Холестерин в патогенезе болезней Альцгеймера, Паркинсона и аутизме: связь с синаптической дисфункцией

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ Ранее мы описали изменения обмена холестерина при редких наследственных патологиях ЦНС, вы званных мутациями в генах, либо непосредствен но вовлеченных в биосинтез холестерина (синдром Смита-Лемли-Опица), либо в его внутриклеточный трафик (болезнь Ниманна-Пика типа С) и регуляцию синтеза (болезнь Гентингтона) [1]. В данном обзоре проанализирована связь таких широко распростра ненных нейродегенеративных заболеваний, как болезни Альцгеймера и Паркинсона, и расстройств аутистического спектра с обменом холестерина и синаптическими нарушениями. БОЛЕЗНЬ АЛЬЦГЕЙМЕРА (БА) Это наиболее распространенное нейродегенеративное заболевание, которое встречается обычно у по жилых людей и проявляется ухудшением памяти и когнитивных способностей. При этом в мозге наблюдается отложение амилоидных бляшек во вне клеточной среде, в состав которых входит амио идный пептид β (Аβ), и пучков нейрофиламентов из гиперфосфорилированного белка tau внутри клеток. Накопление Аβ и гибель нейронов, особенно в гиппокампе, считаются основными проявлениями симптомов БА. Накопление Аβ отражает нарушение баланса между его продукцией и удалением из мозга. Аβ формируется в ходе двухэтапного расщепления трансмембранного белка APP (белок-предшественник амилоида) протеазами, на званными секретазами. Сначала АРР расщепляется секретазой α или β, затем - γ. Если АPP расщепляется α-секретазой, то образуется неамилоидогенный продукт sAPPα, который не вызывает патологии и имеет нейропротекторные эффекты, усиливает долговременную потенциацию и обучение. В случае воздействия β-секретазы (BACE1) АРР расщепляется на sAPPβ (вовлечен в элиминацию синапсов и апоптоз) и С-концевой фрагмент (βСTF), который в дальнейшем разрезается γ-секретазой (комплекс нескольких белков, включающий пресенилин 1 или 2, APH, никастрин и PEN2) с образованием токсичного Аβ из 40 или 42 (более токсичен) аминокислотных остатков. Кроме того, при протеолизе γ-секретазой βСTF освобождается внутриклеточный домен APP (AICD), способный запускать (при участии Fe65 и TIP60) транскрипцию генов, ускоряющих гибель клеток и нарушающих нейрогенез [2]. Поступивший в интерстициальную среду Аβ удаляется при по мощи нескольких механизмов: переброски через ГЭБ, захвата клетками для деградации в лизосомах, расщепления специфичными протеазами (рис. 1А). Лизосомы содержат специфичную к Аβ протеазу - неприлизин, вне клетки деградация Аβ осуществляется инсулиндеградирующим ферментом (IDE), который выделяется микроглией и астроцитами [3]. Выделяют две формы БА - с ранним (5-10%) и поздним (90-95%) началом, при которых признаки болезни проявляются до 65 лет и после соответственно. Ранняя форма имеет строго наследственную причину и связана с избыточной продукцией Аβ. У пациентов с поздним началом БА обнаруживается скорее неэффективность выведения Aβ, нежели усиленная его продукция [4, 5]. Содержание холестерина в мозге и плазме: связь с БА, значение оксистеролов Экспериментальные данные указывают на существенный вклад изменений метаболизма холестерина в патогенез БА, (рис. 1Б). Однако непонятно, является ли нарушение гомеостаза холестерина одной из причин или последствием заболевания. В ранней работе было обнаружено появление скоплений Аβ в мозге кроликов, регулярно получающих богатую холестерином пищу [6]. Позднее показали, что холе стериновая диета увеличивает фосфорилирование tau, вызывает окислительный стресс и когнитивные дефекты, но не меняет уровень холестерина в мозге кроликов [7]. В ряде эпидемиологических исследований (но не во всех) выявлено увеличение риска раз вития БА у людей с повышенным содержанием холестерина в плазме, особенно в середине жизни [2, 8]. Подтверждена корреляция между высоким/низким содержанием холестерина в составе липопротеинов низкой/высокой плотности с уровнем мозгового Аβ у пациентов на ранней стадии БА [9]. Однако связь между уровнем холестерина в плазме и БА опосредуется, вероятно, изменением сосудистого тонуса и воспалительными реакциями, нежели влиянием на мозговой холестерин. Хроническая гипоперфузия мозга крыс и мышей с БА увеличивает экспрессию BACE1, концентрацию Аβ и когнитивные дефекты [10]. Гипоперфузия и воспаление, высокое содержание холестерина в плазме могут вызывать способствующие БА сосудистые дефекты и изменение продукции оксистеролов. При БА в мозге уменьшается концентрация 24S-гидроксихолестерина (24-ГХ). Однако у пациентов с начальной стадией БА содержание 24-ГХ временно увеличивается в плазме и спинномозговой жидкости [11]. У людей с повышенной концентрацией 24-ГХ в плазме с более высокой вероятностью в ближайшие 8 лет могут развиться когнитивные нарушения [12]. Возможно, избыточный выброс 24- ГХ является попыткой скомпенсировать зарождающуюся дисфункцию [1]. Усиление экспрессии 24- ГХ синтезирующего фермента CYP46A1 (с помощью аденовирусной терапии) в мозге APP23-мышей значительно уменьшает накопление Аβ, глиоз и когнитивные дефекты [13]. Влияние активации CYP46A1 может опосредоваться 24-ГХ, стимулирующим LXα и β-рецепторы, которые увеличивают экспрессию генов, вовлеченных в транспорт и синтез холестерина [1]. Делеция генов LXα или β-рецепторов вызывает возрастные нейродегенеративные изменения [14]. Наоборот, активация LX-рецепторов увеличивает клиренс Аβ и формирование памяти у транс генных мышей APP/PS1 и APP23, вероятно, за счет увеличения мозгового уровня ApoE и ABCA1 [15]. ABCA1 может активно удалять избыток Aβ из мембран во внеклеточную среду, что защищает нейроны от токсического действия накопления Aβ [16]. В эн дотелиальных клетках капилляров мозга 24-ГХ увеличивает клиренс Аβ, повышая экспрессию ABCA1, и снижает продукцию Аβ, изменяя экспрессию секретаз [17]. Уровень 27-ГХ в мозге значительно увеличива ется при БА [18]. У кроликов, получающих богатую холестерином диету, уровни 24-ГХ и 27-ГХ в плазме увеличиваются, тогда как в мозге отношение 24-ГХ/27-ГХ снижается, что может увеличивать риск нейродегенерации. Предполагается, что увеличенный вход 27-ГХ в мозг и/или усиленный выход 24-ГХ из мозга могут лежать в основе связи между высоким уровнем холестерина в плазме и БА [11, 19]. Исследования на органотипичных срезах мозга взрослых животных показали, что 27-ГХ увеличивает уровни Аβ и фосфорилированного tau, тогда как 24-ГХ способствует неамилоидогенному процессингу APP. Более того, 24-ГХ препятствует токсическим эффектам 27-ГХ при коаппликации. 27-ГХ может вызывать стресс ЭПР, в результате чего активируется транскрипционный фактор CHOP (C/ EBPα homologous protein), подавляющий экспрессию лептина, который в норме уменьшает экспрессию BACE1, продукцию Aβ и фосфорилирование tau [19]. Хотя ранние работы указали на увеличение холе стерина в мозге больных БА, в других исследованиях обнаружено снижение содержания общего холестерина в мозге и его синтеза [8] (рис. 1Б). При БА вы явлено уменьшение холестерина в височной извилине, гиппокампе, во фракциирафтов в целом мозге и в белом веществе [20-22]. Однако при БА уровень холестерина был увеличен в сердцевинах зрелых амилоидных бляшек и нервных терминалях, обогащенных амилоидными агрегатами [23]. Эти наблюдения указывают на существование Аβ-зависимого удаления холестерина из мембран нервных терминалей. Другие пути снижения содержания холестерина в мозге при БА могут быть связаны с: APP/Аβ зависимым угнетением синтеза холестерина за счет ингибирования 3-гидрокси-3-метилглутарил-СоА редуктазы (ГМГ-редуктаза) [24]; уменьшением за хвата холестерина в составе ApoE-частичек под влиянием Aβ [15]; увеличением окисления холестерина в результате возросшей активности CYP46A1 [11]; модификацией липидныхрафтов, вызванной Аβ [1, 25]. Усиление активности CYP46A1 может быть следствием вызванных Аβ альтераций в гомеостазе Са2+ и окислительного стресса [11, 26]. В процессе старения наблюдается снижение содержания холестерина, особенно заметное в регионах, восприимчивых к БА, и, вероятно, связанное с усилением экспрессии/активности CYP46A1, уменьшением синтеза/ трафика холестерина [26, 27]. В биоптатах мозга больных БА выявлено накопление капель эфиров холестерина в Аβ-позитивных нейронах, и чем больше было таких капель, тем больше была концентрация Аβ [28]. Ингибирование (ацетилСоА-холестерин-ацилтрансферазы/ACAT1) синтеза эфиров холестерина сопровождалось увеличением 24-ГХ и явно снижало генерацию Аβ, образование бляшек и когнитивные дефекты в модели БА [29]. Возможно, на ранних стадиях БА увеличивается синтез ферментов, ответственных за образование эфиров холестерина [30]. Одним из путей стимуляции этерификации холестерина может быть повышение продукции 25-ГХ, которое возникает вследствие воспаления. Кроме того, экспрессия фермента CYP7B1, метаболизирующего 25- и 27-ГХ, снижает ся при БА [31]. При БА в мозге снижается содержание сфингоми елина, а уровень церамидов, продуктов его гидролиза сфингомиелиназами, повышается. В итоге «обычные» рафты распадаются, холестерин вытесняется из мембран, а церамиды агрегируют с образованием больших «патологических» липидных платформ, участвующих в инициации гибели клетки. Активация сфингомиелиназ может происходить на ранних стадиях БА под действием Аβ [32, 33]. В старости и при БА (сильнее выражено) в мозге уменьшается концентрация ганглиозидов (компонентырафтов). Аβ и AICD могут ингибировать и уменьшать экспрессию ферментов синтеза ряда ганглиозидов. Однако содержание ганглиозидов GM1 и GM2, вовлеченных в агрегацию Аβ, увеличивается [21]. Дисбаланс со става ганглиозидов может участвовать в конверсии Аβ в высокотоксичную олигомерную форму [1, 33]. Образование Аβ и холестерин Внеклеточный N-концевой фрагмент АРР включает холестеринсвязывающий сайт [34], но большинство молекул APP располагаются вне липидных рафтов. Секретазы β и γ, вовлеченные в образование Аβ, локализованы в рафтах. Экспрессия каркасного белка RanBP9 (увеличена у APP-мышей) способствует локализации APP в рафтах, включающих BACE1 [35]. Зависимая от липидных рафтов димеризация и ста билизация требуются для активации β-секретазы. При увеличении холестерина и сфинголипидов в рафтах γ-секретаза продуцирует более токсичный вариант Аβ42. Однако образование основного количества Аβ (~70%) происходит внутри клетки [28], поэтому сначала следует этап рафт-зависимого эндоцитоза, в ходе которого АРР, β- и γ-секретазы попадают в везикулу, и затем в эндосомы/лизосомы, где в ус ловиях кислого рН (способствует активности BACE1) образуется Аβ. Впоследствии часть Аβ путем экзоцитоза (в том числе в составе синаптических везикул) выбрасывается во внеклеточную среду [3] (рис. 2А). Агрегацию Aβ в токсичные олигомеры и фибриллы усиливают ионы цинка, выбрасываемые из синаптических везикул [36]. Следует отметить, что неамило идогенное расщепление APP α-секретазой протекает на клеточной поверхности [3]. Связываясь с компонентами мембран, Аβ может вызывать токсические эффекты. В фибробластах больных БА взаимодействие Аβ с плазматической мембраной выше при недостатке холестерина, тог да как высокий уровень холестерина предотвращает вызванную Аβ генерацию активных форм кислорода и окисление липидов [37]. С другой стороны, нарушение долговременной синаптической потенциации и усиление депрессии под влиянием Aβ могут вызываться его связыванием с PrP (метаботропный глутаматный рецептор 5 и LRP1 выступают как коре епторы) и последующей активацией тирозинкиназы Fyn, фосфорилирующей tau. Снижение стабильности рафтов путем удаления холестерина нарушает ком лекс PrP-метаботропный глутаматный рецептор 5-LRP1, снижая связывание Аβ с постсинаптически ми мембранами [8, 38] (рис. 2А). В соответствии с одной точкой зрения увеличе ие уровня мембранного холестерина способствует объединению в рафтах APP, β- и γ-секретаз и уве ичению продукции Аβ, а другие авторы полагают, что секретазы и АPP распределяются по разным рафтам [3, 34, 39]. Уменьшение содержания мем ранного холестерина усиливает расщепление АРР α-секретазой, уменьшая образование токсичного Аβ [3]. Однако активация плазминогена, расщепляюще го Аβ, в плазмин протекает на поверхности рафтов и, следовательно, их дестабилизация может снизить скорость деградации Аβ [39]. При распаде рафтов содержащиеся в них компоненты, в частности β и γ-секретазы, попадают в жидкую мембрану, где преимущественно распределен АРР, следовательно, продукция Аβ может повышаться [32]. При БА снижается экспрессия гена seladin-1 (selective Alzheimer disease indicator 1), кодирующего фермент, пре вращающий десмостерол в холестерин. Делеция seladin-1 приводит к снижению уровня холестерина, дезорганизации рафтов и накоплению Аβ. Наоборот, сверхпродукция seladin-1 (например, под влиянием эстрогенов) ускоряет обмен холестерина в мозге, по ышает устойчивость нейронов к действию Аβ [40]. Интересно, что нокаут гена кавеолина 1, стабилизи рующего рафты, ведет к заболеванию, аналогичному БА, которое сопровождается накоплением Аβ и ней одегенерацией. С возрастом снижается количество кавеолина 1 в нейронах и увеличивается текучесть синаптосомальных мембран [41]. При недостатке кавеолина 1 уменьшается содержание холестерина, поскольку кавеолин 1 участвует в доставке вновь синтезированного холестерина в плазматическую мембрану [42]. Некоторые исследования показывают, что фар макологическое снижение содержания холестерина в клетках с его нормальным исходным уровнем ингибирует образование Aβ при сверхэкспрессии APP. Однако непонятно, насколько это заключение можно экстраполировать к заболеванию или процессу нормального старения, особенно, если принять во внимание уменьшение содержания холестерина в нормаль ном и патологическом (при БА) стареющем мозге [8]. Более вероятен сценарий, при котором низкое содержание холестерина в нейрональных мембранах в сочетании с увеличенной продукцией Аβ, сниженной деградацией Аβ, усиленным воспалительным отве том участвует в развитии БА [22, 39]. Следует отметить, что лечение статинами не является достоверно эффективным при БА, хотя существенно понижает уровень холестерина в плазме [43]. В ряде работ по казано нарушение когнитивной сферы под влиянием статинов [44], поэтому в январе 2014 г. Управление по надзору за качеством медикаментов США (FDA) выдало рекомендацию о риске применения стати нов. Перспективным считают использование фи тостеролов при БА, которые in vitro уменьшают продукцию Аβ, подавляя активность и экспрессию β- и γ-секретаз, интернализацию BACE1 в эндосомы. Эффект фитостеролов на процессинг Аβ может быть связан с их стимулирующим действием на LX рецепторы или способностью аккумулироваться в рафтах, что облегчает релокализацию APP и пре сенилина в не-рафт фазу [45]. ApoE и БА Низкий уровень ApoE-частиц в мозгу коррелирует с ростом риска БА, но непонятно, сопряжено ли это с транспортом холестерина или нет. АpoE, взаимо действуя с рецепторами, запускает антиапоптотические сигнальные пути. АpoE связывается с Аβ, затем комплекс при участии LRP перебрасывается через ГЭБ, снижая концентрацию Аβ в мозге. Взаимодействие Аβ с ApoE-частицами усиливается сульфатированными производными галактоцереброзидов, содержание которых снижается в ЦНС при БА [2, 46, 47]. Агонист ядерных ретиноидных рецепто ров X, быстро увеличивающий продукцию АpoE, усиливает деградацию Аβ и ослабляет образование Аβ-бляшек [48]. Подобные эффекты оказывают ок систеролы (24-ГХ), стимулирующие LX-рецепторы, способствующие экспрессии ApoE, ABCA1, ABCG1 [1, 30]. Известны три изоформы ApoE человека, которые отличаются друг от друга только одним аминокис лотным остатком. Наиболее распространен аллель Аpoε3, тогда как Аpoε4 обнаружен только у 15-20% населения и считается фактором риска БА с позд ним началом. Вероятность развития БА у индивидов с одной копией Аpoε4 в 4 раза, а с двумя - в 12-20 раз выше, чем у носителей аллеля Аpoε3. Наличие Аpoε2, наоборот, препятствует формированию БА. Почему Аpoε4 провоцирует заболевание до сих пор не установлено [2, 8]. Существует несколько мнений [2, 5, 48-51]: 1) АpoЕ4 слабее связывает Аβ, менее эффективно обеспечивая клиренс Аβ; 2) АpoЕ4 образуется в меньшем количестве, быстрее распадается и не формирует димеры, способствующие деградации Аβ, наоборот, в комплексе с АpoЕ4 Аβ становится устойчивым к разрушению неприлизином; 3) АpoЕ4 менее эффективно поддерживает аксональный рост и выживаемость нейронов; 4) ApoE4 способствует эндоцитозу APP и BACE1 и их колокализации в ранних эндосомах, усиливая синтез Аβ; 5) ApoE4 уменьшает экспрессию в синапсах рецепторов релина, блокируя его протекторные свойства (рис. 2Б). При БА в мозге может образовываться С-концевой фрагмент АроЕ, который способствует накоплению нейрофибриллярных пучков. Клеточный стресс in vitro может запускать фрагментацию ApoE c образованием токсичного фрагмента. Причем ApoE4 более восприимчив к расщеплению, и экспрессия укороченного ApoE4 ведет к БА-подобной нейродегенерации [8, 52]. Вариации других генов, вовлеченных в метаболизм холестерина, также являются факторами риска развития БА, например, полиморфизм генов рецепторов (LRP1, LRP10, SorLA, ApoER2) и транспорте ров (АВСА1, ABCA7, кластерин) липопротеинов [2]. LRP1 участвует в захвате и очищении от Аβ, а снижение его экспрессии способствует накоплению Аβ. Однако LRP1 ускоряет эндоцитоз и направление APP в лизосомы, что может способствовать накоплению Аβ [53]. Для LRP1B характерна меньшая скорость эн доцитоза, поэтому LRP1B препятствует образованию Аβ [2]. SorLA/LR11, уровень которого уменьшается при поздних формах БА, взаимодействует с мономе рами APP, препятствуя их димеризации, что уменьшает расщепление APP γ- и β-секретазами, пред почитающими использовать в качестве субстрата димеры APP [54]. LRP10 и SorLA усиливают трафик APP в комплекс Гольджи, где секретазы менее активны [55]. Слабая активность АВСА1 может способствовать БА, тогда как сверхэкспрессия снижает накопление Аβ. При дефиците АВСА1 появляются АpoЕ-частицы с низким содержанием липидов и ко личество АpoЕ снижено (~ на 80%); в перифериче ских тканях накапливаются эфиры холестерина [56]. Синаптическая патология при БА Дисфункции, связанные с нарушением синаптической передачи при БА, представляют собойнаи более ранние события, приводящие к когнитивным расстройствам. На ранних стадиях БА в коре и гип покампе происходит снижение глутаматергической передачи. Сначала изменяются пресинаптические процессы, а воздействие на постсинаптические рецепторы регистрируется позже. Задолго до образо вания амилоидных бляшек, элиминации синапсов и гибели нейронов уменьшается синтез важных бел ков экзо- и эндоцитоза (SNAP-25, синаптофизина, АР-2, АР-180, динамина 1, синаптотагмина) в пре фронтальной коре, наблюдаются первые когнитивные дефекты [8, 57-59]. Несмотря на разнообразные эффекты ApoE4 - изменение процессинга APP, снижение клиренса Аβ, нарушения синаптической пла стичности, - существует общий механизм действия ApoE4 - изменение эндоцитозного рециклирования, возможно, за счет снижения экспрессии и активно стибелков эндоцитоза [51]. У пациентов с БА ранние эндосомы в 32 раза больше в объеме, а увеличение эндосом начинается до появления клинических сим птомов у носителей Apoε4 [60]. Леветирацетам, действующий на SV2A белок синаптических везикул, изменяет в обратном направлении дисфункцию эн досомального трафика и усиленный процессинг Aβ, вызванный ApoE4 [51]. Повышение нейрональной активности увеличивает продукцию Аβ как в норме, так и при патологии (например, эпилепсии). Частично это связано с ин тенсивным эндоцитозом синаптических везикул, в ходе которого в эндосомы захватываются АРР, где происходит его расщепление [61]. Также вскоре после всплеска синаптической активности экспрессируется ранний ген Arc, затем белок Arc увеличивает ассоциацию γ-секретазы с APP в эндосомах [62]. В ходе везикулярного экзоцитоза образованный Аβ попадает в синаптическую щель, где может регулировать освобождение медиатора и рецепцию (рис. 3). Синаптическая активность может снижать внутринейрональное накопление Аβ за счет увеличения активности неприлизина [63]. Предполагается, что АРР/Аβ являются элементами «физиологической» обратной связи, контролирующей синаптическую передачу. Блокирование продукции Аβ у молодых мышей снижало показатели в тестах на память [64]. Сверхпродукция Аβ может быть следствием избыточной/нарушенной синап тической активности. У носителей мутации в гене пресенилина 1 за 15 лет до начала БА наблюдается усиленная активация гиппокампа [65]. До проявления гистологических и когнитивных дефектов может увеличиваться экспрессия/активность рианодиновых рецепторов в нервных терминалях, в итоге увеличивается цитозольный Ca2+ и экзоцитоз [59]. ApoE4 меняет активность мозга в раннем периоде: у носителей аллеля Apoε4 выше активация гиппо кампа в покое и при выполнении тестов на запоминание [66]. ApoE4 вмешивается в релин-зависимую сигнализацию, которая вовлечена в миграцию, созревание, поддержание жизнеспособности нейронов и синаптическую пластичность [2, 8]. ApoE4 угнетает эффекты релина, поскольку уменьшает количество доступных ApoE-рецепторов, снижая возвращение рецепторов на мембрану после эндоцитоза, вызван ного связыванием с релином и ApoE [50]. Релиновая сигнализация становится восприимчивой к токсич ному действию Аβ. Аβ через механизм, связанный с митохондриальной дисфункцией, может активи ровать каспазу 3, которая (1) стимулирует кальци нейрин (фосфатаза PP2B), дефосфорилирующий NMDA-рецепторы в сайтах фосфорилирования Fyn, и (2) расщепляет протеинкиназу Akt, ингибирующую GSK3β-киназу [67]. В итоге, в гиппокампе угнетается долговременная потенциация в ответ на активацию рецепторов ApoE релином, который в норме вызывает активацию Fyn и ингибирование GSK3β-киназы [50]. Сверхактивность GSK3β-киназы может быть одним из факторов избыточного фосфорилирования tau, что ведет к образованию нейрофибриллярных клубков, которые отсоединяются от микротрубочек и могут диффундировать по нейрону [8, 67]. Эффекты вне- и внутриклеточного Аβ на синаптическую передачу В синапсах со слабой активностью Аβ ([пМ]) может активировать пресинаптические α7-никотиновые холинорецепторы, способствующие увеличению цитозольного Са2+ и освобождению нейромедиатора. В высокой дозе Аβ ([нМ]) может усиливать интернализацию постсинаптических NMDA- и AMPA рецепторов и долговременную депрессию [58, 68]. Увеличение Аβ, блокируя обратный захват глутамата, ведет к снижению размера кванта и стойко муповышению глутамата в синаптической щели. В результате постсинаптические NMDA-рецепторы десенситизируются, а пресинаптические NMDA и метаботропные глутаматные рецепторы активируются, запуская долговременную депрессию [57]. Аβ связывается с кальциевыми каналами P/Q-типа в пресинапсе, ингибируя освобождение нейромедиа тора [69]. Аβ способен формировать Са2+-пору, вход Са2+ через которую активирует расщепление протеазой кальпаином белка эндоцитоза динамина 1 [70]. При БА увеличивается уровень Cu2+, Аβ в комплексе с Cu2+ приобретает способность переводить холестерин в 4-холестен-3-он, содержание которого повышается при БА [36]. Накопление 4-холестен-3-она может ингибировать синаптическую Са2+-АТР-азу, нарушать стабильность липидных рафтов и угнетать нейропередачу [71]. Возможно, Аβ вовлечен в процесс формирования баланса между слабо- и высокоактивными синапсами: «слабоактивные» синапсы в ответ на Аβ увеличивают свои ответы, а высоко активные синапсы, наоборот, снижают (рис. 3). Стоит отметить, что нервные терминали старых животных, для которых характерны меньший запас синаптических везикул, слабая активность митохондрий и антиоксидантная защита, более подвержены негативному действию Аβ. При этом ингибирование реци клирования синаптических везикул, вызванное Аβ, существенно снижается на фоне антиоксидантов [72]. Тяжесть БА коррелирует с присутствием Аβ42 внутри нейронов (особенно неокортекса), а депрессия нейропередачи совпадает по времени с появлением Аβ внутри терминали задолго до обнаружения внеклеточных бляшек [28]. Аβ проникает путем эндоци тоза в нервные окончания, а наличие Аβ42 в составе эндоцитозных везикул активирует казеинкиназу 2, которая, фосфорилируя динамин и синаптофизин, способствует угнетению эндоцитоза и истощению пулов синаптических везикул после активности [73]. Поглощенный в везикулы Аβ, непосредствен но взаимодействуя с синаптофизином, нарушает формирование комплекса между синаптофизином и VAMP2, что увеличивает количество праймированных везикул и способствует экзоцитозу [74]. Однако после усиленного экзоцитоза эндоцитоз протекает ослабленно, так как взаимодействие синаптофизи на/VAMP2 важно в эндоцитозе. Хроническое введение Аβ в нетоксичных концентрациях угнетает освобождение глутамата нейронами гиппокампа за счет снижения размера готового к освобождению и рециклирующего пулов [75]. Возможно, это также связано с тем, что Аβ42 в составе эндосом способен перемещаться при помощи аксонального транспорта из нервных окончаний в тело нейрона и угнетать экспрессию белков экзоцитоза и эндоцитоза: SNAP-25, синаптотагмина, синаптофизина, динамина 1 и амфифизина 1 [57, 58]. Поглощенные путем эндоцитоза Аβ при попадании в мультивезикулярные тельца нейронов образуют фибриллы, протыкающие мембрану, провоцируя гибель клетки. Затем эти фибриллы формируют бляшки [76]. В целом, многие исследования указывают на эндоцитоз как на ключевой эле мент, с которым связаны образование, элиминация и токсичность Аβ. БОЛЕЗНЬ ПАРКИНСОНА (БП) Болезнь Паркинсона (БП) - второе по распространенности нейродегенеративное заболевание, для которого характерны тремор, заторможенность движений, ригидность, когнитивные нарушения. Как и при БА, существенно меньше случаев БП связано с мутациями специфичных генов, в частности α-синуклеина, паркина, LRRK2, PINK1, DJ-1, ATP13A2. Особенностью БП является накопление в нейронах α-синуклеина в составе белковых включений - телец Леви. При этом страдают дофаминергические нейроны черной субстанции среднего мозга. Стоит отметить, что у 60% пациентов с БА постмортально обнаруживаются отложения α-синуклеина в амигдале, а у некоторых пациентов с БП в мозге накапливается Аβ [8, 19, 30, 77]. Это предполагает, что специфические пути, ведущие к развитию БП или БА, конвергируют, приводя к по явлению общих признаков. Роль холестерина в БП остается дискуссионной (рис. 4). Исследование рафтов, выделенных из фронтальной коры субъектов с ранней стадией БП, вы явило снижение полиненасыщенных жирных кислот без изменения в содержании холестерина и сфингомиелина [78]. Однако α-синуклеин содержит два хо лестеринсвязывающих домена, и холестерин влияет на его агрегацию [41]. Теоретически синуклеин способен нарушать целостностьрафтов, взаимодействуя с холестерином мембран [1]. Истощение холестерина (с помощью метил-β-циклодекстрина) уменьшает со держание α-синуклеина в мембранах и его накопление в телах/синапсах нейронов. Статины ингибируют агрегацию α-синуклеина в культуре нейронов, а добавление экзогенного холестерина увеличивает агрегацию α-синуклеина, подавляя рост нейронов [79]. Лишение питания (на модели 3D5-клеток) вызывает агрегацию α-синуклеина и апоптоз, что связано со стрессом ЭПР и активацией SREBP1 с последующим усилением синтеза холестерина [80]. При БП в мозге увеличивается содержание ряда оксистеролов, образующихся под влиянием активных форм кислорода [81]. Обогащенная холестерином диета, не изменяя уровня мозгового холестерина, вызывает снижение соотношения 24-ГХ:27-ГХ в мозге и увеличивает уровень α-синуклеина в черной субстанции. 27-ГХ способствует, а 24ГХ препятствует увеличению концентрации α-синуклеина в клетках SH-SY5Y нейробластомы человека. Причем 27-ГХ оказывает такой эффект через активацию LXβ-рецепторов, которые затем связываются с промотором гена α-синуклеина [19]. При БП задолго до гибели нейронов угнетается ос вобождение дофамина. Мутации и дупликации/трипликации гена α-синуклеина вызывают БП с ранним началом. α-Синуклеин концентрируется в нервных окончаниях и связывается с синаптическими везикулами. В норме синуклеин важен для группировки везикул в активной зоне, связываясь одновременно с синаптобревином-2 одной везикулы и фосфолипидами мембраны другой. Мутация α-синуклеина может снижать его кластеризующую способность, а сверхэкспрессия вызывает массивную агрегацию синаптических везикул, в итоге и то и другое ведет к уменьшению размеров готового к освобождению пула [82]. Сверхэкспрессия α-синуклеина способствует его интенсивному взаимодействию с мембранами синаптических везикул и мультивезикулярных телец и нарушению их работы [83]. При сверхэкспрессии мутантного α-синуклеина уровень белков, вовлеченных в экзоцитоз и везикулярный транс порт, значительно изменяется (уменьшается количество рабфилина 3А, синтаксина, кинезинов 1А, 1В, 2А; возрастает концентрация динеина, динактина 1) в черной субстанции и стриатуме [82]. Значительное снижение уровней транскриптов (динамин 2, АР-2, синтаксин-2, VAMPA, VAMP4), вовлеченных в ве зикулярный трафик, обнаружено в периферической крови у пациентов с первой стадией БП [84]. При наследственной форме БП, связанной с му тацией в гене LRRK2 (киназа, содержащая богатый лейцином повтор), в самом начале заболевания на рушается трафик синаптических везикул. LRRK2 в норме фосфорилирует эндофилин, угнетая его ас социацию с мембраной. При этом как ее избыточная, так и недостаточная активность затрудняют эндоци тоз синаптических везикул [85]. Ювенильная форма БП возникает при мутации в ауксилине, участвую щем в разборке клатринового покрытия при эндоцитозе. РАССТРОЙСТВА АУТИСТИЧЕСКОГО СПЕКТРА (РАС) Расстройства аутистического спектра (РАС) характеризуются значительными аномалиями в социаль ном взаимодействии, сложностями в коммуникации, стереотипными поведенческими паттернами. Эти расстройства могут возникать в результате генетических альтераций, пренатального воздействии вирусов и токсинов, взаимодействий иммунных систем матери и плода [30]. РАС часто ассоциируются с та кими наследственными заболеваниями, как синдромы Ретта и ломкой Х-хромосомы, нейрофиброматоз типа 1, туберозный склероз, фенилкетонурия, синдром Смита-Лемли-Опица. Недавно появились сведения о связи метаболизма холестерина и патогенеза ряда РАС. Синдром Ретта, который поражает преимущественно женщин (1/10000), часто связан с мутациями в X-сцепленном гене метил-CpG-связывающего белка 2 (MeCP2). MeCP2 взаимодействует с метилированной ДНК в ядре и рекрутирует различные транскрипционные факторы, регулируя транскрипцию генов, в том числе вовлеченных в гомеостаз холестерина. При синдроме Ретта общий уровень холестерина, ли попротеинов высокой и низкой плотности повышен, а экспрессия скавенджер рецептора B1, отвечающего за захват холестерина, снижена [86]. Экспрессия генов, вовлеченных в метаболизм холестерина, была несколько повышена в мозге у одномесячных мышей с мутацией Mecp2/Y. В 2-месячном возрасте у этих мышей общее содержание холестерина в мозге увеличивалось, однако продукция холестерина была подавлена, вероятно, в результате активации от рицательной обратной связи. В результате к 70 дню постнатального развития концентрация холестерина возвращалась к нормальному уровню. Снижение продукции холестерина (опосредованное мутацией в гене Sqle/скваленэпоксидазы или статинами) у мутантных мышей Mecp2/Y препятствовало прогрессированию заболевания [87]. Лечение женщин с синдромом Реттастатинами также улучшает их состояние. Следовательно, ранние нарушения метаболизма холестерина при синдроме Ретта могут вносить вклад в поведенческий фенотип и уменьшение выживаемости [86]. Следует отметить, что статины также ингибируют синтез изопреноидных посредников (фарнезилпирофосфата и убихинонов), воз действуя на такие модификации белков, как пренилирование, которое важно для функционирования сигнальных белков, например Ras [88]. Статины эффективны при синдроме ломкой X-хромосомы и нейрофиброматозе типа 1 [88]. Синдром ломкой X - одна из известных причин (1/4000) умственной отсталости и аутизма. Этот синдром возникает из-за экспансии CGC-повтора (больше 200 повторов, полная мутация) в промоторе гена FMR1 (fragile X mental retardation 1), ведущей к гиперметилированию и подавлению транскрипции гена FMR1 [30]. Снижение продукции белка FMR (РНК-связывающий белок, подавляющий в дендритах трансляцию, вызванную активацией ряда рецепторов) способствует усилению синтеза некоторых белков, вовлеченных в нейропередачу. В животных моделях синдрома ломкой Х выявлена аномально высокая активность метаботропных глутаматных рецепторов группы I (мГP-I). Кавеолин 1 и содержание мембранного холестерина могут регулировать сигнализацию и трафик этих рецепторов [42]. Под влиянием статинов в нейронах мутантных мышей ослбляется как сигнализация, опосредуемая мГP-I, так и аномально усиленный синтез белков, феномены долговременной депрессии в гиппокампе, аудиогенные припадки и гипервозбудимость зрительной коры [88]. При синдроме ломкой X в крови снижен уровень общего холестерина, липопротеинов низкой и высокой плотности, что может быть связано с влиянием потери белка FMR на гены, регулирующие липидный метаболизм (ApoE, Gsk3B, Setd2, Mtmr3, March8, Abca1) [89]. РАС тесно связаны с синаптической дисфункци ей. Черты РАС обычно появляются в раннем детстве, когда сенсорный опыт модифицирует развитие и баланс возбуждения/торможения, поэтому пред полагается, что нарушение соотношения глутамат/ГАМКергической передачи может вносить вклад в РАС. Синаптическая теория развития РАС началась с выявления мутации, ведущей к заболеванию, в генах нейролигина, молекулы постсинаптической адгезии. Затем было обнаружено, что многие гены предрасположенности к аутизму кодируют синаптические белки [90]. Мутации пресинаптических молекул адгезии - нейрексинов - угнетают экзо цитозсинаптических везикул в синапсах гиппокам па и вызывают аномалии социального поведения. Нарушение белка CASP2, регулирующего освобождение электронно-плотных гранул с нейропептидами (нейротрофин-3, мозговой нейротрофический фактор) и моноаминами, увеличивает риск развития аутизма [91]. При мутации в гене Mecp2 снижается уровень синаптических белков, в том числе синапсинов, и везикулярного переносчика глутамата. Также наблюдается снижение экспрессии ГАМК синтезирующего фермента GAD и размера кванта нейромедиатора в ГАМКергических синапсах [92]. При синдроме ломкой Х происходит снижение экспрессии α5- и γ-субъединиц рецепторов ГАМК-А и тонических токов через эти рецепторы. Мыши без релина, в норме экспрессирующегося в кортикальных интернейронах, имеют фенотип РАС и сниженный круговорот ГАМК [93]. Генетический полиморфизм белка экзоцитоза SNAP-25, мутации пресинаптических синапсинов 1, 2 и белка активной зоны - RIMS3, влияющие на освобождение нейромедиатора, связаны с вероятностью возникновения аутизма. Мутации в постсинаптических белках IL1RAPL1 и SynGAP1, вовлеченных в формирование синапса, также ассоциированы с РАС [91].

Об авторах

A. M. Петров

Казанский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения

Автор, ответственный за переписку.
Email: fysio@rambler.ru
Россия

M. Р. Касимов

Казанский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения

Email: fysio@rambler.ru
Россия

A. Л. Зефиров

Казанский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения

Email: fysio@rambler.ru
Россия

Список литературы

Дополнительные файлы