С момента своего открытия д-ром Алоисом Альцгеймером в 1906 году этой формы деменции она стала наиболее распространенной нейродегенеративной болезнью старческого возраста, которая отвечает за 50-70% всех случаев деменции во всем мире.
Основные нейробиологические изменения при болезни Альцгеймера характеризуются хроническим нейровоспалением и утратой нейронов из-за: 1) образования внутриклеточных нейрофибриллярных клубочков (NFT); 2) появления аномально гиперфосфорилированных тау -белков) , 3) отложения внеклеточных бляшек β-амилоида (Aβ), являющееся следствием ошибочной продукции амилоидного пептида и 4) различных метаболических нарушений.
За последние два с половиной десятилетия гипотеза "амилоидного каскада" получила наибольшую поддержку в области исследований патогенеза болезни Альцгеймера. У здоровых людей белок-предшественник амилоида (APP) расщепляется α-секретазой или β-секретазой, получая на выходе растворимые пептиды sAPPα или sAPPβ, оба из которых способствуют выживанию и росту нейронов. При болезни Альцгеймера наблюдается еще один путь, когда APP последовательно разрезается β-секретазой и γ-секретазой с выходом в конечном итоге нерастворимого Aβ. Эти аберрантные белки богаты β-образованиями в отличие от α-спиралей, как это имеет место у здоровых людей. Aβ поступает в кровоток и посредством этого стимулирует дополнительное продуцирование Aβ в других клетках, а его нейротоксичность вызывает гибель нейронов по всей центральной нервной системе (ЦНС).
Внутриклеточные NFTS, с другой стороны, формируется атипичным гиперфосфорилированным белком - тау; белок (MAP), находящийся в микроканальцах поддерживает структуры цитоскелета и регулирует различные функции нейронов. Гиперфосфорилирование внутриклеточного тау обусловлено атипичной гиперактивацией протеинкиназ (например, PKC и PKA) и приводит к клеточному апоптозу и потере нейронов. Гипотеза амилоидного каскада ставит образование Aβ в центре патогенеза болезни Альцгеймера и ее прогрессирования.
Основываясь на имеющихся биохимических и генетических данных, врачи обычно классифицируют болезнь Альцшеймера на два типа: ранний или семейный AD (FAD) и поздний или спорадический AD (SAD).
FAD - редкая форма болезни Альцгеймера (AD), которая поражает пациентов в возрасте до 65 лет. Три гена, участвующие в продуцировании белка-предшественника Aβ-амилоида (APP), пресенилин 1 (PS1) и пресенилин 2 (PS2) вовлечены в этот тип болезни Альцгеймера. Мутации или избыточная экспрессия PS1 (хромосома 14) или PS2 (хромосома 1), которые содержат комплекс γ-секретазы, или APP (хромосома 21) связаны с агрегацией Aβ и нейродегенерацией.
SAD встречается у пожилых людей и составляет почти 90% случаев болезни Альцгеймера. Аполипопротеин E (APOE), инициирующий рецептор, экспрессируемый на миелоидных клетках 2 (TREM2) и CD33, связаные с модификацией тау и микроглиальным фагоцитозом амилоидного пептида, являются наиболее значимыми ассоциированными генами SAD, обнаруженными в исследованиях ассоциации генома (GWAS).
В дополнение к вышеуказанным биохимическим изменениям в мозге, дисфункции в метаболизме биомолекул, включая белок, холестерин и глюкозу, также обычно наблюдаются у пациентов с болезнью Альцгеймера. Невозможность обработки ганглиозидов усугубляет превращение нетоксичных предшественников APP в нерастворимые, токсичные Aβ. Кроме того, было показано, что нарушение метаболизма глюкозы вызывает аберрантный синтез и модификацию тау-белков. Метаболические дисфункции приводят к увеличению уровней провоспалительных цитокинов и активных форм кислорода (ROS) и тем самым , вызывают усиление процессов хронического нейровоспаления у пациентов с болезнью Альцгеймера.
Из-за многогранного характера патологических изменений, встречающихся при болезни Альцгеймера и нашего ограниченного понимания этиологии этой формы деменции оказывается трудно лечить данное психическое расстройство имеющимися в настоящее время фармацевтическими препаратами. Однако, эта пробелма может быть устранена с помощью технологии стволовых клеток, которая проектируется с целью нейронов у пациентов с болезнью Альцгеймера. Терапия стволовыми клетками для , предложенная для лечения болезни Альцгеймера в настоящее время находится только на начальном этапе ее развития, но она имеет потенциальные возможности: от заместительной терапии до моделирования патогенеза болезни и разработки новых лекарств. Новые методы лечения с помощью стволовых клеток, которые нацелены на нейрогенез, обладают потенциалом для лечения и пациентов с болезнью Альцгеймера.
Современные методы лечения могут временно замедлять прогрессирование болезни Альцгеймера, ингибируя белки, связанные с нейронами, и восстанавливая функции холинергических нейронных систем. Фармацевтические компании всего мира объединяют усилия для разработки новых методов лечения, используют пассивную антиамилоидную иммунотерапию или Aβ-целевые белковые шапероны, но в настоящее время они находятся лишь на стадии клинических испытаний. Тем не менее, в медицине достигнут определенный консунсус, который заключается в том, что текущие фармацевтические препараты вводятся слишком поздно при развитии болезни Альцгеймера и, что новые методы лечения должны нацеливаться на ранние стадии прогрессирования заболевания до того, как произойдет широко распространенная нейродегенерация и появится клинически явная деменция.
Терапия стволовыми клетками, обладающая способностью генерировать различные типы нейронов и глиальных клеток, в последнее время получила значительное признание в качестве потенциального терапевтического варианта для прекращения потери нейронов при болезни Альцгеймера, а исследования на животных в этом плане показывают многообещающие результаты. Лечение болезни Альцгеймера с помощью технологии стволовых клеток зависит от возможностей нейрогенеза стволовых клеток. Стратегия терапии здесь заключается в использовании стволовых клеток для физической замены нейронов, которые теряются на нейродегенеративных стадиях течения болезни Альцгеймера. В последних работах было показано значение глиальных клеток и межклеточных связывающих белков в формировании внешней среды нейронов. Снижение клеток микроглии, астроцитов и олигодендроцитов, которые поддерживают нейронные сети в ЦНС через иммунные, метаболические и гомеостатические механизмы, коррелирует с нейровоспалительной биохимией патологических процессов при болезни Альцгеймера. Кроме того, ухудшение состояния центральных связывающих белков между нейронами, таких, как Slitrk и LAR-RPTP, способствует широко распространенной гибели нейронов. Посредством трансплантации или восстановления in situ "потерянных" нейронов и ключевых белков, которые их поддерживают, поялвяется надежда восстановить целостность ЦНС и уменьшить выраженность снижения когнитивных функций у пациентов с болезнью Альцгеймера.
Различают четыре типа стволовых клеток, которые могут быть получены из тела человека - нейронные стволовые клетки (NSC), мезенхимальные стволовые клетки (MSC), эмбриональные стволовые клетки (ECS) и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC) - каждая из которых обладает уникальными свойствами, которые можно использовать в терапии стволовыми клетками различными способами.
NSC это множественные стволовые клетки, которые могут быть дифференцированы во все типы клеток, обнаруженных в ЦНС. Возможности самообновления и дифференциации NSC были установлены как in vitro, так и in vivo . Несмотря на ограниченность возможностей дифференциации по сравнению с ESCs и iPSCs, NSC являются идеальным кандидатом для замены нейронов в человеческом мозге из-за их относительно низких рисков в опухолегенезе и иммуногенности. Потенциальные методы лечения с помощью NSC включают индуцированную дифференциацию нейронов или глиальных клеток путем воздействия специфических морфогенов с последующей сверхэкспрессией здоровых клеток у пациентов. На моделях грызунов сверхэкспрессия холинергических нейронов на основе NSC и холин-ацетилтрансферазы восстанавливала когнитивные характеристики и синаптическую целостность. Ограничением этого типа стволовых клеток, однако, является их небольшое число в ткани мозга человека. Если их пролиферацию можно индуцировать и контролировать посредством воздействия фактора роста, генетических или эпигенетических манипуляций, NSC можно было бы стать эффективным дополнением к современным методам лечения болезни Альцгеймера.
MSC представляют собой еще одну мультипотентную линию стволовых клеток, обнаруженную в организме человека (Lanza and Atala, 2014). Они генерируют различные типы клеток для костного мозга, легких, пуповины, крови, жировой ткани и мышечной ткани. Учитывая их большую доступность по сравнению с NSC, MSC могут быть многообещающим источником лечения терапевтических стволовых клеток. Но недостатком здесь является то, что они могут только приводить к ограниченному числу линий и демонстрируют ограниченную выживаемость и короткие периоды полураспада после трансплантации, особенно в зависимости от популяции донорских клеток и мест сбора культуры. В исследованиях на грызунах для получения холинергических нейронов можно использовать MSCs (BMSC) костного мозга и MSCs пуповинной крови (UCB-MSC). Обработка с использованием MSC у мышей также способствовала очистке аномальных бляшек Aβ посредством активации микроглии, предотвращала гибель нейронов и ускоряла дифференцировку нейронов. Кроме того, MSCs благополучно восстанавливали когнитивные функции, такие как память у грызунов. Показано, что MSC играют важную роль в активации провоспалительных цитокинов, которые полезны для восстановления поврежденных нейронных сред. Определение морфогенов в дифференцировке MSCs в большем диапазоне нейронных клеток стало бы ключевым в развитии MSC, рассматриваемых в качестве эффективных терапевтических методов лечения.
Выделенные из внутренней клеточной массы (ICM) бластоцисты, ESC являются плюрипотентными стволовыми клетками, которые от рождения дают начало всем типам клеток в развитии эмбриона. Принимая во внимание их мощные возможности дифференциации, прямая трансплантация ESCs имеет высокие риски формирования тератомы и , таким образом , здесь необходим строгий контроль и поддержание стабильности в дифференциации ESC. Несколько исследований грызунов свидетельствуют о том, что NSC, полученные ESC, можно безопасно трансплантировать без опухолевого генеза, но для подтверждения этих результатов необходимы дальнейшие исследования. Кроме того, в отличие от NSC и MSC, ESCs несут дополнительный риск отказа от трансплантации и иммунных реакций. Несмотря на то , что мозг считатеся иммунно-привилегированным органом , антиген лейкоцитов человека (HLA), профиль донорских клеток необходимо учитывать при трансплантации для того, чтобы избежать иммунного отторжения. Экспериментирование с ESC человека до сих пор было успешно при производстве дофаминергических нейронов, спинальных мотонейронов и астроглиальных клеток. Исследования с hESC в одобренных FDA клинических испытаниях, однако, являются этически противоречивыми и должны происходить более тщательно, чем эксперименты с другими типами стволовых клеток.
iPSCs представляют собой интригующую линию стволовых клеток, которые перепрограммируются из взрослых фибробластов. В технологии iPSC новые стволовые клетки, которые обладают плюрипотентностью, сравнимой с таковой для hESC, создаются с помощью избыточной экспрессии четырех факторов транскрипции (TF) -Oct3 / 4, Sox2, Klf4 и c-Myc. В 2006 году исследовательская группа профессора Шиня Яманаки сформировала первые iPSC с помощью ретровируса, вызванного сверхэкспрессией этих четырех факторов транскрипции , но эта исходная формула показала низкие уровни успеха. Новые методы , такие как индуцирующие сывороточное голодание и выравнивание клеточного цикла ритмов или индукции экспрессии гена через плазмиды и аденовирусы значительно улучшили методы перепрограммирования. Также были разработаны методы скрининга для успешного перепрограммирования, такие как тетраплоидная комплементация. Ранние протоколы iPSC исключительно полагались на полное перепрограммирование соматических клеток на плюрипотентные стволовые клетки, но недавно разработанные методы также захватывают соматические промежуточные соединения и трансдифференцируют их в индуцированные колонии нейронных предшественников (iNPC), которые сходны по своему потенциалу дифференциации с NSC. Что касается иммунных реакций, исследования с iPSC показали противоречивые результаты. В некоторых исследованиях грызунов было обнаружено слабое или отсутствие иммунного распознавания против трансплантированных iPSC, в то время как другие авторы обнаружили большую сложность гистосовместимости (MHC) несовместимости донора и акцептора при моделировании реакций иммунного отторжения. Неразрешенный вопрос о иммуногенности с iPSCs должен быть решен до начала любых клинических испытаний.
Несмотря на тревогу в отношении клеточной заместительной терапии , предложенной для лечения болезни Альцгйемера, в ее развитии остается несколько проблем. Общей проблемой во всех методах лечения, основанных на стволовых клетках, является вариация доноров и реципиентов. Данные экспериментов по трансплантации указывают на важность изучения генетического и эпигенетического фона донорных клеток. При генерации нейронов и глиальных клеток для трансплантации генетические дефекты, которые вызывают биохимические симптомы болезни Альцгеймера (например, APP, PS1 и PS2 в SAD), должны быть "исправлены" еще в донорских клетках. Это может быть достигнуто путем редактирования ДНК молекулярными ножницами , например, такими как CRISPR. Было показано, что эпигенетическая память клеток донора влияет на экспрессию генов и стабильность клеток после трансплантации и перепрограммирования, что создает неожиданные риски для опухолевого генеза. Выбор "чистых" клеток донора в некоторых исследованиях может уменьшить гетерогенность и улучшить функциональную целостность продуктов iPSC. Для этой цели, карта генома тестируется на эпигенетических отпечатках , таких как метилирование ДНК , но этот метод находится на стадии разработки.
Другой вопрос при лечении стволовыми клетками является определением цели трансплантации. Учитывая распространенную нейродегенерацию в ЦНС при болезни Альцгеймера, трудно определить идеальное место для введения новой популяции нейронов с учетом минимизации рисков устойчивости и отторжения. Возможными кандидатами здесь являются гиппокамп и боковые желудочки, которые, как известно, содержат NSC. Дополнительные неудачи, связанные с ESCs и iPSC, - это возможности развития опухоли трансплантации. В исследованиях iPSC в качестве решений были предложены in vivo или перепрограммирование in situ. Перепрограммируя клетки в их эндогенных местах, иммунные ответы и факторы риска, введенные в процессы in vitro, вообще можно было бы избежать. Технология стволовых клеток также может быть использована при моделирования болезни Альцгеймера для дальнейшего расширения нашего понимания этой сложной болезни и выявления потенциальных фармацевтических агентов для ее лечения. GWAS и метааналитические исследования позволяют обнаружить некоторые факторы риска и кандидаты генов, принимающих участие в патогенезе болезни Альцгеймера.
С учетом многогранного характера нейродегенеративных расстройств и отсутствия эффективных фармацевтических препаратов наши знания о развитии болезни Альцгйемера , по-видимому, следует считать неудовлетворительными. В настоящее время гипотеза амилоидного каскада является самой доминирующей теорией патофизиологии AD, но некоторые случаи пациентов болезни Альцгеймера без отложения Aβ указывают на возможность того, что механизм AD, не связан с Aβ (SNAP). Работа над культивируемыми популяциями из стволовых клеток может быть полезна для выявления дефектов, ответственных за Aβ и NFT. Культуры нейронов стволовых клеток пациентов также могут быть реализованы при скрининге на эффективность лекарственного средства и развития методов персонализированного лечения.
Добавить комментарий