Ермилов В.В.

ГБОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет», Павших Борцов пл., 1, Волгоград, Российская федерация, 400131

Тюренков И.Н.

ГБОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет», Волгоград, Россия

Нестерова А.А.

ГБОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет», Павших Борцов пл., 1, Волгоград, Российская федерация, 400131

Загребин В.Л.

ГБОУ ВПО "Волгоградский государственный медицинский университет"

Болезнь Альцгеймера и геронтоофтальмологические заболевания в аспекте амилоидогенеза

Журнал: Архив патологии. 2013;75(2): 37-42

Просмотров : 9

Загрузок :

Как цитировать

Ермилов В. В., Тюренков И. Н., Нестерова А. А., Загребин В. Л. Болезнь Альцгеймера и геронтоофтальмологические заболевания в аспекте амилоидогенеза. Архив патологии. 2013;75(2):37-42.

Авторы:

Ермилов В.В.

ГБОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет», Павших Борцов пл., 1, Волгоград, Российская федерация, 400131

Все авторы (4)

Болезнь Альцгеймера (БА) — нейродегенеративное заболевание, от которого страдают примерно 24,3 млн человек в возрасте 65 лет и старше, т.е. примерно 10% населения мира [1]. Ежегодно регистрируется 4,6 млн новых случаев заболевания БА [2]. С увеличением продолжительности жизни доля этого заболевания в общей структуре патологии увеличивается с 19% в возрасте 75—84 лет до 30—35% в возрасте старше 85 лет [2]. По прогнозируемым данным, в связи со старением населения Российской Федерации распространенность БА будет неуклонно увеличиваться и к 2020 г. приблизится к 1% всего населения страны, а количество больных увеличится на 28% [1]. Средняя продолжительность жизни после установления диагноза составляет около 7 лет, менее 3% больных живут более 14 лет [3]. В последнее десятилетие появились публикации, в которых авторы проводят параллели между геронтоофтальмологическими заболеваниями и БА [4]. Особое место в ряду геронтоофтальмологических заболеваний занимают псевдоэксфолиативный синдром (ПЭС), псевдоэксфолиативная глаукома (ПЭГ) и возрастная макулярная дегенерация (ВМД).

ПЭС — возраст-ассоциированное заболевание, сопровождающееся избыточной продукцией и накоплением патологического внеклеточного материала в различных интра- и экстраокулярных тканях [5]. ПЭС чаще поражает людей старшей возрастной группы и нередко сочетается с тяжелой вторичной ПЭГ и катарактой. По данным академика А.П. Нестерова [6], ПЭС встречался у 33,8% обследованных в возрасте 50—89 лет, причем у каждого третьего пациента с ПЭС выявлялась ПЭГ. С годами риск развития глаукомы при ПЭС увеличивается (за 5—10 лет — в 3 раза), причем этот риск превосходит аналогичный показатель у лиц, не пораженных ПЭС, в 10 раз. Распространенность ПЭГ среди всех больных глаукомой в Центральной России и Поволжье составила 64,6% [7].

ВМД встречается в 40% случаев у лиц старше 40 лет и в 58—100% случаев у людей старше 60 лет [8]. ВМД является ведущей причиной необратимого снижения центрального зрения, приводящей к слепоте, и в старшей возрастной группе занимает в структуре заболеваемости третье место после глаукомы и диабетической ретинопатии [9]. Социально-медицинская значимость этой патологии обусловлена быстрой потерей центрального зрения и утратой общей работоспособности. В возрасте старше

60 лет в структуре первичной инвалидности по глазным заболеваниям больные ВМД составляют 32% [10].

В связи с увеличением продолжительности жизни в развитых странах проблема геронтоофтальмологических заболеваний остается крайне актуальной. Все это требует новых данных и подходов для выработки более успешных стратегий лечения и профилактики возрастных заболеваний глаз, основанных на глубоком анализе процессов, возникающих в глазу и имеющих много общего с процессами, протекающими в головном мозге при возрастной патологии и нейродегенеративных заболеваниях (БА, болезнь Паркинсона).

Общность эмбриогенеза головного мозга и структур глазного яблока

Глаз имеет много общего с мозгом, и прежде всего эмбриональное происхождение. Нервную систему формируют следующие эмбриональные источники: нервная трубка, нервный гребень (ганглиозная пластинка) и эмбриональные плакоды. На стадии замыкания нейропоров передний конец трубки значительно расширяется, боковые стенки утолщаются, образуя зачатки трех мозговых пузырей. Лежащий краниально пузырь образует передний мозг. На 22-й день появляются неглубокие выпячивания по обеим сторонам переднего мозга, которые после закрытия нейропоров увеличиваются в размерах и образуют глазные пузыри, соединенные с помощью глазных стебельков с эмбриональным мозгом. В свою очередь инвагинация внутренней стенки каждого глазного пузыря приводит к формированию двухслойного глазного бокала. В процессе развития внутренняя стенка глазного бокала преобразуется в сетчатку, а наружная — в слой ее пигментного эпителия. На 4-й неделе эмбриогенеза зачаток сетчатки состоит из однородных малодифференцированных клеток. На 5-й неделе появляется клеточный наружный ядерный слой, выполняющий роль матричной зоны, где обнаруживаются многочисленные фигуры митоза.

В результате последующей дивергентной дифференцировки стволовых (матричных) клеток развиваются клеточные диффероны различных слоев сетчатки [11]. Таким образом, во время эмбриогенеза стенка глазного бокала, являясь анатомическим продолжением развивающегося головного мозга, дифференцируется на все слои сетчатой оболочки, включая пигментный эпителий сетчатки, что дает право проводить корреляцию между патологическими процессами, протекающими в головном мозге и в структурных элементах глаза.

Основные морфологические признаки БА и геронтоофтальмологических заболеваний в аспекте амилоидогенеза

Объективный диагноз БА требует гистологического исследования на наличие амилоидных бляшек и нейрофибриллярных сплетений, что является абсолютным доказательством данного вида патологии. В настоящее время прижизненная постановка диагноза базируется только на оценке когнитивных нарушений и потери памяти и является неточной в 10—15% случаев, вероятно, отчасти из-за сходства симптомов с другими формами слабоумия [3]. Кроме того, клинический диагноз часто не является идеальным, потому что, во-первых, на ранней стадии сложно отличить БА от нормального старения, а во-вторых, возможность выявлять когнитивные нарушения предполагает наличие значительного количества повреждений, что делает лечение на этой стадии заболевания малоэффективным. Эти проблемы привели к значительным усилиям в определении биомаркеров, которые могут быть использованы для диагностики и мониторинга БА. Предложенные для диагностики БА биомаркеры включают структурные и функциональные методы нейровизуализации структур головного мозга, а также биохимический анализ спинномозговой жидкости [2, 3]. Неширокое их использование в практической медицине объясняется высокой ценой и размытостью в интерпретации результатов. В этой связи исследование глаза как объекта, заинтересованного в моделировании процессов, происходящих в головном мозге, нам представляется перспективным.

Морфологическим субстратом деменции, развивающейся при БА, является гибель нейронов [1—3]. В основе дегенерации и гибели нейронов лежат процессы формирования внеклеточных сенильных бляшек, центральное место в которых занимают депозиты β-амилоида, и образование внутриклеточных нейрофибриллярных сплетений в результате гиперфосфорилирования тау-белка [1—3]. Оба вида встречаются в головном мозге и при физиологическом старении, однако при БА их количество значительно увеличивается.

Сенильная бляшка, обнаруживаемая при гистологическом исследовании головного мозга больных БА, имеет ядро, содержащее β-амилоидный белок (Аβ), протеогликаны, апопротеин Е, α1-антихимотрипсин и другие белки [12—15]. Доказано, что Аβ — это белок с молекулярной массой 4200 Д, состоящий из 39—42 аминокислот. Посредством протеолиза Aβ образуется из более крупного трансмембранного белка-предшественника, выполняющего трофическую и защитную функции. Ядро амилоидной бляшки окружено остатками нейронов, подвергшихся дегенерации, и макрофагами [13—16].

Морфологическая классификация β-амилоидных образований, обнаруженных в сенильных бляшках, включает три основные формы: мономерную, сферическую и фибриллярную. Мономерные формы амилоида, не содержащие в своей структуре β-фибрилл, собираются в частицы сферической формы (диаметром 10 нм), в составе которых молекулы амилоидного пептида меняют конфигурацию, что приводит к укрупнению сферических частиц до 20 нм. Эти сферические частицы уже обладают токсическим действием и через некоторое время полимеризуются с образованием фибрилл Aβ [17].

Другим субстратом нейротоксичности, как утверждают некоторые исследователи, являются внутриклеточные нейрофибриллярные сплетения, образованные нитями гиперфосфорилированного тау-белка [1—3]. Нейрофибриллярные сплетения вызывают дезинтеграцию микротрубочек и коллапс транспортной системы внутри нейрона, что в итоге приводит к клеточной гибели [2, 3].

Механизм гибели нейронов многими авторами не подвергается сомнению и определен как апоптотическая гибель, являющаяся следствием сложных внутриклеточных процессов образования амилоида из его предшественников [3, 4, 17, 18]. Изучение процесса амилоидообразования является одной из актуальных проблем в мировой науке. Некоторые исследователи считают амилоид лейтмотивом в патогенезе нейродегенеративных заболеваний [12, 18]. Несмотря на результаты многочисленных исследований, остаются неясными точные механизмы, объясняющие, что приводит к агрегации Aβ и образованию амилоидных бляшек, так как изучение амилоидогенеза у пациентов с БА затруднено в связи с локализацией патологического процесса. Учитывая общность происхождения головного мозга и глаза, проходящих одинаковый онто- и филогенетический путь развития, некоторые исследователи высказали предположение о том, что глаз может служить легкодоступным и неинвазивным методом изучения патологии, имеющей место в головном мозге [19—21]. Особенности амилоидогенеза в структурах глаза при геронтоофтальмологических заболеваниях до конца не изучены.

В настоящее время амилоидозом называют группу заболеваний с большим разнообразием клинических проявлений, вызванных системным или локальным отложением в органах и тканях белка амилоида [16, 18, 22]. Среди локального амилоидоза отдельно выделяют амилоидоз глаза с преимущественным поражением его переднего или заднего отдела, морфогенез и клинические проявления которых различны [15, 16, 18, 23]. Клинически амилоидоз глаза с преимущественным поражением переднего отдела проявляется ПЭС, ПЭГ и катарактой [15, 23], при этом амилоид представлен патологическим псевдоэксфолиативным материалом (В.В. Ермилов, В.В. Серов, 1993—2001). Глазные проявления ПЭС многообразны и вызваны отложением псевдоэксфолиативного материала в различных интраокулярных структурах, включая трабекулу и шлеммов канал, что ведет к нарушению оттока внутриглазной жидкости и развитию ПЭГ [5, 6]. Не все исследователи согласны с концепцией амилоидогенеза в структурных элементах переднего отдела глаза для объяснения причин возникновения ПЭС и ПЭГ, обозначая при этом ведущую роль системного эластоза [5] и полиморфизмов гена лизилоксидазоподобного фермента — LOXL1 [24]. Другие авторы [4] отмечают, что глаукомная оптическая нейропатия, являющаяся основным патогенетическим звеном первичной открытоугольной глаукомы, нередко прогрессирует, несмотря на эффективное снижение офтальмотонуса, что подтверждает существования механизмов ее развития, не зависящих от уровня внутриглазного давления. Маркером глаукомной оптической нейропатии является апоптотическая гибель ганглиозных клеток сетчатки. В настоящее время доказана роль Аβ в развитии апоптоза ганглиозных клеток сетчатки при глаукоме [4, 7]. В экспериментальных [4, 7] моделях глаукомы крыс обнаружены патологический процессинг предшественника Аβ (АРР), индуцированный каспазой-3, и увеличение экспрессии β-амилоида ганглиозными клетками сетчатки [4, 25]. Доказано, что экзогенный Аβ индуцирует апоптоз ганглиозных клеток in vivo [4, 25, 26]. Современные взгляды на роль амилоидогенеза в развитии глаукомной оптической нейропатии позволяют провести параллели с такими заболеваниями, как БА и болезнь Паркинсона [4, 26]. Подобный подход открывает новые перспективы диагностики и патогенетического лечения первичной открытоугольной глаукомы [27].

Локальный амилоидоз с преимущественным поражением заднего отдела глаза клинически проявляется ВМД [18, 22, 28, 29]. В последнее время предлагались разные классификации ВМД [8—10, 28]. Однако большинство офтальмологов продолжают выделять «влажную», или экссудативную, форму ВМД и «сухую», или неэксудативную, форму ВМД [8—10, 28]. Основным проявлением «влажной» формы ВМД является неоваскуляризация с прорастанием сосудов из хориоидеи в сетчатку, экссудацией из новообразованных несостоятельных сосудов, развитием кистовидного отека, дегенерацией сетчатки и образованием фиброзного рубца [8—10, 28]. «Сухая» форма ВМД характеризуется атрофическими изменениями тканей дна глаза: дегенерацией клеток пигментного эпителия сетчатки, уменьшением их количества, формированием друз, миграцией пигмента, атрофией и склерозом хориоидеи, утолщением мембраны Бруха [8—10, 28]. В последнее время многие исследователи обращают внимание на присутствие Аβ в друзах — морфологических спутниках ВМД [29, 30]. Предполагается, что увеличивающаяся с возрастом фагоцитарная и метаболическая нагрузка на клетки пигментного эпителия сетчатки в макулярной области вызывает значительную аккумуляцию липофусцина и различных патологических белков, в том числе Аβ, в клетках пигментного эпителия сетчатки, что неизбежно приводит к апоптотической гибели фоторецепторов [31, 32]. Результаты гистохимического и электронно-микроскопического исследования показали, что в 47% друзы имели амилоидную природу и способствовали развитию или усугубляли течение ВМД [18]. В этой связи представляется важным изучение роли локального амилоидоза в патогенезе ВМД. Особого внимания заслуживают результаты морфометрического исследования, в которых показано, что количество ядер клеток пигментного эпителия сетчатки в макулярной и парамакулярной области у больных ВМД уменьшается с возрастом, причем наименьшее их число обнаружено в глазах с ВМД и амилоидозом при БА [18—20]. Анализ частоты встречаемости сенильных бляшек при БА и ВМД позволил исследователям сделать вывод о том, что сочетание локальных форм амилоидоза характеризуется содружественным отложением Аβ не только в сосудах и веществе головного мозга, но и в сосудах хориоидеи и структурных элементах заднего отдела глаза с типичными для локальных форм старческого амилоидоза гистохимическими характеристиками [19, 21, 23]. V. Luibl и соавт. [29], используя моноклональные антитела, показали наличие Аβ в друзах на мышиных моделях ВМД.

J. Isas и соавт. [17] обнаружили как растворимый, так и нерастворимый амилоид в друзах макулярной области глаз человека. При электронной микроскопии фибриллы β-амилоида были обнаружены в друзах, под слоем пигментного эпителия, в мембране Бруха и сосудах хориоидеи [17, 23, 30]. Использование моноклональных и поликлональных антител показало, что друзы содержат сферические структуры, составленные на периферии из зрелых Аβ фибрилл, а в центральной части — из протофибрилл и нефибриллярного Аβ [17]. Тесная пространственная связь амилоидных отложений с клетками пигментного эпителия и знание молекулярных механизмов его деградации позволяют высказаться в пользу участия пигментоцитов в амилоидогенезе [17, 25, 29, 31]. Гистологические изменения пигментных клеток в сетчатке животных моделей ВМД характеризовались кариопикнозом, увеличением объема цитоплазмы, ее вакуолизацией, гипер- и гипопигментацией, апоптозом [31, 32]. Более выраженные изменения пигментоцитов наблюдались в центральной области сетчатки по сравнению с пигментными клетками периферической зоны [17, 31, 32]. В более тонких биохимических и иммуногистохимических исследованиях идентифицированы белки и липиды, составляющие суть материала, образующего друзы, — β-амилоид, витронектин, Р-компонент амилоида, аполипопротеин Е, транстиретин, С3, С5b9, С5 фракции комплемента и др. [33]. В многочисленных работах показана неоспоримая роль β-амилоидных олигомеров в патогенезе ВМД [18, 19, 23, 29]. Обращает на себя внимание тот факт, что β-амилоид, аполипопротеид Е, белки комплемента, обнаруживаемые в составе друз, являются компонентами сенильных бляшек при БА [34, 35]. В этой связи представляют интерес результаты исследования структур глаза и головного мозга на наличие β-амилоида на животных моделях БА и ВМД.

Модели БА и ВМД, построенные на современных теориях этиопатогенеза

Данные, полученные в результате изучения амилоидогенеза, указывают на необходимость исследовать микроморфологические изменения в головном мозге и в структурах глаза, используя модели БА и ВМД на животных, причем этиопатогенетическая общность этих двух патологий имеет объективное морфологическое подтверждение [33—38].

Наследственный вариант БА составляет менее 1% случаев БА и связан с тремя генами (AРР, PS1, PS2), наследуемыми по аутосомно-доминантному типу [13, 14]. Основными животными для моделей БА в подавляющем большинстве современных исследований являются мыши. В настоящее время трансгенные мыши выпускаются в трех вариантах в зависимости от количества мутировавших генов, имеющих значение для формирования БА [13]. Трансгенные животные модели БА различаются не только количеством мутировавших генов, но и сроками начала формирования и выраженностью сенильных бляшек и нейрофибриллярных сплетений. Созданы и исследованы различные генные комбинации в моделях животных, включая двойные и тройные по количеству мутантных генов и их вариации. В 2003 г. получены тройные трансгенные мыши модели БА. Их геном содержал APP, PS1, а также тау-белок. Эти модели успешно воспроизводят β-амилоидные бляшки и нейрофибриллярные сплетения. Появился ряд интересных работ, посвященных изучению глазных проявлений на животных моделях БА [13, 14].

В исследованиях на трансгенных мышах как модели БA показано наличие β-амилоидных отложений в сетчатке [13, 14, 39]. В исследованиях В. Liu и соавт. [40] на трансгенной мышиной модели БА — Tg2576, содержащей мутации по двум генам, показали отложения внеклеточного Аβ и возникновение β-амилоидных бляшек в мозжечке, гиппокампе и коре, а также в сетчатке тех же экспериментальных животных: отложения Аβ обнаружены в ганглионарном слое, во внутреннем зернистом и обоих сетчатых слоях, в слое фоторецепторов и пигментного эпителия. Показано, что чем больше мутантных генов задействовано в модели, тем раньше появляются депозиты Аβ в сетчатке [13, 40]. Некоторые авторы [18, 41] задаются вопросом, не является ли ВМД БА глаз. В исследованиях с использованием мышей с тройной трансгенной моделью БА продемонстрировано появление амилоидных депозитов преимущественно в ганглионарных и фоторецепторном слоях сетчатки. Показано, что амилоидные бляшки в сетчатке возникали раньше, чем в структурах головного мозга [13, 41]. Это чрезвычайно актуально в рамках обсуждаемого вопроса, так как изменения сетчатки потенциально могут быть использованы для неинвазивной диагностики БА.

Морфометрические исследования на мышиных моделях ВМД показали, что анти-β-амилоидные антитела способствуют замедлению прогрессирования дегенеративных процессов в пигментном эпителии и проявлений ВМД [34, 38, 42]. Подобный эффект получен при использовании анти-β-амилоидных антител в моделях БА [43—47]. В рамках изучения БА на трансгенных моделях у животных было показано, что амилоидные бляшки возникают в сетчатке и хориоидеи и в дальнейшем — в сосудах головного мозга. Это послужило введению новых терминов — «хориоидальная амилоидная ангиопатия» и «церебральная амилоидная ангиопатия» [17—19, 39]. Показано, что положительная амилоидная иммунореактивность сосудистой оболочки глаза предшествовала церебральной [19, 39].

Показана повышенная активность астроцитов и микроглиальных элементов сетчатой оболочки глаза у животных с моделью БА [48, 49]. Аналогичные данные получены в сетчатке мышей с моделью ВМД. Иммунизация β-амилоидным пептидом привела к увеличению признаков воспаления в сетчатке [45]. В ряде работ, посвященных исследованию участия факторов воспаления в возникновении БА и ВМД, показано снижение уровня фактора системы комплемента Н (CFH), что, по оценке исследователей, оказывает провоспалительный эффект. Целью одного из исследований стало изучение наличия CFH, Aβ40 и Aβ42 пептидов в мозге и сетчатке трансгенных мышей модели БA [49]. Установлено, что существует обратная корреляция между уровнем иммунореактивности на β-амилоид и CFH в сетчатке этих трансгенных мышей. Исследователи затрудняются дать точный адрес абсолютного триггера, который запускает систему комплемента. Однако несомненно, что Aβ является одним из возможных претендентов на роль белка, запускающего активацию комплемента и последующего локального воспаления, нарушение синаптической передачи и как следствие дегенерацию сетчатки. В данных обстоятельствах животные с моделью БА могут быть полезны для изучения роли β-амилоидогенеза при дегенеративных заболеваниях сетчатки, в частности ВМД.

Перспективы лечения ВМД с учетом механизмов амилоидогенеза

Изыскание патогенетически оправданных методов лечения нейродегенеративных заболеваний стимулировало разработку принципиально новых методов лечения ВМД. Выдвинув гипотезу β-амилоидогенеза как основного механизма, ответственного за развитие и прогрессирование БА и ВМД, исследователи активно изучают возможности воздействия на Aβ и его предшественников. Патогенетически оправданными с этой точки зрения являются такие методы воздействия, как иммунотерапия или вакцинация против Aβ. В качестве примера антиамилоидной вакцины при БА можно привести создание таких препаратов, как бапинейзумаб, соланезумаб, а также кренезумаб, являющиеся человеческими моноклональными антителами с иммунной реактивностью против Aβ и проходящие клинические испытания в зарубежных клиниках [45—47].

А. Bird [50] опубликовал результаты воздействия анти-β-амилоидных антител на функции и морфологию сетчатки на мышиных моделях ВМД. Подобные работы с обсуждением результатов иммунотерапии в эксперименте вызывают большой интерес у специалистов [42, 44—46]. Исследователи продемонстрировали, что анти-Aβ-иммунотерапия уменьшала количество амилоидных бляшек в сетчатке и сосудах хориоидеи и снижала уровень зрительных нарушений, особенно при «сухой» форме ВМД [42, 50]. Опубликованные результаты вселяют определенный оптимизм относительно перспектив лечения больных с нейродегенеративными заболеваниями и ВМД.

Заключение

Общность онто- и филогенетического пути развития головного мозга и глаза, содружественные механизмы амилоидогенеза при БА и ВМД инициируют новые подходы к изучению процесса амилоидообразования и его роли в развитии данных патологий. Тесная взаимосвязь амилоидных отложений с прилегающими дегенерирующими структурными элементами ткани головного мозга и глаза, а также молекулярными механизмами, которые обеспечивают участие этих структур в процессе образования β-амилоида из его предшественников, четко демонстрируется на современных животных моделях БА и ВМД. Такой подход имеет принципиальное значение как для понимания природы нейродегенеративных заболеваний, так и для поиска эффективных средств их патогенетической терапии посредством целенаправленного воздействия на механизмы, контролирующие амилоидогенез.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail