Стволовые клетки и нейродегенеративные заболевания (4)
Стволовые клетки и болезнь Паркинсона
Продолжение. Начало статьи здесь.
Болезнь Паркинсона является вторым по частоте встречаемости после болезни Альцгеймера нейродегенеративным заболеванием, поражающим почти 1% пожилых людей во всем мире. Основной характеристикой заболевания является гибель допаминергических нейронов нигростриарной системы и компактной части черного вещества головного мозга. Еще одним характерным признаком является наличие телец Леви (агрегатов альфа-синуклеина), еще более усугубляющих гибель нейронов в результате нарушения профиля нервных импульсов. В случаях генетически обусловленной семейной болезни Паркинсона была выявлена вовлеченностью убиквитин-карбоксиконцевой гидролазы L1, серин-треонин киназы 1, фермента паркина (parkin), дегликазы DJ-1, альфа-синуклеина и обогащенной лейциновыми повторами киназы-2. Факторы окружающей среды, в комплексе с возрастом, генетическими полиморфизмами и воздействием химических соединений, могут вызывать у человека предрасположенность к развитию спорадической болезни Паркинсона, однако ее сложная этиология до сих пор до конца не изучена. Fitzmaurice et al. установили, что вариации фермента альдегиддегидрогеназы усиливают ассоциированное с болезнью Паркинсона влияние пестицидов, что демонстрирует взаимодействие между факторами внешней среды и генетическими особенностями.
Обусловленная напряженностью мышц оцепенелость, тремор покоя и брадикинезия являются основными симптомами, делающими болезнь Паркинсона наиболее распространенным нарушением подвижности, поражающим людей в возрасте старше 65 лет. Механистические и патофизиологические исследования позволили заглянуть далеко вглубь заболевания. Болезнь Паркинсона обычно ассоциирована с нарушением кальциевого гомеостаза, воспалением, нарушением опосредуемых киназами сигнальных путей, формированием активных форм кислорода и нарушением функционирования митохондрий. Животные и клеточные модели позволили детально разобраться в механизмах заболевания, однако полученные данные не всегда применимы к человеку из-за отличий в патогенезе заболевания у человека и животных.
На сегодняшний день при болезни Паркинсона применяются ингибиторы моноаминоксидазы, агонисты допамина, леводопа и глубокая стимуляция тканей мозга. Последний подход подразумевает стимуляцию вентролатерального ядра таламуса, позволяющую значительно снизить выраженность тремора. Другие симптомы, такие как оцепенелость и брадикинезия, также удается облегчить с помощью стимуляции субталамического ядра или внутреннего сегмента бледного шара. Однако эти методы не обеспечивают восстановления поврежденных регионов мозга, а принимаемые перорально препараты утрачивают эффективность через 5 лет после начала приема. Применение L-допа (леводопа, L-дигидроксифенилаланин) может вызывать дискинезию и не замедляет прогрессию заболевания.
В наиболее ранних трансплантационных исследованиях использовалась плодная вентральная мезэнцефалическая ткань человеческого происхождения, которая имплантировалась в полосатое тело пациентов с болезнью Паркинсона. Эти попытки оказались успешными, и в удачных случаях симптоматическое улучшение сохранялось на протяжении почти 16 лет. Однако успех данного подхода был омрачен вероятность развития неблагоприятных побочных эффектов, таких как индуцированная трансплантатом дискинезия. Причиной их развития было присутствие в трансплантируемой ткани серотонинергических нейробластов, что приводило к нарушению соотношения между переносчиками серотонина и допамина и несбалансированному высвобождению допамина. Исследования также показали, что выживаемость трансплантированных плодных мезенхимальных клеток очень низка, а этические вопрос еще больше затруднили внедрении этой терапии. Так как болезнь Паркинсона характеризуется региональной гибелью допаминергических нейронов, трансплантационная (восстанавливающая популяцию клеток) терапия с использованием стволовых клеток и полученных из иПСК допаминергических нейронов (обеспечивающих получение чистой популяции), вводимых в область черной субстанции, является многообещающей альтернативой.
Нейроны с допаминергическим фенотипом получают из эмбриональных стволовых клеток с помощью белка sonic hedgehog (Shh) и фактора роста фибробластов-8, или из генетически модифицированных нервных стволовых клеток посредством гиперэкспрессии Nurr1. Ранее при совместном культивировании стромальных стволовых клеток костного мозга мышей и обезьяньих эмбриональных стволовых клеток были успешно получены допаминергические нейроны. Дальнейшие исследования продемонстрировали успешную интрастриальную (внутрь полосатого тела) трансплантацию человеческих нервных стволовых клеток фетального головного мозга обезьянам с моделированными повреждениями мозга, обеспечившую улучшение поведенческих изменений. Еще в одном исследовании было описано, что нервные стволовые клетки, выделенные из головного мозга пациента, конвертированные в допаминергические нейроны и иплантированные обратно в мозг пациента, значительно снижали выраженность таких симптомов, как дрожь и оцепенелость. Результаты сканирования головного мозга продемонстрировали повышение продукции допамина почти на 58%, при этом даже при отсутствии дальнейшего повышения уровней допамина симптомы не возвращались, что указывает на возможный восстановительный потенциал полученных из стволовых клеток допаминергических нейронов.
Переход от плюрипотентных стволовых клеток к иПСК продемонстрировал многообещающие результаты и открыл новые перспективы для моделирования болезни Паркинсона. Полученные из иПСК допаминергические нейроны успешно трансплантировали в полосатое тело крысиной модели болезни Паркинсона, что обеспечивало значительное снижение выраженности двигательной асимметрии. Важная роль в развитии болезни Паркинсона присваивается митофагии. Специфичная для митохондрий киназа PINK1 накапливается во внешней мембране митохондрий при реполяризации, активируя белок паркин, который, в свою очередь, инициирует митофагию. Полученные на животных моделях данные уже породили противоречия по поводу вовлеченности митофагии в развитие болезни Паркинсона. Однако допаминергические нейроны с мутациями гена PINK1, полученные из иПСК пациента, позволили исследователям разработать более четкое видение теории митофагии, что очередной раз подтверждает выраженное преимущество стволоклеточных моделей заболеваний человека перед любой животной моделью. Также существует мнение, что митофагия может быть результатом старения и не иметь прямой корреляции с заболеванием, однако эта гипотеза на сегодняшний день не подтверждена. Для искусственного старения нейронов в культуре применяли экспрессию прогерина и долгосрочное культивирование. Такие состаренные нейроны использовали в качестве модели для изучения позднего начала болезни Паркинсона и расшифровки фенотипов заболевания.
Как упоминалось раньше, помимо моделирования заболевания, стволовые клетки и иПСК обладают большим потенциалом как инструмент для in-vitro скрининга терапевтических агентов, препаратов и соединений. Есть данные, согласно которым рапамицин, GW5074 (LRRK2 ингибитор киназ) и коэнзим Q10 снижают выраженность цитотоксичного воздействия конканамицина А, также известного как валиномицин, на нейроны, полученные из иПСК пациентов. Было четко показано, что GW5074 не подавляет окислительный стресс в здоровых нейронах группы контроля, одновременно эффективно подавляя его в полученных из клеток пациентов нейронах, несущих мутацию PINK1. Это различие подчеркивает важность проведения скрининга терапевтических соединений на клетках, несущих мутации заболеваний, а также на клетках здоровых людей. Еще одним примером применения стволовых клеток в изучении физиологии болезни Паркинсона является коррекция мутации A53T в гене альфа-синуклеина с помощью метода редактирования генома, подавляющая формирование телец Леви в допаминергических нейронах, полученных их иПСК. Таким образом, несущие мутации иПСК являются прекрасным инструментов для проведения скрининга и оценки биобезопасности препаратов и соединений, а также для идентификации лежащих в их основе сигнальных каскадов и новых терапевтических мишеней. Получение и идентификация иПСК является очень сложным процессом, а дифференцированная популяция допаминергических нейронов может содержать следы недифференцированных клеток, что может приводить к формированию тератомы. Поэтому непосредственная конвертация фибробластов пациента в допаминергические нейроны позволила бы преодолеть ассоциированные с иПСК ограничения. Успешная дифференцировка фибробластов в допаминергические нейроны описана в литературе и может использоваться для моделирования заболеваний. Технология стволовых клеток может применяться для идентификации биохимических маркеров заболевания, что поможет в диагностике ранних форм болезни Паркинсона.
Продолжение: Стволовые клетки и боковой амиотрофический склероз
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
01.03.2017