Несмотря на широкий спектр фармакологических препаратов, используемых для лечения эпилепсии, от 20 до 40% случаев эпилепсии оказываются фармакорезистентными [1, 2]. При височной эпилепсии доля случаев, не поддающихся медикаментозному лечению, достигает 75% [3].

Эпилепсия считается фармакорезистентной, если не наблюдается реакции на терапию в течение 12 мес, а лечение представляет собой последовательное применение двух и более противоэпилептических препаратов (ПЭП) в максимально допустимой дозе [4].

Имеются разные варианты фармакорезистентности. Самый распространенный вариант — это фармакорезистентность, развивающаяся de novo, при этом реакции на лечение не возникает в течение всего периода терапии. Можно предположить, что в данном случае фармакорезистентность существовала еще до приема первого ПЭП [3]. В поддержку этого предположения свидетельствуют клинические данные, показывающие, что вероятность эффективности второго препарата при нечувствительности к первому составляет 11%, а третьего — всего 7% [2]. Однако имеются сведения о том, что у некоторых пациентов фармакорезистентность развивается спустя годы эффективной терапии [5]. Существует также третий вариант фармакорезистентности: при смене терапии появляется контроль над приступами, но после некоторого периода он снова пропадает [6]. Сходная динамика повторяется при применении нового препарата. В некоторых случаях медикаментозное лечение приводит к снижению частоты или силы приступов, однако не устраняет их полностью. Такая эпилепсия тоже является рефрактерной.

Гипотеза транспортеров. В головном мозге пациентов с фармакорезистентной эпилепсией, а также на экспериментальных моделях обнаружена чрезмерная экспрессия генов белков семейства мультитранспортеров, контролирующих проникновение препаратов через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) как в мозг, так и в обратном направлении [7, 8]. Большую роль в этой гипотезе отводят системе Р-гликопротеинов, состоящей из группы близкородственных трансмембранных гликопротеинов P (P-gp). P-gp также называют белком множественной лекарственной устойчивости, так как с нарушениями в его работе связывают не только резистентность к протиэпилептическим средствам, но и к множеству других препаратов [9], в частности устойчивость клеток опухоли к противоопухолевым препаратам. P-gp относятся к семейству ABC (ATP-binding cassette) и кодируются генами MDR1 и mdr1 у людей и грызунов соответственно [10]. Чрезмерная экспрессия этих генов или повышенная активность соответствующих белков-транспортеров приводит к увеличению выброса препарата обратно в кровоток, что ограничивает эффективность поступления целого ряда липофильных препаратов в мозг [11]. Кроме того, при эпилепсии этот транспортер экспрессируется не только на мембране эндотелиальных клеток ГЭБ, но и на мембранах нейронов и астроцитов [3].

Гипотеза мишеней. Причиной фармакорезистентности может быть изменение структуры мишеней соответствующих препаратов, что потенциально снижает чувствительность клеток к ПЭП. Мишенями ПЭП являются потенциалзависимые ионные каналы (натриевые, кальциевые) и рецепторы к нейромедиаторам (ГАМК). Гипотеза мишеней предполагает, что фармакорезистентность при эпилепсии может быть обусловлена отсутствием или утратой чувствительности ионных каналов к ПЭП. Так, было обнаружено [12], что в нейронах поля СА1 гиппокампа пациентов с фармакорезистентной височной эпилепсией карбамазепин не снижает натриевую проводимость через потенциалзависимые натриевые каналы. Сходные изменения были установлены [13] на экспериментальных моделях височной эпилепсии. Тем не менее при изучении действия других препаратов (вальпроат, ламотриджин) потери чувствительности выявлено не было [14].

Гипотеза нейросети и склероз гиппокампа. Склероз гиппокампа — одно из наиболее распространенных структурных патологических изменений, сопровождающих височную эпилепсию. Исследования показывают, что в случае височной эпилепсии фармакорезистентность ассоциирована с нарушениями глутамат- и ГАМКергической трансмиссии [15]. Субъединицы рецепторов ГАМК_B GBR1 и GBR2 распределены на дендритах пирамидных клеток полей СА1, СА3 и зубчатой извилины. Через эти рецепторы осуществляется пресинаптическая регуляция выброса медиатора, а также постсинаптическое торможение, опосредованное G-белками (активация К⁺-каналов и подавление активности аденилатциклазы). Недостаток торможения со стороны ГАМК вследствие снижения плотности ее рецепторов приводит к избыточному выбросу глутамата, который не только вызывает повышенную возбудимость нейронов, но и клеточную гибель и реорганизацию синапсов, усугубляя судорожную активность [16]. Согласно рассматриваемой гипотезе, такие структурные изменения способствуют формированию патологической нейронной сети. Такая сеть становится нечувствительной к эндогенным противоэпилептическим механизмам и действию ПЭП [17].

Термин «эпигенетика» был введен C. Waddington [18], который использовал его для объяснения факта: большинство клеток организма обладают одним и тем же геномом, однако продуцируют разные белки. C. Waddington предположил, что существует механизм контроля экспрессии, находящийся над уровнем нуклеотидной последовательности ДНК. В этой работе под эпигенетикой понимались все молекулярные механизмы регуляции экспрессии генов. В настоящее время принято считать, что эпигенетика изучает изменения экспрессии генов, которые не затрагивают последовательность нуклеотидов в ДНК [19]. Такие изменения включают в себя метилирование и деметилирование ДНК, посттрансляционные модификации гистонов и их влияние на структуру хроматина, а также синтез некодирующих РНК.

Метилирование ДНК считается самым долговременным из эпигенетических изменений [20]. Процесс заключается в добавлении метильной группы (-CH₃), донором которой является S-аденозилметионин, к цитозину с образованием 5-метилцитозина (5-мЦ). Метилирование цитозина характерно для участков CpG, палиндромных последовательностей динуклеотидов, в которых цитозин соединен с гуанином. Возможно также метилирование не-CpG участков в некоторых типах клеток, в том числе в нейронах [19]. Метилирование ДНК связывают с подавлением экспрессии генов [20]. Паттерн метилирования ДНК не является постоянным, однако при репликации ДНК он наследуется [19]. Ферменты, обеспечивающие метилирование, называются ДНК-метилтрансферазы (ДНМТ). Их можно разделить на две функциональных группы: метилирующие de novo и сохраняющие метилирование. К сохраняющим метилирование относится ДНМТ 1, которая воспроизводит паттерн метилирования материнской цепи на дочерней при репликации. К метилирующим de novo относятся ДНМТ 3 и ДНМТ 3b, которые добавляют метильную группу на цитозины и не были метилированы ранее [21].

В ядре клетки ДНК структурирована в хроматин. Первым уровнем укладки ДНК является нуклеосома. Нуклеосома представляет собой нуклеотидную последовательность в 147 пар оснований, накрученную на октамер белков гистонов. Среди гистонов выделяют четыре основных (коровых) гистона (H2A, H2B, H3 и H4) и один линкерный гистон (H1). Коровые гистоны составляют октамер в основании нуклеосомы (по две копии каждого из гистонов), а линкерный гистон связывается с ДНК между нуклеосомами и служит для стабилизации более высоких уровней организации хроматина. У каждого из гистонов N-конец аминокислотной последовательности содержит множество сайтов связывания и доступен для модификаций [19]. Посттрансляционные модификации гистонов включают в себя ацетилирование, метилирование, фосфорилирование, убиквитинирование и сумоилирование [22]. Субстратами для этих модификаций являются лизин, аргинин, серин и треонин [23]. Модификации гистонов, в зависимости от типа модификации и позиции, приводят к усилению или ослаблению экспрессии, что предполагает наличие «гистонного кода». Согласно данной гипотезе, специфические модификации гистонов влияют на плотность хроматина и доступность ДНК для факторов транскрипции, что приводит к регуляции экспрессии генов [24]. Эти изменения обратимы, так как модификации могут как добавляться, так и сниматься с гистонов, что делает контроль синтеза мРНК более гибким.

Ацетилирование гистонов обеспечивает доступ к факторам транскрипции и необходимым для синтеза мРНК ферментам к ДНК. Такой эффект объясняется тем, что ацетогруппа (COCH₃) связывается с остатками гистонов, снижая таким образом положительный заряд белков, что в свою очередь снижает плотность компактизации хроматина. Ацетилирование регулируется двумя классами ферментов: гистонацетилтрансферазами, которые добавляют ацетогруппу, и их антагонистами гистондеацетилазами (HDAC) [25]. Эффект метилирования гистонов не столь однозначен, как эффект ацетилирования. Метилирование связывают как с активацией транскрипции, так и с ее подавлением в зависимости от участка связывания. Добавление метильной группы происходит обычно к остаткам аргинина или лизина, а также по этим позициям могут быть добавлены как одна, так и несколько метильных групп. Так, остаток лизина может быть метилирован три раза, а остаток аргинина — два [24]. Катализируют метилирование гистонов гистонметилтрансферазы, а их антагонистами являются гистондеметилазы, снимающие метильную группу. Метилирование гистонов также обратимо, однако более инертно в сравнении с ацетилированием, что делает данную модификацию более стабильной [26].

Эпигенетические изменения, будучи механизмом приспособления к внешним и внутренним воздействиям, участвуют во множестве процессов в организме, в том числе патологических, и эпилепсия не является исключением.

Идиопатическая генерализованная эпилепсия является наследуемой, однако исследование однояйцевых близнецов с данной патологией показало гетерогенность в проявлении заболевания при одинаковом генотипе, что указывает на влияние окружающей среды [27]. В случае височной эпилепсии со склерозом гиппокампа в 50% случаев у пациентов после резекции гиппокампа эпилепсия развивается повторно [28], что может объясняться молекулярными изменениями, приводящими нейроны в проэпилептическое состояние [26].

Несмотря на то что височная эпилепсия не считается генетическим заболеванием, для нее был выявлен паттерн измененной экспрессии генов, участвующих в воспалении, стрессе, синаптической трансмиссии, транспорте ионов, клеточном метаболизме и нейропластичности [29]. Предполагается, что синхронизированная активность нейронов индуцирует изменения в эпигенетическом коде, чем и объясняются специфические паттерны экспрессии при височной эпилепсии [30]. Некоторые модели височной эпилепсии на крысах позволили выявить широкие изменения в метилировании ДНК [31], причем каждая модель имела свою эпигенетическую картину. Несмотря на то что метилирование ДНК коррелирует с экспрессией генов, многие патологические особенности экспрессии не удается объяснить исключительно данной модификацией. Исследование резекционного мозгового материала также показало [32] широкие изменения в метилировании у пациентов с височной эпилепсией со склерозом гиппокампа и без него.

При эпилепсии определенные изменения наблюдаются и в структуре гистонов. Приоритет в изучении изменений гистонов на фоне эпилептической активности принадлежит отечественным ученым. Еще в 1979 г. Р.М. Худоерков и соавт. [33] при помощи гистохимических методов показали изменение окрашивания гистонов в различных отделах мозга (лобно-теменной коре и отдельных ядрах таламуса) при моделировании судорог у крыс. В дальнейшем благодаря накоплению знаний о посттрансляционных модификациях гистонов и созданию специфических антител для выявления этих модификаций появилась возможность для более детального изучения вопроса о роли модификаций гистонов в патогенезе эпилепсии. Тем не менее до настоящего момента даже сведения, полученные в экспериментальных моделях судорог на животных, остаются отрывочными и противоречивыми. Было показано, что судороги, вызванные каинатом, приводят к фосфорилированию серина-10 гистона H3 и ацетилированию гистона H4 в гиппокампе мышей, что коррелирует со всплеском экспрессии ранних генов c-fos и c-jun [34]. Более тщательный анализ с применением методов иммунопреципитации хроматина показал [35], что по крайней мере в некоторых моделях (в том числе пилокарпинового эпилептического статуса) судороги могут приводить к увеличению ацетилирования гистона H4 в одних областях генома (в промоторе гена bdnf) и к снижению его ацетилирования в других областях (в частности, в промотре гена рецептора глутамата GluR2). Экспрессия ферментов, регулирующих эти модификации гистонов, в частности деацетилазы гистонов-2 (HDAC2), по-видимому, может меняться вследствие судорог. Так, серия электроконвульсивных явлений у крыс сопровождалась усилением экспрессии HDAC2 (как мРНК, так и белка) в лобной коре, снижением ацетилирования гистонов H3 и H4 и уменьшением экспрессии генов-мишеней HDAC2, причем была продемонстрирована локализация HDAC2 в областях промоторов этих генов, среди которых особо следует отметить ранний ген c-fos, гены субъединиц NR2A и NR2B глутаматного NMDA-рецептора и протеинкиназы CaMK2α [36]. Интересно, что увеличение уровня HDAC2 в клетках мозга наблюдалось и у пациентов с эпилепсией височной доли [37]. Учитывая сказанное, особое значение в реализации противоэпилептического эффекта придается ингибиторам гистондеацетилаз. В частности, ингибирование HDAC было продемонстрировано для вальпроата [30]. Тем не менее есть серьезные основания полагать, что ингибирование HDAC не имеет большого значения для реализации противоэпилептического эффекта. По крайней мере в эксперименте селективные ингибиторы HDAC не оказывали дозозависимого противосудорожного эффекта [38].

Изучение роли эпигенетических модификаций при фармакорезистентности началось с изучения раковых опухолей [39]. Как и при эпилепсии, фармакорезистентность при онкологических заболеваниях бывает внутренней и приобретенной: в некоторых случаях новообразования изначально не чувствительны к медикаментозному лечению, а в некоторых — развивают эту особенность по мере проведения терапии [40]. Чувствительность к препаратам может быть обусловлена множеством врожденных факторов, однако генная вариабельность не объясняет разнообразия ответов на медикаментозное лечение. Эпигенетические механизмы позволяют регулировать экспрессию генов в зависимости от условий среды и могут влиять на ферменты, транспортеры и рецепторы, участвующие в метаболизме препаратов, обеспечивая более гибкую реакцию [40].

При онкологических заболеваниях, как и при эпилепсии, большую роль при развитии фармакорезистентности отводят мембранному транспортеру P-gp, снижающему вероятность и длительность ремиссии [41]. Повышенную экспрессию этого транспортера, вызванную приемом препаратов, связывают с увеличением ацетилирования гистона Н3 и метилирования его по лизину 4 в локусе гена MDR1. Данные модификации гистона зависят от метилирования самого промотора MDR1 [42]. Также с формированием и развитием раковых опухолей связывают ремоделирование хроматина через работу комплекса SWI/SNF [43]. Изучение роли эпигенетических модификаций в фармакорезистентной эпилепсии начато сравнительно недавно, в связи с чем к настоящему времени проведено недостаточное количество исследований для формулирования полноценной гипотезы о связи эпигенетики с рефрактерной эпилепсией. Однако очевидно, что изучение роли эпигенетических модификаций хроматина в развитии эпилепсии представляет собой задачу большой теоретической и практической важности и может в перспективе обеспечить ключ к пониманию механизмов долговременных пластических перестроек в мозге при эпилепсии, лежащих в основе феномена фармакорезистентности. Без понимания этих механизмов невозможна разработка технологий для преодоления фармакорезистентности.

Исследование поддержано грантом РФФИ № 16−04−01513.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.