Альцгеймер, амилоиды, старение

По иронии судьбы, широкое распространение и всеобщая боязнь болезни Альцгеймера весьма способствовали развитию биомедицины противодействия старению в целом.

Пристальное внимание к этой специфической возрастной патологии вместе с убеждением большинства профессионалов и публики в том, что одной из главных причин ее развития и прогрессирования являются бета-амилоидные бляшки, заставили ученых рассматривать борьбу с этими отложения как самостоятельную терапевтическую задачу.

Результатом стал поиск методов, которые потенциально могут лечь в основу очистки от внеклеточных амилоидных белков всего человеческого организма.

Как и в других случаях, существование общепризнанной болезни, вызываемой возрастным повреждением тканей, "узаконило" интенсивную разработку методов ее лечения. Очевидно, накапливаемые в этой области успехи существенно облегчат биотехнологам задуманную атаку на процесс старения в целом.

Альцгеймеровское слабоумие - особенно наглядный пример такой "полезной" для противовозрастной науки патологии, поскольку она, во-первых, действительно, страшна, а во-вторых, достаточно обычна у старшего поколения - в отличие от таких редких и быстро ведущих к смерти расстройств, как митохондриопатии и лизосомные болезни накопления. Взрывообразный рост числа ее жертв, связанный с увеличением продолжительности жизни людей, заставил родных и близких пациентов создать влиятельные объединения.

Сейчас в США и других странах тысячи людей организованно требуют от правительств выделения огромных интеллектуальных и финансовых ресурсов на поиск эффективной антиальцгеймеровской терапии. (Плохо это или хорошо, но исследования в этом направлении уже съедают больше половины бюджета Национального института старения в Бетесде.)

Когда возобладал взгляд на бета-амилоид как на ключевой элемент болезни Альцгеймера, специалисты по ней впервые (возможно потому, что не были биогеронтологами?) начали смотреть на эту форму внеклеточного мусора с тех же позиций "обратимости патогенеза", что характерны и для инженерного подхода к возрастной патологии в целом. Сейчас пациентам с болезнью Альцгеймера предлагается чисто симптоматическая помощь: к сожалению, ни один из существующих методов не в силах остановить собственно дегенерацию головного мозга.

Иными словами, прием лекарств облегчает страдания человека, но не мешает прогрессировать подтачивающей его патологии. Ситуация сравнима с назначением, скажем, диабетикам ибупрофена и антидепрессантов: невропатические боли, которые часто их мучают, действительно, слабеют, однако сами нервы продолжают разрушаться типичным для этой болезни процессом "карамелизации".
Современное лечение болезни Альцгеймера
Сейчас для лечения этой болезни шире всего применяются ингибиторы холинэстеразы, например донегезил (Арицегт), ривастигмин (Экселон) и средство растительного происхождения галантамин (Реминил/Разадин). Они призваны поддерживать работу головного мозга, повышая в нем уровень сигнального вещества (нейромедиатора), связанного с некоторыми угасающими аспектами памяти.

Естественно, это действие чисто паллиативное, не влияющее на прогрессирование самой болезни. Согласно результатам недавнего исследования, они даже менее эффективны, чем считалось ранее. Их использование позволяет пациенту лучше справляется со стандартными тестами на определенные аспекты мозговой деятельности, но не сказывается на его приспособленности к реальному миру, утрата которой вынуждает семью изолировать такого родственника в стационаре.

Некоторое время большие надежды связывались с появившимся позднее медикаментом под названием мемантин (Наменда). Казалось, что он как минимум замедляет прогрессирование болезни Альцгеймера, защищая нейроны от вредного воздействия другого нейромедиатора (глутамата), избыток которого может убивать эти клетки. Однако недавнее испытание мемантина дало неутешительные результаты. В этой работе сравнивались пациенты, принимавшие его в течение полугодового эксперимента с плацебо-контролем и продолжавшие делать это еще шесть месяцев, с теми, кто сначала получавшие плацебо, а в следующие полгода перешедшие на настоящее лекарство.

Если бы мемантин действительно тормозил патологический процесс, первая группа испытуемых была бы к концу исследования в лучшей форме, чем вторая: развитие болезни шло бы у нее медленнее на полгода дольше, а значит, мозговые функции пострадали бы меньше. Однако выяснилось обратное: начав принимать лекарство, вторая группа быстро улучшила свои интеллектуальные показатели, догнав по ним первую, несмотря на большую разницу в продолжительности использования медикамента. Увы, судя по такому результату, эффект мемантина тоже чисто симптоматический.

Это можно считать хорошей новостью для тех, кто начинает принимать его на продвинутой стадии болезни: значит, они ничего не потеряли, припозднившись с его применением. Однако для человечества в целом тут нет ничего хорошего: вопреки возлагавшимся на него надеждам, мемантин не позволяет рассчитывать на остановку постепенного отмирания головного мозга под действием копящейся в нем амилоидной накипи.

В принципе, вообще не ясно, так ли уж полезно блокировать действие глутамата на нервные клетки. Как и в случае очень многих деталей нашего тонко настроенного метаболизма, эффект этой молекулы двоякий. С одной стороны, ее избыток действительно стимулирует отмирание нейронов; с другой стороны, речь идет об одном из важнейших мозговых нейромедиаторов, необходимом для нормального накопления и использования памяти.

Следовательно, мемантин, даже защищая хранящие ее нервные клетки, может потенциально мешать запоминанию новой информации. Прямых свидетельств такого эффекта нет, однако до сих пор не вполне доказана даже симптоматическая польза этого средства: в двух других его широкомасштабных испытаниях не обнаружено статистически значимой разницы между действием мемантина и плацебо-контролем.

В любом случае, даже лекарство, способное замедлить отмирание клеток мозга, не смогло бы предупредить, а тем более обратить вспять его дегенеративные изменения: уже нанесенный ему ущерб остался бы невосполненным.

По мере накопления данных о ключевой роли бета-амилоида в патогенезе болезни Альцгеймера появилась новая надежда. Ученые начали всерьез обсуждать возможность атаки на сам зловредный белок, что позволило бы непосредственно лечить пациентов - образно говоря, ставить их покалеченный и быстро сдающий мозг на ноги, а не снабжать его хлипкими костылями. Получив необходимую для работы модель, а именно генноинженерных мышей, головной мозг которых вырабатывает варианты человеческого бета-амилоида, ведущие к формированию белковых бляшек и параллельной деградации нейронов и памяти, исследователи смогли приступить к тестированию методов прямого воздействия на эти отложения.
Новые мишени - старые ружья
Однако простая уверенность в том, что бета-амилоид - главный виновник альцгеймеровского слабоумия, еще не подсказывала способов его устранения. В результате академические лаборатории и фармацевтические компании разных стран мира начали наперегонки разрабатывать разнообразнейшие антиамилоидные стратегии: каждый надеялся сделать открытие нобелевского уровня или, как минимум, получить сенсационное по эффективности средство, которому гарантирован зловеще и неумолимо расширяющийся круг готовых на любые расходы покупателей.

Однако, как и можно было ожидать, задумавшись о борьбе с бета-амилоидными бляшками, многие специалисты прежде всего обратились к классическим профилактическим стратегиям, типичным для старомодного геронтологического подхода к старению. Помните: бета-амилоид, как и прочие амилоидные белки, образуется из безобидного в принципе соединения - белка-предшественника амилоида (БПА). Его длинные цепочки, вплетенные в мембраны мозговых клеток, хотя и выполняют не вполне понятную пока функцию, по крайней мере, не приносят нам никакого вреда - если остаются на месте и не "портятся".

Однако иногда фермент бета-секретаза по ошибке натыкается на БПА и разрезает его молекулу не там, где надо. Потом за дело берется гамма-секретаза, не распознающая рокового дефекта в предлагаемой ей неверно обработанной молекулярной заготовке. В результате из клетки выделяется "липкий" бета-амилоид, нарушающий со временем работу нашего головного мозга.

Вполне естественно, одним из первых направлений антиамилоидной терапии стало создание лекарств, подавляющих активность бестолковых ферментов. Очевидно, это как минимум замедлило бы формирование бета-амилоида, а следовательно, и его бляшек, что в свою очередь, предупредило или затормозило бы развитие болезни.

Первым появилось средство, подавляющее активность гамма-секретазы. Опыты на животных показали, что его единственной дозы достаточно для снижения уровней растворимых (не успевших полимеризоваться) форм бета-амилоида как в головном мозгу, так и в плазме крови. Тогда разработчики, как и положено, перешли ко второй фазе испытаний - проверке эффективности и безопасности их детища на сравнительно небольшой выборке альцгеймеровских пациентов.

Конечно, человечество за свою долгую историю накопило множество вредных мутаций, но у нас всех в головном мозгу присутствует гамма-секретаза. Эволюция не сохраняет в организме компонентов, единственная функция которых - вызывать его тяжелые патологии. Хотя активность гамма-секретазы и дает в долгосрочной перспективе отрицательный побочный эффект, т.е. накопление бета-амилоида, ученые никогда не отрицали наличия у нее какой-то полезной роли.

В частности, во время испытаний обнаружилось, что она действует на только на БПА, но и на другие белки, включая Нотч-рецептор 1 (НОТЧ1) с жизненно важными для нас функциями. Они действительно жизненно важные: к ним относится активация стволовых клеток, необходимых для обновления поврежденной мышечной ткани, рост новых кровеносных сосудов и созревание некоторых типов иммунноцитов.

Что же происходит с этими важнейшими биологическими процессами, когда перестает работать фермент, необходимый для их протекания? Опыты на животных с "нокаутированием" гена, кодирующего гамма-секретазу, или с использованием ее альтернативного ингибитора показали, что это подавляет развитие иммунных клеток и в костном мозгу, и в тимусе, снижая их количество в организме и вызывая патологию кишечника. Вполне вероятно, аналогичными побочными эффектами объясняется и гробовое молчание по поводу результатов первых испытаний подобной терапии на людях.

Тем не менее, некоторые специалисты до сих пор занимаются разработкой антиамилоидных лекарств, подавляющих ферментативную активность. В 2002 исследователи компании "Илай Лилли" представили полученные на животных данные, демонстрирующие, что вещество LY450139 (кодовое название нового ингибитора гамма-секретазы) снижет уровень бета-амилоида у альцгеймеровских мышей, не влияя на НОТЧ1. В 2006 появились результаты одного из его ранних испытаний на 70 пациентах с болезнью Альцгеймера.

У 38 из них новое средство снизило уровни бета-амилоида, не дав никаких серьезных побочных эффектов. К апрелю 2006 компания уже сотрудничала с несколькими университетами и больницами, собираясь провести более широкомасштабное клиническое испытание, которое окончательно проверило бы способность своего детища противостоять этой болезни. Фирма "Элан фармасьютикал" тоже продолжает исследования какого-то ингибитора гамма-секретазы.

Однако дезактивация НОТЧ1 - далеко не единственная потенциальная опасность применения таких лекарств. Если помните, гамма-секретаза является также одним из обязательных участников нормального, неамилоидогенного метаболизма БПА, превращающего его в продукты, по всей видимости, необходимые для функционирования нейронов. Маловероятно, что подавление активности этого фермента не оказывает никакого отрицательного воздействия на работу мозга, которую так отчаянно стараются защитить исследователи.

Просто развитие последствий может потребовать большего срока, чем шесть недель, выделенных на предварительное тестирование безопасности ингибитора. Как раз сейчас идет набор добровольцев для новых испытаний: подождем их клинических результатов и будем, как говориться, держать пальцы крестом за людей, рискнувших участвовать в этом эксперименте.

Другие ученые занимаются слегка иные вариантами той же самой фундаментальной стратегии. Одни разрабатывают средства, которые ингибируют бета-секретазу, другие стараются повысить активность альфа-секретазы (как вы помните, бета-секретаза вмешивается в нормальный процессинг БПА этим ферментом). Поскольку исследования в названных направлениях еще только начались, судить о потенциальных побочных эффектах рано, однако опять же весьма сомнительно, что изменение активности какого-либо типичного для всех нас фермента (особенно мозгового) не приведет ни к каким отрицательным последствиям.

Например, судя по опытам на животных, ингибиторы бета-секретазы могут повысить у их потребителей риск некоторых психологических расстройств. Так, очень молодые особи с "нокаутированными" генами этого фермента физиологически кажутся более или менее нормальными, однако необычно пугливы и нелюбопытны. Похоже, они слишком быстро расходуют свой серотонин - нейромедиатор, неофициально известный как "гормон спокойствия", активность которого стимулируется антидепрессантами типа Прозака.
Освобождение пленников... или выпускание на волю преступников?
Ряд ученых действует в рамках альтернативного подхода, который - на первый взгляд - как будто соответствует проповедуемым мною биоинженерным принципам. Игнорируя собственно механизм возникновения бета-амилоида, они обращают основное внимание на процесс его агрегации в удушающие нейроны бляшки. Действительно, удивительно много медикаментов и даже растительных концентратов - от экстрактов пряности куркумы (входящей в состав приправы карри) до специально синтезированных средств, названных (очевидно, в рекламных целях) бета-разрушителями, - либо препятствуют слипанию бета-амилоида в бляшкообразующие фибриллы, либо расщепляют уже сформировавшиеся агрегаты. в лабораторных пробирках.

Большинство этих соединений никогда не испытывалось на живых организмах. Некоторые уменьшают количество бляшек у животных, усиленно синтезирующих бета-амилоид в результате генетической модификации. Ряд именно таких препаратов планируется использовать в клинических испытаниях на альцгеймеровских пациентах.

Однако здесь мы сталкиваемся с проблемой чрезмерного доверия одной из гипотез относительно биохимических "причин" заболевания. В случае других амилоидозов связь между белковыми фибриллами и патологией достаточно очевидна. Действительно, при некоторых из этих болезней удается существенно продлить жизнь пациентов, "просто" заменив пораженный амилоидом орган свободным от этой накипи трансплантатом.

Однако, несмотря на десятилетие интенсивного изучения "амилоидной гипотезы" альцгеймеровского слабоумия, его таинственная метаболическая подоплека до сих пор непонятна. Даже среди ученых, убежденных в ключевой патогенетической роли бета-амилоида, консенсус относительно деталей участия этого белка в развитии болезни отсутствует. Иными словами, продолжаются ожесточенные споры о том, каким именно образом образуемые им бляшки ведут к нарушению функций головного мозга пациентов. Можно, конечно, просто считать, что такая "накипь" вызывает болезнь Альцгеймера или связывает с ней какие-то глубинные метаболические дефекты, но это еще недостаточное основание для разработки эффективных терапевтических методов.

Судя по всему накопленному массиву данных, вполне возможно, работу нейронов затрудняют не столько сами бляшки, сколько растворимые оли-гомеры бета-амилоида - короткие цепочки, образованные всего несколькими молекулами (мономерами) этого белка, соединенными точно так же, как в его дающих осадок фибриллах, но достаточно мелкие, чтобы плавать в омывающем мозг ликворе. В клеточных культурах и у подопытных животных наши бета-амилоидные олигомеры нарушают работу нейронов и ухудшают память гораздо сильнее, чем формирующиеся из этих частиц бляшки или входящие в их состав отдельные мономерные "звенья".

Получив инъекцию человеческих олигомеров, крысы становятся забывчивыми и демонстрируют признаки "спутанности сознания". Бета-амилоидные мономеры такого действия не оказывают. Введение животным или в культуры мозговых клеток веществ, устраняющих из омывающей нейроны жидкости все формы бета-амилоида (его мономеры и олигомеры), препятствует возникновению отрицательных эффектов мономерно-олигомерной смеси, а фермент, селективно расщепляющий мономеры, но оставляющий нетронутыми олигомеры, такой защиты не обеспечивает.

Аналогичным образом, память крыс заметно улучшается через сутки после инъекции олигомеров, когда они уже ликвидируются естественными защитными системами организма. Это опять же указывает, что именно олигомеры, а не образующиеся из них бляшки виноваты в нарушении когнитивной функции. Действительно, судя по предварительным исследованиям, олигомеры можно сравнить с молекулярной пылью, брошенной в глаза нейронов: она мешает им принимать сигналы от других нервных клеток и перестраивать под влиянием полученных стимулов свои внутренние процессы. К этому можно добавить, что одна группа исследователей сообщила о подопытных мышах с обильными мозговыми бляшками, но без признаков какого-либо неврологического дефицита.

Другая серия экспериментов явно указывает на бляшки как на результат, а отнюдь не на причину широкомасштабного отмирания нейронов в мозгу альцгеймеровских пациентов. Это исследование было связано с детальной посмертной локализацией у них растворимых форм бета-амилоида и его отложений. Оказалось, что мономеры и олигомеры накапливаются еще интактными нейронами в лизосомах (подробно обсуждавшихся в предыдущей главе клеточных "мусоросжигателях"). Места с очень высокими уровнями этого материала демонстрируют признаки разрушения нейронов - бета-амилоид и лизосомные гидролазы распространяются вокруг некой центральной точки подобно ударной волне от взрыва. Там, где наблюдаются бляшки, в глубине образующего их мусора тоже обнаруживаются остатки лопнувших нервных клеток.

Возникает очевидное предположение: нейроны пытаются избавиться от токсичных амилоидных олигомеров, отправляя их в лизосомы. Как вы помните, в мозгу альцгеймеровских пациентов наблюдаются также явные признаки дисфункции этих органелл. Более того, значительная часть бета-амилоидных олигомеров внутри нервных клеток фактически сосредоточена в лизосомах и вокруг них, а нерастворимые белковые агрегаты естественным образом захватываются и расщепляются микроглией (мозговыми макрофагами), но слишком медленно для того, чтобы предотвратить формирование бляшек.

Таким образом, выстраивается следующая схема: количество накапливаемого амилоида в конечном итоге превышает возможности его лизосомного расщепления, раскручивая описанную выше смертоносную спираль событий, ведущую к гибели и разрушению нейронов с рассеиванием из них бета-амилоида и лизосомных ферментов, а это в свою очередь вызывает образование бляшек, сравнимых с кучей обломков на месте взорвавшегося здания.

Тем не менее, у безобидности таких бляшек при болезни Альцгеймера доказательств не больше, чем у их патогенности. Бета-разрушители, эффективные у подопытных животных (не только в пробирке), действительно, восстанавливают их память, очищая мозг от амилоидных отложений. Опять же, одного лишь взгляда на их опутывающую нейроны паутину у альцгеймеровских пациентов достаточно для сомнений в абсолютной безопасности этой белковой грязи.

Согласно одной из теорий, которая могла бы примирить эти противоречивые выводы, главный вред бляшек для мозга, по крайней мере, в краткосрочной перспективе, заключается в том, что они служат резервуаром бета-амилоидных олигомеров. Для наглядности советуем вспомнить простой эксперимент из школьной программы по химии. В стакане воды вы растворяете все большие количества какой-нибудь соли. В конечном итоге ее концентрация становится достаточно высокой для выпадения из раствора кристаллического осадка.

Учитель, вероятно, объяснил - или даже продемонстрировал, что эти кристаллы находятся в "динамическом равновесии" с находящимися в растворе молекулами: те непрерывно оседают на твердой поверхности, а часть составляющего ее материала параллельно растворяется. Скорости этих противоположных процессов одинаковы, и в результате при данной концентрации раствора объем осадка остается постоянным. Естественно, если добавить в систему воды или соли, равновесие сдвинется, и кристаллы соответственно уменьшатся или увеличатся.

Вероятно, аналогичная история происходит и с амилоидными бляшками. Они образуются при повышении концентрации мономеров и олигомеров бета-амилоида и, связывая последние, ослабляют их потенциальную токсичность для окружающих нейронов. Однако, когда уровень свободных олигомеров в ликворе падает, бляшки частично растворяются, компенсируя это снижение, т.е. фактически поддерживая тормозное воздействие этих белковых частиц на нервное проведение.

Такая ситуация ставит разрабатывающих антиамилоидную терапию специалистов перед непростой дилеммой. Использовать бета-разрушители для профилактики образования бляшек или их растворения - значит, высвобождать связанные в осадке бета-амилоидные олигомеры. А в результате их токсическое воздействие на нейроны будет сильнее, чем в том случае, когда бляшки остаются нетронутыми или даже продолжают накапливаться.

Фактически оба процесса могут происходить одновременно и, вероятно, именно так обстоит дело при болезни Альцгеймера. Представляется весьма вероятным, что бета-амилоидные бляшки действуют в мозгу таких пациентов аналогично, скажем, трансферитиновым отложениям в сердце тех, кто страдает старческим сердечным амилоидозом. Как уже не раз говорилось, одного взгляда на опутавшую мозг белковую паутину достаточно для мыслей о ее способности буквально удушать нейроны до смерти.

Хотя четко показано, что для интеллекта потенциально вредно любое вмешательство, усиливающее воздействие на нейроны амилоидных олигомеров, простой рост образуемых ими бляшек по мере выработки дефектного белка мозговыми клетками (и/или разрывов их лизосом с выплескиванием наружу нерасщепленного бета-амилоида), безусловно, ведет со временем к еще более тяжелым неврологическим последствиям.

Речь идет об интереснейшей теоретической проблеме, от решения которой, по мнению многих ученых, зависит разработка эффективной стратегии лечения болезни Альцгеймера. Для устранения ущерба не обязательно понимать детали его возрастного накопления и механизма нарушения им функционирования того или иного органа. Какой бы занимательной интеллектуальной задачей ни было выяснение конкретного пути, ведущего от неправильного процессинга БПА к образованию бета-амилоида, оседанию его в виде бляшек, лизосомной дисфункции, когнитивной патологии и отмиранию нейронов, с точки зрения биомедицины перед нами просто некий материал, который явно накапливается, изменяя состав нашего стареющего и начинающего болеть организма.

Теперь вы, вероятно, вправе спросить: какой тип антиамилоидной терапии кажется мне предпочтительным? Потенциальная опасность для мозга как бляшек, так и олигомеров бета-амилоида делает простое расщепление его агрегатов затеей как минимум бессмысленной, если не рискованной. Однако это не исключает решения проблемы путем полного удаления бляшек. Это устранило бы сам источник проблемы, независимо от того, какой этап в формировании, метаболизации или агрегации их исходного материала является ключевым для возникновения его токсичности. Такое вмешательство представляло бы в нашем понимании классический биоинженерный подход к противовозрастной терапии. Если бы, конечно, оно было реально осуществимо.

К счастью, возможность его реализации скоро выяснится. Потенциальное решение проблемы уже проходит клинические испытания.

medbe.ru