Болезнь хантингтона симптомы и признаки

Симптомы
Содержание

Болезнь Гентингтона

Весь контент iLive проверяется медицинскими экспертами, чтобы обеспечить максимально возможную точность и соответствие фактам.

У нас есть строгие правила по выбору источников информации и мы ссылаемся только на авторитетные сайты, академические исследовательские институты и, по возможности, доказанные медицинские исследования. Обратите внимание, что цифры в скобках ([1], [2] и т. д.) являются интерактивными ссылками на такие исследования.

Если вы считаете, что какой-либо из наших материалов является неточным, устаревшим или иным образом сомнительным, выберите его и нажмите Ctrl + Enter.

Болезнь Гентингтона аутосомно-доминантное нейродегенеративное заболевание, которое характеризуется начинающимися в среднем возрасте прогрессирующим нарушением когнитивных функций, непроизвольными движениями и нарушением координации движений. Диагноз подтверждают генетическим тестированием. Лечение преимущественно симптоматическое. Кровным родственникам можно рекомендовать пройти генетическое тестирование. Джордж Гентингтон первым описал это состояние в 1872 году, изучив семейный случай заболевания у жителей Лонг-Айленда.

[1], [2]

Что вызывает болезнь Хантингтона?

В то время как ген «дикого типа» имеет «растяжку» в 10-28 повторов ЦАГ, у мутантной формы гена, вызывающей болезнь Гентингтона, «растяжка» увеличена от 39 до более чем 100 повторов ЦАГ. Выявление экспансии тринуклеотидных повторов позволило объяснить многие клинические особенности заболевания. В частности, была выявлена обратная корреляция между возрастом начала и длиной участка с повторяющимися тринуклеотидами. Антиципация при наследовании по отцовской линии можно объяснить тем фактом, что увеличение числа повторов часто возникает у мужчин в период сперматогенеза. Анализ новых мутаций показал, что они обычно возникают, когда у одного из родителей, обычно отца, число повторов ЦАГ было выше 28; в этом случае в следующем поколении число этих повторов увеличивалась. В настоящее время установлено, что если число повторов не более 28, то оно стабильно передается из поколения в поколение. Если число повторов составляет от 29 до 35, то симптомы при болезни Гентингтона не проявляются, но при передаче потомству длина этого участка может увеличиваться. Если число повторов составляет от 36 до 39, то в некоторых случаях (но не всегда) заболевание может проявляться клинически (неполная пенетрантность), а при передаче потомству возможно увеличение числа тринуклеотидных повторов. Если численность повторов превышает 40, то заболевание возникает практически во всех случаях, а при передаче потомству возможна дальнейшая экспансия повторов. Причины увеличения числа повторов остаются неизвестными.

Патоморфология болезни Гентингтона

Болезнь Гентингтона характеризуется гибелью нейронов преимущественно в хвостатом ядре и скорлупе, в некоторой степени также в коре и других структурах головного мозга. Общий вес мозга при болезни Гентингтона снижается не только за счет снижения численности нейронов, но вследствие утраты белого вещества. В коре больших полушарий в наибольшей степени поражаются клетки в слоях V и VI. Выраженность микро- и макроскопических дегенеративных изменений (с коррекцией на возраст к моменту смерти) коррелирует с числом повторов ЦАГ. Детальный патоморфологический анализ изменений нескольких сотен случаев болезни Гентингтона показал, что дегенерация стриатума начинается с дорсомедиальной части хвостатого ядра и дорсолатеральной части скорлупы, а затем распространяется в вентральном направлении. Различные группы нейронов хвостатого ядра и скорлупы страдают не в одинаковой степени. Вставочные нейроны в стриатуме остаются относительно сохранными, но избирательно поражаются некоторые проекционные нейроны. При ювенильной форме болезни Гентингтона патоморфологические изменения в стриатуме более выражены и имеют более распространенный характер, вовлекая кору больших полушарий, мозжечок, таламус, бледный шар.

[3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12]

Нейрохимические изменения при болезни Гентингтона

Ацетилхолин. Ацетилхолин используют в качестве нейромедиатора крупные нешипо-видные вставочные нейроны в полосатом теле. В ранних посмертных исследованиях у больных с болезнью Гентингтона было выявлено снижение активности холинацетылтрансферазы (ХАТ) в стриатуме, что могло свидетельствовать об утрате холинергических нейронов. Однако в сравнении со значительным снижением численности ГАМКергических нейронов, холинергические вставочные нейроны остаются относительно сохранными. Следовательно, плотность ацетилхолинэстераза-позитивных нейронов и активность ХАТ в полосатом теле на самом деле относительно повышены, в сравнении с контролем, уравненным по возрасту.

Субстанция Р. Субстанция Р содержится во многих средних шиловидных нейронах полосатого тела, которые преимущественно проецируются на внутренний сегмент бледного шара и черную субстанцию и обычно содержат также динорфин и ГАМК. Уровень субстанции Р в стриатуме и ретикулярной части черной субстанции при болезни Гентингтона снижен. На терминальной стадии заболевания с помощью иммуногистохимических исследований выявлено значительное снижение численности нейронов, содержащих субстанцию Р. На более ранних стадиях нейроны, содержащие субстанцию Р и проецирующиеся на внутренний сегмент бледного шара, относительно сохранны, по сравнению с нейронами, проецирующимися на ретикулярную часть черной субстанции.

Опиоидные пептиды. Энкефалин содержится в средних шиловидных проекционных ГАМКергических нейронах непрямого пути, проецирующихся на наружный сегмент бледного шара и несущих на себе D2-рецепторы. С помощью иммуногистохимических исследований было показано, что на ранней стадии болезни Гентингтона происходит утрата энкефалин-содержащих нейронов, проецирующихся на наружный сегмент бледного шара. Эти клетки, по-видимому, гибнут раньше, чем клетки, содержащие субстанцию Р и проецирующиеся на внутренний сегмент бледного шара.

Катехоламины. Нейроны, содержащие биогенные амины (дофамин, серотонин) и проецирующиеся на полосатое тело, расположены в компактной части черной субстанции, вентральной покрышке и ядрах шва. В то время как норадренергические проекции в полосатое тело человека минимальны, уровни серотонина и дофамина (в пересчете на грамм ткани) в стриатуме оказываются повышенными, что свидетельствует о сохранности этих афферентных проекций на фоне выраженной утраты собственных нейронов стриатума. Дофаминергические нейроны черной субстанции остаются сохранными как при классической, так и при ювенильной формах болезни Гентингтона.

Соматостатин/нейропептид Y и синтетаза оксида азота. Измерение уровня соматостатина и нейропептида Y в стриатуме при болезни Гентингтона выявило их 4-5-кратное увеличение, по сравнению с нормальными тканями. С помощью иммуногистохимических исследований констатирована абсолютная сохранность вставочных нейронов стриатума, содержащих нейропептид Y, соматостатин и синтетазу оксида азота. Таким образом, эти нейроны резистентны к патологическому процессу.

Возбуждающие аминокислоты. Высказывалось предположение, что селективная гибель клеток при болезни Гентингтона связана с индуцированным глутаматом нейротоксическим эффектом. Уровни глутамата и хинолиновой кислоты (эндогенный нейротоксин, представляющий собой побочный продукт метаболизма серотонина и являющийся агонистом глугаматных рецпторов) в стриатуме при болезни Гентингтона изменены незначительно, однако недавнее исследование с помощью МРспектроскопии выявило in vivo повышение уровня глутамата. Уровень глиального фермента, ответственного за синтез хинолиновой кислоты, в стриатуме при болезни Гентингтона увеличен по сравнению с нормой примерно в 5 раз, в то время как активность фермента, обеспечивающего деградацию хинолиновой кислоты, повышена при болезни Гентингтона только на 20-50%. Таким образом, синтез хинолиновой кислоты при болезни Гентингтона может быть повышен.

Исследования рецепторов возбуждающих аминокислот (ВАК) при болезни Гентингтона выявили значительное снижение численности NMDA-, АМРА-, каинатных и метаботропных глугаматных рецепторов в стриатуме, а также АМРА- и каинатных рецепторов в коре больших полушарий. На поздней стадии болезни Гентингтона NMDA-рецепторы практически отсутствовали, на предклинической и ранней стадии отмечалось значительное снижение численности этих рецепторов.

Избирательная чувствительность. При болезни Гентингтона избирательно гибнут определенные типы стриарных клеток. Средние шиловидные нейроны, проецирующиеся на наружный сегмент бледного шара и содержащие ГАМК и энкефалин, гибнут уже на очень ранней стадии заболевания, так же, как и нейроны, содержащие ГАМК и субстанцию Р и проецирующиеся на ретикулярную часть черной субстанции. Утрата нейронов, содержащих ГАМК и энкефалин и проецирующихся на наружный сегмент бледного шара, растормаживает эту структуру, что, в свою очередь, ведет к активному торможению субталамического ядра. Снижением активности субталамического ядра, по-видимому, можно объяснить хореиформные движения, возникающие при болезни Гентингтона. Давно известно, что очаговые поражения субталамического ядра могут быть причиной хореи. Утрата нейронов, содержащих ГАМК и субстанцию Р и проецирующихся на ретикулярную часть черной субстанции, вероятно, может быть причиной глазодвигательных нарушений, наблюдаемых при болезни Гентингтона. Этот путь в норме тормозит нейроны ретикулярной части черной субстанции, проецирующиеся на верхние бугорки четверохолмия, которые, в свою очередь, регулируют саккады. При ювенильной форме болезни Гентингтона пути, указанные выше, страдают более тяжело и, кроме того, рано утрачиваются стриарные проекции во внутренний сегмент бледного шара.

Белок гентингтин, кодируемый геном, мутация которого вызывает болезнь Гентингтона, выявляется в различных структурах головного мозга и других тканях. В норме гентингтин преимущественно обнаруживается в цитоплазме нейронов. Белок выявляется в большинстве нейронов мозга, но, как показывают последние данные, его содержание выше в матриксных, чем в стриосомных нейронах, а в проекционных нейронах выше, чем во вставочных нейронах. Таким образом, избирательная чувствительность нейронов коррелирует с содержанием в них гентингтина, который в норме представлен в определенных популяциях нейронов.

Как и в мозге больных с болезнью Гентингтона, у мышей, трансгенных по N-терминальному фрагменту гена болезни Гентингтона с увеличенным числом повторов, гентингтин образует плотные агрегаты в ядрах нейронов. Эти внутриядерные включения формируются в стриарных проекционных (но не во вставочных) нейронах. У трансгенных мышей включения образуются за несколько недель до появления симптомов. Эти данные свидетельствуют, что белок гентингтин, содержащий увеличенное число глутаминовых остатков, включение которых кодируют тринуклетидные повторы, или его фрагмент накапливается в ядре, в результате может страдать осуществляемый им контроль клеточных функций.

Читайте также:  Аскорбиновая кислота передозировка у детей симптомы

[13], [14], [15], [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23]

Симптомы болезни Гентингтона

Возраст, в котором появились первые симптомы, у больных с болезнью Гентингтона трудно определить с точностью, поскольку заболевание проявляется постепенно. Изменения личности и поведения, легкие расстройства координации могут возникать за много лет до появления более явных симптомов. К моменту установления диагноза у большинства больных обнаруживаются хореические движения, нарушение координации тонких движений и замедление генерации произвольных саккад. По мере прогрессирования заболевания нарушается способность организовывать свою деятельность, снижается память, затрудняется речь, нарастают глазодвигательные нарушения и нарушение выполнения координированных движений. Хотя на ранней стадии заболевания изменения мышечного и позы отсутствуют, по мене его прогрессирования возможно развитие дистонических поз, которые со временем могут превращаться в доминирующий симптом. На поздней стадии речь становится неразборчивой, значительно затрудняется глотание, ходьба становится невозможной. Болезнь Гентингтона обычно прогрессирует в течение 15-20 лет. В терминальной стадии больной беспомощен и нуждается в постоянном уходе. Летальный исход непосредственно связан не с первичным заболеванием, а с его осложнениями, например, с пневмонией.

[24], [25], [26], [27]

Деменция при болезни Гентингтона

[28], [29], [30], [31]

Код по МКБ-10

Р02.2. Деменция при болезни Гентингтона (G10).

Деменция развивается как одно из проявлений системного дегенеративно-атрофического процесса с преимущественным поражением стриарной системы мозга и других подкоэковых ядер. Наследуется по аутосомно-доминантному

Как правило, болезнь манифестирует на третьем или четвертом десятилетии жизни хореоформными гиперкинезами (особенно в лице, руках, плечах, походке), изменениями личности (возбудимый, истерический и шизоидный типы личностных аномалий), психотическими расстройствами (особая депрессия с мрачностью, угрюмостью, дисфориями; параноидная настроенность).

Особое значение для диагностики имеет сочетание хореоформных гиперкинезов, деменции и наследственной отягощённости. Для данной деменции специфично следующее:

С учётом высокого удельного веса психотических (паранойяльного бреда ревности, преследования) и дисфорических расстройств в клинической картине болезни лечение проводят с помощью различных нейролептиков, блокирующих дофаминергические рецепторы (производные фенотиазина и бутирофенона), либо снижающих уровень допамина в тканях (резерпин).

В стационаре лечение психических нарушений проводят с учётом ведущего синдрома, возраста и общего состояния больного. При амбулаторном лечении принципы терапии те же (непрерывная поддерживающая терапия двигательных нарушений, периодическая смена препарата). Амбулаторно применяют более низкие дозы нейролептиков.

Прогноз в целом неблагоприятный. Течение болезни медленно прогрессирующее, болезнь приводит к смерти обычно через 10-15 лет.

[32], [33]

Что беспокоит?

Диагностика болезни Гентингтона

Диагноз ставят на основании типичных симптомов, семейного анамнеза и данных генетического тестирования. Изза атрофии головки хвостатого ядра, МРТ и КГ в поздней стадии заболевания выявляют расширение желудочков мозга.

[34], [35], [36], [37], [38], [39], [40]

Лечение болезни Гентингтона

Важны генетическое тестирование и консультирование, поскольку симптомы заболевания проявляются уже по окончании детородного возраста. Лиц с положительным семейным анамнезом и тех, кто заинтересован в тестировании, направляют в специализированные центры с учетом всех этических и психологических последствий.

Симптоматическое лечение болезни Гентингтона

Эффективного лечения, способной останавливать прогрессирование болезни Гентингтона, пока не разработано. Неоднократно проводились испытания тех или иных лекарственных средств, однако получить сколько-нибудь значимый эффект не удалось. Нейролептики и другие антагонисты дофаминовых рецепторов широко используются для коррекции психических расстройств и непроизвольных движений у больных с болезнью Гентингтона. Непроизвольные движения отражают дисбаланс между дофаминергической и ГАМКергической системами. Соответственно, нейролептики используются для ослабления избыточной дофаминергической активности. Однако эти препараты сами по себе могут вызвать выраженные когнитивные и экстрапирамидные побочные эффекты. К тому же, за исключением тех случаев, когда у больного развивается психоз или возбуждение, их эффективность не доказана. Нейролептики часто вызывают или усугубляют дисфагию или другие двигательные расстройства. Нейролептики нового поколения, такие как рисперидон, клозапин и оланзапин, могут быть особенно полезны в лечении болезни Гентингтона, поскольку в меньшей степени вызывают экстрапирамидные побочные эффекты, но способны ослабить параноидный синдром или повышенную раздражительность.

Тетрабеназин и резерпин также ослабляют активность дофаминергической системы и способны уменьшать выраженность непроизвольных движений на ранней стадии заболевания. Однако эти средства могут вызвать депрессию. Поскольку заболевание само по себе часто вызывает депрессию, это побочное действие существенно ограничивает применение резерпина и тетрабеназина. На поздней стадии заболевания клетки, несущие дофаминовые рецепторы, гибнут, поэтому эффективность антагонистов дофаминовых рецепторов ослабевает или утрачивается.

Нейролептики, антидепрессанты и анксиолитики применяются для лечения психоза, депрессии и раздражительности у больных с болезнью Гентингтона, однако их следует назначать только на тот период, когда у больного действительно имеются эти симптомы. Препараты, которые могут быть полезными на одной стадии заболевания, по мере его прогрессирования могут становиться неэффективными или даже оказывать неблагоприятное влияние.

У больных с болезнью Гентингтона проводились испытания агонистов ГАМК-рецепторов, ввиду того, что при болезни Гентингтона было выявлено значительное снижение уровня ГАМК в стриатуме, а также гиперчувствительность ГАМК-рецепторов в его проекционных зонах. Бензодиазепины оказались эффективными в тех случаях, когда непроизвольные движения и когнитивные нарушения усугублялись стрессом и тревогой. Следует назначать низкие дозы этих препаратов, чтобы избежать нежелательного седативного эффекта. У большинства больных с болезни Гентингтона ни один из препаратов не приводит к существенному улучшению качества жизни.

При раннем начале болезни Гентингтона, протекающей с симптомами паркинсонизма, можно испробовать дофаминергические средства, однако их эффективность ограничена. Более того, леводопа может вызывать или усиливать миоклонию у этих больных. В то же время баклофен способен уменьшать ригидность у некоторых больных болезнью Гентингтона.

[41], [42], [43], [44], [45]

Превентивное (нейропротекторное) лечение болезни Гентингтона

[46], [47], [48], [49], [50], [51], [52], [53], [54], [55], [56], [57], [58]

Источник

Как спасти Тринадцатую? (Перспективы лечения болезни Хантингтона)

Как спасти Тринадцатую? (Перспективы лечения болезни Хантингтона)

Тринадцатая — героиня сериала «Доктор Хаус» — знала, что может быть больна болезнью Хантингтона, поскольку от этой болезни умерла ее мать. Она долгое время не хотела делать анализы, потому что это заболевание все еще не излечимо, и знание диагноза не сделает жизнь лучше. Но новые исследования в этой области дают надежду, что в скором времени развитие болезни Хантингтона можно буде остановить на ранней стадии.

Автор
Редакторы

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Сейчас сложно найти человека, который никогда не слышал про болезни Альцгеймера, Паркинсона или Хантингтона. Эти недуги относятся к группе нейродегенеративных заболеваний, вызывающих гибель нейронов и постепенное разрушение головного мозга. К сожалению, все они являются неизлечимыми. Поэтому ученые активно работают над тем, чтобы раскрыть механизмы развития этих болезней и найти терапию, которая поможет спасти пациентов. В своем исследовании мы обратились к пока еще малоизученному вопросу — что происходит с синаптической связью нейронов при нейродегенеративном процессе? Результаты этой работы открывают новое направление для разработки лекарства от болезни Хантингтона и других нейродегенеративных заболеваний.

Конкурс «био/мол/текст»-2013

Эта работа заняла первое место в номинации «Своя работа» конкурса «био/мол/текст»-2013.

Спонсор конкурса — дальновидная компания Thermo Fisher Scientific. Спонсор приза зрительских симпатий — фирма Helicon.

С увеличением средней продолжительности жизни все больше людей страдают от болезни Альцгеймера и болезни Паркинсона. К сожалению, годы исследований пока не привели ученых к открытию причин развития этих заболеваний и возможной терапии. Это связано, главным образом, с тем, что почти ничего не известно о факторах, вызывающих болезнь, а также с тем, что очень мало пациентов имеют генетическую предрасположенность. Чаще всего эти заболевания являются спорадическими, т.е. причины их возникновения не установлены. Это приводит к бесконечным спорам — никто не знает, как искусственно вызвать это заболевание у модельных животных для экспериментов и поиска лекарств. Поэтому все больше ученых обращают свое внимание на генетические заболевания нервной системы, такие как болезнь Хантингтона (БХ). Это заболевание также, как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона, относится к группе нейродегенеративных заболеваний, с которыми его объединяет ряд схожих черт: гибель нейронов центральной нервной системы, накопление амилоидоподобных агрегатов белков, когнитивные и двигательные нарушения у больных. При этом БХ имеет важное преимущество с точки зрения исследователей, т.к. известно, какая мутация вызывает это заболевание. Это дает возможность создавать точные генетические модели и исследовать их на животных. Это важно, потому что если мы поймем патогенез болезни Хантингтона, то нам легче будет разобраться и со спорадическими нейродегенеративными заболеваниями. Это мы и попытались сделать в своем исследовании.

Болезнь Хантингтона

Болезнь Хантингтона (БХ, в русскоязычной литературе также «болезнь Гентингтона») — наследственное заболевание нервной системы, которое поражает примерно 1 из 10 тыс. людей. Болезнь была впервые описана Джорджем Хантингтоном (George Huntington) в 1872, и с тех пор носит его имя, однако клинические симптомы этого заболевания были известны еще в XVI веке под названием «хорея» (от лат. choreus — танец). К признакам хореи относили непроизвольные, нескоординированные быстрые движения, похожие на судороги; именно так описывают и современные медики моторные нарушения, характерные для БХ. Болезнь может порой длиться до двадцати лет, но исход неизменно один и тот же: больной теряет способность самостоятельно передвигаться, говорить, а затем и мыслить. Как правило, симптомы болезни Хантингтона проявляются в возрасте от 30 до 50 лет, хотя у 5–10% пациентов отмечается появление симптомов в возрасте до 20 лет — так называемая ювенильная форма заболевания [1].

Первый симптом болезни Хантингтона — непроизвольные подёргивания конечностей, торса и лицевых мышц. Довольно часто они сопровождаются резкими сменами настроения, депрессией, раздражительностью, неразборчивостью речи и неуклюжестью движений. По мере прогрессирования болезни, к этим симптомам добавляются затруднения или боль при глотании, неустойчивость походки, потеря равновесия, нарушение мыслительных функций и ухудшение памяти. В конце концов, больной теряет способность передвигаться без помощи посторонних и умирает обычно от пневмонии, остановки сердца или других осложнений.

Читайте также:  Гипермобильность коленных суставов симптомы

Важной для врачей и исследователей особенностью БХ является то, что это заболевание является наследственным и вызывается мутацией в одном-единственном гене. Оказалось, что к развитию БХ приводит увеличение количества повторов триплета CAG, кодирующего глутамин, в первом экзоне гена белка хантингтина. При этом, чем больше количество повторов этого триплета, тем раньше начинается развитие заболевания. В норме в человеческой популяции встречается от 10 до 35 повторов. У пациентов с БХ количество повторов может быть от 36 до 121, при ювенильной форме — от 50 и выше [2]. Благодаря выявлению генетической основы заболевания, диагностика БХ в настоящее время не представляет проблемы; кроме того, возможной стала пренатальная диагностика заболевания и проверка эмбрионов перед имплантацией при ЭКО, которая позволяет иметь здоровых детей даже носителям мутантного гена.

К сожалению, выявление точной мутации все еще не позволяет ученым определить причину развития болезни Хантингтона и найти соответствующее лечение. Появление в клетке мутантного гена и, соответственно, измененного (мутантного) белка может привести к развитию патологии двумя путями: потеря функции (loss-of-function) или приобретение функции (gain-of-functin). В первом случае мутантный белок не может выполнять ту же функцию, что белок нормальный, и это приводит к нарушению клеточных процессов. Во втором случае, мутантный белок мешает нормальной жизнедеятельности клетки, начиная выполнять какую-то «лишнюю функцию». Чтобы разобраться, что происходит при БХ, ученые интенсивно изучают как функцию нормального белка хантингтина, так и поведение его мутантной формы [3].

К сожалению, попытки определить точную клеточную функцию хантингтина пока не увенчались успехом. Различные исследования указывают на участие этого белка в широком спектре биологических процессов, включая транспорт белков и везикул (мембранных пузырьков-транспортеров), организацию цитоскелета, клатрин-опосредованный эндоцитоз, постсинаптический сигналинг, регуляцию транскрипции и анти-апоптотические процессы [4]. Если удастся доказать, что нарушение какой-либо из этих функций является ключевым для развития заболевания, то лекарственные препараты для поддержания этой функции могут спасти пациентов с болезнью Хантингтона.

Если верна гипотеза о приобретении функции, особое внимание стоит обратить на поведение мутантной формы хантингтина. Оказалось, что мутантный белок формирует агрегаты, которые являются одной из характерных черт развития БХ как у людей,так и у модельных животных (см.врезку). Сначала агрегаты были описаны только в ядре, однако последующие работы выявили их также в цитоплазме и отростках нейронов [5]. В последние годы многие авторы склоняются к тому, что образование агрегатов несет скорее протективную функцию, а основной патогенной формой мутантного хантингтина является мономерный растворимый белок [6].

Модели для изучения болезни Хантингтона

Модели БХ на животных появились более 30 лет назад. Первыми были модели, основанные на введении в стриатум нейротоксических веществ (например, хинолиновой кислоты — агониста NMDA-рецепторов), которые вызывали гибель нейронов. В настоящее время большинство исследователей работает на моделях трансгенных животных, среди которых есть не только мыши и крысы, но и беспозвоночные животные — мушка Drosophila melanogaster и червь Caenorhabditis elegans.

Мышиные модели болезни Хантингтона отличаются друг от друга количеством CAG-повторов и уровнем экспрессии трансгена — искусственно внесенного гена хантингтина. Т.к. именно от этих факторов зависит развитие БХ, разные линии мышей отличаются друг от друга скоростью развития патологий. К наиболее широко используемым моделям относят линии мышей R6/2, R6/1 и YAC128, которые были использованы и в нашей работе. У мышей этих линий симптомы заболевания наиболее выражены и проявляются достаточно быстро. Кроме того, у этих животных с возрастом прогрессируют когнитивные и моторные нарушения, развивается частичная потеря нейронов в стриатуме и коре.

Еще одним из способов моделирования БХ является использование клеточной культуры. В самом простом случае используются культуры клеток со стабильной трансфекцией гена хантингтина. Например, это клетки линии PC12, содержащие индуцибельный трансген первого экзона хантингтина или нейроны стриатума с экспрессией фрагментов хантингтина разной длины. Кроме того, можно использовать первичные культуры из нейронов трансгенных мышей или иммортализованные нейроны.

Почему мы решили исследовать параметры синаптической передачи при болезни Хантингтона

Синаптическая передача — это передача сигналов между нейронами с помощью синаптического контакта. При возбуждении одного нейрона его синаптическое окончание выделяет в синаптическую щель медиатор — химическое вещество, которое оказывает свое возбуждающее или тормозящее воздействие на синаптическое окончание второго нейрона (рис. 1). Таким образом, синапсы связывают нейроны между собой, обеспечивая нормальное функционирование нейронных сетей и всей нервной системы. Если какая-то из систем головного мозга перестает функционировать, причина может крыться либо в нарушении работы отдельных нейронов, либо в нарушении связи между ними, т.е. нарушении синаптической передачи.

Рисунок 1. Схематическое изображение устройства синапса.

При болезни Хантингона поражается специфическая область головного мозга, называемая стриатумом. Стриатум является частью важного нейронного пути — экстрапирамидной системы, которая участвует в управлении движением и поддержании мышечного тонуса. Гибель нейронов стриатума при болезни Хантингтона приводит к разрушению экстрапирамидной системы, что связано с потерей контроля над движениями у больного человека. Но когда возникают первые патологические симптомы (тремор, нарушение координации), головной мозг человека еще не поврежден: нейроны начинают погибать только через несколько лет после начала развития заболевания. Т.е. болезнь начинается, когда что-то меняется в работе самих нейронов или в синаптической передаче, и эти нарушения впоследствии ведут к гибели нейронов и необратимым последствиям.

В 2013 году Нобелевской премии по физиологии и медицине удостоены работы, благодаря которым стали ясны детали везикулярного транспорта — процесса образования и транспортировки мембранных пузырьков (везикул) между клетками: «Нобелевская премия по физиологии и медицине (2013): везикулярный транспорт» [8]. — Ред.

Изучение нарушенной синаптической передачи при БХ было темой нашего исследования. Может ли быть, что неправильная работа нейронов стриатума на ранней стадии БХ вызвана тем, что они «не слышат» команды нейронов коры? Может ли ослабление синаптической связи приводить к необратимым изменениям в нейронах стриатума и вести к их гибели? О чем мы узнали во время поиска ответов на эти вопросы, рассказано ниже.

Результаты исследований: изменения в синаптической передаче при болезни Хантингтона

Изучать синаптическую передачу можно различными способами. Например, это можно делать, проникнув в нейронную цепочку с помощью методов электрофизиологии. Нейрон проявляет свою активность с помощью электрического тока, который можно измерить. Если экспериментатор возьмет цепочку из двух нейронов и, активировав один нейрон, зарегистрирует электрическую активность второго, он сможет выяснить, насколько хорошо проходит сигнал. Другой способ изучать функционирование синаптической передачи — исследовать морфологию нейрона. Дело в том, что многие нейроны (в том числе, нейроны коры и стриатума) имеют особые выросты мембраны — шипики, которые нужны им именно для образования синапсов (рис. 2). Чем более активно нейрон «общается» со своими соседями, тем больше на его поверхности шипиков. Взяв на вооружение эти два подхода, мы решили исследовать, как работает синаптическая передача при БХ.

Рисунок 2. Дендритные шипики на поверхности стриатного нейрона. Шипики — небольшие выросты на поверхности нейрональных отростков; на увеличенном изображении они отмечены стрелками.

фото автора статьи

Рисунок 3. Нейрональная культура из нейронов коры и стриатума. С помощью специфических антител нейроны коры окрашены в красный цвет, а нейроны стриатума — в желто-зеленый.

фото автора статьи

В качестве модели для изучения болезни Хантингтона была использована клеточная культура из нейронов коры и стриатума. Для приготовления культуры незрелые нейроны из изучаемых зон мозга мышей высаживаются в чашки Петри, где они формируют полноценные нейрональные отростки и нейронные цепочки (рис. 3). Использовались мыши дикого типа (без мутаций) и мыши линии YAC128, которые несут мутацию в гене белка хантингтина и являются признанной моделью БХ. На 14–15 день после высаживания нейронов в чашку Петри они достигают зрелого состояния, соответствующего состоянию нейронов в мозге взрослого человека, а на 19–20 день нейроны считаются «старыми»: в них наблюдается ряд клеточных процессов, характерных для мозга пожилых людей. Кроме того, с возрастом в нейронах мышей YAC128 происходит накопление мутантного белка хантингтина и его агрегатов, поэтому изучение нейрональной культуры на этих двух этапах дает представление о том, что происходи в мозге пациента с БХ на ранней и на поздней стадиях заболевания.

Рисунок 4. Шипики разных типов на поверхности дендрита — микрофотография и схематическое изображение.

Для начала мы исследовали морфологические отличия между двумя линиями, т.е. сравнили их внешний вид. Для нормальных нейронов стриатума характерно наличие большого количества шипиков, благодаря чему их называют средними шипиковыми нейронами (СШН). Именно шипики формируют большую часть синаптических контактов между нейронами стриатума и коры, и для осуществления нормальной синаптической передачи важно наличие определенного их количества. Так же важно и «качество» шипиков: в современной нейробиологии их разделяют на три группы согласно размеру и форме (рис. 4): грибовидные, тонкие и пеньковые. При этом шипики разных типов выполняют разные функции: считается, что только грибовидные шипики формируют активные синапсы, в то время как тонкие и пеньковые контактов с другими нейронами не образуют. Таким образом, для нормального функционирования нейронной цепочки и эффективной передачи информации по ней необходимо наличие определенного количества грибовидных шипиков.

Для того, чтобы узнать, сколько грибовидных шипиков должно быть на СШН в норме, на всех этапах морфологического анализа как контроль использовалась культура нейронов из головного мозга мышей дикого типа. Оказалось, что количество шипиков на СШН стриатума на 14 день культивирования (молодые нейроны) одинаково в культурах YAC128 и дикого типа, но на 20 день (у «старых» нейронов) наблюдаются значительные изменения (рис. 5). В «постаревшей» культуре YAC128 снижается общее количество шипиков, причем относительное количество грибовидных шипиков, которые образуют активные синапсы, уменьшается в два раза [10]. Получается, что морфологические изменения нейронов, свидетельствующие о нарушении синаптической передачи, развиваются только к «старости» (на поздней стадии заболевания). Значит, на ранних этапах корень проблемы должен лежать в другой области.

Читайте также:  Тепловой перегрев симптомы и первая помощь

Рисунок 5. Морфологический анализ нейронов стриатума. а — шипики нейронов на 14 и 20 дни культивирования. На микрофотографиях показаны участки дендритов нейронов. Относительное количество шипиков разных типов отмечено на круговой диаграмме: зеленый — грибовидные шипики, красный — тонкие шпики, черный — тонкие шипики. На 20 день культивирования на поверхности нейронов YAC128 снижается доля грибовидых шипиков и возрастает доля пеньковых. б — Плотность дендритных шипиков (среднее количество шипиков на участке дендрита длиной 10 мкм) на нейронах дикого типа и YAC28.

Поэтому мы сравнили электрофизиологические характеристики двух линий. Это возможно благодаря электрической активности нейронов, которую можно зарегистрировать с помощью специального метода, называемого пэтч-кламп. Для этого к поверхности нейрона прикладывают тонкую стеклянную пипетку, внутри которой находится электрод. Когда нейрон активируется, на его клеточной мембране изменяется напряжение, и это изменение регистрируется электродом. Если взять два связанных синаптическим контактом нейрона и, возбуждая один, регистрировать ответную электрическую активацию на втором, можно измерить эффективность передачи сигнала через синапс (рис. 6). Если ответная активация возникает не всегда, то, вероятно, синаптическая передача ослаблена. Этот метод может выявить нарушения работы синапса до изменений морфологии нейрона.

Рисунок 6. Схема эксперимента при совместном применении оптогенетики и электрофизиологической регистрации. Нейрон коры активируется при освещении синим светом, а на контактирующем с ним нейроне стриатума производится регистрация ответной активности с помощью стеклянной пипетки с электродом.

Чтобы активировать нейрон, можно использовать несколько способов. Можно добавить в окружающую его жидкость химическое вещество, открывающее ионные каналы, что приводит к электрическому возбуждению нейрона. Можно стимулировать нейрон электрическим током. Но мы для своих экспериментов выбрали более тонкий инструмент воздействия на нейроны, а именно — оптогенетику. Этот подход основан на внесении в нейроны специальных светочувствительных белков — опсинов, в результате чего и сами нейроны становятся чувствительными к свету (рис. 7). В результате, освещая нейроны светом определенной длины волны, можно изменять их активность. Освещение синим светом возбуждает нейрон, а желтым — вызывает торможение (т.е. подавляет активность нейрона).

Оптогенетические технологии в наши дни обещают даже вернуть зрение людям с дегенеративными поражениями сетчатки, придав световую чувствительность не разрушенным фоторецепторам, а клеткам-ганглиям: «Оптогенетика + голография = прозрение?» [11]. — Ред.

Рисунок 7. Опсины — светочувствительные белки, обеспечивающие движение ионов через клеточную мембрану и изменение активности нейронов. Каналородопсин (ChR2) вызывает деполяризацию мембраны и активацию нейрона, галородопсин (NpHR) вызывает гиперполяризацию мембраны и торможение нейрона.

Оптогенетика

Оптогенетика — метод, объединяющий подходы генетики и оптики для тонкого контроля электрической активности электровозбудимых клеток (нейронов и мышечных волокон) [9]. Для этого в изучаемые клетки вводят гены специальных светочувствительных белков — микробных опсинов, которые являются ионными каналами или насосами (рис. 7). Первая работа, показавшая возможность управлять электрической активностью нейронов при использовании опсина, была опубликована в 2005 году. За последующие несколько лет появился еще ряд экспериментальных работ, позволивших доработать эту методику и доказать ее применимость в различных экспериментальных условиях.

За последние годы было открыто множество различных опсинов, из которых наибольшее применение в оптогенетике нашли галородопсины и каналородопсины. При доставке гена опсина с помощью методов генной инженерии в нейрон, на плазматической мембране появляются светочувствительные каналы, а сама клетка становится светочувствительной. При действии синего света открывается пора каналородопсина (максимум поглощения — 470 нм), который вызывает движение положительно заряженных ионов внутрь клетки, обеспечивая деполяризацию мембраны нейрона и генерацию потенциалов действия. При действии желтого света активируется галородопсин (максимум поглощения — 580 нм), мембрана нейрона гиперполяризуется, вызывая торможение нейрона. Высокое временное разрешение метода оптогенетики позволяет обеспечить очень тонкую регуляцию синаптических событий и является, таким образом, важным инструментом для изучения межнейронных связей.

Совместное применение оптогенетики и классических методов электрофизиологии позволяет извлечь выгоду из положительных качеств каждого из этих подходов. Точность электрофизиологической регистрации объединяется с возможностью использовать световые стимулы разной длительности и интенсивности, что помогает ученым подробно изучать работу нейронных связей.

Электрическая активность нейронов выражается в резких скачках напряжения на клеточной мембране и появлении вследствие этого электрического тока. Эти резкие скачки называются спайками или потенциалами действия и длятся несколько миллисекунд (рис. 8). Мы выяснили, что чем дольше нейрон освещается синим светом, тем больше спайков он за это время создает. Если освещаемый нейрон связан синаптическим контактом с другим нейроном, то на втором нейроне можно зарегистрировать ответную активность — тоже в виде отдельных спайков.

Рисунок 8. Пример записи, получаемой при электрофизологической регистрации активности нейрона. Спайки (потенциалы действия) отражаются на записи в виде вертикальных линий, показывающих резкие скачки мембранного тока.

В наших экспериментах мы использовали пару молодых (14 дней) нейронов коры и стриатума, связанных синаптическим контактом. Нейрон коры активировали синим светом, а на нейроне стриатума производили регистрацию ответной активности. Оказалось, что для возникновения ответа на нейроне стриатума нужна определенная длительность освещения (порог активации). Если длительность освещения была ниже порогового значения, то спайк на нейроне стриатума возникал в ответ не на каждую вспышку света. И что самое важное: порог активации для нейронов из мозга здоровых мышей отличался от мышей YAC128 (с мутацией в гене хантингтина). Наиболее ярко эта разница была видна при 50%-активации нейрона стриатума, т.е. длительности освещения, при которой спайк возникает в ответ на каждую вторую вспышку света. Порог 50%-активации нейрона стриатума в ответ на облучение кортикального нейрона для культуры клеток YAC 128 был примерно в два раза (точнее в 2,3±0,8) выше по сравнению с положительным контролем [10].

Получается, что мутация в белке хантингтине приводит к тому, что синаптическая передача ухудшается уже в молодых нейронах, и при этом нарушения происходят на функциональном уровне (без морфологических изменений). Может ли быть так, что именно эти функциональные нарушения в дальнейшем приводят к появлению морфологических изменений, таких как исчезновение шипиков у старых нейронов стриатума?

Чтобы ответить на этот вопрос, мы снова обратились за помощью к оптогенетике, но теперь с ее помощью мы подавляли светом активность нейронов (рис. 9а). Если наше предположение верно, то временное отсутствие активирующего воздействия коры должно привести к исчезновению шипиков на нейронах стриатума в культуре YAC128. Действительно, после эксперимента количество шипиков в положительном контроле осталось неизменным, но в культуре YAC128 значительно снизилось (рис. 9б, в). Получается, что моделирующие БХ нейроны особенно чувствительны к ослаблению активирующего воздействия нейронов коры, поэтому длительное ослабление синаптической связи между этими нейронами приводит к уменьшению количества шипиков на 20 день культивирования [10].

Рисунок 9. Влияние на нейроны с помощью оптогенетики. а — подавление активности нейрона коры с помощью оптогенетики. При освещении нейрона желтым светом (оранжевая полоса) он становится неактивен — на электрофизиологической записи в этот промежуток времени почти нет спайков. б — влияние длительного оптогенетического торможения на морфологию нейронов. На микрофотографиях видно уменьшение количества шипиков на дендрите нейрона YAC128. в — изменение плотности дендритных шипиков после оптогенетического торможения. В культуре дикого типа количество шипиков не изменяется, а в культуре YAC128 плотность шипиков значительно снижается.

Таким образом, мы обнаружили, что в нашей модели БХ наблюдается нарушение синаптической передачи, которое развивается в два этапа. На ранней стадии (молодые нейроны, на 14 день культивирования нейронов) происходит функциональное ослабление сипаптической связи, которое на более поздней стадии (старые нейроны, на 20 день культивирования) приводит к морфологическим нарушениям синаптических контактов.

Вывод: нарушение синаптической передачи и нейродегенеративные заболевания

Исследование подтвердило нашу первоначальную догадку: нарушение работы стриатума при БХ связано, прежде всего, с нарушением синаптической передачи. Нейроны стриатума перестают «слышать» команды нейронов коры, и, в результате, человек начинает терять контроль над своими движениями. Но на ранней стадии заболевания эти нарушения носят функциональный характер и, вероятно, обратимы. Если выяснить причины, ведущие к нарушению работы синапсов, то возможно разработать лекарственное средство, которое поможет остановить патологические изменения, обеспечит нейронам стриатума необходимый уровень активации и, таким образом, предотвратит развитие необратимых морфологических нарушений.

Результаты этой работы подталкивают и к другому важному заключению: при изучении нейродегенеративных заболеваний ученым следует обратить больше внимания на синаптическую передачу и взаимодействие нейронов. Мы знаем достаточно много о том, как влияет накопление амилоидных агрегатов при болезни Альцгеймера на жизнедеятельность клетки, и какие нейроны погибают при развитии болезни Паркинсона, но это все еще не привело к появлению эффективной терапии. Возможная причина этих неудач — мы не учитываем последствия нарушения синаптических связей — те, которые мы открыли при исследовании болезни Хантингтона. Хочется надеяться, что наши находки подскажут исследователям направление для разработки эффективных способов лечения болезни Хантингтона, и Тринадцатая наконец-то будет здоровой!

Исследование было проведено в лаборатории молекулярной нейродегенерации СПбГПУ (зав. лаб. — проф. Техасского университета Илья Борисович Безпрозванный) под руководством к.б.н. Дмитрия Николаевича Артамонова.

Источник

Поделиться с друзьями
admin
Оцените автора
( Пока оценок нет )
Автозапчасти: советы по подбору запасных частей
Добавить комментарий