Нейрон - специфическая энолаза

Терминология и значение 

Что понимается под термином нейрон-специфическая энолаза и какую роль она играет в энергетическом обмене веществ? 

"Нейрон-специфическая энолаза" (NSЕ) — это изофермент энолазы, играющий жизненно важную роль в гликолитическом пути, в котором глюкоза превращается в пируват с одновременным образованием молекул аденозинтрифосфата (АТP), никотинамидадениндинуклеотида и водорода (NADH).  Цель этого процесса - производство энергии, имеющей решающее значение для клеточного метаболизма. Однако, изменение значений концентрации NSE зависит от таких факторов, как функция почек и общее клиническое состояние пациента

Формы энолазы

Какая форма энолазы типична для нейронов?

У позвоночных идентифицированы три изоформы энолазы: α-энолаза (обычно встречающаяся в клетках), β-энолаза (специфичная для мышечных клеток) и γ-энолаза (типичная для нейронов). 

Экспрессия нейрон- специфической энолазы

Когда происходит экспрессия NSE и для каких клеток она характерна?

Экспрессия NSE происходит на поздних стадиях дифференцировки нейронов, что определяет специфичность фермента для развивающих нейронов (Isgrò, M. et.al., 2015), паранейрональных и нейроэндокринных клеток (Yaman, Ö., et.al., 1996). 

Какой период полураспада нейрон - специфической энолазы и какое значение это имеет для оценки гипоксии мозга? 

Период полураспада энолазы оценивается примерно в 30 часов (Hajduková, L., et.al., 2015).  Для спинномозговой жидкости он обычно составляет от 2 до 4 часов. Короткий период полураспада здесь важен в контексте мониторинга патологических состояний, таких как повреждение головного мозга, из-за возможности прогнозирования изменений в клинической картине пациента. В сыворотке крови период полураспада колеблется от 18 до 24 часов. Из-за более длительного присутствия фермента в крови этот маркер применяется в диагностике нейроэндокринных опухолей или дальнейшем мониторинге и клиническом прогнозе среди пациентов после травмы центральной нервной системы, внезапной остановки сердца и других видов гипоксически-ишемической энцефалопатии (HIE). В случае мочи период полураспада NSE четко не определен, поскольку оценка значений концентрации еще не применялась в клинической практике. Следует отметить, что в настоящее время не существует стандартных предельных значений для уровня NSE в отдельных биологических жидкостях (спинномозговой жидкости, сыворотке крови, моче). Это, по всей вероятности, является причиной многочисленных вариаций и расхождений в перечисленных ниже исследованиях.

В каких клетках мозга нейрон - специфическая энолаза отсутствует?

Предполагают, что NSE экспрессируется в нейронах, однако, в глиальных клетках ее не обнаружили (Royds J. et.al., 1982). 

Показания к назначению оценки уровня нейрон-специфической энолазы

Как коррелирует уровень NSE с плотностью серого вещества в некоторых структурах мозга?

В 2012 году исследователи провели визуализацию, гистологический и генетический анализ мозга субъектов без клинических факторов, которые могли бы повлиять на изменение уровня NSE. У женщин была выявлена ​​отрицательная корреляция между экспрессией NSE и плотностью серого вещества как в миндалевидном теле, так и в большей части переднего гиппокампа (Frigaux, A., et.al., 2019).

Можно ли использовать нейрон - специфическую энолазу для оценки общей тяжести поражения мозга?

NSE используется для количественного измерения степени повреждения головного мозга. Аномальные уровни фермента указывают на психоневрологическое заболевание, а также демонстрируют отклонения в развитии нервной системы и нарушения в процессах ее защиты (Horvat, S., et.al., 2024). 

При каких неврологических расстройств имеет место повышение нейрон - специфической энолазы? 

NSE применяется в диагностике дегенеративных заболеваний нервной системы и некоторых других психоневрологических расстройств.  Так, например, в литературе оценивалась польза NSE в качестве биологического маркера при диагностике таких состояний, как синдром Гийена-Барре или болезнь Крейцфельдта-Якоба (Lindblom, J., et.al., 2022). 

Какое значение имеет нейрон - специфическая энолаза при сердечно-сосудистых заболеваниях? 

Чаще всего, этот показатель в основном он применяется в диагностических и прогностических целях у пациентов с внутри-мозговым кровоизлиянием, комой после сердечно-легочной реанимации  вследствие внезапной остановки сердца или после судорожного приступа.

Какое значение имеет нейрон - специфическая энолаза в онкологии?

 Повышенные уровни NSE в сыворотке могут коррелировать с возникновением некоторых видов рака, включая меланому, семиному, почечный-клеточный рак, опухоль Меркеля, карциноидную опухоль, герминому, тератому, феохромоцитому и нейроэндокринную опухоль (Capello, M., et.al., 2011).  В настоящее время NSE является наиболее надежным биомаркером для диагностики и оценки эффективности лечения мелкоклеточного рака легких. Концентрация NSE напрямую коррелирует с массой опухоли, количеством и степенью метастазов или клиническим ответом на лечение (Xu, C., et.al., 2019). 

Гипоксия и церебральная ишемия

Какие основные причины ишемии мозга? 

Гипоксия и церебральная ишемия обычно вызываются внезапной остановкой сердца и инсультом . Согласно литературе, уровни NSE в сыворотке и кальций-связывающего белка (S100B), измеренные в моче, являются биологическими маркерами наибольшей клинической значимости, указывающими на гипоксически-ишемическую энцефалопатию (HIE) (Caramelo, I., et.al., 2023). Патологический механизм высвобождения NSE из клетки связан с коллапсом клеточной мембраны из-за ее повреждения. Измерения уровней NSE в сыворотке, полученных от новорожденных, у которых в перинатальном периоде развилась HIE, могут быть полезны для оценки прогноза выживания (Ramaswamy, V., et.al., 2009). В некоторых отчетах продемонстрирована связь между уровнями NSE и объемом области мозга, вовлеченной в ишемический инсульт. Однако из-за отсутствия клинических испытаний этот маркер в настоящее время не считается окончательным (Ahmad, O.,, et.al., 2012). В литературе сообщалось о возможности прогнозирования хорошего функционального исхода через 12–14 дней после начала острого ишемического инсульта, если тяжесть неврологических симптомов была ниже 15 баллов (шкала инсульта Национального института здравоохранения; NIHSS) в начале, а концентрация NSE в спинномозговой жидкости была <2 нг/мл в первые 24 часа (Huang, Y., et.al., 2024).  

Оценка тяжести послеоперационных когнитивных нарушений

Можно ли оценить последствия наркоза для когнитивной сферы по значениям NSE? 

Продолжаются исследования по использованию NSE для оценки тяжести послеоперационной когнитивной дисфункции (POCD). В одном исследовании  у пациентов, перенесших преуретральную резекцию предстательной железы, под общим наркозом пропофолом, оценивали когнитивные функции до операции и на первый, второй и девятый дни после операции. Результаты показали более высокий уровень NSE у пациентов с POCD по сравнению с группой участников без этих расстройств, а также с контрольной группой (Chi, Y. et.al., 2017).  

Инфекции

Как меняется NSE по мере течения ковида? 

Как бессимптомные, так и симптоматические вирусные инфекции Sars-CoV-2 значимы с точки зрения изменений уровня NSE.  Одно исследование показало повышенный уровень NSE у пациентов с тяжелыми и легкими симптомами инфекции COVID-19. Однако не было выявлено никакой корреляции между наличием или тяжестью неврологических симптомов, вызванных вирусом Sars-CoV-2, и уровнем NSE. Более того, последующее исследование показало снижение уровня NSE с течением времени (через 21 день после заражения COVID-19), что свидетельствует лишь о легком уровне повреждения нервной системы (Silva, R. C., et.al., 2023). 

Как меняется уровень NSE при бактериальном менингите? 

NSE оказался многообещающим маркером с точки зрения диагностики острого бактериального цереброспинального менингита. Повышение NSE при остром бактериально мменингите наблюдалось в течение первых 3 дней госпитализации. На 5-6 день зарегистрированные уровни фермента не превышали уровни, наблюдавшиеся в начале госпитализации (Grønhøj, M. et.al., 2021).  

Как меняется уровень NSE при клещевом энцефалите и постгерпетической невралгии? 

Уровни NSE также оценивались у пациентов с различными формами клещевого энцефалита. Результаты исследования показали здесь более высокие уровни NSE у пациентов с этой инфекцией по сравнению с пациентами с менингитом. Кроме того, уровни NSE различались между клинической и контрольной группами. Также концентрации NSE увеличились через 14 дней лечения по сравнению с результатами образцов, собранных до лечения. Оценка уровней NSE также использовалась для оценки повреждения нервной ткани у пациентов с постгерпетической невралгией. Кроме того, была обнаружена положительная корреляция между тяжестью невралгии и уровнями NSE (Baeva, M. et.al., 2024). Повышение уровня NSE наблюдалось у пациентов с распространенным туберкулезом по сравнению с очаговым сегментарным (Yilmaz, S., 2020). 

Мигрень

С каким маркером часто коррелирует уровень NSE при мигрени? 

Исследователи обнаружили более низкие концентрации NSE в сыворотке и более высокие уровни S100B у пациентов с мигренью по сравнению с контрольной группой без анамнеза головной боли. Кроме того, была отмечена умеренная положительная линейная корреляция между этими молекулами. Однако, другие авторы отметили напротив, повышение уровня NSE при мигрени. 

Шизофрения

Какие изменения уровня NSE в структурах мозга при шизофрении?

Уровни NSE были на 70% выше в сенсорной коре и на 70% ниже в таламусе у пациентов с шизофренией по сравнению с контрольной группой. Кроме того, наблюдалось увеличение уровней NSE на 15–20% в височной коре. Однако аналогичное процентное снижение было отмечено в структурах лимбической системы у пациентов из исследуемой группы (Streitbürger, D. et.al., 2012). Различные авторы указывали на значительную разницу в уровнях NSE между группой пациентов с первым эпизодом шизофрении (FES) (у которых наблюдались более высокие уровни энолазы) и контрольной группой (GSh, B., & Zaĭko, S. D., 1987). Степень ремиссии и эффективность медикаментозного лечения также играют важную роль. Некоторые авторы сравнили концентрации NSE у пациентов с не леченным первым эпизодом шизофрении (uFES) и субъектов с медикаментозно леченной хронической шизофренией и контрольной группой. Средние концентрации NSE были ниже в группе хронической шизофрении по сравнению с группой первого эпизода и контрольной группой (Shuying, L., et.al., 2006). 

Расстройства аутистического спектра 

Какой уровень нейрон- специфической энолазы при аутизме?

 Уровень нейрон-специфической энолазы (NSE) повышен у подавляющего большинства детей с аутизмом. Нормальные значения NSE у ребенка с аутистическими чертами, но без воспаления, могут помочь в лечении генетического дефицита или дефицита факторов роста.

Литература

Ahmad, O., Wardlaw, J., & Whiteley, W. N. (2012). Correlation of levels of neuronal and glial markers with radiological measures of infarct volume in ischaemic stroke: a systematic review. Cerebrovascular diseases, 33(1), 47-54.

Baeva, M. E., Tottenham, I., Koch, M., & Camara-Lemarroy, C. (2024). Biomarkers of disability worsening in inactive primary progressive multiple sclerosis. Journal of Neuroimmunology, 387, 578268.

Capello, M., Ferri‐Borgogno, S., Cappello, P., & Novelli, F. (2011). α‐Enolase: a promising therapeutic and diagnostic tumor target. The FEBS journal, 278(7), 1064-1074.

Caramelo, I., Coelho, M., Rosado, M., Cardoso, C. M., Dinis, A., Duarte, C. B., ... & Manadas, B. (2023). Biomarkers of hypoxic–ischemic encephalopathy: a systematic review. World Journal of Pediatrics, 19(6), 505-548.

Chi, Y. L., Li, Z. S., Lin, C. S., Wang, Q., & Zhou, Y. K. (2017). Evaluation of the postoperative cognitive dysfunction in elderly patients with general anesthesia. European Review for Medical & Pharmacological Sciences, 21(6).

Grønhøj, M. H., Sejbaek, T., Hansen, R. W., Larsen, L., Dahl, M., Schierbeck, J., & Poulsen, F. R. (2021). Serum levels of neurofilament light chain, neuron-specific enolase and S100 calcium-binding protein B during acute bacterial meningitis: a prospective cohort study. Infectious Diseases, 53(6), 409-419.

GSh, B., & Zaĭko, S. D. (1987). Concentration of neuron-and non-neuron-specific enolase isoenzymes in different structures of the brains of mentally healthy subjects and schizophrenic patients. Zhurnal Nevropatologii i Psikhiatrii Imeni SS Korsakova (Moscow, Russia: 1952), 87(1), 104-109.

Frigaux, A., Evrard, R., & Lighezzolo-Alnot, J. (2019). L’ADI-R et l’ADOS face au diagnostic différentiel des troubles du spectre autistique: intérêts, limites et ouvertures. L'Encéphale, 45(5), 441-448.

Hajduková, L., Sobek, O., Prchalová, D., Bílková, Z., Koudelková, M., Lukášková, J., & Matuchová, I. (2015). Biomarkers of brain damage: S100B and NSE concentrations in cerebrospinal fluid—a normative study. BioMed research international, 2015(1), 379071.

Horvat, S., Kos, J., & Pišlar, A. (2024). Multifunctional roles of γ-enolase in the central nervous system: more than a neuronal marker. Cell & bioscience, 14(1), 61.

Huang, Y., Wang, Z., Huang, Z. X., & Liu, Z. (2023). Biomarkers and the outcomes of ischemic stroke. Frontiers in Molecular Neuroscience, 16, 1171101.

Isgrò, M. A., Bottoni, P., & Scatena, R. (2015). Neuron-specific enolase as a biomarker: biochemical and clinical aspects. Advances in cancer biomarkers: from biochemistry to clinic for a critical revision, 125-143.

Lindblom, J., Mohan, C., & Parodis, I. (2022). Biomarkers in neuropsychiatric systemic lupus erythematosus: a systematic literature review of the last decade. Brain Sciences, 12(2), 192.

Ramaswamy, V., Horton, J., Vandermeer, B., Buscemi, N., Miller, S., & Yager, J. (2009). Systematic review of biomarkers of brain injury in term neonatal encephalopathy. Pediatric neurology, 40(3), 215-226.

Royds J.A., Parsons M.A., Taylor C.B., Timperley W.R. Enolase isoenzyme distribution in the human brain and its tumours. J. Pathol. 1982;137:37–49. 

Shuying, L., Hanrong, W., Huirong, G., & Zheng, Z. (2006). Neuron-specific enclose and myelin basic protein in cerebrospinal fluid of patients with first episode schizophrenia. Journal of Huazhong University of Science and Technology [Medical Sciences], 26(2), 228-230.

Silva, R. C., da Rosa, M. M., Leão, H. I., Silva, E. D., Ferreira, N. T., Albuquerque, A. P., ... & Pitta, M. G. (2023). Brain damage serum biomarkers induced by COVID-19 in patients from northeast Brazil. Journal of NeuroVirology, 29(2), 180-186.

Streitbürger, D. P., Arelin, K., Kratzsch, J., Thiery, J., Steiner, J., Villringer, A., ... & Schroeter, M. L. (2012). Validating serum S100B and neuron-specific enolase as biomarkers for the human brain–a combined serum, gene expression and MRI study.

Yaman, Ö., Baltaci, S., Arikan, N., Özdiler, E., Göĝüş, O., & Müftüoĝlu, Y. Z. (1996). Serum neuron specific enolase: can it be a tumour marker for renal cell carcinoma?. International urology and nephrology, 28(2), 207-210.

Yilmaz, S. (2020). Serum NO, S100B, NSE concentrations in migraine and their relationship. Journal of Clinical Neuroscience, 82, 32-35.

Xu, C. M., Luo, Y. L., Li, S., Li, Z. X., Jiang, L., Zhang, G. X., ... & Chen, H. L. (2019). Multifunctional neuron-specific enolase: its role in lung diseases. Bioscience reports, 39(11), BSR20192732.