Транспорт нейропептидов через гематоэнцефалический барьер
Гематоэнцефалический барьер обеспечивается плотным соединением клеток, что предотвращает неконтролируемое проникновение через него различных молекул. Представители медицинского центра и университета cв. Луки считают, что гематоэнцефалический барьер является наиболее эффективным барьером человеческого организма, поскольку с его помощью создается градиент альбумина 100 : 1 (William A. Banks). Барьер не только предохраняет мозг от циркулирующих в крови факторов, но и выполняет нейротрофическую функцию, которая крайне необходима для поддержания нормального гомеостаза и процесса передачи информации в мозге. Нейропептиды, оказывающие влияние на когнитивные функции, не могут проникать через гематоэнцефалический барьер, но их фосфортиолированные олигомеры, угнетающие образование белка-предшественника амилоида (БПА), рассматриваются в настоящее время как нейропротекторы.
На модели мышей SAMP8 получены спонтанные мутации, приводящие к возрастным нарушениям памяти и способности к обучению, при этом наблюдалось повышение концентрации БПА и β-амилоида, а также снижение когнитивной функции. Интрацеребровентрикулярное введение нейропептида показало на данной модели улучшение когнитивной функции с дозозависимым влиянием на поведение животных. Нейропептид вводили также в мозг нечеловекообразных приматов, что приводило к восстановлению когнитивного дефицита и улучшало память.
Соотношение концентраций нейропептида в мозге и сыворотке после внутривенного введения свидетельствует о том, что он действительно проникает через гематоэнцефалический барьер. Первоначальное достаточно быстрое выведение нейропептида из крови сменяется длительным нахождением его в плазме, что отражает медленное высвобождение нейропептида из тканей в кровь. Мозг потребляет до 0,25% введенной дозы нейропептида на 1 г мозговой ткани (рис. 1), при этом, например, для морфина данный показатель составляет лишь 0,02%. Около 70% вещества полностью проходит через гематоэнцефалический барьер, а 30% остается в капиллярах.
Основной мишенью является гиппокамп. Учитывая то, что соотношение плазменной к интрацеребральной концентрации составляет 100 : 1, исследователи вводили нейропептид мышам внутривенно по 6 мкг. Он проникал через гематоэнцефалический барьер и приводил к улучшению когнитивных функций. Однако было показано, что не все фракции фосфортиолированных олигомеров нейропептида, проникающие через гематоэнцефалический барьер, способны положительно влиять на познавательные функции.

Матриксные металлопротеиназы
Матриксные металлопротеиназы (ММП) известны благодаря своей способности разрушать внеклеточный матрикс. Однако, как было показано Linda Noble-Haeusslein из Калифорнийского университета, они являются также потенциальной терапевтической мишенью при повреждениях спинного мозга (под ними чаще понимают ушибы и механические воздействия, а не непосредственную деструкцию). Ограничение распространения зоны повреждения может улучшить отдаленный прогноз. Работы на моделях животных с поражениями спинного мозга показали лишь некоторое уменьшение с течением времени симптомов паралича и дальнейшей стабилизации симптоматики (в виде плато). Основная цель лечебных стратегий при этом – достижение более высокого уровня восстановления и предотвращение перехода процесса в состояние плато.
ММП необходимы лейкоцитам для проникновения через стенки сосудов в различные органы и ткани. Повышение содержания ММП ассоциируется с провоспалительным эффектом и непосредственно нейротоксичностью, что приводит к демиелинизации нервных волокон. При остром повреждении спинного мозга активно экспрессируется ММП-9, достигая пика концентрации через 24 часа и участвуя в разрушении гематоспинального барьера и лейкоцитарной инфильтрации. Введение ингибитора ММП (GM 6001) через 3 часа после повреждения замедляет разрушение барьера, снижает лейкоцитарную инфильтрацию и уменьшает деградацию миелиновых белков. Через 42 дня после повреждения улучшались процессы миелинизации, что сопровождалось некоторым восстановлением двигательных функций (рис. 2). Таким образом, ингибиторы ММП способны улучшать показатель выздоровления, однако плато при этом все же сохраняется.
ММП-2, в отличие от ММП-9, экспрессируется только через 1-2 недели после повреждения и ассоциируется с заживлением раны и формированием глиального рубца. Интересно, что у мышей с дефицитом ММП-2 в пораженных участках спинного мозга ускорялось рубцевание глиальной ткани (более полное и распространенное) и замедлялось восстановление моторных функций. Ускорение рубцевания у мышей с дефицитом ММП-2 могло быть связано с увеличением клеточной миграции и подвижности астроцитов по сравнению с мышами контрольной группы. У подопытных мышей регуляция процессов в пораженном спинном мозге осуществляется благодаря ММП-9, поэтому ускорение формирования глиального рубца могло быть частично обусловлено компенсаторным повышением уровня ММП-9.

Нейропротекция при остром ишемическом инсульте
К основным терапевтическим стратегиям при остром ишемическом инсульте относятся профилактика, реперфузия и нейропротекция. По мнению Natan Bornstein (медицинский центр Sourasky, Израиль), очаг поражения состоит из клеток, умерших в течение нескольких минут или часов с момента развития инсульта, при этом полоска окружающей ткани, так называемая область пенумбры, находится в зоне повышенного риска, но может быть сохранена в случае своевременно начатого лечения. Через 30 минут после инсульта нервные клетки в зоне пенумбры еще жизнеспособны, однако через 3 часа живых клеток в ней не обнаруживается. Целью нейропротекции является предотвращение гибели нейронов в этой зоне.
Смерть клеток происходит через определенный промежуток времени. Так, процесс эксайтотоксического повреждения клеток наступает в течение минут, а воспаление и апоптоз развиваются в последующие часы и дни. В эксайтотоксический каскад вовлекаются глутамат и катион кальция, нарушается его градиент концентрации внутри и вне клетки.
Эти процессы успешно блокировались в исследованиях на моделях животных, однако клинических исследований с подтверждением подобных результатов до сих пор нет. Терапевтическим воздействиям в наибольшей степени может поддаваться воспалительный каскад, при этом потенциальными мишенями выступают адгезия лейкоцитов и активность циклооксигеназы-2. Апоптоз – более поздний процесс, поэтому модифицирующая терапия его имеет большее терапевтическое окно для интервенции. Возможной мишенью в данном случае являются каспазы.
Было оценено большое количество различных терапевтических подходов к нейропротекции, исследованию подвергалось более тысячи экспериментальных режимов лечения. При этом ни одна из молекул, применявшихся с целью нейропротекции, не прошла дальнейших клинических испытаний. В настоящее время в Израиле тестируется только одно соединение – DP-b99 (липофильный мембрано-активируемый комплекс ионов металла), во второй фазе клинического исследования которого принимают участие 120 пациентов. Этот комплекс двухвалентных ионов металла способен защищать клеточные мембраны от повреждения, обладает новым механизмом действия, направленным на множественные пути повреждения и гибели клеток при инсульте, а также имеет достаточно широкое терапевтическое окно для использования. Есть основания надеяться, что он будет использоваться и в третьей фазе исследований.
Другим потенциальным подходом к нейропротекции является гипотермия, которая считается достаточно эффективным, но труднодостижимым методом. Представляется перспективным и новый метод, объединяющий умеренную гипотермию с различными нейропротекторными соединениями.
Альтернативным подходом при данной патологии может быть потенцирование механизмов восстановления. Таким препаратом, способным ускорить восстановление структуры мозга, является Церебролизин. Он уменьшает объем зоны инфаркта и улучшает моторные функции, повседневную активность пациентов (индекс Barthel) и их когнитивные возможности.
К настоящему времени влияние Церебролизина изучено более чем у 1 100 пациентов, принявших участие в исследовании CASTA (Cerebrolysin Acute Stroke Trial in Asia).

Нейропротекция и нейропластичность
По мнению Dafin F. Muresanu из Университета медицины и фармации (Клуж-Напока, Румыния), фундаментальные процессы нейропротекции и нейропластичности, также как и нейротрофики, в нервной системе происходят постоянно. Нейропротекция включает разнообразные механизмы, направленные против факторов агрессии, в то время как нейропластичность характеризуется постоянными процессами регенерации в случаях естественных либо патологических повреждений. Нейротрофика определяет процессы пролиферации, миграции, дифференциации и выживания.
Понимание этих процессов является ключом к созданию новых стратегий лечения. Нейропротекторная терапия действует на уровне молекулярного каскада, обусловливающего дисфункцию и смерть нейронов. Смерть клеток происходит двумя путями – пассивным (процесс некроза) и активным (с помощью апоптоза). В случае некроза высвобождение клеточного содержимого оказывает мощное провоспалительное влияние. Апоптоз же играет позитивную физиологическую роль и, как правило, не активирует воспаление, однако патологические процессы апоптоза, ассоциирующиеся с инсультом, крайне негативны, поскольку связаны с экcaйтотоксичностью и воспалением.
Интенсивное повреждение клеток, обычно наблюдающееся после инсульта в ишемическом ядре поражения, приводит к набуханию нейронов и их лизису (некрозу) вследствие массивной стимуляции рецепторов N-метил-D-аспартата (NMDA). Менее выраженная гиперактивность NMDA-рецепторов, возникающая в зоне пенумбры, при травматическом поражении головного мозга, а также при многих медленнотекущих нейродегенеративных заболеваниях, является пусковым моментом образования свободных радикалов и многочисленных процессов, приводящих к апоптотическому повреждению. В отличие от пагубного влияния избыточной активации NMDA-рецепторов, физиологическая стимуляция NMDA-рецепторов в синапсах способствует выживанию нейронов, стимулируя нейротрофические и нейропластические процессы. Полное устранение активности
NMDA-рецепторов in vivo приводит к распространенному апоптозу в центральной нервной системе, что усугубляет нейродегенерацию и блокирует возможность выживания клеток в условиях ишемии. Снижение активности
NMDA-рецепторов предотвращает развитие некроза и связанную с апоптозом эксайтотоксичность. Учитывая, что физиологическая активность NMDA-рецепторов необходима для нормального функционирования нервной ткани, клинический успех может быть достигнут только при использовании блокаторов NMDA-рецепторов, которые селективно снижают избыточную активацию рецепторов (например, мемантина).
Нитромемантины являются второй генерацией мемантиновых производных, предварительные исследования которых показали их высокую нейропротекторную активность in vitro и in vivo. Известно, что воспаление играет определенную роль в развитии ряда неврологических состояний, таких как рассеянный склероз, хроническая воспалительная демиелинизирующая нейропатия, болезни Альцгеймера и Паркинсона, церебральная ишемия. Однако имеются доказательства, что воспалительные клетки и медиаторы могут успешно участвовать в процессах восстановления и выздоровления.
Апоптоз может активироваться внутренними либо внешними стимулами. Оба эти пути прямо или косвенно ведут к активации каспаз. Таким образом, ингибиторы каспаз могут считаться одним из терапевтических подходов в контроле за апоптозом. Каскад апоптоза может отчасти активироваться с помощью МАР-киназы, в связи с чем ингибиторы этой киназы могут также рассматриваться как потенциальные терапевтические агенты.
Одним из лучших подходов в нейропротекции считается использование плейотропных препаратов, подавляющих эксайтотоксичность (через экстрасинаптические NMDA-рецепторы), снижающих негативный эффект воспаления и повышающих его позитивное воздействие, при этом не угнетающих процессы нейропластичности (через синаптические NMDA-рецепторы). Подобной нейропротекции (угнетения различных механизмов патологического каскада) и нейропластичности (стимуляции ранних репаративных процессов) можно достичь только с помощью нейротрофических факторов и подобных им молекул. Церебролизин является единственным доступным на сегодняшний день препаратом, который содержит активные фрагменты различных нейротрофических факторов. Возможно, именно по этой причине он оказался единственным средством, показавшим эффективность в исследованиях цитопротекции при остром инсульте.

Стволовые клетки в лечении повреждений спинного мозга
В соответствии с данными Eva Sykova из Института экспериментальной медицины (Прага, Чехия), стволовые клетки, полученные из костного мозга взрослых лиц, могут быть использованы в лечении инсульта и повреждениях спинного мозга. Стволовые клетки можно метить наночастицами оксида железа, после чего изучать их миграцию в спинной мозг с помощью магнитно-резонансной визуализации. Эта методика изучена на крысах, у которых простым и испытанным методом балонной компрессии вызывали повреждение спинного мозга с развитием параплегии. Внутривенное введение костномозговых стволовых клеток этим животным улучшало моторную и сенсорную функции по сравнению с животными, которым вводили физраствор.
Клинические исследования первой-второй фаз проводили с использованием аутотрансплантатов костного мозга. Больным с травматическим повреждением спинного мозга и полным отсутствием моторных и сенсорных функций их вводили внутриартериально (с помощью катетеризации a. vertebralis) или внутривенно. У большинства пациентов, которым внутриартериальное лечение проводили в течение 30 дней после травмы, отмечалось улучшение, по данным магнитно-резонансного исследования, неврологической оценки и электрофизиологического тестирования через
3-6 месяцев после имплантации.
В случаях обширных повреждений, если одними стволовыми клетками невозможно было достичь улучшения, для «залатывания» области поражения применяли гидрогели. Прорастание ткани в гидрогеле впервые было показано на крысах, однако этот метод не оправдал ожиданий из-за замедления и отсутствия дальнейшего роста ткани. Определенный успех удалось достичь in vitro, введя в гидрогель стволовые клетки, которые начинали расти. Другим подходом может быть выращивание стволовых клеток на нанофибровой основе. Имплантация таких заготовок крысам с повреждениями спинного мозга способствовала восстановлению роста тканей. Основу со стволовыми клетками имплантировали через 7 дней после травмы, что в дальнейшем приводило к закрытию всего тканевого дефекта.

Ключ к пониманию неврологической патологии
Гематоэнцефалический барьер был открыт более ста лет назад, он крайне важен для нормального функционирования организма, но при разных патологических процессах его проницаемость может нарушаться. Однако, по мнению Hari Shanker Sharma из университетского госпиталя Упсалы (Швеция), следует учитывать и другие барьеры: между кровью и спинномозговой жидкостью (СМЖ), СМЖ и головным мозгом, а также гематоспинальный барьер; они очень схожи между собой, но имеют ряд отличий. Термин «нейропротекция» в определенном смысле обманчив, поскольку количество глиальных клеток в 10 раз, а эндотелиальных – в 15 раз превосходит количество нейронов, и эти клетки также нуждаются в защите. Кроме того, следует помнить, что гематоэнцефалический барьер функционирует и в обратном направлении, предотвращая проникновение химических соединений из мозга в периферические ткани.
Процесс проникновения веществ из крови в мозг можно визуализировать с помощью голубого красителя Эванса. Проницаемость, как результат расширения обычно плотных межклеточных соединений, увеличивает проходимость клеточных мембран и везикулярный транспорт. Повреждение гематоэнцефалического барьера может повлечь за собой гибель клеток, при этом важную роль играет стресс. Он запускает «аварийные» реакции, приводящие к адаптации, последующему истощению и смерти клетки. К другим факторам, ответственным за повреждения барьера и смерть клеток, относятся наночастицы, злоупотребление препаратами и гипертермия. Наночастицы представляют собой полимеры размером от 10 до 10 000 нм естественного или искусственного происхождения. Эти частицы могут использоваться для ускорения высвобождения лекарственных средств и снижения токсичности. Одними из причин повреждения гематоэнцефалического барьера могут быть морфин и метамфетамин. Как известно, гипертермия оказывает влияние на функционирование головного мозга и ведет к его повреждению, тепловой стресс обусловливает увеличение в размерах части нейронов, в то время как другие нейроны остаются незатронутыми. Каждый стресс-фактор в отдельности оказывает специфическое влияние на проницаемость гематоэнцефалического барьера. На вопросы специфического воздействия на различные части головного мозга и возможности развития неврологической патологии при длительном стрессе ответов пока нет.

Материал предоставлен компанией «ЭБЕВЕ Фарма».