Поиск биологических маркеров дизрегуляционных нарушений при детском церебральном параличе

Важнейшим направлением фундаментальной и прикладной медико-биологической науки являются исследования, направленные на поиск и изучение различных сигнальных молекул, участвующих в реализации патогенетических механизмов развития заболеваний. Сегодня благодаря успехам молекулярной медицины и развитию идеологии поиска сигнальных молекул, участвующих в развитии патологических процессов, появилась возможность решения этого вопроса.

В последние годы в связи с наличием сложного симптомокомплекса различных неврологических и коморбидных проявлений, высоким процентом инвалидизации, отсутствием этиопатогенети- ческого подхода в лечении особую актуальность приобретает проблема детского церебрального паралича (ДЦП). Если ранее о ДЦП говорили как о стационарном состоянии, то в настоящее время существуют данные, свидетельствующие о постоянно прогрессирующем процессе, имеющем место не только в нервной системе, но в других системах организма [23]. На протяжении многих лет патогенетический процесс при ДЦП связывали с повреждением структур головного мозга, однако наблюдается некое несоответствие между патологическим очагом в центральной нервной системе (ЦНС) и прогрессирующей задержкой развития психомоторных навыков, коморбидной патологией. По данным разных авторов, среди патогенетических механизмов развития ДЦП особая роль принадлежит помимо морфологических изменений в головном мозге, ведущих к нарушению развития двигательных актов, биохимическим процессам, таким как активное свободнорадикальное окисление [8, 9, 14]. Современные данные говорят об участии клеточных и гуморальных факторов иммунной системы в патогенезе многих заболеваний, в частности, гипоксически-ишемических поражений ЦНС и их последствий, в том числе и ДЦП [7].

У большинства детей с ДЦП наряду с выраженными изменениями в состоянии опорнодвигательного аппарата и когнитивной сфере отмечается развитие коморбидной патологии, затрагивающей, в первую очередь, функционирование сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Подобные изменения не всегда объяснимы лишь с точки зрения наличия патологического очага в ЦНС. Причины развития подобной симптоматики имеют более сложный характер, а именно - задействованы более тонкие биомолекулярные процессы на клеточном и, видимо, генетическом уровнях. С другой стороны, не у каждого ребенка с отягощенным антенатальным и постнатальным анамнезом формируется ДЦП [31]. Очевидно, имеет место генетически детерминированная предрасположенность организма к развитию заболевания при воздействии тех или иных неблагоприятных факторов [38]. В связи с вышесказанным является актуальным детальное изучение проблемы прогнозирования развития, определения степени тяжести, наличия коморбидной патологии, эффективности терапевтических и реабилитационных мероприятий при ДЦП на основании определения патогенетической роли биологических маркеров развития заболевания.

В основе развития многих патологических процессов большую роль играют так называемые нейроспецифические белки (НСБ), которые несут ответственность за расположение, выраженность и направление биохимические реакций, протекающих в мозге. НСБ могут быть обнаружены только при изменении проницаемости гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) [3].

Согласно классификации, предложенной Д.В. Блиновым, выделяют следующие группы НСБ в зависимости от их структурных и функциональных параметров:

1) неферментные нейроспецифические Са+-связывающие белки, наиболее известными представителями среди которых является популяция белков S100;

2) неферментные НСБ, функцией которых является адгезия и идентификация клеток. Эта группа представлена гликопротеинами;

3) сократительные и цитоскелетные белки нервной ткани, которые ответственны за нейропластичность, передачу информации внутри клетки и пр.;

4) секретируемые регуляторные и транспортные НСБ, среди которых выделяют нейрофизины и нейротрофины (факторы роста и трофики нервов, потенцирующие дифференциацию нервных клеток, поддерживающие их жизнеспособность, стимулирующие рост дендритов и аксонов);

5) белки миелина, наиболее изученным представителем которых является основной белок миелина (ОБМ);

6) НСБ глии, в частности нейроспецифический а2-гликопротеин и глиофибриллярный кислый протеин (glial fibrillary acidic protein (GFAP)) [4].

Рассмотрим каждую из групп более подробно. Так, среди Са+-связывающих белков в зависимости от структурных аспектов выделяют аннексины и белки, обладающие так называемой «EF -pyKoff» петлей. Представителем аннексинов является наиболее изученный белок группы S100. Указанный маркер начинает синтезироваться на третьем месяце пренатального периода. Термин S100 группа приобрела, поскольку обладала свойством полной (100 %) растворимости в сульфате аммония при pH 7,2. S100 представлен в виде нескольких фракций: S100A1 (S100a) и S100B (S100Я) [25]. Этот белок располагается в астроцитах - до 90 % от общего содержания в нервной ткани. Рассматривают несколько функций данного белка, в том числе проведение нервного импульса. Семейство белков S100 принимает участие в механизме регулирования основных мембранных, цитоплазматических и ядерных метаболических процессов, которые непосредственно связаны с обеспечением механизмов восприятия и передачи информации, поступающей в нервную систему, участвует в ответе генов раннего реагирования, в реализации генетических программ апоптоза и антиапоптозной защиты [2]. Содержание белка в крови и спинномозговой жидкости увеличивается при травматическом повреждении головного мозга. В частности, отмечается рост концентрации S100B в сыворотке крови и ликворе, что находится в прямой зависимости от тяжести повреждения мозга и является признаком неблагоприятного исхода, что дает возможность рассматривать данный белок как диагностический и прогностический маркер. Подобная корреляция наблюдается также между уровнем протеина S100B и обширностью ишемического очага при инсульте [39]. Отмечается увеличение концентрации S100B при болезни Альцгеймера [10]. Исследования М.А. Gruden с соавторами (2007) свидетельствуют о более высоких значениях S100B в крови и ликворе на начальных этапах заболевания, тогда как на более поздних этапах отмечается их нормализация [50]. В научно-исследовательских работах ряда авторов есть наблюдения, свидетельствующие об увеличении показателей S100B при обострениях шизофрении [54]. Увеличение концентрации белка определяется при гипоксических состояниях у ребенка. М.Г. Соколова отмечает, что белок S100 может рассматриваться в качестве показателя, характеризующего тяжесть поражения головного мозга при гипоксически-ишемической энцефалопатии (ГИЭ) у новорожденных [33].

Другим представителем группы аннексинов является кальмодулин, который помимо нервной ткани содержится и в других тканях организма, в связи с чем включение его в категорию НСБ условно. Однако его значение для нервной ткани достаточно велико, поскольку он является одним из важнейших регуляторов и посредников эффектов Са+. Так, в ответ на кальциевый сигнал этот белок может связываться с белками-мишенями и регулировать их активность. В качестве мишеней выступают более 30 клеточных систем, включая протеинкиназу, фосфатазу, синтазу оксида азота. В свою очередь, функции кальмодулина находятся под контролем двух других белков: кальцинейрина и фосфо- миристина. Кальцинейрин является ингибитором кальмодулина, тогда как фосфомиристин обладает способностью связывать и резервировать кальмодулин.

Неферментные НСБ преимущественно представлены гликопротеинами, которые принимают активное участие в межклеточном взаимодействии, обеспечивая взаимное узнавание и адгезию определенных нейронов, в процессах синаптической передачи, рецепторных реакциях, формировании памяти. Сегодня отсутствует единый принцип классификации данной группы. Известно, что нет четкой дифференциации между гликопротеинами и кислыми белками ввиду того, что некоторые из белков практически неотделимы от углеводного компонента. Наиболее изучены поверхностные гликопр о- теины, такие как D2, N-CAM, К4, BSP-2, L-1,молекулы клеточной нейроглии Ng-CAM, TAG-1, MAG, DCC83 [48]. Характерной особенностью первых четырех белков является изменение структуры в процессе онтогенеза, что в большей степени затрагивает ее углеводную часть. Эта группа обеспечивает адгезивные процессы между нейронами, тогда как гликопротеин Ng-CAM несет ответственность за адгезию между нейронами и клетками глии [53]. Существует ряд других гликопротеинов (NSA-3, Thy-1), которые располагаются в постсинаптических соединениях и являются субстратом протеиназ и сиалидаз, детерминирующих изменение структуры гликопротеина как ответную реакцию на изменение функционального состояния синапса. Есть данные, что Thy-1, возможно, задействован в механизмах реализации нейрологической памяти [55].

Большое внимание в последнее время уделяют белку ЯAPP, который является предшественником амилоидного пептида, располагаясь таким образом, что его концевой фрагмент находится на поверхности нейрона. Амилоид обладает нейротоксическими свойствами, активируя тканевые медиаторы воспаления, усиливая выброс возбуждающих медиаторов, способствуя повышенному образованию свободных радикалов. Результатом всего этого сложного каскада процессов становится повреждение и гибель нейронов, что установлено при ряде нейродегенеративных процессов. Амилоидный пептид (AЯ), образуется в результате протеолиза более крупных молекул белка- предшественника амилоидного пептида под действием ряда протеиназ [51, 47]. Амилоидный пептид обладает высоко выраженными фибриногенными свойствами, и его олигомеры являются токсичными для нервных клеток, вызывая дегенерацию и гибель нейронов, а также нарушение, в частности, холинергической синаптической передачи [52].

Сократительные и цитоскелетные белки несут ответственность за пластичность и механическую подвижность нервной ткани, участвуют в транспорте молекул в различные отделы нейрона, а также принимают активное участие в поддержании пространственного расположения структур нервной клетки. Не все представители данной группы являются нейроспецифичными, в частности, актин и миозин не отличаются от подобных белков в других тканях. Наиболее изучены нейрин, кинезин, нейронспецифическая енолаза (neuron-specific enolase (NSE)) [4]. Нейрин локализуется в пресинапти- ческих мембранах совместно с другим белком стенином, образуя нейростенин, ответственный за раскрытие везикул и выход медиатора в пресинаптическую щель. Большой интерес вызывает другой сократительный белок кинезин, представляющий собой многофункциональную структуру и являющийся представителем большого надсемейства моторных белков кинезинов [5]. Кинезин осуществляет транспорт целого ряда органелл и макромолекулярных комплексов, в том числе цитоскелетных элементов, мультиферментных систем, нейронных «грузов»: предшественников синаптических везикул, рецепторов нейромедиаторов [11]. молекулярный мозг церебральный паралич

Нейронспецифическая енолаза представляет собой фермент гликолиза, содержащийся в нейронах головного мозга и нейроэндокринных клетках, который при значительном проникновении через ГЭБ в цереброспинальную жидкость и кровь при перинатальном поражении ЦНС является маркером интенсивности повреждения нейронов [6]. Отмечается корреляционная зависимость между увеличением концентрации NSE в спинномозговой жидкости у новорожденных с асфиксией в родах и задержкой темпов психомоторного развития. Наличие NSE в амниотической жидкости у беременных на 24-32 неделях гестации является признаком разрушения нервной клетки и находится в прямой зависимости с формированием таких состояний, как внутрижелудочковое кровоизлияние и перивен- трикулярная лейкомаляция. Концентрация NSE в крови и ликворе новорожденных с ГИЭ значительно повышается, при этом просматривается корреляционная зависимость между тяжестью ГИЭ и уровнем NSE [18]. Нейронспецифическая енолаза характеризуется как индикатор нарушения нейронального гликолиза при шизофрении, сенильной деменции и болезни Альцгеймера. Уменьшение активности NSE у больных с психическими заболеваниями является результатом энергетического д е- фицита в клетках головного мозга этих пациентов [26]. Д.В. Блинов характеризует NSE как диагностический параметр, свидетельствующий о степени повреждения нейронов при ишемических и геморрагических инсультах, а также отмечает повышение концентрации NSE при инсульте, когда наблюдается прямая зависимость уровня этого белка от тяжести патологического процесса [4].

Секретируемые регуляторные и транспортные НСБ представлены нейрофизинами и нейтрофи- нами. Нейрофизины выполняют транспортную и защитную функции для ряда биологически активных пептидов в ЦНС. Нейрофизины - это семейство белков с небольшой молекулярной массой, по- липептидная цепь которых включает в состав до 100 аминокислотных остатков. Синтез нейрофизи- нов осуществляется совместно с окситоцином и антидиуретическим гормоном как часть одного белка. В интактном состоянии нейрофизины находятся в комплексном соединении с окситоцином и ва- зопрессином. В регуляции выделения окситоцина важную роль играют такие белки, как CD38/AДФ- рибозилциклаза и CD157, которые определяют интенсивность выделения окситоцина и имеют прямое отношение к процессам развития головного мозга, нейропластичности, синаптогенеза, а их д е- фицит может быть причастен к формированию таких состояний, как аутизм, шизофрения, тревожные состояния и депрессия [37].

Нейтрофины (НТФ) - это полипептидные соединения, в продуцировании которых принимают участие нейрональные клетки и клетки глии, оказывающие непосредственное влияние на рост и диф- ференцировку нервной ткани. Наибольший интерес среди них представляют следующие: фактор роста нерва (nerve growth factor (NGF)), цилиарный нейротрофический фактор (ciliary neurotrophic factor (CNTF)), нейротрофический фактор головного мозга (brain-derived neurotrophic factor (BDNF)), эндотелиальный фактор роста сосудов (vascular endothelial growth factor (VEGF)). NGF - нейтрофин, обеспечивающий жизнеспособность нервных клеток, способствует росту аксонов и их ветвлению [49]. CNTF является маркером повреждения ЦНС и обеспечивает защитную функцию для поврежденных или аксонотомированных нейронов [54]. BDNF, как и описанные выше нейтрофины, участвует в развитии и сохранении нейронов мозга, включая сенсорные нейроны, допаминергические нейроны черной субстанции, холинергические нейроны переднего мозга, гиппокампа, ганглиев сетчатки. Большое значение приобретает роль BDNF как в нейропротекции, так и в патогенезе нейродегенеративных заболеваний. Однако экспериментальные данные по объяснению механизмов разностороннего действия BNDF в настоящее время противоречивы и являются предметом дискуссии в нейробиологии [27]. VEGF участвует в процессах васкулогенеза и ангиогенеза, осуществляет функцию сосудистой поддержки [28]. Также он обладает плейотропными эффектами в ЦНС, в том числе потенцирует нейрогенез, непосредственно регулирует электровозбудимость нейронов и астроцитов, участвует в трофическом обеспечении нейронов и клетки глии в центральной и периферической нервной системе, активирует перемещение клеток-предшественников олигодендроцитов и нейронов в развивающемся мозге [56]. VEGF является биохимическим маркером неврологических нарушений [46, 20]. Г.С. Голосная с соавторами отмечают низкую концентрацию VEGF в сыворотке крови у детей со сформировавшимися тяжелыми постгипоксическими изменениями, однако в дальнейшем при благоприятном течении заболевания отмечается повышение значений указанного фактора, что свидетельствует об активном ангиогенезе, позволяющем компенсировать последствия тяжелой гипоксии- ишемии мозга [13]. В исследованиях детей с ДЦП в возрастной группе 5-10 лет, проводимых М.Г. Соколовой (2015), было установлено, что NGF и CNTF являются показателями степени выраженности патологического процесса при ДЦП [33]. Повышенное содержание CNTF в сыворотке крови у детей с локально обусловленной эпилепсией может указывать на активно протекающий процесс глиоза в ЦНС. Г.С. Голосная с соавторами (2010) указывают, что у новорожденных со структурными трансформациями головного мозга наблюдалось увеличение концентрации VEGF, а у новорожденных с внутрижелудочковыми кровоизлияниями - снижение показателей VEGF на первом месяце жизни [12]. Концентрация VEGF у детей с ГИЭ уменьшалась к концу первого месяца жизни [21]. Уровень VEGF в ликворе коррелирует с тяжестью и глубиной перинатального гипоксически- ишемического поражения ЦНС [58]. Л.Н. Захарова (2015) в работе по изучению НСБ у недоношенных новорожденных говорит о том, что у детей с органическим поражением ЦНС отмечается снижение концентрации BDNF в сыворотке крови, что автор расценивает как неблагоприятный прогностический признак. Концентрация VEGF значительно выше у детей с органическими изменениями ЦНС, чем у недоношенных с транзиторным поражением головного мозга [19].

Белки миелина подразделяются на две группы в зависимости от расположения: внешние и внутренние. Всего описано более 29 белков миелина. Наиболее изучены ОБМ, протеолипидный белок (ПЛП), миелин-ассоциированный гликопротин (МАГ), которые составляют до 80 % белков миелина. Также выделяют миелин-олигодендроцитарный гликопротеин (МОГ), который играет большую роль в обеспечении структурно-функциональных связей в миелине [36]. ПЛП представляет собой интегральный белок, не имеющий поверхностно расположенных фрагментов, способных приводить к развитию иммунных реакций. Значительно более сложное строение имеет МОГ, представляющий собой белок с экспозицией крупного фрагмента на наружной поверхности, что обусловливает отношение к нему как к потенциальном аутоантигену, принимающему активное участие в патогенезе де- миелинизирующих заболеваний. В настоящее время МОГ рассматривают в качестве маркера, отражающего состояние миелиновых оболочек ЦНС [22, 40].

Основной функцией миелина является быстрое проведение нервного импульса по аксонам, которые он окружает. Помимо передачи нервного импульса, миелин участвует в питании нервного волокна, а также выполняет структурную и защитную функции. Миелинизация происходит в различных структурах мозга в разное время, с наибольшей скоростью процесс протекает до рождения ребенка. Нарушения синтеза миелина ведут к развитию так называемых демиелинизирующих заболеваний [15]. ОБМ и МОГ выступают в качестве маркеров подобных заболеваний, в связи с чем в нейробиологии выделено направление, рассматривающее вопросы диагностики демиелинизирующих заболеваний [41]. Известно, что концентрация ОБМ в сыворотке крови повышается при черепномозговых травмах, ишемическом инсульте [45]. А.А. Задворнов с соавторами отмечают повышение концентрации ОБМ в крови и ликворе у новорожденных с некротизирующим энтероколитом в первые сутки, причем наблюдается прямая зависимость уровня ОБМ от степени выраженности процесса [18]. В.П. Чехонин с соавторами описывают достоверное повышение уровней ОБМ при цереброваскулярных инсультах и в группах детей с энцефалопатиями [41].

К белкам глии относятся нейроспецифический а2-гликопротеин и GFAP. а2-гликопротеин начинает синтезироваться на 16 неделе эмбрионального развития и рассматривается как маркер астроглии. GFAP представляет собой структурный компонент астроцитарной клетки. Астроциты определяют перемещение нейротрансмиттеров, производят синтезирование биологически активных молекул, оказывающих влияние на эндотелиоциты, нейроны и другие клетки [51]. Целостность ГЭБ поддерживается за счет взаимного влияния астроцитов и эндотелиоцитов [43]. В связи с вышесказанным наличие в крови и спинальной жидкости GFAP свидетельствует о нарушении проницаемости ГЭБ и возможной гибели клеток астроцитарной глии [42]. Выявление GFAP у взрослых расценивается как показатель специфических изменений при инсульте, черепно-мозговой травме, опухолевом поражении ЦНС и т.д. [59]. M. Blennow с соавторами изучали вопросы изменения концентрации GFAP в спинномозговой жидкости у новорожденных с перинатальным гипоксически-ишемическим поражением. Исследователи наблюдали повышение уровня GFAP в спинномозговой жидкости в первые двое суток после перинатальной асфиксии [44]. И.М. Демьянова с соавторами (2008) показывают, что концентрация GFAP у новорожденных с гипоксически-ишемическим повреждением головного мозга выше, чем у здоровых новорожденных, что свидетельствует о развитии реактивного астрог- лиоза. Таким образом, увеличение концентрации GFAP в сыворотке крови новорожденных можно расценивать как индикатор выраженности церебральной ишемии [17].

В качестве биологических маркеров развития ДЦП могут рассматриваться маркеры апоптоза, поскольку реализация процесса развития гипоксически-ишемического поражения идет через сложный каскад биохимических реакций, исходом которых является апоптоз. Данные об изменении уровня маркеров апоптоза в спинно-мозговой жидкости или плазме крови при травме мозга, ишемическом повреждении, хронической нейродегенерации, опухолях мозга, к сожалению, весьма противоречивы.

М.Г. Соколова (2015) отмечает повышенное содержание белка Bcl-2 в сыворотке крови детей с ДЦП [33]. Этот белок выполняет защитную функцию при апоптозе, воздействии ишемических, токсических факторов. Несомненно, что Bcl-2 является центральным звеном множества регуляторных систем клетки, таких как апоптоз и клеточная пролиферация. Но его роль при других заболеваниях до конца не изучена.

Важнейшим маркером апоптоза является система Fas-рецептор и Fas-лиганд (FasR - FasL), представляющая собой цитокин, относящийся к семейству TNF. FasL экспрессируется преимущественно в активированных лимфоцитах и естественных киллерах. FasR экспрессируется на поверхности многих типов клеток: тимоцитов, фибробластов, гепатоцитов, кератиноцитов, активированных Т- и В-лимфоцитов, клеток головного мозга. Система FasR - FasL несет ответственность за апоптоз клеток нейрональной и глиальной природы при нейровоспалении [30]. В.И. Скворцова указывает, что концентрация в периферической крови детей с перинатальными гипоксически-ишемическими поражениями ЦНС лимфоцитов, экспрессирующих FasR, ниже, а содержание FasL-позитивных клеток выше, чем у здоровых детей [32]. Однако Т.Е. Таранушенко с соавторами отмечают, что при определении уровня sFasL у детей с перинатальным гипоксически-ишемическим поражением ЦНС никаких изменений не обнаружено [35].

Другим важнейшим маркером апоптоза является активированная молекула лейкоцитарной клеточной адгезии (activated leukocyte cell adhesion molecule (ALCAM)), которая относится к надсемей- ству иммуноглобулинов. ALCAM участвует в процессе регулирования таких сложных свойств клеток, как адгезия, рост и миграция. Д.И. Албагачиева наблюдала повышение концентрации ALCAM у детей с тяжелой асфиксией в родах [1].

В настоящее время существует множество научных исследований по проблемам нейроиммуноло- гических аспектов развития ДЦП. В частности, в работах А.С. Семенова и соавторов отмечается, что у детей с резидуальной стадией ДЦП была повышена концентрация антител к белку S-100, основному белку миелина, а2-гликопротеину. Зависимости между выраженностью клинических проявлений заболевания и концентрацией антител не обнаружено, однако уровень антител в сыворотке крови у пациентов с ДЦП является достаточно значимым по сравнению со здоровыми детьми [29]. М.Г. Девялтовская (2015) также отмечает повышение уровня антител к НСБ: S-100, GFAP, ОБМ, NGF [16].

Большое значение в механизме реализации ГИЭ принадлежит фактору некроза опухоли (ФНО-а), который представляет собой внеклеточный белок, многофункциональный провоспалитель- ный цитокин. ФНО-а несет ответственность за продукцию инетрлейкина-1 и нтерлейкина-6, усиливая к нему чувствительность тканей [47]. А.В. Моргун с соавторами отмечают, что увеличение концентрации ФНО-а в пуповинной крови новорожденного свидетельствует о гипоксических изменениях в головном мозге [21]. Повышение концентрации ФНО-а в микроглии и в спинномозговой жидкости отмечается при перивентрикулярной лейкомаляции и постгеморрагической ветрикуломегалии [57, 58]. Корреляционная зависимость между уровнем ФНО-а в сыворотке крови и последующим развитием ликворо-гемодинамических нарушений остается неясной [34]. М.С. Панова и А.С. Панченко отмечают двоякую роль указанного белка, например, есть данные, свидетельствующие о негативном влиянии ФНО-а на клетки головного мозга, однако имеют место доказательства роли ФНО-а в восстановлении структур ЦНС после повреждения [24].

В настоящее время не вызывает сомнений тот факт, что в основе развития детского церебрального паралича находится сложный патогенетический механизм, включающий в себя как нейроэндокринные, так и иммунные аспекты. Актуальность поиска биологических маркеров ДЦП определяется симптоматическим подходом в лечении этого тяжелого инвалидизирующего заболевания, отсутствием эффективных методик реабилитации, в то время как для создания и реализации максимально успешной реабилитационной программы необходимо воздействие на все звенья патогенеза и раннее начало. В связи с вышесказанным очевидна острая необходимость ведения дальнейших изысканий в области поиска биологических маркеров ДЦП с целью более ранней диагностики данного заболевания и, соответственно, более раннего начала лечебного процесса с учетом патогенетических аспектов.

Список литературы