Факторы, влияющие на метаболизм Ap

Возраст. Старение нормально функционирующего мозга сопровождается многочисленными изменениями морфологических и биохимических свойств составляющих его структур и как следствие - их функций.

В ходе старения организма и мозга в них происходит снижение скорости метаболических процессов, в частности, обмена глюкозы и связанных с этим изменений энергетических процессов (для обзора см. Chen, Zhong, 2013). Нарушение липидного обмена и накопление продуктов перекисного окисления липидов, являющихся токсичными для нервных клеток, также характерны для тареющего мозга. Имеются данные, свидетельствующие о корреляции между уровнем содержания в мозге продуктов перекисного окисления липидов и патогенезом БА (Montine et al., 2002; Lagouge, Larsson, 2013).

Мембраны клеток мозга пациентов, страдающих болезнью Альцгеймера, характеризуются достоверно более низкими концентрациями холестерина и в связи с этим аномальным составом липидных рафтов, что ведет к потере части связанных с этими липидными доменами функционально активных белковых комплексов, в частности плазминоген-связывающих и активирующих молекул. При БА также наблюдается низкий уровень содержания холестерина в белом веществе мозга без изменения в нем общего содержания жирных кислот (Roher et al., 2002). С использованием современных методов липидных исследований (shotgun lipidomics) было проведено сравнительное исследование более 800 видов липидных молекул из ткани мозга при БА и обнаружено существенное снижение уровня сфингомиелина (также одного из основных компонентов липидных рафтов) и увеличение церами- дов по сравнению с контролем (Han et al., 2011). Также в более ранних исследованиях было показано существенное снижение уровня ганглиозидов в различных структурах мозга в ходе старания и при развитии БА (Kracun et al., 1991).

Как было показано с использованием культур фибробластов человека, метаболизм АРР существенно изменяется с возрастом, что выражается в снижении образования его нейропротекторных фрагментов sAPPa и sAPPp. Это является как следствием изменения уровня экспрессии самого АРР, процессов его гликозилиро- вания и транспорта, так и снижением содержания пресенилинов и ВАСЕ.

Характер накопления Ap в ходе старения и при амилоидной ангиопатии мозга, а также места накопления сенильных бляшек при БА предполагают, что при этих патологиях нарушается отток Ap через капилляры и более крупные сосуды мозга, вокруг которых и локализуются амилоидные депозиты (^wkes et al., 2013). Это может быть следствием снижения активности периартериальных и лептоменин- гиальных путей оттока интерстициальной жидкости вследствие старения церебральных артерий и накопления в них холестерина. Поскольку риск развития БА существенно повышен у пациентов с цереброваскулярными нарушениями, любые средства их предупреждения и терапии, ведущие к нормализации выведения Ap и других токсичных метаболитов из ткани мозга, также рассматриваются как перспективное направление в клинической неврологии. Важно отметить, что при развитии терапии БА с помощью вакцин против Ap необходимо учитывать как скорость их доставки в различные участки мозга вследствие нарушения мозгового кровообращения, так и снижение скорости удаления Ap и его фрагментов из ткани мозга пожилых людей (Weller et al., 2002).

Еще одним важным процессом в развитии связанных со старением патологий является нарушение посттрансляционных модификаций белков, приводящее к формированию нефункциональных структурных белков и ферментов. Большое число белков и ферментов также являются субстратами окислительных процессов, и накопление их окисленных производных действительно имеет место в мозге пациентов с БА (Butterfield et al., 2002). Данные ряда авторов свидетельствуют, что 4-гид- роксиноненал (HNE), являющийся побочным продуктом перекисного окисления липидов, может образовывать ковалентные связи с белками по их гистидиновым и лизиновым аминокислотным остаткам, и содержание таких модифицированных белков в мозге повышено при БА. Подобная модификация функционально активных соединений, например переносчика глутамата, ведет к существенному нарушению функционирования клеток и рассматривается некоторыми авторами как один из факторов цитопатологии, наблюдаемой при БА (Lauderback et al., 2001).

В процессе старения и при развитии БА наблюдается существенный дефицит активности амилоид-деградирующих ферментов и эти изменения носят селективный характер в зависимости от структурной и клеточной локализации исследуемых ферментов. Так, например, с возрастом уровень экспрессии НЕП существенным образом снижается в коре и гиппокампе, но практически не изменяется в стриату- ме, и именно в этой структуре не наблюдается формирования амилоидных депозитов (Iwata et al., 2002; Nalivaeva et al., 2003, 2004). Уровень ИДФ также в большей степени снижается с возрастом в гиппокампе и при БА является более окисленным по сравнению с мозжечком (Caccamo et al., 2005). Однако вокруг сенильных бляшек уровень экспрессии ИДФ оказывается повышенным, что, возможно, является отражением активации защитных, компенсаторных механизмов, обеспечивающих расщепление амилоидных олигомеров, высвобождающихся из амилоидных отложений (Leal et al., 2006). Это согласуется с данными других авторов, показавших повышение уровня экспрессии НЕП в реактивной астроглии вокруг сенильных бляшек (Apelt et al., 2003), а также в ответ на повышение содержания AP₄₂ (Mohajeri et al., 2002) и гипоксию (Fisk et al., 2006). Таким образом, у клеток мозга есть механизмы, способные приводить к повышению уровня экспрессии амилоид-дегради- рующих ферментов, что заслуживает более детального изучения и является в настоящее время одной из интенсивных областей научных исследований (Nalivaeva et al., 2012с).

Гипоксия и ишемия мозга. В настоящее время не вызывает сомнений, что нарушение мозгового кровообращения и обусловленные ими ишемия и гипокия мозга являются одними из основных факторов, повышающих риск развития васкулярной деменции и БА (Roher et al., 2012).

Метаболизм амилоидного пептида при гипоксии и ишемии изменяется довольно существенным образом как на уровне экспрессии АРР, так и его расщепления секретазами (Webster et al., 2004). Амилоид-деградирующие ферменты также являются весьма чувствительными к изменению уровня содержания кислорода и окислительному стрессу, и экспрессия их генов существенно снижается при гипоксии и ишемии (Fisk et al., 2006, 2007). Как было показано в наших исследованиях, выполненных в рамках программы РАН «Фундаментальные науки медицине», у животных, подвергавшихся действию как пренатальной, так и постнатальной гипоксии, а также при ишемии мозга наблюдается повышение уровня экспрессии АРР и снижение уровня активности неамилоидогенной а-секретазы, проявляющееся в снижении содержания нейропротекторной формы sAPPa (Nalivaeva et al., 2003, 2004; Журавин и др., 2007). На модели ишемии нами также было показано, что нарушение снабжения тканей мозга (например гиппокампа) кислородом ведет к повышению активности амилоидогенной Р-секретазы (Наливаева и др., 2005). У крыс, перенесших пренатальную гипоксию, уровень экспрессии НЕП и его аналога ЕСЕ-1 как в коре, так и стриатуме существенно ниже по сравнению с контрольными животными, что может вести к дефициту данных амилоид-деградирующих ферментов в постнатальном онтогенезе и увеличивать риск развития нейродегенеративных заболеваний (Nalivaeva et al., 2004; Дубровская и др., 2009). У этих животных также снижена пластичность нервной системы и наблюдается когнитивный дефицит (Журавин и др., 2011; Dubrovskaya et al., 2012).

В целом, данные литературы убедительно свидетельствуют о том, что гипоксия и ишемия ведут к сдвигу процессов амилоидного метаболизма в сторону накопления амилоидного пептида, и в связи с этим нарушение мозгового кровообращения является фактором риска развития БА. Среди методов профилактики патогенного действия гипоксии и, возможно, ишемии гипоксическое прекондиционирование может оказаться довольно перспективным, поскольку в наших исследованиях показано, что оно способно предотвращать изменение уровня экспрессии амилоид- деградирующих ферментов, а также ферментов, катаболизирующих АРР по неамилоидогенному пути (Nalivaeva et al., 2004; Rybnikova et al., 2012).

4.