Молекулярная генетика болезни альцгеймера - психиатрия позднего возраста
Нейроморфологические и клинические черты болезни Альцгеймера проявляются в результате разнообразных генетических и, возможно, средовых влияний. По меньшей мере три генотипических варианта аутосомно-доминантной семейной болезни Альцгеймера (СБА) с ранним началом можно описать на молекулярном уровне.
Мутации были впервые обнаружены в 717-м кодоне БПА-гена в 21-й хромосоме (Chartier- Harlin et al, 1991a- Goate et al, 1991- Murrel et al). Это долгожданное открытие было результатом прямых секвенционных исследований гена БПА — первого кандидата из двух — как из-за отложения Ар, производного БПА, так и вследствие известной связи трисомии по 21-й хромосоме и БА. По первым анализам связей с использованием логарифма отношения вероятностей сцепления/несцепления генов не удалось обнаружить связь с геном БПА в потенциальных семьях из-за гетерогенной природы СБА (Schellenberg et al., 1988). Другие мутации в БПА были найдены: в кодоне 670/671 в шведских семьях с больными БА (Mullan et al, 1992) и в положении 692 в голландской семье с больными пресенильной деменцией и церебральным кровоизлиянием (Hendricks et al,1992). Мутации в смежном кодоне (693) возникают в редком типе наследственного церебрального кровоизлияния в сочетании с амилоидозом — голландском типе (НЦКсА-Г- Levy et al, 1990).
Результаты идентификации этих мутаций гена БПА свидетельствуют о том, что отложения Ар в молекулярном патогенезе болезни Альцгеймера — центральные. По меньшей мере в семьях, являющихся носителями мутации, первичной этиологией является отложение амилоида, и это ведет к развитию «гипотезы амилоидного каскада» (рис. 7.2) (Hardy and Higgins, 1992). Для проверки этой гипотезы и исследования деталей биохимических последствий мутаций БПА с некоторым успехом использовали клеточные модели и модели экспериментальных животных.
Из данных изучения мутационных кластеров БПА следует, что мутации, вероятно, могут оказывать влияние на метаболизм. Мутации в последовательности Ар, возможно, способствуют отложению амилоида в церебральных кровеносных сосудах, и мутации фланкирующей последовательности АР, по-видимому, создают условия для образования бляшек (см. рис. 7.1). Эта гипотеза была частично проверена исследованиями роста клеток, выращенных в культуре. Фибробласты, выращенные из биоптатов кожи индивидов, которые несут шведскую мутацию, секретируют относительно много бета-амилоида (Citron et al., 1994), как и культивированные клетки, которые вынуждены продуцировать лишний БПА, несущий мутацию (Citron etal., 1992).
Рис. 7.2. Схема гипотезы амилоидного каскада. Жирные линии со стрелками указывают на установленные части каскада, а прерывистые линии — на гипотетические механизмы
Модели трансгенных животных — мощный инструмент в экспериментальной биологии. Поэтому были выведены мыши, быстро продуцирующие БПА или фрагменты БПА. Результаты ранних исследований оказались немного обескураживающими, хотя на некоторых моделях показано церебральное отложение БПА (Quon et al., 1991). Однако в одном трансгенном исследовании, похоже, удалось преодолеть эти трудности. От мышей, чрезмерно продуцирующих конструкцию БПА с мутацией в 717, получены убедительные доказательства патологии нервной системы, в том числе по строению бляшек с амилоидной сердцевиной и дистрофическими отростками (Games et al., 1995). Однако продукция этими трансгенными мышами ПСФ- тау-протеиновых изменений БА, невозможна, и это, похоже, накладывает некоторые ограничения на использование подобной конкретной модели. Несмотря на это выведение трансгенных животных — важный шаг в моделировании болезни Альцгеймера. Благодаря такому процессу не только удается описать молекулярный патогенез в деталях, но и создать модели для испытания терапевтических средств.
Несмотря на важное значение в развитии исследований болезни Альцгеймера, мутации БПА обнаруживают у очень немногих индивидов (Chartier-Harlin et al., 1991). Более того, не менее чем у 80% семей с больными ранней аутосомно-доминантной болезни Альцгеймера определена связь с локусом 14-й хромосомы (Schellenberg et al., 1992a). Начало БА в семьях, имеющих связь с 14-й хромосомой, значительно раньше, чем в семьях с мутацией БПА, сулит интригующую прямую связь между фенотипом (проявлением болезни) и генотипом (Lampe et al., 1994). Откроются увлекательные клинические перспективы, если такое наблюдение подтвердится. Возможно, результаты клинических исследований подскажут наиболее подходящие методы генетического тестирования для диагностики или прогноза, или, с другой стороны, генетические тесты до некоторой степени предскажут специфический прогноз и клиническое течение болезни у членов этой семьи и, не исключено, когда-нибудь — специфическое лечение.
Ген, ответственный за связь с 14-й хромосомой, был идентифицирован (Sherrington et al.,) в результате значительных усилий: новый ген, названный S182, — нуклеотидная последовательность, которая кодирует трансмембранный протеин, пронизывающий клеточную мембрану семь раз. Такие протеины обычно являются связанными с G-протеинами рецепторами или функционируют как ионные каналы. Возможные функции этого гена S182 — участие в клеточном гомеостазе, посредничество в проведении сигналов в каскадах или связывание клеточных мембранных протеинов с внутриклеточными фибриллярными структурами. Вместе с тем S182 может прямо влиять на метаболизм БПА.
После многолетних интенсивных исследований был идентифицирован (в течение нескольких недель после сообщения об обнаружении 5782 в 14-й хромосоме) третий ген, вызывающий ауто- сомно-доминантную БА с ранним началом (в американских семьях, известных как семьи поволжских немцев). Поволжские немцы были культурно и биологически изолированной группой фермеров, изначально переехавших с земли Хесс (Франкфурт, Германия) на земли Поволжья в России в середине XVIII столетия. Страдая от преследований в конце XIX столетия, многие эмигрировали в США,
и, возможно, из-за индивида среди эмигрантов пять американских семей из поволжских немцев страдали от аутосомно-доминантной болезни Альцгеймера с ранним началом (Bird et al., 1988). Локус, ответственный за болезнь, выявлен в 1-й хромосоме, и мутации, обнаруженные в гене (STM2), весьма схожи с таковыми в гене S182 (Levy-Lahad et al, 1995a, b). Этот ген, второй из кодирующих, который семь раз пронизывает мембрану, связан с болезнью Альцгеймера (отсюда его название), как ожидается, во многом действует так же, как и 5782, в патогенезе БА. Из-за близкого сходства S182 и STM2 и их значения в этиологии болезни Альцгеймера с ранним началом дано общее название этим генам. S182 обычно называют пресенилином-1 (ПС-1), a STM2 — пресенилином-2 (ПС-2).
Определение генетического вклада в развитие БА с ранним началом и идентификация генов были далеко не тривиальной задачей. Однако ситуация с болезнью Альцгеймера с поздним началом (БАПН) еще сложнее. Из-за изношенности организма вследствие других причин до начала БАПН анализ родословной отдельной семьи редко полезен в определении типа наследования. Тем не менее семейный анамнез является единственным фактором риска, связанным с болезнью Альцгеймера, кроме возраста. Исследования сибсов пациентов продемонстрировали значительное повышение риска с возрастом: по данным многих исследований — более 50% к 90 годам (Breitner et al, 1988- Huff et al, 1988- Farrer et al, 1989- Korten et al, 1993).
Вследствие влияния 19-й хромосомы на БАПН необходимы исследования ее связи с зоной, содержащей аполипопротеин СИ — кодирующий локус (Pericak-Vance et al, 1991- Schellenberd et al., 1992b). Этот локус также смежный с задействованным геном, который кодирует синтез аполипопротеина Е. Три основных варианта этого гена обнаруживают в общей популяции: они различаются замещением в белке аргинина цистеином в положениях 112 и 158. Несмотря на различия между популяциями, наиболее часто встречается изоформа Е3, затем — изоформа Е4 и относительно редко — изоформа Е2 (АПОЕ 2-4 относятся к изоформам протеина, а АПОЕ 2-4 — к генетическим аллелям, отвечающим за разные протеины. Оба фенотипа АпоЕ и генотип АПОЕ можно определить обычным способом). Другие формы, в том числе El, Е5 и Е3-прим, уже обнаружены, но встречаются гораздо реже. Протеин АпоЕ частично состоит из липопротеина низкой плотности (ЛПНП) и действует как медиатор, связываясь с семейством рецепторов (бета-ЛПОНП, ЛПНП и протеиновый рецептор, связанный с ЛПНП, — ПРЛ). Считается, что в мозговой ткани АпоЕ выполняет важную функцию в местном транспорте липидов, особенно в метаболизме и перераспределении миелина после нейронального повреждения или дегенерации.
АпоЕ продуцируют астроциты мозга. Прежде его «подозревали» в БА, так как обнаруживали в составе сенильных бляшек. Однако значение этого протеина резко возросло в исследованиях по БА, когда установили, что частота аллеля АПОЕ 84 значительно выше у пациентов с болезнью Альцгеймера, нежели у субъектов контрольной группы (Corder et al, 1993- Saunders et al, 1993- Strittmatter et al, 1993). Это открытие было вскоре подтверждено при изучении больных семейной и спорадической болезни Альцгеймера, диагностированной клинически и на аутопсии, в разных популяциях со всего мира.
Несмотря на некоторые исследования, которые привели к необычным результатам, особенно чернокожих жителей Америки (Mayeux et al, 1993), связь между АПОЕ и БА впечатляет. Непохоже, чтобы она была обусловлена неустойчивостью сцепления АПОЕ с другим геном, хотя это невозможно полностью исключить. У носителей аллеля АПОЕ 84 повышен риск заболеть БА, возможно, вследствие снижения возраста начала болезни. Кроме того, по-видимому, аллель 82 является протективным, так как доказано его влияние на снижение риска заболевания и повышения возраста начала болезни (Corder et al, 1994- Talbot et al,1994). Однако носительство аллеля e4 — ни необходимое, ни достаточное условие для развития БА. Обнаружено много индивидов с болезнью Альцгеймера, но без аллеля 84, и наоборот, с 84/84-гомозиготные индивиды живут до преклонных лет без признаков деменции. Возможно, что многие гены совместно создают риск развития БА. Подобное действие оказывает полиморфизм гена, отвечающего за синтез антихимотрипсина (АХТ), который способен изменять риск развития болезни Альцгеймера (например, в одном из исследований у генотипа АпоЕ 84/84 / АХТ А/А относительная степень риска — 34) (Kamboh et al,1995).
Механизм влияния АпоЕ на экспрессию болезни Альцгеймера точно не известен. АпоЕ связывается и с тау-протеином, и с Ар in vitro. Есть сообщения о специфических эффектах изоформ (Huang et al, 1994- Strittmatter et al, 1994: LaDu et al, 1995). Была выдвинута гипотеза, что АпоЕ4 связывается с Ар in vivo и индуцирует образование бляшек либо другим путем влияет на метаболизм Ар, а также, что
АпоЕ2 или Е3 участвует в защите тау-протеина, связанного с микротрубочками, от фосфорилирования либо в другом способе сохранения его способности стабилизировать микротрубочки.
Клинические возможности молекулярной генетики болезни Альцгеймера
В результате обнаружения генов, связанных с болезнью Альцгеймера, расширяются возможности генетического тестирования. Можно выделить три типа генетического тестирования: прогностический, диагностический и оценку риска. Диагностическое генетическое тестирование индивидов с симптомами заболевания проводится для уточнения причины болезни. Молекулярная генетическая диагностика существенно улучшает диагностический процесс во многих областях медицины. Диагностическое тестирование страдающих деменцией возможно в случаях аутосомно-доминантных состояний с ранним началом. По меньшей мере три генотипических варианта аутосомно-доминантной болезни Альцгеймера (один из них обнаруживают в большинстве таких семей) можно выделить и отдифференцировать на генетическом уровне от деменций вследствие других генетических расстройств, таких как болезнь Гентингтона (БГ). Однако ген АПОЕ, связанный с болезнью Альцгеймера с поздним возрастом начала, вряд ли поможет в диагностическом тестировании, поскольку носительство опасного аллеля 84 — ни необходимое, ни достаточное условие для развития этого расстройства.
Прогностическое тестирование родственников пациентов проводят с целью определить, будут ли они тоже страдать этой болезнью. Такие попытки чреваты этическими проблемами. Болезнь Гентингтона, наверное, наиболее сходна с болезнью Альцгеймера. Во многих странах были приняты рекомендации по прогностическому тестированию и накоплен значительный опыт в консультировании семей пациентов (Simpson and Harding, 1993). В противоположность ожиданиям многих, большинство индивидов не страдают от психологических побочных эффектов прогностического тестирования. Напротив, они сообщают о повышении чувства благополучия даже после получения плохих новостей (Wiggins et al, 1992). Прогностическое тестирование БА с ранним возрастом начала в настоящее время технически осуществимо для большинства семей. Несмотря на различия между этими двумя состояниями, рекомендации по болезни Гентингтона (Simpson and Harding) советуют применять в отношении болезни Альцгеймера с ранним возрастом начала (Lennox et al, 1994- Lovestone and Harper, 1994). Прогностическое тестирование в отношении болезни Альцгеймера с поздним возрастом начала, основанное на генотипировании локуса АПОЕ, невозможно, так как информация, полученная с помощью этого теста, не является ни чувствительной, ни специфичной в отношении болезни Альцгеймера.
Если прогностическое и диагностическое тестирование в отделениях генетики — обычное дело, то оценка риска — сравнительно новое занятие. Для наиболее частых расстройств генетическое тестирование вряд ли поможет предсказать развитие болезни, зато может значительно улучшить оценку риска. Поэтому данные определения АПОЕ генотипа дают немного информации о риске заболевания индивида БА в каком-то возрасте и в то же время не позволяют предсказать хоть с какой-то вероятностью, будет ли данный индивид страдать этим расстройством. Из этой информации трудно извлечь какую-либо пользу (разве что страховой индустрии), и мало кто собирается развивать это направление. Однако когда оценка риска окажется полезной для профилактики или ранней терапии болезни, тогда эта генетическая информация будет использоваться чаще. Также пока нельзя ее применить к болезни Альцгеймера. Но ситуация может измениться, если, например, будет найден метод лечения, по- разному влияющий на пациентов — носителей разных аллелей в локусе, связанном с риском развития болезни Альцгеймера. Во многих клинических испытаниях предполагаемых лекарств при болезни Альцгеймера генотипирование проводится в надежде, что его результаты можно будет использовать для выявления пациентов, у которых лечение окажется эффективным. Генетическое тестирование порождает некоторые этические проблемы. Клиницисты, участвующие в таких испытаниях, должны помнить об этом и получать соответствующее согласие у больных, включенных в исследование. Если генетическое тестирование окажется полезным для выявления пациентов с болезнью Альцгеймера, у которых будет эффективно лечение, тогда такие тесты можно будет использовать широко. Последствия этих исследований для служб психиатрической помощи пожилым людям на самом деле очень значительны. Поэтому необходимо тщательно взвесить и обдумать все этические и моральные аспекты такой работы.
