Молекулярна генетика хвороби альцгеймера - психіатрія пізнього віку

Нейроморфологіческіх і клінічні риси хвороби Альцгеймера виявляються в результаті різноманітних генетичних і, можливо, середовищних впливів. Щонайменше три генотипических варіанти аутосомно-домінантною сімейної хвороби Альцгеймера (СМА) з раннім початком можна описати на молекулярному рівні.
Мутації були вперше виявлені в 717-м кодоні БПА-гена в 21-й хромосомі (Chartier- Harlin et al, 1991a- Goate et al, 1991 Murrel et al). Це довгоочікуване відкриття було результатом прямих секвенційного досліджень гена БПА - першого кандидата з двох - як через відкладення Ар, похідного БПА, так і внаслідок відомої зв`язку трисомії по 21-й хромосомі і БА. За першим аналізам зв`язків з використанням логарифма відносини ймовірностей зчеплення / несцепленние генів не вдалося виявити зв`язок з геном БПА в потенційних сім`ях через гетерогенної природи СБА (Schellenberg et al., 1988). Інші мутації в БПА були знайдені: в кодоні 670/671 в шведських сім`ях з хворими БА (Mullan et al, 1992) і в положенні 692 в голландської сім`ї з хворими пресенільной деменцією і церебральним крововиливом (Hendricks et al, 1992). Мутації в суміжному кодоне (693) виникають в рідкісному типі спадкового церебрального крововиливу в поєднанні з амілоїдозом - голландському типі (НЦКсА-Г- Levy et al, 1990).
Результати ідентифікації цих мутацій гена БПА свідчать про те, що відкладення Ар в молекулярному патогенезі хвороби Альцгеймера - центральні. Щонайменше в сім`ях, які є носіями мутації, первинної етіологією є відкладення амілоїду, і це веде до розвитку «гіпотези амілоїдного каскаду» (рис. 7.2) (Hardy and Higgins, 1992). Для перевірки цієї гіпотези і дослідження деталей біохімічних наслідків мутацій БПА з деяким успіхом використовували клітинні моделі і моделі експериментальних тварин.
З даних вивчення мутаційних кластерів БПА слід, що мутації, ймовірно, можуть впливати на метаболізм. Мутації в послідовності Ар, можливо, сприяють відкладенню амілоїду в церебральних кровоносних судинах, і мутації фланкирующей послідовності АР, мабуть, створюють умови для утворення бляшок (див. Рис. 7.1). Ця гіпотеза була частково перевірена дослідженнями зростання клітин, вирощених в культурі. Фібробласти, вирощені з біоптатів шкіри індивідів, які несуть шведську мутацію, секретують відносно багато бета-амілоїду (Citron et al., 1994), як і культивовані клітини, які змушені продукувати зайвий БПА, що несе мутацію (Citron etal., 1992).

Мал. 7.2. Схема гіпотези амілоїдного каскаду. Жирні лінії зі стрілками вказують на встановлені частині каскаду, а переривчасті лінії - на гіпотетичні механізми
Моделі трансгенних тварин - потужний інструмент в експериментальної біології. Тому були виведені миші, швидко продукують БПА або фрагменти БПА. Результати попередніх досліджень виявилися трохи бентежить, хоча на деяких моделях показано церебральний відкладення БПА (Quon et al., 1991). Однак в одному трансгенному дослідженні, схоже, вдалося подолати ці труднощі. Від мишей, надмірно продукують конструкцію БПА з мутацією в 717, отримані переконливі докази патології нервової системи, в тому числі за будовою бляшок з амілоїдних серцевиною і дистрофічними відростками (Games et al., 1995). Однак продукція цими трансгенними мишами ПСФ- тау-протеїнових змін БА, неможлива, і це, схоже, накладає деякі обмеження на використання подібної конкретної моделі. Незважаючи на це виведення трансгенних тварин - важливий крок у моделюванні хвороби Альцгеймера. Завдяки такому процесу не тільки вдається описати молекулярний патогенез в деталях, але і створити моделі для випробування терапевтичних засобів.
Незважаючи на важливе значення в розвитку досліджень хвороби Альцгеймера, мутації БПА виявляють у дуже небагатьох індивідів (Chartier-Harlin et al., 1991). Більш того, не менше ніж у 80% сімей з хворими ранньої аутосомно-домінантною хвороби Альцгеймера визначено зв`язок з локусом 14-ї хромосоми (Schellenberg et al., 1992a). Початок БА в сім`ях, що мають зв`язок з 14-ю хромосомою, значно раніше, ніж в сім`ях з мутацією БПА, обіцяє інтригуючу прямий зв`язок між фенотипом (проявом хвороби) і генотипом (Lampe et al., 1994). Відкриються захоплюючі клінічні перспективи, якщо таке спостереження підтвердиться. Можливо, результати клінічних досліджень підкажуть найбільш підходящі методи генетичного тестування для діагностики або прогнозу, або, з іншого боку, генетичні тести до деякої міри передбачать специфічний прогноз і клінічний перебіг хвороби у членів цієї родини і, не виключено, коли-небудь - специфічне лікування.
Ген, відповідальний за зв`язок з 14-ю хромосомою, був ідентифікований (Sherrington et al.,) В результаті значних зусиль: новий ген, названий S182, - нуклеотидних послідовність, що кодує трансмембранний протеїн, пронизливий клітинну мембрану сім разів. Такі протеїни зазвичай є пов`язаними з G-протеїнами рецепторами або функціонують як іонні канали. Можливі функції цього гена S182 - участь в клітинному гомеостазі, посередництво в проведенні сигналів в каскадах або зв`язування клітинні мембрани протеїнів з внутрішньоклітинними фібрилярні структурами. Разом з тим S182 може прямо впливати на метаболізм БПА.

Після багаторічних інтенсивних досліджень було ідентифіковано (протягом декількох тижнів після повідомлення про виявлення 5782 в 14-й хромосомі) третій ген, що викликає ауто- сомно-домінантну БА з раннім початком (у американських сім`ях, відомих як сім`ї поволзьких німців). Поволзькі німці були культурно і біологічно ізольованою групою фермерів, спочатку переїхали з землі Хесс (Франкфурт, Німеччина) на землі Поволжя в Росії в середині XVIII століття. Страждаючи від переслідувань в кінці XIX століття, багато емігрувало в США,
і, можливо, через індивіда серед емігрантів п`ять американських сімей з поволзьких німців страждали від аутосомно-домінантною хвороби Альцгеймера з раннім початком (Bird et al., 1988). Локус, відповідальний за хвороба, виявлено в 1-й хромосомі, і мутації, виявлені в гені (STM2), вельми схожі з такими в гені S182 (Levy-Lahad et al, 1995a, b). Цей ген, другий з кодують, який сім разів пронизує мембрану, пов`язаний з хворобою Альцгеймера (звідси його назва), як очікується, багато в чому діє так само, як і 5782, в патогенезі БА. Через близького подібності S182 і STM2 і їх значення в етіології хвороби Альцгеймера з раннім початком дано загальну назву цим генам. S182 зазвичай називають пресенілін-1 (ПС-1), a STM2 - пресенілін-2 (ПС-2).
Визначення генетичного внеску в розвиток БА з раннім початком і ідентифікація генів були далеко не тривіальним завданням. Однак ситуація з хворобою Альцгеймера з пізнім початком (БАПН) ще складніше. Через зношеність організму внаслідок інших причин до початку БАПН аналіз родоводу окремої сім`ї рідко корисний у визначенні типу успадкування. Проте сімейний анамнез є єдиним фактором ризику, пов`язаним з хворобою Альцгеймера, крім віку. Дослідження сібсов пацієнтів продемонстрували значне підвищення ризику з віком: за даними багатьох досліджень - понад 50% до 90 років (Breitner et al, 1988- Huff et al, 1988- Farrer et al, 1989- Korten et al, 1993).
Внаслідок впливу 19-ї хромосоми на БАПН необхідні дослідження її зв`язку із зоною, що містить аполіпопротеїн СІ - кодує локус (Pericak-Vance et al, 1991 Schellenberd et al., 1992b). Цей локус також суміжний з задіяним геном, який кодує синтез аполіпопротеїну Е. Три основні варіанти цього гена виявляють в загальній популяції: вони розрізняються заміщенням в білку аргініну цистеїном в положеннях 112 і 158. Незважаючи на відмінності між популяціями, найбільш часто зустрічається изоформа Е3, потім - изоформа Е4 і відносно рідко - изоформа Е2 (АПОЄ 2-4 відносяться до ізоформами протеїну, а АПОЄ 2-4 - до генетичних аллелям, що відповідає за різні протеїни. Обидва фенотипу АПОЄ і генотип АПОЄ можна визначити звичайним способом). Інші форми, в тому числі El, Е5 і Е3-прим, вже виявлені, але зустрічаються набагато рідше. Протеїн АПОЄ частково складається з ліпопротеїну низької щільності (ЛПНЩ) і діє як медіатор, зв`язуючись з сімейством рецепторів (бета-ЛПДНЩ, ЛПНЩ і протеїновий рецептор, пов`язаний з ЛПНЩ, - ПРЛ). Вважається, що в мозковій тканині АПОЄ виконує важливу функцію в місцевому транспорті ліпідів, особливо в метаболізмі та перерозподіл мієліну після нейронального пошкодження або дегенерації.
АПОЄ продукують астроцити мозку. Раніше його «підозрювали» в БА, так як виявляли в складі сенильних бляшок. Однак значення цього протеїну різко зросла в дослідженнях по БА, коли встановили, що частота алелі АПОЄ 84 значно вище у пацієнтів з хворобою Альцгеймера, ніж у суб`єктів контрольної групи (Corder et al, 1993- Saunders et al, 1993- Strittmatter et al, 1993 ). Це відкриття було незабаром підтверджено при вивченні хворих сімейної та спорадичною хвороби Альцгеймера, діагностованою клінічно і на аутопсії, в різних популяціях з усього світу.
Незважаючи на деякі дослідження, які привели до незвичайних результатами, особливо чорношкірих жителів Америки (Mayeux et al, 1993), зв`язок між АПОЄ і БА вражає. Не схоже, щоб вона була обумовлена нестійкістю зчеплення АПОЄ з іншим геном, хоча це неможливо повністю виключити. У носіїв аллеля АПОЄ 84 підвищено ризик захворіти БА, можливо, внаслідок зниження віку початку хвороби. Крім того, очевидно, аллель 82 є протективного, так як доведено його вплив на зниження ризику захворювання і підвищення віку початку хвороби (Corder et al, 1994- Talbot et al, 1994). Однак носійство алелі e4 - ні необхідне, ні достатньою умовою для розвитку БА. Виявлено багато індивідів з хворобою Альцгеймера, але без алелі 84, і навпаки, з 84/84-гомозиготні індивіди живуть до похилого віку без ознак деменції. Можливо, що багато генів спільно створюють ризик розвитку БА. Подібна дія робить поліморфізм гена, що відповідає за синтез антіхімотріпсіна (Ахт), який здатний змінювати ризик розвитку хвороби Альцгеймера (наприклад, в одному з досліджень у генотипу АПОЄ 84/84 / Ахт А / А відносна ступінь ризику - 34) (Kamboh et al, 1995).
Механізм впливу АПОЄ на експресію хвороби Альцгеймера точно не відомий. АПОЄ зв`язується і з тау-протеїном, і з Ар in vitro. Є повідомлення про специфічні ефекти изоформ (Huang et al, 1994- Strittmatter et al, 1994: LaDu et al, 1995). Була висунута гіпотеза, що АпоЕ4 зв`язується з Ар in vivo і індукує утворення бляшок або іншим шляхом впливає на метаболізм Ар, а також, що
АпоЕ2 або Е3 бере участь у захисті тау-протеїну, пов`язаного з мікротрубочками, від фосфорилювання або в інший спосіб збереження його здатності стабілізувати мікротрубочки.

Клінічні можливості молекулярної генетики хвороби Альцгеймера

В результаті виявлення генів, пов`язаних з хворобою Альцгеймера, розширюються можливості генетичного тестування. Можна виділити три типи генетичного тестування: прогностичний, діагностичний і оцінку ризику. Діагностичне генетичне тестування індивідів з симптомами захворювання проводиться для уточнення причини хвороби. Молекулярна генетична діагностика істотно покращує діагностичний процес у багатьох областях медицини. Діагностичне тестування страждають деменцією можливо у випадках аутосомно-домінантних станів з раннім початком. Щонайменше три генотипических варіанти аутосомно-домінантною хвороби Альцгеймера (один з них виявляють в більшості таких сімей) можна виділити і отдифференцировать на генетичному рівні від деменций внаслідок інших генетичних розладів, таких як хвороба Гентінгтона (БГ). Однак ген АПОЄ, пов`язаний з хворобою Альцгеймера з пізнім віком початку, навряд чи допоможе в діагностичному тестуванні, оскільки носійство небезпечного алелі 84 - ні необхідне, ні достатньою умовою для розвитку цього розладу.
Прогностичне тестування родичів пацієнтів проводять з метою визначити, чи будуть вони теж страждати цією хворобою. Такі спроби можуть призвести до етичними проблемами. Хвороба Гентінгтона, напевно, найбільш подібна до хворобою Альцгеймера. У багатьох країнах були прийняті рекомендації по прогностическому тестування і накопичений значний досвід в консультуванні сімей пацієнтів (Simpson and Harding, 1993). На противагу очікуванням багатьох, більшість індивідів не страждають від психологічних побічних ефектів прогностичного тестування. Навпаки, вони повідомляють про підвищення почуття благополуччя навіть після отримання поганих новин (Wiggins et al, 1992). Прогностичне тестування БА з раннім віком початку в даний час технічно можливо для більшості сімей. Незважаючи на відмінності між цими двома станами, рекомендації по хвороби Гентингтона (Simpson and Harding) радять застосовувати щодо хвороби Альцгеймера з раннім віком початку (Lennox et al, 1994- Lovestone and Harper, 1994). Прогностичне тестування щодо хвороби Альцгеймера з пізнім віком початку, засноване на генотипуванні локусу АПОЄ, неможливо, тому що інформація, отримана за допомогою цього тесту, не є ні чутливої, ні специфічною щодо хвороби Альцгеймера.
Якщо прогностичне та діагностичне тестування в відділеннях генетики - звичайна справа, то оцінка ризику - порівняно нове заняття. Для найбільш частих розладів генетичне тестування навряд чи допоможе передбачити розвиток хвороби, зате може значно поліпшити оцінку ризику. Тому дані визначення АПОЄ генотипу дають трохи інформації про ризик захворювання індивіда БА в якомусь віці і в той же час не дозволяють передбачити хоч з якоюсь ймовірністю, буде даний індивід страждати цим розладом. З цієї інформації важко отримати будь-яку користь (хіба що страхової індустрії), і мало хто збирається розвивати цей напрям. Однак коли оцінка ризику виявиться корисною для профілактики або ранньої терапії хвороби, тоді ця генетична інформація буде використовуватися частіше. Також поки не можна її застосувати до хвороби Альцгеймера. Але ситуація може змінитися, якщо, наприклад, буде знайдено спосіб лікування, по-різному впливає на пацієнтів - носіїв різних алелей в локусі, пов`язаному з ризиком розвитку хвороби Альцгеймера. У багатьох клінічних випробуваннях передбачуваних ліків при хворобі Альцгеймера генотипування проводиться в надії, що його результати можна буде використовувати для виявлення пацієнтів, у яких лікування виявиться ефективним. Генетичне тестування породжує деякі етичні проблеми. Клініцисти, які беруть участь в таких випробуваннях, повинні пам`ятати про це і отримувати відповідну згоду у хворих, включених в дослідження. Якщо генетичне тестування виявиться корисним для виявлення пацієнтів з хворобою Альцгеймера, у яких буде ефективно лікування, тоді такі тести можна буде використовувати широко. Наслідки цих досліджень для служб психіатричної допомоги літнім людям насправді дуже значні. Тому необхідно ретельно зважити і обдумати все етичні та моральні аспекти такої роботи.