Пискунов А.К.

ФГБНУ «НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко», Москва

Никитин К.В.

ФГБНУ «НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко», Москва

Потапов А.А.

НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко РАМН, Москва

Клеточно-молекулярные механизмы развития лучевого повреждения мозга: могут ли быть обнаружены периферические биомаркеры?

Журнал: Журнал «Вопросы нейрохирургии» имени Н.Н. Бурденко. 2015;79(1): 90-96

Просмотров : 13

Загрузок :

Как цитировать

Пискунов А. К., Никитин К. В., Потапов А. А. Клеточно-молекулярные механизмы развития лучевого повреждения мозга: могут ли быть обнаружены периферические биомаркеры?. Журнал «Вопросы нейрохирургии» имени Н.Н. Бурденко. 2015;79(1):90-96. https://doi.org/10.17116/neiro201579190-96

Авторы:

Пискунов А.К.

ФГБНУ «НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко», Москва

Все авторы (3)

1. Введение

Исследованиями последних лет было показано, что поздние, оставленные во времени лучевые повреждения мозга являются основной причиной развития осложнений лучевой терапии. На гистологическом уровне были описаны сосудистые аномалии, демиелинизация и необратимый некроз белого вещества [5]. В настоящее время общепризнано, что мозг является основным дозолимитирующим органом в клинической радиотерапии [Wong, van der Kogel, 2004]. Согласно классической точке зрения, поздние лучевые повреждения мозга являются следствием снижения пролиферативной способности глиальных клеток либо клеток эндотелия. Частота развития радионекроза, согласно разным исследованиям, составляет от 3 до 24% [4]. Наименьшая встречаемость отмечена при стандартной фракционированной 60 Г.терапии [52], наибольшая — при применении стереотаксической радиохирургии [Marks и соавт., 2010]. Как правило, отдельно рассматривают когнитивные нарушения как последствие лучевой терапии. Спустя 6 мес после фракционированной лучевой терапии, когнитивные нарушения описываются у 50—90% нейроонкологических пациентов [41]. Согласно результатам клинических испытаний [36], когнитивный дефицит является вторым по значимости фактором (после выживаемости), влияющим на качество жизни пациента после лучевой терапии. Примечательно, что когнитивный дефицит может быть обнаружен в отсутствие каких-либо морфологических изменений в ткани мозга [Shai и соавт., 2006].

Острый радиационный синдром (дни—недели) и ранне-отставленные (до 6 мес) повреждения носят транзиторный характер и поддаются терапии кортикостероидами. В отличие от них, поздние лучевые повреждения необратимы и прогрессируют во времени, что составляет одну из основных проблем клинической радиотерапии. Задача осложняется тем, что в настоящее время практически невозможно предсказать индивидуальную чувствительность пациента к лучевому воздействию, которая может варьировать от сверхчувствительности до резистентности, и в соответствии с этим скорректировать дозу или режим облучения. Кроме того, лучевой некроз может быть клинически неотличим от продолженного роста опухоли и, таким образом, возникает необходимость в разработке методов дифференциальной диагностики.

В настоящее время не существует неинвазивных биохимических маркеров лучевого повреждения мозга. В то же время экспериментальные работы, проведенные в последние 20 лет, позволили выявить новые клеточно-молекулярные механизмы, запускаемые в ткани мозга при воздействии ионизирующего излучения. Можно ожидать, что ключевые молекулы этих механизмов смогут быть обнаружены в периферической крови и, таким образом, стать биомаркерами воздействия ионизирующего излучения на ткань мозга.

2. Молекулярные механизмы, инициируемые ионизирующим излучением

Мозг, как и любая другая среда, поглощает энергию ионизирующего излучения. В результате поглощения происходят процессы ионизации и возбуждения атомов. Ионизирующий эффект оценивается приблизительно в 105 электронов на грей на клетку [67]. Ионизация вызывает образование свободных радикалов — атомов с неспаренными электронами, обладающих высокой реакционной способностью. Свободные радикалы вступают в реакции с молекулами мозга, приводя к их повреждению или структурным изменениям [61]. Сигнальные каскады, вызванные ионизирующим облучением, запускаются в двух пространственно разделенных компартментах клетки: а) ядерном — процессы, вызванные повреждением ДНК, что приводит к остановке клеточного цикла с целью облегчить репарацию цепей, и б) цитоплазматическом, где происходит лиганднезависимая активация рецепторных тирозинкиназ, которая опосредована ингибированием активности протеинфосфатаз под действием активных радикалов кислорода.

2.1. Ядерные процессы: репарация двойных разрывов ДНК

События в ядре клетки, вызванные ионизирующим излучением, включают обнаружение двойных разрывов цепочки ДНК, привлечение белков репарации в область разрыва и последующую остановку клеточного цикла [62]. В случае, если разрывы ДНК не поддаются репарации, происходит запуск апоптоза. Ключевую роль в этих процессах играют две протеинкиназы семейства PI3K: мутантная киназа атаксии-телеангиэктазии (АТМ) и родственная ей протеинкиназа ATR [37]. ATM и ATR активируются при привлечении в область разрыва и фосфорилируют множество субстратов, среди которых белки клеточного цикла и ферменты репарации ДНК [22]. Наследственный дефект ATM наблюдается при аутосомном рецессивном заболевании атаксии-телеэгназии, связанном со сверхчувствительностью к ионизирующему излучению вследствие малоэффективной репарации ДНК. С другой стороны, усиленная активация фосфорилированной формы ATM может наблюдаться в стволовых клетках глиомы, обусловливая устойчивость последних к воздействию ионизирующего излучения [73, 74].

В случае глиобластом, по данным некоторых авторов [52], совместное применение алкилирующего агента темозоломида (ТМЗ) пятикратно увеличивает риск развития радионекроза, повышая чувствительность ткани к радиационному воздействию. Репарационный фермент О6-метилгуанин-ДНК-метилтрансфераза (MGMT) в свою очередь защищает ДНК от воздействия алкилирующих агентов, таких как ТМЗ. Метилирование промотора ингибирует транскрипцию фермента, повышая чувствительность ткани к воздействию лучевой терапии [25]. Таким образом, определение статуса метилирования MGMT может быть одним из методов оценки радиочувствительности и риска развития лучевого некроза.

Успех процессов репарации двойных разрывов ДНК в конечном итоге определяет, выживет ли клетка, либо подвергнется апоптозу. Запуск процессов апоптоза или некроза происходит не сразу, а лишь по прошествии 3—4 циклов деления, во время которых в клетке осуществляются попытки репарации ДНК [66]. В последние годы фармакологическое ингибирование репарации ДНК рассматривается в качестве стратегии радиосенситизации опухолевых клеток [62].

2.2. Цитоплазматические процессы: активация рецепторзависимых тирозинкиназ

По сравнению с процессами в ядре клетки цитоплазматические события, вызванные радиацией, гораздо более разнообразны. На начальных этапах происходит усиление генерации свободных радикалов кислорода и азота при участии митохондрий [8]. Свободные радикалы ингибируют тирозин-протеинфосфатазы, в результате чего происходит «растормаживание» активности рецепторных тирозинкиназ (РТК) независимо от присутствия лиганда [15]. РТК фосфорилируют ряд белков, тем самым инициируя большое число внутриклеточных каскадов, среди которых лучше всего описан сигнальный путь рецептора эпидермального ростового фактора (EGFR). Активация этого пути приводит к пролиферативному и провоспалительному ответу клетки. Известно, что внеклеточный фрагмент рецептора может быть определен в крови доступным иммуноферментным методом [27]. Таким образом, можно предположить, что уровень рецептора в крови может коррелировать с радиочувствительностью. В настоящее время мало известно о степени биологической вариации EGFR в здоровой ткани мозга, однако было показано, что молекулярные подтипы глиом значительно различаются уровнем экспрессии данного рецептора [30].

2.3. Конвергенция ядерных и цитоплазматических сигнальных путей

Как повреждение ДНК, так и активация тирозинкиназных рецепторов приводят к активации ряда транскрипционных факторов (ТФ), которые в свою очередь инициируют транскрипцию генов [11]. Среди всех ТФ, активируемых ионизирующим излучением, наиболее изучены NFkB и STAT3 [2, 44]. В экспериментальных работах было показано, что активация этих ТФ является ключевым моментом в инициации нейровоспаления и во многом определяет радиочувствительность клетки [1]. Активированные Т.Ф. транслоцируются в ядро, взаимодействуют с промоторными регионами ДНК, усиливая экспрессию генов-регуляторов клеточного цикла (циклин D1), ангиогенеза (VEGF) [44], перестройки внеклеточного матрикса и инвазии (MMPs), а также огромного количества регуляторов нейровоспалительного ответа (TNF-α, IL-1, IL-6, IL-8, COX2, CXCR4) [6, 40]. Многие авторы сходятся во мнении, что именно нейровоспаление играет ведущую роль в механизмах повреждающего действия ионизирующего излучения на ткань мозга [1].

3. Клеточные механизмы лучевого повреждения мозга

Как было описано выше, эффекты радиации в мозге опосредованы как генерацией активных радикалов кислорода, так и инициацией апоптоза при невозможности репарации двойных разрывов ДНК в течение нескольких клеточных циклов. Таким образом, наиболее чувствительными к радиации оказываются активно делящиеся клетки, а также клетки, богатые кислородом, — в ЦНС это олигодендроциты, эндотелий сосудов и различные клетки-предшественники. Поэтому, согласно классической точке зрения, лучевое повреждение мозга обусловлено именно повреждением эндотелиальных клеток и митотической гибелью олигодендроцитов. На протяжении долгого времени существовало определенное противостояние между сторонниками глиальной и васкулярной теорий развития отставленных во времени лучевых повреждений мозга. В экспериментальных работах показано, что гибель как олигодендроцитов, так и эндотелиальных клеток может приводить к развитию лучевого некроза. В настоящее время, однако, становится понятно, что в реальной патогенетической ситуации развитие лучевых повреждений мозга не может быть связано исключительно с митотической гибелью или повреждением определенного типа клеток, но является результатом комплексного и динамического взаимодействия между различными клеточными субпопуляциями мозга: микроглией, нейронами, астроцитами, олигодендроцитами и клетками эндотелия. Более того, развитие когнитивных нарушений может происходить независимо от цитоморфологических повреждений [61].

3.1. Эндотелий

Как уже было отмечено, многие авторы рассматривают повреждение эндотелия как ключевое звено развития лучевых повреждений мозга. Сторонники васкулярной гипотезы ссылаются на большое количество экспериментальных работ, показавших, что радиация вызывает истончение стенок сосудов мозга, структурные изменения капилляров и снижение числа эндотелиальных клеток [4, 50]. Показано, что клинически релевантные дозы ионизирующего излучения приводят к изменению проницаемости гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) вследствие нарушения баланса между экспрессией металлопротеиназ и их ингибиторов, деградации коллагена IV типа, изменения экспрессии VEGF, ангиотензинов-1 и 2 [34; Won Hee Lee и соавт., 2012]. В то же время известно, что радионекроз может развиваться в мозге в отсутствие микрососудистых изменений [54]. Кроме того, показано, что ряд веществ (агонисты рецептора активации пролиферации пероксисом-гамма, ингибиторы ангиотензин-конвертирующего фермента) предотвращают развитие когнитивного дефицита у крыс при воздействии радиации, но не влияют на вызванные облучением сосудистые изменения [72]. Таким образом, отставленные во времени лучевые повреждения мозга не могут объясняться исключительно повреждением эндотелия.

3.2. Олигодендроциты

Принято считать, что повреждение клетки-предшественника олигодендроцитов приводит к неспособности ткани мозга заменять погибшие олигодендроциты, что в конечном счете вызывает демиелинизацию и некроз белого вещества. Действительно, показано, что однократные дозы более 3 Г.или фракционированные дозы выше 4,5 Г.вызывают прогрессирующее снижение числа олигодендроцитов в мозге крысы в течение 24 ч после облучения [28]. Эти данные соответствуют наблюдаемой в клинической практике ранней транзиторной демиелинизации и острому радиационному синдрому, но никак не объясняют позднее развитие лучевого некроза, которое происходит спустя месяцы после терапии. Более того, показано, что прогрессирующие когнитивные нарушения у пожилых крыс, развивающиеся под влиянием той же дозы, не сопровождаются ни снижением числа олигодендроцитов, ни истончением миелиновых волокон, ни уменьшением их числа [58]. Таким образом, связь между повреждением олигодендроцитов и развитием радиационного повреждения мозга не столь однозначна, как предполагалось ранее.

3.3. Астроциты

По количеству астроциты составляют примерно половину всех глиальных клеток мозга и в 4 раза превышают число нейронов в мозге человека [Hansson, 1988]. Ранее считалось, что астроциты выполняют преимущественно структурно-поддерживающую функцию, однако сейчас становится понятно, что эти клетки представлены гетерогенной популяцией, играющей важную роль также в модуляции синаптической передачи, регуляции нейрогенеза, дифференцировке различных клеток-предшественников [55]. Кроме того, вкупе с эндотелиальными клетками астроциты обеспечивают целостность ГЭБ [21]. В ответ на ионизирующее излучение происходит активация астроцитов, что сопровождается усилением секреции кислого глиального фибриллярного белка (GFAP), циклооксигеназы и молекулы внеклеточной адгезии-1 (ICAM1), обеспечивающей инвазию сторонних иммунокомпетентных клеток, таких как лейкоциты [68, 75]. Секреция GFAP усиливается как в острой, так и в хронической фазе лучевого повреждения мозга [55]. Поскольку известно, что GFAP обнаруживается в периферической крови при ряде патологических состояний ЦНС [14], его можно также рассматривать как один из потенциальных биомаркеров ионизирующего воздействия на ткань мозга.

3.4. Микроглия

Микроглией представлено около 12% всех клеток мозга [17]. Являясь гомологом макрофагов, в неактивированном состоянии клетки микроглии выполняют роль «мониторов гомеостаза» [60]. Радиация, как и любой другой повреждающий стимул, вызывает активацию микроглии, что сопровождается значительным изменением формы этих клеток, их пролиферацией и приобретением секреторного фенотипа. Активированная микроглия является одним из основных регуляторов нейровоспалительного ответа, секретируя целый ряд медиаторов: TNF-α, IL-1, IL-6, MCP1, ICAM1 [20, 33]. Усиление экспрессии этих медиаторов обнаруживается на уровне как гена, так и белка [29]. Можно ожидать, что на фоне изменения проницаемости ГЭБ вышеперечисленные медиаторы могут быть обнаружены в крови, отражая процессы нейровоспаления и активации микроглии в ответ на лучевое воздействие.

3.5. Нейроны

Ранее считалось, что нейроны резистентны к лучевому воздействию вследствие неспособности этих клеток к делению. В настоящее время, однако, показано, что в ответ на ионизирующее излучение в нейронах происходят значительные изменения в экспрессии субъединиц NMDA-рецепторов, нарушение глутаматергической передачи и процессов долговременной потенциации [38, 65]. Эти механизмы крайне важны для реализации процессов синаптической пластичности и мышления, нарушение которых является одним из наиболее тяжелых последствий лучевого воздействия на мозг. Интересно, что описанные нарушения в активности нейронов, по всей видимости, не связаны ни с изменением их числа, ни с уменьшением количества, ни со степенью миелинизации их отростков [58].

3.6. Взаимодействие клеточных субпопуляций

Одним из наиболее интригующих вопросов в области изучения лучевого воздействия на мозг является сильно отставленная во времени манифестация наиболее тяжелых последствий ионизирующего облучения на мозг: лучевого некроза и когнитивных нарушений. Для решения этих задач разными исследователями была проведена серия долговременных работ, в которых оценивалась экспрессия ряда генов и белков в различные периоды вплоть до многих месяцев после воздействия ионизирующего излучения [43, 63]. В частности, в экспериментальном исследовании M. Moravan и соавт. [43] оценивали экспрессию ряда молекул нейровоспаления: ICAM1, TNF-α, GFAP, ССL2. Для большинства соединений был выявлен схожий паттерн экспрессии: раннее (часы—сутки) усиление, затем снижение и снова подъем на более поздних этапах (6 мес — 1 год). При этом значительно менялась морфология клеток, экспрессирующих эти молекулы. В первые часы после облучения экспрессия наблюдалась преимущественно на мелких сосудах, а на поздних этапах — на клетках, имеющих секреторный фенотип. Наиболее «раннее» вторичное усиление экспрессии наблюдалось у GFAP. В это же время, через 30 дней после облучения, впервые было отмечено усиление экспрессии MHC-II, являющегося маркером активации микроглии [43].

Таким образом, можно предположить, что переход нейровоспаления в хроническую фазу происходит за счет смены популяции клеток, «ведущих» воспалительный ответ: от эндотелия сосудов к астроцитам и затем, на самых поздних этапах, к микроглии. Известно, что белки, отражающие активность этих клеток, могут выделяться в кровь при нейровоспалении, и таким образом могут рассматриваться как потенциальные маркеры различных этапов лучевого повреждения мозга.

4. Комплексные патофизиологические механизмы

4.1. Нейровоспаление

Все большее количество данных указывает на то, что именно нейровоспаление является ведущим механизмом развития лучевых повреждений. О важной роли воспалительных реакций в развитии лучевого некроза возможно было судить еще несколько лет назад, когда была показана эффективность глюкокортикоидов [Martins и соавт., 1979] и ингибиторов циклооксигеназы-2 в терапии лучевого повреждения мозга [Khan и соавт., 2004]. В многочисленных работах позже было показано, что астроциты, микроглия, эндотелий и сторонние иммунокомпетентные клетки экспрессируют медиаторы воспаления как в острый, так и в отдаленный период развития лучевых повреждений. В мозге, подвергшемся воздействию ионизирующего облучения, обнаруживается усиленная экспрессия цитокинов (IL-1β, TNF-α, IL-6), молекул межклеточной адгезии (ICAM1), провоспалительных транскрипционных факторов (NFkB) [43]. Устойчивая активация микроглии сохраняется в мозге грызунов спустя 6 и 9 мес после облучения [10]. Недавно было показано, что ингибирование нейровоспаления предотвращает развитие отсроченного когнитивного дефицита, вызванного радиацией у животных [Jenrow и соавт., 2013]. При облучении целого мозга гиппокамп является наиболее чувствительной областью [Jenrow и соавт., 2012]. Известно также, что гиппокамп наиболее чувствителен к процессам нейровоспаления [47]. Многие авторы напрямую связывают развитие синдрома сомноленции с действием медиаторов воспаления [Ballesteros-Zebadúa, 2012]. Слабое радиационное воздействие может снижать последующую гибель нейронов, опосредованную нейровоспалением у крыс [Titova и соавт., 2010]. Любопытно, что с возрастом в мозге крыс происходит снижение экспрессии провоспалительных медиаторов в ответ на лучевое воздействие [34]. В то же время существуют данные, указывающие на снижение риска развития лучевого некроза у взрослых пациентов по сравнению с детьми [48]. Таким образом, большое число многосторонних данных указывает на ключевую роль нейровоспалительных процессов в патогенезе развития разнообразных лучевых повреждений мозга, включая лучевой некроз и когнитивные нарушения.

4.2. Нейрогенез

Клетки-предшественники обладают повышенной чувствительностью к ионизирующему излучению. При воздействии радиации в гиппокампе грызунов наблюдается дозозависимая гибель нейрональных клеток-предшественников, снижение пролиферации и торможение дифференцировки этих клеток в нейроны [3, 72]. Доза 10 Г.не вызывает у молодых крыс демиелинизации и развития лучевого некроза, однако приводит к тому, что в гиппокампе этих животных образуется лишь 3% новых нейронов по сравнению с интактными крысами [42]. Недавно полученные клинические данные подтвердили снижение числа клеток-предшественников у нейроонкологических пациентов в результате лучевой терапии [46].

Снижение нейрогенеза у молодых крыс, вызванное клинически релевантными дозами ионизирующего излучения, коррелирует с развитием отдаленных когнитивных нарушений [32, 51]. В то же время следует отметить, что у пожилых крыс не наблюдается снижение уровня нейрогенеза в ответ на радиацию, несмотря на появление функциональных нарушений [Greene-Schloesser и соавт., 2012].

4.3. Эндокринные механизмы

Эндокринные медиаторы играют существенную роль как в поддержании функций здорового мозга, так и в адаптации к повреждающим воздействиям. В частности, тиреоидные гормоны и половые стероиды являются необходимыми факторами для осуществления нейрогенеза, эстрадиол и прогестерон могут защищать нейроны от гибели [53], а глюкокортикоиды являются ключевыми эндогенными регуляторами нейровоспаления [19]. Роль эндокринных механизмов в развитии лучевых повреждений практически не исследована. Тем не менее недавно было установлено, что лучевая терапия приводит к долговременным изменениям в функционировании эндокринной системы у 80% пациентов [13]. При этом наблюдаемые изменения, по всей видимости, связаны с повреждением гипофиза, но не гипоталамуса. В экспериментальных работах в острый период после облучения была обнаружена согласованная индукция воспалительных реакций в гипоталамусе (усиление экспрессии IL-1β и NFkB) и увеличение уровня кортикостерона в крови, которое затем сопровождалось усиленным перемещением рецептора глюкокортикоидов в ядерную фракцию клеток гипоталамуса [64]. По всей видимости, эти реакции отражают компенсаторную активацию противовоспалительных эндокринных механизмов в ответ на вызванное радиацией нейровоспаление. Можно предположить, что изменение эндокринных реакций у пациентов вследствие лучевой терапии может играть существенную роль в нарушении контроля воспалительного ответа мозга и последующем развитии лучевых повреждений. Таким образом, по-видимому, вариация продукции глюкокортикоидов, оцениваемая по уровню этих гормонов в периферической крови, может отражать вероятность развития радиационных повреждений мозга.

5. Потенциальные биомаркеры лучевого повреждения мозга

В литературе практически отсутствуют данные о биомаркерах лучевого повреждения мозга. Однако на основе рассмотренных выше клинических и экспериментальных работ можно наметить вполне определенные подходы к оценке риска и мониторингу повреждения мозга, вызванного радиацией.

5.1. Медиаторы воспаления

По всей видимости, нейровоспаление является ведущим звеном в развитии лучевых повреждений мозга. Можно ожидать, что медиаторы воспаления будут обнаружены в крови на фоне изменения проницаемости ГЭБ при развитии лучевых повреждений мозга. В то же время использование медиаторов воспаления в качестве диагностических или прогностических биомаркеров лучевых повреждений мозга может быть связано с преодолением ряда ограничений, прежде всего неcпецифичности и двойственной роли воспалительных реакций при повреждении нервной ткани.

Неспецифичность. Нейровоспаление является естественным компонентом всех церебральных патологий. Таким образом, медиаторы воспаления вряд ли могут стать специфичными биомаркерами лучевых повреждений и быть использованы, например, при дифференциальной диагностике лучевого некроза и продолженного роста глиальных опухолей. Вероятно, что в этом случае специфичность диагностики может быть повышена при одновременном определении биомаркеров опухолевого роста. В то же время в результате лучевого воздействия на мозг оказываются поврежденными одни из основных клеток воспаления — эндотелиальные, что приводит не только к изменению проницаемости ГЭБ и гипоксии, но также к изменению вклада этих клеток в регуляцию воспалительного ответа. Таким образом, можно ожидать, что воспалительный ответ в результате воздействия ионизирующего излучения будет обладать специфическими качественными или количественными характеристиками.

Двойственная роль нейровоспаления в повреждении мозга. Воспалительный ответ мозга является исходно защитной реакцией нервной ткани, направленной на удаление поврежденных клеток и стимуляцию регенеративных процессов. По всей вероятности, гибель клеток опосредуется не воспалением как таковым, но нарушением регуляции составляющих его процессов или переходом воспалительного ответа в хроническую фазу. Таким образом, можно ожидать, что уровень медиаторов воспаления будет в большей степени отражать меру воздействия ионизирующего излучения на ткань мозга, чем вероятность развития лучевых повреждений. На примере черепно-мозговой травмы и других церебральных патологий с выраженным нейровоспалительным компонентом известно, что в разные моменты уровень медиаторов воспаления может коррелировать как с благоприятным, так и с неблагоприятным исходом заболевания. По всей видимости, решением этой проблемы может стать одновременное определение других маркеров, которые могли бы указать на адаптивную или дезадаптивную направленность воспалительного процесса, сопутствующую активацию или гибель клеток мозга.

5.2. Маркеры активации и повреждения клеток мозга

Экспериментальные работы позволяют предположить, что развитие лучевых повреждений мозга и переход нейровоспалительного ответа в хроническую фазу происходит при последовательной активации различных клеточных субпопуляций мозга. Из исследования других церебральных патологий известно, что ряд маркеров в периферической крови может отражать процессы активации или повреждения клеток нервной ткани. В частности, GFAP рассматривают как биомаркер активации астроцитов. VEGF, VCAM и ICAM1 могут отражать активацию эндотелия [14] [Patrick и соавт., 2013].

Определение в крови молекул, являющихся фрагментами поврежденных вследствие радиации клеток, также может стать одним из подходов к молекулярной диагностике лучевых повреждений. В частности, выявление антител к аквопорину-4 уже показало себя надежным методом диагностики демиелинизирующих заболеваний ЦНС [16], и можно ожидать, что уровень этих антител в сыворотке крови будет коррелировать с выраженностью лучевого некроза.

Среди потенциальных маркеров можно рассматривать убиквинтин С-концевую гидролазу (нейронспецифичный фермент) [6, 35], фермент-специфичные продукты расщепления аII-спектрина (отражение активности калпаина или каспазы-3) [Mondello и соавт., 2010], фрагмент протеолитического расщепления NMDA-рецептора или антитела к нему, матриксные металлопротеиназы и их ингибиторы (перестройка внеклеточного матрикса) [68], EMAPII (микроглиоз) [70], нитротирозин (оксидативный стресс) [Ryan и соавт., 2010] и др.

5.3. Маркеры ядерных процессов

В клинической радиологии для оценки эффекта радиации используется исследование лимфоцитов (как единственных клеток крови, содержащих полноценную ДНК) [9]. В результате воздействия радиации могут быть обнаружены различные хромосомные аберрации (концевые делеции, транслокации, кольцевые хромосомы, децентрированные хромосомы) [Granzotto и соавт., 2011]. При равной дозе выраженность этих изменений может отражать «успешность» механизмов репарации. В то же время в мозге находится лишь малое количество лимфоцитов и обнаружить их в крови представляется крайне маловероятным. В то же время, как было сказано выше, в участке двойных разрывов ДНК происходит концентрация и структурная модификация большого числа репаративных белков. Определение этих белков методом is situ гибридизации является одним из наиболее распространенных методов количественной оценки лучевого воздействия. Можно предположить, что выявление этих белков в сыворотке крови также может стать одним из подходов к оценке эффектов действия ионизирующего излучения на мозг. Тем не менее эти подходы требуют трудоемкой разработки биохимических методов, кроме того, специфичность таких биомаркеров может быть весьма относительной, поскольку их уровень будет определяться также общей нестабильностью генома.

5.4. Эндокринные маркеры

Роль эндокринных медиаторов в патогенезе лучевого повреждения мозга практически не исследована. Однако отдельные работы и данные из смежных областей исследования позволяют предположить существенную функцию различных гормонов в регуляции ответа нервной ткани на радиацию, как в вышеописанном примере с глюкокортикоидами. Исследование гормонов широкодоступно в лабораторной практике, кроме того, большинство их непосредственно выбрасываются в кровоток, поэтому можно надеяться, что в ближайшее время появятся новые данные о роли эндокринной системы в реакции ткани мозга в ответ на ионизирующее облучение.

Заключение

Лучевой некроз и когнитивные нарушения являются наиболее тяжелыми осложнениями лучевой терапии. Для их развития характерен ряд особенностей, таких как скрытое течение, поздняя манифестация, необратимость и выраженная межиндивидуальная вариация, что определяет острую потребность в исследовании механизмов, а также в поиске объективных, диагностических и прогностических биомаркеров этих процессов. Данные литературы обнаруживают большое многообразие клеточно-молекулярных механизмов патогенеза лучевых повреждений мозга. По всей видимости, ключевыми процессами являются не только митотическая гибель олигодендроцитов и повреждение эндотелия, но и инициация нейровоспалительного ответа, его переход в хроническую фазу при последовательной активации различных клеточных субпопуляций мозга. Вероятно, существенную роль играют механизмы системной физиологической регуляции с участием эндокринной системы. Можно надеяться, что ключевые молекулы этих процессов могут стать первыми неинвазивными биомаркерами лучевого повреждения мозга.

Подтверждение e-mail

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

Подтверждение e-mail