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

31

Примерно у 6% участников клинического испытания, получавших активную иммунизацию против Aβ (препарат AN-1792), развился менингоэнцефалит [Gilman et al., 2005]. Было сообщено об увеличении частоты инфекции верхних дыхательных путей в клинических испытаниях ингибиторов β- или γ-секретазы

[Brothers et al., 2018; Doody et al., 2013] и связывающего β-амилоид соединения

ELND005 [Salloway et al., 2011].

Вместе эти данные свидетельствуют о том, что Aβ вырабатывается в ответ на различные типы инфекций и ограничивает их распространение [Brothers et al., 2018].

Бета-амилоид регулирует плотность капилляров. In vitro Aβ ингибирует образование капилляров дозозависимым образом, а в высоких концентрациях стимулирует их дегенерацию. Однако в низких концентрациях Aβ способствует пролиферации эндотелиальных клеток, индуцирует образование капиллярно-

подобных структур и увеличивает плотность сосудов в культурах срезов головного мозга. Исследования на мышах с БА обнаружили доказательства двухэтапной реакции на повышение уровня Aβ: у молодых животных наблюдается повышенная плотность сосудов по сравнению с однопометниками дикого типа, с изменением тенденции у старых мышей. Исследования головного мозга пост-мортум обнаружили доказательства повышенного ангиогенеза у людей с БА, при этом одно исследование показало, что плотность сосудов в гиппокампе положительно коррелировала с нагрузкой Aβ. Напротив, в других исследованиях сообщалось о снижении васкуляризации мозга при БА. В то время как низкие уровни Aβ кажутся важными для поддержания физиологической васкуляризации, было показано, что повышение уровней Aβ на ранних стадиях БА способствует патологическому ангиогенезу, что приводит к чрезмерной васкуляризации и нарушению нормального кровотока. Метаанализ клинических испытаний сообщает, что люди с БА, получающие иммунизацию против Aβ1-42, демонстрируют значительное снижение плотности сосудов [Kent et al., 2020].

Aβ “запечатывает” утечки через гематоэнцефалический барьер, поддерживая его целостность. Бета-амилоидные бляшки, выделенные из тканей мозга пациентов

t.me/medicina_free

32

с БА содержат множество различных белков и пептидов крови, включая сывороточный альбумин, фибриноген, тромбин, IgG, фактор фон Виллебранда,

коллаген IV и гемин, гемоглобин, являющиеся чужеродными для мозга [Chuang et al., 2012; Cullen et al., 2006]. Считается, что в случаях, когда из-за негерметичности ГЭБ провоспалительные и нейроактивные соединения проникают в мозг,

растворимый Aβ связывает эти соединения с образованием нерастворимой массы,

предотвращая их распространение. Некоторые исследователи предполагают, что

Aβ может служить сосудистой “коркой”, закрывающей нарушения ГЭБ [Brothers, et al., 2018]. Aβ может замедлять кровотечение, формируя нитчатые агрегаты,

сближающие стенки эндотелиальных клеток капилляров [Atwood et al., 2003].

Известно, что у человека с возрастом ГЭБ становится более проницаемым в гиппокампе, и что проницаемость более выражена у лиц с легкими когнитивными нарушениями, чем у лиц из контрольной группы того же возраста или лиц с рассеянным склерозом [Montagne et al., 2015]. Кроме того, у пациентов с БА в семь раз чаще, чем в контрольной группе того же возраста, встречается поверхностный сидероз коры головного мозга, указывающий на наличие в анамнезе микрокровоизлияний [Wollenweber et al., 2014]. Считается, что увеличенная проницаемость ГЭБ может утяжелять амилоидную патологию, и, напротив,

удаление амилоида – приводить к увеличению проницаемости ГЭБ и микрокровоизлияниям. Последнее подтверждается результатами клинических испытаний, направленных на очистку мозга от бета-амилоида. Наиболее частыми побочными эффектами в этих исследованиях были отек мозга и/или микрокровоизлияния, иногда сопровождающиеся усилением спутанности сознания и дезориентации. Аналогичные побочные эффекты иммунизации против Аβ обнаруживались у старых мышиных лемуров и мышей с моделью БА (PDAPP)

[Brothers et al., 2018]. С другой стороны, экспериментальные данные показывают,

что разрушение ГЭБ приводит к увеличению отложения Aβ. У мышей, которые сверхэкспрессируют эндотелин-1 (что способствует ослаблению ГЭБ) наблюдается повышенная астроцитарная секреция Aβ после ишемического инсульта [Hung et al., 2015]. У мышей, которые хронически подвергались повышенному кровяному

t.me/medicina_free

33

давлению, появляются отложения Aβ вокруг кровеносных сосудов головного мозга и проявляются нарушения обучения [Carnevale et al., 2016]. У людей сосудистая гипертензия коррелирует с тяжестью амилоидной патологии [Ashby et al., 2016].

Aβ регулирует синаптическую активность и необходим для синаптической пластичности и памяти. Истощение эндогенного Aβ у грызунов значительно снижает долговременную потенциацию, кратковременную и долговременную память. Эти нарушения корректируются добавлением человеческого Aβ42 [GarciaOsta et al., 2009; Morley et al., 2014]. Продолжительность воздействия и концентрация Aβ определяют его влияние на пластичность и память: короткие инфузии Aß42 в гиппокамп усиливают контекстную память у мышей, в то время как более длительные инфузии ухудшают память; пикомолярные концентрации

Aß42 усиливают LTP и консолидацию памяти у мышей, тогда как наномолярные концентрации ухудшают LTP и память [Brothers et al., 2018]. Также было показано,

что длительное воздействие пикомолярных концентраций олигомеров Aβ

увеличивает плотность дендритных шипиков в культурах срезов [Ortiz-Sanz et al., 2020], тогда как высокие концентрации олигомеров Aβ вызывают коллапс шипиков и потерю синапсов [Shankar et al., 2007]. Внеклеточная концентрация Aβ

увеличивается после стимуляции нейронов, а концентрация Aβ в

интерстициальной жидкости положительно коррелирует с активностью нейронов в мозге человека. Таким образом, бета-амилоид в норме корригирует синаптическую активность и пластичность [Kent et al., 2020].

Aβ42 при тестировании на выживаемость и дифференцировку культивируемых нейрональных стволовых клеток увеличивал общее количество нейронов in vitro в зависимости от дозы. Нейрогенез не индуцировался Aβ40 или

Aβ25-35 [Lopez-Toledano et al., 2004]. Aβ1-42 также стимулирует нейрогенез в субвентрикулярной зоне in vivo, поднимая гипотезу о том, что ранняя чрезмерная стимуляция нейрогенеза при БА может привести к истощению пула стволовых клеток и снижению базального нейрогенеза в более позднем возрасте [Sotthibundhu et al., 2009]. Синтетические мономеры Aβ (1-42) поддерживают выживание развивающихся нейронов в условиях трофической депривации и защищают зрелые

t.me/medicina_free

34

нейроны от эксайтотоксической гибели, процесса, который способствует общей нейродегенерации, связанной с БА. Нейропротекторное действие мономеров Aβ (1-

42) опосредовано активацией фосфатидилинозитол-3-киназного пути и включает стимуляцию рецепторов инсулиноподобного фактора роста-1 (IGF-1) и/или другие рецепторы суперсемейства инсулинов. Интересно, что мономеры Aβ (1-42),

несущие мутацию E22G, связанную с семейной формой, не обладали нейропротекторным действием [Giuffrida et al., 2009].

В недавнем исследовании сообщается, что низкие концентрации олигомеров

Aβ увеличивают выживаемость олигодендроцитов in vitro, а также индуцируют трансляцию основного белка миелина, способствуют дифференцировке олигодендроцитов, улучшают ремиелинизацию в демиелинизированных срезах мозжечка [Quintela-Lopez et al., 2019]. Aβ1-28 увеличивает выживаемость нейронов гиппокампа in vitro [Whitson et al., 1989].

Можно считать, что бета-амилоид становится токсичным при определенных условиях, которые могут включать повышенную продукцию пептида, нарушенную деградацию, определенную степень полимеризации, изменение полипептидной последовательности и длины пептида и др. [Мухамедьяров с соавт., 2013].

1.2.3.1.2 Роль APP в болезни Альцгеймера

Мутации по 18-ти из 770-ти аминокислот белка-предшественника амилоида вызывают семейную форму болезни Альцгеймера. Большинство этих мутаций представляют собой замещение отдельных аминокислот в различных комбинациях, например, D678H, D678N. Известно более 30 таких патогенных мутаций, и только одна мутация, защищающая от БА - A673T [Jonsson et al., 2012].

Большая часть исследований, направленных на изучение эффектов сверхэкспрессии нормального или мутантного APP, как правило, сосредоточенна на β-амилоидной патологии, без сопоставимого внимания на поведение других фрагментов APP, которые продуцируются в эквимолярных количествах.

Большинство мутаций семейной формы БА близки к сайтам расщепления α-, β- и

t.me/medicina_free

35

γ-секретаз, и тем самым напрямую влияют на протеолитический процессинг APP.

Фактически, каждая мутация семейной формы БА также может изменять клеточный транспорт и внутриклеточную сигнализацию в нейронах [van der Kant et al., 2015].

Дублирование гена APP при синдроме Дауна или активирующая мутациях в промоторе APP вызывает повышение уровня APP [Theuns et al., 2006].

Большинство исследователей признают, что причиной развития патологических процессов является Aβ. Однако такое увеличение APP кроме того нарушает процессы, регулируемые другими его фрагментами. Например, как в моделях на животных, так и у пациентов нарушаются аксональный транспорт и некоторые внутриклеточные сигнальные пути [Cataldo et al., 2004; Rodrigues, et al., 2012].

Увеличение концентрации протеолитических фрагментов APP также может вызывать отек эндосом. Нейроны особенно уязвимы к нарушениям аксонального транспорта и эндосомной функции, что объясняет, почему мозг может быть первым органом, на который эти изменения оказывают влияние [Neefjes et al., 2014].

1.2.3.1.3 Роль β-амилоида в процессах нейродегенерации

Aβ спонтанно агрегируется в несколько сосуществующих физических форм.

Одна из форм состоит из олигомеров (от 2 до 6 пептидов), сливающихся в промежуточные ассоциаты. Кроме того, β-амилоид может образовывать фибриллы,

которые выстраиваются в β-складчатые листы, образующие нерастворимые волокна на периферии амилоидных бляшек [Kayed et al., 2003].

Растворимые олигомеры и промежуточные амилоиды - наиболее нейротоксические формы β-амилоида. В мозге димеры и тримеры β-амилоида являются токсичными для синапсов [Walsh et al., 2005]. Тяжесть когнитивных дефектов в болезни Альцгеймера коррелирует с уровнем олигомеров в головном мозге, а не с общим содержанием β-амилоида [Kamenetz et al., 2003].

При болезни Альцгеймера происходят нарушения синаптической передачи.

Базальная трансмиссия единичных импульсов и «долгосрочные потенцирования»,

t.me/medicina_free

36

опытные показатели формирования памяти в синапсах, нарушены у мышей с моделью болезни Альцгеймера, содержащих бляшки в мозге (в дальнейшем Aβ был обнаружен на срезах мозга) [Larson et al., 1999]. По мере развития болезни, синапсы несоизмеримо теряются по отношению к нейронам, и эта потеря наилучшим образом коррелирует с деменцией. При лёгкой степени болезни происходит редукция примерно 25% белков пресинаптических везикул – синаптофизинов

[DeKosky et al., 1990].

Β-амилоид является митохондриальным ядом [Mungarro-Menchaca et al., 2002]. При болезни Альцгеймера воздействие β-амилоида тормозит ключевые митохондриальные ферменты в головном мозге и в отдельных митохондриях.

Специфически атакуется цитохром с-оксидаза. Следовательно, нарушаются электронный транспорт, производство ATФ, потребление кислорода, и

митохондриальный мембранный потенциал. Увеличение в митохондриях уровня активных форм кислорода и превращение их в перекись водорода вызывает окислительный стресс, высвобождение цитохрома с и запускание процесса апоптоза [Hauptmann et al., 2006].

β-амилоид, мощный генератор активных форм кислорода и азота, является главным инициатором оксидативного стресса. Реактивные формы кислорода и азота повреждающе действуют на несколько молекулярных мишеней. В результате перекисного окисления липидов мембраны образуются токсичные альдегиды

[Keller et al., 1997], которые нарушают важные митохондриальные ферменты.

Окисление белков дает карбонильные и нитратные производные [Smith et al., 1997].

В результате увеличивается проницаемость мембраны для ионов кальция,

нарушается транспорт глюкозы, усугубляется энергетический дисбаланс [Mark et al., 1997].

Повреждения сосудов и воспаление паренхимы, возникающие при болезни Альцгеймера, стабилизируют цикл агрегации белков и процессы окисления в мозге. Ишемическая болезнь поражает от 60 до 90% пациентов с болезнью Альцгеймера, причем крупные инфаркты составляют одну треть от сосудистых поражений. С другой стороны, треть случаев сосудистой деменции

t.me/medicina_free

37

патогенетически не связаны с болезнью Альцгеймера. Хотя клинически и рентгенологически «чистые» случаи сосудистой деменции признаются,

большинство случаев деменции на самом деле являются смешанными [Hachinski et al., 2006]. Такие патологические изменения, как церебральные амилоидные ангиопатии (страдает более 90% пациентов с болезнью Альцгеймера), капиллярные нарушения, нарушения гематоэнцефалического барьера, атерома крупных сосудов отражают скорее не симметричное снижение потока крови в мозг у пациентов с болезнью Альцгеймера, а региональное недоиспользование энергии [Roher et al., 2004]. Отложение амилоида в стенах артериол способствует сужению сосудов,

также β-амилоид действует цитотоксически на эндотелий и гладкие мышечные клетки [Paris et al., 2004].

Активированная микроглия и астроциты колокализуются с фибриллярными бляшками, а содержание их биохимических маркеров повышено в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера. Первоначально фагоцитарная микроглия поглощает и снижает β-амилоид. Тем не менее, полностью активизированная микроглия выпускает хемокины и каскад разрушительных цитокинов - в частности,

интерлейкин-1, интерлейкин-6 и фактор некроза опухоли-α. Противоречивая роль микроглии - устранение Aβ и освобождение провоспалительных молекул -

усложняет лечение [Akiyama et al., 2000].

Aβ42 повышает запасы кальция в эндоплазматической сети и кальций высвобождается в цитоплазму. Повышенные концентрации цитозольного кальция стимулируют агрегацию Aβ и генезис амилоида [LaFerla, 2002].

Эксперименты по искусственному введению Aβ25-35 в мозг мышей приводили к развитию окислительного стресса, накоплению Ca2+ в митохондриях,

цитоплазме, ядрах мозга, снижению содержания цитохрома c, нарушению потока электронов в дыхательной цепи. Нарушение функций митохондрий коррелирует с индукцией проапоптотических маркеров, каспазы-9 и каспазы-3. Накопление p53 в

ядрах неокортекса и наличие положительного апоптотического иммуноферментного сигнала в ядрах свидетельствует о том, что Aβ25-35 является мощным проапоптотическим стимулом, ведущим к повреждению ядерной ДНК.

t.me/medicina_free

38

Токсическое и метаболическое действие Aβ25-35 частично обусловлено влиянием аммиака, накапливающегося в клетках [Каминский с соавт., 2009].

При БА в первую очередь поражаются крупные нейроны, расположенные в глубинных слоях коры. Особенно чувствительны к альцгеймеровского типа изменениям пирамидные клетки 3-го и 5-го слоев неокортекса, CA1-зоны гиппокампа, перешеек, 2-й и 5-й слои энториальной коры. Снижение численности клеток и увеличение содержания нейрофибриллярных клубков (НФК)

обнаруживаются также в базальном ядре Мейнерта, которое является источником холинергической иннервации коры, в меньшей степени – в голубом пятне и ядрах шва. Количество НФК в базальном ядре Мейнерта коррелирует с результатами выполнения тестов на память. Но лучше всего коррелирует с выраженностью когнитивных нарушений снижение численности синапсов как в височно-теменных,

так и в лобных отделах коры. Таким образом, нарушение высших мозговых функций является результатом не только непосредственного поражения того или иного отдела мозга, но и разрыва кортико-кортикальных связей, приводящего к разобщению различных отделов мозга [Левин, 2012].

1.2.3.2 Тау-патология при нормальном старении и болезни Альцгеймера.

Таупатия, возникающая при болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваниях - образование нейрофибриллярных клубков -

нитчатых включений в пирамидальных нейронах. Главным компонентом клубков является аномально гиперфосфорилированная и агрегированная форма тау-белка.

Растворимый в норме белок в обилии содержится в аксонах, где способствует сборке и стабилизации микротрубочек и везикул.

Гиперфосфорилированная форма тау-белка нерастворима, не имеет сродства к микротрубочкам, и самоассоциируется в парные спиральные нитчатые структуры, которые проявляются в виде нейрофибриллярных клубков в телах нейронов и нейропильных нитей - в отростках [Braak et al., 2006; Iqbal et al., 2005].

Известно, что при болезни Альцгеймера не происходят мутации тау-белка [Gomez-

t.me/medicina_free

39

Isla et al., 1997]. Повышение уровня фосфорилированного и общего тау в спинномозговой жидкости коррелирует со снижением показателей когнитивных функций [Wallin et al., 2006].

1.2.3.2.1 Развитие тау-патология при нормальном старении

Браак с соавторами обнаружил, что гиперфосфорилированный тау-белок появляется до наступления половой зрелости или в раннем молодом возрасте чаще всего в норадренергических проекционных нейронах голубого ядра. Его группой было исследовано 2332 мозга людей в возрасте от 1 до 100 лет, отобранных рандомно. Только в 58 случаях не было тау-патологии, а после 30 лет уже не было ни одного случая без тау-патологии.

Авторы выделили три стадии развития тау-патологии в подкорковых структурах: a, b, c (рис. 7, 8А). Все эти стадии являются предфибриллярными и характеризуются наличием гиперфосфорилированного тау-белка, который еще не организован в нейрофибриллярные клубки и нейропильные нити. На стадии a

аномально фосфорилированный тау-белок встречается только в отростках нейронов ствола мозга (преимущественно в голубом ядре). На стадии b материал заполняет сому и дендриты этих нейронов. На стадии с гиперфосфорилированный тау-белок встречается в нервных клетках других неталамических ядер ствола мозга с диффузными кортикальными проекциями: в ядрах шва среднего мозга, в

магноцеллюлярных ядрах базальной части переднего мозга, в

туберомаммиллярном ядре гипоталамуса [Braak et al., 2011].

В коре выделено две предфибриллярные стадии (1a и 1b; рис. 7, 8Б) и 6

фибриллярных (I-VI; рис. 8 Б, Г). На стадии 1a в трансэнторинальной области появляются нейрональные отростки, содержащие аномально фосфорилированный тау-белок. Эти отростки могут представлять собой патологически измененные терминали аксонов голубого пятна. На стадии 1b тела и отростки отдельных пирамидных клеток трансэнторинальной области заполняются гиперфосфорилированным тау-белком. Cтадии I и II характеризуют наличие

t.me/medicina_free

40

нейрофибриллярных клубков и нейропильных нитей в трансэнториальной коре.

Стадии III и IV - наличие нейрофибриллярных клубков и нейропильных нитей в ассоциативных зонах неокортекса. Стадии V и VI - наличие нейрофибриллярных клубков и нейропильных нитей в первичных и вторичных двигательных и сенсорных зонах коры головного мозга [Braak et al., 2011].

Рисунок 7. Предфибриллярные стадии развития тау-патологии.

Подкорковые стадии: a-c. Корковые стадии: 1a, 1b.

Гиперфосфорилированный тау-белок отмечен коричневым цветом.

[Braak et al., 2011].

t.me/medicina_free