Второй "золотой век" учения о нейродегенеративных заболеваниях
|
С увеличением продолжительности жизни дегенеративные заболевания нервной системы выходят в развитых странах на ведущее место. В мире, по скромным подсчетам, болезнью Альцгеймера страдают 30 млн человек, болезнью Паркинсона - 80-140 человек на 100 тыс. населения, а в возрастной группе старше 60-65 лет ее распространенность составляет 1-2%. В последние 5-7 лет благодаря достижениям молекулярной биологии и генетики учение о нейродегенеративных заболеваниях переживает свой второй "золотой век". Первый пришелся на начало XX столетия, когда с помощью микроскопического исследования мозга была разработана классификация дегенеративных заболеваний ЦНС на основе клинико-патологических критериев, сохранившая свое значение и поныне. Сегодня благодаря открытию ряда универсальных механизмов нейродегенерации как при естественном старении, так и в условиях болезни на наших глазах происходит фактическая смена весьма расплывчатой "абиотрофической" теории патогенеза нейродегенеративных заболеваний концепцией "конформационных болезней мозга". О новых изысканиях в этой области корреспонденту "МГ" Вячеславу Свальнову рассказывает ведущий научный сотрудник нейрогенетического отделения и ученый секретарь НИИ неврологии РАМН доктор медицинских наук Сергей ИЛЛАРИОШКИН.
Вглубь болезни Паркинсона Факторы возникновения болезни Паркинсона (БП) обсуждаются более 150 лет, но, поскольку семейные случаи патологии единичны, генетике поначалу отводилось скромное место. Однако в последнее время выяснилось, что ее роль в широком понимании гораздо глубже. Свидетельство тому, во-первых, близнецовый метод исследования, позволивший установить, что в монозиготной близнецовой паре заболевание практически всегда развивается у обоих близнецов, хотя разница в манифестации может составить 5 лет и более, а вот у дизиготных такой четкой зависимости нет. Известно, что БП - патология поздняя и на субклиническом уровне развивается десятки лет, но "ловить" заболевание на этой стадии до недавних пор было невозможно. Ныне появился метод позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ), позволяющий оценить метаболизм мозга и доклиническое проявление БП. Если один из однояйцевых близнецов уже болен БП, то у второго, внешне здорового, обнаруживалось сходное снижение метаболизма мозга. Именно метод ПЭТ показал, что различие в конкордантности по БП среди монозигоных близнецов по сравнению с дизиготными очень велико - на порядок, что напрямую подтверждает роль генетики в этиологии заболевания. Когда же провели широкие семейные обследования сотен наших пациентов, оказалось, что в 10-20% семей есть еще страдающие БП, а риск возникновения патологии среди родственников больного составил 4-10%, что на порядок выше общепопуляционного. И наконец, в последние 20 лет были обнаружены редкие семьи, в которых БП наследовалась как четкий моногенный признак: либо по вертикали - от родителей к детям, либо среди братьев и сестер при здоровых родителях. В конце 90-х годов удалось обнаружить несколько локусов - участков хромосом, а также 4 гена, ответственных за наследственные формы паркинсонизма. Эти гены кодируют и изменяют метаболизм определенных белков, входящих в состав телец Леви - главного патоморфологического субстрата болезни. Основной из белков-виновников - (-синуклеин: он всегда обнаруживается в тельцах Леви у больных с наследственной или спорадической формой БП. Другой ген - убиквитин гидролаза. Он не имеет непосредственного отношения к синуклеину, но участвует в расщеплении его аномальной (деградирующей) формы, чем и уничтожает нейрон. Однако, если ген мутирует, в клетке начинают накапливаться нерастворимые агрегаты синуклеина, что приводит к БП. Третий обнаруженный ген - паркин, также принимающий участие в деградации аномальных белков, в том числе синуклеина. Как показали исследования, если паркинсонизм (семейный и спорадический) развивается в возрасте до 30 лет, в 20-40% случаев обнаруживается мутация гена паркина. У заболевших в 30-40 лет этот процент снижается до 2-3. Для старшего возраста данных пока нет. Итак, в общей группе больных была выделена существенная подгруппа, в которой паркинсонизм обусловлен мутацией определенного гена. Реальный удельный вес наследственных форм БП, а этот вопрос важен для практического здравоохранения, весьма высок в молодом возрасте - до 40%. В перспективе же нужно проводить тотальный скрининг и паркина, и других упомянутых генов для выявления мутаций и четкого понимания, в каких возрастных группах превалирует то или иное моногенное нарушение, являющееся по сути наследственным и приводящее к болезни Паркинсона. Это необходимо для профилактических мероприятий, будь то пренатальная ДНК-диагностика или обследование клинически здоровых братьев и сестер, иных родственников, которые могут заболеть при обнаружении аналогичной мутации. Такая работа уже проводится нами совместно с Институтом молекулярной генетики РАН и Национальным институтом здоровья и медицинских исследований в Париже. Аллель риска И все-таки БП в целом - заболевание мультифакториальное, поскольку у основной группы пациентов патология не связана с поражением конкретного гена и проявляется в позднем возрасте. Какие же изменения приводят к недугу? В последние годы появились возможности анализа мультифакториальных заболеваний на генетическом уровне. Как известно, каждый человеческий ген может иметь несколько вариантов (аллели), отличающихся друг от друга по одной нуклеотидной замене. Все они - норма, но изоформы белков, синтезируемые разными аллелями одного и того же гена, будут слегка отличаться друг от друга - активностью, другими свойствами, и в этом источник нашего разнообразия. Однако, если у человека есть определенная комбинация из 3-4 конкретных изоформ белков, имеющих отношение к метаболизму нейронов, причем эти изоформы функционируют не так эффективно, можно говорить о наличии генетического риска или предрасположенности к дегенеративному изменению нейронов. Когда стали изучать гены, которые могут иметь отношение к метаболизму нейрональных белков нейронов, выявили, что у больных паркинсонизмом те или иные аллели генов-кандидатов встречаются достоверно чаще, чем в контрольной группе. Это касается, например, некоторых белков, участвующих в детоксикации клетки при окислительном стрессе (он характерен для БП), или обезвреживании разных нейротоксинов, ксенобиотиков и т.д. Таким образом, даже определенная вариация нормальных генов и кодируемая ими совокупность белков могут создать для двигательных нейронов неблагоприятный метаболический фон, особенности которого в состоянии привести, примерно через 20 лет в силу истощения защитных сил организма, к развитию болезни Паркинсона. В настоящее время существует возможность анализа больших групп здоровых лиц на предмет носительства изоформ генов-кандидатов паркинсонизма и выявления аллелей риска. Это важно для принятия определенных профилактических мер, например стараться избегать той или иной пищи, препаратов, оставить работу на вредном производстве, не заниматься некоторыми видами спорта (скажем, боксом). Кстати, доказано, что у любителей кофе и курильщиков достоверно реже развиваются болезни Паркинсона и Альцгеймера. Конечно, курение мы не рекомендуем как профилактическое средство, хотя понимаем, что никотин каким-то образом снижает активность моноаминоксидазы (МАО) типа Б - фермента, расщепляющего дофамин. А вот кофе вместо чая - пожалуйста. У нас пока еще немного возможностей, способных предотвратить развитие БП, если есть фактор генетического риска, но все-таки мы должны предупредить человека, чтобы он смог перестроить свой стиль жизни. Е2-Е4 - ход к болезни Альцгеймера Что касается болезни Альцгеймера (БА), тут ситуация аналогична: примерно те же 10-15% патологии связаны с наследованием мутации определенного гена. Остальные случаи заболевания - спорадические, когда есть генетическая предрасположенность, обусловленная "неблагоприятной" комбинацией белковых изоформ, имеющих отношение к метаболизму (-амилоида. (-амилоид - нормальный белок клетки, но в условиях определенного предрасполагающего метаболического фона у человека повышается вероятность формирования в пожилом возрасте амилоидных бляшек, которые и ведут к развитию БА. Для БА в большей степени, чем для БП, известен нормальный ген, могущий быть фактором риска, - это аполипопротеин-Е. Ген существует в трех формах - Е2, Е3, Е4. Все они - норма, но у носителей Е4 патология развивается в 10 раз чаще, чем у остальных, причем носительство одной копии Е4 приближает возраст болезни на 10 лет, а двух - на 20 лет. Таким образом, уже сейчас возможно тестирование на генетическую предрасположенность к БА. Универсальный механизм Можно предположить, что с открытием каждого нового гена увеличится процент больных, у которых будут находить наследственные формы нейродегенеративных заболеваний. Замечу, что на моделях трансгенных животных, которым вводили интересующий мутантный ген, удалось воспроизвести все основные клинические и морфологические маркеры БП - двигательный дефицит, появление (-синуклеин-позитивных включений в гибнущих нейронах мозга, дефицит медиатора дофамина. Синуклеиновая модель паркинсонизма настолько универсальна, что удается воспроизвести эти признаки на мышах и даже дрозофилах. Так, у мутантной дрозофилы происходила дегенерация дофаминергических нейронов сетчатки: эти клетки гибли, и в них появлялись (-синуклеин-позитивные включения. Универсальный механизм! Но на каких этапах нарушается обмен синуклеина? Что за вещество является "ключиком", приводящим этот механизм в исполнение? Данный вопрос особенно актуален в связи с развитием спорадического паркинсонизма. Оказалось, что в деградации аномальных белков большое значение имеют так называемые молекулярные шапероны. Это короткие белки-посредники, которые скручивают белок синуклеина нужным образом, раскручивают, когда надо, избавляются от его аномальной формы, подготавливая к деградации. Развитие болезни могут вызывать не только мутации в этих генах - с возрастом активность белков-шаперонов снижается, что и становится критическим фактором для спорадического возникновения паркинсонизма у пожилых людей. Самым удивительным оказалось то, что механизм практически всех известных нейродегенеративных заболеваний - от болезней Паркинсона и Альцгеймера до хореи Гентингтона и прионных патологий человека и животных - является сходным: на определенном этапе в какой-то группе нейронов происходит нарушение метаболизма ключевого структурного белка. Это приводит к дефекту его трехмерной пространственной укладки (конформации), переводу в нерастворимую форму и патологическому накоплению. Иными словами, после выполнения функции белок перестает нормально деградировать и удаляться из клетки, а накапливается в виде островков или включений, что ведет к гибели нейрона. Более того, именно данный тип нарушения белкового гомеостаза играет, скорее, триггерную роль в реализации такого известного при нейродегенеративных заболеваниях феномена, как окислительный стресс. Когда выяснилась универсальность механизмов нейродегенерации, в 1997 г. появился термин "конформационные болезни мозга". Нарушение конформации - укладки белков нейронов - происходит на разных уровнях. Так, в небольшом числе случаев причина тому - изначальная мутация гена ключевого белка, и тогда болезнь передается из поколения в поколение. В некоторых случаях в возникновении недуга виновны другие гены-мутанты, которые имеют отношение к метаболизму белка. Но в большинстве случаев патологические изменения не связаны с наследованием мутации и накапливаются в течение жизни. Например, происходит сбой на уровне РНК, и белок не может нормально синтезироваться - при этом ДНК в порядке. Это уже генетика не наследуемых мутаций в зародышевых клетках, а самих зрелых клеток. Нейроны - клетки особые: они не делятся, а значит, на протяжении жизни накапливают повреждения, например митохондрий. Именно поэтому в пожилом возрасте нейроны становятся мишенями подобных процессов - такова плата за высокую специализацию. Видимо, это судьба любой неделящейся клетки - эритроцитов, скелетных мышц, мышц сердца. В поисках "золотого ключика" Поскольку найден универсальный механизм дегенерации, возникает самый интригующий вопрос: нельзя ли найти универсальные подходы к терапии этих заболеваний мозга, основанные на попытке вмешательства в общие звенья патогенетического "конформационного каскада"? И хотя данное направление исследований находится лишь в начале развития, кое-какой задел уже имеется. Так, известны соединения, способные предотвращать аномальную укладку ключевых белков. Напомню, что в норме эти белки имеют структуру в виде (-спиралей, а изменяясь, принимают форму так называемых (-слоев, которые склонны сшиваться друг с другом по типу "молний", за счет чего и накапливаются. Так вот, эти соединения, препятствующие переходу белка из (-спирали и называемые "взломщиками" (-слоев, в эксперименте на культуре клеток показали, что способны на 90% предотвращать дегенерацию нейронов, зараженных прионным белком, и накопление аномального (-амилоида. Однако как перенести эти соединения в клинику? Будучи короткими пептидами, они быстро разрушаются в крови, плохо проникают через гематоэнцефалический барьер. Выход нашли: благодаря определенной химической модификации пептиды стали более устойчивыми, и, скорее всего, клиническая апробация некоторых соединений уже не за горами. Второй возможный подход - использование соединений, расщепляющих образовавшиеся межмолекулярные "сшивки". Для этого предлагается повысить в клетках экспрессию синтезируемых белков-шаперонов. Если это удастся, есть надежда, что деградация аномальных субстратов в клетке улучшится. И наконец, метод нейропротекции, позволяющий нейронам лучше выживать в условиях стресса, - проблема всей современной неврологии. Это применение таких препаратов, как, скажем, блокаторы глутаматных рецепторов, которые уже сегодня активно исследуются в клинике. Следующий этап, потребующий времени, - разработка возможности регуляции экспрессии генов и вмешательства в белковый каскад клетки, предотвращающий образование аномального белка. Такие подходы к терапии нейродегенеративных заболеваний представляются чрезвычайно перспективными и в будущем ознаменуют новую эру в нейрофармакологии и клинической неврологии. Конечно, следует ожидать, что при постепенном переходе исследований с генетического на молекулярный уровень целый ряд представлений о механизмах развития заболеваний и возможностях патогенетической терапии будет претерпевать изменения, поскольку сама концепция конформационных болезней находится в стадии становления. |