Когнитивные нарушения при шизофрении выделены в отдельную диагностическую дименсию и, по некоторым данным [1], могут рассматриваться как предикторы развития психоза. Имеются также данные о связи когнитивных нарушений при шизофрении с изменениями структур головного мозга¹. Более того, субстратом развития когнитивных нарушений при шизофрении считаются такие структурные изменения головного мозга, как уменьшение объема серого вещества и нарушение целостности белого вещества [4]. Данные функциональных методов визуализации головного мозга выявили аномальную нейронную активность при решении когнитивных задач, связанных с функцией рабочей и долговременной памяти, принятием решений и эмоциональным реагированием на соответствующие ситуации [5—8].

На уровне структурных и функциональных коннектомов можно видеть различия взаимодействия нейросетей у больных шизофренией и здоровых. Эти различия особенно заметны при построении динамических коннектомов в состоянии покоя [9, 10] по результатам исследований состояния бодрствующего покоя с помощью функциональной МРТ (фМРТ; resting-state functional magnetic resonance imaging — rs-fMRI) — метода, на который возлагают большие надежды в отношении диагностики и терапии психических заболеваний. Предполагается, что сети покоя могут применяться как биомаркер сохранности когнитивно-аффективной сферы при изучении нейродегенеративных процессов [11, 12].

В одном из самых крупномасштабных исследований шизофрении ENIGMA [13—19] был проведен метаанализ данных, полученных при обследовании 4322 пациентов методом диффузно-тензорной трактографии (diffusion tensor imaging — DTI), по результатам которого были обнаружены специфические изменения в области лучистого венца и мозолистого тела. Речь идет о дисфункциональности олигодендроцитов — клеток, ответственных за миелинизацию аксонов белого вещества и способствующих полноценной проводимости нейронов [20]. Тот факт, что лучистый венец и мозолистое тело входят в кортикоспинальный, кортикопонтальный и кортикоталамический тракты, соединенные связями с лобной областью [21], определяет их роль в когнитивном функционировании. В одной из работ [22] в ходе 5-летнего проспективного наблюдения, выполненного с применением воксельной волюметрии и объемной морфометрии, у 32 больных шизофренией были выявлены изменения структуры мозолистого тела. Однако причины этих изменений остаются неясными.

Изучение молекулярно-генетических основ шизофрении показало, что существенная роль в развитии и прогрессировании этого заболевания принадлежит нарушениям системного иммунного ответа и иммунных процессов в ЦНС, хроническому нейровоспалению. Соответствующие доказательства были получены при изучении постмортального мозга, клинических исследованиях, а также при проведении полногеномных исследований [23—27]. Так, по данным метаанализа, проведенного D. Goldsmith и соавт. [26], было установлено, что при обострении болезни в крови пациентов повышается уровень провоспалительных цитокинов ИЛ-8 и ФНО-α, а также белка острой фазы (C-реактивный белок — СРБ). По данным ряда авторов [25, 26], высокий уровень СРБ ассоциирован с более тяжелым течением шизофрении и последующим снижением когнитивных функций. В настоящее время роль иммунных нарушений в патогенезе шизофрении интенсивно изучается [27]. Описаны пути, по которым иммунные нарушения влияют на процессы нейровоспаления в ЦНС. Речь идет о стимуляции нейровоспаления, когда происходят активный транспорт цитокинов через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), активация окончаний блуждающего нерва в условиях воспалительного микроокружения и повышается секреция цитокинов эндотелиоцитами ГЭБ под воздействием медиаторов воспаления в периферическом кровотоке и др. Нейровоспаление способствует избыточной активации в ЦНС компонента комплемента C4 — одного из медиаторов уменьшения количества синаптических связей у больных. Кроме того, дисбаланс иммунных процессов в ЦНС при нейровоспалении вызывает изменение метаболизма триптофана в сторону увеличения синтеза кинурениновой кислоты (KYNA), действующей как основной эндогенный антагонист NMDA-рецепторов глутамата и способствующей глутаматергической гипофункции у больных. Широко изучается связь между избыточной активацией гуморального иммунного ответа, серологическими признаками нейротропных инфекций, формированием аутоантител к белкам мозга и шизофренией [24]. В литературе также нашли отражение предположения о связи нейровоспаления со структурными изменениями головного мозга [28].

Однако, несмотря на наличие свидетельств роли иммунных нарушений в развитии шизофрении, остается много вопросов, связанных с интерпретацией их места в патогенезе у конкретных больных, в частности в аспекте их сопряженности с функциональными и структурными изменениями головного мозга. В этом отношении большие надежды связывают с дальнейшим использованием разных методов прижизненной визуализации головного мозга.

Цель настоящей работы — поиск связей между результатами функциональной визуализации головного мозга, показателями иммунитета и маркерами воспаления при шизофрении, которые могли бы послужить основой для создания междисциплинарных подходов к диагностике, терапии и прогнозированию течения заболевания.

Материал и методы

Было проведено кросс-секционное, наблюдательное исследование по методу случай—контроль, в которое включили 25 больных шизофренией (15 мужчин и 10 женщин; средний возраст 29,2±6,5 года), составивших основную группу.

Критерии включения в исследование: соответствие психического состояния на момент обследования критериям шизофрении по МКБ-10; информированное согласие на участие в исследовании.

Критерии невключения: тяжелое соматическое заболевание в стадии декомпенсации; признаки злоупотребления психоактивными веществами и алкоголем; беременность; отказ от участия; наличие противопоказаний для МРТ-обследования; обострение инфекционно-воспалительных и аутоиммунных заболеваний в течение 2 мес, предшествующих обследованию.

В группу контроля вошли 13 здоровых сотрудников Психиатрической клинической больницы №1 им. Н.А. Алексеева (Москва), сопоставимых по возрасту и гендерному распределению, не обнаруживающих признаков психических расстройств и не состоящих в родстве с пациентами.

Социально-демографические характеристики изученных выборок больных и здоровых (контроль) приведены в табл. 1.

Таблица 1. Социально-демографические характеристики обследованных обеих групп

Данные, представленные в табл. 1, свидетельствуют об отсутствии различий между группами по социально-демографическим показателям.

В табл. 2—4 приведены клинические данные, характеризующие возрастные особенности больных шизофренией (основная группа) в разные периоды заболевания, их психический статус по показателям разных шкал, в том числе в процессе терапии.

Таблица 2. Показатели течения психического заболевания у больных основной группы

Таблица 3. Психометрические показатели психического статуса пациентов с шизофренией на момент первичного обследования по разным шкалам

Таблица 4. Динамика психического состояния пациентов с шизофренией в процессе стационарного лечения по шкале FAB и МКБ-11, баллы

Сканирование и иммунологический анализ были проведены в период становления ремиссии со значительной редукцией позитивной симптоматики при формировании критики к перенесенному психозу. Редукция позитивной симптоматики происходила на фоне стандартной терапии атипичными антипсихотиками (оланзапин, рисперидон) в эквиваленте 6—8 мг рисперидона в сутки. Обращает на себя внимание значительная редукция психопатологических проявлений с выраженным улучшением в том числе когнитивных функций, однако неполным их восстановлением, что отражено в показателях по шкалам батареи тестов для определения лобной дисфункции (FAB) и подшкале динамики когнитивных расстройств по МКБ-11 (см. табл. 4).

Иммунологический анализ²: определение основных параметров естественного и адаптивного иммунитета, системного уровня ключевых провоспалительных и противовоспалительных цитокинов, а также других маркеров воспаления (СРБ, кортизол, циркулирующие иммунные комплексы — ЦИК), фактора роста эндотелия сосудов А (VEGF-A) с использованием метода иммуноферментного анализа (ИФА), наборов реагентов производства ООО «Цитокин», Россия, Санкт-Петербург (ИЛ-6), АО «Вектор Бест», Россия, Новосибирск (ИЛ-8), «R&D Systems», США, Миннесота (VEGF-A), ООО «ХЕМА», Россия (кортизол, ЦИК, IgA, IgM, IgG).

Для статистической обработки применяли программное обеспечение Exel («Microsoft», США), Statistica 10 («StatSoft», США). Результаты представляли в виде средних величин со стандартными ошибками среднего. Для оценки достоверности различий использовали критерий Манна—Уитни, считая различия между показателями статистически значимыми при p<0,05. Для оценки корреляций использовали коэффициент корреляции Пирсона.

Трактография: диффузионные данные были записаны с помощью метода МРТ (Magnetom Verio) мощностью 3 Тл со следующими параметрами МР-последовательности: TR 13 700 мс, TE 101 мс, FoV 240×240 мм², количество срезов 64, толщина среза 2 мм, размер вокселя 2×2×2 мм³, фактор ускорения (iPAT) 2, расстояние между срезами отсутствовало. Для более точного описания тензора диффузии использовали 64 диффузионно-кодирующих градиента с b-фактором, равным 1500. Для дальнейшей корректировки характерных для эхопланарных последовательностей артефактов искажения (дисторсий) в областях перехода фаз вещество—воздух (в области носовых и лобных пазух) было записано два набора диффузионных МРТ — с противоположными направлениями фазового кодирования (anterior-posterior и posterior-anterior).

Для обработки данных трактографии применяли программные пакеты DiffusionToolkit, TrackVis, DSI-Studio. Связность участков измеряли между районами, определяемыми согласно разметке атласа AAL (Automated Anatomical Labeling).

После сканирования данные из формата DICOM были сконвертированы в формат NIfTI в программе dcm2nii («MRIcron», США). Далее с помощью модуля topup в программе FSL была проведена коррекция артефактов искажений диффузионных данных: осуществлена оценка дисторсий двух наборов данных, построена карта неоднородности магнитного поля томографа, данные скорректированы в соответствии с неоднородностью магнитного поля. Далее в программе DSI Studio скорректированные диффузионные данные были нормализованы в пространство MNI с использованием q-space диффеоморфной реконструкции (QSDR), и была получена функция распределения спина. Также была выполнена дополнительная корректировка артефактов, вызванных движением головы обследуемого и вихревыми токами, возникающими при смене величины и полярности градиентных полей внутри томографа. Для реконструкции трактографических путей использовали детерминированный алгоритм. Угловой порог для реконструируемых трактов был выбран в размере 60°. Пороговая величина анизотропии определялась автоматически в программе DSI_Studio. Тракты с длиной <30 мм исключались из анализа. После этого были рассчитаны матрицы связанности областей головного мозга для пациентов с шизофренией и здоровых контрольной группы в соответствии с AAL.

Все рассчитанные трактографические данные были включены в коннектометрическую базу для изучения эффекта концентрации иммунологических маркеров и степени выраженности шизофрении. Для изучения этих параметров была использована модель множественной регрессии. При анализе пороговое значение Т-критерия равнялось 2. Были получены трактографические пути, коррелирующие с обозначенными выше параметрами. Для удаления ложных связей была проведена 2-итерационная корректировка с учетом топологических особенностей мозга. Пороговое значение FDR равнялось 0,05. Для оценки FDR было осуществлено 2000 случайных перестановок в группе для получения нулевого распределения длины трактов.

Работа получила одобрение Независимого междисциплинарного комитета по этической экспертизе клинических исследований (протоколы №12 от 14.06.17 и №4 от 15.03.19).

Результаты

Анализ полученных данных показал, что, несмотря на наличие клинического улучшения в процессе стационарного лечения, у больных шизофренией в среднем были повышены уровни СРБ, цитокинов ИЛ-6, ИЛ-8, а также имелось повышение содержания ЦИК. Так, уровень СРБ у больных составил 9,47±1,15 мг/л, в контрольной группе — 1,81±1,27 мг/л (p<0,05), ЦИК — 117,3±15,4 и 81,5±8,0 МЕ/мл соответственно (p<0,05). При этом увеличение уровня СРБ имело место у 9 из 25 пациентов основной группы и лишь у 2 из 13 здоровых контрольной группы. Уровень кортизола (рис. 1), провоспалительных цитокинов ИЛ-8 и ИЛ-6 (рис. 2) у больных был также достоверно выше, чем в контрольной группе. Уровень основного иммуноглобулина сыворотки (общий IgG) (13,3±0,7 г/л у больных и 13,3±0,8 г/л у здоровых) и IgM (1,3±0,3 и 1,1±0,2 г/л соответственно) в среднем при шизофрении не менялся. Однако у 5 больных с высоким уровнем общего IgG >16 г/л, по предварительным данным, имела место наибольшая выраженность негативных симптомов (среднее количество баллов подшкал PANSS для оценки негативных синдромов (PANSS-) 35,0±2,2). У 16 больных при уровне IgG=10—16 г/л количество баллов по PANSS- составляло 25,6±2,0 (p<0,01), у остальных пациентов при уровне IgG <10 г/л — 24,4±5,2 (p<0,01). Для подтверждения связи между избыточной активацией гуморального иммунного ответа и клиническими показателями при шизофрении необходимы дальнейшие исследования с увеличением выборки испытуемых.

Рис. 1. Уровень кортизола и циркулирующих иммунных комплексов (нмоль/л) в группе пациентов с шизофренией (n=25) и в контрольной группе (n=13).

Здесь и на рис. 2, 3: * — достоверность различий с контрольной группой p<0,05.

Рис. 2. Уровень ИЛ-6 и ИЛ-8 в группе пациентов с шизофренией (n=25) и в контрольной группе (n=13).

Степень изменений изученных параметров воспаления и гуморального иммунитета свидетельствует о наличии активного системного воспаления у больных шизофренией. Кроме того, у больных был выше контрольных значений уровень VEGF-A (рис. 3), что может свидетельствовать о наличии эндотелиальной дисфункции и других сосудистых нарушений.

Рис. 3. Уровень фактора роста эндотелия сосудов А (VEGF-A) у больных шизофренией (n=25) и в контрольной группе (n=13).

Трактографический анализ показал наличие связей между коэффициентом количественной анизотропии отдельных зон мозга, показателями активации гуморального иммунитета (IgM, IgG, ЦИК), уровнем маркера системного воспаления СРБ и клиническими данными. Так, в обеих группах (больные шизофренией и здоровый контроль) была обнаружена преимущественная положительная корреляция трактов по коэффициенту количественной анизотропии и иммунологическими/клиническими показателями (рис. 4, а, б, на цв. вклейке): IgG — мозолистое тело (83%); ЦИК — правый цингулярный тракт (51%). Отрицательная корреляция трактов по коэффициенту количественной анизотропии и IgM — мозолистое тело (posterior) (100%) (см. рис. 4, в, на цв. вклейке).

Рис. 4. Связь между коэффициентом количественной анизотропии отдельных зон мозга и показателями активации гуморального иммунитета: положительная а — IgG; б — ЦИК; отрицательная в — IgM в обеих группах (больные шизофренией и здоровые).

При проведении корреляционного анализа результатов сканирования головного мозга больных шизофренией была обнаружена положительная корреляция трактов по коэффициенту количественной анизотропии и IgM — мозолистое тело (65%) (рис. 5, а, на цв. вклейке). Выявлена отрицательная корреляция трактов по коэффициенту количественной анизотропии и: IgG — мозолистое тело (37%); СРБ — мозолистое тело (80%) (см. рис. 5, б, в, на цв. вклейке).

Рис. 5. Связь между коэффициентом количественной анизотропии отдельных зон мозга и показателями активации гуморального иммунитета: положительная а — IgM; отрицательная б — IgG; в — СРБ в группе пациентов с шизофренией.

Обсуждение

Известно, что в период экзацербации эндогенных психозов и шизофрении, в частности, имеет место повышение уровня сывороточных провоспалительных цитокинов ИЛ-1β, ИЛ-6, ИЛ-8, ФНО-α с увеличением содержания в сыворотке маркеров активации нейтрофилов (лейкоцитарной эластазы, альфа1-протеиназного ингибитора) [25—27, 29, 30], сывороточного уровня хемокина CCL2, который участвует в миграции моноцитов и клеток адаптивного иммунитета к месту воспаления [31]. Признаки воспалительного ответа в ЦНС выявляются также при исследованиях постмортального мозга — в префронтальной коре у больных повышен уровень мРНК интерферон-индуцируемого трансмембранного белка (IFITM). Одним из эффектов белка IFITM является активация транскрипционного фактора NF-κB — общего медиатора экспрессии генов воспаления [32]. Показано, что в префронтальной коре больных шизофренией повышена экспрессия цитокинов ИЛ-1β, ИЛ-6 и ФНО-α [33]. В результате настоящего исследования были обнаружены признаки выраженного системного воспаления и активация естественного звена иммунитета (высокий уровень провоспалительных цитокинов), а также гуморального иммунного ответа у больных шизофренией, несмотря на проводимую терапию и клиническое улучшение, что требует дальнейшего изучения.

Роль фактора роста эндотелия сосудов VEGF-A и его антагониста sVEGFR1 при шизофрении исследована мало. Известно, что VEGF-A стимулирует пролиферацию, миграцию и выживание эндотелиальных клеток, способствуя ангиогенезу, а также является важнейшим стимулятором воспалительных реакций, регулирует проницаемость сосудов и повышает хемотаксис моноцитов в очаг повреждения [34]. При этом, учитывая убедительные доказательства участия аномалий миелина при шизофрении [35], олигодендрально-эндотелиальные взаимодействия могут вносить существенный вклад в патофизиологию расстройств шизофренического спектра [36]. Следует отметить, что, согласно некоторым данным литературы, на сывороточный уровень VEGF-A могут влиять изменения иммунного ответа. Так, согласно косвенным данным авторов [37], изучавших уровень VEGF-A в сыворотке крови и содержание мРНК ИЛ-6 в крови, между этими показателями имеется слабая (r=0,24) положительная корреляция, также может существовать связь между концентрацией VEGF-A и воспалительным ответом у больных шизофренией. Интересно, что в указанной работе уровень VEGF-A также имел умеренную обратную корреляцию с объемом лобной доли головного мозга (r= –0,4), что может свидетельствовать о неблагоприятной роли нейровоспаления в прогрессировании когнитивных и сосудистых нарушений при шизофрении. Кроме того, этот фактор роста может повышаться при эндотелиальной дисфункции, в том числе эпителия ГЭБ [38, 39].

В настоящем исследовании увеличение уровня VEGF-A у обследованных пациентов с шизофренией сопровождалось лабораторными признаками системного воспаления (повышенные уровни СРБ, цитокинов ИЛ-6, ИЛ-8). Следует отметить, что цитокины ИЛ-6 и ИЛ-8 в высоких концентрациях неблагоприятно влияют на функции микроциркуляторного русла, способствуют окислительному повреждению эндотелия.

Полученные результаты иммунологических исследований свидетельствуют о наличии выраженного воспалительного ответа, а также о возможном развитии эндотелиальной дисфункции у больных шизофренией, что отражалось на снижении когнитивных функций в период острого психоза с последующим их постепенным восстановлением по мере ремиссии.

Отдельного обсуждения заслуживает обнаруженная в настоящем исследовании связь между иммунологическими показателями и коэффициентом количественной анизотропии в области мозолистого тела. Ранее было показано [40], что снижение фракционной анизотропии в области мозолистого тела у пациентов с устойчивой к лечению шизофренией коррелирует с выраженностью позитивной и негативной симптоматики. В связи с этим следует отметить, что в области мозолистого тела [41] обнаруживаются наиболее выраженные функциональные нарушения белого вещества (снижение амплитуды низкочастотных флюктуаций) у пациентов с шизофренией, не получавших лечение, что свидетельствует о важности изменений этой области мозга в прогрессировании заболевания. Согласно данным Y. Cui и соавт. [42], при шизофрении снижение фракционной анизотропии в межполушарных трактах, в том числе в мозолистом теле, характерно для ряда психических заболеваний, включая шизофрению, депрессию и биполярное расстройство, но связи с когнитивной дисфункцией ранее не было прослежено. Однако, несмотря на то что нарушения белого вещества в области мозолистого тела при шизофрении обнаружены в целом ряде работ, до сих пор оставалась малоизученной связь этих нарушений с изменениями иммунологических показателей у больных при наличии когнитивных нарушений в психическом статусе, что препятствовало эффективной трансляции результатов в клинику и их использованию для снижения нагрузки на здравоохранение [37, 43, 44]. В представленной работе впервые продемонстрировано, что изменения коэффициента количественной анизотропии в области мозолистого тела, выявленные при трактографии, проявляют отрицательную корреляцию со значениями ряда иммунологических показателей, включая уровень СРБ, который у больных шизофренией был повышен, уровень общего IgG, повышение которого ассоциировалось у пациентов с когнитивными расстройствами. Таким образом, с учетом данных литературы [25, 27, 45] и собственных данных, указывающих на связь иммунологических показателей с клиническими характеристиками при шизофрении, полученные результаты свидетельствуют о важности изучения маркеров активации гуморального иммунного ответа и системного воспаления в качестве потенциальных маркеров нейрофизиологических изменений у больных шизофренией. В то же время отдельно следует отметить, что в ряде случаев существует асимметрия связи трактов и иммунологических показателей, проявляемых в асимметрии левого и правого (ЦИК для смешанной группы) и передних и задних районов: IgM — отрицательная корреляция для posterior (см. рис. 4, на цв. вклейке), положительная — для anterior (см. рис. 5, а, на цв. вклейке).

Таким образом, в ходе исследования получены данные об особенностях цитокинового профиля и характере основных изменений иммунного ответа при шизофрении, изучена связь сывороточного уровня иммунных и нейробиологических факторов с результатами структурной визуализации у пациентов в зависимости от клинических симптомов и здоровых. Впервые проведено комплексное обследование больных шизофренией, включающее оценку иммунологических показателей и трактографию в сопоставлении с изменениями когнитивных функций, что дало возможность получить новые значимые результаты, на основании которых планируется отбор кандидатных показателей для изучения биологических маркеров ответа на терапию у пациентов с шизофренией. Тем не менее необходимо отметить определенные ограничения исследования, а именно небольшой объем клинической выборки.

Требуются дальнейшие исследования в этом направлении, в частности очень важно комплексное нейрофизиологическое, иммунологическое и клиническое обследование больных в динамике, которое позволит установить устойчивые связи между изучаемыми параметрами, а также клиническое значение изменений, выявляемых у больных при фМРТ и оценке иммунологических показателей, определить возможности внедрения результатов исследований в клиническую практику.

Работа выполнена при поддержке НИЦ «Курчатовский Институт» (НИР «Иммуногенетические стратегии диагностики и терапии шизофрении, приказ №1361 от25.06.19) и частичной поддержке РФФИ (научный проект №17-29-02518).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

---

¹Показано влияние снижения объема префронтальной коры и передней поясной извилины на развитие нарушений эмоционального интеллекта, социального функционирования (что находит отражение в концепции «теории разума» — «theory of mind» [2] или в концепции «когнитивной дисметрии» — «cognitive dysmetria» [3]).

²Забор крови проводился однократно из кубитальной вены утром натощак в период с 8.00 до 8.30 в пробирки с ЭДТА в день сканирования, транспортировка в лабораторию осуществлялась в течение 2 ч при соблюдении требований сохранности материала.