6 курс / Медицинская реабилитация, ЛФК, Спортивная медицина / МЕХАНИЗМЫ_ВЛИЯНИЯ_ИНДУЦИРУЕМОЙ_АЦЕТИЛХОЛИНЭСТЕРАЗОЙ_ОЛИГОМЕРИЗАЦИИ

11

тенденции в химии, биологии, медицине «От Молекулы к лекарству» (Казань, 26-

28 ноября 2018).

Реализация результатов исследования

По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 публикации в рецензируемых журналах (из списка Scopus и Web of

Scince).

Структура и объем диссертационной работы

Объем диссертации составляет 116 страниц машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов исследования и их обсуждения, выводов и списка литературы. Список цитируемой литературы включает 216 источников, из них 3 –

отечественных и 213 – иностранных авторов. Диссертация иллюстрирована 18

рисунками и 3 таблицами.

t.me/medicina_free

12

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Общее описание болезни Альцгеймера

Болезнь Альцгеймера – наиболее распространенное первичное нейродегенеративное заболевание, являющееся основной причиной деменции у пожилых людей и характеризующееся прогрессирующим снижением когнитивных функций, вплоть до тотального распада интеллекта и психической деятельности в целом. Средняя продолжительность болезни составляет 8,5 лет между началом клинических симптомов и летальным исходом (Esiri et al., 1996).

Болезнь Альцгеймера была впервые описана в 1906 году на 37-м съезде психиатров в Тюбингене (Германия) Алоисом Альцгеймером, где он сообщил о своем клиническом исследовании пациентки с «особенным» типом деменции.

После смерти пациентки он показал, что когнитивные и поведенческие нарушения коррелировали с найденными гистопатологическими «милиарными очагами» и нейрофибриальными изменениями в коре головного мозга (Alzheimer,

1907).

При БА наиболее подвержены патологическим изменениям области головного мозга, связанные с высшими психическими функциями, особенно неокортекс и гиппокамп. Патология включает в себя внеклеточные отложения β-

амилоида (формирующегося из белка предшественника амилоида (БПА)) в виде сенильных бляшек, внутриклеточные образования нейрофибриллярных клубков

(содержащих аномально фосфорилированную форму белка тау), потерю синапсов и гибель нейронов. Эти изменения приводят к развитию типичной симптоматики болезни Альцгеймера, характеризующейся прогрессивными нарушениями когнитивных функций, которые часто сопровождаются нарушениями поведения,

такими как агрессия, депрессия и бессвязная речь (Esiri et al., 1996).

t.me/medicina_free

13

1.1.1 Клиническая картина болезни Альцгеймера

Болезнь Альцгеймера, являясь клиническим синдромом с прогрессивным снижением когнитивных функций, в общем, проявляется в нарушении мышления,

сложностях принятия решений и проблемах с зрительно-пространственной ориентацией. Больные так же неспособны запомнить новую и воспроизвести ранее усвоенную информацию (Gilman et al., 2010).

Для начальной стадии заболевания характерны такие клинические проявления, как раздражительность, рассеянность и небольшая амнезия. Больные начинают терять способность ориентироваться на местности. Далее, с

увеличением количества очаговых нарушений в головном мозге, появляются афазические, апраксические и зрительные агнозические расстройства, что в конечном итоге приводит к полной потери дееспособности.

Диагноз БА ставится пациентам, когда проявляются два и более из следующих нейропсихологических симптомов:

1.Нарушение способности воспроизводить, или запоминать новую информацию:

повторение в ходе разговора вопросов или слов, забывание недавних событий,

неспособность ориентироваться на знакомом маршруте;

2.Нарушения исполнительных функций: неспособность оценивать риски,

неспособность принимать решения и планировать сложные, или последовательные действия;

3.Нарушение зрительно-пространственной ориентации: неспособность распознавать лица и предметы, неспособность самостоятельно одеваться и пользоваться предметами обихода;

4.Постепенная потеря способности читать, писать, разговаривать: проявление парафазии, аграфии, акалькулии;

5.Изменения личности и поведения: колебания настроения, снижение мотивации, апатия, компульсивное поведение (McKhann et al., 2011).

t.me/medicina_free

14

1.1.2 Распространенность болезни Альцгеймера

Болезнь Альцгеймера является наиболее часто встречающейся причиной деменции: ее вклад в общий процент больных составляет 60-70% (Barker et. al.,

2002). Это многофакторное заболевание – с ее развитием и прогрессированием связаны несколько факторов риска, при этом возраст является самым главным

(Ott et. al., 1995; Querfurth and LaFerla, 2010). Болезнь поражает в основном людей пожилого и старческого возраста. Только в США 5 миллионов человек (1 из 9)

старше 65 лет живут с болезнью Альцгеймера, при этом количество заболевших удваивается каждые 5 лет (Brookmeyer et. al., 1998; Nussbaum et. al., 2003).

Исследование распространенности болезни так же показало, что количество пациентов с БА увеличивается с 0,6% в группе людей в возрасте 65-69 лет до

22,2% в группе людей старше 90 лет (Berr et. al., 2005).

Поскольку мировая популяция людей постепенно стареет, то ожидается, что число людей с деменцией постепенно вырастет с 35 миллионов до 65 миллионов к

2030 году. (Reitz et. al., 2011).

В России общее количество зарегистрированных случаев БА составляет 1,4

миллиона, и, по прогнозам, доля пациентов с БА составит 1% от всего населения страны к 2020 году (Кадыков А.С. и Кадыков А.В., 2009).

1.1.3 Патофизиологические изменения

Post mortem, болезнь Альцгеймера характеризуется потерей нейронов,

формированием нейрофибриллярных клубков и β-амилоидных бляшек в областях неокортекса и гиппокампа. Нейродегенеративные процессы затрагивают и подкорковые (базальные) ядра, которые проецируются в кору головного мозга

(Mann, 1996; DeKosky et. al., 1996).

Β-амилоидные бляшки представляют собой агрегаты из нерастворимых форм олигомеризованных β-амилоидных пептидов, образующихся при протеолитическом расщеплении БПА. Амилоидные бляшки окружены

t.me/medicina_free

15

активированной микроглией и реактивными астроцитами. Основными амилоидными пептидами, которые составляют бляшки, являются β-амилоид

(Aβ1-42) и β-амилоид1-40 (Aβ1-40). При этом известно, что сначала откладывается преобладающая в бляшках форма Aβ1-42, а форма Aβ1-40 осаждается позже, в

процессе болезни. Другие белки, такие как аполипопротеин E, α1-

антихимотрипсин, лизосомальные протеазы и антиоксидантные ферменты, также присутствуют в бляшках, хотя и в значимо меньших количествах. Бляшки наиболее заметны в областях, пораженных нейродегенерацией, таких как энторинальная кора и гиппокамп (Wisniewski et. al., 1997; Dickson et. al., 1997; Clippingdale et. al., 2001). При этом количество бляшек само по себе не коррелирует с тяжестью деменции, однако наблюдается связь между повышенными уровнями β-амилоидного пептида в головном мозге и когнитивными нарушениями (Naslund et. al., 2000).

Нейрофибриллярные клубки состоят из спаренных спиральных волокон и случайных одиночных прямых нитей, в основном содержащих аномальную гиперфосфорилированную форму белка тау. В норме белок тау представляет собой растворимый белок, находящийся в аксонах, и способствует формированию и поддержанию стабильности микротрубочек. Гиперфосфорилированный тау белок не растворяется, не имеет аффинности к микротрубочкам и самоассоциируется в парные спиральные нити. Формирование спаренных спиральных волокон тау снижает способность белка стабилизировать микротрубочки, что приводит к нарушению нейронного транспорта, приводя к гибели нейронов. Кроме того, количество нейрофибриллярных переплетений коррелирует с тяжестью деменции при БА. Нейрофибриллярные клубки в мозге пациентов с БА особенно распространены в энторинальной и ассоциативной коре,

гиппокампе и амигдале. (Billingsley et. al., 1997; Brion et. al., 2001; Iqbal et. al., 2005).

Вырождающиеся нейроны и синапсы в головном мозге пациентов с БА расположены преимущественно в регионах, которые проецируются в, или из областей с высокой плотностью β-амилоидных бляшек и нейрофибриллярных

t.me/medicina_free

16

клубков. Потеря нейронов наиболее выражена в гиппокампе, энторинальной коре,

миндалевидном теле и неокортексе. Поражаются холинергические нейроны базального переднего мозга, серотонинергические нейроны дорсального ядра шва и норадренергические нейроны голубого пятна. Показано, что в мозге пациентов с БА изменяется выделение нейротрансмиттеров, включая ацетилхолин, серотонин,

норадреналин и соматостатин (DeKosky et. al., 1996).

Поскольку даже на самых ранних стадиях болезни наблюдаются обширные поражения головного мозга, предполагается, что патологические изменения в организме начинаются за 10-20 лет до появления клинических симптомов (Morris et. al., 2001; Price et. al., 2001).

Четкое определение патофизиологических признаков свойственных БА затруднено, поскольку некоторые из них проявляются так же и при нормальном старении организма человека. Определяющими факторами, отличающими БА,

принято считать большее число и обширность таких признаков.

1.1.4 Генетические изменения

Болезнь Альцгеймера имеет две формы: генетическую (семейную) и

спорадическую. Подавляющее большинство людей с БА (95% заболевших),

находящихся в возрастной категории старше 65 лет, страдают так называемой

«спорадической формой болезни», или болезнью Альцгеймера с поздним началом

(Holtzman et. al., 2011). Случаи, связанные с генетической формой болезни Альцгеймера, отвечающие за оставшиеся 5% случаев заболевания,

демонстрируют аутосомно-доминантный характер наследования и представляют семейную форму болезни. Семейная форма, возникающая в одном из трех генов:

гене белка предшественника амилоида, гене белка пресенелин 1, или гене белка пресенелин 2 и, как правило, проявляется в более молодой возрастной группе, чем спорадические формы болезни (до 65 лет) (Sampson et. al., 2004; Van der Flier et. al., 2005). Большая часть заболеваний (75%), связанных с семейной формой,

происходит в результате мутации в гене PSEN1 белка пресенелин 1,

t.me/medicina_free

17

расположенном на 14-ой хромосоме (Janssen et. al., 2003). Реже патогенетические мутации происходят в гене БПА, расположенном на 21-ой хромосоме (мутация приводит к избыточному синтезу БПА) (Hardy et. al., 1991) и в гене PSEN2 белка пресенелин 2, расположенном на 1-ой хромосоме (Mann et. al., 1997). При этом мутации в генах пресенелина 1 и 2 увеличивают выделение растворимого β-

амилоида при помощи активации γ-секретаз.

Еще одним фактором риска развития генетической формы заболевания является носительство аллели ε4 гена аполипопротеина E, расположенного на 19-

ой хромосоме. Мутация вызывает увеличение скорости агрегации патологического ß-амилоида. Интересно, что наличие единственной копии аллели этого гена может увеличить вероятность развития БА в 2-5 раз, а наличие двух копий аллелей ε4 повышает эту вероятность уже более чем в 5 раз. (Pericak-Vance et. al., 1991; Roses et. al., 1997; Reiman et. al., 2005).

1.2 Гипотезы развития болезни Альцгеймера

На сегодняшний день имеются несколько теорий возникновения болезни:

холинергическая гипотеза, амилоидная гипотеза и так называемая «тау-гипотеза»,

но ни одна из них на данный момент не может полностью объяснить все аспекты заболевания.

1.2.1 Холинергическая гипотеза

Систематическое биохимическое исследование головного мозга пациентов с болезнью Альцгеймера началось в конце 1960-х - начале 1970-х годов. Была надежда, что будут идентифицированы конкретные нейрохимические аномалии и данная информация ляжет в основу для разработки рациональных терапевтических средств. Такая перспектива появилась в середине 1970-х годов в связи с сообщением о значительном дефиците в неокортексе фермента,

t.me/medicina_free

18

отвечающего за синтез АХ – холинацетилтрансферазы (ХАТ) (Bowen et al., 1976; Perry et al., 1977). Последующее обнаружение у больных с БА снижения скорости захвата холина (Rylett et al.,1983) и секреции АХ позволили говорить о существовании холинергического дефицита (Nilsson et al., 1986).

Эти исследования привели к появлению «холинергической гипотезы болезни Альцгеймера»: было выдвинуто предположение, что дегенерация холинергических нейронов в переднем мозге, и связанные с этим нарушения холинергической нейротрансмиссии в коре головного мозга и других областях, в

значительной степени способствуют наблюдаемому у пациентов с БА ухудшению когнитивной функции (Bartus et al., 1982). Было показано, что нарушения функционирования холинергических нейронов в базальном переднем мозге связанны со структурными поражениями в этих же областях (Francis et al., 1999; Kar et al., 2004), а последствия этих поражений выражаются в понижении уровня секреции АХ, ухудшении холинергической передачи и, как следствие, в

ухудшении памяти. В настоящее время все общепринятые способы лечения и препараты, используемые в клинике, согласуются с холинергической гипотезой БА (Trinh et al., 2003).

Биохимические исследования биопсии ткани, взятой у пациентов с болезнью Альцгеймера в среднем после 3,5 лет после появления симптомов,

указывают на то, что связанные с холинергической передачей патологии,

возникают на ранних стадиях заболевания. В частности, уровень пресинаптических маркеров холинергической системы оказывается равномерно сниженным (Francis et. al., 1993). Неокортикальная холинергическая иннервация,

вероятно, так же утрачивается на ранней стадии заболевания, что подтверждается доказательствами аналогичных изменений у пациентов, которые проявили клинические симптомы менее чем за год до начала исследований (Bowen et al., 1982).

Показано, что у пациентов с БА изменены плотности как мускариновых, так и никотиновых ацетилхолиновых рецепторов (АХР) (Nordberg et al., 1992). Так,

показано снижение числа мускариновых АХР подтипа М2, большинство из

t.me/medicina_free

19

которых, как полагают, расположены на пресинаптических окончаниях холинергических нейронов. Однако, остается без изменений плотность постсинаптических мускариновых рецепторов подтипов М1 и М3. Также было показано, что фармакологическая стимуляция М1 рецепторов активирует протеинкиназу C, увеличивая расщепление БПА по неамилоидогенному пути

(Nitsch et al., 1996). Кроме того, активация мускариновых рецепторов М1 подтипа,

или нейрональных никотиновых АХР способна снижать фосфорилирование белка тау (Caccamo et al., 2006; Bitner et al., 2009).

Холинергическая регуляция образования БПА была впервые продемонстрирована на линии клеток почки человеческих эмбрионов,

трансдуцированных мускариновыми M1, M2, M3 и M4 рецепторами. Карбахолин,

неселективный агонист мускариновых АХР, значительно увеличивал высвобождение растворимого β-амилоида, в клетках, экспрессирующих M1 и M3,

в отличие от клеток, экспрессирующих M2 и M4 подтипы рецепторов. Процесс высвобождения β-амилоида был чувствителен к атропину (антагонисту мускариновых АХР) и блокировался стауроспорином (ингибитором протеинкиназы С) (Nitsch et al., 1992). Короме того агонисты мускариновых М1 и

М3 рецепторов так же стимулировали высвобождение β-амилоида на срезах коры головного мозга крыс (Pittel et al., 1996).

Что касается никотиновых АХР, то их снижение выявлено на начальных стадиях заболевания (Francis et al., 1999). Вероятно, важное значение для когнитивного процессинга имеют пресинаптические α7 никотиновые АХР: их уровень увеличивается на ранней стадии болезни Альцгеймера и сокращается на продвинутых стадиях (Ikonomovic et al., 2009). Экспериментальные данные показывают, что β-амилоид связывается с α7 никотиновыми рецепторами,

нарушая процесс долговременной потенциации (Wang et al., 2000). Так, обработка клеток линии РС12 никотином увеличивает высвобождение растворимого β-

амилоида в зависимости от концентрации (>50 мкмоль/л) и времени (>2ч), не влияя на экспрессию мРНК БПА, или выделение β-амилоида (Kim et al., 1997).

t.me/medicina_free

20

АХЭ также вовлечена в патогенез БА, оказывая влияние на отложение патологического β-амилоида. Так, введение АХЭ в гиппокамп крыс вело к значимым нарушениям их когнитивных функций (Chacon et al., 2003). Также было показано, что АХЭ действует как молекулярный патологический шаперон,

ускоряя формирование амилоидных бляшек, повышая нейротоксичность амилоидных фибрилл. Было обнаружено, что связывание АХЭ с β-амилоидом происходит в районе её так называемого «периферического анионного сайта»,

расположенного у входа в канал, ведущий к активному центру АХЭ (Inestrosa et al., 1996; Alvarez et al., 1998).

АХЭ является мишенью препаратов для симптоматической терапии БА.

Ингибирование АХЭ снижает скорость гидролиза эндогенного АХ, в результате чего активируется большее количество постсинаптических мускариновых и никотиновых рецепторов (Kar et al., 2004; Zheng et al., 2002).

Необходимо отметить, что БА сопровождается не только нарушениями холинергической передачи, но также и нарушениями в серотонинергической,

глутаматергической, дофаминергической и норадренергической системах (Francis et al., 1993; Bell et al., 2006; Xu et al., 2012). Так, изменения серотонинергической нейротрансмиссии могут быть связаны с поведенческими нарушениями болезни Альцгеймера, такими как депрессия (Palmer et al., 1988; Chen et al., 1996).

1.2.2 β-амилоидная гипотеза

Фрагменты β-амилоидного пептида в норме являются естественным продуктом метаболизма, состоят из 36-43 аминокислот и обнаруживается в тканях здоровых людей и различных биологических жидкостях (Roher et al., 2009). В

физиологических концентрациях β-амилоид ослабляет возбуждающую нейротрансмиссию и предотвращает гиперактивность нейронов (Kamenetz et al., 2003).

t.me/medicina_free