Механизм участия церамида в патогенезе болезни Альцгеймера

Различные факторы, такие как цитокины, факторы роста, гормоны, окислительный стресс и радиация активируют SMase в различных тканях, приводя к накоплению церамида в них. Гораздо меньше известно о механизмах, ответственных за активацию SMase в нейронах и в активированных глиальных клетках, приводящих к значительным повышениям уровня церамида. Знание механизма активации глиальных клеток чрезвычайно важно, поскольку с этим процессом связана потеря нейронов при развитии ряда нейродегенеративных заболеваний, включая БА. В экспериментах, в которых использовались астроциты — главные представители глиальных клеток, активированные 1мкM βA(1-42) в комбинации с 10 нг/мл IL-1, изучался механизм их токсического действия на первичные нейроны человека. Было показаны резкая активация нейтральной SMSe и накопление церамида в нейронах в процессе их гибели, индуцированной активацией астроглии. Активация нейтральной SMSe в нейронах определяется NO, генерируемым активированной астроглией. В тоже время установлено, что в активированных астроцитах нейтральная SMSe способна индуцировать экспрессию мРНК индуцибльной NO синтазы (iNOS). Также было установлено, что экспрессия провоспалительных цитокинов TNF-α, IL-1, IL-6 в активированной астроглии зависит от нейральной SMSe. Участие βA в генерации церамида подтверждается тем, что только пептид A1-42, но не его реверсионная форма (βА42-1) индуцирует активацию SMase и генерацию церамида в нейронах. Кроме того именно фибриллярная форма пептида по сравнению с растворимой была наиболее эффективна в генерации церамида. βA индуцирует апоптоз также и в олигодендроцитах. При этом также как и в нейронах наблюдается повышение уровня церамидов, активации каспазы -8 и фрагментация ДНК. Добавление в клеточную культуру олигодендроцитов церамида или бактериальной SMase, повышающей содержание церамида, приводит их к гибели. Более того ингибитор сфингомиелиназ (3-метил-сфингомиелин) эффективно защищают олигодендроциты от действия βA.

Чрезвычайно важна роль экспрессии iNOS при токсическом действии βA на клетки мозга. Механизм активации сигнальной системы NO и развития окислительного стресса при действии βA в клетках ЦНС показан на примере олигодентроцитов. Этот процесс сопровождается активацией метаболического пути, в который вовлечена нейтральная SMase и в результате которого накапливается церамид. Однако показано, что и церамид, и βA в этих клетках самостоятельно не вызывают экспрессию iNOS. Необходимо накопление TNF-α, который и индуцирует этот процесс, в то время как βA способен активировать только нейтральную SMase. Этот факт важен для понимания механизма развития БА, в патогенезе которой провоспалительная составляющая играет важную роль.

Фактор роста нервов вызывает повышение уровня церамида в клетках глиомы T9 и гиппокампальных нейронах в результате активации нейтральной SMase. В некоторых случаях, связанных со стресс-активированными сигналами, происходит активация кислой SMase в нейронах гиппокампа. Поскольку различные SMase локализованы в клетках в различных компартментах, то это означает, что на разного типа стимулы генерируются разные пулы церамидов. Особое значение имеет для развития апоптоза, индуцируемого βA, пул церамидов, локализованных в митохондриях.

В экспериментах на животных показано, что микроинъекция βA142 в кору мышей линии C57/BL6 вызывает 3-х кратное накопление церамида в коре, которое индуцируется нейтральной SMase, в то время как активность кислой SMase в этих условиях не меняется. βA, введенный в мозг крыс, способствует накоплению церамида преимущественно в гиппокампе.

Это находит подтверждение в повышенном уровне церамидов в мозге и спинномозговой жидкости пациентов с БА по сравнению с другими неврологическими патологиями, причем церамид накапливается в мозге пациентов уже на ранних стадиях заболевания. По другим данным, уровень церамида снижен в белом веществе средней фронтальной мозговой извилины у пациентов с БА по сравнению с контролем. Эти различия, по-видимому, определяются стадией заболевания, поскольку в исследовании показано, что на ранней стадии деменции уровень церамида повышен, в то время как на поздней стадии отмечено понижение содержания церамида в структурах мозга.

При анализе 6 молекулярных видов церамида, которые отличаются по длине их жирных кислот, в мозге пациентов с БА и другими нейропатологиями было обнаружено повышение уровня Сеr16 (церамида 16), Сеr18, Сеr20 и Сеr24 при всех нарушениях функций мозга. При комбинации БА с другими патологиями уровень церамида оказывается самым высоким. Наиболее определенные результаты были получены при изучении экспрессии генов, которые контролируют синтез, метаболизм и деградацию церамида в процессе развития БА. Наблюдается разнонаравленная активация генов, отвечающих за содержание церамида в структурах мозга при специфических формах заболевания по сравнению с контролем. Четко установлено, что синтез ферментов, контролирующих синтез церамида, в особенности церамидов, содержащих длинноцепочечны жирные кислоты С22:0 и С24:0, был активирован на ранней стадии заболевания, в то время как синтез глюкозилцерамида, напротив, был снижен. То есть уровень разных типов церамидов может меняться зеркально на разных стадиях заболевания.

В ряде исследований отмечено, что сигнальная система сфингомиелинового цикла связана с окислительным стрессом. Установлено, что активные формы кислорода непосредственно влияют на сфингомиелиназу либо на другие ферменты, которые, в свою очередь, регулируют активность сфингомиелиназы. Это может приводить к усилению токсического действия на клетки мозга цитокинов и βA в результате их совместного действия. Следует отметить, что природный антиоксидант глутатион ингибирует активность SMase. Снижение уровня глутатиона приводит к активации фермента и накоплению церамида в олигодендрацитах, вызывая их гибель. В клинической практике довольно успешно применяется антиоксидантная терапия, что подтверждает эффективность ингибирования процессов, связанных с активацией окислительных систем при развитии БА. Однако до сих пор не установлено, происходит ли ингибирование и сфингомиелинового каскада в этих условиях.

Таким образом, индукция сфингомиелинового цикла, приводящая к накоплению проапоптотического агента — церамида, может рассматриваться в качестве нового механизма БА, что может служить предпосылкой для терапии этого заболевания путем использования препаратов нового поколения, ингибирующих активность сфингомиелиназы.