Хвороба альцгеймера: ген, від якого я без розуму.

Хвороба Альцгеймера: ген, від якого я без розуму.

На початку XX століття за допомогою німецького психіатра Алоїса Альцгеймера світ дізнався про існування нової нейродегенеративної хвороби. І хоча довгий час дослідники не сприймали генетичну схильність як важливого чинника для розвитку хвороби Альцгеймера, незабаром ситуація змінилася. Однак і зараз про природу цього захворювання йдуть запеклі суперечки: хто ж у всьому винен - -амілоїд або APOE4?

Одного разу в 1991 році невролог Уоррен Стріттметтер (Warren Strittmatter) попросив свого керівника - директора Дьюковского університету Аллена Роузес (Allen Roses) - поглянути на результати свого експерименту. Стріттметтер вивчав бета-амілоїд (A ) - основний компонент молекулярних згустків, виявлених в мозку людей з деменцією типу Альцгеймера *. Він шукав в спинномозковому лікворі білки, що зв`язуються з амилоидом, і в результаті наткнувся на аполіпопротеїн Е (ApoE), який, начебто, не мав прямого зв`язку з розвитком хвороби.

Професор Роузес відразу зрозумів, що його колега знайшов щось важливе. Двома роками раніше ними було виявлено, що експресія деяких генів з хромосоми 19 сприяє розвитку деменції, а оскільки Роузес знав, що ген, який кодує ApoE, також знаходиться на цій хромосомі, його блискавично осінила ідея участі ApoE в розвитку хвороби Альцгеймера (БА).

В організмі людини є три варіанти гена APOE, що кодують ізоформи білка Е2, Е3 і Е4, і Роузес вирішив з`ясувати їх вплив на розвиток хвороби Альцгеймера. Для визначення окремих алелей потрібно було провести полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР). Так як вчений мав досить скромний досвід роботи з ПЛР, він хотів залучити до своєї команди нейрофізіологів, але отримав відмову: хоча вони і були зайняті полюванням за генами, які лежать в основі хвороби Альцгеймера, АРОЕ здався їм невідповідним кандидатом. Роузес згадує, як пізніше в лабораторії ходили розмови: «... начальник зовсім втратив голову від своїх божевільних ідей».

Але Роузес не здавався. Він попросив допомоги у своєї дружини, генетика Енн Сондерс (Ann Saunders), яка використовувала ПЛР в своїх дослідженнях. Вона тільки що народила дочку і була в декретній відпустці, і тому вони уклали угоду. «Вона зробила все експерименти, поки я наглядав за дитиною», - каже професор. Протягом трьох тижнів подружжя зібрали дані, які в подальшому лягли в основу серії знакових публікацій. Вони з`ясували, що аллель APOE4 сприяє розвитку БА.

Сьогодні, двадцять років по тому, APOE4 залишається провідним фактором ризику для найбільш поширеної форми деменції. Спадкування однієї копії APOE4 вчетверо підвищує ризик виникнення захворювання, двох копій - в 12 разів (рис. 1). Однак дані Роузес в основному не сприймали всерйоз або критикували. Згодом, навіть коли думка про ApoE змінилося, більшість вчених все одно продовжували працювати з -амілоїд, як би «зациклилися» на класиці. Але деякі лабораторії все одно досліджували ApoE, незважаючи на байдужість фінансують установ і наукових співтовариств і на відсутність ресурсів, необхідних для проведення масштабних експериментів.

Довгий час було невідомо, які функції білок ApoE виконує в головному мозку, і поступово ця головоломка стала цікавити багатьох нейрофізіологів. Інтерес до ліпопротеїнів продовжував зростати, - почасти тому, що клінічні випробування ліків, націлених на -амілоїд, часто закінчувалися невдачею. Багато дослідників почали скрупульозно вивчати білок ApoE4 і, як наслідок, привернули увагу фармацевтичних компаній. «Амілоїдні підходи» поступово перестали використовувати, зате почали розробляти препарати, спрямовані на аполіпопротеїн.

«Не дивлячись на відсутність впевнених доказів, амілоїдна гіпотеза стала свого часу сильним науковим постулатом», - каже Завен Хачатурян, президент некомерційної компанії «запобігти хворобі Альцгеймера» (Prevent Alzheimer`s Disease 2020) і колишній координатор діяльності, пов`язаної з дослідженням БА в Національних інститутах здоров`я США. До недавнього часу, за його словами «ніхто не намагався задати фундаментальне питання - чи правильно ми визначили основну передумову хвороби?».

Жорстка конкуренція.

Існують різні доводи щодо того, чому відкриття Роузес було проігноровано. Багато хто сходиться на думці, що генетик вибрав невдалий час для оприлюднення своїх результатів. У 1991 році Джон Харді (John Hardy) і Девід Олсоп (David Allsop) запропонували «гіпотезу амилоидного каскаду». Вони стверджували, що хвороба Альцгеймера є результатом аномального накопичення -амілоїдних бляшок в тканинах мозку. Наукове співтовариство підтримало запропоновану ідею, яку незабаром почали активно фінансувати.

Але Роузес не підписав під цією теорією: «... амілоїд є одними з багатьох речовин, які формують бляшкі- в кінцевому підсумку вони руйнують клітини і викликають атрофію мозку. У мене і думки не було, що це було причиною деменції ». Говорячи так, він, можливо, хотів приховати можливий зв`язок ApoE / А , і випадково створив конкуренцію між двома гіпотезами за фінансування. На жаль, Роузес так і не отримав гранти для роботи з ApoE.

Були й технічні перешкоди для вивчення ApoE. Білок входить до складу різних ліпопротеїнів плазми крові і є досить складною фармакологічної мішенню при роботі з головним мозком. ApoE має ліпофільную частина і тому при біохімічному аналізі може агрегувати з іншими молекулами. Робота з такими білками вимагає глибокого розуміння біохімії ліпопротеїнів і методик роботи з ними.

Амілоїд ж, навпаки, був легкою мішенню. Після двох десятиліть ретельних спостережень був створений ряд ліків, які змінюють метаболізм А , але вони до сих пір не виправдали очікувань. З шести препаратів, що проходили клінічні випробування на хворих з II або III стадією захворювання в 2012 році, половина відразу ж відпала з міркувань безпеки або відсутності ефективності. І ця ситуація відбувається на тлі старіння населення, хиткості системи охорони здоров`я і брак ліків для хвороби Альцгеймера. «Кількість невдалих випробувань, спрямованих на лікування деменції Альцгеймера, різко зросла», - говорить Леннарт Мак (Lennart Mucke), директор Гладстонского інституту неврологічних захворювань (Каліфорнійський університет, Сан-Франциско). - «Це дійсно похитнула фармацевтичну індустрію».

Три залишилися препарату, які націлені на -амілоїд, в даний час проходять випробування на хворих, а також на людях з високим ризиком БА, у яких ще не розвинулися симптоми. Позитронно-емісійна томографія показала, що мозок піддослідних з високим ризиком розвитку БА відрізняється від здорового мозку за десятиліття (!) До того, як починає накопичуватися -амілоїд або руйнуватися нейрони. В результаті досліджень, які будуть проводитися протягом наступних шести років, вчені зрозуміють, чи здатні ці кошти відстрочити настання захворювання чи ні. Серед дослідників і представників фармацевтичної індустрії з`явилося відчуття, що це - останній шанс для амілоїдних гіпотези. На тлі цих сумнівів ApoE знову опинився в центрі уваги.

За словами Мака, якщо випробування закінчаться невдачею, вчені будуть звітувати перед інвесторами, надаючи всі дані доклінічних і ранніх клінічних випробувань. Він сподівається, що дослідники АроЕ незабаром отримають велику перевагу. Незважаючи на перешкоди в цій області, у вчених продовжує міцніти підозра, що саме ApoE4 є передумовою для виникнення хвороби. Цей факт підтверджують групи Мака і Гольцмана (Holtzman) в дослідах на трансгенних мишах, які несуть в собі ізоформи ApoE людини.

Швидше за все, ApoE бере участь у розвитку БА двома різними шляхами, один з яких - амілоїд-залежний. І у тварин, і у людини ApoE4 сприяє відкладенню A в мозковій речовині, в той час як ApoE3 вважається «нейтральної» изоформой, а ApoE2 - «захисною» формою, що зменшує накопичення бляшок. «Це досить переконливі дані», - каже Хольцман.

Інший механізм не передбачає взаємозв`язку з амілоїд. Коли нейрони знаходяться в стані стресу, вони експресують ApoE для свого відновлення. «Погана» форма - ApoE4, - як правило, руйнується на токсичні фрагменти, які ушкоджують мітохондрії і модифікують цитоскелет.

Оцінити внесок цих двох механізмів в ризик розвитку хвороби Альцгеймера вкрай складно, каже Хольцман, але він і його колеги вважають, що трансформація шкідливої ізоформи ApoE в «нейтральну» може стати перспективним підходом для лікування БА. У Гладстоне дослідники почали вивчати це питання, і вже знайдені невеликі регуляторні молекули, які трансформують ApoE4 в ApoE3-подібний білок і тим самим знижують аномальну фрагментацію першого. У культурі клітин навіть низькі концентрації цих молекул можуть зменшити руйнування мітохондрій і дисфункцію нейронів. В даний час ці молекули проходять випробування на тваринах, і якщо вони в кінцевому рахунку виявляться безпечними і ефективними, лікарі призначатимуть їх пацієнтам, схильних до БА, так само, як статини - хворим з високим рівнем холестерину і з підвищеним ризиком серцево-судинних захворювань .

Більш ніж достатньо.

Такі препарати можуть бути ефективними і для лікування інших хвороб. «Мітохондріальна гіпотеза досить логічно і лаконічно пояснює, до чого призводить експресія ApoE4», - говорить Мак, - «не тільки в контексті хвороби Альцгеймера, але, можливо, також і при інших захворюваннях». Є дані про те, що поява цієї ізоформи - можливий фактор ризику також при хворобі Паркінсона і епілепсії. Даний білок також пов`язують з розвитком деструктивних процесів після черепно-мозкової травми і прискореним розвитком ВІЛ-інфекції. П`ятнадцять біотехнологічних компаній вже співпрацюють з Гладстоном для розробки лікарських речовин, що діють за схожим принципом.

Незважаючи на відсутність грантів на дослідження ApoE, Роузес ніколи не здавався. Але через кілька років, коли його група виявила зв`язок між ApoE і хворобою Альцгеймера, він втомився від постійного грошового протистояння і залишив науку. Пропрацювавши у фармацевтичній індустрії десять років, протягом яких він не переставав досліджувати ApoE, в 2008 році він знову повертається в Дьюковскій університет.

У 2009 році його група описала ділянку некодирующей ДНК з геном TOMM40, який розташовується поруч з APOE на дев`ятнадцятій хромосомі. Ця ділянка ДНК (скорочено - 523) варіює по довжині і, в залежності від цього, може визначати рівень експресії генів TOMM40 і АРОЕ.

За словами Роузес, це було важливе відкриття, так як білок, який кодується геном TOMM40 - Tom40, - є необхідним для «здорових» мітохондрій. Tom40 утворює канал у зовнішній мітохондріальній мембрані, через який імпортуються білки, необхідні для нормального розподілу цієї органели. «Ми знали про існування такого механізму в перебігу 10 років», - каже вчений, - «але те, що він призводить до хвороби Альцгеймера, ми і не підозрювали».

Роузес продовжував стверджувати, що ділянка 523 можна використовувати для розробки терапії і більш точного передбачення хвороби. Переважна більшість людей ризикує зустрітися зі своїм Альцгеймером, якщо тільки проживе достатньо довго, але ж носіями алелі APOE4 є тільки 25% населення. Значить, тест на носійство цього алеля ніколи не буде до кінця точним предиктором. Але генотипування по обом генам - АРОЕ і TOMM40 - може істотно збільшити точність, каже Роузес. У його лабораторії відкрили, що APOE3 - найбільш часта изоформа - зазвичай успадковується разом або з коротким, або з дуже довгим ділянкою 523. І у носіїв двох алелей APOE3 вік настання захворювання буде залежати від конкретного варіанту ділянки 523, успадкованого разом з APOE.

Деяким лабораторіям вдалося знайти докази, що підтверджують гіпотезу Роузес, однак у інших повторити дослідження на TOMM40 так і не вдалося, і виникли сумніви в реальності впливу цього гена на ризик розвитку БА. Однак Роузес не сумнівається в правильності своїх гіпотез і вважає, що геномні дослідження, які не підтвердили його результатів, мали недостатньою силою для виявлення сцепліванія TOMM40 і хвороби Альцгеймера.

Роузес сподівається, що незабаром він зможе підкріпити свої результати клінічними дослідженнями, які будуть проводитися в заснованій ним компанії Zinfandel Pharmaceuticals. Разом з японською фармацевтичною компанією Takeda Зинфандель в даний час фінансує фазу III клінічних випробувань (під назвою TOMMORROW), покликану перевірити ідеї Роузес на ділі. TOMMORROW повинна оцінити ризики розвитку БА в залежності від віку пацієнта і варіантів APOE і TOMM40. Для запуску програми будуть відібрані близько 6000 здорових літніх людей, і дослідження триватимуть близько 5 років.

Програма буде також дослідити можливість того, що піоглітазон - препарат для лікування пацієнтів з цукровим діабетом 2 типу, - в малих дозах буде затримувати розвиток БА у осіб, віднесених до групи високого ризику розвитку хвороби Альцгеймера. Перевірка цієї ідеї викликана тим, що опубліковані результати дослідів на тваринах і навіть на людях, які говорять про здатність піоглітазону запобігати або зменшити патологію і симптоми, пов`язані з хворобою Альцгеймера. Роузес думає, можливий механізм цього - стимуляція ділення мітохондрій.

Навіть якщо отримати сильні ліки проти хвороби Альцгеймера так і не вдасться, толк в цих випробуваннях все одно буде: навчившись затримувати розвиток БА хоча б на два роки, можна зменшити число хворих в США через 50 років на 2 млн. Чоловік, що дуже і дуже не погано. Крім того, результати цих випробувань змусять дослідників усього світу по-новому поглянути на деменцію. Таке складне розлад, як хвороба Альцгеймера, не можна вивчати тільки з одного боку, - нехай і включає ApoE4 або ще що-небудь. Мабуть, нейрофізіологи близькі до того, щоб визнати обмеженість своїх колишніх поглядів і частково переглянути їх, направивши дослідження за новими доріжках, в кінці яких буде розгадка проблеми, яка позбавляє нас розуму. #medica_mente


Малюнок 1. Носії аллеля APOE4 більш схильні до розвитку хвороби Альцгеймера в порівнянні з тими, хто успадкував дві копії алелі APOE3.

Малюнок 2. Дві розходяться гіпотези про те, як АроЕ сприяє хвороби.

Відео: Олена Малишева. Симптоми хвороби Альцгеймера