Ник Лэйн - Кислород. Молекула, изменившая мир

В заключительной части главы на примере болезни Альцгеймера мы посмотрим, насколько эти идеи соответствуют действительности. Приведенный пример иллюстрирует многие обсуждавшиеся выше соображения, такие как слабость фармакогенетики. Нам известно несколько генов, наличие которых повышает риск развития болезни Альцгеймера, но которые, как кажется, не связаны с окислительным стрессом. Таким образом, на этом примере удобно показать, как гены, не связанные с метаболизмом кислорода, оказываются зависимыми от функции митохондрий, окислительного стресса и воспаления.

Почему люди, не имеющие генетической предрасположенности к болезни Альцгеймера, все же заболевают? Ответить на этот вопрос так же важно, как и на вопрос, почему некоторые генетические мутации повышают риск деменции. Ведь более половины людей с болезнью Альцгеймера не имеют известных генетических факторов риска. Следуя упрощенной логике идеи о роли природы и питания, приходим к выводу, что если причина не генетическая, значит, она связана с условиями окружающей среды. На протяжении нескольких десятков лет исследователи тщетно пытались установить связь между болезнью Альцгеймера и алюминием или ртутью; если такая связь и существует, она чрезвычайно слабая. Может быть, болезнь вызывают вирусы? Многие люди заражаются вирусом простого герпеса (вызывающим лихорадку), который обычно затрагивает те же области головного мозга, что повреждаются при болезни Альцгеймера. Как мы увидим дальше, связь есть, но все же только половина людей, инфицированных вирусом простого герпеса, заболевает деменцией, так что этот фактор не может быть единственным. В последние годы большинство серьезных исследований направлялось на поиск генетических факторов, поскольку, как кажется, они позволяют делать хоть какие-то выводы. Однако эти выводы не объясняют развитие заболеваний у большинства людей с болезнью Альцгеймера, так что пока мы по-прежнему пребываем в неведении. Но наверняка объяснение существует.

Болезнь Альцгеймера имеет два характерных проявления, впервые подмеченные Алоисом Альцгеймером в 1906 г.: амилоидные бляшки и нейрофибриллярные клубки. Клубки состоят из скрученных волокон белка тау . Эти волокна — остатки обширной сети микротрубочек нейронов, поддерживающих нормальную структуру и функцию клеток. Образование клубков сопровождается отмиранием клеток, в результате чего клубки волокон оголяются, как выкопанные из могилы кости [89] Степень когнитивных нарушений при болезни Альцгеймера действительно коррелирует с наличием нейрофибриллярных клубков, однако некоторые исследователи считают, что формирование клубков не является причиной развития заболевания. Напротив, нейрофибриллярные клубки могут быть компенсаторной реакцией на окислительный стресс и выполнять защитную функцию. Такая защитная функция была показана для агрегатов белка хантингтина, а теперь появляются данные о том, что клубки белка тау — не патология, а защита. — Примеч. пер. .

Напротив, бляшки образуются не внутри клетки, а снаружи. Они представляют собой плотные отложения фрагментов амилоидного белка в сочетании с воспалительными клетками (глиальными клетками нескольких типов и проникающими в мозг лейкоцитами) и фрагментами клеток. Вполне в соответствии с традициями научных дискуссий ученые разделились на тех, кто видел основную причину заболевания в образовании клубков, и тех, кто во всем обвинял бляшки. Однако большинство ученых соглашались, что найти связь между этими двумя признаками достаточно сложно. Предположение, что один из них является причиной появления второго, очень трудно проверить на практике. Биопсию ткани головного мозга можно взять только при вскрытии тела, так что большинство данных относятся к поздним стадиям развития заболевания. Теоретически проблему можно решить с помощью модельных животных, но до сих пор еще нет хорошей модели для этого человеческого синдрома.

В середине 1990-х гг. широко распространилась идея о том, что главную роль в развитии заболевания играет токсичность амилоида, поскольку практически все мутации, способствующие развитию заболевания, сопровождаются отложением амилоида. Амилоид — фрагмент более крупного белка, называемого предшественником бета-амилоида (APP, от amyloid рrecursor protein), который покрывает внешнюю мембрану нейрона. В норме АРР расщепляется с образованием растворимого амилоида, циркулирующего в спинномозговой жидкости. Его точная функция пока неизвестна, но, по-видимому, он необходим для нормальной работы нейронов. Токсичным амилоид становится только тогда, когда осаждается в виде плотных сгустков. Первые данные о происходящих при этом процессах получены при исследовании больных с очень редкой наследственной мутацией гена АРР , которая вызывает развитие заболевания в среднем возрасте (семейная форма болезни Альцгеймера). В результате мутации изменяется место расщепления белка-предшественника, так что образующиеся фрагменты амилоида имеют слишком большую длину и «слипаются» между собой, что приводит к формированию бляшек. В 1995 г. были обнаружены еще два гена — presenilin 1 и presenilin 2 , мутация которых тоже связана с ранним началом деменции. Эти гены кодируют белки, участвующие в процессинге белка АРР. При этих мутациях тоже происходит образование длинных и липких фрагментов амилоида, которые легко осаждаются. Усилению отложений амилоида способствует и аполипопротеин Е4 — продукт гена АpоЕ4 , но пока мы толком не знаем, в чем заключается его функция. Таким образом, вне зависимости от механизма, все обнаруженные генетические факторы указывают на то, что первопричиной патологии является отложение амилоида.

Но в этом сценарии есть два несоответствия. Во-первых, клубки часто образуются раньше бляшек, а у некоторых пациентов с классическими симптомами болезни Альцгеймера никаких амилоидных бляшек не появляется вовсе. В целом начало деменции коррелирует с исчезновением нейронов, а не с накоплением фрагментов амилоида в головном мозге. Во-вторых, у трансгенных мышей с мутациями генов presenilin или АРР наблюдается образование амилоидных бляшек, но клубки возникают только у старых животных. После формирования клубков старые мыши начинают терять нейроны и проявлять признаки деменции (насколько их можно идентифицировать у мышей). Что-то похожее происходит и с макаками резус, которым вкалывают амилоид: образование клубков и гибель нейронов происходят только в старости. Кажется, одного амилоида недостаточно для развития болезни Альцгеймера, хотя все известные генетические данные указывают на него в качестве главного подозреваемого. Возможно, это не так уж странно. В конце концов, даже у людей с мутациями генов presenilin или АРР болезнь развивается только в среднем возрасте, а не в детстве, как при других нарушениях, связанных с мутациями единственного гена, таких как гемофилия. Кажется, в уравнении чего-то не хватает; может быть, это «что-то» — тот же самый фактор, который приводит к развитию заболевания у людей без генетической составляющей?