БОЛЕЗНЬ АЛЬЦГЕЙМЕРА: МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ И ПОДХОДЫ К ЛЕЧЕНИЮ

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 Са²⁺, 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 Са²⁺: оно вызывает эксайтотоксичные каскады и образование токсичных белков. Нарушение обусловлено снижением экспрессии Са²⁺-связывающего белка кальбиндина-D28K и, как следствие, уменьшением Са²⁺-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 Al³⁺, прошедшего через повреждённый ГЭБ, ускоряется Fe²⁺-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.

5. Противовоспалительным эффект.

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

6. 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.

7. Антиапоптотический эффект имеют α-токоферол, N-ацетилцистеин, ингибиторы каспаз, цитохрома с, стресс-активированных SAPK (JNK, p38 MAPK).
8. 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.

9. 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.