Шизофрения — это многофакторное заболевание из группы нейропсихиатрических расстройств [1], характеризующееся резистентностью к лечению в 36,7% случаев, что свидетельствует о необходимости поиска новых способов терапии болезни [2]. С 1990 по 2019 г. распространенность шизофрении увеличилась на 65% [3] и составила 287 на 100 000 населения (частота встречаемости — 0,287%, или 1:348) [4]. Для разработки новых способов лечения шизофрении необходимо определить молекулярные, генетические и эпигенетические механизмы развития патологии. Это связано с тем, что наследуемость шизофрении, согласно близнецовым методам исследования, составляет 73% [5] — 79% [6]. Однако проведенные исследования ассоциации шизофрении со специфическими генетическими маркерами показали влияние множества полиморфизмов, распределенных по всему геному, многие из которых располагаются вне генов или в их регуляторных и интронных областях. Согласно результатам GWAS на больших выборках больных шизофренией, определено наличие 128 независимых ассоциаций, охватывающих 108 специфических консервативных локусов генома [7]. Поэтому определить роль специфических генов с выраженным эффектом в развитии болезни до сих пор не удается. Чтобы объяснить при этом значительную роль наследственности [5, 6] при шизофрении, можно предположить, что ассоциированные с ней полиморфизмы оказывают свой эффект посредством изменения функциональности и активности ретроэлементов (РЭ), которые располагаются именно в межгенных, интронных и регуляторных областях [8], где находится большинство ассоциированных с болезнью полиморфизмов [7].

РЭ — это специфические последовательности ДНК, способные перемещаться в новый локус за счет обратной транскрипции собственных РНК с их интеграцией. Если РЭ кодируют собственные ферменты для перемещений (обратная транскриптаза и интеграза), то они называются автономными. К ним относятся long terminal repeat — LTR-содержащие РЭ и не содержащие LTR элементы long interspersed nuclear elements — LINEs. Неавтономные РЭ, не содержащие LTR, включают SINE (в том числе Alu) и SVA [9]. Различные РЭ распределены по всем хромосомам, составляя значительную долю (42,44%) генома. Из них LINE занимают 20,67% (наиболее распространены LINE1 — 16,77%, LINE2 — 3,4%), LTR-РЭ — 8,84% (главным образом эндогенные ретровирусы человека — HERV), SINE — 12,78% (наиболее распространены Alu — 10,1% и MIR — 2,65%), SVA — 0,15% [8]. Необходимо отметить, что в ряде клинических и экспериментальных исследований определена патологическая активация различных РЭ при шизофрении.

Активация LTR-РЭ в развитии шизофрении

Наибольшее значение среди РЭ в развитии шизофрении придается HERV, которые в процессе в эволюции были внедрены в зародышевые линии геномов плацентарных млекопитающих около 110 млн лет назад [10]. Еще в 1999 г. при исследовании 3 пар монозиготных близнецов, дискордантных по шизофрении, было выявлено повышенное количество транскриптов, ассоциированных с шизофренией ретровирусов, названных schizophrenia-associated retrovirus 1 — SZRV-1. Это свидетельствует о роли средовых и эпигенетических факторов в активации РЭ при развитии болезни [11]. Возможной причиной дискордантности было инфицирование специфическими вирусами как пусковыми факторами в активации РЭ в головном мозге. Подобные механизмы были описаны при рассеянном склерозе в отношении герпес-вирусов [12] и при нейродегенеративных болезнях в отношении герпес-вирусов и ВИЧ [13]. В то же время развитие шизофрении ассоциировано с инфицированием герпес-вирусами [14] и ВИЧ (частота встречаемости шизофрении у ВИЧ-инфицированных — 6,3%) [15], которые могут оказывать стимулирующий эффект на активацию РЭ в головном мозге [13]. Возможно также влияние других средовых факторов, таких как лекарственные препараты и пищевые продукты. Например, вальпроат у больных шизофренией, по данным исследования образцов головного мозга, повышает экспрессию HERV-W [16]. Сходный эффект, согласно экспериментам на клеточных линиях, оказывает кофеин [17].

Усиленная экспрессия HERV была обнаружена в цереброспинальной жидкости больных шизофренией по сравнению с контролем [18]. В лейкоцитах периферической крови пациентов с ранним дебютом определено повышенное количество инсерций HERV-K115 полной длины, способного к транспозициям, по сравнению со здоровым контролем [19]. Также были определены достоверно более высокие уровни экспрессии HERV у больных шизофренией по сравнению с контролем при исследовании РНК в образцах коры головного мозга: HERV-W [20], HERV-K [21], ERV9 [16]; цереброспинальной жидкости (HERV-W) [18], плазме крови: HERV-W [22], ERV9 [23], HERV-W в мононуклеарах крови [24, 25]. Согласно результатам транскриптомных ассоциативных исследований посмертных образцов головного мозга, было выявлено 1238 HERV с цис-регуляторной экспрессией, в том числе 26 связанных с психическими расстройствами, среди которых 2 сигнатуры экспрессии HERV, специфичные для шизофрении [26].

Достоверные данные о повышенной экспрессии HERV при шизофрении были получены при изучении концентрации их белковых продуктов: в головном мозге — фермента обратной транскриптазы [20] и gag (капсидный белок) [27], в крови — обратной транскриптазы [22], gag и env (белок оболочки) [28, 29]. У больных шизофренией определена также повышенная экспрессия ретровирусного белка syncytin-1 [30]. Проведенный в 2024 г. метаанализ показал наиболее выраженную ассоциацию повышенных уровней РНК и белка оболочки HERV-W с развитием шизофрении [31].

Несмотря на то что HERV являются облигатными компонентами генома человека, их патологическая активация вызывает выработку антител, что может вызывать аутоиммунные реакции, как это было показано в этиопатогенезе рассеянного склероза [32—34]. Мощным активатором врожденного иммунитета является env HERV-W. Он стимулирует продукцию Toll-подобных рецепторов 4 (TLR4), фактор некроза опухоли α ( TNF-α), интерлейкина (IL)-6 и IL-1β моноцитами крови [35]. Стимуляция TLR4 в свою очередь способствует нейродегенерации головного мозга за счет воздействия на фагоцитоз микроглии и продукцию цитокинов [36]. У больных шизофренией были выявлены антиретровирусные антитела в 52% случаев по сравнению с 25% — у здорового контроля [37], антитела к белку pol ERV9 у позитивных в отношении экспрессии HERV пациентов [23]. Соответственно, идентификация данных антител перспективна для диагностики и терапии шизофрении.

Активация LINE и SINE при шизофрении

В норме при развитии головного мозга ретротранспозиции LINE вызывают соматический мозаицизм за счет инсерционного мутагенеза, способствуя дифференцировке нейронов [38] и формированию памяти [39]. Однако по сравнению со здоровыми людьми при шизофрении определено повышенное количество вредных инсерций LINE1 в экспрессируемые гены нейронов дорсолатеральной префронтальной коры головного мозга [40, 41]. Помимо патологических инсерций в головном мозге, на развитие шизофрении могут оказывать особенности распределения LINE1 в геноме всех клеток человека. Многие полиморфные специфические для человека LINE1 не аннотированы в текущей версии генома и поэтому называются «нереференсные LINE1». С помощью секвенирования (NGS) выделенной из клеток крови ДНК был проведен анализ таких инсерций у больных шизофренией. Было выявлено 110 нереференсных полиморфных локусов LINE1 с менделевским наследованием, значительная часть которых была расположена в открытых рамках считывания белок-кодирующих генов, относящихся к путям, участвующим в патогенезе шизофрении [42].

При помощи количественной оценки экспрессии специфических РЭ в головном мозге человека было определено 4687 таких РЭ, главным образом LINE, специфичных для дорсолатеральной префронтальной коры, из которых 1689 РЭ (1484 из них локализованы в интронах 1137 белок-кодирующих генов) дифференциально экспрессировались у больных шизофренией по сравнению со здоровым контролем. Большинство из этих РЭ является примат-специфическими, т.е. эволюционно более молодыми [43]. В дальнейшем в геномах дорсолатеральной префронтальной коры у больных шизофренией было выявлено 38 нереференсных инсерций РЭ (32 Alu, 3 LINE1 и 3 SVA), которые отсутствовали у здорового контроля. Функциональные исследования in silico показали, что 9 из этих 38 РЭ действуют как локусы экспрессии или альтернативного сплайсинга количественных признаков в головном мозге [9].

Помимо LINE, в развитии шизофрении выявлена роль неавтономных РЭ Alu, которые также оказывают воздействие за счет инсерционного мутагенеза и нарушения экспрессии специфических генов. Определено гипометилирование A3 участков CpG AluY в образцах периферической крови у больных шизофренией по сравнению со здоровым контролем [44]. Полиморфизм инсерции Alu в локусе 10q24.32 длиной 339 п.н. (rs71389983) достоверно ассоциирован с шизофренией [45]. В сыворотке крови больных шизофренией определены повышенные уровни Alu по сравнению со здоровым контролем и больными с другими психическими заболеваниями (большое депрессивное расстройство и острое депрессивное расстройство), что позволяет предположить использование данного показателя для дифференциальной диагностики. Определена положительная взаимосвязь между концентрациями Alu, IL-1β и IL-18 [46]. Была выявлена ассоциация инсерций Alu в ген TPA с развитием шизофрении [47].

Механизмы влияния РЭ на развитие шизофрении

Наиболее изучены пути воздействия на патогенез шизофрении HERV, в то время как роль активированных LINE и SINE может быть связана с их инсерциями в новые локусы генома с нарушением экспрессии важных для функционирования головного мозга генов, а также путем изменения уровней произошедших от LINE и SINE специфических микроРНК, как это было показано для нейродегенеративных болезней [13]. Активируемые HERV в головном мозге могут вызывать развитие патологии различными путями, в том числе путем активации воспалительных процессов. Это согласуется с данными анализа результатов GWAS об ассоциации шизофрении с аллельными вариантами генов, вовлеченных в воспаление и иммунные реакции [7, 48]. Экспрессируемый при шизофрении syncytin-1 способствует повышению уровней C-реактивного белка (СРБ), TLR3 и IL-6 в микроглии и астроцитах головного мозга. Определены клеточная колокализация и прямое взаимодействие между syncytin-1 и TLR3 [30].

Белковые продукты HERV являются стимуляторами иммуновоспалительных реакций, что характерно для больных шизофренией [28]. В то же время наибольшая ассоциация повышенных уровней СРБ определена у больных шизофренией с когнитивным дефицитом [49]. В клинических исследованиях показано, что у больных шизофренией повышенные уровни экспрессии HERV-W сопровождаются повышением уровней TNF-α, IL-10, IFN-γ, IL-2 в сыворотке крови по сравнению со здоровым контролем [25]. Повышение уровней IFN-γ в сыворотке крови больных шизофренией обусловлено стимулирующим влиянием белка env HERV-W, который усиливает экспрессию циклической ГМФ-АМФ-синтетазы (cGAS) и белка-стимулятора генов интерферона (STING), а также способствует фосфорилированию интерферон-регуляторного фактора 3 (IRF3) в нейронах. В то же время cGAS взаимодействует с env HERV-W, запуская экспрессию IFN-β и нейрональный апоптоз, вызванный белком env [50]. Повышение IL-1β в сыворотке крови при шизофрении является характерным признаком пироптоза, провоспалительной программируемой клеточной смерти. Была выявлена положительная корреляция между экспрессией env HERV-W и уровнями вовлеченных в пироптоз белковых продуктов генов CASP1, GSDMD, IL1B у больных шизофренией. В экспериментах подтверждено, что env HERV-W способствует активации каспазы-1 и расщеплению гасдермина D, что стимулирует выработку IL-1β [51].

Высокая концентрация белка env HERV-W в головном мозге у больных шизофренией способствует значительному повышению уровней дофамина и индукции экспрессии его рецептора DRD2. Определена также клеточная колокализация env HERV-W с DRD2 и их прямое взаимодействие (усиливает приток натрия через DRD2). Более того, посредством влияния на DRD2 белок env активирует сигнальный путь PP2A/AKT1/GSK3 [52]. Была показана также способность белка env HERV-W стимулировать патологическую экспрессию BDNF [22], ассоциированного с шизофренией [53]. У больных шизофренией белок env HERV-W связывается с рецепторами ASCT-1/2, что приводит к снижению потребления аминокислот, необходимых для нормальной активности нейронов [54]. HERV-W, расположенный в регуляторной области рецепторов-1 GABA, влияет на развитие шизофрении за счет изменения их транскрипции [55]. На особенности экспрессии ассоциированных с шизофренией аллельных вариантов генов C4A и C4B влияют полиморфные инсерции HERV (C4-HERV) в интрон 9. В соответствии с этим различают длинные (со вставкой HERV) и короткие формы генов [56]. Важную роль в патогенезе шизофрении играют 5-гидрокситриптаминовые (5-HT) рецепторы. Была обнаружена отрицательная корреляция между 5-HT4R и env HERV-W при шизофрении. Повышенная экспрессия env HERV-W снижает экспрессию белка 5-HT4R, а также взаимодействует с этим белком [57]. Таким образом, патологическая активация РЭ при шизофрении способствует патологии как за счет нарушения экспрессии специфических для головного мозга генов вследствие инсерционного мутагенеза, так и путем стимуляции иммуновоспалительных реакций и изменения активности рецепторов.

Перспективы лечения шизофрении путем воздействия на РЭ

В периферической крови у больных шизофренией по сравнению со здоровым контролем было определено снижение метилирования сайтов CpG LINE1, приводящее к активации данных РЭ [58]. Особенно выраженное снижение метилирования LINE1 определено у больных с параноидной шизофренией [59]. Уровни метилирования последовательностей HERV-K в периферических лейкоцитах значительно ниже у больных шизофренией с первым эпизодом шизофрении по сравнению со здоровым контролем [60]. Активация LINE1 у больных шизофренией может быть обусловлена нарушением экспрессии ДНК-метилтрансферазы DNMT1, что было показано при исследовании пациентов и подтверждено в экспериментах на мышах [61]. Таким образом, причинами нарушенной экспрессии РЭ в этиопатогенезе шизофрении могут быть изменения эпигенетической регуляции, которые обратимы и могут быть скорректированы с помощью специфических микроРНК. Последние способны ингибировать экспрессию РЭ на транскрипционном и посттранскрипционном уровнях за счет наличия комплементарных последовательностей, как было показано при анализе нейродегенеративных болезней [13]. Специфичность таких взаимодействий обусловлена происхождением микроРНК от РЭ в эволюции [62]. Возможно также применение ингибиторов обратной транскриптазы для подавления инсерционного мутагенеза при шизофрении, поскольку данные препараты показали свою эффективность при боковом амиотрофическом склерозе, также обусловленном патологической активацией HERV [63].

Предполагается использование селективного моноклонального антитела против env HERV, показавшего свою эффективность при лечении рассеянного склероза, в терапии шизофрении [52]. Действительно, при рассеянном склерозе, подобно шизофрении [35], также определяются повышенные уровни антител против белков HERV-W, наиболее высокие при прогрессирующих формах болезни [64]. Для лечения рассеянного склероза во второй фазе клинических испытаний в рандомизированном плацебо-контролируемом исследовании показало свою эффективность моноклональное антитело GNbAC1 (темелимаб) против env HERV-W [32—34]. В экспериментах на мышах искусственное усиление экспрессии env HERV-W, специфичного для человека, вызывало снижение транскрипции ассоциированных с шизофренией генов Ank3, Cacna1g, Setd1a, Shank3. В результате повышалась активность лизин-специфической деметилазы-1 (LSD1) с усилением монометилирования H3K4 и снижением ди- и триметилирования H3K4 в гиппокампе. Фармакологическое ингибирование LSD1 посредством перорального приема ORY-1001 устраняло аномальное метилирование H3K4 и нормализовало когнитивные и поведенческие дефекты у мышей [65].

Заключение

Ассоциированные с болезнью полиморфизмы способствуют развитию шизофрении путем изменения активности и функциональности РЭ, как было описано в результатах ряда клинических и экспериментальных работ. У лиц с наследственной предрасположенностью к шизофрении имеют значение своевременное выявление и устранение провоцирующих развитие болезни средовых факторов, включая применение противовирусных препаратов и коррекцию питания. Перспективны биоинформационные исследования с выявлением локализации РЭ в областях ассоциированных с шизофренией полиморфизмов с целью возможного таргетного воздействия на данные области с использованием специфических микроРНК. В комплексной терапии шизофрении, помимо классической фармакотерапии, назначаемой психиатрами, возможно применение ингибиторов обратной транксриптазы и направленных на белки HERV антител.

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.