Надёжный биологический маркер многих психических и нейродегенеративных заболеваний, таких как аутизм, шизофрения и болезнь Альцгеймера, наконец найден. Как показали исследования, проведённые в Научном центре психического здоровья РАМН совместно с МНИИ педиатрии и детской хирургии Минздрава России, всему виной — геномная нестабильность в соматических клетках организма, например в клетках крови или нейронах головного мозга.
Об этом сообщил в своём докладе на церемонии награждения международной премией SciVal/ Scopus Award Russia 2012 один из авторов работы, лауреат премии в области медицины доктор биологических наук Иван Юров.
Обычно считается, что хромосомный набор, или геном, одинаков во всех клетках организма, а генетические нарушения (мутации) при наследственных болезнях возникают в половых клетках родителей и, как следствие, присутствуют во всех клетках ребёнка. Именно мутации в половых клетках приводят к большинству наследственных заболевани й, например синдрому Дауна, а также к другим хромосомным и генным болезням. Однако заболевания мозга, по-видимому, исключение. По данным отечественных учёных, они во многих случаях могут быть связаны с генетическими нарушениями, поражающими только нервные клетки. Непостоянство генома клеток мозга ранее не обнаруживали из-за того, что в мире лишь менее одного процента исследований генетических причин психических и неврологических заболеваний проводят на мозговых тканях. Помимо этической стороны дела подобным исследованиям мешает труднодоступность клеток мозга, кроме того, множество их подтипов сложно дифференцировать. Да и методический арсенал не позволяет эффективно выявлять аномальные клетки, скрытые среди одного триллиона нервных клеток мозга человека.
Российские генетики и нейробиологи на основе разработанных ими новых геномных технологий сумели доказать, что 30—35% клеток мозга нормальных эмбрионов человека «возрастом» до 12 недель имеют отклонения на хромосомном уровне. В таких клетках наблюдают лишние хромосомы, что приводит к нарушениям генома, затрагивающим несколько сотен и даже тысяч генов. Однако во взрослом мозге клетки с мутациями исчезают, что связано с гибелью (элиминацией) аномальных клеток в процессе внутриутробного развития плода. Нарушения процесса элиминации аномальных клеток и приводят, по-видимому, к психическим заболеваниям. Например, у 16% детей, больных аутизмом, учёные обнаружили аномальные клетки в крови и тканях мозга. Ничего подобного у здоровых детей они не наблюдали. Определённое изменение генома нейронов и глиальных клеток (вспомогательных клеток нервной ткани) на хромосомном уровне обнаружено и при шизофрении.
Проведённый в Научном центре психического здоровья РАМН геномный анализ тканей мозга у людей с болезнью Альцгеймера принёс доказательство общей причины этого заболевания с синдромом Дауна. При болезни Альцгеймера в достаточно большом числе клеток тканей головного мозга выявлено нарушение числа хромосом — обнаружили наборы как с лишней (трисомия по хромосоме 21 ),так и с недостающей хромосомой. Но как происходит подобное нарушение числа хромосом? Ведь нервные клетки не делятся. Авторы открытия выдвинули гипотезу о том, что в данном заболевании нейроны «входят» в клеточный цикл, но процесс тормозится на определённой стадии, и они хотя и не делятся, однако приобретают неправильный набор хромосом и погибают. «Данной гипотезе есть непрямые подтверждения. Напрямую проследить процесс пока невозможно — нет соответствующих технологий, но думаю, что приобретённая нестабильность генома — это общий механизм развития многих нейро-дегенеративных и психических болезней».
Хотя гипотеза окончательно ещё не доказана, полученные российскими генетиками результаты открывают перспективы для ранней диагностики и молекулярной терапии многих заболеваний мозга.
Проголосовало: 5
источник
С 1994 года 21 сентября повсеместно отмечается как Всемирный день болезни Альцгеймера (БА). Сегодня от этого неизлечимого заболевания страдают, только по официальным оценкам, 47 млн человек в мире. На самом деле, эта цифра должна быть больше, ведь на ранних стадиях болезни немалое число пациентов и их родственников не обращаются к врачам. Учитывая, что эта патология грозит каждому третьему пожилому человеку, болезнь Альцгеймера является одной из ключевых проблем, над решением которых бьется весь мир. MedAboutMe выяснял, что нового ученые узнали за последние годы.
По мере наблюдений и проведения исследований появляются все новые и новые факты, дающие возможность понять, что именно творится в мозгу пациента с болезнью Альцгеймера. Это важно не только для самого больного и врачей, но и для близких, живущих рядом с ним.
Так, исследователи частично опровергли теорию о том, что женщины чаще страдают от болезни Альцгеймера, чем мужчины. В целом различий по частоте заболеваемости между ними обнаружить не удалось, за исключением единственного периода — менопаузы, когда женский организм сталкивается с глобальным возрастным изменением гормонального фона. Только в этом возрасте женщины более уязвимы перед болезнью, чем мужчины.
Болезнь Альцгеймера по своим проявлениям весьма похожа на другие разновидности деменции (слабоумия). Но по некоторым параметрам она довольно сильно от них отличается. Например, пациенты с БА крайне редко бывают агрессивны. Шведские исследователи из Лундского университета обнаружили, что у пациентов с лобно-височной деменцией физическая агрессия начинает проявляться раньше, чем у людей с БА. Более того, агрессивное поведение вообще развивается у 21% людей с лобно-височной деменцией и только у 2% пациентов с БА. Ученые объясняют это тем, что в обоих случаях болезнь затрагивает разные зоны головного мозга.
В качестве теста для выявления первых признаков болезни Альцгеймера ученые используют разницу между немедленным и отсроченным запоминанием. Человеку надо дать прочитать список из 10 существительных. Сначала его просят сразу повторить услышанное. То же самое он должен сделать через 5 минут. В норме средний балл для немедленного запоминания составляет 5,7 баллов (слов) из 10, а для отсроченного — 4,5 балла. Чем больше разрыв между этими показателями, тем выше вероятность наличия БА или другой разновидности деменции. Соответственно, результат 6 и 4 — показатель здорового человека, а 10 и 5 — пациента на начальном этапе БА, несмотря на то, что по отдельности каждый показатель во втором случае выше.
По последним данным, представленным экспертами из Техасского университета, деградация нейронов головного мозга, связывающих префронтальную и теменную кору, приводит к нарушению способности производить финансовые расчеты. Поэтому пожилые люди с БА не в состоянии контролировать свои финансы.
Долгое время основной причиной болезни Альцгеймера считался бета-амилоидный белок, который в виде бляшек откладывается в тканях головного мозга и приводит к разрушению нейронов. Правда, потом оказалось, что он не просто так существует в организме, а вполне вероятно является компонентом врожденного иммунитета. Но гипотеза амилоидного каскада все равно долгое время оставалась самой популярной.
Потом оказалось, что кроме бета-амилоидного белка есть еще тау-белок. Если бета-амилоидный белок образует свои убийственные бляшки в пространстве между нейронами, то тау-белок превращается в нейрофибриллярные клубки внутри нейронов, что приводит к разрушению структуры клетки и внутриклеточного транспорта.
Через некоторое время выяснилось, что не просто так бета-амилоидный белок начинает откладываться в тканях мозга. Этому способствуют мутация, из-за которой клетки микроглии (иммунные клетки нервной системы), окружающей нейроны в мозге, перестают уничтожать эти самые бляшки и начинают «поедать» сами себя.
Наконец, в августе этого года были опубликованы результаты исследования, связывающего воедино все три фактора. По мнению ученых, отправной точкой является бета-амилоидный белок. Иммунные клетки микроглии в ответ на контакт с ним запускают цепочку воспалительных реакций, что приводит к повреждению нейронов. А при данном повреждении образуются бусиноподобные структуры, заполненные аномальным тау-белком. Весь этот каскад регулируется двумя белками: MMP-9 и HDAC6.
В конце прошлого века внимание ученых привлек ген APOE, разные варианты которого кодируют три изоформы аполипопротеина. Сегодня известно, что повышенный риск развития болезни Альцгеймера наблюдается при наличии у человека гена, кодирующего аполипопротеин E4 (APOE4). Аполипопротеин E2 считается нейтральной формой, а E3, напротив, уменьшающей риски образования бляшек.
В последние годы была найдена связь между APOE4 и бета-амилоидом. По крайней мере, одна из теорий гласит, что аполипопротеин Е4 задействован в образовании бета-амилоида (амилоид-зависимый путь). Другая теория предполагает, что АроЕ4 вырабатывается нейронами во время стресса, после чего белок распадается на токсичные элементы, разрушающие митохондрии и цитоскелет клетки.
Сегодня, по данным ученых, почти половина людей, страдающих от болезни Альцгеймера, являются обладателями гена APOE4. В целом 25% населения имеют одну копию этого гена, а около 2-3% — две, получив их от обоих родителей. По расчетам экспертов, одна копия гена повышает риск заболевания в 4 раза, а две копии — в 12 раз. Но от болезни Альцгеймера в реальности с возрастом страдает гораздо больше людей, чем можно было бы рассчитывать, опираясь на число носителей гена APOE4. Это заставило ученых искать другие причины заболевания.
В 2009 году ученые объявили об еще одном гене, который существенно усложняет картину болезни Альцгеймера — TOMM40. Этот ген соседствует с APOE4 на 19-й хромосоме. Исследование, результаты которого опубликованы в сентябре этого года, показало, что отдельные варианты TOMM40 даже более важны для развития БА, чем APOE4. Именно ТОММ40 определяет утрату способности человека удерживать в памяти новую информацию. Сегодня ученые предполагают, что в развитии болезни Альцгеймера играет роль комбинация обоих генов.
Одна из ключевых мишеней фармацевтов в борьбе с БА — это бета-амилоидный белок. Бороться с ним можно двумя путями: заставить организм вырабатывать антитела к бета-амилоидному белку (и такая вакцина уже существует) или блокировать ферменты, задействованные в его образовании (созданы таблетки с данным действием). Оба потенциальных лекарства находятся на стадии исследования.
Увы, ученые указывают, что ни один из этих препаратов, даже в случае успешных клинических испытаний, не станет лекарством-панацеей от болезни Альцгеймера. В лучшем случае они смогут задержать прогрессирование болезни на 5 лет. То есть, подарить пациенту еще 5 лет полноценной жизни.
Со временем ученые находят новые «мишени» для лекарственного воздействия. Например, упоминаемые нами белки MMP-9 и HDAC6 заинтересовали производителей лекарств, и сегодня фармкомпании уже занимаются разработкой ингибиторов HDAC6.
Одна из основных проблем разработки лекарств для борьбы с болезнью Альцгеймера заключается в том, что препараты тестируются на людях, которые уже 10-12 лет как больны. В этом случае невозможна адекватная оценка их эффективности. Наиболее перспективной целью является ранняя диагностика болезни Альцгеймера и возможность остановить ее прогрессирование до того, как мозг человека начнет разрушаться.
Поиск методов лечения БА продолжается. Ученые пытаются комбинировать уже известные методы терапии — и не только медикаментозные. Например, в сентябре этого года компания Baycrest объявила, что начинает исследование метода, сочетающего в себе транскраниальную стимуляцию постоянным током (tDCS) и музыкотерапию. Метод tDCS представляет собой безболезненную стимуляцию тканей головного мозга. А музыкотерапия, как ранее было доказано, активирует воспоминания у пациентов с деменцией и стимулирует процессы социального взаимодействия.
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
Всё чаще в стенах медицинских учреждений звучит вопрос пациентов: «Что такое болезнь Альцгеймера?» Это дегенеративное заболевание нервной системы за последние годы приобрело масштабы эпидемии. Самым пугающим является тот факт, что болезнь Альцгеймера симптомы и признаки на начальных этапах имеет такие же, как и другие деменции. Поэтому диагностика часто запаздывает, а лечение более эффективно, если его начинают как можно раньше.
Болезнь Альцгеймера – это постоянно прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, которое поражает головной мозг и сопровождается деменцией коркового типа. Этот тип деменции характеризуется нарушением памяти, афазией, апраксией, акалькулией и другими очаговыми расстройствами высших психических функций.
Показатель заболеваемости при этой патологии тем выше, чем больше продолжительность жизни у людей в конкретной стране. Ведь на каждые последующие пять лет после 65-летнего возраста он увеличивается больше, чем в два раза. Так заболевание диагностируется у 6 — 11% пациентов старше 60 лет, а у людей достигших 80 — 85 лет – в 35 — 45% случаев.
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) сообщает, что в 2016 г. деменцией страдало близко 0,44 — 0,46% (26,6 млн человек) населения земного шара. При этом прогнозируя, что к 2030 — 2035 г. этот показатель будет не ниже 0,55 — 0,6%, а абсолютное количество заболевших возрастёт в три-четыре раза.
Болезнь Альцгеймера причины имеет до настоящего времени так и не изученные. За последние десять лет было предложено около 15 теорий развития этой патологии, но ни одна из них не отвечает на все вопросы. Болезнь Альцгеймера пока остаётся загадкой для учёных.
Мнения исследователей сходятся в одном: существуют наследственная и спорадическая формы заболевания. Медико-генетические исследования доказали наличие мутации генов, расположенных в хромосомах 1, 14, 19 и 21.
Это подтверждается тем, что при болезни Дауна, когда возникает трисомия по 21-й хромосоме (то есть у человека присутствует лишняя хромосома), болезнь Альцгеймера встречается намного чаще и имеет более раннее начало.
Генетические мутации наблюдаются и не при аутосомно-доминантном наследовании. В таком случае риск заболеть повышается в 4 — 4,5 раза у ближайших родственников пациента, а если в роду имелось более 2 случаев болезни Альцгеймера, то риск увеличивается в 40 раз.
Существует три самых распространённых гипотезы патогенеза болезни Альцгеймера, которые скорее дополняют друг друга, чем противоречат:
- холинергическая теория;
- амилоидная теория;
- теория дезинтеграции тау-белка.
Согласно холинергической теории болезнь Альцгеймера спровоцирована недостаточностью нейромедиатора ацетилхолина. Это подтверждается эффективностью антихолинэстеразных препаратов на начальных этапах заболевания. Затем в патогенезе ведущая роль переходит скоплению амилоидных и нейрофибриллярных агрегатов.
Дефицит ацетилхолина связывают с атрофическими процессами в области базальных ядер головного мозга, в частности ядра Мейнерта, нейроны которого продуцируют этот медиатор.
В конце двадцатого века была выдвинута гипотеза, в которой первопричиной развития болезни Альцгеймера был назван бета-амилоид. Гены, кодирующие данный белок, находятся в 19-й и 21-й хромосомах. В результате мутации происходит избыточный синтез амилоида, что приводит к образованию специфических агрегатов (сенильных бляшек). Также следы этого белка обнаруживаются в нейрофибриллярных клубочках и стенках мозговых сосудов.
Однако не доказано, что увеличение образования сенильных бляшек ведёт к более быстрому прогрессированию болезни. Скорее скопление амилоида приводит к запуску таупатии и апоптозу нейронов.
Не менее популярной является гипотеза, в которой рассматривается роль тау-белка в возникновении болезни Альцгеймера. Этот белок в норме находится на микротрубочках, которые представляют собой транспортную систему клетки, доставляя питательные вещества от тела нейрона к отросткам. В результате гиперфосфорилирования тау-белка происходит нарушение структуры микротрубочек и их агрегация. Это приводит к образованию нейрофибриллярных клубков, которые становятся причиной преждевременной гибели клеток.
Нейрофибриллярные агрегаты обнаруживаются не только при болезни Альцгеймера, но и при других патологиях нервной системы, сопровождающихся интеллектуально-мнестическими нарушениями (деменция с тельцами Леви, болезнь Паркинсона и т.д.), а также в процессе нормального физиологического старения.
На данном этапе исследований неизвестно, как именно бета-амилоид и тау-белок нарушают функционирование клеток. Предполагают, что эти агрегаты изменяют гомеостаз ионов кальция в клетке, что провоцирует их апоптоз.
При патоморфологическом исследовании головного мозга определяется апоптоз нейронов в коре мозга, в гиппокампе, в базальном ядре Мейнерта. Отростки «выживших» нервных клеток также подвергаются дегенеративным процессам. Возникает нарушение в структуре пре- и постсинаптических мембран.
Обычно тяжесть болезни Альцгеймера коррелирует с морфологическими изменениями в мозге – количеством сенильных бляшек, нейрофибриллярных клубочков, числом разрушенных синапсов.
Генетическая предрасположенность является четко установленным фактором риска болезни Альцгеймера. Более того, показано, что БА включает в себя несколько генетически гетерогенных форм, объединенных сходными клиническими и гистопатологическими признаками. Причиной или фактором риска развития некоторых (если не всех) форм БА являются мутации или полиморфизмы в ряде генов.
Прорывом в понимании этиологии БА явилось использование генетических подходов. Интенсивные эпидемиологические исследования около 10 лет назад позволили выявить родословные, в которых БА характеризуется ранним началом (моложе 65 лет) и моногенным аутосомнодоминантным характером наследования. При более распространенных поздних формах БА (у людей старше 65 лет) также очевидна роль генетических факторов, проявление которых, однако, зависит и от воздействий среды [ Pericak-Vance ea 1995 , Rao ea 1995 ]. К настоящему времени обнаружено, по крайней мере, четыре гена, мутации в которых вызывают БА или являются факторами генетической предрасположенности:
Первый ген и генетический дефект, вызывающий болезнь Альцгеймера, был обнаружен с использованием подхода, который сейчас относят к так называемому «функциональному клонированию». Было давно отмечено, что синдром наиболее распространенной врожденной умственной отсталости, синдром Дауна , с трисомией по 21-й хромосоме, у пациентов старше 35-40 лет также характеризуется гистопатологическими признаками, характерными для БА. Из этого было сделано предположение, что ген (или гены) на 21-й хромосоме мог бы играть решающую роль в нейродегенеративном процессе также при БА.
Действительно, в конце 70-х годов был выделен один из основных компонентов амилоидных бляшек , которые накапливаются в неокортексе . Выделенный пептид, названный Ар , как оказалось, состоит всего из 39-43 аминокислотных остатков и является протеолитическим фрагментом более длинного пептида, названного предшественником амилоида ( АРР ) [ Kang ea 1987 , Lemaire ea 1989 ].
Ген АРР был локализован на хромосоме 21 , что сделало его явным кандидатом для поиска мутаций при болезни Альцгеймера. Действительно, вскоре были обнаружены несколько миссенс-мутаций в экзонах 16, 17, части которых кодируют Ар-пептид [ Goate ea 1991 , Murrel ea 1991 , Chartier-Harlin ea 1991 ].
Последующий массовый скрининг родословных и спорадических случаев во многих лабораториях мира показал, однако, что мутации в АРР могут объяснить причину БА только 3-5% всех родословных с ранним началом БА.
В родословных с поздним началом БА мутаций в этом гене не было найдено вовсе [ Tanzi ea 1992 , Schellenherg ea 1991 ].
Впоследствии было установлено, что полиморфизм (е4-аллель) еще в одном гене, аполипопротеине АроЕ , локализованном на хромосоме 19 , ассоциирован с некоторыми поздними и ранними формами БА [ Sounders ea 1993 , Poirier ea 1993 , Strittmater ea 1993 ]. Такой полиморфизм гена АроЕ, однако, не является необходимым или достаточным условием БА и рассматривается в настоящее время как фактор риска, влияющий на начало развития деменции альцгеймеровского типа [ Bennett ea 1995 ].
Предполагалось, что наиболее вероятными другими генами-кандидатами при БА могли бы стать гены, кодирующие пептиды протеолиза АРР белка, например, специфические а-, Р- или у-секретазы; белки, регулирующие синтез АРР; белки нейро-фибриллярных клубков (NFT) или киназы, регулирующие аномальное фосфорилирование отдельных компонентов NFT, например, tau- белков и т.д.
Значительным событием явилось недавнее обнаружение нового семейства генов, ответственных за БА, получивших название гены-пресенилины [ Sherrington ea 1995 , Rogaev ea 1995 ]. Важность открытия этих генов обусловлена тем, что были, во-первых, обнаружены принципиально новые, не предполагавшиеся ранее молекулярные компоненты нейропатологии БА, которые были выявлены «слепым» позиционным клонированием, не ориентированным на предыдущие «биохимические» модели болезни; во-вторых, идентифицированы генетические факторы, ответственные за наибольшее число случаев ранних семейных форм БА.
В начале 90-х годов для поиска новых хромосомных локусов, ответственных за болезнь Альцгеймера, был использован метод классического генетического сцепления с использованием случайных полиморфных маркеров ДНК. В значительной степени такой поиск был ускорен созданием генетических карт хромосом человека и накоплением нового поколения высокоинформативных микросателлитных маркеров (или STR -Simple Tandem Repeats).
Ряд таких маркеров, включая STR из хромосомы 14, были выделены к тому времени в лаборатории МГМ НЦПЗ РАМН в рамках проекта Геном Человека , как и в ряде других лабораторий [ Rogaev ea 1992 , Wang ea 1992 ].
Результатом широкомасштабного поиска локуса БА явилось обнаружение в 1992 г. несколькими научными группами участка на хромосоме 14, ответственного за семейные формы БА ( FAD3 ). Мы использовали данные, полученные в Университете г. Торонто, по изучению более 20 семей с БА, в которых не было обнаружено сцепления БА с локусом АРР из 21-й хромосомы. После анализа более 70 маркеров из различных хромосом человека максимальный лод-балл и, следовательно, убедительное доказательство существования гена, мутации в котором ответственны за БА, были получены для маркера D14S43 (лод-балл > 20.47) из локуса 14q24.3 (локус FAD3) ( рис. 1 ). При этом было сделано два важных заключения. Во- первых, чрезвычайно высокий суммарный лод-балл, полученный при изучении совокупности семей различного этнического происхождения, свидетельствовал о том, что мутации в гене FAD3 ответственны за многие семейные формы БА (по крайней мере 60-70%) с ранним началом клинического проявления (до 60 лет). Во-вторых, результаты сегрегационного анализа STR-маркеров из локуса 14q24.3 показали, что FAD3 наследуется как моногенное аутосомнодоминантное заболевание, по всей видимости, с высокой пенетрантностью (проявлением мутаций), не зависящей от модификаций генетическими или эпигенетическими факторами.
В патогенезе по крайней мере некоторых форм болезни Альцгеймера участвуют и генетические факторы, например ген предшественника бета-амилоидного белка , расположенный на 21-й хромосоме . Так, у взрослых, страдающих синдромом Дауна ( трисомией по 21-й хромосоме ), после 40 лет развиваются характерные для болезни Альцгеймера патолого-анатомические нарушения. У многих из них формируется деменция , накладывающаяся на уже имеющуюся умственную отсталость . Полагают, что при синдроме Дауна накопление бета-амилоидного белка обусловлено активностью дополнительного гена предшественника бета-амилоидного белка . Кроме того, в единичных семьях с ранней формой семейной болезни Альцгеймера была выявлена точечная мутация в гене предшественника бета-амилоидного белка ; эти случаи послужили первым доказательством возможности моногенного аутосомно-доминантного наследования заболевания. Чаще всего мутация приводит к замене валина на изолейцин в положении 717.
Обследование семей, в которых болезнью Альцгеймера страдали несколько поколений, выявило два дополнительных гена, участвующих в патогенезе этого заболевания, — ген PSEN1 и ген PSEN2 .
Ген PSEN1 расположен на 14-й хромосоме и кодирует белок пресенилин-1 . Мутация этого гена вызывает болезнь Альцгеймера типа 3, которая наследуется аутосомно-доминантно с высокой пенетрантностью. В семьях с самой различной этнической принадлежностью выявлено более 20 мутаций гена PSEN1.
Ген PSEN2 расположен на 1-й хромосоме и кодирует белок пресенилин-2 . Мутация этого гена впервые была обнаружена у американских потомков немцев Поволжья.
Оба гена очень похожи и кодируют сходные белки. Сначала полагали, что эти белки имеют семь трансмембранных доменов, однако дальнейшие исследования показали, что число доменов равно восьми, а девятый располагается у внутренней стороны мембраны. Функция этих белков в норме, а также ее изменения, возникающие в результате мутации кодирующих их генов, неизвестны. Оба белка экспрессируются в нейронах и широко распространены в нервной системе . По первичной структуре они похожи на белок sel12 , участвующий в морфогенезе у нематоды Caenorhabditis elegans .
Мутации генов PSEN1 и PSEN2 сопровождаются повышением концентрации в плазме бета-амилоидного белка , состоящего из 42 аминокислотных остатков, что позволяет предположить взаимосвязь между пресенилинами и предшественником бета-амилоидного белка .
Доказано, что мутации гена PSEN1 — самая частая причина семейной болезни Альцгеймера с ранним началом, обусловливающая 70% случаев этой относительно редкой формы. Болезнь Альцгеймера типа 3, вызванная мутацией гена PSEN1 , характеризуется более ранним началом (в среднем в 45 лет) и более быстрым прогрессированием (средняя продолжительность жизни больного 6-7 лет), чем болезнь Альцгеймера типа 4, вызванная мутацией гена PSEN2 (начало в среднем в 53 года; средняя продолжительность жизни 11 лет). При некоторых редких мутациях гена PSEN2 заболевание начинается после 70 лет.
Роль мутаций этих генов в патогенезе гораздо более частых спорадических форм болезни Альцгеймера с поздним началом не изучена.
В настоящее время разработана методика исследования ДНК клеток крови, позволяющая выявлять такие мутации; пока она применяется только в исследовательских работах. Обследование необходимо при генетическом консультировании лиц с высоким риском заболевания, но без признаков деменции .
Важной вехой стало открытие роли гена, кодирующего апопротеин Е и расположенного на 19-й хромосоме , в развитии поздней семейной и спорадических форм болезни Альцгеймера. Апопротеин Е участвует в транспорте холестерина . Ген апопротеина Е имеет три аллеля: эпсилон2, эпсилонЗ и эпсилон4, кодирующие соответственно изоформы Е2, Е3 и Е4. Аллель эпсилон4 часто обнаруживают при спорадических и поздней семейной формах болезни Альцгеймера. Примерно 24-30% здоровых представителей белой расы имеют хотя бы один аллель эпсилон4, а около 2% — гомозиготны по нему. Среди больных болезнью Альцгеймера от 40 до 65% имеют по крайней мере один аллель эпсилон4 — иными словами, среди больных распространенность этого аллеля существенно выше, чем среди здоровых. С другой стороны, у многих больных аллель эпсилон4 отсутствует и, напротив, имеется у многих здоровых. То есть наличие аллеля эпсилон4 не является ни необходимым, ни достаточным условием болезни Альцгеймера, но служит важным фактором ее риска (особенно у гомозигот). Количество аллелей влияет на возраст начала заболевания: у гомозигот болезнь Альцгеймера начинается раньше. Причины этого не ясны.
Апопротеин Е присутствует в амилоидных бляшках ; он связывается с тау-белком и поэтому, возможно, участвует в образовании нейрофибриллярных включений . Апопротеин Е4 подавляет рост нервных окончаний в культуре клеток спинномозговых ганглиев.
Полагают, что аллель эпсилон2 уменьшает риск болезни Альцгеймера, но эти данные не подтверждены. По непроверенным сведениям, носители аллеля эпсилон4 менее чувствительны к лечению такрином . Есть также данные о том, что аллель A гена альфа1-антихимотрипсина повышает риск болезни Альцгеймера у носителей аллеля эпсилон4.
Единого мнения о целесообразности исследования апопротеина Е в диагностике болезни Альцгеймера нет. У здоровых по результатам этого исследования нельзя судить о риске болезни Альцгеймера, поскольку у многих носителей аллеля эпсилон4 она не развивается. Однако у некоторых гомозиготных носителей аллеля эпсилон4 при позитронно-эмиссионной томографии обнаруживают снижение скорости обмена веществ в коре головного мозга. Некоторые считают эти изменения предвестниками болезни Альцгеймера. Высказывалось предположение, что гомозиготное состояние по аллелю эпсилон4 у пожилого больного с деменцией с вероятностью 96-98% свидетельствует о болезни Альцгеймера. Однако лишь небольшая часть больных гомозиготны по аллелю эпсилон4, и даже у них необходимо исключить обратимые причины деменции. Тем не менее апопротеин Е остается единственным важным биохимическим маркером болезни Альцгеймера.
Продолжается изучение роли апопротеина Е в патогенезе заболевания и его диагностическое значение. Необходимо исследовать взаимосвязь апопротеина Е с другими деменциями.
Показано, что наличие аллеля эпсилон4 не связано с деменцией при болезни Паркинсона и болезни Крейтцфельдта-Якоба .
источник