Болезнь Паркинсона — требования к экспериментальному моделированию

Болезнь Паркинсона (БП) — хроническое, прогрессирующее, системное заболевание, которое затрагивает более 1% населения старше 60 лет. В основе патогенеза БП лежит гибель дофаминергических (ДА-ергических) нейронов нигростриатной системы мозга, тела которых находятся в черной субстанции (ЧС) среднего мозга, а их аксоны проецируются в стриатум. Гибель нейронов нигростриатной системы приводит к дефициту ДА и, как следствие, к нарушению двигательной функции.

Установлено, что за много лет до появления моторных симптомов (тремор, ригидность, брадикинезия) наблюдаются неспецифические проявления, такие как нарушение обоняния, перистальтики желудочно-кишечного тракта, сна и др., возникает депрессия. Все это связано с дегенерацией соответствующих отделов как центральной, так и периферической нервной системы.

Причина и механизмы гибели ДА-ергических нейронов до сих не до конца ясны, но на аутопсийном материале обнаружены нейроны с разрывами ДНК, что может свидетельствовать как о некрозе, так и об апоптозе. В пользу апоптоза свидетельствуют данные о наличии в дегенерирующих ДА-ергических нейронах увеличенного содержания проапоптотических белков и экспрессии соответствующих генов. С другой стороны, нейродегенерация сопровождается или даже провоцируется воспалительным процессом, что должно сопровождаться некрозом. В дегенерирующих ДА-ергических нейронах обнаружены цитоплазматические включения — тельца Леви — агрегаты α-синуклеина с нейрофиламентами, убиквитином и другими белками.

БП — единственное нейродегенеративное заболевание, для которого определен порог гибели ДА-ергических нейронов, как тел, так и их отростков, а также определен уровень дефицита ДА в стриатуме, превышение которого приводит к появлению моторных симптомов у больного, т.е. к переходу из доклинической в раннюю клиническую стадию. Так, этот порог составляет потерю 50-60% тел ДА-ергических нейронов в ЧС, 60-80% терминалей ДА-ергических аксонов в стриатуме. При этом содержание ДА в стриатуме снижается на 60-80% от исходного уровня, что и приводит к нарушению моторики. Дальнейшее развитие заболевания приводит к потере до 80% тел нейронов в ЧС на терминальной клинической стадии.

Для лечения БП используется в основном симптоматическая терапия с применением агонистов ДА различного механизма действия, в первую очередь L-ДОФА — предшественник ДА. Однако по мере развития заболевания для поддержания лечебного эффекта необходимо увеличивать дозу L-ДОФА, что приводит к усилению его побочного общетоксического действия и к появлению так называемых медикаментозных дискинезий. На этой стадии, характеризующейся дегенерацией большей части ДА-ергических нейронов, уже практически невозможно остановить гибель сохранившихся нейронов, поэтому все попытки использования нейропротекторной терапии малоэффективны. Действительно, нейропротекторная терапия может быть эффективной только на начальном этапе нейродегенерации, т.е. на досимптомной стадии, диагностика которой пока не разработана.

С другой стороны, известно, что БП, так же как другие хронические нейродегенеративные заболевания, длительное время протекает бессимптомно, что обусловлено развитием компенсаторных процессов в мозге. Такие компенсаторные процессы принято делить на две группы: ранние и поздние. К ранним относят механизмы, которые направлены на поддержание внеклеточного содержания ДА на уровне нормы, например, за счет увеличения синтеза ДА или снижения его деградации. Поздние механизмы, которые включаются при снижении межклеточной концентрации ДА, направлены на максимально эффективное «использование» оставшегося ДА, т.е. на повышение чувствительности нейронов-мишеней к ДА путем увеличения на мембране количества молекул рецепторов. Познание молекулярных механизмов нейропластичности, а также хронологии активации и истощения этих процессов в мозге позволит идентифицировать новые мишени для потенциальных лекарственных веществ, в частности с нейропротекторными свойствами.

Для углубленного понимания молекулярных механизмов патогенеза БП, создания доклинической диагностики и разработки нейропротекторной терапии необходимо использование экспериментальных моделей in vivo постадийного развития БП, которые воспроизводили бы в идеале следующие характерные особенности этого заболевания: (1) увеличение с возрастом риска возникновения БП; (2) прогрессирующая дегенерация ДА-ергических нигростриатных нейронов, сопровождающаяся возникновением дефицита ДА в стриатуме; (3) нарушение моторного поведения в акинетико-ригидной, дрожательно-ригидной или акинетико-дрожательно-ригидной формах при достижении порогового уровня деградации нигростриатной ДА-ергической системы; (4) наличие в нервной ткани агрегатов α-синуклеина в виде телец Леви; (5) наличие воспалительного процесса в нервной ткани; (6) системный характер БП — распространение нейродегенеративного процесса по мозгу и на периферическую нервную систему; (7) немоторные проявления БП на периферии.

Учитывая то, что БП является патологией человека и не возникает у животных, принципиально невозможно создать абсолютно адекватные модели заболевания, которые бы воспроизводили все ключевые признаки. Действительно, существующие модели обычно воспроизводят одну или две особенности БП, и их можно разделить на две основные категории — нейротоксические и генетические. Оба подхода к моделированию БП имеют как преимущества, так и недостатки. Нейротоксические модели, полученные на основе введения в организм специфических для ДА-ергических нейронов токсинов (6-ГДА и МФТП), воспроизводят дегенерацию нигростриатных нейронов, дефицит ДА в стриатуме и нарушения моторного поведения (МФТП), характерные для БП. Эти модели позволяют изучать механизмы гибели нейронов, а также нейропластичности мозга с дальнейшим поиском и анализом эффективности потенциальных нейропротекторов. Не все признаки БП можно воспроизвести на нейротоксических моделях, так, данные по агрегации α-синуклеина противоречивы (табл. 1).

Для изучения роли а-синуклеина в норме и при БП, а также возможного предотвращения агрегирования данного белка и ряда других белков с помощью потенциальных лекарственных веществ используют генетические модели. Помимо мутации гена α-синуклеина у больных с идиопатической формой БП обнаружены мутации генов DJ-1, parkin, tau, LRRK2, UCH-1, митохондриальных белков, например PINK-1. Создание генетических моделей основано на изменении экспрессии ряда генов, которые контролируют синтез определенных белков, их функциональную активность и протеолиз, включая и «выключение» этих генов (knock-out). При этом на генетических моделях, как правило, не удается воспроизвести специфические для БП нарушения моторного поведения.