ПЕРСПЕКТИВЫ ПАТОГЕНЕТИЧЕСКОЙ ТЕРАПИИ БОКОВОГО АМИОТРОФИЧЕСКОГО СКЛЕРОЗА

АННОТАЦИЯ

Боковой амиотрофический склероз является одним из самых неизученных нейродегенеративных заболеваний. Принимая во внимание тот факт, что заболевание неуклонно прогрессирует, неизбежно ведет к смертельному исходу и не поддается стандартным методам терапии, детальное изучение патогенеза в будущем может помочь разработать эффективные подходы к его лечению, которые будут воздействовать на звенья патогенеза бокового амиотрофического склероза, а в идеале – на его причину, то есть мутации в различных генах.

Ключевые слова: боковой амиотрофический склероз, супероксиддисмутаза-1, нейродегенеративные заболевания, генная терапия.

Боковой амиотрофический склероз (БАС) – это нейродегенеративное заболевание, характеризующееся прогрессирующим параличом мышц, вызванной дегенерацией мотонейронов моторной коры.

Данные статистики свидетельствуют о том, что ежегодно в Европе регистрируется 2-6 новых случаев БАС на 100 тысяч населения. В США ежегодно этот диагноз выставляют примерно 5000 человек. Чаще всего БАС поражает людей от 40 до 60 лет, но возможен дебют в более молодом возрасте. Соотношение мужчин и женщин при этом составляет 1.2-1.4:1. 3-летняя выживаемость пациентов в США составляет 50%, 5-летняя – 10% [10].

Единого представления о механизмах развития этого заболевания на сегодняшний день не существует. БАС может иметь как генетическую природу (5-10% от всех случаев), так и быть спорадическим. Семейные формы БАС в 20% случаев связаны с мутацией в гене SOD1 (медь-цинк-зависимой супероксиддисмутазы-1) [1]. Существуют также другие варианты мутаций. На второе место можно поставить ген TARDBP, который кодирует белок TDP-43, вовлекается в 0.7-8% семейного БАС; на третье – в европейской популяции мутация в гене C9orf72. Выявление причинной мутации может иметь значения для медико-генетического консультирования при семейной форме БАС.

В остальных случаях роль в патогенезе отводится эксайтотоксичности, оксидантному стрессу, митохондриальной дисфункции, нарушениям аксонального транспорта, агрегации нейрофиламентов, нейровоспалительным процессам. Рассмотрим данные механизмы подробнее.

Эксайтотоксичность связана с чрезмерным возбуждающим действием глутамата на нейроны. В синаптической щели глутамат связывается с нейрональными глутаматными рецепторами – AMPA и NMDA, что приводит к деполяризации мембран дендритов и активации потенциал-зависимых кальциевых каналов. Избыточное поступление кальция в клетку становится причиной митохондриальных повреждений. Содержание самого глутамата в синаптической щели строго регулируется белками-переносчиками EAATs. У пациентов с БАС наблюдается мутация в мРНК этих белков, что ведет к нарушению их функций и увеличению уровня глутамата. Согласно исследованию [2] у SOD1-мутантных мышей с повышенным уровнем экспрессии EAATs наблюдалась задержка дегенерации мотонейронов и прогрессирование заболевания.

В процессе перекисного окисления липидов большое значение отводится SOD1. Мутации в ее гене приводят к изменению активности фермента. При понижении его активности происходит накопление активных форм кислорода в мотонейронах, которые оказывают на них цитотоксическое действие. В случае избыточной активации фермента он сам становится источником окислительного стресса, образуя токсичный супероксид и запуская цепочку реакций перекисного окисления липидов. Повышенные уровни свободных радикалов были обнаружены в спинномозговой жидкости, образцах сыворотки и мочи пациентов с БАС [3].

Повреждение митохондрий – общая черта нейродегенеративных заболеваний. В патогенезе БАС они представляют собой одну из первых мишеней, так как мутантная SOD1 в их межмембранном пространстве запускает ПОЛ, снижает активность комплексов I и IV дыхательной цепи. Помимо энергетической функции митохондрий нарушается функция регуляции содержания цитоплазматического кальция: уровень кальций-связывающих белков в цитоплазме становится низким, глутамат-ассоциированный транспорт кальция через потенциал-зависимые каналы увеличивается – так усугубляется эксайтотоксичность глутамата. Поскольку большинство белков, необходимых для функционирования митохондрий, синтезируются в цитоплазме и импортируются в митохондрии, мутантный SOD1, связанный с митохондриальной поверхностью, может препятствовать импорту белка [4].

Дефекты аксонального транспорта возникают в результате нарушенных процессов фосфорилирования белков цитоскелета, пусковым моментом для которых, в свою очередь, являются оксидантный стресс и избыток свободных радикалов [1]. Помимо этого, при БАС наблюдается нестабильность микротрубочек, которые необходимы для быстрого аксонального транспорта. Таким образом, замедление процессов аксонального транспорта у этих пациентов является одним из ключевых моментов дисфункции мотонейронов.

Агрегация нейрофиламентов и их накопление в аксонах нервных клеток приводят к нейронопатии. Мутации в генах нейрофиламентов приводят к аномальному фосфорилированию, в результате которого нарушается их аксональный транспорт и происходит их накопление. Это накопление, в свою очередь, может лежать в основе дефекта аксонального транспорта других важных клеточных компонентов, таким образом формируя патологический круг.

Нейровоспалительные процессы при БАС проявляются активацией микроглии, астроцитов и инфильтрацией иммунными клетками в местах повреждения нейронов. Немутантные мотонейроны, окруженные глиальными клетками, несущими мутантный ген SOD1, развивают патологический фенотип; в то время как мутировавшие мотонейроны, окруженные интактной глией, обнаруживают здоровый фенотип [5]. В ЦНС микроглиальные клетки являются резидентными макрофагами и представляют собой первую линию защиту от инфекций или травм, контролируя внеклеточную среду и взаимодействуя с нейронами астроцитов. Эти клетки обладают иммунологическими свойствами как с нейропротекторным, так и с нейротоксическим потенциалом. Белковые агрегаты, представляющие собой мутировавшую SOD1, стимулируют активацию микроглиальных клеток, а те переключаются на провоспалительный ответ.

Клинически БАС представляет собой синдром комбинированного (спастико-атрофического) пареза – совокупность признаков поражения центрального и периферического нейрона, которые в разных комбинациях проявляются на одном участке тела. В зависимости от дебюта выделяют следующие формы БАС:

• стволовая (бульбарная)
• шейно-грудная
• пояснично-крестцовая
• первично-генерализованная

Бульбарная форма БАС считается наиболее агрессивной, чаще встречается у женщин. Для нее характерно сравнительно более частое развитие когнитивных нарушений, чем у других формы. Дебютируют в более позднем возрасте, чем спинальные формы. Медиана выживаемости при стволовой форме составляет около 2 лет, что связано с развитием ранней дисфагии и нутритивной недостаточности [11].

Спинальные формы относят к более доброкачественным. Шейно-грудная – чаще поражает мужчин. Медиана выживаемости при ней – 1,4 года. Пояснично-крестцовая форма также чаще развивается у мужчин, при этом ее прогрессирование строго соответствует нейроанатомии: после поражения крестцово-копчикового отдела следует поражение шейно-грудного – и как следствие, мышц верхних конечностей.

Современные исследования патогенеза БАС открывают новые возможности для выбора терапевтического подхода. Наряду с существующими методами лечения нейродегенеративных заболеваний появляются новые мишени для патогенетической терапии БАС. Такой подход в дальнейшем может улучшить качество жизни пациентов и увеличить ее продолжительность.

На данном этапе изучения БАС основным фармакологическим препаратом для лечения считается рилузол. Рилузол относится к группе ингибиторов высвобождения глутамата из пресинаптических окончаний. Его механизм реализуется за счет блокады потенциал-зависимых натриевых каналов и неконкурентной блокады рецепторов, селективно связывающих N-метил-D-аспартат (NMDA). В результате происходит снижение возбуждающего влияния глутамата на мотонейроны спинного мозга, уменьшение рефлекторного возбуждения двигательных нейронов в рефлекторной дуге. По данным клинических исследований рилузол при приеме более 18 месяцев достоверно тормозит прогрессирование БАС с бульбарным синдромом на 2-3 месяца [6].

Так как в патогенезе БАС большую роль играют процессы нейровоспаления, считается целесообразным использовать противовоспалительную терапию. Она может назначаться самостоятельно либо в добавлении к терапии рилузолом. Препарат маситиниб, рекомендованный в данной комбинации, на данный момент находится в фазе клинических испытаний. Маситиниб относится к селективным ингибиторам тирозинкиназ III класса и подавляет процессы пролиферации микроглии, предотвращая ее разрушающее действие на нейроны [7].

Для купирования оксидантного стресса и нормализации процессов перекисного окисления липидов в нейронах изучается возможность применения у больных БАС антиоксидантов, нейропротекторов, стимулирующих факторов роста (инсулиноподобный фактор роста, факторы роста, полученные из пула глиальных клеток). Для снижения уровня внутриклеточного кальция рассматривается использование блокаторов кальциевых каналов (нейролептик пимозид, применяющийся для лечения шизофрении).

Эти фармакологические стратегии направлены против одного или нескольких патологических механизмов БАС, в чем и заключается их недостаток. Они оказывают минимальное влияние на развитие БАС и не способствуют значительному увеличению выживаемости. В настоящее время наибольший интерес представляют такие методы лечения БАС, как генная терапия и трансплантация стволовых клеток.

Вопрос генной терапии БАС пока остается спорным. С одной стороны, при семейных формах БАС такая терапия будет иметь колоссальный эффект и являться скорее профилактикой развития заболевания, нежели его лечением. С другой стороны, процент семейных форм БАС колеблется от 10 до 15% среди всех больных, что составляет малую долю случаев БАС. В основном возникновение болезни носит спорадический характер, и рутинное применение генной терапии для всей популяции представляется невозможным. Сейчас предлагаются разные варианты подходов к такой терапии: антисмысловые олигонуклеотиды, РНК-интерференция, экспрессионные векторы [8].

Антисмысловые олигонуклеотиды – это РНК, которые комплементарно взаимодействуют с мРНК-мишенью. Механизм заключается в блокировании трансляции белка, кодируемого этой мРНК. При БАС в качестве мишени выступает мРНК SOD1. Результатом такого взаимодействия является снижение уровня белка SOD1 в тканях мозга.

РНК-интерференция – процесс блокады синтеза белка. Он осуществляется за счет короткой интерферирующей РНК в составе комплекса RISC (RNA induced silencing complex), которая комплементарно связывается с мРНК-мишенью, тем самым останавливая процессы транскрипции. Для доставки siRNA в клетку возможно использование инъекций вирусного вектора, так как siRNA может ретроградно перемещаться по аксонам мотонейронов и выборочно блокировать экспрессию белка-мишени.

Экспрессионные векторы служат для доставки генетического материала к клеткам-мишеням. В качестве векторов возможно применение вирусов. Например, ретровирусы используются для доставки факторов роста и нейротрофических факторов при нейродегенеративных заболеваниях.

Большой интерес представляет трансплантация стволовых клеток как возможный источник замены и регенерации поврежденных нейронов. В идеале трансплантируемые стволовые клетки должны выполнять ряд функций: поддерживать выживание нейронов в ткани реципиента, предотвращать их дегенерацию, способствовать росту нервных волокон, стимулировать формирование новых межнейронных связей взамен утраченным. Основное влияние стволовых клеток при этом должно быть направлено на перикарионы, а не на дендриты и аксоны. Для трансплантации используются эмбриональные стволовые клетки, стволовые мезенхимные клетки костного мозга, стволовые клетки пуповинной крови. Несмотря на то что терапия стволовыми клетками представляет собой многообещающий подход к лечению БАС, на сегодняшний день не было получено значительного влияния на прогрессирование заболевания по сравнению с контрольной группой, получавшей плацебо [9].

Список литературы:

1. Скворцова В. И. и др. Новые аспекты патогенеза бокового амиотрофического склероза //Журнал неврологии и психиатрии им. СС Корсакова. – 2011. – Т. 111. – №. 2. – С. 4-9.
2. Guo H. et al. Increased expression of the glial glutamate transporter EAAT2 modulates excitotoxicity and delays the onset but not the outcome of ALS in mice //Human molecular genetics. – 2003. – Т. 12. – №. 19. – С. 2519-2532.
3. Zarei S. et al. A comprehensive review of amyotrophic lateral sclerosis //Surgical neurology international. – 2015. – Т. 6.
4. Liu J. et al. Toxicity of familial ALS-linked SOD1 mutants from selective recruitment to spinal mitochondria //Neuron. – 2004. – Т. 43. – №. 1. – С. 5-17.
5. Clement A. M. et al. Wild-type nonneuronal cells extend survival of SOD1 mutant motor neurons in ALS mice //science. – 2003. – Т. 302. – №. 5642. – С. 113-117.
6. Group II R. S. et al. Dose-ranging study of riluzole in amyotrophic lateral sclerosis //The Lancet. – 1996. – Т. 347. – №. 9013. – С. 1425-1431.
7. Алексеева Т. М., Стучевская Т. Р., Демешонок В. С. Боковой амиотрофический склероз: механизмы патогенеза и новые подходы к фармакотерапии (обзор литературы) //Нервно-мышечные болезни. – 2018. – Т. 8. – №. 4.
8. Исламов Р. Р., Ризванов А. А., Киясов А. П. Боковой амиотрофический склероз: стратегия генно-клеточной терапии //Неврологический вестник. – 2008. – Т. 40. – №. 4. – С. 91-100.
9. Bonafede R., Mariotti R. ALS pathogenesis and therapeutic approaches: the role of mesenchymal stem cells and extracellular vesicles //Frontiers in cellular neuroscience. – 2017. – Т. 11. – С. 80.
10. Латышева В. Я., Табанькова Ю. В. К патогенезу и диагностике болезни двигательного нейрона (лекция) //Проблемы здоровья и экологии. – 2014. – №. 1 (39).
11. Бакулин И. С. и др. Боковой амиотрофический склероз: клиническая гетерогенность и подходы к классификации //Нервно-мышечные болезни. – 2017. – Т. 7. – №. 3.