4.2. Нейрогормоны и регуляторные пептиды в функционировании центральной нервной системы при нейродегенеративных заболеваниях

Наиболее распространенными заболеваниями среди ми-тохондриальных расстройств являются нейродегенератив-ные заболевания, среди которых особо выделяются болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. Болезнь Альцгеймера характеризуется прогрессирующей потерей памяти, приводящей к деменции и смерти. Болезни Альцгеймера подвержены более 20 млн человек в мире, и ожидается, что через ближайшие 30 лет это число может удвоиться [103]. Заболевание характеризуется триадой нейроморфофизиологиче-ских признаков, в которую входят наличие р-амилоидных бляшек (сенильных бляшек), спутанность нейрофибрилл и обширная деструкция нервной ткани, особенно в гиппокам-пе и коре головного мозга [32]. Эти изменения связаны с де-менцией и характерными нейроповеденческими последствиями. Признаки заболевания среди отдельных пациентов могут различаться; в большинстве случаев они возникают спорадически и начинают проявляться в довольно позднем возрасте (после 65 лет). Для менее распространенной так называемой семейной формы болезни Альцгеймера характерно существенно более раннее (в 45—50 лет) возникновение признаков болезни [103].

При болезни Паркинсона происходит прогрессирующая деградация допаминсодержащих нейронов в черной субстанции ствола головного мозга; разрушение этих катехола-минергических нейронов сопровождается рядом сенсорных и моторных нарушений, которые приводят к тремору, ригидности и акинезии [95]. По некоторым данным, у больного с выраженными проявлениями заболевания популяция допа-минергических нейронов оказывается истощенной по крайней мере на 80 %. Таким образом, в большинстве случаев первые признаки возникновения болезни Паркинсона, вероятно, опережают появление явных симптомов паркинсонизма на 5—10 лет [95].

В последние годы накоплено много доказательств того, что оксидативный стресс является причиной разрушения нейронов при нейродегенеративных заболеваниях. Так, появляется все больше доказательств того, что свободные радикалы принимают непосредственное участие в патогенетическом преобразовании нервной системы при болезни Альцгеймера [114, 127]. Предполагается, что свободные радикалы,

76

которым инкриминируют разрушение нейронов, генерируются амилоидом (Ар) [69]. В соответствии со свободноради-кальной теорией болезни Паркинсона, допаминергические нейроны разрушаются вследствие относительно высокой частоты воздействия на них реактивных кислородных соединений, особенно перекиси водорода, которая продуцируется в процессе как ферментативной, так и неферментативной деструкции допамина [40]. Кроме того, оксид азота (NO), который только недавно был обнаружен как физиологический мессенждер, может участвовать в развитии многих различных патофизиологических состояний, включая нейродегене-ративные заболевания [3, 92].

Как было подробно описано в гл. 3, митохондрии, будучи основным источником свободных радикалов в клетке, играют исключительно важную роль в патогенезе большинства нейродегенеративных заболеваний. Известно, что митохондриальная ДНК (мтДНК) имеет на порядок выше уровень ок-сидативных повреждений, чем ядерная [3]. Оксидативные повреждения могут быть причиной мутаций в мтДНК, которые с возрастом аккумулируются [69]. Это, возможно, обусловлено недостаточностью репаративных ферментов, защищающих мтДНК, а также близостью мтДНК к оксидантам, образующимся в процессе окислительного фосфорилирова-ния. Мутации в мтДНК, обазующиеся в результате окислительного стресса, влекут за собой сбои в функционировании дыхательной цепи митохондрий и клетки в целом. Клетка защищает себя от такой высокой скорости повреждений с помощью постоянной замены митохондрий, например, удаляя поврежденные митохондрии, которые продуцируют слишком много оксидантов. Однако, несмотря на эти меры, оксидативные повреждения, по-видимому, с течением времени все же накапливаются в мтДНК и становятся одной из основных причин нейродегенеративных дисфункций.

В целом следует отметить, что масса головного мозга составляет лишь небольшую часть массы тела животных (у человека около 2 %). В то время как потребление этим органом кислорода, вдыхаемого с воздухом, непропорционально велико (у человека около 20 %). Ввиду очевидной токсичности свободных радикалов, вырабатываемых активно дышащими нервными клетками, не удивительно, что ЦНС в большей степени, чем другие органы, подвергается действию активных форм кислорода [13].

Окислительный стресс является причинным или по крайней мере вспомогательным фактором в нейропатологии ней-

77

родегенеративных заболеваний [113]. В тоже время избыток или устойчивая активация пропускающих глютамат ионных каналов может быть причиной дегенерации нейронов. Предполагается, что глютамат и родственные кислые аминокислоты являются главными возбуждающими нейротрансмитте-рами в мозгу и могут быть утилизированы 40 % синапсов [27]. Поэтому два главных механизма — оксидативный стресс и избыточная активация рецепторов глютамата — сходятся и образуют последовательные, а также взаимодействующие процессы, которые обеспечивают общий конечный путь для восприятия (болезни) клетками мозга. Широкое распространение в мозгу процессов, регулирующих оксидативный стресс и опосредующих глютаматергическую нейротранс-миссию, может объяснить обширный диапазон расстройств, в которых участвуют оба механизма. Различная экспрессия компонентов этих процессов в отдельных нейронных системах может объяснить селективную нейродегенерацию при некоторых расстройствах. Хотя оксид азота (N0) участвует в нормальной синаптической трансмиссии, избыточные уровни N0 нейротоксичны. N0 стимулирует нейротоксичность глютамата, которая может способствовать развитию дисфункции при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезни Альцгеймера и Хентингтона.

Активация пропускающих глютамат катионных каналов является важным источником возникновения оксидативного стресса, который ведет к селективной дегенерации нейронов. Понимание связи между оксидативным стрессом и нейро-трансмиссией глютамата могло бы привести к разработке фармакологических воздействий, которые разорвали бы цепь патологических событий, не нарушая перенос нейровозбуж-дений.

Старение мозга связано с заметным снижением умственных способностей. Согласно одной из современных гипотез, главной причиной дегенерации нейронов являются происходящие при старении изменения регуляции внутриклеточной концентрации ионов Са²⁺ [22]. Эта гипотеза подтверждается ослаблением в функционировании молекулярных каскадов, регулирующих внутриклеточную концентрацию Са²⁺ в старых нейронах. Концептуальными основами этой точки зрения являются дисфункция гомеостаза внутриклеточного Са²⁺ и гибель нейронов [144]. Такая точка зрения на стареющий мозг основывается на представлении, что снижение умственных способностей происходит главным образом вследствие гибели нейронов, что приводит к уменьшению числа

78

клеток мозга. Весомая поддержка этой гипотезы обнаружилась в процессе изучения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера. При этом заболевании отмечается глубокое опустошение системы нейронов, что хорошо коррелирует со снижением способностей к обучению и функций памяти [32]. Кроме того, показано, что ключевой элемент болезни Альцгеймера, аккумуляция Ар, разрушает внутринейронный кальциевый гомеостаз [144]. В мозгу содержится огромная популяция клеток глии, которые рассматриваются как важная часть микроокружения мозга. Они могут также играть важную роль в интегративных функциях нейронов, контролируют концентрации нейротрансмитте-ров и нейромодуляторов и влияют, таким образом, на синап-тическую передачу. Состояние клеток глии, особенно астро-цитов, в значительной степени определяется внутринейрон-ным кальциевым гомеостазом, что означает его участие в большинстве реакций этих клеток на нейротрансмиттеры [65].

Так или иначе, гибель нейронов является финальной стадией нейродегенеративных заболеваний. Этот феномен известен как апоптоз [124]. В процессе развития нервной системы позвоночных около 50 % или более нейронов обычно погибают вскоре после того, как сформируют синаптические связи с соответствующими клетками-мишенями [105]. Исследования, предпринимаемые с целью найти объяснение внутриклеточным молекулярным событиям, которые регулируют выживаемость клеток нервной системы и приводят их к гибели, сосредоточены на bcl-2 и родственных протеинах [26].

Впервые белок bcl-2 и родственные пептиды были обнаружены на внутренней митохондриальной мембране, мембране эндоплазматического ретикулума и ядерной оболочке [53, 89]. Созданная экспериментально сверхэкспрессия bcl-2 предотвращает гибель нейронов, лишенных in vitro специфических нейротрофических факторов, и поддерживает развивающиеся нейроны. Локализация bcl-2 в митохондриях подтверждает теорию о том, что этот протеин может защищать клетки от апопто-за путем изменения митохондриальных функций. Вероятно, располагаясь вблизи основных участков формирования свободных радикалов, bcl-2 может предотвращать апоптоз (непосредственно как антиоксидант, либо ингибируя выработку свободных радикалов) и таким образом может участвовать в регуляции развития апоптоза в нейронах [39, 59].

Выяснение диапазона и функционального значения взаимодействий между bcl-протеинами, а также идентификация

79

последовательности молекулярных событий, в которых они участвуют, значительно расширит наши представления о вкладе апоптоза в нейродегенеративную патологию. К тому же роль bcl-2-родственных протеинов в некоторых нейронах может иметь важное терапевтическое применение при ней-родегенеративных заболеваниях [54].

Хорошо известно, что нервная и эндокринная системы имеют четко установленные и очень близкие взаимосвязи для регуляции системного гомеостаза, в который входят продукция и секреция целого ряда клеточных медиаторов, известных под названием регуляторных пептидов (пептидные гормоны, цитокины, хемокины, интегрины и др.). Пептидные гормоны, цитокины и другие подобные молекулы регулируют гомеостаз в тканях своего происхождения либо путем локального действия, либо путем подключения внешних систем, способствующих восстановлению локального гомеостаза.

Исследования на системах изолированных клеток подтвердили, что многие регуляторные пептиды и биогенные амины экспрессированы в мозгу. Там же имеется много пептид ер гических нейронов и клеток глии, которые могут продуцировать пептидные гормоны и биогенные амины; помимо нейронов есть немало иммунных клеток, таких как макрофаги, Т-лимфоциты, эозинофилы и тучные клетки, которые проникают в мозг после повреждения или воспаления и являются богатыми источниками цитокинов и других активных молекул [23, 33, 78, 128].

Большинство цитокинов, участвующих в функциях мозга, представлены нейротрофинами (BDNF — нейротрофиче-ский фактор мозгового происхождения; NGF — фактор роста нервов; GDNF — нейротрофический фактор глиального происхождения) и нейропоэтинами (в особенности интер-лейкином-6 и интерлейкином-8). Они участвуют в механизмах роста и дифференцировки нейронов и в нейротрансмис-сии [84]. По-видимому, наиболее богатым источником цитокинов, особенно после локального повреждения, является активированная микроглия, хотя нейроны, астроглия, пери-васкулярные и эндотелиальные клетки также могут выделять цитокины [55].

Изучение локализации и экспрессии пептидных гормонов и цитокинов в ответ на специфические стимулы имеет большое значение для понимания их поведения в ЦНС. Например, сейчас ясно, что экспрессия цитокинов быстро меняется в ситуациях тканевого стресса, и что цитокины при этом играют важную роль в соответствии с их функцией в

80

восстановлении тканевого гомеостаза. Цитокины оказывают влияние на многие центральные нейротрансмиттеры, в том числе норадреналин, серотонин, ГАМК, а также на экспрессию ряда нейропептидов — соматостатин, субстанция Р, опиоиды, вазоактивный интестинальный пептид и другие в некоторых отделах головного мозга [93]. Однако взаимосвязи между многообразными реакциями неиротрансмиттеров и их отношением к специфическим действиям цитокинов еще не вполне выяснены. В то же время на ряд систем вторичных мессенджеров в нейронах воздействуют не только цитокины, но и мелатонин, а также другие гормоны и медиаторы, включая активацию цАМФ, повышение активности протеинки-назы-С, синтез оксида азота, высвобождение арахидоновой кислоты и потока ионов Са²⁺ [14, 91]. Таким образом, поведение практически всех молекул, участвующих в процессе патогенеза AD и других митохондриальных расстройств, находится под контролем регуляторных пептидов.

Некоторые цитокины влияют на дифференциацию и рост нейронов, а также могут резко изменять пластичность синапсов в головном мозгу. Для многих цитокинов и других пептидных молекул имеются противоречивые данные, указывающие на то, что многие из них могут осуществлять нейротро-фическое, нейропротективное и нейротоксическое действия. По данным Грифина с сотрудниками [48], в астроцитах трансгенных мышей с оверэкспрессией IL-6 показана значительная нейродегенерация, причем ингибирование действия IL-1 и IL-6 подавляет процессы нейродегенерации. IL-1 индуцирует экспрессию р-амилоидного предшественника протеина (р-АРР) и адгезионных молекул в нервной ткани [90].

На функциональную активность цитокинов влияют многие гормоны. Так, глюкокортикоиды являются мощными ингибиторами синтеза и активности цитокинов, в то время как меланоцитстимулирующий гормон и вазопрессин ослабляют действие цитокинов в мозгу, а такие пептиды, как липокор-тин, по-видимому, снижают выраженность тканевой реакции на цитокины у старых животных [120].

Основной причиной сенильной деменции при болезни Альцгеймера является гибель нейронов в разных участках и накопление внутри- и внеклеточных агрегатов филаментар-ных протеинов, которые приводят к повреждениям, называемым нейрофибриллярными «клубками» или сенильными бляшками соответственно [32]. В качестве первостепенных факторов, ответственных за патогенез болезни Альцгеймера, могут рассматриваться некоторые независимые параметры, а

81

именно — липопротеин-е, гиперфосфорилирование цито-скелетных протеинов или метаболизм амилоида (3.

Таким образом, с участием нейропептидов и цитокинов осуществляется множество функций нервной системы: коммуникативная (перенос информации о системных повреждениях и других расстройствах к головному мозгу), модулирование мозговых реакций на стимулы со стороны периферических органов, нейромодуляция и нейротрансмиссия в контролировании ЦНС системных защитных реакций организма на заболевания и повреждения, а так же ингибирова-ние или опосредование нейродегенерации и репарации в головном мозгу на молекулярном уровне. К настоящему времени установлено, что пептидные молекулы и родственные протеины имеют непосредственное отношение к целому ряду неврологических расстройств, что делает перспективным исследование их роли в патогенезе и лечении нейродеге-неративных заболеваний.

Хемокины и их рецепторы присутствуют в небольших количествах в астроцитах, микроглии и нейронах развивающегося и взрослого головного мозга и индуцируются медиаторами воспаления [83]. Кроме того, хемокины и их рецепторы претерпевают изменения при различных нейропатологиче-ских состояниях, включая опухоли мозга и болезнь Альц-геймера [5]. Хемокины принимают участие в ангиогенезе и неоваскуляризации поврежденных участков мозга. Так, в головном мозгу пациентов с болезнью Альцгеймера в сениль-ных бляшках, смежных с гиппокампом, отмечается изменение регуляции СХСЯ2-протеина (рецептора для ИЛ-8). Исследования на культурах клеток подтверждают роль хемоки-нов в дифференцировке и миграции клеток мозга. ИЛ-8 повышает выживаемость нейронов и число клеток микроглии и астроглии в культуре гиппокампа крыс, а также влияет на рост нейронов в мозгу человека [5].

Предположение о существовании связи между накоплением амилоида и нейрофибриллярными повреждениями остается важной нерешенной задачей в понимании патогенеза болезни Альцгеймера [6, 103, 126]. Амилоидные бляшки, которые являются классическим нейропатологическим признаком при этой болезни, были воспроизведены на трансгенных мышах. У этих мышей селективная гибель нейронов отмечалась именно в тех отделах мозга, где были обнаружены амилоидные бляшки [20]. В то же время из ткани мозга больных выделен не (3-амилоидный вторичный компонент AD-амилоида (NAC) [142]. Показано, что его предшествен-

82

ник — NACP — является специфическим для мозговой ткани. NACP более распространен в неокортексе, гиппокампе, зрительных буграх, полосатом теле, таламусе и мозжечке. Конфокальная лазерная микроскопия позволила выявить, что анти-NACP иммуноокрашивание оказывается ко-лока-лизованным с синаптофизин-иммунореактивными преси-наптическими окончаниями; поэтому NACP представляет собой синаптический протеин. Отсюда следует предположение, что синаптические аберрации, наблюдаемые в сениль-ных бляшках, могут иметь отношение к амилоидогенезу при болезни Альцгеймера [58].

Известно, что появление нейрофибриллярных повреждений даже в небольшом количестве является патологией и свидетельствует о ранних стадиях болезни Альцгеймера. Множественные филаментозные повреждения сопровождают такие нейродегенеративные заболевания, как болезнь Паркинсона, синдром Дауна, миотоническая дистрофия. По данным некоторых недавно проведенных исследований, экспрессия тау-протеина показана в культивируемых фиб-робластах кожи, взятых у больных пациентов с болезнью Альцгеймера [12]. Некоторые работы посвящены электронно-микроскопической и иммунно-электронно-микроско-пической характеристике тау-филаментов при различных заболеваниях [131]. Тау-протеин ассоциирован с микрофила-ментами и участвует в их структурировании и стабилизации [138]. В головном мозгу взрослого человека обнаружено 6 изоформ тау-протеина, которые продуцируются в результате альтернативного «сращивания» мРНК одиночного гена, локализованного в длинном плече 17-й хромосомы. Тау-протеин мРНК преимущественно экспрессирован в нейронах, хотя, судя по недавно появившимся сообщениям, он обнаружен еще и в олигодендроцитах. Внутри нервных клеток тау-протеин находится главным образом в аксонах [79].

Тау-патология — одна из основных нейропатологических характеристик ряда нейродегенеративных расстройств, поскольку события, приводящие к образованию тау-филаментов, являются фактором, достаточным для начала процесса дегенерации нервных клеток [71]. Поэтому важным направлением будущих исследований является выяснение возможных путей (эндо- или экзогенных) предотвращения формирования тау-филаментов. В связи с этим одним из возможных путей предотвращения формирования тау-филаментов и роста амилоидных бляшек может стать идентификация эндогенных механизмов межпептидных связей.

83

Некоторые митохондриальные нейродегенеративные расстройства характеризуются наличием внутриклеточных накоплений или включений протеинов — таких как тельца Леви (ТЛ) при болезни Паркинсона. Один из предполагаемых компонентов ТЛ — а-синуклеин. Иммуногистохимиче-ски было показано, что в отдельных частях головного мозга пациентов с болезнью Паркинсона (стриатум, черная субстанция, нижняя олива, мост и мозжечок) ТЛ действительно проявляют выраженную синуклеин-положительную реакцию [132]. Кроме синуклеина, ТЛ содержат убиквитин и связанные с ним специфические протеосомные субъединицы — компоненты универсальной ферментной системы убикви-тинзависимого протеолиза белков в клетке [2, 96].

Синуклеиновые протеины имеют структурное сходство с липопротеинами. Их выработка в клетках контролируется тремя генами [25]. Однако а-синуклеин отличается от других синуклеинов. Он имеет специфический признак: наличие гистидина в 50-м остатке (у р-синуклеина — в 65-м соответственно). Последние сообщения об иммунореактивности синуклеина в ТЛ позволяют говорить о присутствии в них а-си-нуклеина (но не (3-синуклеина) [25]. Структура, функция и локализация синуклеинов, по-видимому, регулируется сигналами, связанными с синаптической активностью и ростом нервов. В общем распределение в головном мозгу а-синукле-ина аналогично распределению в нем областей патологии при болезни Альцгеймера [2]. Дополнительные количества синуклеиновых протеинов при этой болезни присутствуют в амилоидных бляшках. Показано, что на ранних стадиях в экстрактах передней коры головного мозга значительно увеличивается цитозольная синуклеиновая иммунореактивность. Вероятно а-синуклеин может потенцировать длительное развитие болезни Альцгеймера [85].

Интегрины составляют основную группу поверхностно-клеточных рецепторов, которые опосредуют прикрепление к экстрацеллюлярному матриксу. Специфические классы интегринов опосредуют важные межклеточные адгезивные взаимодействия. Интегринопосредованные адгезивные взаимодействия тесно связаны с регуляцией многочисленных клеточных функций, включая процессы эмбрионального развития, рост опухолевых клеток, апоптоз, гемостаз и многое другое [24]. По-видимому, многие системы рецепторов могут синергически взаимодействовать с интегринами в процессах регуляции пролиферации, движения, секреции и других проявлениях деятельности клеток. Сигнальные про-

84

теины, активируемые этими синергическими агентами, являются общими для многих рецепторных связей.

Последние исследования показывают, что молекулы ха-перонов (Hsp28, а-, р-кристаллин) также принимают участие в развитии болезни Альцгеймера [80]. Хапероны непосредственно связаны с процессом транспорта белков в митохондрии. Одним из таких хаперонов является фактор стимуляции митохондриалього импорта (MSF) [50]. По-видимому, этот фактор является модулятором структуры предшественника митохондриальных протеинов. В других исследованиях показано, что некоторые белки теплового шока (Ssalp, Ssa2p и, особенно, Hsp70) участвуют в импорте протеинов в митохондрии, а также в эндоплазматический ретикулум и ядро [63, 73].

К настоящему времени установлено, что в тканях мозга ряда позвоночных происходит синтез стероидов de novo из холестерина [99]. Главная роль в формировании и метаболизме нейростероидов в головном мозгу принадлежит клеткам глии [65]. Клетки Пуркинье продуцируют нейростероиды (прегненолон и прогестерон). На этих клетках показано им-мунопозитивное окрашивание с антителами к ключевому ферменту стероидогенеза — P450scc [141]. Показано, что прогестерон (один из основных нейростероидов) вырабатывается из прегненолона шванновскими клетками в периферических нервах, и некоторые наблюдения указывают на роль локально продуцированного прогестерона в миелиниза-ции, демонстрируя тем самым, что с его участием возможен новый терапевтический подход к стимуляции миелиновой репарации [64]. Митохондрии клеток глиомы С6-2В участвуют в биосинтезе прегненолона, превращая (22Ы)-22-гидро-ксихолестерол в прегненолон посредством механизма, блокируемого аминоглютетимидом [98].

Мелатонин

В последнее десятилетие большое внимания уделяется мелатонину, одному из гормонов ДНЭС, который в течение многих лет рассматривали исключительно как продукт секреции пинеальной железы [112, 115]. С появлением высоко-чувствительныех антител к индолалкиламинам [49] мелатонин идентифицировали не только в пинеальной железе, но также в экстрапинеальных тканях, т. е. в ретине, мозжечке, слизистой оболочке кишечника, воздухоносном эпителии, почках и других тканях [69], а также и в неэндокринных клет-

85

ках, таких как тучные клетки, естественные киллеры, эози-нофильные лейкоциты, тромбоциты, клетки эндотелия [69] и костного мозга [137]. Кроме того, недавно показано, что многие клетки в различных органах, а также во многих отделах головного мозга человека обладают рецепторами к мела-тонину [97]. Приведенный выше перечень клеток, содержащих мелатонин, показывает, что этот индоламин занимает особое положение среди гормонов, будучи обнаруженным в ряде систем органов, включая ЦНС. По-видимому, функционально мелатонинпродуцирующие клетки являются неотъемлемой частью ДНЭС как универсальной системы ответа, контроля и защиты организма. Учитывая большое количество мелатонинпродуцирующих клеток, широкий спектр биологической активности мелатонина, и особенно его свойства регулятора биологических ритмов и антиоксиданта, экстра-пинеальный мелатонин можно рассматривать как важную паракринную молекулу, обеспечивающую оптимальное выполнение функций клеток, в том числе защитных.

Идентификация мелатонина в пинеальной железе и экст-рапинеальных тканях пробудила интерес физиологов к этому гормону, что привело к обнаружению широкого спектра проявлений его биологической активности. Некоторые из этих функций реализуются в контролировании биологических ритмов, процессов сезонной репродуктивности, стимуляции иммунных процессов, цитостатических и антипролифера-тивных эффектах in vitro и in vivo [115].

Кроме того, была обнаружена еще одна неожиданная функция мелатонина. Так, было показано, что этот индол является поглотителем свободных радикалов и антиоксидан-том [ПО, 111, 113]. К настоящему времени уже известно, что мелатонин является мощным поглотителем гидроксильных радикалов и при некоторых обстоятельствах защищает от свободных радикалов более эффективно, чем хорошо известный поглотитель глютатион [28]. Известно, что мелатонин поглощает высоко токсичные гидроксильные радикалы, анионы пероксинитрита, синглетный кислород и N0. Кроме того, сообщается, что мелатонин поглощает, кроме упомянутых, еще и радикал супероксидного аниона [28]. Помимо этого, мелатонин повышает уровень мРНК для супероксид-дисмутазы и активность глютатионпероксидазы, глютатион-редуктазы и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы — все они являются антиокислительными ферментами — тем самым увеличивая свою антиоксидантную способность [109]. Кроме того, мелатонин ингибирует синтетазу оксида азота, про-ок-

86

сидативный фермент, и стимулирует фермент ограничивающий скорость синтеза глютатиона, а-глютамил-цистеин-синтазу [7]. Имеется достаточно доказательств того, что мозг пациентов с болезнью Паркинсона имеет выраженные признаки усиленного оксидативного стресса. Акуна—Костро-веджо с сотрудниками [1] изучили способность мелатонина защищать мозг от токсических эффектов МРТР-препарата, вызывающего паркинсоноподобные симптомы. В этой модельной системе мелатонин проявил выраженные защитные свойства. Майо с сотрудниками [81] определили способность мелатонина защищать ткани от индуцированного аутоокис-лением допамина повреждения белков, основанную на поглощении им кислородных радикалов. Результаты исследования показали, что мелатонин снижает степень окисления флюоресцентного протеина, которая лежит в основе анализа; отсюда следует, что он предотвращает повреждения макромолекул, являющиеся результатом аутоокисления допамина. Авторы предположили, что это может быть обусловлено способностью мелатонина к поглощению свободных радикалов, и что этот индол может оказывать благотворный эффект, снижая оксидативное повреждение в мозгу пациентов с болезнью Паркинсона.

Поскольку оксидативный стресс может быть лишь одним из признаков, общим для многих нейродефицитных состояний, в то же время очевидно, что эти заболевания имеют в высшей степени сложную этиопатологию, то представляется маловероятным, чтобы какой-то один агент мог полностью противостоять их развитию. Кроме того, действительно имеется необходимость в понимании механизмов, лежащих в основе дегенерации нейронов.

Мелатонин как потенциальное средство борьбы с нейро-дегенеративными заболеваниями представляет интерес по следующим причинам: эндогенная продукция его с возрастом падает, что совпадает с возникновением многих возрастных нейродегенеративных условий [109]; мелатонин легко проникает через гематоэнцефалический барьер и после экзогенного введения обнаруживается в мозгу в высоких концентрациях, иногда многократно превышающих значения соответствующего показателя в крови [114]; мелатонин является повсеместно действующим поглотителем свободных радикалов и антиоксидантом [111], эффективность которого по критерию снижения оксидативного повреждения и сохранения неврологических функций показана на моделях неврологических заболеваний [113].

87

Важность изучения мелатонина как перспективной молекулы для более глубокого понимания патогенеза болезней Альцгеймера и Паркинсона иллюстрируется недавно полученными данными о том, что растворимые формы длин-ноцепочечного р-амилоидного предшественника протеина (Р-АРР) были обнаружены в секреторных гранулах хромаф-финных клеток [37], где также синтезируются мелатонин и допамин [69]. Кроме того, было показано, что стимуляция секреции АРР идет параллельно стимуляции секреции кате-холаминов и хромогранина А, что указывает на опосредование секреции АРР хромаффинными гранулами. Поскольку секреция АРР хромаффинными клетками зависит от времени, мы предполагаем, что мелатонин может оказывать непосредственный эффект на этот процесс.

Серотонин

Гибель серотониновых нейронов и нейротрансмиттеров при нормальном старении и нейропсихиатрических заболеваниях позднего периода жизни могут способствовать изменениям поведения, обычно наблюдаемым в старшей возрастной группе пациентов [82]. Исчерпывающее доказательство заключается в возникновении дефицита серотонинергиче-ской нейротрансмиссии при развитии основной депрессии. При болезни Альцгеймера концентрации серотонина снижены на 18 % в передней коре и на 21—37 % в гиппокампе и полосатом теле [108]. В дальнейшем возникло предположение, что связанные с возрастом изменения серотонинергических нейронов могут свидетельствовать о предрасположенности к депрессии. Обнаружено также, что нарушения серотонинер-гической функции могут играть роль в ухудшении умственных способностей при болезни Альцгеймера.

В литературе описаны данные, свидетельствующие о существенной потере допамина иммунопозитивными нейронами в мозгу при болезни Паркинсона [95]. У пациентов с болезнью Альцгеймера также было отмечено снижение концентраций допамина (на 18—27 % по сравнению с нормальным уровнем) в височной области коры и гиппокампе [108].

На различных участках головного мозга неврологически нормальных пожилых людей и пациентов с болезнью Альцгеймера той же возрастной группы с помощью иммуноцито-химического метода было проведено сопоставление соотношения нейронов, экспрессирующих катехоламины (КА)

[146]. Было обнаружено, что количество КА-клеток в передней коре при болезни Альцгеймера существенно снижено; КА-клетки присутствовали как в кортикальных нейронах, так и в астроцитах. Рэйникайнен с сотрудниками [108] показали, что у пациентов с болезнью Альцгеймера снижена концентрация норадреналина (на 18—36 % по сравнению с нормой) в передней и височной областях коры, а также в оливе.

Гистамин

Гистамин широко известен как нейротрансмиттер, но не совсем ясно, какую роль он играет в основных заболеваниях. Все гистаминергические нейроны находятся в заднем гипоталамусе и иннервируют большинство участков мозга, что совпадает с концепцией об участии гистамина в общих центральных регуляторных механизмах. Для посмертного определения содержания гистамина в мозгу пациентов с болезнью Альцгеймера и контрольных пациентов соответствующей возрастной группы применяли чувствительный метод высокоэффективной жидкостно-флюориметрической хроматографии [118]. Параллельно с этим участки хранения и распределения в клетках гистаминергических волокон исследовали с помощью специфического иммуногистохимического метода. В мозгу при болезни Альцгеймера содержание гистамина было существенно снижено в гипоталамусе (42 % от уровня контроля), гиппокампе (43 %) и височной доле коры (53 %). Концентрации гистамина в других зонах коры, оливе и черной субстанции существенно не изменились. Гистаминсо-держащие нервные волокна были обнаружены в гиппокампе, парагиппокампальной извилине и у его основания как у пациентов с болезнью Альцгеймера, так и у пациентов контрольной группы. В этих (височных) структурах не было обнаружено никаких гистаминсодержащих тучных клеток. Гистамин в височной доле мозга человека находится в нервных волокнах, происходящих из заднего гипоталамуса, а не в тучных клетках. Снижение уровня гистамина в мозгу может способствовать ухудшению умственных способностей при болезни Альцгеймера непосредственно или при участии холи-нергической системы. Поэтому разработка препаратов, проникающих через гематоэнцефалический барьер и повышающих гистаминергическую активность, может быть очень перспективной для заболевших людей [118].

89

Соматостатин

Первоначально соматостатин был выделен из экстрактов гипоталамуса [16]. Впоследствии было показано, что он поступает в нейроны и эндокринные клетки через мозг и кишечник [41]. Описаны многие эффекты влияния соматостатина на ЦНС, хотя данные носят противоречивый характер. По-видимому, не вызывает сомнений то, что основной нейробиологический эффект соматостатина заключается в возникновении генерализованного возбуждения. Метаболически показано, что он ингибирует гипергликемическую реакцию на различные стрессорные воздействия [17]. Расстройства в синтезе и секреции соматостатина могут играть роль в патогенезе различных неврологических заболеваний. Недавно полученные результаты свидетельствуют о повреждении некоторых соматостатинсодержащих нейронов мозга при болезни Альцгеймера; кроме того, у таких пациентов нарушаются некоторые эндокринные параметры, регулируемые соматостатином, — такие как уровень гормона роста, ти-роидстимулирующего гормона, соматомединов, а также соотношение инсулина и глюкозы [116]. Предполагается, что эти изменения обусловлены возникающими при болезни Альцгеймера общими дефектами соматостатина в ЦНС и эндокринной системе, и что описанный эндокринный дисбаланс может непрямым образом быть ответственным по крайней мере за часть патологических процессов в ЦНС. Недостаток соматостатина наиболее последовательно объясняет нейрохимические изменения при болезни Альцгеймера, характерные для кортикальных нейронов [9]. Концентрации соматостатина истощаются в коре головного мозга как при болезни Альцгеймера, так и при деменции, сопровождающей болезнь Паркинсона [11]. Соматостатиновые нейроны при обоих заболеваниях имеют выраженную дистрофию, а их количество может быть снижено. Ли с сотрудниками [72] попытались выяснить: во-первых, отражает ли это снижение количества соматостатиновых нейронов различия между контрольными пациентами и с болезнью Альцгеймера и, во-вторых, гибнут ли какие-то из этих нейронов вследствие апоптоза? В исследуемых образцах иммуногистохимически было показано отсутствие различий в количестве соматостатинсодержащих нейронов между двумя сравниваемыми группами. Кроме того, в апоптотических клетках, идентифицированных с использованием чувствительного иммуноци-тохимического TUNEL-метода, не обнаружено соматостати-

90

на [72]. Из вышеизложенного можно сделать вывод о том, что у нормальных пожилых людей (так же так и у пациентов с болезнью Альцгеймера) в нейронах, содержащих соматостатин, апоптотической гибели клеток не происходит.

Недавно была обнаружена новая роль протеина, ассоциированного с рецептором в соматостатиновой модуляции, и его значение для течения болезни Альцгеймера. Известно, что ассоциированный с рецептором протеин, вероятно, играет важную роль в перемещении протеинов, связанных с ли-попротеиновыми рецепторами низкой плотности (LRRP). Поскольку лиганды для LRRP оказываются вовлеченными в развитие болезни Альцгеймера, а нормальное функционирование этого протеина является необходимым для работы ЦНС, недостаточная экспрессия LRRP может привести к изменениям в ЦНС [143]. Исследования проводили на мышах с «выбитым» рецепторассоциированным протеином. Животных проверяли с помощью поведенческих тестов, а также исследовали целостность нервной системы посредством методов in situ гибридизации и иммуноцитохимии/лазерной конфокальной микроскопии. Было обнаружено, что у беспородных мышей LRRP в высокой степени экспрессирован совместно с соматостатином в гиппокамповых и неокортикальных ингибиторных нейронах. Однако у мышей с «выбитым» LRRP отмечалось существенное снижение количества сома-тостатинэкспрессирующих нейронов в области СА1 и экспрессии соматостатина внутри этих нейронов. Снижение количества соматостатинсодержащих нейронов явно коррелировало с ухудшением познавательной способности, что проявлялось в поведении рецепторассоциированного протеина при модулировании функционирования сомато-статинпродуцирующих нейронов. Более того, это имеет значение для патогенеза болезни Альцгеймера, при которой изменение регуляции как соматостатина, так и известных LRRP-лигандов отражается на их взаимовлиянии.

Лишь незначительные отличия в соотношении кортикальных нейронов, экспрессирующих лей-энкефалин, между контрольной группой и пациентами с болезнью Альцгеймера были получены Ю и сотрудниками [146].

Нейропатологические признаки нейродегенеративных заболеваний хорошо выражены в гиппокампе [26] — участке мозга, который является центральным для регуляции синтеза гипоталамических и гипофизарных гормонов. Изменение нейроэндокринных процессов подтверждается существенным снижением уровня адренокортикотропного гормона

91

(АКТГ) в спинномозговой жидкости у больных пациентов с болезнью Альцгеймера по сравнению с пациентами контрольной группы [134]. Некоторые исследования указывают на снижение иммунореактивности кортикотропин-рилизинг гормона (CRH) в коре головного мозга у больных при болезни Альцгеймера [31, 145], особенно в височной, фронтальной и затылочной зонах. Тем не менее эти данные не являются специфическими для болезни Альцгеймера. В действительности, сниженный уровень CRH в спинномозговой жидкости также продемонстрирован у больных васку-лярной деменцией [133], а сниженная CRH-иммунореактив-ность в коре головного мозга обнаружена у больных при болезни Паркинсона.

Продемонстрирован специфический для болезни Альцгеймера ослабленный ответ гормона роста на гормон, высвобождающий его (GHRH) [21]. Кроме того, снижение уровня антидиуретического гормона в спинномозговой жидкости наблюдалось не только у больных при болезни Альцгеймера, но и у пациентов с деменцией фронтальной зоны [36]. При болезнях Альцгеймера и Паркинсона не отмечено изменений в синтезе тиротропин-рилизинг гормона и про-лактина [35].

Вещество Р

Вещество Р (substance P — SP) впервые было выделено из гипоталамуса. Иммуногистохимические исследования показывают, что многие нервные волокна содержат SP [122, 123]. Помимо этого, SP-иммунореактивные нейроны обнаружены в аркуатном ядре, вентральном и дорсальном ядрах, дорсоме-диальном ядре, в медиальной преоптической области, пери-вентрикулярном ядре дорсальной туберальной области и в латеральном гипоталамусе [74, 119]. Эти клетки не имеют выхода в срединное возвышение, но, вероятно, могут играть важную роль в интегрировании информации из лимбической системы, включая нейроэндокринную регуляцию [4]. Некоторыми исследователями отмечено важное ультраструктурное наблюдение: окончания, содержащие SP, формируют аксо-дендриче-ские синапсы в туберо-инфундибулярной области [140]. SP-иммунореактивность присутствует также в переднем гипофизе и в срединном возвышении [123, 140]. Вероятно, SP играет роль паракринного регулятора внутримозгового гормонального статуса [4]. В то же время иммуноцитохимические исследования не выявили строгих различий в количестве и

92

функциональной активности кортикальных SP-иммунореак-тивных нейронов между здоровыми людьми и больными пациентами с болезнью Альцгеймера того же возраста [146].

Нейротензин

Нейротензин (NT), как и SP, впервые был выделен из гипоталамуса. Многочисленные клетки, содержащие NT, были обнаружены в паравентрикулярной и перивентрикулярной группах клеток и в латеральном гипоталамусе [124]. Рассеянные NT-положительные клетки обнаружены в других отделах гипоталамуса, за исключением супраоптического, супрахиаз-матического и вентромедиального ядер [61]. Скопление меченых волокон локализовано в паравентрикулярной и перивентрикулярной зонах, а также в срединном возвышении [62].

Некоторые гипоталамические нейроны, положительные к NT, могут также содержать катехоламины. Эти клетки распределены в перивентрикулярной и аркуатной зонах [56]. Как и SP-, NT-иммунореактивность идентифицирована в клетках переднего гипофиза [45]. Роль NT в центральных нервных функциях не определена. Можно предположить, что этот пептид совместно с SP могут регулировать содержание других пептидов в мозгу [4].

При периферическом или центральном введении холеци-стокинина (ССК) отмечается его присутствие в высоких концентрациях в ряде участков мозга, «ко-локализация» с до-памином в некоторых центральных нейронах, различные поведенческие эффекты и изменения в некоторых системах нейротрансмиттеров [41]. Высокие концентрации ССК обнаружены в коре, хвостатом ядре и обонятельной луковице [46]. Эффекты ССК в ЦНС могут определяться его взаимодействием с основными проводящими путями нейротрансмиттеров. Инъекция ССК в латеральный гипоталамус повышает связывание допамина и норадреналина в ядрах гипоталамуса [34]. Некоторые данные указывают на посмертное снижение количества ССК-иммуноположительных нейронов в коре мозга пациентов с болезни Альцгеймера [75].

Бомбезин

Бомбезин-иммунореактивность локализована в нервных клетках в различных зонах мозга, но наибольшее количество этого пептида находится в гипоталамусе и ткани головного

93

мозга вблизи четвертого желудочка [19, 94, 107]. Как и многие другие кишечные пептиды (как ССК), обнаруженные в мозгу, бомбезин способен снижать необходимое количество принимаемой пищи. Кроме того, он обладает важным нейро-биологическим эффектом. Браун [18] сообщил, что бомбезин активирует мозговое вещество надпочечников, что приводит к заметному повышению уровня адреналина в плазме и вторичному увеличению содержания в плазме глюкозы и глюка-гона. Поскольку при болезни Альцгеймера уровень норадре-налина снижен [108], возможно, что бомбезин может иметь терапевтическое значение для поддержания нормальных значений этого показателя.

Нейропептид

Нейропептид Y (NPY) в высоких концентрациях обнаружен в коре головного мозга и кортикальных нейронах [41]. NPY-содержащие нервные волокна также иннервируют малые кровеносные сосуды. NPY «ко-локализован» с катехола-минами в некоторых участках мозга [38], и химическое истощение катехоламинов приводит к истощению NPY в некоторых, хотя и не во всех, нейронах [77]. Бил с сотрудниками [10] определили концентрацию этого пептида в посмертной ткани больных пациентов с болезнью Альцгеймера и пациентов контрольной группы, используя чувствительный и специфический метод радиоиммунологического анализа. Результаты высокоэффективной жидкостной хроматографии показали, что 95 % иммунореактивности образцов фронтальной коры, взятых как у людей с болезнью Альцгеймера, так и от пациентов контрольной группы, продвинулись вместе с синтетическим стандартом. Существенное уменьшение иммунореактивности нейропептида Y было обнаружено в коре и гиппокампе. Снижение иммунной функции было обнаружено у пациентов с серьезным депрессивным расстройством и у лиц, перенесших в жизни тяжелый стресс [84]. Ирвин с сотрудниками [57] исследовали связь между NPY и цитоток-сичностью естественных киллеров (NK) при депрессии, индуцированный болезнью Альцгеймера. Зависимость концентрации NPY в плазме от активности NK у этих пациентов носила характер обратной корреляции. Эти данные позволяют предположить, что высвобождение NPY может быть связано с изменением цитотоксичности NK.

94

Инсулин

Ранее было невозможно представить себе активную выработку инсулина за пределами поджелудочной железы, особенно в ЦНС; однако в последние несколько лет появились новые доказательства того, что инсулин (INS) и его рецепторы присутствуют в мозгу. Наличие инсулина в нем было определено с помощью радиоиммунологического анализа, биохимическим и иммунохимическим методами [8]. Имму-ногистохимическая локализация инсулинсодержащих нейронов была продемонстрирована во многих участках мозга, но обонятельные ядра и гипоталамус соответственно содержат наиболее высокие его концентрации. Инсулин обеспечивает утилизацию глюкозы в ткани мозга, а также является важным регуляторным пептидом в ЦНС, участвующим во многих физиологических процессах (например, инсулин ин-гибирует передачу возбуждения нейронами в гиппокампе и гипоталамусе). Некоторые доказательства указывают на то, что инсулин может влиять на синаптическую активность. Инсулин модулирует поглощение моноаминов в культивируемых нейрональных клетках [15] и стимулирует поглощение аминокислот — нейротрансмиттеров синаптосомами [117].

Инсулин повышает метаболизм и высвобождение катехоламинов в клетках мозга, а также стимулирует АТФ-азную активность Na⁺ и К⁺ в гиппокампе. Возникающие нарушения некоторых аспектов клеточного метаболизма, по-видимому, очень важны в патогенезе спорадической болезни Альцгеймера. Так, утилизация глюкозы в мозгу снижена на ранних стадиях болезни. Уровень регуляторных ферментов, важных для метаболизма глюкозы также снижен [42]. В мозгу инсулин, инсулиноподобный фактор роста и их рецепторы регулируют метаболизм глюкозы и способствуют росту нейронов. Концентрации инсулина и С-пептида в мозгу снижаются с возрастом и при болезни Альцгеймера [42]. В пирамидальных нейронах у пациентов контрольной группы гистохимически определяется слабая иммунореактивность к инсулину, тогда как при болезни Альцгеймера этот показатель выражен сильнее. Плотность рецепторов к инсулину в мозгу при болезни Альцгеймера значительно меньше по сравнению с пациентами контрольной группы среднего возраста, но повышена по сравнению с пациентами контрольной группы соответствующего возраста. Плотность рецепторов инсулинового фактора роста I неизменна при старении и

95

при болезни Альцгеймера. Показано, что тирозин-киназная активность также была снижена при этом заболевании по сравнению как со средневозрастной, так и с соответствующей по возрасту контрольной группой [42, 146]. Эти данные согласуются с нейротрофической ролью инсулина в мозге человека и нарушениями сигнальной трансдукции инсулина в мозгу больных при болезни Альцгеймера и свидетельствуют в пользу гипотезы о возможности патогенетической роли инсулинзависимых функций при спорадической болезни Альцгеймера.

Глюкагон

Глюкагон (GLU) — иммунореактивность обнаружена в мозгу. Причем наибольшая его концентрация отмечена в гипоталамусе, промежуточные количества — в среднем мозгу и низкий уровень — в коре [41]. Научных данных о возможной функции глюкагона в ЦНС имеется не очень много. GLU-иммунореактивность высвобождается из препаратов синаптосом таламуса, гипоталамуса и ствола мозга в ответ на К⁺ [139]. Эти данные подтверждают потенциальную роль глюкагона как нейротрансмиттера или нейромодулятора, который вовлекается в каскад молекулярных реакций, регулирующих концентрацию внутриклеточного Са²⁺. Многочисленные данные свидетельствуют о том, что дисфункция внутриклеточного гомеостаза Са²⁺ приводит к гибели нейронов [22, 144].

Эндотелины

Эндотелины (ЕТ) представляют собой мощные вазоак-тивные пептиды, которые продуцируются эндотелиальными клетками и вызывают пролонгированную констрикцию большинства гладкомышечных препаратов и дилятацию некоторых других [121]. Из трех изопептидов — ЕТ-1 — единственный пептид, который может модулировать сосудистый тонус путем связывания с одним из нескольких субтипов рецепторов гладкой мускулатуры. ЕТ-1 — иммунореактивность в мозгу при болезни Альцгеймера существенно повышена во фронтальной и затылочной областях коры по сравнению с соответствующими показателями пациентов контрольной группы. Кроме того, обнаружена строгая корреляция между параметрами фронтальной и височной долей мозга у больных при болезни Альцгеймера [88]. Эти данные, возможно, про-

96

яснят клинико-радиологические результаты, согласно которым у таких пациентов в силу неизвестного пока механизма снижен мозговой кровоток.

Хромогранин

Хромогранин A (CGA) принадлежит к семейству мульти-функциональных пептидов, широко распространенных в секреторных везикулах нейронов и нейроэндокринных клеток. В мозгу CGA локализован в нейродегенеративных зонах, связанных с реактивной микроглией. CGA стимулирует клетки микроглии к секреции термостойких, способных к распространению, нейротоксических агентов, а также индуцирует заметную аккумуляцию N0 и туморонекротического фактора микроглией [144]. Вероятно CGAявляется эндогенным фактором, который служит триггером для активности микроглии, ответственной за патогенез нейронной дегенерации.