Роль иммунной дисфункции в патогенезе болезни Паркинсона у людей разного возраста

Размещено на http://www.allbest.ru/

Роль иммунной дисфункции в патогенезе болезни Паркинсона у людей разного возраста

Зуев В.А.

АНО НИЦ «Санкт-Петербургский институт биорегуляции и геронтологии», Санкт-Петербург

Одной из инновационных гипотез патогенеза нейродегенеративных заболеваний, в том числе болезни Паркинсона, является иммунологическая теория. Смысл этой теории состоит в том, что возрастное снижение функций иммунной системы приводит к развитию умеренно выраженных воспалительных реакций, которые могут индуцировать нейропатологию. В работе методами иммуногисто- и иммуноцитохимии с применением конфокальной микроскопии изучена экспрессия т-протеина, a- синуклеина, цитокина TGFa, транскрипционного фактора NF-kB в черной субстанции головного мозга и лимфоцитах периферической крови пациентов пожилого и старческого возраста с болезнью Паркинсона и без патологии центральной нервной системы. Установлено, что экспрессия исследуемых маркеров значительно возрастает в черной субстанции и лимфоцитах крови у лиц пожилого и старческого возраста с болезнью Паркинсона по сравнению с лицами без нейропатологии. Полученные данные подтверждают предположение о роли нарушении функций иммунной системы в патогенезе болезни Паркинсона. На основании проведенного исследования можно рекомендовать использование лимфоцитов крови для прижизненной оценки уровня т-протеина, а-синуклеина, TGFa и NF-kB у людей пожилого и старческого возраста с целью ранней диагностики болезни Паркинсона.

Ключевые слова: болезнь Паркинсона, т-протеин, TGFa, NF-kB, лимфоциты крови. паркинсон лимфоцит протеин иммунный

THE ROLE OF IMMUNE DYSFUNCTION IN PARKINSON DISEASE PATHOGENESIS IN VARIOUS AGE PEOPLE

Zuev V.A.

St. PetersburgInstituteofBioregulationandGerontology, St. Petersburg

Oneoftheinnovatehypothesisofneurodegenerativediseasespathogenesis, whichincludesParkinsondisease, isimmunologytheory. Themaimideaofthistheoryisthatimmunesystemagingdysfunctionactivatesmoderateinflammation, whichisoneofthereasonofneuropathology. Inourinvestigationtheexpressionofт-protein, a- synuclein, cytokineTGFaandtranscriptionfactor NF-kBinsubstantianigraofbrainandbloodlymphocyteswasinvestigatedbyimmunocyto- andimmunohistochemistrymethodswithusingconfocalmicroscopyinelderlyandoldpeoplewithParkinsondiseaseandwithoutneurodegenerativepathology. Itwasshownthatsignalmoleculesexpressionsignificantincreasesintissues, obtainedfromelderlyadoldpatientswithParkinsondiseaseincomparisonwithpeoplewithoutneurodegenerativepathology. ThesedataconfirmthehypothesisabouttheimmunesystemdisordersinParkinsondiseasepathogenesisandopennewwaysfordiagnosticthisdisease. Onthebaseofthisinvestigationitcanberecommendedtousebloodlymphocytesforvitaldiagnosticofт-protein, a-synuclein, cytokineTGFaandtranscriptionfactor NF-kBinelderlyandoldpatientsforearlyParkinsondiseasediagnostic.

Keywords: Parkinsondisease, т-protein, TGFa, NF-kB, bloodlymphocytes.

Болезнь Паркинсона (БП) - вторая в мире по распространенности нейродегенеративная патология. Это хроническое прогрессирующее заболевание, преимущественно связанное с гибелью нейронов черной субстанции и приводящее к нарушению функции базальных ганглиев в условиях дофаминергического дефицита [1]. БП проявляется сочетанием гипокинезии и ригидности, тремора покоя, постуральной неустойчивостью, психическими и вегетативными расстройствами. В основе БП лежит расстройство двигательной активности. В качестве возможных факторов, способствующих развитию БП, рассматривали: возраст, генетическую предрасположенность, воздействие окружающей среды, оксидативный стресс. Предполагают, что на молекулярном уровне развитие БП происходит вследствие нарушения метаболизма а-синуклеина (образование телец Леви) в головном мозге. Считается, что окислительный стресс, митохондриальная дисфункция и генетическая предрасположенность приводят к гиперагрегации а-синуклеина, а накопление агрегированной формы а-синуклеина является причиной повреждения синапсов и дегенерации дофаминергических и других типов нейронов [2].

Помимо теории развития БП, связанной с формированием телец Леви из агрегированной формы а-синуклеина, существуют также свободнорадикальная и митохондриальная теории развития заболевания. Среди новых гипотез развития БП - immune-aging (умеренная воспалительная реакция, связанная с возрастным снижением функции иммунной системы), окислительный и нитрозативный стресс, возникающие при депрессии и периферическом воспалении [3]. Известно, что в физиологических условиях в центральной нервной системе (ЦНС) млекопитающих количество иммунных клеток остается сравнительно небольшим, однако при возникновении патологии (инфекция, травма мозга и т.д.) их количество резко возрастает. Нейровоспаление со временем приводит к нейродегенерации, свойственной таким заболеваниям, как болезни Альцгеймера, Паркинсона и др. [4]. Имеются данные, согласно которым Т-хелперы 17-го типа вовлекаются в патогенез БП [5]. Однако исследования, посвященные изучению роли Т-клеток в патогенезе БП, достаточно противоречивы.

Как известно, т-протеин является маркером, специфическим для болезни Альцгеймера, однако в последнее время появляются данные о его вовлеченности в патогенез БП [6]. ТОБа - член семейства эпидермальных факторов роста (EGF), митогенный полипептид [7], который обладает ангиогенным эффектом и способствует развитию опухолей [8]. NF-kB - транскрипционный фактор с широким спектром функций, включающих контроль экспрессии генов иммунного ответа, апоптоза и клеточного цикла. Нарушение регуляции NF-kB приводит к развитию воспаления, аутоиммунных заболеваний, вирусных инфекций и различных опухолей [9]. Сравнительное изучение экспрессии перечисленных молекул в черной субстанции головного мозга и периферической крови пациентов с БП и без нейропатологии позволит оценить роль иммунной системы в развитии этого заболевания. В связи с вышеизложенным была поставлена цель исследования: сравнить экспрессию т-протеина, цитокина ТОБа и транскрипционного фактора NF-kB в черной субстанции и лимфоцитах периферической крови пациентов пожилого и старческого возраста с БП и лиц без нейродегенеративных заболеваний.

Материалы и методы исследования

Аутопсийный материал черной субстанции головного мозга был получен от 60 пациентов с БП и 60 лиц без патологии центральной нервной системы, умерших от сердечно-сосудистых заболеваний (группа «норма»). Каждая группа состояла из двух равных по численности пациентов подгрупп - лиц пожилого и старческого возраста. Аналогичное разделение на группы было проведено для 126 образцов периферической крови индивидов с БП и без нейродегенеративных заболеваний. Из образцов периферической крови готовили мазки на предметных стеклах, покрытых полилизином. Клетки фиксировали спиртом для дальнейшего изучения. Иммуногисто- и иммуноцитохимическими методами оценивали экспрессию т-протеина, TGFa, NF-kB в аутопсийном материале черной субстанции и образцах периферической крови пациентов без нейропатологии и с БП. Препараты обрабатывали первичными антителами к т-протеину (1:75, Dako), а-синуклеину (1:100, Abcam), TGFa (1:100, Abcam) и NF-kB (1:150, Dako). Анализ полученных образцов проводили на инвертированном конфокальном микроскопе «Olympus» Fluoview CM FV300-IX70.

Результаты окрашивания оценивали морфометрическим методом с использованием системы компьютерного анализа микроскопических изображений, состоящей из микроскопа «Olympus» Fluoview CM FV300-IX70, цифровой камеры Olympus, персонального компьютера и программы «VidеotestMorphology 5.2». Площадь экспрессии рассчитывали как отношение площади, занимаемой иммунопозитивными клетками, к общей площади клеток в поле зрения и выражали в процентах. Статистическая обработка экспериментальных данных включала в себя подсчет среднего арифметического, стандартного отклонения и доверительного интервала для каждой выборки и проводилась в программе «Statistica 6.0». Для анализа вида распределения использовали критерий Шапиро-Уилка. Для проверки статистической однородности нескольких выборок были использованы непараметрические процедуры однофакторного дисперсионного анализа (критерий Крускала-Уоллиса). В случаях, когда дисперсионный анализ выявлял статистически значимую неоднородность нескольких выборок, для последующего выявления неоднородных групп (путем их попарных сравнений) применяли процедуры множественных сравнений с помощью U- критерия Манна-Уитни. Критический уровень достоверности нулевой гипотезы (об отсутствии различий) принимали равным 0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

Рис. 1. Иммунофлуоресцентное окрашивание черной субстанции головного мозга антителами к т-протеину, пациент 85 лет, БП. Конфокальная микроскопия, х100. т-протеин - Alexa 567 - красная флуоресценция. Ядра докрашены Hoest 33258 - голубая флуоресценция. Ярко выражена экспрессия т-протеина (красная флуоресценция) в черной субстанции головного мозга, тогда как у пациентов старческого возраста такой иммунопозитивной реакции не наблюдалось

Площадь экспрессии т-протеина в черной субстанции головного мозга возрастала на два порядка у пациентов с БП по сравнению с нормой, как в пожилом, так и в старческом возрасте (рис. 1). У пациентов с БП площадь экспрессии а-синуклеина в черной субстанции значительно возрастала по сравнению с нормой: у пожилых людей - в 23 раза и у лиц старческого возраста - в 25 раз. Площадь экспрессии TGFa также значительно возрастала при БП по сравнению с нормой: в 19 раз у пациентов пожилого возраста с БП и в 18 раз у пациентов старческого возраста с БП. Площадь экспрессии NF-kB при БП повышалась в 3,7 раза в группе лиц пожилого возраста и в 3,5 раза - у людей старческого возраста (табл. 1). Аналогичную тенденцию наблюдали при изучении площади экспрессии т-протеина, TGFa и NF-kB в лимфоцитах крови пациентов пожилого и старческого возраста в норме и при БП (табл. 2). Площадь экспрессии т-протеина в лимфоцитах крови пациентов пожилого и старческого возраста с БП повышалась более чем на два порядка по сравнению с индивидами тех же возрастных групп без нейропатологии. Площадь экспрессии а-синуклеина в лимфоцитах крови людей пожилого и старческого возраста с БП была соответственно в 4,3 и 8 раз больше по сравнению с этим показателем у обследованных без патологии ЦНС. Площадь экспрессии цитокина TGFa в лимфоцитах крови пациентов пожилого и старческого возраста с БП возрастала соответственно в 19 и 18 раз по сравнению с нормой. Площадь экспрессии транскрипционного фактора NF-kB в лимфоцитах крови пациентов пожилого и старческого возраста с БП возрастала соответственно в 3,7 и 3,5 раза по сравнению с лицами без нейропатологии (рис. 2).

Таблица 1

Площадь экспрессии сигнальных молекул в черной субстанции головного мозга в норме и при болезни Паркинсона

* -р<0,05 - по сравнению с нормой у пожилых людей

** - р<0,05 - по сравнению с нормой у людей старческого возраста

# -- р<0,05 по сравнению с людьми пожилого возраста с БП N - среднее значение, n - доверительный интервал.

Таблица 2

Площадь экспрессии сигнальных молекул в лимфоцитах крови в норме и при болезни Паркинсона

АБ

Рис. 2. Иммунофлуоресцентное окрашивание лимфоцитов крови с антителами к NF-kB, конфокальная микроскопия, х100. NF-kB - Alexa 567 - розовая флуоресценция, ядра докрашены Hoest 33258 - голубая флуоресценция. А - пациент 67 лет без патологии центральной нервной системы, Б - пациент 69 лет с БП. У пациента с БП в лимфоцитах крови ярко выраженная экспрессия NF-kB, тогда как у обследуемого без нейропатологии этого не наблюдалось

Обсуждение. Предполагается, что активация иммунного ответа, оцениваемая по экспрессии TGFa, NF-kB и наблюдаемая у пациентов с БП, может быть причиной, а не следствием гибели нейронов. F. Garretti и соавт. (2019) выдвигают гипотезу о том, что длительное хроническое системное воспаление может приводить к повышению проницаемости гематоэнцефалического барьера, в результате чего происходит проникновение Т-клеток в ЦНС. Накопление а-синуклеина, основного молекулярного маркера БП, может способствовать миграции Т-клеток, специфичных к а-синуклеину, развитию аутоиммунной реакции и последующего воспаления (рис. 3). При этом CD4+ и CD8+ Т-лимфоциты распознают пептидные участки главного комплекса гистосовместимости (ГКГС) 2-го типа на микроглии и ГКГС 1-го типа на дофаминергических нейронах, что приводит к их гибели и усугублению симптомов БП. Гипотеза требует подтверждения, однако если Т-клетки, специфичные к а-синуклеину, действительно вызывают нейродегенерацию при БП, то методы диагностики и лечения БП могут быть адаптированы с целью выявления аутоиммунных клеток у пациентов и воздействия на них [10].

Установленное в нашем исследовании многократное повышение экспрессии а-синуклеина в лимфоцитах крови пациентов с БП разного возраста, коррелирующее с этим показателем в черной субстанции, подтверждает эту гипотезу.

Рис. 3. Гипотеза аутореактивных Т-клеток при БП. Т-клетки, специфичные к а-синуклеину, проникают в ЦНС и распознают антиген, представленный микроглией и дофаминергическими нейронами. (A) До повреждения ГЭБ периферические Т-клетки, специфичные к а-синуклеину, циркулируют по крови в присутствии провоспалительных цитокинов. Агрегаты а-синуклеина формируются в дофаминергических нейронах и микроглии. (Б) Повышенная проницаемость ГЭБ позволяет Т-клеткам, специфичным к а-синуклеину, проникать через ГЭБ. На ГКГС-1 дофаминергических нейронов и ГКГС-2 микроглиипредставлены фрагменты а-синуклеина, распознаваемые Т-клетками. Активация T-клеток ведет к высвобождению гранзимов и провоспалительных цитокинов. Дофаминергические нейроны в конечном итоге умирают в присутствии устойчивого воспаления и цитотоксической среды [10]

Заключение

Повышенная экспрессия т-протеина в черной субстанции головного мозга и аналогичное повышение концентрации этого белка в образцах периферической крови у пациентов при БП по сравнению с возрастной нормой позволяют предположить возможность прижизненной оценки уровня т-протеина. Возможно использование периферической крови рекомендуется для прижизненной оценки уровня т-протеина, а-синуклеина, TGFa и NF-kB у людей пожилого и старческого возраста с целью ранней диагностики БП.

Список литературы

1. Михайлусова О.И., Куташов В.А. Болезнь Паркинсона: этиология, патогенез, клиника, диагностика и принципы лечения. Молодой ученый. 2015. №24. С. 269-273.

2. Overk C.R., Masliah E. PathogenesisofsynapticdegenerationinAlzheimer'sdiseaseandLewybodydisease. BiochemicalPharmacology (journal). 2014. Vol. 88. № 4. P. 508-516.

3. Anderson G., Maes M. NeurodegenerationinParkinson'sdisease: interactionsofoxidativestress, tryptophancatabolitesanddepressionwithmitochondriaandsirtuins. Mol. Neurobiol. 2014. Vol. 49(2). P. 771-783.

4. Абдурасулова И.Н., Клименко В.М. Роль иммунных и глиальных клеток в процессах нейродегенерации. Медицинский академический журнал. 2011. Т. 11. № 1. С. 12-29.

5. Tahmasebinia F., Pourgholaminejad A. Theroleof Th17 cellsinauto-inflammatoryneurologicaldisorders. Prog. NeuropsychopharmacolBiol. Psychiatry. 2017. Vol. 37. P. 408-416.

6. Zhang X., Gao F., Wang D., Li C., Fu Y., He W., Zhang J. TauPathologyinParkinson'sDisease. FrontNeurol. 2018. Vol. 9. P. 809.

7. Ojeda S.R., Ma Y.J., Rage F. Thetransforminggrowthfactoralphagenefamilyisinvolvedintheneuroendocrinecontrolofmammalianpuberty. Mol. Psychiatry. 1997. Vol. 2(5). P. 355-358.

8. Mclnnes C., Wang J., AlMoustafa A.E., Yansouni C., O'Connor-McCourt M., Sykes B.D. Structure-basedminimizationoftransforminggrowthfactor-alpha (TGF-alpha) through NMR analysisofthereceptor-boundligand. Design, solutionstructure, andactivityof TGF-alpha 8-50. J. Biol. Chem. 1998. Vol. 273(42). P. 27357-27363.

9. Staudt L.M. Oncogenicactivationof NF-kappaB. ColdSpringHarborPerspect. Biol. 2010. Vol. 2. N 6. P.a000109. DOI: 10.1101/cshperspect.a000109.

10. Garretti F., Agalliu D., LindestamArlehamn C.S., Sette A., Sulzer D. AutoimmunityinParkinson'sDisease: TheRoleof a-Synuclein-Specific T Cells. FrontImmunol. 2019. Vol. 10. P. 303. DOI: 10.3389/fimmu.2019.00303.

Размещено на Allbest.ru