Международный неврологический журнал 6(22) 2008

Введение

Аксональная дегенерация является одним из основных клинических и патологических факторов развития бокового амиотрофического склероза (БАС). Аксональная дегенерация в основном заканчивается дисфункцией клетки или ее гибелью, связанной с валлеровской или подобной дегенерацией. Сейчас опубликовано множество работ, касающихся экспериментальных данных, которые говорят, что любая защита тел мотонейронов от внешних воздействий имеет исключительно малую эффективность по отношению к скорости развития симптомов БАС. Фактически даже генетические вмешательства, которые, казалось, могли бы полностью изменить скорость развития патологического состояния в мотонейронах спинного мозга, до сих пор не в состоянии предотвратить или замедлить ослабление и гибель животных в экспериментальной модели заболевания мотонейронов. Этот кажущийся парадокс может быть объяснен тем, что невозможно уберечь тела нейронов от патологических процессов, которые уже развились в их аксонах. Прямым следствием повреждения аксонов является дегенеративный процесс, развивающийся в мышечной ткани. Указанные факты еще раз подчеркивают выдвинутую не так давно идею о том, что дегенерация аксонов двигательных нейронов не является прямым следствием дегенерации и гибели тела родительского нейрона. Кроме того, подчеркивается, что даже незначительных изменений в аксональном метаболизме будет достаточно для формирования клинической картины. Именно поэтому предупреждение аксональной дегенерации является важным с терапевтической точки зрения. Успех в достижении этой цели даст возможность улучшить терапию БАС и других нейродегенеративных заболеваний.

Аксональная дегенерация при раннем БАС

Что общего между аксональной дегенерацией двигательных нейронов при моделировании БАС и аналогичными состояниями у человека?

Моделирование на животных

Развитие патологического процесса, сопровождающегося нейрональной дегенерацией, в настоящее время широко исследуется на животных при моделировании данной патологии. Важную роль занимают также исследования, проводимые на пациентах с нейродистрофической патологией и с невропатией двигательных нейронов спинного мозга в частности. В подавляющем большинстве случаев развитие нейродистрофии является первичным процессом, обусловливающим недостаточность функции нейронов и проявление симптомов заболевания. При этом даже весьма выраженные парезы сопровождаются неожиданно легкими изменениями двигательных нейронов. Данные явления некоторые авторы объясняют изменениями в генетическом аппарате клеток, обусловливающими выраженные изменения их функций с легкими морфологическими отклонениями. Аксональная дегенерация, несомненно, является следствием аналогичных патологических процессов, приводящих к гибели нейрона, что, в свою очередь, вызывает денервацию соответствующей мышцы. Данные, касающиеся экспериментальных моделей, на которых производился анализ описанных ситуаций, приведены ниже.

Для анализа наследственного БАС наиболее широко используется моделирование на мутантных линиях мышей по Cu,Zn-супероксиддисмутазе. Высокая степень копирования мутантной SOD1 вызывает появление слабости на 80–90-й день и гибель животного на 130–140-й день. Оригинальные исследования показывают, что начало развития клинической картины у таких животных совпадает по времени с началом частичной гибели мотонейронов спинного мозга. При этом сопутствующие физиологические и патофизиологические исследования выявляют начало денервации мышц задних конечностей задолго до появления характерных симптомов заболевания. Для установления пространственно-временных особенностей развития процессов, приводящих к гибели мотонейрона, было проведено количественное исследование патологических процессов от конечной до начальной точки их развития. Значительные явления мышечной дегенерации появились на 47-й день, задолго до появления первых симптомов заболевания. На момент появления первых клинических признаков (80-й день исследования) две трети аксонов вентральных корешков уже были подвергнуты дегенерации. До момента развития ярких симптомов заболевания не встречалось ни одного случая выявления гибели тел мотонейронов. Аналогичные данные были представлены и другими лабораториями, которые работают с мутантными линиями мышей различных подтипов.

В серии работ использовались животные со специфической миссенс-мутацией, сопровождающейся дефектом синтеза тубулина в нейронах, что приводило к прогрессирующей моторной невропатии. У таких животных развитие слабости происходило в течение первых трех недель жизни, и гибель животных происходила на шестой неделе. Гибель мотонейронов или даже развитие дегенерации дистальной части аксонов не отмечались на фазе развития явных патологических проявлений. В конечной стадии развития данной патологии гибель мотонейронов встречалась не более чем в 40  % всех случаев. Электрофизиологические исследования показали некоторые изменения структуры потенциала действия в моторных нейронах, иннервирующих мускулатуру головы и задних конечностей животного. При этом прослеживались временные зависимости нарастания указанных изменений. Причем самые выраженные изменения наблюдались задолго до тринадцатого дня исследования. Очевидные патологические изменения, свидетельствующие о денервации указанных мышц, наблюдались после пятнадцатого дня исследования. Таким образом, можно сделать вывод об исключительно малой корреляции между выраженностью патологического процесса и клиническими проявлениями у данных животных.

Группа животных с моделированной спинальной мышечной атрофией, вызванной искусственным удалением седьмого экзона гена Smn, характеризовалась ранней развивающейся моторной деградацией и гибелью животного в возрасте около четырех недель. Патоморфологический анализ данных животных выявил, что было потеряно только около 30 % поясничных двигательных нейронов за тридцатидневный период. Кроме того, 49 % аксонов передних рогов сегментов L4–L5 подверглись деструкции в первые пятнадцать дней. Данный показатель вырос до 78 % к тридцатому дню. Денервация закономерно сопровождалась выраженным накоплением фосфорилированных нейрофиламентов в нейромышечных синапсах. Во всех случаях не было обнаружено явлений терминального прорастания, что может быть связано с сопровождающимся дефектом аксонального роста и пластичности. Анализируя спинальный уровень у данных животных, можно с уверенностью заключить, что дистальные аксональные дефекты были гораздо более выраженными по сравнению с деструкцией, происходящей в спинном мозге.

Во всех моделях большая часть двигательных нейронов была морфологически интактна в момент появления первых клинических признаков. Именно этот факт дает возможность предложить потенциально эффективное направление по предотвращению ухудшения состояния. При этом использование данных принципов у человека с БАС может помочь сохранить тела двигательных нейронов и при дальнейшей реиннервации улучшить состояние пациента.

БАС у людей

Аксональная дегенерация длительное время считалась единственной особенностью БАС у людей. При этом электромиографические исследования были основными в диагностике данных состояний. Такие особенности миограммы, как спонтанная фибрилляция и фастикуляция потенциалов, были наиболее важными в диагностике. Реиннервация при данном заболевании направлена на поддержание нормальной функции мышечной системы. Такое явление закономерно при БАС. Однако реиннервация не в состоянии адекватно компенсировать начавшуюся денервацию, которая и вызывает внезапную слабость соответствующих мышц. Денервацию традиционно приписывали формирующейся дисфункции и гибели мотонейронов. Помимо этого, реиннервация считалась следствием прорастания аксона моторного нейрона, лежащего в непосредственной близости от погибшего. Данные предположения не могли быть проверены на людях до момента смерти пациента с БАС.

Эти предположения поддерживаются еще и гипотезами о том, что БАС у людей начинается с дистальной дегенерации аксонов двигательных нейронов. Bradley с соавт. использовали количественные методики морфометрии для демонстрации проксимально-дистального градиента аксональной патологии в периферических нервах у людей с БАС. В нашем случае имелась редкая возможность оценить клинические, а затем патоморфологические данные у пациента с БАС, который умер во время оперативных вмешательств, не имеющих отношения к основному заболеванию. Клинический диагноз был установлен и прослежена клиника в течение не менее полугода с момента появления первых симптомов. Аутопсия подтвердила значительную денервацию и изменения в процессах реиннервации, которые были показаны миографически. Однако в данном случае не удалось выявить признаков, свидетельствующих об изменениях в мотонейронах спинного мозга.

В клинической практике исследователи использовали технологию определения числа моторных единиц для выявления количественных параметров процессов денервации и реиннервации. Данная технология позволила предположить, что уровень прогрессирования БАС у людей прямо зависит от денервации и потери функционирующих моторных единиц у пациента. Эти данные были проверены на линии мутантных мышей по супероксиддисмутазе-1. Технология подсчета моторных единиц использовалась и в этом случае. в ходе исследования получена важнейшая информация об уменьшении числа моторных единиц за несколько месяцев до начала формирования клинической картины. Для расширения спектра исследования использовалась методика порогового трекинга, которая позволяет выявить изменения аксональной возбудимости, что дало возможность получить также незаменимую информацию, касающуюся особенностей электрофизиологических изменений у пациентов с БАС. Явления резкого повышения натриевого тока и уменьшения калиевой проводимости наблюдались в двух популяциях пациентов. Особенностью этого состояния было значительное его усугубление в дистальных отделах аксонов. Несомненно, что ни одно из этих исследований не позволяет полностью раскрыть особенности течения БАС у людей. Однако в сочетании с данными, полученными на животных, можно с уверенностью говорить о том, что такое состояние является патологией дистальных отделов аксонов.

Последние исследования дали информацию еще об одном факторе, который может играть важную роль в формировании БАС. Именно информация о генетических изменениях при данной патологии заставляет все больше обращать на нее внимание. Говоря о генетических факторах, клиницисты должны иначе посмотреть на происхождение БАС. Из известных 43 мутаций, которые приводят к изменению двигательных нейронов, 14 причастны к формированию амиотрофического латерального склероза. Все мутации, имеющие место при БАС, влияют на такие принципиально важные моменты нейрональной биологии, как изменение цитоскелета нейронов, повреждение и трансформация медиаторных везикул, критические изменения аксонального транспорта. К роме того, важную роль в формировании патологического процесса играют нарушения ферментативных систем. Некоторые другие мутации вовлекают не только нейроны. В таких случаях причиной аномальной работы нервной клетки является дефект шванновских клеток. Роль этого типа глии сложно переоценить. Непосредственное участие в нейрональной передаче информации, в частности по моторным нейронам, осуществляется именно с помощью этих клеток. Все многообразие нарушений обмена клеток спинного мозга и окружающих тканей обусловливает постепенное развитие аксональной дегенерации, приводящей к моторной невропатии. Несмотря на все то обилие информации о явлениях, сопутствующих БАС, мы не можем сейчас более или менее четко сформировать стройную схему развития данной патологии. В наших силах проводить дополнительные исследования и подвергать более глубокому анализу уже полученные материалы.

Вовлечение сенсорных аксонов

Аксональная патология не ограничивается формированием БАС в эфферентном отделе ЦНС. Изменения в аксонах вовлекают и чувствительную часть нервной системы. Симптомы нарушения афферентных нейронов менее заметны и приводят к не настолько выраженным состояниям. Однако те изменения, которые встречаются у пациентов с БАС, также требуют коррекции. По усредненным данным, пациенты с БАС имеют снижение количества миелинизированных волокон в крупных нервных стволах до 70 % от исходного уровня. При этом количество данных волокон дорсальных корешков сегмента L5 уменьшается на 27 %. Изменения в телах нейронов, находящихся в околопозвоночных ганглиях на уровне 3–5-го поясничных сегментов, приводят к 54 % уменьшению их размеров. При анализе скорости проведения по сенсорным волокнам у пациентов с БАС выявляется значительное ее уменьшение в сравнении с контрольными группами пациентов. Исследования на мутантных животных выявили характерную особенность, которая заключалась в практически одновременном снижении количества моторных и сенсорных волокон при формировании БАС.

При анализе спинальной мышечной атрофии, вызванной прогрессированием БАС, выявлено, что имеет место снижение скорости проведения по смешанным нервам. При этом степень снижения колебалась от умеренной до выраженной. Одновременно проведенная биопсия выявила выраженное истончение нервных волокон. Гистологический анализ нервно-мышечных соединений у мутантных животных с БАС показал, что синаптические бляшки на соматической мускулатуре умеренно истончены, а данные, касающиеся анализа сенсорных волокон, свидетельствовали о практически полном исчезновении чувствительных нервных окончаний в верхних слоях кожи. В ходе анализа культуры нейронов, полученной от данных мышей, выявлялось, что их дендриты были значительно короче по сравнению с нормальными клетками. Аксональный холмик имел невыраженную структуру, количество т-РНК и м-РНК резко снижено в дистальных отделах аксонов. Обобщая полученные результаты, можно говорить об аналогичных процессах, происходящих в моторных и сенсорных нейронах, с учетом того, что в последних степень выраженности изменений несколько ниже.

Дегенерация сенсорных волокон при БАС не является прямым доказательством того, что именно двигательные нейроны являются местом развития всех патологических процессов при этом состоянии. Понимание причин того, что дегенеративные процессы развиваются в моторных аксонах при БАС с огромной скоростью и при этом сенсорные волокна остаются относительно интактными, дает ключ к дальнейшим изысканиям. Обнаружение причин и механизмов этих различий является первым шагом к лечению БАС. Больший размер двигательных нейронов, увеличенная метаболическая нагрузка, анатомическая организация, контакт с мышцами и другие отличия в структуре и функции двигательных нейронов рассматривались как причины формирования этой патологии. По нашим данным, прямые сравнения между чувствительностью моторных и сенсорных нейронов к действию таких потенциальных триггеров заболевания, как оксидативный стресс и экспрессия мутантной супероксиддисмутазы, проведены не были.

Механизмы аксональной дегенерации

При анализе литературы, касающейся влияния мутантной супероксиддисмутазы на дегенеративные процессы в аксонах, четкого описания этих процессов найдено не было. Кроме того, первичное место повреждения нервной системы также неизвестно. Отмирание части аксона может являться прямым следствием влияния травмирующего фактора на его дистальные отделы. Изучается и возможность перехода патологического процесса с тела нейрона на отростки. Системный или локальный принцип формирования БАС также рассматривался при анализе причин аксональной дегенерации. В данном разделе будут описаны механизмы дегенерации, присущие именно аксонам, а также будет рассмотрена возможность дистантного формирования БАС за счет использования мутантной супероксиддисмутазы как триггера аксональной дегенерации.

Аксональная дегенерация не зависит от гибели клеток

Очевидным является то, что аксональная дегенерация не является пассивным процессом. Она может быть лишь проявлением неизвестных нам процессов, часть из которых запрограммированна на гибель клетки. Например, удаление или уменьшение количества факторов роста нервной ткани из культуры клеток вызывает гибель тел клеток и их отростков. В опыте с мутантной линией мышей проводилось удаление проапоптотического гена, что вызвало сохранение двигательных нейронов у мышей с БАС. Однако денервация и дегенерация аксонов проявились вне зависимости от данной манипуляции. Все представленное выше подтверждает предположение о том, что аксональная дегенерация может происходить независимо от молекулярных процессов, контролирующих гибель клетки.

Концепция аксональной независимости была пересмотрена после открытия явления медленной валлеровской дегенерации, которая вызвана особым видом спонтанной мутации. Отличительной чертой в данном случае является удлиненная продолжительность жизни пораженных аксонов. Суть данного состояния сводится к тому, что мутантный ген обусловливает синтез нового химерного белка, имеющего протективное действие против химических и антигенных факторов, вызывающих аксональную дегенерацию. Несмотря на достаточно высокую эффективность данного белка, он все же не способен предотвратить дегенерацию или гибель клетки. Само существование такого агента, как химерный белок, имеющего уникальные свойства, свидетельствует о регулируемом процессе дегенерации клеток. Кроме этого, подтверждается гипотеза о различных механизмах клеточной и аксональной гибели. Эти данные позволяют предположить, что именно поиск в указанном направлении поможет найти инструмент для контроля за дегенеративными процессами в нервной ткани.

Эксперименты, проводящиеся на мутантных мышах с изменением в генотипе, подразумевающем наличие валлеровской дегенерации и прогрессирующей моторной невропатии, дали неоценимо важную информацию о разнонаправленности процессов сохранения тел и отростков нейронов. Мыши контрольной группы показали раннее развитие аксональной дегенерации в моторных нервах на сороковой день жизни. Введение дополнительной мутации, связанной с валлеровской дегенерацией, дало очень важный результат — неожиданно выраженное сохранение двигательных нейронов не только до сорокового дня, но и исключительно медленное развитие дегенеративных изменений, продолжавшихся до двух месяцев. Кроме этого, получены данные о том, что именно состояние аксонов прямо влияет на сохранность тела нейрона. Аналогичным образом проводилось тестирование групп мышей с мутацией по супероксиддисмутазе. Однако, к сожалению, при таком подходе было выявлено лишь незначительное изменение прогрессирования дегенерации, причем замедление этого процесса отмечалось только на первых этапах работы. Дополнительное исследование, проведенное с учетом всех поставленных задач, дало возможность достоверно предполагать, что протективные свойства атипичного белка, образующегося при валлеровской дегенерации, действенны первые две недели развития процесса. В последующие несколько месяцев сам химерный белок начинает работать как фактор, усугубляющий течение аксональной дегенерации. С учетом этих особенностей исследуемого белка был сделан вывод о возможности частичной приостановки подобного процесса дегенеративных изменений аксонов мотонейронов, который стремительно наблюдается при прогрессирующей моторной невропатии. К сожалению, использование этого же белка не имеет смысла в лечении хронической или вялотекущей дегенерации нервной ткани. Механизм действия протективного фактора, образующегося при валлеровской дегенерации, на сегодня не известен, однако его терапевтические эффекты могут найти применение в лечении огромного спектра патологических состояний. Определение гена или совокупности генов, ответственных за синтез протективного фактора при медленно прогрессирующей валлеровской дегенерации, не привело к успеху. Сейчас возможно его получение только при изменении достаточно крупного участка ДНК животного.

Роль кальпаина в развитии аксональной дегенерации

Исследования молекулярного механизма аксональной дегенерации поддерживают идею о неапоптотической программе гибели, развивающейся в аксоне. Практически при всех состояниях, ведущих к дегенеративным изменениям нервной клетки, первичными проявлениями являются замедление аксонального транспорта, митохондриальная дисфункция, увеличение концентрации кальция в клетке, что в конечном итоге приводит к активации системы кальпаинов. Кальпаины представляют собой группу нейтральных протеаз, активируемых кальцием. Их роль в формировании различных патологических процессов достаточно полно описана. Моделирование патологических состояний, проводившееся на животных и отдельных клетках, четко демонстрирует дегенерацию белков цитоскелета и мембраны клетки, вызванную кальпаином. При моделировании ишемических, травматических, токсических и других состояний результаты в отношении роли кальпаиновой системы были аналогичными. Ингибирование кальпаинов при периферической невропатии приводит к заметному снижению травмирующего влияния этих ферментов на клеточные элементы как в эксперименте на животном, так и на культуре клеток. Ингибирование кальпаинов также приводит к сохранению цитоскелета в нервно-мышечном соединении в модели острой аутоиммунной нервно-мышечной дегенерации. Полученные данные о роли кальпаинов при развитии нейрональной дегенерации подтверждаются многими авторами. Кроме того, в значительной части случаев ингибиторы кальпаинов предупреждают или замедляют развитие патологических процессов в нервной клетке. Однако принципиальным отличием данных работ является то, что акцент делается именно на гибель тела нейрона. Изменения, проходившие в отростках этих клеток, во внимание не принимались. Как бы там ни было, применение ингибиторов кальпаинов при лечении аксональной дегенерации может действительно оказаться тем фактором, который будет играть решающую роль.

Чем обусловлена аксональная дегенерация при амиотрофическом латеральном склерозе?

Причина или несколько причин аксональной дегенерации при БАС у мутантной линии мышей по супероксиддисмутазе не выяснена. Некоторые ученые рассматривают ее токсическое действие на клеточные элементы. Механизмы токсического влияния включают в себя агрегацию мутантных протеинов, поломку митохондриальных систем и токсическое действие глутамата. Все перечисленные факторы в отдельности или ассоциированно с факторами, вызывающими запуск апоптоза, приводят к характерным изменениям в клетке. Каждый из этих процессов достаточно хорошо изучен в отдельности и применительно к спинальным мотонейронам. Однако комплексный анализ с учетом особенностей процессов, протекающих в дистальных отделах аксонов, не проводился.

Дефекты аксонального транспорта

Процесс ухудшения работы быстрого антероградного аксонального транспорта у мутантных мышей по супероксиддисмутазе и у людей с БАС достаточно глубоко изучен. Заметное снижение скорости антероградного транспорта по аксонам с накоплением нейрофиламентов в проксимальной части нейрона описано у мутантных мышей и людей с БАС. При этом в спинном мозге признаки такого явления появляются в среднем за полгода до первых клинических проявлений заболевания. Замедление ретроградного транспорта также замечено в моторных нейронах мутантных мышей с 13-го дня эмбрионального развития. Такие явления, как изменение скорости транспорта веществ по отросткам нейрона, могут быть прямой причиной нарушения ее функции, а также следствием и симптомом такого нарушения. Выяснение истинной роли изменения скорости аксонального транспорта в аксональной дистрофии еще предстоит выяснить. Недавно были идентифицированы мутации, проявляющиеся в изменении комплекса белковых молекул с динеин/динактином, которые являются характерными именно для пораженных двигательных нейронов у мышей и людей. Нормализуя аксональный транспорт, достаточно часто удавалось пролонгировать жизнедеятельность клетки. Указанные данные свидетельствуют о том, что активность и состоятельность аксонального транспорта является еще одним критическим звеном в цепи патогенеза аксонального амиотрофического склероза.

Оксидативный стресс

При описании БАС и некоторых других нейродегенеративных процессов традиционно указывается на роль оксидативного повреждения как фактора, обусловливающего старение клетки и/или организма. Абсолютно очевидно, что в трупных тканях оксидативный процесс в отношении белков, липидов и ДНК при БАС выражен исключительно сильно. Однако какова роль перекисного окисления в формировании ранних стадий заболевания, на сегодня не выяснено. Аналогично выявлена роль оксидативного повреждения клеток у линии мутантных мышей. Абсолютно очевидно повышение интенсивности перекисного окисления в клетках спинного мозга после месячного периода развития симптомов болезни. Информация, касающаяся интенсивности оксидативного повреждения клеток в период, предшествующий появлению яркой симптоматики, является весьма скудной. Исходя из того, что абсолютное большинство клеточных элементов, белков, частей цитоскелета и др. попадают в дистальные части аксонов за счет аксонального транспорта, логично предположить, что именно дистальная часть отростка нейрона содержит наиболее «старые» клеточные единицы. Эти части клетки в большей мере подвергались травмирующему действию перекисного окисления, вследствие чего резервы и «запас прочности» у таких элементов снижены, а это значит, что дегенерация и дисфункция этих компонентов наиболее вероятна.

Несомненно то, что нейромышечные соединения могут быть уязвимы для повреждения окислительными процессами, активными у животных с мутацией по супероксиддисмутазе. До тех пор, пока у них не развивается дистрофия двигательных нейронов, значительных симптомов заболевания не наблюдается. И только после развития выраженной моторной аксонопатии происходит резкое ускорение процессов старения и появление мышечной атрофии. Миографические исследования показывают спонтанную активность пораженных мышц, что свидетельствует о начавшейся денервации. Среди миографических симптомов данного состояния встречаются фибрилляции и сложные комплексные разряды. Анализируя материалы гистологического исследования, можно сказать о начинающейся денервации дистальных отделов конечностей на втором месяце заболевания, и к концу первого полугодия формируется комбинация атрофии мышечных волокон и их гипертрофии. Кроме того, среди характерных признаков наблюдается группирование мышечных волокон, что указывает на хроническую моторную невропатию.

Предложена гипотеза о том, что клиническое и патофизиологическое сходство между разными группами мутантных мышей, отличавшихся только степенью выраженности экспрессии генов, кодирующих супероксиддисмутазу, заключается лишь в выраженности симптомов. Главный смысл состоит в том, что оксидативный стресс играет основную роль в аксональной дегенерации, наблюдающейся у животных данных групп. Интенсивность оксидативного стресса может быть достаточной для формирования или запуска процессов аксональной патологии. Например, увеличение размера митохондрий в нейромышечном соединении становится заметным на 25-й день развития патологического процесса в нервной ткани. Это указывает на значительное повреждение митохондриальной структуры. Оксидативное повреждение митохондрий нарушает динамику электронов, тем самым угнетая синтез АТФ, вплоть до его остановки. Это является еще одним фактором, замедляющим аксональный энергозависимый транспорт. Недостаточность энергетического снабжения транспортных систем нейрона приводит к остановке двустороннего обмена между телом и отростками нейрона. Замедление транспорта является нормальным проявлением старения нервных клеток. Как было описано, включается «порочный круг», связанный с увеличением оксидативного влияния на органеллы. АТФ также является жизненно важным компонентом для работы Na⁺/K⁺-АТФазы. Дисфункция этого фермента влечет за собой накопление натрия в аксоне. Повышение концентрации данного иона приводит к реверсу натрий-кальциевого транспорта с входом и накоплением кальция в аксоне. Как было описано выше, кальций является прямым активатором кальпаиновой системы, что резко ускоряет дегенеративные процессы в аксональных структурах. Помимо повреждения митохондрий, оксидативный стресс влияет на жизнедеятельность других клеточных компонентов, содержащихся в аксоне. Накопление гиперфосфорилированных нейрофиламентов в дистальных отделах аксонов — типичное явление для пациентов с БАС. Этот феномен является типичным для состояний, связанных с повышением активности Cdk5, встречающимся при оксидативном стрессе. В дополнение к огромному количеству эффектов, к которым приводит оксидативный стресс, свободные радикалы резко снижают эффективность выделения медиаторов из пресинапса моторных терминалей. Эксперименты, модулирующие аналогичные состояния за счет применения ботулина, имели стандартный и закономерный результат, заключающийся в повреждении дистальных отделов моторных аксонов, и даже приводили к гибели двигательных нейронов.

Влияние свободных радикалов на компоненты клеток невероятно многообразно. Оно проявляется в изменении свойств белковых и липидных молекул, что вызывает различные дегенеративные процессы. Перекисное окисление мутантной супероксиддисмутазы, как известно, приводит к прекращению функционирования этого фермента. Действие перекисного окисления на убиквитин-карбокси-терминальную гидролазу аналогично ее полной элиминации из клетки. Вследствие этого возникает так называемая грациллярная аксональная дистрофия. Обращает на себя внимание то, что нейрофиламенты исключительно чувствительны к оксидативному повреждению. Экспозиция очищенных нейрофиламентов в супероксиддисмутазе и пероксиде водорода вызывает дозозависимую агрегацию указанных белков. Агрегированные нейрофиламенты за счет действия любого из возможных факторов перекисного окисления, в частности аскорбата трихлористого железа, становятся более чувствительными к действию кальпаинов. Это, в свою очередь, приводит к заметному увеличению скорости дегенерации. В клетках нейробластомы человека высокие дозы аскорбата вызывают дегенерацию нейрофиламентов, имеющую дозозависимый эффект, что впоследствии приводит к гибели клетки. В отличие от нейрофиламентов тубулин и актин не подвергаются агрегации в такой модели перекисного окисления. Это означает, что нейрофиламенты имеют практически уникальную чувствительность к оксидативному стрессу. Такая их особенность может быть связана с наличием специфических локусов, сопряженных с лизином и пролином. Эти части белковой молекулы теоретически становятся мишенью для модификации свободными радикалами, что приводит к альтерации и изменению вторичной структуры белка. В модели цитоскелета свободные радикалы приводят к таким критическим изменениям белковых структур, которые вызывают его деструкцию. Данные состояния могут быть предупреждены или уменьшены введением витаминов Е и С.

Особенности проявления аксональной дегенерации указывают на исключительную важность оксидативных процессов в ее формировании. Так, денервация моторных соединений у больных мышей происходит по определенной закономерности. Первыми дегенерируют нейроны и их отростки, имеющие малый и средний уровень резервов. Медленные моторные единицы в меньшей степени подвержены дегенерации. Кроме того, в них быстрее происходит регенерация и восстановление отростков. Общая картина развития нейромышечных заболеваний отражает естественные процессы старения. Единственное отличие — скорость развития этих состояний. Интересным фактом является то, что наиболее уязвимы для оксидативного стресса клетки, в которых уровень окислительного фосфорилирования не слишком высок. Обычно именно в таких клетках количество элементов антиоксидантной системы гораздо ниже. Соответственно склонность к дегенеративным процессам нервной ткани может быть диагностирована по количеству и активности антиоксидантов в данном организме. Еще одним интересным наблюдением является то, что клетки, находящиеся в непосредственной близости к поврежденным элементам, увеличиваются в объеме. Также проявляется увеличенное количество мышечных элементов, компенсаторно иннервируемое ими. Предполагаемой причиной развития дисбаланса между процессами перекисного окисления и антиоксидантной системой может быть слишком быстрая экспрессия мутантного гена, кодирующего синтез супероксиддисмутазы, сдвигающее равновесие систем в сторону перекисного окисления и оксидативного стресса.

Многочисленные антиоксиданты тестировались при выполнении данного исследования. Некоторые из них проявили значительную антиоксидантную активность. Как результат удалось пролонгировать выживаемость мутантных мышей до двух раз относительно контрольной группы. При этом назначение антиоксидантов проводилось в период скрытого, бессимптомного течения заболевания. Тестирование активности антиоксидантных систем организма на пациентах, по результатам метаанализа, не принесло статистически значимого результата. Вследствие того, что измерение степени оксидативного стресса на сегодняшний день не представляется возможным, не удается установить причину отсутствия результата назначение антиоксидантной терапии пациентам. Так, неэффективность лечения может быть связана и с повышением степени окислительных реакций, и с недостаточной эффективностью предлагаемой терапии. Даже если оксидативный процесс играет одну из основных ролей в запуске цепочки реакций, приводящих к аксональной дегенерации, мы не можем с помощью медикаментов предотвратить этот процесс. Таким образом, для разработки эффективной методики лечения оксидативных повреждений при БАС нам необходимо еще более глубокое исследование цепочки патологических процессов, приводящих к этим изменениям.

Роль других клеток

В предшествующих разделах обсуждались явления в нейроне и его частях, которые могут играть важную роль в аксональной дегенерации. Несмотря на несомненно важную роль процессов, происходящих непосредственно в самой клетке, однозначным является то, что дегенеративные изменения при БАС не проходят изолированно только в нейронах. Реакции глиальных клеток также являются достаточно важным прогностическим критерием и признаком степени изменений, уже произошедших в ЦНС. Менее известны феномены, происходящие в клетках, находящихся в непосредственной близости от дистальных участков аксонов. К таким клеточным элементам можно отнести шванновские, мышечные и даже иммунные клетки.

Шванновские клетки являются наиболее крупными глиальными клетками, находящимися в ЦНС. Они имеют контакт с аксонами нервных клеток на огромной площади. Эти участки превосходят места контактов нейронов с астроцитами в несколько десятков раз. Не следует упускать из виду то, что эти клетки являются еще и значительными источниками трофической поддержки и физической защиты нейронов. Таким образом, можно считать, что именно шванновские клетки и нейроглиальные союзы являются наиболее подходящими объектами исследования для выяснения природы гибели нейронов. Мутантная супероксиддисмутаза обнаруживается в шванновских клетках мышей мутантной линии в первые дни постнатального периода. В терминальных шванновских клетках в острый период дегенерации нейронов наблюдается резкое повышение аксонального фактора семафорина-3А. Этот факт означает попытки шванновских клеток противостоять травмирующим факторам за счет синтеза ингибиторов перекисного окисления, проявляющих свойства стимуляторов регенерации. Таким образом, эти клетки глии на некоторое время задерживают начинающуюся дисфункцию нейромышечного соединения и замедляют развитие симптомов БАС.

При аналогичном анализе скелетной мускулатуры в миоцитах также обнаруживается высокий уровень мутантной супероксиддисмутазы, которая аналогичным образом действует на нейромышечное соединение. Некоторые авторы считают, что роль миоцитов заключается в запуске патологических реакций, направленных на дегенерацию нейромышечного соединения. Именно мышечная часть этого образования является причиной данной патологии. Однако достоверных данных, подтверждающих эту теорию, получено не было. Увеличение синтеза фактора роста и ветвления дендритов у пациентов с БАС и у животных мутантных линий вызвало создание гипотезы о возможной роли миоцитов в ингибировании регенеративных процессов дистальных отделов аксонов. В подтверждение этой гипотезы можно привести следующие факты: при ингибировании рядом ферментов указанных факторов роста дендритов увеличение продолжительности жизни мутантных мышей составило порядка 25 дней.

Последние несколько исследований были направлены на выяснение действительной роли миоцитов в формировании дегенерации нейронов у мутантных мышей. Отделение миоцитов из нейромышечного соединения не показало достоверных изменений продолжительности жизни животных мутантных линий. Кроме того, результатом данной работы было лишь незначительное снижение мутантных белков в исследуемых нейронах. Необходимо проведение дополнительных серий экспериментов, которые уточнят роль мышечных клеток в патологии двигательных нейронов. Кроме того, необходимо определить дальнейшие направления исследования для выяснения возможности использования компонентов миоцитов в лечении БАС.

Заключение

В результате масштабных исследований получены очевидные данные, касающиеся патогенеза нейрональной дегенерации. Неоспорим тот факт, что процессы аксональной дегенерации и изменения, происходящие в теле нейрона, наблюдаются независимо друг от друга. Поэтому чрезвычайно важно помнить, что мероприятия, направленные на поддержание жизнедеятельности тела нейрона, не повлияют на клинические проявления БАС и продолжительность жизни. С другой стороны, были выявлены критические зоны развивающейся патологии. С точки зрения авторов именно на них должна быть направлена терапия при дегенеративных состояниях нейронов. Механизм развития аксональной дегенерации до настоящего времени остается неизвестным. Однако с уверенностью можно сказать, что одной из важных фаз развития данных состояний является оксидативный стресс. Множество связанных с ним факторов могут внезапно спровоцировать резкое увеличение реакций перекисного окисления, что вызовет процессы ускоренного старения и, как следствие, дегенерации нервной ткани. В дополнение можно сказать, что роль шванновских клеток в развитии дегенеративных процессов нельзя недооценивать. Это связано именно со свойством данных клеток стимулировать регенеративные процессы в нейронах. Дальнейшие исследования, несомненно, дадут новые факты, которые позволят с иной стороны подойти к рассмотрению патогенеза дегенеративных заболеваний нервной ткани, в частности, к амиотрофическому латеральному склерозу.