Альцгеймер – поиски и споры

Два главных врага человека, две главные причины смертности людей – это, несомненно, сердечно‑сосудистые болезни и рак. В последнее время в связи с ростом длительности жизни и, как следствие, – быстрым ростом числа пожилых людей к этим двум врагам присоединился третий – болезнь Альцгеймера. Если какой‑то призрак и бродит по нашей состарившейся планете, то это – призрак Альцгеймера.

Упрямая штука – эта болезнь Альцгеймера. Открыта она была Алоизом Альцгеймером еще в 1906 году, а фундаментальный прорыв в ее понимании произошел лишь в 1991 году, когда Харди и Бисоп нашли, что эта болезнь связана с аномалией одного из белков, производимого нейронами, – амилоидного белка. Это привело к развертыванию поистине огромного фронта научных исследований, но, увы, – бои на этом фронте долгое время шли позиционные, и лишь недавно наметились важные продвижения как в научном, так и в практическом лечебном плане. Самое время об этом рассказать. Но для лучшего понимания рассказа стоит сначала навести некоторый порядок в наших знаниях. Что знаем мы, точнее – что знает сегодня наука о болезни Альцгеймера (далее сокращенно БА)? Самое надежное знание состоит в том, что болезнь эта представляет собой один из видов старческого слабоумия, а потому вероятность заболевания ею, как правило, растет с возрастом. Замечу, однако, что далеко не всякая старческая забывчивость – это признак БА. Совсем недавно, в середине 2013 года, группа известного биолога, лауреата Нобелевской премии Канделя, изучив посмертные срезы мозга людей, страдавших от старческой забывчивости, и людей, умерших от БА, показала, что у тех и других были поражены совершенно разные участки гиппокампуса (так называется отдел мозга, заведующий памятью). Более того, этой же группе удалось, с помощью инъекций определенного белка, обратить вспять процесс забывания приобретенных навыков у состарившихся мышей. Мыши вспомнили забытые ими навыки прохождения лабораторного лабиринта.

К сожалению, пока это удалось сделать только с мышами.

Впрочем, оставим обычную старческую забывчивость и вернемся к БА. Как я уже сказал, в 1991 году Харди и Бисоп нашли, что в мозгу умерших от этой болезни людей обнаруживаются отложения амилоидного белка. Эти отложения, или «бляшки», покрывают поверхность нервных клеток (подобно тому, например, как холестероловые бляшки покрывают изнутри стенки артерий) и, как показало последующее изучение, состоят из неправильно свернутых молекул этого белка. Долгие годы дальнейших исследований выявили, как образуются эти «неправильные» молекулы. В нейронах, наряду со всеми их прочими белками, производится также некий белок, который ученые назвали «белок – предшественник амилоида», или сокращенно – АРР. Это длинная молекула, которая пронизывает мембрану нейрона. Во всех нейронах существуют особые ферменты (тоже белки), именуемые «секретазами», задача которых – отрезать тот кусок АРР, который находится вне нейрона. Внутренняя (меньшая) часть АРР остается в нейроне и играет там некую важную роль, а более длинная – она имеет от 36 до 43 химических звеньев и называется «бета‑амилоил», или «Абета», – остается на мембране снаружи и, в принципе, должна быть в конечном счете убрана из мозга, как «мусор». И так оно действительно происходит со всеми таким «обрезками» – кроме некоторых. Увы, некоторые остатки не поддаются удалению, потому что по какой‑то причине приобретают способность соединяться друг с другом, образуя большие бляшки, которые нарушают работу нейронов.

Затем сделали еще одно важное открытие – было подмечено, что такой способностью обладают только те наружные остатки АРР, которые имеют минимальную длину – 42 химических звена. Остатки длиной, скажем, 38 звеньев склеиваться практически не способны. Эту странную молекулярную загадку разгадали относительно недавно. Сначала выяснили, что при длине в 42 звена сохраняется участок, имеющий форму шпильки, а в феврале 2013 года профессор из Калифорнии Давид Теплов показал что именно такими «шпильками» молекулы Абета‑42 сцепляются друг с другом. И когда такое сцепление идет слишком бурно, на мембранах нейронов образуются нерастворимые бляшки и возникает БА.

Эти открытия немедленно породили следующий вопрос: чем же обусловлено усиленное образование Абета‑42? Определенные данные уже давно наводили на мысль, что БА – по крайней мере частично – вызывается мутацией некоторых генов. Данные о «генах БА» постепенно накапливались, и сегодня наука уже знает, что одним из генов, порча которых ведет к раннему появлению БА, является ген, управляющий производством АРР. Он расположен на 21‑й хромосоме, которая связана с синдромом Дауна, и в семьях, где есть мутация этого гена, БА обычно наступает в возрасте 40–50 лет. Заметим, однако, что эта мутация вызывает всего 15 процентов заболеваний. Еще один ген, способствующий ускоренному образованию Абета, обнаружен на 14‑й хромосоме: люди с мутацией в этом гене иногда заболевают уже в 30 лет. Аналогичное воздействие оказывает также один из генов 1‑й хромосомы: мутация в нем снижает возраст заболевания до 40 лет. И наконец, с некоторыми случаями ранней семейной (и несемейной) БА связан ген, который получил название «АПОЕ».

Хотя механизм влияния этого гена на раннее появление БА ученым пока неясен, в массовой печати он получил незаслуженную славу чуть ли не главного «гена Альцгеймера». На самом деле ген АПОЕ интереснее других лишь тем, что существующие сегодня методы индивидуального генетического анализа позволяют более или менее надежно выявить мутацию только в этом гене; оценки других генетических опасностей намного менее достоверны. (Интересно, что среди первых ученых, прошедших такой индивидуальный анализ, одни, как известный биолог Вентер, попросили включить в него также проверку предрасположенности к БА, а другие, например не менее известный биолог Пинкер, побороли свой интерес.) Но этот ген, увы, далеко не один. Проведенное в 2011 году широкое исследование, охватившее 54 тысячи человек, как будто бы выявило еще пять генов, мутации которых, возможно, тоже связаны с ранним появлением БА.

Однако повышенная семейная вероятность заболеть – все же явление редкое. Гораздо более массовой является старческая БА. Ею болеют 3 процента среди людей 65–69 лет и до 25–45 процентов после 85 лет. (Поскольку обычная продолжительность болезни – 8–10 лет, то уход за больным ложится тяжелой ношей и на семью, и на общество.)

Что же является причиной усиленного образования Абета‑42 в этом случае? На сей счет пока что имеются гипотезы самого общего характера. Некоторые специалисты предполагают, что с возрастом падает скорость устранения «мусора» из мозга. Другие думают, что некий фактор меняет работу секретаз таким образом, что они начинают преимущественно создавать Абета‑42. Имеются также определенные данные о том, что появлению нейродегенеративных болезней, подобных БА (например, болезни Паркинсона или болезни Лу‑Герига), способствуют распространенные в наше время пестициды. Как бы то ни было, БА, как уже сказано, идет в паре с появлением большого числа молекул Абета‑42, и это тоже требует объяснения: каким именно образом эти молекулы могут ухудшать работу нейронов. Одно из таких объяснений недавно предложил профессор Добсон из Кембриджа, которого поддержали многие другие ученые. Согласно гипотезе Добсона, уже на начальном этапе «склеивания» образуются небольшие группы молекул Абета, так называемые «олигомеры» содержащие от двух до десяти молекул. Они имеют вид коротких палочек, которые протыкают стенки нейронов и тем самым нарушают их работу. Большие скопления Абета («бляшки») появляются уже после этого из‑за порчи нейронов и являются не столько причиной болезни, сколько ее следствием. Сторонники этой гипотезы ссылаются в ее подтверждение на недавние опыты группы Ганди из нью‑йоркской Медицинской школы. В этих опытах выявилось, что мыши, у которых образование амилоидного белка было искусственно задержано на стадии олигомеров, обнаруживали те же признаки БА, что и мыши с большими отложениями Абета. Иными словами, болезнь появлялась даже при отсутствии отложений – были бы олигомеры.

Иное объяснение порчи нейронов рисуют данные калифорнийского ученого, профессора Липтона, опубликованные в июне 2013 года. В своем исследовании (как обычно, на мышах) Липтон добавлял молекулы Абета в культуру мозговых клеток‑астроцитов, которые подстилают всю сеть наших нейронов и активно участвуют в их работе. Оказалось, что появление Абета‑42 влечет за собой бурное выделение астроцитами глютамата. Как думает Липтон, появление чрезмерного количества глютамата приводит к тому, что в мембранах нейронов открывается слишком много так называемых «ионных ворот» и через них в нейроны входит слишком много кальция. А излишек кальция в нейронах вызывает процесс образования некоторых токсичных веществ, из‑за чего нейроны и выходят из строя.

Интерес вызывает также третье возможное объяснение – «тау‑гипотеза». Ее возникновение вызвано нахождением в мозгу многих умерших от БА людей не только бляшек Абета, но также клубков склеившихся молекул другого нейронного белка – тау. Авторы «тау‑гипотезы» утверждают на этом основании, что именно эти нейрофибриллярные клубки – а не бляшки Абета‑42 – провоцируют появление БА. Другие специалисты считают, что эти клубки, хоть и действительно болезнетворны, вызывают не БА, а совсем иную, особую форму нейродегенеративного заболевания – нейрофибриллярное слабоумие. Есть и такая точка зрения, которая примиряет оба этих мнения: она сводится к тому, что в процессе развития БА каким‑то образом участвуют оба вида белковых скоплений – как бляшки Абета, так и клубки тау. Расходятся ученые лишь в вопросе о том, что здесь исходная причина, что следствие.

О процессе образования бляшек Абета мы уже говорили. А как происходит образование тау‑клубков? Что это вообще такое – тау‑белки? Оказывается, они давно известны биологам, задолго до того, как их связали с БА. Ведь тау‑молекулы присутствуют не только в нейронах. Они существуют также в клетках многих других типов и всюду играют одну и ту же важную и благотворную роль – помогают упрочению тех белковых волокон, которые образуют скелет любой клетки. В нормальном виде молекулы тау‑белка выглядят как средней длины цепочки атомов, кое‑где закрученные короткими спиральками. Они содержат много фосфора и иногда называются поэтому «фосфо‑белками». Бывает, однако, что по каким‑либо причинам эти молекулы присоединяют излишний фосфор. Такие чрезмерно насыщенные фосфором тау‑молекулы теряют свою обычную форму, и их спиральки сплетаются друг с другом. Тогда образуется клубок тау‑молекул, похожий на комочек ниток.

Установлено, что между этапом, на котором имеются только здоровые тау‑молекулы, и этапом, когда преобладают клубки «больных», имеется целый ряд промежуточных форм. В срезах мозга мышей после вскрытия обнаруживаются соединения тау‑молекул по две, по три, по четыре и так далее – уже знакомые нам олигомеры. Вот тогда‑то, по аналогии с Абета‑олигомерами, и появилась мысль о том, что БА может вызываться также и тау‑олигомерами. Подтверждение эта мысль получила в конце 2011 года, когда было установлено, что в срезах мозговых тканей людей, умерших от БА, концентрация тау‑олигомеров в четыре раза больше, чем в срезах людей, при жизни не страдавших от этой болезни.

Каким же образом тау‑клубки могут вредить работе нейронов? Простейшая возможность состоит в том, что испорченные тау‑молекулы (которые затем собираются в клубки) теряют свою главную способность – поддерживать скелет клетки. Поэтому по мере роста числа испорченных тау‑молекул нейронный «скелет» теряет прочность, а это, естественно, нарушает работу самого нейрона.

Еще один возможный путь влияния тау‑клубков на работу нейрона обнаружила недавно группа мельбурнского ученого Буша. Оказалось, что тау‑белок необходим не только для упрочнения внутринейронного скелета, но также для выброса из нейрона лишних атомов железа. Это позволяет думать, что, когда тау‑молекулы склеиваются в клубок и выходят из строя, в нейроне накапливается избыток железа, а это ведет к образованию оксидантов, которые постепенно разрушают такой нейрон. (Впрочем, в июле 2013 года канадские ученые показали, что виной порчи нейронов при отсутствии тау‑белка является накопление не столько железа, сколько меди.)

В то время как многие исследователи продолжают изучение загадок возникновения БА, а другие ищут ответ на вопрос о механизме порчи нейронов, третьи занимаются не менее важным вопросом: каким способом болезнь распространяется в мозгу? Ведь и на этом пути могут найтись «чувствительные точки», воздействуя на которые подходящим препаратом удастся прервать развитие БА. И вот в начале 2012 года сразу две исследовательские группы, одна под руководством Карен Дафф и Скотта Смола из Колумбийского университета и другая под руководством доктора Хаймана из Массачусетского госпиталя, экспериментально решили этот вопрос для случая тау‑клубков. Они создали у мышей аналог болезни Альцгеймера, вводя им человеческий ген тау с мутацией, вызывающей раннее образование тау‑клубков, причем добились того, чтобы этот ген у мышей работал только в нейронах гиппокампуса, который у людей заведует памятью. Затем они стали наблюдать за развитием болезни. Для этого они анализировали мозг первой мыши через неделю после начала эксперимента, второй – через две недели и так далее на протяжении 22 месяцев. И тогда выявилась удивительная картина. У первых мышей клубки обнаруживались только в исходной области, но постепенно они стали появляться все дальше от нее, вплоть до тех участков коры головного мозга, где сконцентрированы важнейшие когнитивные процессы. Эта картина распространения тау‑клубков соответствовала течению болезни у людей: сначала растущая утрата памяти, а затем – расстройство мышления вообще. Иными словами, оказалось, что верна вторая точка зрения: БА (по крайней мере, тот ее аспект, который связан с тау‑клубками) распространяется наподобие вирусной инфекции – первый пораженный нейрон дает начало группе тау‑клубков, которые заражают соседние нейроны; там образуются новые поколения клубков, которые распространяются еще шире, пока не захватят весь этот участок мозга, а оттуда продолжат свой путь в соседние участки.

Исследователям удалось выявить и пути такого распространения. Оказалось, что пути клубков от больных нейронов к здоровым пролегают через межнейронные промежутки – синапсы, через которые от нейрона к нейрону переходит нервный сигнал. Обычно через синапсы проходят только отдельные молекулы, но в случае БА через те же синапсы из нейрона в нейрон переходят целые тау‑клубки. Это означает, что приход тау‑клубков к здоровому нейрону тоже играет роль некого «сигнала», в ответ на который во втором нейроне появляются свои тау‑клубки. Но что же указывает тау‑клубкам, в какие нейроны переходить? По мнению Дафф, роль таких «дорожных указателей», скорее всего, играют скопления молекул Абета‑42, которые являются своего рода «стрелочниками»: появление таких скоплений на каком‑то нейроне указывает тау‑белкам, что данный нейрон почему‑либо более восприимчив к «заражению» (например, уже продырявлен олигомерами Абета). Абета‑скопления, говорит Дафф, как бы «помечают клеймом» приговоренные к смерти нейроны, тогда как тау‑клубки приводят этот приговор в исполнение.

Все перечисленные выше открытия естественным образом породили столь же многочисленные попытки создания препаратов, которые могли бы прервать развитие БА на той или иной ее стадии. К сожалению, эти попытки пока не принесли особого успеха. Однако в последние годы и тут забрезжил лучик надежды. В августе 2013 года швейцарские ученые под руководством Патрика Фреринга опубликовали весьма обнадеживающие результаты испытания вещества, меняющего характер работы фермента гамма‑секретазы, который завершает отрезание наружной части молекулы АРР, образуя остаток Абета‑42. Воздействовать на этот фермент пытались уже многие ученые, потому что именно после его работы возникают «вредные» отрезки Абета‑42. Однако до сих пор эти попытки кончались неудачей. В 2010 году клинические испытания одного такого препарата пришлось прервать, потому что он полностью подавлял производство гамма‑секретазы в нейронах, а это нарушало важные процессы в мозгу. Но теперь швейцарские исследователи сумели создать такое вещество, которое не подавляет гамма‑секретазу совсем, а лишь меняет характер разрезания ею молекулы АРР – вместо вредного остатка Абета‑42 она нарезает относительно безвредные остатки Абета‑38. Интересно, что покажут клинические испытания этого лекарства.