Ассоциации сывороточных нейромаркеров с клиническими особенностями болезни Паркинсона

Болезнь Паркинсона (БП) — второе по распространенности нейродегенеративное заболевание с неизученным до конца патогенезом и гетерогенной клинической картиной [1]. Клинической проблемой является невозможность поставить диагноз на ранних, доклинических стадиях заболевания и трудности в прогнозировании течения. Диагностика БП в настоящее время основана на выявлении моторных симптомов заболевания. Однако клиническое значение немоторных симптомов БП широко обсуждается и аргументировано в исследованиях последних лет, показана их высокая частота и значимость для лечения и тактики ведения пациентов [2, 3]. Эффективные лечебные и реабилитационные методики обязательно учитывают индивидуальные характеристики пациента и особенности течения заболевания.

В настоящее время механизмы нейропластичности и нейродегенерации являются предметом пристального изучения, детальное понимание нейробиологических процессов, лежащих в основе развития двигательных расстройств при БП — необходимое условие разработки новых предиктивных моделей на основе современных методов анализа данных.

Мозговой нейротрофический фактор (BDNF) и тромбоцитарный фактор роста (PDGF) типов AA и AB/BB являются биомаркерами с антиапоптотической активностью и способствуют выживанию клеток [4, 5]. PDGF стимулирует пролиферацию клеток, при этом изоформа PDGF-BB способствует восстановлению нигростриарной системы [6]. Нейротрофины играют ключевую роль в развитии нервной системы, влияя на дифференцировку клеток, развитие нейронов, нейрогенез, синаптогенез и синаптическую пластичность, усиливая рост и функционирование пораженных нервных клеток [5, 7]. Было показано, что нейродегенеративные и психоневрологические расстройства частично обусловлены дефектами синаптической пластичности, связанными с недостаточным обеспечением нейронов BDNF и другими нейротрофическими факторами [8, 9].

Катепсин D является аспарагиновой протеазой, участвующей в регуляции воспаления и апоптоза, играет важную роль в лизосомальном внутриклеточном катаболизме, поддержании белкового гомеостаза нейронов, участвует в протеолизе таких патологических белков, как α-синуклеин, β-амилоид и гентингтин, являющихся индукторами нейродегенеративных процессов [10].

Таким образом, оценка комбинации биомаркеров с анти- и проапоптической активностью и немоторных симптомов БП может быть более специфичной и чувствительной для прогнозирования течения данного нейродегенеративного заболевания.

Цель исследования — оценить связь лабораторных биомаркеров, обладающих анти- и проапоптической активностью, с моторными и немоторными симптомами в зависимости от темпа прогрессирования БП.

Исследуемая выборка включала 71 пациента (34 мужчины и 37 женщин), проживающих в Томске и Томской области, с диагнозом БП. Для подтверждения диагноза использовались критерии MDS (Международного общества расстройств движений) [11]. Средний возраст составил 65 (55; 70) лет, средняя продолжительность заболевания — 7 (4; 9) лет, средний возраст дебюта БП — 57 (49; 62) лет, выраженность двигательных проявлений по III части шкалы MDS-UPDRS (Унифицированная шкала оценки болезни Паркинсона Международного общества расстройств движений) — 33 (25; 36) балла.

Пациенты были разделены на три группы, сопоставимые по полу и возрасту, в зависимости от темпа прогрессирования БП: 1-я группа включала 27 пациентов с медленным, 2-я группа — 31 — с умеренным, 3-я группа — 13 — с быстрым темпом прогрессирования заболевания. Темп прогрессирования БП оценивался по времени смены стадий заболевания: 1) быстрый темп, при котором смена стадий происходит в течение 2 лет или менее; 2) умеренный темп, при котором смена стадий происходит в течение 3—5 лет; 3) медленный темп со сменой стадий в течение более 5 лет [12].

Было проведено заполнение индивидуальной регистрационной карты на каждого пациента с подробной оценкой анамнеза, факторов риска, характера дебюта, типа течения, темпа прогрессирования БП, применяемой противопаркинсонической терапии. Стадию БП оценивали по шкале Хен и Яра у каждого пациента, когда он находился в оптимальном состоянии включения. Степень тяжести заболевания определяли по шкале MDS-UPDRS [13]. Оценка немоторных нарушений, качества жизни и повседневной активности у пациентов с БП проводилась с использованием валидизированных опросников. Для оценки аффективных и поведенческих нарушений применялись шкала оценки депрессии Бека (BDI-II) [14], госпитальная шкала оценки тревоги и депрессии (HADS) [15], шкала апатии [16]. Для оценки когнитивных функций применяли Монреальскую шкалу оценки когнитивных функций (MoCA) [17]. Для выявления сонливости использовали шкалу сонливости Эпворта (ESS) [18]. Психотические нарушения диагностировали с помощью Колумбийской шкалы оценки тяжести суицида (C-SSRS) [19], поведенческие — анкеты для оценки импульсивно-компульсивных расстройств при БП с оценочной шкалой QUIP-RS [20], вегетативные — шкалы для оценки вегетативных нарушений у пациентов с БП [21]. Усталость выявляли с помощью шкалы оценки выраженности утомляемости (FSS) [22].

У всех обследуемых брали кровь из локтевой вены утром натощак в пробирки типа Vacuette с активатором свертывания. В качестве исследуемого материала использовалась сыворотка крови. Определение концентрации сывороточных биомаркеров нейродегенерации BDNF, PDGF-AA, PDGF-AB/BB и катепсин D проводили на мультиплексном анализаторе MAGPIX («Luminex», США) с применением xMAP Technology. Данная часть работы была выполнена на базе Центра коллективного пользования «Медицинская геномика» Томского НИМЦ. В исследовании была использована панель HNDG3MAG-36K производства MILLIPLEX MAP («Merck», Дармштадт, Германия). Технология основана на использовании магнитных частиц MagPlex-C microspheres (диаметром от 5,6 до 6,45 мкм), окрашенных двумя флюоресцентными красителями, на поверхности которых локализованы специфичные антитела к исследуемым аналитам. Детектируемая информация обрабатывалась специальным программным обеспечением Luminex xPONENT с последующим экспортом данных в программу для обсчета MILLIPLEX Analyst 5.1. Конечные результаты концентрации биомаркеров в сыворотке крови представлены в пг/мл.

План и проведение исследования соответствовали принципам Надлежащей клинической практики (Good Clinical Practice, GCP) и Хельсинкской декларации. Исследование было одобрено локальным Этическим комитетом ФГБОУ ВО СибГМУ Минздрава России (регистрационный номер №7813 от 27 мая 2019 г.). Обследование, нейропсихологическое тестирование и забор венозной крови у пациентов проводились после подписания информированного согласия.

Статистическая обработка результатов проводилась с использованием пакета прикладных программ Statistica 13.0. Категориальные признаки описаны в виде абсолютных и относительных частот встречаемости (n/N, %), количественные, не соответствующие нормальному распределению, и порядковые — в виде медианы и интерквартильного размаха Me (Q₁;Q₃). Сравнение независимых выборок в случае анализа категориальных признаков выполнялось при помощи критерия χ² с поправкой Йейтса на непрерывность, при наличии ожидаемых частот встречаемости в ячейках таблицы сопряженности <5 применялся точный критерий Фишера. Сравнение нескольких независимых выборок в случае анализа количественных и порядковых признаков проводилось при помощи критерия Краскела—Уоллиса, двух независимых выборок — критерия Манна—Уитни. В случае множественных сравнений результаты корректировались при помощи поправки Бонферрони. Оценка связи количественных и порядковых признаков проводилась при помощи непараметрического корреляционного анализа. Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез принимался равным 0,05 (p — достигнутый уровень значимости).

Демографические и параклинические характеристики исследуемой популяции представлены в табл. 1. Анализ анамнестических данных показал статистически достоверно меньшую длительность заболевания у пациентов в 3-й группе по сравнению с пациентами 1-й группы (p=0,03). Не обнаружено статистически значимых различий групп пациентов с разными темпами прогрессирования БП в отношении факторов, влияющих на предрасположенность к заболеванию, таких как употребление кофе и/или алкоголя, курение и черепно-мозговая травма (ЧМТ).

Таблица 1. Характеристика групп пациентов с БП

Примечание. * — p<0,05 между 1-й и 3-й группами.

Общая клиническая характеристика обследуемых групп пациентов с БП представлена в табл. 2.

Таблица 2. Клиническая и нейропсихологическая характеристика пациентов с БП

При оценке по III части шкалы MDS-UPDRS средний балл в 1-й группе составил 29 (20; 36) и оказался статистически значимо ниже при сравнении с 3-й группой — 35 (33; 36), что свидетельствует о менее выраженных двигательных нарушениях у пациентов с медленным темпом прогрессирования БП по сравнению с быстрым (p=0,04). В то же время достоверной разницы при оценке тяжести моторных симптомов между 2-й и 3-й группами с медленным и быстрым темпами прогрессирования БП не было получено (34 [28; 37] и 35 [33; 36] баллов соответственно, p=0,23), как и при сравнении 1 и 2 и 3-й групп (29 [20; 36] и 34 [28; 37] балла соответственно, p=0,12).

При анализе немоторных проявлений БП в исследуемой популяции установлено, что большинство симптомов преобладало у лиц с быстрым темпом прогрессирования заболевания по сравнению с умеренным и медленным. Установлено, что частота встречаемости апатии у больных с быстрым темпом прогрессирования БП составила 61,5%, тогда как в группах с медленным и умеренным — 7,4 и 19,4% соответственно (χ²=13,1; p=0,001). Согласно данным оценки по шкале HADS, 76,9% пациентов 3-й группы страдали клинически выраженной депрессией, средний балл при этом достигал 13 [12; 16], (χ²=16,4; p=0,002). Аналогичные данные получены при анализе шкалы BDI-II — частота депрессии превалировала у пациентов в 3-й группе — 53,8%, средний балл оказался равен 29 [24; 32] (χ²=18,4; p=0,003). При этом при анализе депрессии наибольшие изменения в зависимости от темпа прогрессирования наблюдались за счет компонента, касающегося когнитивных и аффективных характеристик пациента, связанных с интеллектуальной и эмоциональной активностью. Напротив, показатель соматического компонента депрессии, связанный с физическими, телесными проявлениями, существенно не различался между группами.

Частота встречаемости когнитивных нарушений также отличалась у пациентов рассматриваемых групп: среди лиц с медленным темпом прогрессирования она была достоверно ниже (33,3%) по сравнению с умеренным и быстрым (83,9 и 76,9% соответственно (χ²=16,7; p=0,001).

Сонливость, согласно данным последних исследований, играет важную роль в качестве предиктора темпа прогрессирования БП [22]. Полученные нами результаты не противоречат этому утверждению. Среди пациентов 3-й группы с быстрым темпом прогрессирования БП выраженная сонливость, согласно оценке по шкале ESS, встречалась чаще — 23,1%, по сравнению с другими группами с умеренным и медленным темпом прогрессирования — 12,9 и 3,7% соответственно (χ²=11,0; p=0,01). При оценке доли больных с атаками сна статистически значимых отличий между группами не выявлено. Наблюдалась тенденция к увеличению доли пациентов с данными нарушениями среди обследуемых 2-й и 3-й групп по сравнению с 1-й группой (χ²=3,2; p=0,17).

Несмотря на то что депрессия среди пациентов с БП распространена шире, чем в популяции в целом, суицидальные мысли/попытки не характерны для данной категории больных: 11,3% пациентов упоминали о наличии в анамнезе суицидальных мыслей, только у одного имело место суицидальное поведение. При этом не наблюдалось статистически значимых отличий по полу и темпу прогрессирования БП.

Следует отметить, что не было выявлено различий между группами в выраженности тревоги, усталости, вегетативных нарушений и количестве атак сна.

Анализ сывороточных концентраций нейротрофинов у пациентов с различными темпами прогрессирования БП показал статистически достоверно более высокие уровни BDNF у пациентов с медленным темпом прогрессирования в 1-й группе по сравнению со 2-й и 3-й группами (p_1—2<0,001; p_1—3<0,001). Статистических отличий в группах пациентов с быстрым и умеренным темпами прогрессирования БП не обнаружено (табл. 3).

Таблица 3. Сывороточные маркеры нейродегенерации при различных темпах прогрессирования БП

Сывороточные концентрации изоформ PDGF-AA и PDGF-AB/BB статистически значимо различались во всех трех исследуемых группах и снижались по мере увеличения темпа прогрессирования заболевания. Достоверно более высокие уровни PDGF-AA и PDGF-AB/BB зафиксированы у пациентов с медленным темпом прогрессирования БП, а достоверно более низкие — с быстрым темпом (см. табл. 3). Концентрация катепсина D, играющего значительную роль в поддержании белкового гомеостаза нейронов и участвующего в протеолизе α-синуклеина, являющегося индуктором нейродегенеративных процессов [10], статистически значимо отличалась в сыворотке крови пациентов с БП с медленным и быстрым темпом прогрессирования заболевания (p=0,03).

В исследуемой популяции выявлены статистически значимые положительные корреляционные взаимосвязи: сильная — между сывороточными концентрациями BDNF и PDGF-AA (r=0,72, p<0,001), умеренная — между сывороточными концентрациями BDNF и PDGF-AB/BB (r=0,67, p<0,001). Также уровни BDNF достоверно коррелировали с концентрациями катепсина D (r=0,43, p<0,001), а тромбоцитарные факторы роста, димерные гликопротеины PDGF-AA и PDGF-AB/BB показали сильную корреляционную связь друг с другом (r=0,689, p<0,001).

PDGF представляют собой эндогенные факторы роста, которые встречаются в нескольких различных изоформах [6]. Продукт гена PDGF-B образует биологически активный димер PDGF-BB, который оказывает восстанавливающее действие на дофаминергическую систему как in vitro, так и in vivo. Уровень катепсина D в сыворотке крови пациентов умеренно коррелировал с концентрацией PDGF-AA (r=0,402, p=0,001) и показал слабую корреляционную связь с концентрацией PDGF-AB/BB (r=0,265, p=0,026).

В то же время концентрации BDNF, PDGF-AA и PDGF-AB/BB отрицательно коррелировали со средним баллом оценки депрессии по шкале BDI-II, отражающей депрессивные нарушения. Сильная корреляционная взаимосвязь зафиксирована между количеством баллов по шкале BDI-II и концентрацией PDGF-AB/BB (r=–0,70, p<0,001), умеренная — между количеством баллов по шкале BDI-II и уровнем BDNF (r=–0,63, p<0,001) преимущественно за счет выраженного когнитивно-аффективного компонента (r=–0,63, p<0,001), в меньшей степени за счет соматического (r=–0,48, p<0,001). Аналогичная связь наблюдалась между выраженностью апатии и BDNF (r=–0,48, p<0,001), PDGF-AA (r=–0,470, p<0,001), PDGF-AB/BB (r=–0,460, p<0,001).

Установлены статистически значимые корреляционные взаимосвязи различной силы между баллами импульсивных поведенческих нарушений по шкале QUIP-RS и сывороточными концентрациями BDNF (r=0,500, p<0,001), PDGF-AA (r=0,541, p<0,001), PDGF-AB/BB (r=0,742, p<0,001). Известно, что апатия и импульсивные поведенческие нарушения находятся на противоположных полюсах гипо-гипердофаминергического поведенческого континуума, о чем свидетельствует исследование глубокой стимуляции мозга, при проведении которого у пациентов с импульсивно-компульсивными нарушениями отмечались уменьшение данных расстройств и ухудшение апатии при прекращении лечения агонистами дофамина [23]. Проведенное нами исследование также является подтверждением данной ситуации: существует статистически значимая выраженная корреляционная связь между выраженностью апатии и импульсивно-компульсивных нарушений по QUIP-RS (r=–0,634, p<0,001).

Была обнаружена умеренная положительная статистически значимая корреляционная взаимосвязь между концентрацией BDNF и количественной оценкой среднего балла по MoCA-тесту, отражающему сохранность когнитивных функций (r=0,54, p<0,001). Высокие уровни BDNF в сыворотке крови пациентов с БП положительно коррелировали с баллом оценки по таким разделам шкалы MoCA, как зрительно-пространственные навыки (r=0,62, p<0,001), внимание (r=0,50, p<0,001), ориентация (r=0,36, p=0,001) и называние (r=0,32, p=0,006). В то же время уровни BDNF и PDGF-AA, PDGF-AB/BB отрицательно коррелировали с баллами III части шкалы MDS-UPDRS, отражающими моторные нарушения (r=–0,43, p<0,001; r=–0,36, p=0,002 и r=–0,30, p=0,011 соответственно).

Уровень катепсина D в сыворотке крови пациентов с БП слабо коррелировал с возрастом (r=0,26, p=0,026), длительностью БП (r=0,36, p=0,002), усталостью (r=0,24, p=0,048) и вегетативными нарушениями (r=0,37, p=0,001). Не было выявлено значимых корреляций между уровнем катепсина D и анализируемыми клиническими характеристиками, такими как возраст начала, баллы III части шкалы MDS-UPDRS, выраженность эмоционально-аффективных, когнитивных и поведенческих нарушений. Эти результаты могут указывать на то, что снижение уровня катепсина D у пациентов с БП связано с общим патогенезом БП, определяющим темп прогрессирования БП, а не с клинически специфическим подтипом БП, определяющимся немоторными симптомами.

В настоящее время установлено, что BDNF, PDGF и катепсин D играют важную роль в патогенезе БП через их влияние на выживаемость нейронов и нейропластичность [4—6, 10].

Согласно данным литературы, белки семейства нейротрофинов проникают через гематоэнцефалический барьер, их концентрация коррелирует с сывороточной [24]. Результаты экспериментальных исследований [25, 26] показали положительную значимую корреляционную взаимосвязь между уровнями BDNF в цельной крови и гиппокампе крыс, между уровнями BDNF в сыворотке крови и гиппокампе у свиней, что свидетельствует о том, что уровень нейротрофинов в периферической крови отражает их уровень в головном мозге.

В настоящем исследовании был оценен широкий спектр немоторных симптомов и измерены концентрации BDNF, PDGF и катепсина D в сыворотке крови пациентов с БП с различными темпами прогрессирования заболевания. Скорость прогрессирования неврологической симптоматики при БП является важной детерминантой подтипов данной патологии [27]. В свою очередь совокупный анализ немоторных симптомов и биомаркеров нейродегенерации может способствовать более корректной оценке течения БП, что обеспечит точный прогноз заболевания в клинической практике и окажет помощь в стратификации подгрупп в клинических испытаниях.

Известно, что нейродегенеративные заболевания имеют характерную агрегацию белков как часть патогенеза, а поддержание и регулирование аутофагии важно для содействия деградации агрегатов с целью их предотвращения или замедления прогрессирования болезни [28]. Соответственно, нарушение функции лизосом приводит к накоплению α-синуклеина, обладающего цитотоксичностью. Согласно последним данным литературы, BDNF способствует увеличению плотности и количества аутофагосом в аксоне, а также стимулирует их ретроградный транспорт [5]. В результате проведенного исследования была установлена средней силы положительная взаимосвязь между нейротрофином BDNF и катепсином D, лизосомальным ферментом (r=0,431, p<0,001), что может свидетельствовать об их совместной аутофагической регуляции, изменение которой играет важную роль в патогенезе БП. Кроме того, нами было установлено, что концентрация всех рассматриваемых биомаркеров, BDNF, PDGF и катепсина D, в группе больных с быстрым темпом прогрессирования БП была наименьшей (p<0,001, p=0,001 и p=0,031 соответственно), а выраженность моторных и большинства немоторных симптомов — выше (p=0,023 и p=0,001 соответственно).

БП представляет собой гетерогенное заболевание с различными моторными подтипами: дрожательным, акинетико-ригидным и комбинированным. В зарубежной практике пользуются другой классификацией, выделяя тремор-доминантную форму БП и БП с постуральной неустойчивостью и нарушением ходьбы (PIGD, Postural Instability and Gait Disturbance). PIGD характеризуется злокачественностью течения, более быстрым прогрессированием, коморбидностью с когнитивной дисфункцией и моторными симптомами, которые плохо реагируют на лечение леводопой [29]. Акинетико-ригидная форма БП преобладала у пациентов с быстрым темпом прогрессирования. Нейроанатомически за моторное обучение отвечают моторная и премоторная кора [30], экспрессирующие BDNF. Было обнаружено, что дефицит BDNF влияет на моторную кору и двигательную активность больше, чем на гиппокамп [26]. Эти данные свидетельствуют о том, что корреляция между экзосомальным BDNF и PIGD-подтипом БП (пациентами с быстрым темпом прогрессирования) может отражать связь BDNF с моторными нарушениями.

В настоящее время имеется ряд исследований, подтверждающих, что низкий уровень BDNF в сыворотке крови вовлечен в патофизиологию ряда немоторных симптомов, характерных для БП, а именно депрессивных и когнитивных нарушений [31, 32]. На основании полученных нами результатов, согласующихся с последними данными, можно предположить, что нейротрофины могут быть вовлечены в патофизиологию немоторных симптомов при БП. Так, обнаружена тесная связь между сывороточным BDNF и депрессией, апатией, импульсивными поведенческими нарушениями, когнитивными функциями, моторными нарушениями по III части шкалы MDS-UPDRS. PDGF выполняет множество функций в нервной системе, участвуя в нейрогенезе, нейропротекции, синаптогенезе, модуляции лиганд-зависимых ионных каналов, оказывает нейротрофическое действие на дофаминергические нейроны [4]. Была установлена корреляция между уровнем PDGF и тяжестью двигательных симптомов БП, выраженностью депрессии, апатии, импульсивных поведенческих нарушений. В то же время не было выявлено значимых корреляций между уровнем катепсина D и клиническими симптомами БП, что указывает на связь катепсина D патогенезом БП.

Таким образом, в настоящее время большинство исследований имеет трансляционную направленность и связано с поиском биомаркеров заболеваний, разработкой персонализированных подходов к терапии. Потенциальным преимуществом идентификации широкого спектра немоторных симптомов при БП и биомаркеров для диагностики нейродегенеративных заболеваний является возможность прогнозирования течения и темпа прогрессирования БП, мониторинга ответа на терапию. Накопление информации об идентификации биомаркеров является достаточно сложной и очень важной задачей, так как это помогает не только более точно понять патогенез нейродегенеративных заболеваний, но и выявить людей с данными расстройствами на доклинической стадии болезни, потенциально применять у них болезньмодифицирующую терапию. Различная тяжесть и прогрессирование нейродегенеративного процесса являются важными детерминантами для определения подтипов БП, и, возможно, сывороточные биомаркеры могут быть включены в будущие классификации.

Таким образом, в результате проведенного исследования были прослежены клинико-лабораторные взаимосвязи биомаркеров с анти- и проапоптической активностью в зависимости от темпа прогрессирования БП. Выявлены более высокие концентрации BDNF, PDGF и катепсина D в сыворотке крови пациентов с БП с медленным и умеренным темпом прогрессирования данного нейродегенеративного заболевания и с менее выраженными проявлениями немоторных симптомов, что предполагает лучший клинический прогноз. С учетом выраженной гетерогенности БП число пациентов, участвовавших в данном исследовании, было относительно небольшим. В связи с этим представленные новые результаты, впоследствии подтвержденные на большей выборке пациентов, могут быть потенциально полезны для мониторинга нейродегенерации у данной категории больных, помогут понять патогенез БП, будут направлены на более эффективный контроль и разработку альтернативных методов терапии с целью улучшения выживаемости и качества жизни как самих пациентов с БП, так и их близких.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.