NMDA receptor antagonists as potential therapy in cerebellar degenerative disorders

Full Text

Введение

Нейродегенеративные заболевания — группа прогрессирующих форм патологии нервной системы с различными клиническими проявлениями, классификация и диагностика которых остаются сложными областями современной неврологии [1]. Изучение основ развития нейродегенеративных заболеваний особенно важно в связи с их высокой распространённостью, тяжёлым течением и, как правило, неуклонным прогрессированием [2]. Свое-временная диагностика этих заболеваний на ранних этапах и применение новейших лекарственных средств способны повысить качество жизни пациентов и замедлить развитие патологического процесса [3].

В зависимости от уровня поражения нервной системы условно выделяют заболевания с преимущественным поражением коры головного мозга, базальных ганглиев, мозжечка, ствола или спинного мозга [2, 4].

На фоне остальных заболеваний нейродегенерации мозжечка остаются малоизученными. У мозжечковых нарушений может быть большое количество причин, включая врождённые пороки развития, наследственные атаксии и различные приобретённые состояния. Набор симптомов, как правило, включает атаксию и может варьировать в зависимости от причины. Нейродегенеративные или неврологические расстройства, связанные с патологией мозжечка, такие как спиноцеребеллярная атаксия (СЦА), атрофия мозжечка и эссенциальный тремор, часто сопровождаются когнитивной дисфункцией, деменцией и психоневрологическими симптомами [5].

Вопрос об этиологии нейродегенеративных заболеваний остаётся нерешённым. Большинство исследователей придерживаются глутаматергической теории нейродегенеративного процесса, предложенной в 1990-е гг. Согласно этой теории универсальным механизмом развития нейродегенеративных заболеваний является эксайтотоксичность — повреждение и гибель нейронов в результате избыточной активации постсинаптических NMDA-рецепторов (ионотропных рецепторов глутамата, селективно связывающих N-метил-D-аспартат; NMDAR) [6]. Активация NMDAR сопровождается избыточным поступлением ионов Са²⁺ внутрь нейронов и последующим каскадом патологических биохимических реакций, которые в итоге запускают апоптоз нейронов и их фагоцитоз макрофагами [7–9]. На процесс нейродегенерации влияют и другие факторы: оксидативный стресс, митохондриальная дисфункция, дефицит нейротрофических факторов, воспалительные процессы [4, 10].

Сведения об экспрессии NMDAR в клетках Пуркинье (КП) мозжечка, о формирующих их типах субъединиц и динамике изменения их состава малочисленны и неоднородны. В связи с этим изучение субъединичного состава NMDAR нейронов мозжечка представляется важным для создания новых терапевтических стратегий коррекции эксайтотоксичности при различных нейродегенеративных заболеваниях мозжечка, например, при СЦА.

Клетки Пуркинье и их трёхкомпонентный синапс

Исторически мозжечок считался двигательной структурой. Он получает копию афферентной информации, передаваемой из спинного мозга в кору полушарий головного мозга (сигналы о текущем состоянии положения тела и конечностей в пространстве, мышечного тонуса), а также эфферентной информации — от двигательных центров коры полушарий к спинному мозгу (представление о требуемом конечном состоянии). Сопоставляя эту информацию, кора мозжечка может рассчитать ошибку, о которой сообщает в двигательные центры для непрерывной коррекции произвольных и автоматических движений. Мозжечок важен для моторного обучения — он играет важную роль в адаптации и настройке моторных программ, позволяющих совершать точные движения методом проб и ошибок при обучении [11, 12]. В последние десятилетия обнаружено, что мозжечок участвует и в процессах высшей нервной деятельности: накопления опыта, памяти, мышления [13].

Кора мозжечка состоит из трех слоев: поверхностного (молекулярный слой), среднего (слой КП) и внутреннего (зернистый слой, граничащий с белым веществом извилин мозжечка).

Молекулярный слой содержит два типа нейронов: мелкие звёздчатые нейроны, которые расположены в верхней части слоя, и корзинчатые нейроны в нижней трети слоя на уровне нижних ветвлений дендритов КП. Аксоны звёздчатых нейронов образуют тормозные ГАМКергические синапсы на дендритах КП, а аксоны корзинчатых нейронов — на телах КП [14].

Средний слой КП образован грушевидными телами очень крупных нейронов, лежащих строго в один ряд. От вершины каждой КП в молекулярный слой отходят 2–3 крупных дендрита, которые разветвляются на многочисленные ветви, образуя мощное дендритное дерево. Отходящие от основания тел аксоны КП уходят в белое вещество и идут к подкорковым ядрам мозжечка, образуя эфферентные нервные волокна — единственный выход из коры мозжечка.

Гранулярные клетки мозжечка составляют толстый зернистый слой коры мозжечка и являются одними из самых маленьких нейронов в мозге. Тонкие немиелинизированные аксоны гранулярных клеток поднимаются вертикально в молекулярный слой коры, где Т-образно делятся на две ветви, идущие параллельно поверхности извилин, образуя параллельные волокна [15, 16].

Эти параллельные волокна создают относительно более слабые возбуждающие глутаматергические синапсы к шипикам в дендритах КП, образуя синапс гранулярные клетки–параллельные волокна причём до 200 тыс. параллельных волокон могут образовать синапс с одной КП [17]. Лазящие волокна, исходящие из нижнего оливкового ядра, передают сильный возбуждающий импульс на дендриты КП. Каждая КП получает приблизительно 500 синапсов с лазящих волокон [18]. Каждое лазящее волокно образует синапсы с 1–10 КП. На ранних этапах развития КП иннервируются множеством лазящих волокон, но по мере созревания мозжечка эти входы постепенно устраняются, что приводит к единственному вводу волокон на КП.

В ранних фундаментальных работах, описывающих базовые пассивные и активные свойства КП, было показано отсутствие NMDAR на их мембране [19]. В последующих работах выявлено, что NMDAR присутствуют, но экспрессия их субъединиц в КП крайне мала [20, 21]. Поэтому, в силу морфологических особенностей КП, классический апоптотический каскад при перераздражении внесинаптических NMDAR на постсинаптической мембране нейрона [22] может быть не доминирующим.

Астроциты, в том числе клетки глии Бергмана, плотно охватывающие синапсы КП в молекулярном слое мозжечка, экспрессируют большое количество NMDAR [23, 24].

Субъединичный состав NMDAR в мозжечке

Структурно NMDAR представляет собой гетеротетрамер, взаимодействующий с несколькими внутриклеточными белками. Известны три субъединицы NMDAR: глицин-связывающие GluN1 (NR1) и GluN3 (NR3), глутамат-связывающая GluN2 (NR2), которые могут образовывать как дигетеромерные, так и тригетеромерные рецепторы [25]. GluN1 имеет 8 изоформ из-за альтернативного сплайсинга гена GRIN1, существуют 4 субъединицы с дифференциальной экспрессией GluN2 (A–D) и 2 субъединицы GluN3 (A и B), что обусловливает различную структуру рецепторов в разных областях нервной системы [26, 27].

В период эмбрионального и постнатального развития мозга отмечается изменение субъединичного состава NMDAR [28]. На всех этапах ген GluN1 экспрессируется практически во всех нейронах, в частности, в КП эта субъединица экспрессируется уже в самом начале жизни у мышей и в течение всей взрослой жизни [20, 29, 30]. Присутствие субъединиц GluN1 в молекулярном комплексе принципиально важно, т.к. именно на них находится место связывания агониста, и они образуют трансмембранный домен, формирующий ионный канал [31].

Субъединицы GluN2 по-разному экспрессируются во время развития [32], и различные комбинации субъединиц GluN1/GluN2, экспрессируемые в неонатальных и взрослых КП, создают функциональные NMDAR с различными и даже противоположными свойствами, т.к. они отвечают за сродство к агонисту, чувствительность к магнию и цинку, кинетику дезактивации, модуляцию полиаминами и проводимость канала [26, 33, 34].

Субъединицы GluN2 КП новорождённых относятся к подтипу GluN2D. Рецепторы GluN1-GluN2D обладают уникальными свойствами: низкая чувствительность к блоку Mg²⁺ и высокое сродство к глутамату, что приводит к медленной дезактивации в ответ на кратковременное применение глутамата [34, 35].

Между 2-й и 3-й постнатальными неделями снижается экспрессия субъединиц GluN2, а также происходит замена GluN2B на GluN2A [36]. GluN1-гомомеры не достигают внешних мембран, соответственно, токи NMDA, обнаруженные у молодых крыс или мышей, заметно снижаются с возрастом, и между 12-й и 21-й постнатальными неделями в большинстве исследований не было обнаружено функциональных NMDAR [19, 32, 37, 38]. На основании этих результатов взрослые КП с тех пор рассматривались как нейроны, лишённые NMDAR. Позднее было показано, что в возрасте более 8 нед зрелые КП эффективно экспрессируют функциональные NMDAR и участвуют в синаптической передаче лазящих волокон [21].

Имеются противоречивые данные об экспрессии субъединиц GluN2 во взрослых КП: в одних исследованиях мРНК GluN2A была обнаружена как у крыс, так и у людей [28, 39, 40], тогда как в других работах мРНК GluN2 в КП взрослых грызунов не выявлена [35, 41].

У взрослых животных GluN3A экспрессируется в коре мозжечка, в основном в гранулярных клетках, меньше в КП [42]. В мозге мРНК GluN3A уменьшается после 2-й постнатальной недели, а мРНК GluN3B остаётся на постоянном уровне по мере развития и у взрослых. Поскольку субъединицы GluN3 снижают кальциевую проницаемость NMDAR, их присутствие в зрелых КП может иметь важное значение в долгосрочной синаптической пластичности, нейропротекции от опосредованной глутаматом эксайтотоксичности или других механизмах [43, 44].

Расхождения в разных исследованиях могут объясняться различиями между экспериментальными процедурами или различными временными пределами зрелости, указанными разными авторами. Таким образом, вопрос экспрессии функциональных NMDAR в зрелых КП требует дальнейших исследований.

В нейронах NMDAR были обнаружены и в пре-, и в постсинаптических участках [45, 46]. По результатам иммуногистохимии мозжечка мышей и крыс выявлено наличие GluN1 и GluN2B в телах и дендритных ветвлениях КП, умеренное содержание GluN2А в КП и глии Бергмана в мозжечке мыши [47], но GluN2А в мозжечке взрослых крыс отсутствовала [20, 48]. Отмечено малое содержание в КП GluN2C/D. Гранулярные клетки совместно экспрессируют GluN2A и GluN2C и/или GluN2D с GluN1, но не GluN2B [20]. Эти исследования показывают, что субъединицы NMDAR демонстрируют частично совпадающие паттерны экспрессии в мозжечке взрослого млекопитающего.

NMDAR астроцитов гораздо менее чувствительны к Mg²⁺-блоку и более возбудимы, чем нейрональные, что может указывать на преобладающую экспрессию GluN3 субъединицы рецептора [49, 50]. GluN3 не может заменить GluN1 для формирования функциональных каналов, несмотря на высокую аффинность связывания глицина [51], т.к. глутамат/глицин-активируемые токи не индуцируются, когда GluN3 спарена только с субъединицей GluN2 без GluN1 [52, 53]. Субъединицы GluN3 при совместной экспрессии с GluN1 и GluN2 снижают чувствительность к Mg²⁺-токам и проницаемость Са²⁺ [43, 53] и сильно уменьшают токи NMDAR [52, 54]. Субъединицы GluN3 могут также контролировать мембранный перенос NMDAR [55].

Активация экстрасинаптических NMDAR зависит от местоположения и активности нейрональных и глиальных переносчиков нейромедиатора и требует обширной диффузии глутамата из сайтов синаптического высвобождения. Это лучше всего иллюстрируют звездчатые нейроны мозжечка и ганглиозные клетки сетчатки, в которых NMDAR расположены вне синапса [56–58].

За последние несколько лет ряд исследований показали наличие большего количества NMDAR, содержащих GluN2A, в синаптических сайтах, а NMDAR с GluN2B и GluN2D — в экстрасинаптических сайтах [59–61] (рисунок). В норме избыточное количество глутамата захватывается астроцитами через транспортёры ЕААТ1, и чрезмерной активации NMDAR не возникает. При избыточном выделении глутамата или нарушении его обратного захвата реактивными астроцитами количество глутамата в синаптической щели увеличивается, что приводит к чрезмерной стимуляции NMDAR и рецепторов α-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовой кислоты (AMPAR). Глутамат вытекает из синаптической щели и активирует экстрасинаптические NMDAR. В результате избыточной активации повышается концентрация ионов Са²⁺, что через каскад реакций приводит к апоптозу нейронов. Регулируя работу как NMDAR, так и транспортёров глутамата или изменяя высвобождение Са²⁺, можно уменьшить эксайтотоксичность при нейродегенеративных заболеваниях.

 

Изменения в трёхкомпонентном синапсе КП при нейродегенерации и возможные молекулы-мишени для лечения нейродегенеративных заболеваний мозжечка. Функционирующие NMDAR содержат субъединицу GluN1, поэтому она не указана на рисунке. / Changes in the tricomponent Purkinje cell synapse in neurodegeneration and possible molecular targets for the treatment of cerebellar degeneration. Functioning NMDAR contain the GluN1 subunit, which is why it is not indicated on the image.

 

Функции NMDAR в норме и при патологии

NMDAR одновременно восприимчив и к эндогенным лигандам — агонистам и антагонистам, и к изменению мембранного потенциала. В неактивированной форме канал рецептора закрыт ионом Mg²⁺. Канал активируется, когда глутамат и коагонист (глицин или D-серин) связываются с ним, и при одновременной деполяризации постсинаптической мембраны (высвобождённый глутамат вызывает приток Na⁺ через AMPA-рецепторы) удаляется ион Mg²⁺ [62, 63]. Активация NMDAR вызывает открытие ионного канала, селективного к катионам, что приводит к притоку в клетку Na⁺ и Ca²⁺, а K⁺ покидает клетку. Ca²⁺ инициирует каскады трансдукции сигнала [64].

Синаптическая пластичность позволяет усиливать или ослаблять специфические связи между нейронами и является основой обучения и памяти. Выявлена зависимость от расположения и субъединичного состава NMDAR различных форм долгосрочного потенцирования и долгосрочной депрессии [65–70]. Экстрасинаптические NMDAR могут препятствовать образованию долгосрочного потенцирования [67, 71] и индуцировать долгосрочную депрессию [72], в отличие от синаптических NMDAR. Присутствие субъединиц GluN2A стимулирует долгосрочное потенцирование, а субъединица GluN2B связана с индукцией долгосрочной депрессии [73, 74]. Таким образом, NMDAR играет ключевую роль в синаптической пластичности и процессах обучения и памяти [70, 75–77].

Существует парадокс, что NMDAR могут способствовать и гибели нейронов, и их выживанию: NMDAR опосредуют аспекты нормального развития нейронов [78, 79], но при чрезмерной активации NMDAR могут вызывать гибель клеток при различных острых и хронических неврологических заболеваниях, таких как инсульт, болезнь Гентингтона и т.п. [80–84].

Различия в передаче сигналов NMDAR связывают с расположением рецепторов или с различиями в субъединичном составе NMDAR [64, 85–87]. До сих пор не выявлено чёткое пространственное разграничение, однако недавние исследования показали, что некоторые пути, предшествующие смерти, преимущественно активируются внесинаптическими NMDAR [71, 88]. В результате различий в передаче сигналов экстрасинаптическая активность NMDAR индуцирует другую программу экспрессии генов по сравнению с синаптическими NMDAR [89, 90]. Дисбаланс между синаптической и экстрасинаптической активностью NMDAR способствует дисфункции нейронов и может быть общим звеном в этиологии нейродегенеративных заболеваний.

Функциональная дихотомия между этими синаптическими и экстрасинаптическими пулами NMDAR также контролируется системами обратного захвата глутамата [91]. Благодаря избыточному синаптическому высвобождению и нарушению механизмов обратного захвата накапливается внеклеточный глутамат [64, 80, 92–94]. Избыточное количество глутамата вытекает из синаптической щели и активирует не только синаптические, но и внесинаптические NMDAR [95]. Значительная часть экстрасинаптических NMDAR нейронов in vivo расположена рядом с глией [85], что повышает вероятность того, что высвобождение астроцитарного глутамата может привести к активации этих рецепторов [86].

NMDAR-блокаторы для лечения нейродегенеративных заболеваний

Патогенез большого числа расстройств ЦНС объясняется, по крайней мере частично, внесинаптической активностью NMDAR — например, болезнь Альцгеймера [95–97] и болезнь Гентингтона [98–100], а также ишемия, гипоксия, черепно-мозговая травма и эпилепсия, тремор/атаксия, ассоциированные с ломкой Х-хромосомой (синдром FXTAS) [101]. Многие из этих нарушений также имеют общие пути передачи сигналов от внесинаптических NMDAR и могут быть экстраполированы на нейродегенеративный процесс мозжечка.

Одной из многообещающих стратегий, влияющих на данный патологический процесс, является использование антагонистов, которые преимущественно блокируют NMDAR в эксайтотоксических сценариях, и терапевтических средств, которые активируются только в патологическом состоянии [102]. Наиболее хорошо исследован мемантин с фармакологическими свойствами, которые подходят для блокады хронической активности NMDAR в патологических ситуациях без нарушения нормальной синаптической функции [88, 103].

Мемантин — это блокатор открытых каналов, его неконкурентный характер приводит к эффективной блокаде хронической экстрасинаптической активности NMDAR, которая вызывается повышенным уровнем глутамата. Мемантин предпочтительно взаимодействует с GluN2C- и GluN2D-содержащими NMDAR при физиологических уровнях Mg²⁺ [100, 104]. Мемантин при использовании в низких дозах не накапливается в канале из-за его быстрых скоростных свойств и зависимых от напряжения связывающих свойств и, соответственно, не оказывает существенного влияния на нормальную синаптическую активность NMDAR. Таким образом, низкие дозы мемантина не будут существенно влиять на активацию синаптических NMDAR, в то же время позволяя блокировать хроническую внесинаптическую активацию NMDAR повышенными уровнями глутамата [88, 103]. Эта специфичность действия мемантина была продемонстрирована электрофизиологически [105], а также путём изучения нижестоящих сигналов про-смерти и про-выживания [99, 106, 107]. Использование мемантина in vivo для антагонизма нейродегенеративных путей было продемонстрировано в контексте болезни Гентингтона [99, 100] и болезни Альцгеймера [49, 108]. Мемантин уменьшает нейродегенерацию от вируса Зика [109], используется в лечении других нейродегенеративных заболеваний: лобно-височной деменции, болезни Паркинсона, бокового амиотрофического склероза и др.

Рилузол — неселективный антагонист глутаматергических рецепторов непрямого действия, спектр его фармакологического действия распространяется на ионотропные (в том числе NMDAR) и метаботропные глутаматергические рецепторы. Рилузол обладает нейропротекторными, противосудорожными и седативными свойствами, одобрен для лечения бокового амиотрофического склероза. Рилузол подавляет высвобождение глутамата [110, 111], защищая от эксайтотоксичности, ингибирует протеинкиназу C, которая регулирует пресинаптические NMDAR [112, 113]. На мышиной модели БА продемонстрировано, что рилузол снижает эксайтотоксичность через изменение экспрессии генов субъединиц NMDAR [114], но он не показал положительного эффекта при болезни Гентингтона [115]. Рилузол был оценен как средство лечения большого депрессивного расстройства из-за его двойного фармакологического воздействия на глутаматергическую систему. В частности, рилузол увеличивает обратный захват глутамата астроцитами, а также ингибирует конечное пресинаптическое высвобождение глутамата. Таким образом, он может снижать активацию NMDAR и за счёт снижения синаптических концентраций глутамата, доступных для связывания с постсинаптическими NMDAR, проявляя фармакологическое действие, аналогичное эффектам антагонистов NMDAR. Cистемное введение рилузола улучшает память, вероятно, за счёт анксиолитического действия [116].

Амантадин подавляет рецепторы NMDA, ускоряя закрытие канала [117]. Амантадин подавляет L-DOPA-индуцированные дискинезии при болезни Паркинсона [118], связан с увеличением продолжительности жизни таких пациентов, что может свидетельствовать о его нейропротекторном действии [119]. Однако результаты клинических исследований противоречивы [120]. Исследователи пришли к выводу, что антидискинетический эффект амантадина частично зависит от антагонизма NMDA [121]. Амантадин показывал положительный эффект при болезни Гентингтона [122, 123].

Атомоксетин действует как антагонист NMDAR в клинически значимых дозах. В исследовании нейродегенерации при ишемии выявлено, что предварительная обработка атомоксетином значительно ослабляет вызванное ишемией увеличение иммунореактивности NMDAR1 и NMDAR2A и защищает пирамидные нейроны CA1 от ишемии. Кроме того, в группе, получавшей атомоксетин после ишемии, иммунореактивность Bcl-2 и Bax значительно не изменялась. Атомоксетин широко используется для лечения синдрома дефицита внимания/гиперактивности, как ингибитор обратного захвата норадреналина [124, 125]. При лечении пациентов с болезнью Паркинсона положительных эффектов атомоксетина не выявлено [120].

Кетамин является неконкурентным и неселективным антагонистом субъединиц GluN2 NMDAR, который связывается с сайтом связывания фенциклидина внутри ионного канала рецептора NMDA, блокируя канал, как ион Mg²⁺ блокирует рецепторы NMDA, и неселективен в отношении субъединиц GluN2A-D канала рецептора NMDA [126, 127]. Кетамин уже много лет используется в клинической практике, но не по неврологическим показаниям. В ряде клинических испытаний изучаются низкие дозы кетамина при различных болевых состояниях, включая невропатическую боль у онкологических больных, хроническую невропатическую боль, развивающуюся после хирургических процедур, и сложный регионарный болевой синдром [128]. Исследовались также возможности применения кетамина как антидепрессанта [127, 129, 130].

Траксопродил (CP-101,606) — мощный селективный антагонист субъединиц GluN2B NMDAR [131], исследовался в качестве нейропротектора при травмах головы и инсульте [97, 132], но позже был оценён как дополнительное лечение для пациентов с резистентной формой биполярного депрессивного расстройства [133]. Считалось, что избирательность траксопродила в отношении субъединиц GluN2B рецепторного комплекса NMDA снижает психотомиметические эффекты, но в клинических испытаниях наблюдались диссоциативные побочные эффекты [134].

Декстрометорфан, неконкурентный антагонист NMDAR, является широко используемым средством от кашля. Его метаболит декстрорфан противодействует NMDAR, связываясь с участком внутри поры канала [135]. Действие декстрометорфана также исследовалось при боковом амиотрофическом склерозе, но положительных эффектов не было выявлено [136]. У пациентов с синдромом Ретта был виден положительный эффект на ЭЭГ [137]. Декстрометорфан нормализовал когнитивные функции у крыс, получавших метотрексат [138].

Нерамексан разрабатывается как потенциальное нейропротекторное средство против различных заболеваний ЦНС. Испытания при болезни Альцгеймера дают противоречивые результаты, исследования продолжаются [139].

Ксенон, конкурентный ингибитор глицинового сайта NMDAR, обладает нейропротекторным действием против гипоксии–ишемии при применении сразу после травмы или через 3 ч после неё. Это делает возможным клиническое использование ксенона в качестве анестетика и нейропротектора [140, 141].

Элипродил — GluN2B-селективный антагонист NMDAR, уменьшает размеры зоны инфаркта мозга при экспериментальном ишемическом инсульте, но клинические испытания не подтвердили его эффективности при остром инсульте, в связи с чем испытания были прекращены [142, 143]. Элипродил оказывает нейропротективное действие на сетчатку, подвергшуюся либо эксайтотоксической, либо ишемической нагрузке, и может быть полезен для лечения различных заболеваний сетчатки и головки зрительного нерва [144].

Рисленемдаз (MK-0657, CERC-301) — селективный антагонист NMDAR к субъединице GluN2B, который был протестирован на устойчивых к лечению пациентах с биполярным депрессивным расстройством. Не выявлено значительного антидепрессивного эффекта по сравнению с плацебо, хотя наблюдалось улучшение депрессивных симптомов. В отличие от траксопродила, у рисленемдаза не наблюдалось серьёзных или диссоциативных побочных эффектов [129, 145, 146].

Габапентин может оказывать защитное действие против вызванного глутаматом повреждения нейронов, по крайней мере частично, путём ингибирования ионного тока, активируемого NMDAR [147]. Он действует на α2δ-1-белок (известный как субъединица канала Са²⁺, активируемого напряжением, является сайтом связывания габапентинои-дов), взаимодействующий с NMDAR, который увеличивает синаптическую доставку NMDAR при невропатической боли. Габапентиноиды уменьшают нейропатическую боль, подавляя прямую транспортировку комплексов α2δ-1-NMDAR [148].

Рапастинель (GLYX-13, BV-102) — селективный, слабый частичный агонист/антагонист аллостерического участка связывания глицина субъединицы GluN1 NMDAR. Препарат является быстродействующим и долговременным антидепрессантом, мощным усилителем когнитивных функций, благодаря своей способности как ингибировать, так и усиливать опосредованную NMDAR передачу сигнала. Обычно частичные агонисты вызывают агонистические эффекты при низких дозах или в отсутствие полного агониста сайта рецептора (глицина), но порождают антагонистические эффекты при высоких дозах или в присутствии полного агониста сайта рецептора (глицина) [146]. Рапастинель разрабатывался как новый антидепрессант, в качестве дополнительной терапии для лечения резистентного к лечению большого депрессивного расстройства [149–151], но в III фазе клинических испытаний не показал разницы с плацебо.

Несмотря на данные исследований на животных с патологиями головного мозга с вовлечением NMDAR в патологический процесс [152], клинические испытания некоторых антагонистов NMDAR потерпели неудачу из-за плохой переносимости и низкой эффективности [82, 134, 153, 154]. Поскольку побочные эффекты связаны с блокадой синаптической активности NMDAR, для многих антагонистов максимальная переносимая доза может не быть терапевтически эффективной.

Блок NMDAR также может влиять на нормальную синаптическую пластичность и нарушать формирование памяти обучения [155–157]. NMDA-антагонисты негативно влияют на выработку новых поведенческих навыков [158]. Устранение активности рецептора NMDA in vivo вызывает широко распространённый апоптоз и усиливает травмирующее повреждение в развивающихся нейронах [159, 160]. В ЦНС взрослого человека блокада NMDAR усугубляет потерю нейронов при применении после черепно-мозговой травмы и во время продолжающейся нейродегенерации [161]. Таким образом, нужны дальнейшие исследования селективных блокаторов внесинаптических NMDAR, т.к. блокада нормальной синаптической активности NMDAR приводит к многочисленным неприемлемым побочным эффектам.

Опыт применения блокаторов NMDAR в лечении патологии большого мозга подсказывает возможное использование этих веществ в терапии при патологии мозжечка. Однако уникальное строение, функции и малая изученность дегенеративных состояний этой области мозга не позволяют напрямую экстраполировать вышеуказанные результаты без дополнительных исследований.

Применение антагонистов в лечении патологических состояний мозжечка

Данных о влиянии NMDAR-блокаторов на мозжечок мало. А. Iizuka и соавт. в исследованиях роли экстрасинаптических NMDAR в гибели нервных клеток использовали мемантин, который вводили перорально мышам SCA1 KI с возраста 4 нед пожизненно [162]. Лечение значительно уменьшало потерю массы тела и увеличивало продолжительность жизни мышей. Кроме того, мемантин значительно подавлял потерю КП в мозжечке и моторных нейронах в дорсальном моторном ядре блуждающего нерва, которые являются критическими для моторной и парасимпатической функций.

В исследованиях пациентов с синдромом FXTAS мемантин хорошо переносился, но не продемонстрировал эффективности по сравнению с плацебо в облегчении тремора, проблем с балансом или исполнительных функций [163]. Другие исследования продемонстрировали значительное улучшение показателей внимания/рабочей памяти, которые, как считается, составляют основной когнитивный дефицит при синдроме FXTAS, после лечения мемантином в течение года [164–166].

В исследованиях эффективности мемантина для лечения рецессивной СЦА с саккадическими интрузиями отмечено снижение глазодвигательных нарушений [167–169].

Исследование эффектов рилузола в моделях СЦА не показало улучшения моторного поведения, но длительное лечение повлияло на протеинопатию атаксина-3 за счёт снижения растворимого атаксина-3 и накопления атаксина-3 в телах корковых клеток [170–172]. Проведены клинические исследования рилузола у пациентов с атаксией Фрейдриха и СЦА, в ходе которых был выявлен положительный эффект рилузола без серьёзных побочных эффектов [173, 174].

Таким образом, в литературе описана лишь малая часть блокаторов MNDAR, которые применялись в экспериментальном лечении нейродегенеративных состояний мозжечка. Применение других препаратов (таблица) позволит избежать некоторых нежелательных эффектов, связанных с длительным применением мемантина или рилузола, таких как диспептические явления, нарушение запоминания и др.

 

Сравнение блокаторов NMDAR / NMDAR antagonists comparison

Вещество Substance	Эффективность при нейродегенерации Efficacy in neurodegeneration	Использование в клинике Use in clinics	Исследования на мозжечке Research on the cerebellum	Побочные эффекты Side effects	Селективность Selectivity	Ссылки References
Мемантин Memantine	+	+	+	++	GluN2C, GluN2D	49, 99, 100, 104, 108
Рилузол Riluzole	+	+	+	+	–	110, 111, 113, 114
Амантадин Amantadine	+	+	–	+	–	117, 118, 121
Атомоксетин Atomoxetine	+	+	–	+	–	124, 125
Кетамин Ketamine	+	+	–	+++	GluN2	95, 126, 127
Траксопродил Traxoprodil	+	–	–	++	GluN2B	131, 133, 134
Декстрометорфан Dextromethorphan	+/–	+	–	–	–	135, 137
Нерамексан Neramexane	+/–	–	–	+	–	139
Ксенон Xenon	+/–	–	–	–	GluN1	140, 141
Элипродил Eliprodil	–	–	–	–	GluN2B	142, 144
Рисленемдаз Rislenemdaz	–	–	–	+	GluN2B	129, 145, 146
Габапентин Gabapentin	–	+	–	++	α2δ-1-NMDAR	147, 148
Рапастинель Rapastinel	–	–	–	+	GluN1	146, 150, 151

 

Важным аспектом в лечении нейродегенеративных заболеваний мозжечка является комплексный подход — модуляция нескольких патологических механизмов, таких как блокада NMDAR, усиление обратного захвата нейромедиатора, улучшение энергетического обмена посредством восстановления функции митохондрий и др.

Исправить дисбаланс синаптической и экстрасинаптической активности NMDAR и замедлить нейродегенерацию, возможно, получится при модулировании активности синаптических NMDA [175].

В предотвращении эксайтотоксичности важную роль играет захват избытка глутамата глии Бергмана. Расположенные на отростках астроцитов мозжечка ЕААТ1 при высоких концентрациях глутамата захватывают излишки медиатора на ранней стадии синаптической передачи. ЕААТ4, расположенные на шипиках дендритов КП, работают при низких концентрациях глутамата в экстрасинаптических областях и защищают от вытекания глутамата в соседние синапсы [176]. Рилузол активирует обратный захват EAAT и ингибирует пресинаптическое высвобождение глутамата, что способствует снижению активации внесинаптических NMDAR.

Кроме восстановления нормальной активности NMDAR, стабилизация передачи сигналов Ca²⁺ может иметь терапевтическое значение для лечения СЦА. Для проверки клинической значимости этого подхода необходима контролируемая клиническая оценка блокаторов и стабилизаторов Ca²⁺ у пациентов с СЦА, например, ингибирование высвобождения Ca²⁺ из эндоплазматического ретикулума дантроленом, блокирование притока Ca²⁺, опосредованное потенциалзависимыми Ca²⁺-каналами дигидропиридинами, стабилизация функции митохондрий CoQ₁₀ и креатином [177, 178].

Заключение

Дальнейшее исследование активности NMDAR в КП мозжечка необходимо для понимания роли NMDAR в патогенезе нейродегенеративных заболеваний мозжечка и разработки способов их лечения. В связи с этим изучение субъединичного состава NMDAR нейронов мозжечка, динамики его изменения и того, как различные субъединицы NMDAR влияют на его работу, представляется важным для создания эффективных терапевтических стратегий коррекции эксайтотоксичности, вызванной глутаматом.

Недавние исследования, которые связывают NMDAR с конкретными заболеваниями, ускорение идентификации новых селективных модуляторов усилили давний интерес к NMDAR в качестве терапевтических мишеней. Антагонисты NMDAR подходят для блокады хронической активации глутаматом NMDAR в патологических ситуациях, однако могут влиять и на нормальную синаптическую пластичность NMDAR. Таким образом, нужны дальнейшие исследования селективных блокаторов внесинаптических NMDAR, не влияющих на функционирование синаптических NMDAR. Наиболее перспективным является комплексный подход к лечению нейродегенерации, влияющий на все три компонента синапса: исправление дисбаланса экстрасинаптических и синаптических NMDAR и одновременное подавление избыточной активности NMDAR через уменьшение выработки и выделения глутамата пресинапсом или увеличения его обратного захвата астроцитами и КП из синаптической щели. Для этого необходимы дальнейшие исследования и выбор более эффективных сочетаний, например, использование мемантина и рилузола для блокирования экстрасинаптических NMDAR и усиления обратного захвата глутамата астроцитами, и кофеина для модулирования синаптических NMDAR.

About the authors

Olga S. Belozor

Krasnoyarsk State Medical University named after Prof. V.F. Voino-Yasenetsky

Author for correspondence.
Email: olsbelor@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8384-5962

assistant, Department of biological chemistry with courses in medical, pharmaceutical and toxicological chemistry

Russian Federation, 660022, Krasnoyarsk, Partizan Zheleznyak str., 1

Andrey N. Shuvaev

Siberian Federal University

Email: olsbelor@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3887-1413

Associate Professor, Department of biomedical systems and complexes, Institute of Fundamental Biology and Biotechnology

Russian Federation, Krasnoyarsk

Yana V. Fritsler

Siberian Federal University

Email: olsbelor@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3299-1200

postgraduate student, Department of biophysics, Institute of Fundamental Biology and Biotechnology

Russian Federation, Krasnoyarsk

Anton N. Shuvaev

Krasnoyarsk State Medical University named after Prof. V.F. Voino-Yasenetsky

Email: olsbelor@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0078-4733

Head, Research Institute of Molecular Medicine and Pathobiochemistry

Russian Federation, 660022, Krasnoyarsk, Partizan Zheleznyak str., 1

References

Supplementary files