Шизофрения относится к заболеваниям, которые связаны с широким диапазоном изменений во многих биологических системах организма, что позволяет рассматривать ее как мультисистемное расстройство [1]. В пользу этого свидетельствуют данные генетических исследований, которые выявили относящиеся к разным системам гены, связанные с шизофренией, как в анализе ассоциаций с генами-кандидатами, так и на полногеномном уровне [2]. Одной из важнейших задач является понимание взаимодействия генетических факторов и биологических изменений, связанных с конкретной системой, при шизофрении или ее клинических проявлениях.
В настоящее время эта задача представляется особенно актуальной в отношении иммунной системы, важная роль которой в патогенезе шизофрении становится все более очевидной, что отражается в большом количестве оригинальных исследований, обзоров и метаанализов [3, 4]. Этому способствовали важнейшие фундаментальные открытия последнего десятилетия, существенно изменившие взгляд на воспаление, которое стало рассматриваться в качестве ключевого участника развития не только инфекционных, но и большинства хронических неинфекционных заболеваний ЦНС, включая шизофрению [5, 6]. Вовлеченность воспаления в патофизиологию шизофрении подтверждается, в частности, выявлением повышенного уровня воспалительных маркеров в цереброспинальной жидкости и сыворотке крови пациентов [7, 8], корреляциями между уровнем этих маркеров и остротой и тяжестью заболевания [9], результатами модельных экспериментов на животных, свидетельствующих, что с активацией воспаления как в мозге, так и в системном кровяном русле ассоциированы поведенческие нарушения, отклонения в эмоциональной и когнитивной сферах [10]. Процесс нейровоспаления связан с активацией микроглии — основных иммунокомпетентных клеток мозга. Активированная микроглия синтезирует повышенный уровень провоспалительных цитокинов, вызывающих нейротрансмиттерный дисбаланс, дисфункцию митохондрий и снижение нейропластичности [11]. Помимо провоспалительных цитокинов, активированная микроглия синтезирует большое количество цитотоксических молекул, таких как активные формы кислорода (АФК), азота (АФА) и др. Избыток нейротоксических метаболитов приводит к изменению структуры ДНК, белков и липидов мембран, что снижает эффективность клеточных механизмов, способствует эксайтотоксичности, агломерации белков и нейродегенерации [12].
Вместе с тем процесс нейровоспаления не является специфичным для шизофрении, он рассматривается так же как важнейшее патогенетическое звено других заболеваний, таких как аффективные и аутистические расстройства, болезнь Альцгеймера, лобно-височная деменция, болезнь Паркинсона и др., т.е. процесс нейровоспаления, реализуясь в мозге по универсальным молекулярным механизмам, ассоциирован с различной клинической симптоматикой при различных заболеваниях. Это позволяет предположить, что неспецифический процесс воспаления/нейровоспаления соучаствует с другими, генетически уязвимыми процессами, в формировании специфической для каждого заболевания симптоматики. При шизофрении предположительно воспалительные реакции способствуют усилению генетически уязвимых патофизиологических механизмов, связанных с нейродегенеративными и нейротрансмиттерными нарушениями, что находит отражение в формировании клинически значимой симптоматики заболевания, в частности позитивных и негативных психопатологических расстройств [13]. Можно предположить, что особенности функционирования самой иммунной системы при шизофрении определяется специфическими генетическими механизмами. В связи с вышесказанным, в настоящей работе проведен анализ генетического вклада и ассоциированных с ним процессов в аспекте возможной связи с позитивными и негативными расстройствами, а также с факторами иммунной системы.
Молекулярно-генетические исследования свидетельствуют, что среди всего массива ассоциированных с шизофренией генов могут быть выделены их варианты (полиморфизмы), определяющие преимущественно развитие позитивных или негативных расстройств, а также «общие» психопатологические расстройства при шизофрении. Изучение генетических факторов, лежащих в основе клинических проявлений шизофрении, в основном базируется на результатах работ, в которых выявлены генетические варианты риска этого заболевания. Исходя из того, что шизофрения клинически гетерогенна по своей природе, предполагается, что варианты риска вносят вклад и в вариативность ее симптомов. Это предположение подтверждено результатами большого количества исследований [14—16], часть которых была направлена на гены-кандидаты, т.е. гены, связанные с функционированием биохимических систем, имеющих отношение к патогенезу шизофрении. Это прежде всего гены нейротрансмиттерных систем: гены, участвующие в синтезе, нейротрансмиссии и катаболизме дофамина и серотонина, а также гены рецепторов глутамата и гамма-аминомасляной кислоты. Также интерес представляют гены нейротрофических (нейротрофический фактор головного мозга — BDNF) и транскрипционных (транскрипционный фактор из семейства E-белков — TCF4) факторов, гены, связанные с нейроразвитием (ген, нарушенный при шизофрении, — DICS1, ген цинк-пальцевого белка 804A — ZNF804A), гены, которые выполняют регулирующие функции в головном мозге, среди которых можно отметить гены микроРНК, а также ген, кодирующий дисбиндин (DTNBP1), который играет роль «хаба», участвуя в большом количестве функций, связанных с нейроразвитием и нейропластичностью [17]. Однако имеющаяся информация о вариантах перечисленных групп генов указывает на то, что они связаны как с позитивными, так и с негативными симптомами, т.е. формируют общую базу для их развития.
Поиск генов, специфичных для каждой из групп симптомов, пока не позволяет сделать какое-либо однозначное заключение. В целом можно отметить, что количество генов, ассоциированных с позитивными симптомами, меньше, чем с негативными. Согласно данным литературы, исключительно с позитивными симптомами связаны гены казеинкиназы и циклинзависимой киназы, при этом для этих генов ранее показана ассоциация с неврологическими заболеваниями (болезнь Паркинсона) [18], а также ген множественной лекарственной устойчивости 1 (MDR1), который обеспечивает перенос различных соединений через мембрану клетки [19]. О генах, специфически связанных с негативными симптомами, сообщается гораздо чаще. В эту группу можно включить гены, кодирующие переносчики моноаминовых нейротрансмиттеров через мембрану, — SLC39A13, SLC6A4, SLC6A12 [15], гены окситоциновой системы [20, 21], ген металлопротеиназы 9 [22]. Недавно были опубликованы данные о специфической связи с негативными симптомами полиморфизмов в гене, связанном с синдромом ломкой X-хромосомы (FXR1), который ранее был выявлен как ген риска шизофрении по данным полногеномного анализа ассоциаций [2], и в регулирующем его гене киназы гликогенсинтазы-3 (GSK3β) [23]. Отдельно следует остановиться на генах иммуновоспалительной системы. Судя по количеству публикаций, эти гены чаще связаны с негативными симптомами, чем с позитивными. О связи с негативными симптомами сообщается для интерлейкинов IL-6 [24], IL-28B [25], а также фактора некроза опухолей альфа (ФНО-α) [26]. В исследовании C. Fabbri с соавт. [27] идентифицирован ассоциированный с негативными расстройствами полиморфизм (rs75059851) в гене IGSF9B, который входит в суперсемейство иммуноглобулинов 9B. Другой путь для дифференциации генетических предпосылок позитивных и негативных симптомов предполагает анализ данных на уровне не только отдельных генов, но и функциональных путей, в которых эти гены могут быть задействованы. Этот подход был реализован при биоинформатическом анализе баз данных полногеномного анализа симптомов шизофрении и базы по функциональной экспрессии генов [28]. Выявлены хромосомные участки, гены и биохимические пути, общие и специфичные для негативных и позитивных симптомов. При анализе результатов полногеномного анализа для негативных симптомов такой участок был обнаружен на хромосоме 22 (22q11), его маркером являлся однонуклеотидный полиморфизм rs1153415, а для позитивных симптомов выявлен полиморфизм, обусловленный инсерцией/делецией на хромосоме 12 (chr12:118441149:D). Исследование на уровне отдельных генов выявило несколько наборов генов, общих и специфичных для симптомов шизофрении. Важным выводом этой части работы является то, что гены, в более сильной степени связанные с негативными симптомами, могут вносить вклад и в развитие позитивных симптомов, в то время как гены, которые в основном связаны с позитивными симптомами, более специфичны для последних. Дальнейшее исследование функциональной роли генов по базе данных Gene Ontology [28] показало, что общими для позитивных и негативных симптомов являются гены, в основном представленные в категории «нейрональные проекции», далее следовали категории, относящиеся к процессам постсинаптического переноса, развитию дендритов, обонятельной луковицы и конечного мозга. При анализе на уровне биохимических процессов обнаружена их специфичность для каждого типа симптомов: для негативных симптомов наиболее сильная связь выявлена с процессом направления аксонов (axon guidance), а также с иммунными процессами (передача сигналов ИФН-α/β и цитокинов иммунной системе и регуляция передачи сигналов ИФН-α). Для позитивных симптомов обнаружена связь с фенотипами, характерными для различных аддикций, что можно объяснить тем, что в развитии позитивных симптомов и аддикций важную роль играет дофаминергическая нейротрансмиссия. На основании этих результатов авторы предположили, что позитивные симптомы, по сравнению с негативными, связаны с нарушением функционирования в более широком диапазоне областей головного мозга. В пользу генетической специфичности симптомов свидетельствует и исследование, в котором был проведен полногеномный анализ большой качественной с точки зрения анализа симптомов выборки больных. Показано, что клиническая гетерогенность шизофрении может быть обусловлена различными наборами генов (генетической архитектурой), а также обнаружены наборы генов, связанные с отдельными симптомами, подтипами шизофрении (позитивная и негативная), с тяжестью и типом течения болезни [29]. Таким образом, современные генетические исследования свидетельствуют о наличии вариантов генов, специфичных для негативных расстройств, при этом на основании приведенных выше данных можно предположить, что специфически связанными с негативными симптомами шизофрении могут быть гены иммунной системы.
Известно, что негативные симптомы отличаются гетерогенностью, что убедительно обосновано в работах отечественных и зарубежных исследователей [30—32]. Для изучения этой гетерогенности были предприняты попытки выявления феноменологических характеристик, которые могут различать подгруппы шизофрении. Один из подходов предусматривает классификацию пациентов на дефицитарную и недефицитарную шизофрению [33]. Дефицитарная шизофрения отличается стойкостью негативных симптомов и неблагоприятным исходом болезни. Другой подход использует выделение независимых дименсий негативных симптомов на основе факторного анализа. Наибольшее признание к настоящему времени получила модель, предусматривающая выделение двух факторов: абулии-апатии (АА) и экспрессивного дефицита (ЭД) [34]. Субдомены АА и ЭД клинически различаются между собой. Симптомы в субдомене АА связаны с ухудшением функционирования, большей продолжительностью нелеченого психоза и несоблюдением режима лечения. Симптомы в субдомене ЭД более стойкие во времени, чаще отмечаются на ранних стадиях заболевания и связаны с большей продолжительностью его продромальной фазы, чем симптомы в субдомене AA [35].
Предполагается, что в основе гетерогенности негативных симптомов лежат разные патофизиологические механизмы. Дефицитарная шизофрения отличается от недефицитарной по выраженности когнитивных нарушений, электрофизиологическим и нейроморфологическим показателям, неврологической симптоматике [33]. Молекулярно-генетическим исследованиям связи генов иммуно-воспалительной системы с дефицитарной шизофренией посвящена только одна публикация, в которой обнаружено повышение частоты определенного аллеля в полиморфном локусе rs3116496 гена CD28, кодирующего экспрессирующийся на T-лимфоцитах мембранный белок. Этот белок участвует в костимуляции, необходимой для активации T-клеток, а также обеспечивает костимулирующий сигнал, приводящий к выработке провоспалительных цитокинов [36].
Клинические проявления субдоменов негативных симптомов АА и ЭД также могут иметь различную нейробиологическую основу. В пользу этого свидетельствуют пока единичные работы, в которых проведено сравнение субдоменов по нейропсихологическим [37] и нейроморфологическим показателям [38]. Опубликованы предварительные данные об избирательном эффекте некоторых лекарственных препаратов на симптомы этих субдоменов [39]. Также выявлена их дифференцированная связь с некоторыми иммунологическими показателями. D. Goldsmith и соавт. [40] обнаружили, что уровень ФНО-α у больных с дефицитарной шизофренией коррелировал с выраженностью симптомов, входящих в субдомен ЭД, таких как «притупленный аффект» и «алогия». Эти результаты получили подтверждение в недавней работе, в которой оценивали концентрации ИЛ-6, ФНО-α и С-реактивного белка в процессе лонгитюдного лечения больных шизофренией миноциклином и сравнивали их с выраженностью симптомов субдоменов АА и ЭД [41]. Была найдена значимая корреляция между ФНО-α и ЭД к 12-му месяцу наблюдения, а также связь на уровне тенденции между ИЛ-6 и АА. Авторы работы отмечают, что такая дифференциация представляется контринтуитивной, поскольку ИЛ-6 и ФНО-α относятся к провоспалительным цитокинам, и объясняют полученное противоречие тем, что эти цитокины связаны с разными воспалительными реакциями. ИЛ-6 оказывает плейотропное действие, включая воспалительное действие за счет транс-сигнализации через его растворимый рецептор, и в то же время противовоспалительное действие через мембраносвязанные рецепторы и классические сигнальные пути. Поэтому повышенные уровни ИЛ-6, связанные с острыми симптомами (субдомен АА), могут отражать соответствующую противовоспалительную реакцию на провоспалительный статус или дисбаланс между ними. Связь ФНО-α, продуцируемого преимущественно макрофагами, моноцитами и T-клетками, с ЭД объясняется тем, что симптомы этого субдомена являются более стойкими и могут появиться после хронической слабой активации макрофагов и ее влиянием на развитие нервной системы [42].
Приведенные данные указывают на необходимость дальнейших исследований в этом направлении, при этом актуальным представляется включение в них молекулярно-генетической составляющей. До сих пор связь между генетическими вариантами цитокинов и субдоменами негативных симптомов не изучали. Предположительно полиморфизмы генов провоспалительных цитокинов ИЛ-6 и ФНО-α, а также противовоспалительных интерлейкинов ИЛ-4 и ИЛ-10, расположенные в области промотора, т.е. влияющие на экспрессию этих генов, могут быть дифференцированно связаны с субдоменами АА и ЭД. Предварительные исследования показали, что полиморфизмы генов ИЛ-6, ИЛ-10, С-реактивного белка ассоциированы с субдоменом АА, но не с ЭД [43]. Также можно предположить, что генетические варианты, которые могут усугублять воспалительный ответ, связаны с большей выраженностью симптомов, включенных в субдомен AA. Это аллели с более высокой экспрессией генов, кодирующих провоспалительные цитокины, и аллели с более низкой экспрессией генов, кодирующих противовоспалительные цитокины.
В аспекте изучения особенностей функционирования иммунной системы при шизофрении заслуживают внимание также недавние работы, в которых предприняты попытки связать с иммунной системой совокупность генов риска шизофрении, выявленную с помощью полногеномного анализа ассоциаций. Так, с использованием биоинформатического подхода показано, что эти гены взаимодействуют с эпигенетической активацией регуляторных элементов не только в клетках головного мозга, но и в T-клетках, в особенности стимулированных цитокинами CD4+ [44]. Авторы предполагают, что обогащение генетическими вариантами риска в этих клетках влияет на иммунный ответ, что приводит к хроническому периферическому воспалению низкой степени выраженности, наблюдаемому при шизофрении. В другой работе выявлена сниженная активность ассоциированных с шизофренией генов в эмбриональном мозге мыши при активации материнского иммунитета инфекционными агентами [45].
Таким образом, представленные данные свидетельствуют, что формирование психопатологической симптоматики шизофрении обусловлено сложными и разнообразными генетическими факторами, связанными с различными функциональными и метаболическими путями на разных этапах онтогенеза. Несмотря на то что в настоящее время генетический базис основных патофизиологических проявлений шизофрении — позитивных и негативных симптомов, в значительной степени остается неизвестным, современный уровень исследований все же позволяет идентифицировать некоторые общие и уникальные для позитивных и негативных расстройств ассоциации. Данные генетических исследований также свидетельствуют о наличии различных патофизиологических механизмов, лежащих в основе гетерогенности, в частности негативных симптомов. В целом приведенные данные поддерживают предположение о соучастии воспаления и других генетически уязвимых процессов в формировании позитивных и негативных расстройств шизофрении, при этом генетические механизмы, в том числе «локусы риска» связаны с различными метаболическими путями и процессами, которые отличаются от универсальных механизмов реализации нейровоспаления. На основе результатов анализа также представляется вероятным положение о том, что определенные локусы генов, связанных с иммунным ответом, также могут влиять на особенности формирования психопатологической симптоматики и различных фенотипов шизофрении.
В заключение следует отметить, что на основе этого взгляда на формирование психопатологических симптомов шизофрении может быть создан новый исследовательский подход в рамках перехода к так называемому глубокому фенотипированию, которое, по определению P. Robinson [46], представляет точный и всесторонний анализ фенотипических аномалий, при котором наблюдаются и описываются отдельные компоненты фенотипа. Развитие этого направления важно для решения задач точной медицины (precision medicine), ставящей своей целью обеспечение наиболее эффективной для конкретного пациента терапии путем стратификации заболевания на подклассы с учетом их биологической основы. Очевидно, что глубокое фенотипирование актуально для изучения такого крайне гетерогенного с клинической точки зрения заболевания, как шизофрения. Иммунологическое и молекулярно-генетическое исследование субдоменов психопатологических симптомов представляется одним из первых шагов в этом направлении.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.