Болезнь Альцгеймера: попробуем на крысах

 Как грызуны помогают найти лекарство от старческой деменции  17 апреля, 13:15

Мария Тищенко
журналист
были упомянуты
подходящие темы
Болезнь Альцгеймера: попробуем на крысах
Фотографии Ильнара Салахиева

Болезнь Альцгеймера не претендует на звание чумы XXI века, тем не менее в мире насчитывается более двадцати пяти миллионов больных. А к середине столетия их число может увеличиться вчетверо. Старший научный сотрудник сектора молекулярных механизмов старения Института цитологии и генетики СО РАН Наталья Стефанова рассказала корреспонденту Сиб.фм о гипотезах развития болезни Альцгеймера, сложностях постановки диагноза, особенностях выведенной модели крыс OXYS, комплексе признаков старческих заболеваний у них и перспективах исследований в этой области.

Несмотря на огромное количество новостей о болезни Альцгеймера, в том числе около- или псевдонаучных, в России ей пока уделяют недостаточное внимание. А количество больных увеличивается с каждым годом. Пока механизмы заболевания до конца не изучены, гипотез появляется много — но это в научных кругах. Если с болезнью сталкиваются родственники, то возникают этические сложности.

Примеров вокруг, оказывается, достаточно, но не все готовы об этом говорить. Что вполне понятно.

Исследования, которые ведутся для поиска причины развития болезни, разработки эффективных методов диагностики на ранних стадиях и лечения, дорогостоящи и трудоёмки. Больше возможностей имеют зарубежные учёные. Но и в Новосибирске есть небольшая группа учёных, которая изучает механизмы развития болезни Альцгеймера на крысах и получает впечатляющие результаты, наравне с коллегами из других стран.

Коллектив сектора молекулярных механизмов старения Института цитологии и генетики СО РАН любит своё дело и своих уникальных крыс.

Это видно по тому, как они ласково называют их «крысиками». Именно «крысики» помогают людям в поисках причин развития болезни Альцгеймера.

О работе сектора рассказала Наталья Стефанова. Её докторская диссертация как раз была посвящена характеристике крыс OXYS как модели болезни Альцгеймера.

Болезнь Альцгеймера в ряду деменций


Деменция — приобретённое слабоумие: снижение познавательной деятельности, утрата усвоенных знаний и затруднение или невозможность приобретения новых

Болезнь Альцгеймера по сути можно назвать одним из видов старческой деменции. Именно из-за этого сейчас, как и в начале XX века, когда болезнь только установили, иногда возникают сложности с постановкой диагноза?

Да. Немецкий психиатр и невропатолог Алоис Альцгеймер в 1907 году выступил со знаменитой лекцией о том, что у одной из его пациенток развивалась странная форма деменции, которая сопровождалась не только потерей памяти, но и дезориентацией, галлюцинациями, агрессией и в конечном счёте привела к смерти. Постмортальное исследование её мозга показало наличие «особенной субстанции» в виде бляшек и нейрофибриллярных клубков.

Позже по фамилии этого психиатра назвали заболевание, которое развивалось у людей рано — до 65 лет, чаще до 40–50 лет; случаи заболеваемости этой формы деменции были крайне редки. Если люди были старше этого возраста, то говорили просто о старческой деменции. Только в 1976 году из-за сходности клинических и нейропатологических проявлений было предложено объединить эти две формы заболевания в одно и назвать болезнью Альцгеймера, несмотря на возраст больных.

Но всё равно и сейчас из-за сложности диагностирования болезни такой диагноз ставят в редких случаях, наиболее распространено понятие старческой деменции.

Принципиально важно, что в отличие от многих других нейродегенеративных заболеваний, проблемы раннего диагностирования болезни Альцгеймера обусловлены прежде всего сходством проявлений снижения памяти у людей при нормальном старении и при наличии заболевания. Так, незначительные нарушения памяти на недавние события, трудности в запоминании новой информации — это ранние симптоматические проявления болезни Альцгеймера. Прогрессирующее ухудшение памяти, интеллекта в течение последующих лет, протекающие на фоне атрофии мозга, приводят к полному распаду личности и фатальному исходу, как правило, от различного рода осложнений, например, лёгочной пневмонии.

Количество людей с болезнью Альцгеймера с каждым годом растёт, но, к сожалению, пока наука немного отстаёт. Причины заболевания всё ещё не известны, верно?

Да, это самое распространённое нейродегенеративное заболевание в мире. Эффективных способов профилактики и лечения болезни Альцгеймера нет, заболеваемость растёт по мере увеличения продолжительности жизни и старения населения развитых и развивающихся стран. К концу первой декады этого века, по данным ВОЗ, болезнью Альцгеймера в мире болели более 35 миллионов человек, в 2015 году — уже 51 миллион.

И, по прогнозам, к 2050 году количество таких больных удвоится.

66 лет прожил писатель Терри Пратчетт. В 2007 году ему диагностировали редкую форму болезни Альцгеймера — заднюю кортикальную атрофию, от которой он впоследствии и скончался

Механизмы болезни стали исследовать не так давно — в начале 90-х годов, когда были выявлены мутации сначала в одном гене, потом ещё в двух.

Различают две формы заболевания — наследственную и спорадическую. На сегодня известно, что мутации в трёх генах становятся причиной развития наследственной формы. 95 % случаев в мире — это спорадическая форма, а моделей, которые бы позволяли её изучать, нет. Принципиальным фактором риска в таком случае становится пожилой возраст, но причины появления спорадической формы остаются не известны.

Известно, за что отвечают три гена, мутации в которых являются причиной появления наследственной формы болезни?

О накоплении «особенной субстанции» в виде бляшек в мозге, в частности на стенках мозговых сосудов, людей с деменцией было известно с конца 20-х годов XX века, однако вплоть до 80-х неизвестному пептиду отводили лишь роль вторичного продукта при нарушениях функций иммуноглобулинов.

Только в 1984 году было обнаружено, что основными в составе «особенной субстанции» становятся маленькие пептиды.

Учёные предположили, что пептид, названный бета-амилоидом, является продуктом большого белка предшественника, который вскоре был идентифицирован (amyloid precursor protein, АРР).

Было обнаружено, что уровень и молекулярный состав бета-амилоида в мозге людей с болезнью Альцгеймера и когнитивно здоровых людей различен. На основании этого было выдвинуто предположение, что изменение содержания бета-амилоида в мозге может быть ассоциировано с болезнью Альцгеймера. Прорывом в понимании этиологии заболевания явилось использование генетических подходов. В 1991 году было обнаружено, что раннее наследственное развитие болезни Альцгеймера у пациентов из шести семей характеризуется наличием мутации гена на хромосоме 21. Было выявлено, что этот ген кодирует белок АРР, маленькие белки которого (бета-амилоид) составляют основу сенильных бляшек.


Пресенилины — семейство белков, составляющих часть протеазного комплекса γ-секретазы. В геноме позвоночных содержатся два гена, кодирующих пресенилины. Оба гена эволюционно консервативны — отмечены лишь небольшие отличия между пресенилинами крысы и человека

Не менее значительным событием в начале 90-х годов стало обнаружение также у больных с ранним началом наследственной формы заболевания — мутаций в генах, получивших название генов-пресенилинов, PSENs, которые становятся причиной увеличения продукции бета-амилоида и развития болезни. Физиологические функции белка АРР до сих пор остаются недостаточно изученными, однако считается, что он необходим для нормального развития нервной системы млекопитающих, выживания и восстановления нейронов после повреждений. Функции белков пресенилинов в норме и в результате мутаций кодирующих их генов остаются мало изученными.

Мутации в генах изучали на мышах и крысах?

На основании выявленных генетических факторов развития болезни Альцгеймера для раскрытия молекулярно-генетических механизмов заболевания в течение 90-х годов начали интенсивно создаваться линии трансгенных мышей — моделей наследственной формы заболевания с мутациями в трёх генах. У этих животных развивались амилоидные бляшки в мозге, нарастающие с возрастом нарушения поведения и снижение популяции нейронов в гиппокампе. На крысах такие исследования практически не проводились.

Моделей спорадической формы болезни Альцгеймера практически нет, а наша линия крыс именно такая. Это очень важно.

Зачем крысам диета с галактозой

Как была создана линия крыс, с которой вы работаете?

Линию крыс OXYS создали в нашем Институте цитологии и генетики СО РАН. Её история берёт начало в 70-е годы ХХ века, когда у крыс с нормальным темпом старения моделировали наследственную галактоземию. Для этого в пяти первых поколениях развитие катаракты вызывали обогащённой галактозой диетой. В дальнейшем уже без нагрузки галактозой, сыгравшей, по-видимому, роль мутагена, у крыс, помимо катаракты, спонтанно развивались кардиомиопатия, сколиоз, эмфиземы, предраковые состояния и некоторые биохимические признаки галактоземии. Но анализ развития этих признаков был выполнен в основном на фоне нагрузки галактозой в ближайших либо последующих поколениях животных.

Интерес к линии возрос в 90-х, в том числе благодаря тому, что руководителем нашей группы стала Наталия Гориславовна Колосова, и уже под её началом были выявлены нарастающие с возрастом дисфункции митохондрий, которые рассматриваются как одна из наиболее вероятных причин преждевременного старения крыс OXYS. В то же время оказалось, что не все заявленные ранее свойства у крыс OXYS проявляются.


В первый раз крысы-альбиносы попали в лаборатории и были использованы в 1828 году в экспериментах по изучению голодания. Следующие 30 лет крысы участвовали в нескольких других экспериментах и в итоге стали первыми животными, одомашненными исключительно для исследовательских целей

Так, не было обнаружено признаков галактоземии, достаточно поздно развивалась катаракта. Для стабилизации фенотипических признаков нами в 58-м—63-м поколениях крыс OXYS было проведено усиление отбора по признаку ранней спонтанной катаракты, что привело к её развитию уже в молодом возрасте. Результатом усиления отбора явилось устойчивое спонтанное проявление комплекса признаков преждевременного старения в последующих поколениях. Сегодня мы имеем 112-е поколение крыс OXYS.

Крысы с комплексом старческих заболеваний

То есть отбор этой линии ведётся только по катаракте, а вообще у этих крыс развивается целый комплекс старческих заболеваний?

Да, у этих крыс развивается целый комплекс старческих заболеваний: например, помимо катаракты, развиваются ретинопатия, аналогичная возрастной макулярной дегенерации у людей, остеопороз, артериальная гипертензия, ускоренное старение мозга с развитием ключевых признаков болезни Альцгеймера — одно из них. Ещё раз подчеркну: именно спорадическая форма, по которой мы получаем ряд крайне интересных результатов на наших крысах.

Самое интересное: сегодня результаты исследований в мире находят всё больше и больше подтверждений тому, что механизмы наследственной и спорадической форм болезни Альцгеймера развиваются по-разному. Если для наследственной формы инициирующими факторами становятся именно мутации в трёх названных генах, которые приводят к чрезмерной продукции токсических форм бета-амилоида, то у спорадической формы, скорее всего, — нарушение межнейронных взаимоотношений, передача токсических белков от нейрона к нейрону, то есть такое распространение патологии.


Алоис Альцгеймер — немецкий психиатр и невролог, автор множества статей по таким проблемам, как алкогольный психоз, шизофрения, эпилепсия, сифилис мозга, хорея Хантингтона, артериосклеротическая атрофия мозга, пресенильный психоз

Круговорот гипотез

В потоке гипотез, публикаций и новостей, связанных с болезнью Альцгеймера, сложно не заблудиться. Это происходит из-за того, что область остаётся до конца не исследованной. Вы постоянно следите за зарубежными исследованиями?

Конечно. Гипотез развития заболевания достаточно много. Зачастую встречаются нетривиальные, неординарные. Я, помню, была на зарубежной конференции в Чехии в 2014 году, на которой выступал докладчик, говоривший не в ключе общего мышления, видения этого заболевания и его развития. Это связано с постепенно прогрессирующим с возрастом снижением функций иммунной системы центральной нервной системы. Он говорил о том, что нейродегенеративные изменения при болезни Альцгеймера являются результатом потери нейропротекторных свойств микроглии — ключевого клеточного элемента иммунной системы мозга.

После моего возвращения мы начали исследовать этот вопрос. Сделали первые наработки: действительно, так оно и есть.

Спящее заболевание

Ваши исследования механизмов болезни Альцгеймера на крысах полезны в первую очередь для какого этапа: диагностики, лечения или предотвращения?

На всех этапах. Конечно же, главная цель — выявление предикторов. Нужно разобраться, что предшествует заболеванию. Болезнь Альцгеймера по сути — спящее заболевание. Некоторые исследователи говорят, что оно появляется раньше — за 10 или даже 20 лет до симптоматики. Кроме того, очень важно диагностирование на самых ранних сроках развития заболевания и способы замедлить или остановить его с помощью эффективной терапии, когда болезнь уже прогрессирует.

Какой предиктор наиболее вероятен, на ваш взгляд?


Линия крыс OXYS отличается преждевременным старением. Для них характерны ускоренная инволюция тимуса, сниженная реактивность клеточного звена иммунной системы, повышенное артериальное давление, раннее развитие остеопороза и изменения в когнитивной и эмоциональной сферах

До того, как мы стали прицельно изучать ускоренное старение мозга на наших крысах, уже было известно, что одним из наиболее ранних событий в развитии их преждевременного старения становится дисфункция митохондрий, которая была обнаружена в сетчатке, мышцах, миокарде. Теперь мы уже знаем, что, конечно же, и в мозге. Cейчас всё больше и больше появляется работ, убедительно доказывающих, что дисфункция митохондрий может становиться одним из ключевых факторов риска развития болезни Альцгеймера, а также ряда других нейродегенеративных заболеваний, что очень важно.

С чем может быть связана дисфункция митохондрий — какие есть версии?

Не знаю. Я могу только предполагать. Когда мы приступили к исследованиям, связанным с болезнью Альцгеймера, работали на взрослых и старых крысах, поскольку главный фактор риска развития этого заболевания — пожилой возраст. В ходе наших исследований было обнаружено, что симптоматическому периоду проявлений признаков болезни Альцгеймера у крыс OXYS предшествуют изменения функций митохондрий.

Поэтому сейчас мы начинаем работать, в том числе, с ранним периодом.

И, кстати, в мире это направление набирает обороты.

Очень многие заболевания связывают с различными неблагоприятными факторами, которые происходили в раннем возрасте, в том числе перенесённые инфекции.

О перспективных препаратах

Среди тестируемых вами препаратов есть важные при болезни Альцгеймера?

— На самом деле эффективных препаратов от Альцгеймера собственно и нет.

Но в то же время последние несколько лет мы изучаем мелатонин — препарат «Мелаксен». По мелатонину у нас интересные результаты получаются: действительно работает. Замедляет развитие и прогрессию признаков болезни, в том числе и за счёт восстановления функций митохондрий.

Мелатонин не только при Альцгеймере хорошо себя показал, а также при ретинопатии, возрастной макулярной дегенерации. Большая часть этих данных нами опубликована. Сейчас готовится к публикации ещё ряд интересных результатов.

В исследованиях по катаракте и ретинопатии вы сотрудничаете с офтальмологом, а по болезни Альцгеймера предполагается взаимодействие с кем-то?

Мне бы хотелось, конечно. Особенно хотелось бы иметь доступ к исследованиям на человеческих образцах мозга. К сожалению, в России это слабо развито — во всяком случае, в Сибири. Даже по этическим соображениям: родственники не дают согласия, чтобы образцы мозга умерших с болезнью Альцгеймера использовали в исследованиях.

Плюс ко всему — сложность с диагностированием. До сих пор ставят диагноз «старческая деменция», а 100-процентный диагноз «болезнь Альцгеймера» могут поставить только постмортально — по наличию патоморфологических признаков, если такие исследования будут проводиться.

За рубежом финансирование по нейродегенеративным заболеваниям, особенно по Альцгеймеру, очень мощное, поэтому там активно работают с человеческими образцами. Забор образцов происходит максимально быстро. Всё оперативно, налажено.

Я надеюсь, что и у нас появится возможность проводить клинико-экспериментальные исследования.

Любимцы из вивария

Пока у этой группы учёных нет таких возможностей, как у зарубежных коллег, но с ограниченными ресурсами они получают ценные результаты. Учёные делают всё возможное, чтобы понять механизмы развития болезни Альцгеймера и предотвратить её. После интервью Наталья показала нам виварий, в котором содержатся лабораторные крысы.

30 линий мышей, восемь линий крыс и одну линию хомяков использует ИЦиГ СО РАН для лабораторных исследований

В виварии нас встречает бригадир Галина Петрова, которая ухаживает за животными и кормит их.

Самое главное — крыс сфотографировать. Меня не надо, я не фотогеничная, — сразу предупреждает Галина и выбирает модель для нас, рассказывая о крысах с особым трепетом. — Когда глаза закапываем, они ведут себя очень спокойно, уже знают, чего хотим. Крысы очень умные.

Крысы OXYS — небольшие по размеру, — держа в руке одного представителя, говорит Наталья. — Маленькие, деликатные, красивые. Жёлтые метки на шерсти у каждого индивидуальные — это их фамилия, имя и отчество. Чтобы знать и отслеживать, что и как с ними происходило в ходе эксперимента.

Ну что вы одного фотографируете? Давай большого, Наташа, покажем? — спрашивает Галина и достаёт нам более крупную модель.

Ещё нам показывают крыс Вистар, от которых произошла линия крыс OXYS и которых используют в качестве контроля в исследованиях. Они намного крупнее, восьмимесячных самцов Галина сравнивает с кроликами.

У наших крыс в этом возрасте масса меньше на треть — не 600, а 400 граммов, — поясняет Наталья и продолжает. — Галина Николаевна, давай ещё деток покажем, как матери гнёзда делают.

Сейчас не делают — тепло, — поясняет Галина.

— Видите, просто сложила всех в кучу. В клетке здесь папа с мамой и дети. Не будем их пугать.

Новорождённые крысы ещё слепые. Услышав щелчки затвора объектива, мамочка начинает прятать своих детёнышей. Все крысы в виварии — альбиносы: у них красные глаза.

Их кормят специальной едой для грызунов, а мамочек подкармливают кашей.

Я туда творожок кладу, капусту, морковку, пшеничку проращиваю, а основа — это перловая каша, — делится своим рецептом Галина.

Когда проводят эксперименты, — а они могут длиться месяцами — кормить крыс или давать им препараты нужно в определённое время, поэтому сотрудники вивария могут прийти и в восемь вечера, и в выходные дни, и в праздничные. Наверное, эти любовь и забота играют не последнюю роль в научной деятельности, которая приносит хорошие результаты.

ВКонтакте
G+
OK
 
самое популярное
присоединяйтесь!