Уровень провоспалительных цитокинов и фактора роста VEGF у пациентов с болезнью Альцгеймера и мягким когнитивным расстройством

Болезнь Альцгеймера (БА) — наиболее распространенная причина деменции у пожилых. В настоящее время этим заболеванием страдают около 35 млн человек, а к 2020 г. ожидается увеличение их числа до 42 млн [1]. Выделяют две формы БА: с ранним (БАРН) и поздним (БАПН) началом. БАПН нередко предшествует мягкое когнитивное снижение, обозначаемое в англоязычной литературе как «умеренное когнитивное нарушение» — mild cognitive imparment (MCI)1, частота развития которого в БА составляет 15—25% за 2 года [2]. БАРН составляет менее 10% случаев заболевания, однако имеет большое социальное и экономическое значение, поражая относительно здоровых людей трудоспособного возраста [3]. Большинство случаев БАРН генетически обусловлено и связано с мутациями генов белка-предшественника амилоида пресенилина-1 или -2 [4]. При данных мутациях отмечается повышенное образование амилоида-β (Аβ) в ЦНС и других тканях организма. Аβ способствует выраженным проявлениям окислительного стресса, оказывая токсическое действие на митохондрии нейронов [3]. Изменения иммунитета при БАРН остаются малоизученными. Из-за относительно невысокой частоты БАРН большинство иммунологических исследований касается либо БАПН, либо пациенты с БАРН и БАПН рассматриваются вместе. БАПН составляет до 90% случаев БА, для нее характерна ассоциация с наличием генетического полиморфизма АпоЕε4. В патогенезе БАПН большое значение придается длительной активации микроглии (клетка иммунной системы мозга), вызывающей нарастающее повреждение нейронов. В ряде работ [5—8] при БАПН описаны системные изменения иммунного статуса, которые могут свидетельствовать о наличии латентного воспалительного ответа. Эффекторами повреждения и воспаления являются патологически активированные клетки микроглии, вызывающие локальный окислительный стресс за счет секреции провоспалительных цитокинов и других медиаторов воспаления [9—11]. Действие повреждающих факторов может модифицироваться механизмами нейропротекции, к которым относится секреция фактора роста сосудов эндотелия (VEGF) [12—17].

При метаанализе публикаций по исследованию цитокинов при БАПН и MCI был выявлен парадоксальный факт: чем чаще изучается тот или иной из цитокинов, тем более противоречивы результаты исследований [6]. Так, по данным изучения уровня цитокинов в 36 работах, наиболее неоднозначными были результаты по уровням IL-6 и TNFα [18]. Различия в результатах исследований могут быть обусловлены отсутствием учета клинической стадии заболевания, анализом данных без учета раннего и позднего начала БА, гетерогенностью больных [6].

Цель настоящего исследования — определение уровня цитокинов (IFNα, IFNγ, TNFα, IL-2, IL-4, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12, IL-15), антагониста рецептора IL-1β (IL-1RA), а также VEGF и его антагониста, растворимого рецептора (sVEGFR1) в сыворотке крови пациентов с БАРН, БАПН и MCI и связи содержания цитокинов со степенью когнитивных нарушений и клинической формой болезни.

В исследование были включены 20 больных с БА, 9 мужчин и 11 женщин, средний возраст которых был 60±10 лет. Все они наблюдались на стадии умеренной деменции. Были обследованы также 11 пациентов с MCI, 5 мужчин и 6 женщин, средний возраст 74±8 лет.

У 11 пациентов с БА заболевание дебютировало до 65 лет (БАРН), у 9 — после 65 лет (БАПН).

В контрольную группу вошли 22 лица без когнитивных нарушений; их средний возраст был 65±9 лет.

Перед включением в исследование больные и их родственники были ознакомлены с его протоколом и подписали добровольное информированное согласие.

Критериями включения были способность пациента подписать и датировать информированное согласие или присутствие для этой цели его законного представителя; возраст 40 лет и более; диагноз БА в соответствии с критериями NINCDS/ADRDA [19] и оценкой по шкале MMSE ≤26 баллов или MCI амнестического типа в соответствии с операциональными критериями MCI, разработанными R. Petersen и J. Touchon [20], и оценкой по шкале MMSE ≥27 баллов; по шкале Хачински ≤4, а по гериатрической шкале депрессии — ≤10. Критериями исключения были: наличие других неврологических заболеваний (врожденные и/или приобретенные метаболические, а также токсические и лекарственные энцефалопатии, болезнь Паркинсона, мультиинфарктная деменция, инсульт, эпилепсия, инфекционные заболевания, демиелинизирующие и наследственно-дегенеративные заболевания ЦНС); неопластические и/или травматические повреждения головного мозга; системные заболевания; психические болезни; тяжелая органная патология, злокачественные экстрацеребральные опухоли, ВИЧ-инфекция, сахарный диабет в стадии декомпенсации или другие эндокринные заболевания; дефицит фолиевой кислоты и/или витамина В12; алкоголизм и/или лекарственная зависимость; медикаментозная или иная интоксикация; уровень систолического давления >180 мм рт.ст., диастолического — >95 мм рт.ст.

Уровень цитокинов, растворимого антагониста IL-1β — IL-1RA, VEGF и sVEGFR1 в крови определяли методом ELISA на иммуноанализаторе iMARK («Bio-Rad», США). Использовали тест-системы производства ООО «Цитокин», Россия (IFNα, IFNγ, IL-4, IL-6, IL-8, IL-1RA), «BCM Diagnostics», США (IL-12, VEGF, sVEGFR1), «Bender Medsystems», Австралия (IL-2, IL-10), «RayBiotech», США (IL-15) в соответствии с инструкцией производителя.

Для психометрического и нейропсихологического исследований применяли следующие тесты и шкалы: Clinical Dementia Rating (CDR), мини-тест оценки когнитивных функций (MMSE), шкалу лобной дисфункции (Frontal Assessment Battery); тест рисования часов (Clock Drawing Test); Бостонский тест называния (Boston naming test).

Для статистической обработки использовали программное обеспечение Microsoft Excel. Результаты считали статистически достоверными при p<0,05. Для сравнения групповых средних применяли t-критерий Стьюдента, относительных величин — критерий χ2 и для оценки корреляций — коэффициент корреляции Спирмена.

Средние уровни цитокинов, IL-1β, VEGF и sVEGFR1 у 20 пациентов с БА (суммарно при БАРН и БАПН) и MCI представлены в табл. 1. Средние значения этих же показателей, подсчитанные раздельно для пациентов с БАРН и с БАПН, представлены в табл. 2. Как видно из табл. 1, средние уровни IFNα и TNFα у больных с БА достоверно превышали показатели контроля. Показатели TNFα, IL-8, IL-1RA группы пациентов с MCI также были заметно выше таковых в контроле. Средние показатели TNFα и IL-12 у больных с БА были достоверно выше, чем с MCI. Хотя средние показатели IL-15 у больных с БА и MCI достоверно не различались с контролем, его индивидуальные значения у большинства больных с БА и MCI значительно превышали норму. Было также обнаружено, что более чем у ½ больных с когнитивными расстройствами снижено содержание противовоспалительного белка IL-1RA: у 11 из 20 больных с БА (в среднем 31,82±9,61 пг/мл) и 9 из 11 — с MCI (в среднем 24,12±8,0 пг/мл при норме 275,3±64,6 пг/мл, р<0,001). Снижение содержания IL-1RA и невысокий уровень IL-10 выявлены преимущественно у больных с БА с высокой продукцией провоспалительных цитокинов, что может свидетельствовать о недостаточности противовоспалительного потенциала.

Средние показатели при БАРН и БАПН, а также MCI представлены в табл. 2. Из нее видно, что при БАРН уровень TNFα был достоверно выше по сравнению с БАПН и MCI (8,69±2,27, 4,99±0,37, 4,34±0,32 пг/мл соответственно; p=0,039, р=0,015). Кроме того, при БАРН и MCI было достоверно повышено содержание IL-8 (169,5±63,13 и 170,13±62,66 пг/мл соответственно, при норме 15,97±2,00 пг/мл; р<0,02), тогда как при БАПН наблюдалась лишь тенденция к его повышению. Уровень IL-12 как при БАРН, так и БАПН был достоверно выше, чем при MCI. При этом в подгруппе БАРН на фоне повышенных уровней провоспалительных цитокинов содержание противовоспалительного IL-10 было невысоким, а IL-1RA — резко снижено. При исследовании уровня VEGF оказалось, что при БАРН по сравнению с БАПН он был в 2 раза выше (см. табл. 2). В то же время содержание sVEGFR1 при БАРН было достоверно ниже такового при БАПН (см. табл. 2). Такая же картина наблюдалась и у лиц с MCI.

В целом обращала на себя внимание выраженная гетерогенность изученных параметров у больных с БАРН по сравнению с БАПН: среди больных с БАРН была выявлена подгруппа с гиперпродукцией IL-2, IL-6, IL-8, IL-15, IFNα, уровень которых практически в 3 раза отличался от средних значений по группе, что свидетельствует о выраженной активации у них системного ответа и фено- и генотипической неоднородности БА.

В основе патогенеза деменций альцгеймеровского типа лежат нейровоспаление и нейродегенерация. Эффекторами повреждения и воспаления являются клетки микроглии, вызывающие локальный окислительный стресс за счет секреции цитокинов и других воспалительных белков [9—11]. Известно, что воспалительные процессы увеличивают риск развития Б.А. Считают, что ряд цитокинов периферической крови посредством активации nervus vagus и других механизмов может активировать микроглию. В настоящем исследовании было изучено содержание провоспалительных цитокинов в системном кровотоке, их взаимосвязь с клиникой БА и MCI. Мы также исследовали содержание IL-1RA, IL-10, IL-4, VEGF и sVEGFR1.

Цитокины — ключевые сигнальные белки регуляции иммунитета и многих параметров гомеостаза, продуцирующиеся иммунными и вспомогательными клетками (эндотелио-, астроциты, клетки микроглии головного мозга и др.). Эффекты цитокинов разнообразны, зависят от многих факторов (репертуар белков окружения, состояние иммунных клеток и т. д.), особенно их локальной или системной концентрации. По экспериментальным данным, избыточное количество провоспалительных цитокинов оказывает повреждающее действие на нейроны и угнетает когнитивные функции. Таким образом, изменение системного содержания цитокинов может быть одним из триггеров нейровоспаления и служить его маркером.

По результатам работы была выявлена высокая вариабельность в содержании цитокинов не только у больных с MCI (это ожидалось, так как группа представлена пациентами с разнородной патологией), но и с БА. В целом оказалось, что у ½ больных с БА были повышены уровни IFNα, TNFα, IL-8, IL-12, IL-15.

Какое же значение могут иметь повышенные уровни данных цитокинов при нейродегенеративной патологии? TNFα — макрофагальный белок острой фазы, способный вызывать апоптоз клеток-мишеней. После взаимодействия с рецепторами на мембране клеток он может активировать каскад воспалительных реакций и апоптоз. Предполагают, что TNFα — один из ключевых белков нейровоспаления и повреждения нейронов. Известно, что Аβ индуцирует апоптоз нейронов с участием рецептора TNFα [21]. Кроме того, TNFα может повышать синтез Аβ, снижать его клиренс, увеличивать эксайтотоксичность глутамата и гиперфосфорилирование тау-белка [22, 23]. В одном из исследований [24] было показано, что TNFα стимулирует продукцию NO и свободнорадикальные процессы. По данным нашего исследования, его уровень был достоверно повышен при БА по сравнению с МCI, причем более высокие показатели наблюдались у пациентов с БАРН. Большой интерес вызывает также обнаружение высоких концентраций IFN-α у ½ больных с БА и МCI. Роль IFN-α в развитии деменций альцгеймеровского типа изучена мало, но предполагается его участие в воспалении. Также можно думать о вирусном генезе существенного повышения IFN-α в крови.

При БА и МCI нами было выявлено повышение уровня IL-8, мощного медиатора острого и хронического воспаления, усиливающего хемотаксис фагоцитов и продукцию активных форм кислорода. Предполагают участие ИЛ-8 в хронизации воспаления. Его экспрессия может стимулироваться Аβ. При Б.А. находили повышение уровня IL-8 в цереброспинальной жидкости, а по данным одного из исследований [25], в сыворотке крови. Также нами были обнаружены различия между исследованными группами в содержании IL-12: у больных с БА оно оказалось достоверно выше такового при МСI. IL-12 является мощным стимулятором синтеза IFN-γ. В экспериментах на животных этот цитокин оказывал неблагоприятное действие на мозг за счет стимуляции продукции IFNγ клетками микроглии и Т-клетками. У мышей линии APPPS1, предрасположенных к БА, отмечается повышенная секреция IL-12 микроглией. По предварительным данным [26], полиморфизмы генов IL-12A и IL-12B, определяющие более низкую продукцию цитокинов, уменьшают вероятность Б.А. Таким образом, повышение уровня IL-12 при БА может иметь отношение к прогрессированию нейродегенерации.

Важным цитокином, обладающим многообразными функциями, является IL-15, однако данных о его содержании при БА чрезвычайно мало. Он обеспечивает жизнеспособность и активность клеток противовирусной защиты, а в ЦНС усиливает активацию микроглии и астроцитов, продукцию цитокинов. При этом в эксперименте показано, что в физиологических концентрациях IL-15 обладает нейропротективными функциями, снижает образование NO и блокирует апоптоз нейронов [27]. Оказалось, что более чем у ½ наших больных с БА и МCI уровень IL-15 был повышен. Наиболее высокие его показатели наблюдались у пациентов с увеличенным содержанием других провоспалительных цитокинов.

Весьма важным для понимания иммунных аспектов патогенеза БА являются результаты исследования противовоспалительных белков. В норме активная продукция воспалительных белков ограничивается увеличением содержания противовоспалительных. Так, IL-1RA блокирует IL-1, уменьшая его воспалительные эффекты, а IL-10 ингибирует продукцию всех провоспалительных цитокинов и угнетает свободнорадикальные процессы. У наблюдаемых нами больных с БА, несмотря на повышенный уровень провоспалительных цитокинов, отмечалось снижение уровня IL-1RA и невысокие показатели IL-10 и IL-4. Обнаруженная недостаточность противовоспалительных белков может иметь прямое отношение к патогенезу болезни и развитию нейровоспаления.

Большой интерес в отношении механизмов развития БА представляют VEGF и sVEGFR1. Нами обнаружено, что их уровни различались у больных с БА с ранним и поздним началом и с МCI. Так, у больных с БАПН содержание VEGF было низким, а sVEGFR1 — высоким. VEGF стимулирует пролиферацию, миграцию и выживание эндотелиальных клеток, способствуя ангиогенезу. Кроме того, он является важнейшим стимулятором воспалительных реакций, регулирует проницаемость сосудов и повышает хемотаксис моноцитов в очаг повреждения. Мощным индуктором экспрессии VEGF является окислительный стресс [14, 15]. В то же время было показано, что VEGF, накапливаясь в амилоидных бляшках, связывается с амилоидом и нейтрализует его действие [12, 17]. Также имеются данные, что высокий уровень VEGF в цереброспинальной жидкости уменьшает риск развития БА [13]. sVEGFR1 является антагонистом VEGF и оказывает противовоспалительный и антиангиогенный эффекты [16]. Он продуцируется многими типами клеток, что определяет его участие в большом количестве физиологических и патологических реакций. Полученные нами данные об уменьшении уровня VEGF при БА с поздним началом могут свидетельствовать о нарушении компенсаторного ответа клеток на окислительный стресс и повышение Аβ.

Таким образом, исследование показало достоверное различие БА, в том числе с ранним и поздним началом, и МCI по уровню ключевых воспалительных цитокинов (IL-8, TNFα, IL-12), содержанию VEGF и sVEGFR1, а также противовоспалительных белков (с дефицитом последних у лиц с высоким уровнем воспаления). Эти данные свидетельствует о фено- и генотипической неоднородности заболевания и подтверждают необходимость дальнейшего изучения иммунных механизмов патогенеза БА.

Конфликт интересов отсутствует.