления этими секретазами [59, 60]. С другой стороны, Аβ модулирует синтез и распределение холестерина в нейронах [61]. Кроме того, было показано, что холестерин снижает эффекты Aβ на сигнализацию кальция и нейротоксичность в нескольких моделях [34, 62, 63]. Такие данные показывают, что взаимодействия между холестерином и Аβ очень сложны. Что касается различной способности вариантов изоформы apoE для переноски липидов, вполне вероятно, что холестерин / Аβ-взаимодействия будут модулироваться генотипом апоэ.

В нервной системе взаимодействие между нейронами и глиальными клетками очень важно в процессах роста, регенерации и синаптической пластичности [64]. Там основанная на apoE перераспределение липидов играет фундаментальную роль. В AD наблюдается обширная нейрональная потеря в лимбической системе и неокортексе, а также важная синаптическая дисфункция, которая влияет на нормальное существование выживших нейронов [65]. Было высказано предположение, что изоформы варианта apoE по-разному участвуют в процессах ремонта и синаптической пластичности. Было обнаружено, что синаптическая пластичность в области CA1 нарушается у мышей apoE KO [66]. ApoE KO и apoE4-, но не E3-, трансгенные мыши имеют возрастное нарушение синаптической организации [67, 68]. Эти различия в изоформы апоэ также были зарегистрированы у людей. Носители ApoE4 демонстрируют плохую компенсацию потерь нейронов в разных областях мозга, тогда как носители не-E4 проявляют заметные регенеративные изменения в тех же областях [69]. Такие данные свидетельствуют о недостатке функции apoE4 в синаптической регенерации по сравнению с другими изоформами apoE. Вероятно, это отсутствие функции также повлияет на синаптическую функцию. При поддержке этой идеи сообщалось, что долгосрочное потенцирование (LTP) снижается у apoE4-трансгенных мышей по сравнению с мышами дикого типа и мышей apoE3 [70].

Известно, что холинергическая сигнальная трансдукция нарушается в AD. Носители ApoE4 с AD проявляют больший дефицит, чем не-носители холинергической активности в гиппокампе и коре, а также уменьшение общего количества холинергических нейронов и холинергических маркеров, таких как активность холин-ацетилтрансферазы и связывание никотиновых ACh-рецепторов [ 71-73]. Напротив, нет существенных различий в уровнях мускариновых рецепторов между пациентами AD с различными генотипами apoE [73].

Вариант изоформы apoE оказывает различное влияние на стимулируемую сигнальную передачу мускаринового рецептора ACh in vitro. ApoE4 нарушает гидролиз фосфоинозитида, стимулированного карбахолом, тогда как апоэз один не оказывает никакого эффекта. Кроме того, ApoE3, но не E4, может защитить от Aβ (1-42) -ограниченного нарушения [74]. Недавно в двойной трансгенной модели мышей сообщалось, что модуляция AD-подобных холинергических дефицитов зависит от изоформы apoE, перепроизводства Aβ и возраста животного, но не от осаждения бляшек [75]. В этом исследовании человеческие мыши APP / apoE4 проявляли синаптический и холинергический дефицит перед образованием бляшек. Однако у старых человеческих APP / apoE4 и человеческих APP / apoE3 мышей были сходные синаптические и холинергические дефициты, несмотря на их различия в нагрузке на бляшку [75].

Прямое отрицательное влияние apoE4 на холинергическую сигнализацию может участвовать в более низкой эффективности холинергических замещающих препаратов, зарегистрированных для пациентов с апоэконом-4 [73].

Было показано, что ApoE модулирует различные сигнальные пути, некоторые из которых имеют отношение к AD. Было показано, что в нескольких моделях in vitro apoE воздействует на несколько сигнальных каскадов изоформным образом. Изоформы ApoE оказывают различное влияние на кальциевые каналы, вызывая разный рост свободного внутриклеточного кальция [76-78]. Кроме того, apoE имеет специфические для изоформы эффекты активности PKC [79], гликогенсинтазы киназы-3β (GSK-3β) [76], протеинкиназы B (Akt) [76], внеклеточной сигнальной киназы 1/2 ( ERK) [80, 81], c-Jun N-концевая киназа 1/2 (JNK) [80] и транскрипционная активность связывающего белка cAMP-ответа (CREB) [81]. В последнее время большое исследование микрочипов с образцами гиппокампа из пациентов с АД показало, что характер экспрессии генов существенно различается между носителями apoE4 и несущими [82]. У людей ApoE4 больше экспрессии супрессоров опухолей и отрицательных регуляторов роста клеток, которые могут привести к увеличению апоптоза. Напротив, они показали снижение экспрессии генов, связанных с синаптической пластичностью, выростом нейронов, несколькими рецепторами нейротрансмиттеров, а также генами, участвующими в митохондриальном окислительном фосфорилировании / -энергетическом обмене.

Изменение в рецепторах нейротрансмиттеров и сигнализация нисходящего потока могут способствовать развитию резистентности к некоторым фармакологическим методам лечения, наблюдаемым у индивидуумов с apoE4 [73, 83]. Кроме того, опосредованное апоей44 нарушение множественных сигнальных путей предполагает, что носители apoE4 имеют как потерю функции в механизмах защиты клеток, так и прирост функции в путях, ведущих к образованию Aβ и тау-фосфорилированию.

ApoE может также способствовать нейродегенеративным процессам, будучи непосредственно токсичными для нейронов. В этом контексте было показано, что липид-свободный апоэлемент (E4> E3) и фрагменты, полученные из апоэ, являются токсичными для нейронов in vitro [34, 84, 85]. Однако, когда вместо депипидированного apoE использовались более физиологические apoE-содержащие липопротеины, эту токсичность избегали [34]. Было показано, что апоэпоксидные липопротеины способствуют выживаемости клеток и вырождению нейритов также специфически для изоформ (E3> E4) [86, 87]. Эти данные свидетельствуют о том, что статус апо или конформация апоэфирных липопротеинов может быть важной детерминантой нейротоксичности apoE.

Исследования in vivo с использованием трансгенных мышей, которые экспрессируют человеческий apoE3, apoE4 или оба, продемонстрировали, что животные apoE3 / E3 были более защищены, чем apoE3 / 4, от возрастной нейродегенерации и что apoE4 / 4 не обнаружил никакой защиты [88]. Это будет означать, что apoE4 не только менее нейропротектор, чем apoE3, но и выступает в качестве доминирующего негативного фактора, влияющего на полезную функцию apoE3.

Сообщалось, что N-концевой протеолитический фрагмент (аминокислоты 1-191) ответственен за токсичность апоэза за счет увеличения уровня внутриклеточного кальция [85]. Напротив, несколько отчетов из другой группы показали, что С-концевой фрагмент apoE является нейротоксичным in vitro механизмом, который включает митохондриальные и цитоскелетные изменения [84]. Было показано, что in vivo C-концевые фрагменты apoE4 индуцируют нейродегенерацию и поведенческий дефицит у трансгенных мышей [42]. Важно отметить, что апостерические фрагменты apoE C присутствовали на гораздо более высоких уровнях в мозге пациентов с AD (особенно связанных с NFT), чем в контроле [40, 89], хотя разница между усеченными уровнями апоэ в носителях E3 и E4 не была продемонстрирована.

Ввиду различных результатов, полученных с липидами или липидсвязанными апоэ, возможно, что apoE будет более устойчивым к протеолизу при связывании с другими липопротеинами или что композиционные и / или структурные различия липопротеинов, содержащих apoE-частицы, могут быть важны для нейродегенеративные. Поскольку каждая изоформа apoE обладает структурно определенными способностями при связывании липидов, важно также учитывать, что состав частиц липопротеина может отличаться генотипом апоэ. Следовательно, возможно, что apoE4 более восприимчив к расщеплению, чем apoE3.

Недавно Хаттерс и др. [90] сообщили, что apoE образует растворимые фибриллярные агрегаты in vitro и что скорость агрегации существенно различается между изоформами (E4> E3> E2). Фибриллы ApoE были значительно более токсичны для культивируемых нейронных клеток, чем тетрамеры. Ранее одна и та же группа продемонстрировала, что липидсвязывающее вещество защищает аполипопротеины от неправильного введения в амилоидные фибриллы [91], что указывает на то, что для образования фибрилл apoE может потребоваться присутствие липидоподобного апоэ. Однако присутствие фибрилл apoE (а также дифференциальная фибрилляция изоформы) в мозге AD еще предстоит продемонстрировать.

Понимание факторов, которые влияют на нейротоксичность apoE (ассоциация липидов, протеолитическое расщепление, фибрилляция и т. Д.), А также его нейропротекторные эффекты, по-прежнему имеют решающее значение для выяснения роли апоэ в нейродегенеративных процессах.

Рациональная стратегия для рассмотрения терапевтического потенциала apoE должна была бы учитывать, являются ли специфические эффекты, связанные с изоформами apoE4, следствием потери нормальных свойств (связанных с apoE3), направить вредные эффекты или на то и другое.

Если мы рассмотрим положительные эффекты apoE, терапевтическая стратегия будет заключаться в фармакологическом повышении уровней эндогенного апоА ​​в мозге независимо от изотипа apoE [92]. Это было бы полезно для восстановления липидного гомеостаза у субъектов АД, чтобы стимулировать синаптогенез и регенерацию. Однако, учитывая пагубные последствия apoE4, эта стратегия, вероятно, будет полезна для пациентов apoE3. Кроме того, большинство пациентов, обладающих апоей4, не гомозиготно, что поднимает вопрос о том, как гетерозиготные пациенты E3 / E4 будут реагировать на такую ​​терапию.

Альтернативным подходом могло бы стать создание апоэфиметрического соединения, сохраняющего функциональные характеристики интактного голопротеина и возможность пересечения гематоэнцефалического барьера [93]. Сообщалось, что ApoE-миметические пептиды подавляют глиальные воспалительные реакции и защищают нейроны от экситотоксического повреждения [94]. Механизмы этих положительных эффектов неизвестны, но поскольку эти пептиды не содержат липидсвязывающий домен, предполагается, что они не связаны с липидными транспортными свойствами физиологического апоэ. Недавно было сообщено о втором поколении apoE-миметических пептидов [95]. Эти пептиды показали улучшенные результаты на животных моделях рассеянного склероза [96] и повреждения головного мозга [97] без какого-либо описанного побочного эффекта. Таким образом, использование apoE-миметических пептидов представляется захватывающей возможностью для лечения AD и нейродегенеративных нарушений.

Основываясь на идее, что apoE действует как шаперон и облегчает осаждение Aβ, в другом терапевтическом подходе предлагается использование соединений, которые блокируют взаимодействие apoE / Aβ [98]. Было показано, что короткий синтетический пептид Aβ12-28P, который является неиммуногенным и проницаемым для кровеносных сосудов, эффективен для трансгенных мышей APPK670L / M671L и APPK670L / M671L / PS1M146L [98]. Однако до сих пор неизвестно, как увеличение растворимого циркулирующего Aβ будет влиять на мозг и как эти соединения будут влиять на потенциальную емкость apoE для очистки Aβ.

Другой предложенный терапевтический подход заключается в изменении трехмерной структуры апоэ4 на апо-3-подобную конформацию [99]. Это требует использования агентов, которые избирательно взаимодействуют с apoE4, препятствуя его взаимодействию с доменом. Некоторые из этих молекул были обнаружены, некоторые из которых показали положительные эффекты в системах in vitro. Например, два соединения, GIND-25, дисульфонат и GIND-105, моносульфоалкил, уменьшают продукцию Aβ, индуцированную apoE4, до уровней, очень похожих на те, которые индуцируются апоэ3 [99]. Использование этих молекул восстановило бы способность apoE4 переносить липиды и уменьшало бы скорость расщепления apoE4 до уровней apoE3. Теоретически эта стратегия снижала бы отрицательные эффекты и потенцировала бы эффективные эффекты apoE4 одновременно.

Также были предложены другие терапевтические стратегии на основе apoE. Использование ингибитора апоэзы протеазы предотвратило бы образование вредных апоэфических фрагментов [84]. Блокирование взаимодействия фрагментов, полученных из апоэ4 с митохондриями, предотвратило бы пагубные эффекты на митохондриальную функцию [100]. Несмотря на трудности, apoE остается областью огромного потенциала для развития лекарств для лечения АД и других нейродегенеративных расстройств.

Присутствие apoE4 является наиболее важным известным фактором риска для AD. ApoE — единственная молекула, которая была связана со всеми биохимическими нарушениями, характерными для заболевания: отложение Aβ, образование клубок, нейродегенерация, дисфункция липидов, потеря синаптической пластичности, холинергическая дисфункция и нарушение сигнализации (рис.1). Присутствие apoE4 усугубляет эти нарушения, в то время как другие изоформы apoE являются защитными. Изучаются несколько интересных новых терапевтических стратегий для AD, основанных на apoE (рис.2). Наркотики обычно разработаны против центрального пути для конкретного заболевания. Таким образом, apoE не является типичной мишенью, так как он имеет так много функций и эффектов, специфичных для изоформы. Однако это может быть преимуществом для многоэтериологического расстройства, такого как AD. Вездесущность apoE в патологии AD может быть ключом к пониманию механизмов, ведущих к этому сложному расстройству, и для поиска новых многоцелевых терапевтических подходов.

Болезнь Альцгеймера (AD). Показано, что молекулярные механизмы, приводящие к AD, включают дисфункции в нескольких биологических процессах, включая окислительный стресс, воспалительные реакции и измененную трансдукцию сигнала. Старение является основным фактором риска AD. Несколько мутаций в белке-предшественнике ами-loid (APP) или генах пресенилина (PS) вызывают AD за счет увеличения продуцирования Aβ. Генотип apoE является наиболее важным генетическим фактором для AD. Присутствие apoE4 связано с несколькими аспектами (указанными красным цветом) AD-патологического каскада.

ApoE-основанные терапевтические подходы для AD. Желаемые терапевтические стратегии усилят бенефициальные эффекты apoE3 (синий круг), устраняют вредные эффекты apoE4 (оранжевый круг) или и то, и другое.

Я благодарю юбилейный фонд Риксбанка, проект «Шведский мозговой энергетик», Фонд Луо и Ханса Остерманса, Фонд «Пистолет» и «Бертиль Стохне», Фонд «Каролинский институт гериатрических исследований», Фонд «Оке Уиберг», «Деменсфёрбундет» и Фонд «Старые слуги»

источник