Добрынина Л.А.

ФГБНУ «Научный центр неврологии»

Макарова А.Г.

ФГБНУ «Научный центр неврологии»

Шабалина А.А.

ФГБНУ «Научный центр неврологии»

Бурмак А.Г.

ФГБНУ «Научный центр неврологии»

Шлапакова П.С.

ФГБНУ «Научный центр неврологии»

Шамтиева К.В.

ФГБНУ «Научный центр неврологии»

Цыпуштанова М.М.

ФГБНУ «Научный центр неврологии»

Трубицына В.В.

ФГБНУ «Научный центр неврологии»

Гнедовская Е.В.

ФГБНУ «Научный центр неврологии»

Роль изменения экспрессии генов, ассоциированных с воспалением, при церебральной микроангиопатии с когнитивными расстройствами

Авторы:

Добрынина Л.А., Макарова А.Г., Шабалина А.А., Бурмак А.Г., Шлапакова П.С., Шамтиева К.В., Цыпуштанова М.М., Трубицына В.В., Гнедовская Е.В.

Подробнее об авторах

Просмотров: 1987

Загрузок: 23


Как цитировать:

Добрынина Л.А., Макарова А.Г., Шабалина А.А., и др. Роль изменения экспрессии генов, ассоциированных с воспалением, при церебральной микроангиопатии с когнитивными расстройствами. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2023;123(9):58‑68.
Dobrynina LA, Makarova AG, Shabalina AA, et al. A role of altered inflammation-related gene expression in cerebral small vessel disease with cognitive impairment. S.S. Korsakov Journal of Neurology and Psychiatry. 2023;123(9):58‑68. (In Russ.)
https://doi.org/10.17116/jnevro202312309158

Рекомендуем статьи по данной теме:
Глим­фа­ти­чес­кая дис­фун­кция и на­ру­ше­ния сна: опос­ре­до­ван­ное вли­яние на бо­лезнь Альцгей­ме­ра. Жур­нал нев­ро­ло­гии и пси­хи­ат­рии им. С.С. Кор­са­ко­ва. 2024;(4):7-12
Гин­кго­лид B: ме­ха­низ­мы ней­ро­би­оло­ги­чес­ких эф­фек­тов, пер­спек­ти­вы при­ме­не­ния в те­ра­пии бо­лез­ни Альцгей­ме­ра. Жур­нал нев­ро­ло­гии и пси­хи­ат­рии им. С.С. Кор­са­ко­ва. 2024;(4):22-27
Срав­ни­тель­ная ха­рак­те­рис­ти­ка ней­роп­си­хо­ло­ги­чес­ких и ней­ро­ме­та­бо­ли­чес­ких по­ка­за­те­лей у па­ци­ен­тов с бо­лез­нью Альцгей­ме­ра и со­су­дис­ты­ми ког­ни­тив­ны­ми расстройства­ми. Жур­нал нев­ро­ло­гии и пси­хи­ат­рии им. С.С. Кор­са­ко­ва. Спец­вы­пус­ки. 2024;(4-2):17-24
На­ру­ше­ние вни­ма­ния и уп­рав­ля­ющих фун­кций при со­су­дис­тых ког­ни­тив­ных на­ру­ше­ни­ях и бо­лез­ни Альцгей­ме­ра. Жур­нал нев­ро­ло­гии и пси­хи­ат­рии им. С.С. Кор­са­ко­ва. Спец­вы­пус­ки. 2024;(4-2):25-32
Оцен­ка зна­че­ния рас­ши­рен­ных пе­ри­вас­ку­ляр­ных прос­транств и ноч­ной ар­те­ри­аль­ной ги­пер­тен­зии в раз­ви­тии бо­лез­ни Альцгей­ме­ра. Жур­нал нев­ро­ло­гии и пси­хи­ат­рии им. С.С. Кор­са­ко­ва. Спец­вы­пус­ки. 2024;(4-2):33-40
Из­ме­не­ния элек­тро­эн­це­фа­лог­рам­мы у па­ци­ен­тов с бо­лез­нью Альцгей­ме­ра. Жур­нал нев­ро­ло­гии и пси­хи­ат­рии им. С.С. Кор­са­ко­ва. Спец­вы­пус­ки. 2024;(4-2):72-76
Роль ас­тро­ци­тов, цир­ка­ди­ан­ных рит­мов и «све­то­во­го заг­ряз­не­ния» в па­то­ге­не­зе бо­лез­ни Альцгей­ме­ра. Жур­нал нев­ро­ло­гии и пси­хи­ат­рии им. С.С. Кор­са­ко­ва. 2024;(6):20-25
Им­му­но­ло­ги­чес­кие и ней­ро­ана­то­ми­чес­кие мар­ке­ры ди­на­ми­ки до­де­мен­тных ког­ни­тив­ных расстройств при ней­ро­ре­аби­ли­та­ции. Жур­нал нев­ро­ло­гии и пси­хи­ат­рии им. С.С. Кор­са­ко­ва. 2024;(8):81-91
Под­бор и ана­лиз ста­биль­нос­ти ге­нов «до­маш­не­го хо­зяйства» для транскрип­том­ных ис­сле­до­ва­ний у Danio rerio (Zebrafish) на ран­них ста­ди­ях раз­ви­тия. Мо­ле­ку­ляр­ная ге­не­ти­ка, мик­ро­би­оло­гия и ви­ру­со­ло­гия. 2024;(2):32-38
Ко­ро­нар­ная мик­ро­со­су­дис­тая дис­фун­кция при рев­ма­ти­чес­ких за­бо­ле­ва­ни­ях — что мы зна­ем се­год­ня?. Про­фи­лак­ти­чес­кая ме­ди­ци­на. 2024;(9):138-143

Церебральная микроангиопатия (ЦМА) является главной причиной сосудистых когнитивных расстройств (КР) и смешанных с нейродегенерацией форм, составляя до 45% в структуре деменций [1, 2]. Согласно патоморфологическим исследованиям, смешанные сосудисто-дегенеративные формы являются самыми распространенными и достигают 50% среди деменций [3—5]. Коморбидность двух патологий обеспечивает необратимость патологического процесса и приводит к более выраженным КР [6—8]. Критерии прижизненной диагностики смешанных форм отсутствуют.

Имеются веские свидетельства инициирующей роли церебральной гипоперфузии и повреждения гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) в развитии нейродегенеративного процесса [9, 10]. Установлено, что запускаемый каскад патологических событий способствует нарушению регуляции процессинга и клиренса амилоида-бета (Аβ) с его накоплением в периваскулярных пространствах [6, 11], а также нейровоспалительным реакциям в мозге [12]. Хроническое нейровоспаление с устойчивым присутствием в ЦНС цитокинов, свободных радикалов считается одним из наиболее важных факторов формирования коморбидности сосудистой и нейродегенеративной патологии [13, 14].

Прямые доказательства роли нейровоспаления в развитии как ЦМА, так и болезни Альцгеймера (БА) были получены при гистологических и иммуногистохимических исследованиях мозга экспериментальных животных [15—19], аутопсийных образцов мозга пациентов [20—24], при позитронно-эмиссионной визуализации, свидетельствующей об активации микроглии [8, 25—28].

На особую роль воспаления в развитии ЦМА и БА указывают и генетические исследования. На сегодняшний день повторные полногеномные исследования ассоциаций (Genome-wide association study — GWAS) позволили установить более 44 независимых локусов генетического риска на уровне полногеномной значимости для развития ЦМА [29—37] и более 50 локусов для БА [38—43]. Выявлены изменения в генах, участвующих в воспалении и ассоциированных с ним процессах апоптоза, врожденного иммунитета, регуляции клеточного цикла, везикулярного транспорта и нейропротекции [29, 39]. Параллельно развивается практика комбинированного GWAS-анализа и анализа профиля экспрессии генов на основе клеточных РНК-транскриптов [44].

Однако условия, способствующие коморбидности двух патологий, не установлены. Можно полагать, что одним из них является формирование у пациентов с ЦМА профиля экспрессии генов, ассоциированных с нейровоспалением, значимых для обоих заболеваний. Нами проанализированы результаты проведенных GWAS при ЦМА и БА для отбора устойчиво воспроизводимых конвергирующих при нескольких исследованиях генов, ассоциированных с воспалением и запускаемыми им реакциями, а также циркулирующих маркеров, ассоциированных с поражением сосудистой стенки и мозга при ЦМА. Нами были отобраны 58 генов для создания индивидуальной панели компанией NanoString Technologies (США) и определения их экспрессии при ЦМА с КР разной степени выраженности. Полагаем, что сочетание экспрессии генов, значимых для ЦМА и БА, может быть условием коморбидности двух заболеваний и биомаркером выявления смешанных форм.

Цель исследования — уточнить роль изменения экспрессии генов, ассоциированных с нейровоспалением, при ЦМА с когнитивными расстройствами.

Материал и методы

Пациенты отбирались из базы отдела лучевой диагностики Научного центра неврологии за 2021 г., далее удовлетворяющие критериям включения госпитализировались для дообследования в объеме, необходимом для соблюдения критериев невключения в молекулярно-генетическое исследование.

Среди пациентов, прошедших стандартное МРТ-исследование, были отобраны 76 (средний возраст 61,3±7,6 года; женщин 50%), удовлетворяющих критериям включения в исследование: возраст 46—75 лет; МРТ-изменения головного мозга, соответствующие ЦМА (критерии STRIVE, 2013 г.) с Т2/FLAIR-гиперинтенсивностью белого вещества (ГИБВ) стадии Fazekas 2 и 3; наличие когнитивных жалоб; согласие на обследование в стационаре.

По результатам стационарного обследования для проведения молекулярно-генетического исследования были отобраны 56 пациентов (средний возраст 61,2±7,6 года) в соответствии с критериями невключения: атеросклероз >50%; изменения в ЦСЖ воспалительного, инфекционного происхождения, выявление биомаркеров БА; острый и подострый период малого субкортикального инфаркта (до 3 мес); перенесенная острая инфекция, включая COVID-19, или обострение хронического заболевания за 3 мес до забора крови; декомпенсированная соматическая и эндокринная патология.

На этапе стационарного дообследования из исследования исключены 20 пациентов: 7 человек перенесли острую вирусную инфекцию в период проведения исследования; 10 человек отказались от проведения люмбальной пункции; у 3 — в анализе ЦСЖ выявлены маркеры вероятной болезни Альцгеймера (повышение тау-протеина и снижение бета-амилоида).

Группу контроля составили 20 добровольцев (средний возраст 57,3±6,1 года), сопоставимых по возрасту и полу, без клинических и МРТ-признаков сосудистой и дегенеративной патологии головного мозга.

У всех участников исследования оценивались классические сосудистые факторы риска и их особенности в соответствии с общепринятыми рекомендациями [45]. Оценивался общий когнитивный уровень по Монреальской шкале оценки когнитивных функций (MoCA). Независимость в повседневной жизни определялась по шкале базовой активности (индекс Бартел). Тяжесть КР рассчитывалась по результатам общего когнитивного уровня и независимости в повседневной жизни: субъективные КР (СубКР) — когнитивные жалобы и MoCA ≥26 баллов; умеренные КР (УКР) — MoCA <26 баллов и сохранная независимость; деменция — MoCA <26 с утратой независимости [46]. Дополнительно проводилось тестирование отдельных когнитивных доменов: памяти — тест заучивания 10 слов; компонентов управляющих функций мозга: переключаемость — тест прослеживания пути (Trail Making Test — TMT), ингибирование — тест Струпа на интерференцию.

Всем обследуемым проводилась МРТ головного мозга (Siemens Magnetom Prisma 3 Тл, Siemens AG, München, Германия) в стандартных и 3D Т1-mpr режимах. Оценивались МРТ-признаки ЦМА. Методом повоксельной морфометрии рассчитывались показатели интракраниального пространства: общий объем головного мозга (Total Brain Volume — TBV), объем серого и белого вещества (Gray Matter Volume — GM; White Matter Volume — WM), ЦСЖ (Cerebral Spine Fluid — CSF) (программа SPM12, https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm). Для исключения индивидуальных и половых различий для каждого участника проводилась нормализация оцениваемых показателей на общий интракраниальный объем (Total Intracranial Volume — TIV), которые в дальнейшем использовались для сопоставления.

РНК выделяли из лейкоцитов крови на сорбирующих колонках с использованием наборов MagMAX mirVana Total RNA Isolation Kit (Thermo Fisher Scientific Inc, США) по протоколу, рекомендованному производителем. Степень деградации и концентрацию полученной РНК измеряли на флуориметре Qubit 4 (ThermoFS) с использованием набора Qubit RNA IQ.

Определение экспрессии генов проводилось с использованием платформы NanoString nCounter: образцы РНК помещали в цифровой анализатор nCounter Analysis System, экспрессию РНК измеряли по количеству молекул, связавшихся с зондом, нормированных на концентрацию РНК в образце. Панель для определения экспрессии генов была разработана и изготовлена биотехнологической компанией NanoString Technologies по индивидуальному заказу (CodeSet Design). Включено 58 генов, которые показали конвергирующие результаты в GWAS при ЦМА и БА [29—37, 47—51], а также гены циркулирующих маркеров, ассоциированных с поражением сосудистой стенки и мозга при ЦМА [52—59]. Проводилась кластеризация отобранных генов в функциональные группы (программа STRING, https://string-db.org) на основе оценки различных взаимодействий: совместное присутствие в клеточных компартментах, коэкспрессия, белок-белковые взаимодействия. Названия генов приведены в соответствии с международной номенклатурой (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/guide/human).

Обработку полученных сырых данных, контроль качества, нормализацию и анализ дифференциальной экспрессии генов проводили с использованием программного обеспечения nSolver 4.0. Контроль качества осуществлялся после импорта данных с оценкой следующих параметров: качество визуализации (Imaging QC) >75% поля зрения; плотность связывания (Binding Density QC) в диапазоне значений 0,1—2,25; линейность положительного контроля (Positive Control Linearity QC) >0,95; предел обнаружения для положительного контроля (Positive Control Limit of Detection QC) установлен как 0,5 fM. Нормализация выполнялась на 4 эталонных гена (гены «домашнего хозяйства»), предложенных разработчиками NanoString и включенных в панель: AARS, ASB7, CCDC127, CNOT10.

В ходе анализа полученных результатов из исследования был исключен 21 участник (ЦМА — 12, контрольная группа — 9) по причине недостаточно высокого для анализа качества образцов (качество визуализации <75% поля зрения; плотность связывания <0,1).

Подтверждение результатов анализа дифференциальной экспрессии, полученных на платформе NanoString nCounter, проводили на той же группе пациентов и участников контрольной группы методом ПЦР в реальном времени. Для анализа были отобраны гены, которые показали значимые различия в экспрессии при ЦМА по сравнению с контрольной группой (BIN1, VEGFA). Оценку качества и количества РНК проводили с использованием нормализации по 2 генам «домашнего хозяйства». По количеству копий мРНК в биологическом материале все вышеперечисленные гены имели высокую концентрацию РНК-транскриптов (от 107 до 105 копий мРНК/мл).

Пациенты подписывали информированное согласие на сбор сведений, проведение обследования и обработку персональных данных. Исследование и его протокол были одобрены локальным Этическим комитетом ФГБНУ «НЦН» (протокол №10-6/20 от 27.11.20).

Статистическая обработка проводилась с помощью программного обеспечения IBM SPSS Statistics 26.0 и на языке программирования R v. 4.2.2 с использованием RStudio v. 2022.12.0-353.

Статистический анализ. Основные показатели описательной статистики для категориальных и порядковых переменных — частота и доля (%), для количественных — медиана и квартили или среднее значение и стандартное отклонение (mean±SD). Во всех случаях использовали двусторонние варианты статистических критериев. Нулевую гипотезу отвергали при p<0,05. Сравнительный анализ качественных показателей проводили при помощи критерия χ2 Пирсона или точного критерия Фишера. Проверка гипотезы о нормальности распределения признаков проводилась с помощью критериев Шапиро—Уилка, Колмогорова—Смирнова, а также при помощи построения и оценки частотных гистограмм. Количественные показатели с типом распределения, отличающимся от нормального, оценивали при помощи критерия Манна—Уитни или Краскела—Уоллиса с последующим внутригрупповым попарным анализом по методу Манна—Уитни. Для апостериорных попарных сравнений использовался критерий Манна—Уитни с последующей поправкой Бонферрони на множественность сравнений. Для оценки прогностической ценности изменения экспрессии генов в отношении развития признака проводилась бинарная логистическая регрессия. Адекватность выбранной логистической модели подтверждалась ROC-анализом. С помощью построения ROC-кривых были определены оптимальные пороговые значения экспрессии генов с определением их чувствительности и специфичности для каждого показателя. Визуализация относительного уровня экспрессии исследованных генов проводилась путем построения тепловой карты в RStudio, пакет gplots, где каждая строка соответствует одному наблюдению. При отсутствии значимой взаимосвязи экспрессии генов с наличием КР проверялась гипотеза об опосредующей роли третьих переменных (медиаторов). Использовался каузальный медиаторный анализ в RStudio, пакеты mediation и lavaan, квазибайесовский метод Монте-Карло [60]. Обеспечение удовлетворительной сходимости результатов достигалось использованием 100 000 симуляций [60]. Нормализованные объемные показатели интракраниального пространства были использованы в качестве потенциальных медиаторов связей экспрессии генов (независимая переменная) и балла по MoCA (зависимая переменная).

Результаты

Общая характеристика групп исследования. Характеристика демографических показателей и основных сосудистых факторов риска пациентов с ЦМА и лиц группы контроля представлена в табл. 1.

Таблица 1. Общая характеристика обследуемых основной и контрольной групп

Показатель

ЦМА (n=44)

Контрольная группа (n=11)

Возраст (mean±SD)

61,4±9,2

57,3±9,7

Пол (n, %):

женский

27 (61,4%)

7 (63,6%)

мужской

17 (38,6%)

4 (36,4%)

АГ (n, %)

44 (100%)

4 (36,4%)**

Степень АГ:

1-я степень

4 (9,1%)

2 (18,2%)

2-я степень

14 (31,8%)

2 (18,2%)

3-я степень

26 (59,1%)

0 (0%)

Длительность АГ (n, %)

<10 лет

16 (36,4%)

4 (36,4%)

10—25 лет

18 (40,9%)

0 (0%)

>25 лет

10 (22,7%)

0 (0%)

Кризовое течение АГ (n, %)

21 (47,7%)

1 (9,1%)*

Схема терапии АГ при регулярном приеме (n, %)

33 (75%)

2 (18,2%)**

1 препарат

6 (18,2%)

2 (100%)

2 препарата

12 (36,4%)

0 (0%)

3 и более препаратов

15 (45,4%)

0 (0%)

Сахарный диабет 2-го типа (n, %)

10 (22,7%)

0 (0%)

Гиперхолестеринемия (n, %)

13 (29,6%)

1 (9,1%)

Курение (n, %)

19 (43,2%)

3 (27,3%)

Ожирение (n, %)

17 (38,6%)

3 (27,3%)

Примечание. * — p<0,05; ** — p<0,005.

Группы статистически различались по наличию и тяжести основного фактора риска ЦМА — АГ. У пациентов с ЦМА преобладала АГ 3-й степени, у большинства длительного течения, на постоянной терапии двумя и более препаратами.

Клиническая и МРТ-характеристика пациентов с ЦМА

Все пациенты с ЦМА имели КР. По результатам нейропсихологического тестирования пациенты с КР распределились следующим образом: СубКР — 11 (25%) пациентов, УКР — 21 (47,7%), деменция — 12 (27,3%). Психоэмоциональные нарушения характеризовались наличием субклинической и клинически выраженной тревоги у 58,8 и 41,2% пациентов и субклинической и клинически выраженной депрессии у 55 и 45% пациентов.

У пациентов с ЦМА степень Т2/FLAIR-ГИБВ, оцененная по шкале Fazekas, соответствовала стадии F2 у 10 (22,7%) пациентов, F3 — у 34 (77,3%). 35 (79,6%) пациентов имели лакуны преимущественно в белом веществе головного мозга и в подкорковых структурах, 31 (70,5%) пациент — микрокровоизлияния. Множественные расширенные периваскулярные пространства (ПВП) (>10) выявлялись у всех пациентов как в семиовальных центрах, так и в подкорковых структурах.

Кластеризация исследуемых генов и определение их экспрессии на индивидуальной панели NanoString nCounter

Кластеризация генов, включенных в панель оценки их экспрессии, показала принадлежность к 5 функциональным группам (рис. 1 на цв. вклейке):

Рис. 1. Кластеризация отобранных генов в функциональные группы.

Кластеризация проводилась на основе экспериментальных данных и информации из международных баз данных с умеренным и высоким уровнем достоверности (толщина линий отражает уровень достоверности): 1-я группа (голубой цвет) — регуляция провоспалительных реакций, клеточный и гуморальный иммунитет, оксидативный стресс; 2-я группа (салатовый цвет) — клеточная пролиферация, сосудистая проницаемость и поддержание ГЭБ; 3-я группа (зеленый цвет) — регуляция сосудистого тонуса и ренин-альдостерон-ангиотензиновой системы, гормональный контроль гомеостаза сосудистой стенки; 4-я группа (красный цвет) — коагуляция, фибринолиз и организация внеклеточного матрикса; 5-я группа (желтый цвет) — участие в клеточном метаболизме, в том числе в амилоидогенезе, клиренсе Аβ, внутриклеточная организация; 6-я группа (фиолетовый цвет) — разные функциональные свойства.

1-я — регуляция провоспалительных реакций, клеточный и гуморальный иммунитет, оксидативный стресс;

2-я — клеточная пролиферация, сосудистая проницаемость и поддержание ГЭБ;

3-я — регуляция сосудистого тонуса и ренин-альдостерон-ангиотензиновой системы, гормональный контроль гомеостаза сосудистой стенки;

4-я — коагуляция, фибринолиз и организация внеклеточного матрикса;

5-я — участие в клеточном белковом метаболизме, в том числе в амилоидогенезе, клиренсе Аβ, внутриклеточная организация.

Семь генов с малоизученными функциональными свойствами объединились в изолированный кластер.

Тепловая карта экспрессии 58 отобранных генов у пациентов с ЦМА и лиц контрольной группы представлена на рис. 2 на цв. вклейке.

Рис. 2. Тепловая карта уровня экспрессии генов у участников исследования.

Нарастание интенсивности синей шкалы отражает снижение уровня экспрессии генов, желтой шкалы — повышение уровня экспрессии генов.

Анализ дифференциальной экспрессии генов между пациентами с ЦМА и контрольной группой показал значимое снижение экспрессии генов BIN1 (log2FC=–1,272; p=0,039) и VEGFA (log2FC=–1,441; p=0,038) при ЦМА по сравнению с контролем. Уровень экспрессии (Me [Q25%; Q75%]) гена BIN1 у больных ЦМА составил 3,6 [2,2; 6,5] у.е. против 8,7 [4,3; 12,7] у.е. в группе контроля, VEGFA — 3,5 [2,3; 7,7] у.е. против 9,5 [2,9; 13,4] у.е. соответственно. Прогностическая ценность снижения экспрессии генов BIN1 и VEGFA в отношении развития ЦМА оценивалась с помощью ROC-анализа (рис. 3).

Рис. 3. Изменение экспрессии генов BIN1 и VEGFA при ЦМА и в контрольной группе и их ROC-кривые.

а — снижение экспрессии BIN1 при ЦМА и в контрольной группе; б — снижение экспрессии VEGFA при ЦМА и в контрольной группе; в — ROC-кривые для генов BIN1 и VEGFA.

Пороговые значения и характеристики области под кривой для генов BIN1 и VEGFA представлены в табл. 2. Оба гена показали умеренную предсказательную способность в отношении развития ЦМА. Пороговое значение экспрессии гена BIN1 составило 5,76 у.е. (чувствительность 73%, специфичность 75%). Пороговое значение гена VEGFA — 9,27 у.е. (чувствительность 64%, специфичность 86%).

Таблица 2. Пороговые значения и характеристики области под кривой для генов BIN1 и VEGFA

Ген

Пороговое значение, у.е.

Чувствительность

Специфичность

Площадь под кривой

95% доверительный интервал, границы

p

нижняя граница

верхняя граница

BIN1

5,76

73

75

0,702

0,51

0,89

0,039

VEGFA

9,27

64

86

0,704

0,53

0,88

0,038

Уточнялись связи экспрессии исследуемых генов с развитием КР. Установлены значимые связи снижения экспрессии VEGFA (p=0,011), VEGFC (p=0,017), CD2AP (p=0,044) с наличием клинически выраженных КР (УКР и деменция) (рис. 4).

Рис. 4. Изменение экспрессии генов и КР.

а, б, в — снижение экспрессии CD2AP, VEGFA и VEGFC у обследуемых с клинически выраженными КР (УКР и деменция) и группы контроля; г — связь экспрессии MRPL38 с баллами MoCA через медиатор. Зеленая стрелка — прямая связь, красная стрелка — обратная связь. Сокращения: CSF/TIV — объем ЦСЖ нормализованный на общий интракраниальный объем.

Проводился корреляционный анализ экспрессии генов и результатов когнитивного тестирования. Выявлена значимая прямая корреляционная связь результата тестирования по МоСА с экспрессией VEGFC; теста отсроченного запоминания — с экспрессией BIN1 и VEGFC (табл. 3). Остальные тесты и гены статистически значимых ассоциаций не показали.

Таблица 3. Связь экспрессии генов с результатами когнитивного тестирования (корреляционный анализ Пирсона)

Ген

Балл по MoCA

Тест 10 слов: отсроченное запоминание

BIN1

0,188

0,277*

VEGFC

0,381**

0,293*

Примечание. * — p<0,05; ** — p<0,001.

Для генов, экспрессия которых не показала непосредственных связей с КР (p>0,05), был проведен медиаторный анализ (см. рис. 4). Установлены значимые связи общего балла по МоСА с экспрессией MRPL38 через нормализованный объем ЦСЖ (эффект медиатора 94%).

Обсуждение

Данное исследование оценки экспрессии генов, ассоциированных с воспалением, у пациентов с ЦМА с распространенной ГИБВ стадии Fazekas 2—3 и КР направлено на идентификацию потенциальных молекулярных путей коморбидности заболевания с нейродегенеративной патологией. Исследование проведено на индивидуальной панели NanoString nCounter, которая включила 58 генов, ассоциированных с путями воспаления. Включены гены, показавшие воспроизводимые конвергирующие результаты при повторных GWAS ЦМА и БА, а также циркулирующих маркеров, ассоциированных с поражением сосудистой стенки и мозга при ЦМА. Установлена возможность предикции ЦМА на основе снижения ниже порогового уровня BIN1 и VEGFA.

Связующий интегратор 1 (ген BIN1) — адаптерный белок из семейства амфифизинов (амфифизин II). BIN1 является вторым по значимости после АРОЕ генетическим фактором риска развития БА [61]. Существует несколько изоформ BIN1, отличающихся по функциональным доменам и субклеточной локализации [62, 63]. Они обеспечивают ремоделирование мембран, эндоцитоз и трансцитоз, регуляцию цитоскелета и клеточного цикла и другое [62, 64]. Экспериментально установлено, что BIN1 является ключевым регулятором экспрессии генов микроглии при гомеостатических и воспалительных состояниях [65]. Показаны связь BIN1 с тау- и амилоидной патологией [66, 67], участие в воспалительных реакциях [68], апоптозе [69] и миелинизации [64]. Конкретные механизмы, объединяющие BIN1 и нейродегенеративный процесс, не установлены. Согласно одним исследованиям, общая, нейрональная и глиальная экспрессия BIN1 снижена при БА [63, 64, 70—72], согласно другим — повышена [61, 73], что вероятно может объясняться разнообразием изоформ и их соотношений при экспрессии в различных клетках мозга и крови [63]. В одном из исследований было показано, что гипометилирование промотера BIN1 в клетках периферической крови ассоциировано с преклиническим снижением уровня Аβ и повышением уровня тау-белка в ЦСЖ [74]. Однако эта же группа исследователей показала повышение экспрессии гена BIN1 в периферической крови у пациентов с БА [75].

Влияние изоформ BIN1 на цереброваскулярную функцию не исследовалось [76], и нам не встретилось обсуждение роли BIN1 в развитии ЦМА. Однако, исходя из установленного функционала BIN1, можно предполагать, что при ЦМА создаются условия для его участия в эндосомальном пути Аβ. Хотя ранее на мышиной модели БА было показано, что потеря нейрональной экспрессии BIN1 не влияет на метаболизм Аβ [77], состояние ГЭБ и в целом нейроваскулярной сопряженности при ЦМА может принципиально менять условия метаболизма патологических белков. Установленная в исследовании возможность предикции ЦМА по сниженному уровню экспрессии BIN1 может быть сопряжена с истощением его возможности осуществлять трансцитоз Аβ из головного мозга через ГЭБ в просвет сосуда. Подтверждением данного предположения могут являться результаты проспективного когортного исследования, показавшие на популяции в 75 тыс. человек, что генотип BIN1 rs673383 независимо от сильного АРОЕ ε4 имеет высокий шанс развития сосудистой деменции — 1,71 (95% доверительный интервал (ДИ) 1,18—2,49) по сравнению с 1,42 (ДИ 1,22—1,64) при БА и 1,12 (ДИ 1,04—1,22) при инсульте. Это позволило авторам сделать заключение, что клатрин-опосредованный эндоцитоз при клиренсе Аβ через ГЭБ важен для целостности как мозговой ткани, так и церебральных сосудов [78]. Другим обсуждаемым механизмом участия измененной экспрессии BIN1 в развитии ЦМА может быть установленная для него роль в поддержании нейровоспаления и ассоциированных с ним путей [68, 69]. Нельзя исключить и связь сниженной экспрессии BIN1 с характерными для ЦМА процессами демиелинизации, обусловленными ишемией/гипоксией в зоне стенозированных мелких сосудов и вазогенного отека из-за повреждения ГЭБ [59, 79, 80], как это установлено в отношении рассеянного склероза [64].

Другим установленным геном, сниженная экспрессия которого позволяла прогнозировать ЦМА, был VEGFA. VEGF-A (фактор роста эндотелия сосудов А) является фактором ангиогенеза, регулирующим пролиферацию и миграцию эндотелиальных клеток, проницаемость сосудов [81], а также нейрогенез и синаптическую пластичность [82]. Ранее нами у пациентов с ЦМА на стадии распространенной сливной ГИБВ был выделен МРТ-вариант, соответствующий более тяжелым КР и нарушениям ходьбы, связанный со снижением уровня VEGF-A в крови [83, 84]. Поскольку VEGF-A синтезируется в основном в эндотелии [85], наличие при данном варианте значительного числа лакун в белом веществе и подкорковых структурах позволило предположить связь данного МРТ-варианта с истощением и значимым повреждением эндотелия мелких сосудов [59]. Интерес к изучению VEGF-А при БА возрастает по мере увеличения доказательств инициирующей роли сосудистого повреждения в ее развитии [86]. Установлен антагонизм накапливающегося Аβ с VEGF, угнетающий VEGF-индуцированную миграцию эндотелиальных клеток, ангиогенез, нейрогенез и нейропластичность. Накоплены весомые доказательства связи дефицита VEGF с БА, позволяющие рассматривать восстановление его действия условием устранения синаптической дисфункции при БА [86—88].

Проведенный корреляционный анализ экспрессии генов с результатами когнитивного тестирования выявил значимые прямые корреляции общего когнитивного уровня по шкале MoCA с экспрессией VEGFC и теста отсроченного запоминания 10 слов с BIN1 и VEGFC, а также опосредованные связи — результатов МоСА с экспрессией MRPL38 через нормализованный объем ЦСЖ.

VEGF-C (ген VEGFC) является основным фактором лимфангиогенеза [89] и в меньшей степени ангиогенеза [90]. В последние годы получены многочисленные свидетельства важности VEGF-C для глимфатического и менингеального клиренса лимфы и сдерживания нейровоспаления. Установлена связь повышения уровня VEGF-C со снижением уровней интерлейкина-1β, интерферона-γ и фактора некроза опухоли α и активации микроглии, улучшением клиренса стареющих астроцитов [91], повышением эффективности анти-бета-амилоид-иммунотерапии [90, 92]. В доступной литературе нами не обнаружено исследований по оценке роли VEGF-C при ЦМА и его влияния на развитие КР. Однако установленная нами связь данного пути важна для сохранности когнитивных функций, что полностью соответствует установленной ключевой роли VEGF-C в глимфатическом дренировании мозга и сдерживании нейровоспаления и, следовательно, в нарушении баланса данных процессов при его сниженной экспрессии.

Нами также не найдено сведений и о роли гена MRPL38 в развитии КР, в том числе при ЦМА, в отношении которого получена обратная связь с уровнем MoCA, опосредуемая объемом ЦСЖ. Митохондриальный рибосомный белок L38 (ген MRPL38) является важным компонентом большой субъединицы митохондриальных рибосом, ответственных за сборку белков, необходимых для окислительного фосфорилирования [93]. Точная функция MRPL38 не установлена, но показано, что нарушение митохондриальной трансляции приводит к ряду неврологических заболеваний [94]. Так, обнаружена активация родственного MRPL18 в очагах рассеянного склероза [95], связь с ГИБВ в мозге спонтанно гипертензивных крыс, склонных к инсульту [96]. Медиаторная роль ЦСЖ в установленной обратной связи экспрессии гена MRPL38 с уровнем MoCA, учитывая агрессивность высокой экспрессии гена к белому веществу головного мозга, вероятно, следует рассматривать в рамках высокой сопряженности митохондриальной дисфункции с возраст-зависимыми изменениями в мозге и нейродегенерацией [97], возможно, вследствие атрофии, имеющей обратную связь с объемом ЦСЖ.

Таким образом, установленные в исследовании возможности предикции развития ЦМА по сниженным уровням BIN1, VEGFA и связь клинически значимых КР со снижением уровней VEGFA и VEGFC указывают на значение данных отклонений в прогрессировании заболевания. Высокая значимость связанных с данными генами молекулярных путей для БА указывает на то, что установленные сходные изменения профиля экспрессии этих генов при ЦМА могут быть одним из условий коморбидности ЦМА с нейродегенеративной патологией. Снижение BIN-опосредованного трансцитоза Аβ, антагонистичные отношения последнего с VEGF-А-ангиогенезом и VEGF-лимфангиогенезом, вероятно, являются основными путями, поддерживающими механизмы воспаления при ЦМА.

Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда №22-15-00183 (https://rscf.ru/project/22-15-00183).

The study was supported by the Russian Science Foundation (Grant 22-15-00183; https://rscf</em>.ru/project/22-15-00183).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Подтверждение e-mail

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

Подтверждение e-mail

Мы используем файлы cооkies для улучшения работы сайта. Оставаясь на нашем сайте, вы соглашаетесь с условиями использования файлов cооkies. Чтобы ознакомиться с нашими Положениями о конфиденциальности и об использовании файлов cookie, нажмите здесь.