Потенциальные биохимические маркеры эпилепсии

Полный текст

Введение

Согласно механистическим представлениям, эпилептогенез — это процесс, посредством которого реорганизация нейронной сети мозга сопровождается повышенной восприимчивостью к эпилептическим приступам с увеличением вероятности возникновения спонтанных повторных приступов [1].

Ранее считалось, что эпилептогенез представлен латентным периодом, определяемым как интервал между первоначальным повреждением (процесс эпилептогенеза исследовался в основном на моделях посттравматической или постинсультной эпилепсии) и первым неспровоцированным приступом [2].

В последующем исследования показали, что эпилептогенез — это прогрессирующее состояние. Феномен «разжигания», характеризующийся увеличением активности нейронов вследствие повторяющихся электрических или химических стимулов, подчёркивает, что повторные приступы могут увеличивать возможность возникновения последующих приступов. Данное мнение согласуется с теорией «приступ порождает приступ» и дальнейшую гибель нейронов, предложенной W. Gower в 1885 г. [3]. Наряду с этим ряд авторов критически рассматривают существующие данные о последствиях повторяющихся эпилептических приступов для нейронных сетей мозга. С одной стороны, эпилептическая активность вызывает молекулярные, структурные и функциональные изменения, включая утрату нейронов, реорганизацию связей и метаболические изменения, которые могут способствовать прогрессированию заболевания. С другой стороны, наличие ремиссий в 2/3 случаев эпилепсии, а также различные модели хронической эпилепсии на животных противоречат этой теории. Экспериментальные исследования показали, что эпилептические приступы могут вызывать изменения нейронов, которые повышают порог приступа и снижают риск развития повторного приступа [2].

На клеточном уровне процесс эпилептогенеза включает:

• резкое уменьшение числа нейронов и синапсов;
• астроглиоз;
• активацию микроглии;
• ангиогенез [4].

Последние десятилетия принесли «драматические» изменения в понимании каскада молекулярных дисфункций при эпилепсии, в который вносят вклад различные динамические процессы: формирование «возбуждающих» синапсов; дисбаланс ионного гомеостаза; нарушение целостности гематоэнцефалического барьера (ГЭБ); дисфункция глимфатической системы; накопление провоспалительных цитокинов, амилоида и фосфорилированного тау-белка [4].

Полагают, что эпилептогенные факторы первоначально приводят к селективной ранимости нейронов. Однако эта теория может быть опровергнута исследованием, в котором эпилепсия, спровоцированная гипертермией, не ассоциируется с утратой нейронов [2]. Ключевым механизмом эпилептогенеза является потеря ингибиторных интернейронов [5].

Активированные астроциты, продуцируя провоспалительные цитокины, играют ключевую роль в дисфункции ГЭБ и глимфатической системы и опосредуют повышенную возбудимость нейронов. Астроциты характеризуются также высвобождением глиотрансмиттеров (например, глутамата), нарушая синаптическую активность и вызывая прогрессирующий дисбаланс между активирующими и ингибирующими компонентами эпилептических сетей [6].

Повреждение ГЭБ приводит к выходу и накоплению альбумина во внеклеточном пространстве. Альбумин посредством активации рецептора трансформирующего фактора роста-β (TGF-βR2) на астроцитах способствует запуску TGF-β-сигнального пути, образованию TGF-β и усилению активности астроцитов, что вызывает нарушение регуляции содержания калия и глутамата в клетках и дальнейшее усиление секреции провоспалительных цитокинов (интерлейкина-1β и -6). Доказано, что в процессе эпилептогенеза в эпилептогенных областях снижается экспрессия астроцитарных калиевых каналов внутреннего выпрямления (в основном субъединицы Kir4.1, регулирующие проникновение ионов калия в клетку), что обусловливает гипервозбудимость нейронов [7]. Данное состояние усугубляется снижением уровня переносчиков аминокислот. Определённое место в разрушении ГЭБ также играют матриксные металлопротеиназы, разрушающие плотные межклеточные контакты ГЭБ (за счёт деструкции дистрогликана — белка, фиксирующего ножки астроцитов к базальной мембране сосудов, с развитием лейкоцитарной инфильтрации ткани мозга) и усиливающие высвобождение провоспалительных цитокинов [8, 9]. В процессе эпилептогенеза клиренс цитокинов, регулируемый глимфатической системой, нарушается вследствие дисфункции периваскулярных пространств [4].

В «порочный круг» эпилептогенеза входит астроглиоз, способствующий дисрегуляции аквапорина-4 (AQP4). Основной функцией AQP4 является регуляция водного гомеостаза и содержания калия в клетках мозга, т. е. предотвращение эксайтотоксичности. Дизрегуляция экспрессии AQP4 может приводить к ионному дисбалансу в экстрацеллюлярном матриксе, стимулируя гипервозбудимость нейронов и увеличивая риск развития повторных эпилептических приступов [10].

Сигнальный путь механистической цепи рапамицина (mTOR) считается одним из возможных метаболических путей эпилептогенеза. Исследования показали, что путь mTOR вовлекается в эпилептогенез при генетических формах эпилепсии и туберозном склерозе. Путь mTOR регулирует синаптическую пластичность, экспрессию ионных каналов и программированную клеточную смерть. Дисфункция mTOR (нарушение клеточной пролиферации, синаптической пластичности, экспрессии ионных каналов), возникающая при патологических процессах в ткани мозга, приводит к развитию эпилепсии. В моделях на животных с генетической предрасположенностью к эпилепсии выявлена гиперактивация сигнального пути mTOR [11].

Согласно классическому определению, биомаркер — это характеристика, которая может быть объективно измерена и оценена как индикатор нормальных биологических процессов, патологических процессов или фармакологических ответов на терапевтическое вмешательство [4].

Все биомаркеры эпилепсии имеют следующие назначения:

• биомаркеры, определяющие группу пациентов с высоким риском развития заболевания (высокой предрасположенностью к эпилепсии);
• биомаркеры диагностического процесса;
• мониторинговые биомаркеры, характеризующие степень тяжести течения и позволяющие предсказать вероятность прогрессирования заболевания и прогноз;
• биомаркеры, функцией которых является оценка эффективности и безопасности применения противоэпилептических препаратов и методов на животных экспериментальных моделях;
• биомаркеры, функцией которых является оптимизация отбора однородных групп пациентов для проведения клинических исследований.

Изучение биомаркеров при эпилепсии охватывает такие области, как стратификация риска, диагностический процесс, оценка тяжести течения и определение прогноза, клинические исследования новых лекарственных средств и медицинских технологий. К оценочным критериям диагностических тестов относятся быстрота выполнения, надёжность полученных результатов, возможность использовать диагностическую информацию для оптимизации программ лечения, простота определения, высокая чувствительность и специфичность. Маркер эпилепсии, отвечающий всем указанным критериям, пока не найден, поэтому наиболее распространённым подходом является изучение потенциальных кандидатов с использованием метода мультипараметрической детекции [4].

Биохимические маркеры эпилепсии

Амфотерин

Амфотерин (high mobility group box-1 — HMGB1) участвует в иммунном ответе, связываясь с Toll-подобным рецептором 4 (TL4), активирует макрофаги и эндотелиоциты, высвобождая фактор некроза опухоли-α (ФНО-α), интерлейкины (ИЛ)-1 и -6. Помимо того, HMGB1, стимулируя TL4 и нейтрофилы, является индуктором окислительного стресса. В ЦНС HMGB1 активирует микроглию. Уровень HMGB1 в крови повышается в течение 3–4 ч после эпилептического приступа [12]. Усиление экспрессии Р-гликопротеина под влиянием HMGB1 связывают с развитием фармакорезистентности [13].

МикроРНК

МикроРНК (miRNA) — группа одноцепочечных эндогенных некодирующих молекул. miRNA участвуют как в физиологических (клеточное деление, контроль клеточного цикла, дифференцировка клеток, апоптоз, ангиогенез), так и в патологических процессах посредством регуляции гомеостаза [14].

Получены данные, свидетельствующие, что miRNA являются регуляторами иммунного ответа [15], причастны к разрушению ГЭБ [16], активируют окислительный стресс посредством усиления экспрессии ферментов, индуцирующих образование активных форм кислорода [17].

При эпилепсии выявлены повышенные уровни miRNA-23a, -34a, -132, -146a [18]. miRNA-4521 и -301a-3p были отмечены как потенциальные маркеры фармакорезистентного течения эпилепсии [19].

Аквапорины

Аквапорины — группа мембранных белков, участвующих в транспорте воды и ионов через клеточную мембрану. Благодаря своей функции аквапорины играют роль в водном гомеостазе, клеточной миграции и воспалении.

М.М. Salman и соавт. в образцах ткани мозга, полученных при амигдалогиппокампэктомии, выявили высокий уровень AQP4 [20].

Повышенное содержание AQP4 обнаружили в образцах эпилептогенной коры височной доли при резекционных вмешательствах [21]. G.T. Manley и соавт. высказали гипотезу о взаимосвязи AQP4 с медикаментозно-резистентными формами эпилепсии. Нарушение водно-электролитного (в особенности ионов калия) баланса в астроцитах приводит к высвобождению ионов калия из нейропилей в межклеточное пространство, где они захватываются и депонируются астроцитами. Осмотический отёк астроцитов, ограничивающий объём экстрацеллюлярного пространства, повышает эпилептиформную активность.

Глиальный фибриллярный кислый белок

Глиальный фибриллярный кислый белок — белок промежуточных нитей III типа, который экспрессируется клетками ЦНС, включая астроциты. Он является маркером астроглиоза, развивающегося при склерозе гиппокампа [22–24].

Матриксная металлопротеиназа

Матриксная металлопротеиназа 9 (ММП9) — это цинк-зависимая эндопротеаза, которая оказывает существенное влияние на процессы деструкции внеклеточного матрикса, а также участвует в процессах нейровоспаления, функционирования ГЭБ и синаптической пластичности. Во время эпилептического приступа высокая экспрессия цитокинов стимулирует активацию ММП9, что сопровождается разрушением молекул внеклеточного матрикса и нарушением целостности ГЭБ [25–27].

Цитокины

Цитокины — это специфические белки, продуцируемые глиальными клетками и нейронами в процессе нейровоспаления. Провоспалительные цитокины (ИЛ-1β, -2, -6) обнаружены в незначительных количествах в ЦНС. В клинических исследованиях показано, что уровень ИЛ-1β, ИЛ-6 и ФНО-α значительно повышается при фебрильных судорогах [28]. Полагают, что высокая экспрессия ИЛ-1β в микроглии и астроцитах усиливает накопление глутамата и возбудимость нейронов.

Нейротрофический фактор мозгового происхождения

Нейротрофический фактор мозгового происхождения (brain-derived neurotrophic factor — BDNF) является наиболее чувствительным индикатором нейропластичности. Нарушения в синтезе, процессинге или транспорте BDNF могут приводить к различным неврологическим заболеваниям, включая болезнь Альцгеймера, хорею Гентингтона и эпилепсию. BDNF циркулирует в крови, не проникает через ГЭБ и депонируется в тромбоцитах и лейкоцитах. Увеличение экспрессии BDNF и его рецептора TrkB отмечено при височной эпилепсии и склерозе гиппокампа [29].

Нейротрофический фактор глиального происхождения

Нейротрофический фактор глиального происхождения (glial cell-derived neurotrophic factor — GDNF) участвует в развитии и функционировании нейронов и глио_цитов. Экспрессируется в нейронах и связывается с GDNFα1-рецепторами. Комплекс GDNF–GDNFα1 проводит сигналы в дофаминергические нигростриарные нейроны, нейроны моторной и сенсорной коры, модулируя их выживание. Полагают, что при эпилепсии GDNF первоначально синтезируется в активированных астроцитах и микроглии, а затем обнаруживается в цереброспинальной жидкости [30].

Маркеры нейродегенерации

По причине частого вовлечения гиппокампа в патогенез эпилепсии большое количество исследований посвящены изучению связи между эпилепсией и деменцией [31, 32].

Получены данные, свидетельствующие о том, что тау-белок и бета-амилоид не только являются продуктами нейродегенерации, но и участвуют в процессе эпилептогенеза [33]. Возможно, что связь между этими заболеваниями объясняется нейротоксичностью глутамата. Бета-амилоид увеличивает секрецию и накопление глутамата в синаптической щели, что приводит к активации продукции внутриклеточного кальция и фосфорилированного тау-белка [34]. Нарушение регуляции кальций-опосредованных путей усиливает возбудимость нейронов и ускоряет процесс нейродегенерации.

S100β

S100β — белок нейроглии, который относится к семейству кальцийсвязывающих белков S100. В низких концентрациях S100β стимулирует пролиферацию астроцитов и модулирует функциональную перестройку синапсов, оказывая нейротрофическое влияние. В высоких концентрациях S100β оказывает токсическое влияние на астроциты, индуцирует нейровоспаление, поддерживает эпилептогенез [35]. Имеются убедительные данные о связи повышения уровня S100β с тяжестью течения и прогнозом эпилепсии [36, 37]. Высокая экспрессия S100β в острой стадии инсульта является маркером постинсультной эпилепсии [38].

Нейрон-специфическая энолаза

Нейронспецифическая энолаза (neuron-specific enolase — NSE) — димерный гликолитический фермент, состоящий из 3 субъединиц и 5 изоферментов (αα, ββ, γγ, αβ и αγ). Известно, что изофермент αα содержится в глиальных клетках, в то время как γγ-энолаза специфична для нейронов. NSE является маркером гибели нейронов при инсульте и гипоксии [39].

Повышение уровня NSE выявлено после эпилептических приступов и эпилептического статуса [40, 41]. Наряду с этим получены данные об отсутствии связи между височной эпилепсией и уровнем NSE [42, 43].

NSE также обнаружена в тромбоцитах и эритроцитах, в связи с чем исследование уровня NSE в крови может быть неточным при развитии гемолиза.

Убиквитин карбокси-концевая гидролаза L1

Убиквитин карбоксиконцевая гидролаза L1 (ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L1 — UCH-L1) — фермент, в большом количестве содержащийся в нейронах. Уровень UCH-L1 связан с гибелью нейронов и повышением проницаемости ГЭБ. UCH-L1 попадает в кровоток в короткие сроки после повреждения мозга, в связи с чем может быть потенциальным биомаркером эпилепсии. Несмотря на малое количество исследований, были получены данные, подтверждающие повышение уровня этого фермента в крови у пациентов с повторными эпилептическими приступами в анамнезе [44], а также после эпилептического приступа [45, 46].

Визинин-подобный белок

Визинин-подобный белок (visinin-like protein 1, VILIP-1) — нейрон-специфичный кальцийсвязывающий белок. Ранее был изучен как биомаркер инсульта, болезни Альцгеймера и травматического повреждения головного мозга. В исследовании М. Tikhonova и соавт. связи между уровнями VILIP-1 в препарате гиппокампа и крови не выявлено, однако эта работа выполнена на малой выборке пациентов [47]. Напротив, Z. Tan и соавт. обнаружили повышенный уровень VILIP-1 в крови пациентов с эпилепсией [48].

Заключение

Обнаружение и валидизация потенциальных биохимических маркеров имеет ключевое значение для раскрытия патогенеза и создания лабораторных методов диагностики эпилепсии, а также может стать основой определения таргетных мишеней противоэпилептической терапии.

Об авторах

Марина Юрьевна Максимова

Научный центр неврологии

Автор, ответственный за переписку.
Email: ncnmaximova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7682-6672

д-р мед. наук, профессор, руководитель 2-го неврологического отделения Института клинической и профилактической неврологии 

Россия, 125367, Москва, Волоколамское ш., д. 80

Екатерина Мурадовна Аббасова

Научный центр неврологии

Email: ncnmaximova@mail.ru
ORCID iD: 0009-0009-7105-3103

аспирант 2-го неврологического отделения Института клинической и профилактической неврологии 

Россия, 125367, Москва, Волоколамское ш., д. 80

Анна Денисовна Шитова

Научный центр неврологии

Email: ncnmaximova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0787-6251

аспирант 2-го неврологического отделения Института клинической и профилактической неврологии 

Россия, 125367, Москва, Волоколамское ш., д. 80

Список литературы

Дополнительные файлы