Болезнь Паркинсона (БП) – это моторное нейродегенеративное заболевание, которое тесно связано с процессом старения [1]. К настоящему времени эффективная терапия данного синдрома отсутствует. Существующие препараты могут только облегчить симптомы временно, а не остановить или замедлить прогрессирование заболевания. Все это говорит о необходимости расширения подходов к лечению данного заболевания и расширения круга поиска эффективных препаратов. В последнее время очень интенсивно изучается биологическая активность химических соединений видов рода астрагал – одного из крупнейших и одного из наименее изученных в этом отношении родов цветковых растений [2]. Было установлено, что многие виды астрагалов обладают различными нейробиологическими эффектами, которые могут быть использованы в терапии некоторых нервных и психических расстройств [3]. Среди различных химических компонентов представителей данного рода особенно широким спектром биологической активности обладает астрагалозид IV (3-О-бета-дксилопиранозил-6-О-бета-д-глюкопиранозил-циклоастрагенол), содержащийся в астрагале перепончатом (Astragalus membranaceus (Fisch. ex Link) Bunge) [4], который на протяжении многих столетий использовался в Китае как нейропротективное средство.
Цель данного обзора заключается в обобщении и анализе результатов исследований по нейробиологическим эффектам астрагалозида IV, которые могут быть использованы в терапии БП.
Материалы и методы исследования
В базах данных PubMed, Scopus, Google Scholar, e-Library был проведен поисковый запрос по следующим ключевым словам: «astragaloside IV», «Parkinson's disease», «neuroprotective effect», «dopaminergic neurons», «α-synuclein», «oxidative damage to mitochondria», «neuroinflammation», «astrocyte aging», «астрагалозид IV», «болезнь Паркинсона», «нейропротективный эффект», «дофаминергические нейроны», «α-синуклеин», «окислительное повреждение митохондрий», «нейровоспаление», «старение астроцитов». Для данного аналитического обзора методология метаанализа была не применима и критерии PRISMA не использовались.
Результаты исследования и их обсуждение
Защита дофаминергических нейронов
Несмотря на то что этиология БП до сих пор во многом не ясна, установлено, что патогенез данного заболевания связан с дегенерацией дофаминергического нигростриарного пути вследствие структурно-функциональных нарушений большей части дофаминергических нейронов в pars compacta черной субстанции мозга и вентрального мезенцефалона [5]. Это приводит к недостаточности тормозного контроля, так как в черной субстанции расположены тела нейронов, вырабатывающих тормозной нейромедиатор –дофамин. Кроме недостатка дофамина, к паркинсонизму могут приводить и другие механизмы: невосприимчивость рецепторов к дофамину, обратный захват дофамина из синаптической щели и др. Астрагалозид IV показал способность защищать дофаминергические нейроны при экспериментальной модели БП. Модель была создана при помощи обработки первичной культуры дофаминергических нейронов нейротоксином 6-гидроксидофамином. Это привело к массовой гибели и дегенерации нейронов. Предварительная обработка клеток астрагалозидом IV в концентрациях 100 и 200 мкМ привела к тому, что большинство дофаминергических нейронов оставались неповрежденными. Наблюдалось также значительное и дозозависимомое восстановление тирозингидроксилаза-иммунопозитивных клеток, фермент которых принимает непосредственное участие в синтезе дофамина. При концентрации 100 мкМ увеличивались также уровни иммунореактивности тирозингидроксилазы и синтазы оксида азота [6].
Активную и критическую роль в обеспечении выживания и функционирования нейронов при различных нейродегенеративных заболеваниях играют астроциты. Астроциты обеспечивают протекцию дофаминергических нейронов либо путем удаления токсичных молекул из внеклеточного пространства, либо путем высвобождения трофических факторов и антиоксидантных молекул. В связи с этим астроциты рассматриваются в настоящее время как новые терапевтические мишени при лечении БП [7]. Астрагалозид IV в эксперименте in vitro в концентрации 40 µM/л эффективно (p<0,01) защитил астроциты от гибели, индуцированной введением 1-Метил-4-фенилпиридиния (MPP+), через механизмы ингибирования сверхэкспрессии белка p-JNK, уменьшения соотношения белков Bax/Bcl-2 и снижения активности каспазы-3 [8].
Астрагалозид IV оказал также протекторное воздействие на клетки нейробластомы SH-SY5Y (используются во многих современных исследованиях паркинсонизма), которые также подвергались обработке 6-гидроксидофамином (6-OHDA). Это привело к гибели 50% клеток. Предварительная (за 2 часа) обработка данных клеток астрагалозидом IV в концентрациях 25, 50 и 100 мкМ значительно (p<0,01) повышала их выживаемость. Однако при концентрации 150 мкМ выживаемость клеток начала снижаться, что говорит о том, что данная концентрация обладает определенными токсическими и побочными эффектами на SH-SY5Y клетки. Астрагалозид IV повысил также экспрессию маркера дендритов нейронов MAP2 и восстановил морфологические повреждения клеток SHSY5Y [9].
Защита митохондрий от окислительного стресса
Многочисленные данные, полученные, в том числе, и из посмертных тканей мозга человека, указывают на то, что дисфункция митохондрий играет центральную роль в патофизиологии данного заболевания. В ряде исследований установлено, что именно дисфункция митохондрий является главной причиной гибели дофаминергических нейронов. Дисфункция митохондрий включает в себя биоэнергетические дефекты, изменения митохондриальной ДНК, изменение динамики митохондрий, активацию митохондриально-зависимой запрограммированной гибели клеток и нарушения связи митохондрий с эндоплазматическим ретикулумом [1]. Потеря каталитической активности митохондриального комплекса I в электронно-транспортной цепи наблюдается в тканях людей со спорадической БП и является свойством некоторых нейротоксинов модели БП. Снижение функции комплекса I в митохондриях головного мозга при БП возникает из-за окисления его каталитических субъединиц в результате внутренних процессов, а не внешнего окислительного стресса, и коррелирует с неправильной сборкой комплекса I [10]. В свете вышесказанного дисфункция митохондрий обещает стать потенциальной терапевтической мишенью для остановки прогрессирования нейродегенерации при БП.
В эксперименте у клеток PC12 при помощи MPP+ было вызвано окислительное повреждение митохондрий. Это вызвало снижение жизнеспособности клеток. В частности, при концентрации MPP+ 100 µM она снизилась на 53,7%. Одновременная обработка клеток астрагалозидом IV в концентрации 50 µM значительно повышала жизнеспособность клеток. Так, в эксперименте с концентрацией MPP+ 100 µM она повысилась на 63,7% по сравнению с контролем (p<0,01). Установлено, что механизм данного эффекта заключается в восстановлении уровня белка MsrA, который функционирует как антиокислительный фермент. Астрагалозид IV увеличивал экспрессию данного белка через сигнальный путь Sirt1-FOXO3a [11].
Ингибирование сверхэкспрессии α-синуклеина
По современным представлениям, БП относится к группе заболеваний, называемых синуклеинопатиями. α-синуклеин – это высокоэкспрессируемый в мозге человека белок, который локализуется во внутренней мембране митохондрий. α-синуклеин не только дозозависимо ингибирует активность комплекса I митохондриальной дыхательной цепи, но и при БП агрегирует в нейронах с формированием нерастворимых фибрилл, образующих вместе с некоторыми другими компонентами специфические включения – тельца Леви. Считается, что именно токсичные фибриллярные формы и агрегаты α-синуклеина приводят к гибели нейронов при БП. В связи с этим α-синуклеин рассматривается в настоящее время в качестве потенциальной мишени при разработке препаратов для терапии БП. Астрагалозид IV и в данном случае показал значительную эффективность. Сверхэкспрессия (в 2,25 раза выше по сравнению с контролем) α-синуклеина в клетках нейробластомы SH-SY5Y была индуцирована обработкой их пероксидом водорода. Предварительная обработка астрагалозидом IV (50, 100 и 200 мкмоль/л) снизила экспрессию α-синуклеина на 22,2, 27,1 и 42,2% соответственно по сравнению с модельной группой. Было установлено, что ингибирование экспрессии осуществлялось через сигнальный путь p38 MAPK с использованием химических ингибиторов, направленных на p38-киназу (SB203580). Для дополнительного подтверждения этого эффекта был проведен двойной иммунофлуоресцентный анализ с использованием моноклональных кроличьих антител. Полученные результаты совпали с данными вестерн-блот анализа [12].
Регуляция активности микроглии
Нейровоспаление и связанная с ним активация микроглии уже несколько десятилетий признаны элементами БП [13]. Признаком нейровоспаления, кроме активированной микроглии в головном мозге, является повышенная выработка хемокинов, цитокинов и нейротоксических белков. Показано, что в головном мозге больных БП повышены уровни провоспалительных медиаторов, в том числе фактора некроза опухоли-α (TNF-α), интерлейкина-1β (IL-1β), IL-6 и активных форм кислорода [5]. Черная субстанция имеет самую высокую плотность микроглии в головном мозге, а при БП микроглия не только сильно активирована, но и сильно сгруппирована вокруг деградирующих дофаминергических нейронов. В серии экспериментов показано, что инъекции активаторов микроглии вызывают специфическую гибель дофаминергических нейронов [14]. Активированная микроглия убивает нейроны посредством ряда механизмов, таких как острая активация NADPH-оксидазы фагоцитов (PHOX), экспрессия индуцибельной синтазы оксида азота (iNOS) и высвобождение воспалительных факторов [15]. Кроме того, по новым концепциям, именно микроглия может регулировать содержание α-синуклеина. В связи с этим фармакологическая регуляция активации микроглии может защитить дофаминергические нейроны от воспалительного повреждения.
В эксперименте in vitro на иммортализованной линии микроглиальных клеток BV, которые были активированы липополисахаридами, астрагалазид IV в концентрациях 1 мкМ/л и 5 мкМ/л снижал активацию микроглии через ингибирование сигнальных путей TLR4/NF-κB и преобразование микроглии из воспалительного М1 в противовоспалительный М2 фенотип. При этом отмечалось снижение выброса провоспалительных медиаторов, включая интерлейкины IL-1β, IL-6, фактора некроза опухоли TNF-α, а также снижение экспрессии толл-подобного рецептора TLR4, адаптерного белка MyD88 и ядерного фактора NF-κB этих клеток [16]. В другом эксперименте, сходном с предыдущим по методике, дополнительно было установлено, что противовоспалительное действие астрагалозида IV достигается, в частности, через подавление NFκB-опосредованной активации белка NLRP3 инфламмасомы [17].
Астрагалозид IV в дозе 20 мг/кг, вводимый внутрибрюшинно в течение 2 недель, подавлял активацию микроглии в исследовании in vivo на мышах. При этом подавлялась экспрессия CD11b, IL1β, TNFα. В работе было установлено, что, по крайней мере, частично ингибирующий эффект астрагалозида IV связан с активацией глюкокортикоидного пути. Он усиливает активность глюкокортикоидного рецептора – люциферазы и способствует ядерной транслокации глюкокортикоидного рецептора в микроглиальных клетках [18].
Ингибирование старения астроцитов
Все больше данных указывают на то, что в патогенезе БП важную роль играет процесс старения астроцитов, которые обеспечивают структурную, метаболическую и трофическую поддержку нейронов. Астроциты являются наиболее многочисленным подтипом глии и имеют решающее значение для функции мозга. Они регулируют ионный баланс и обеспечивают метаболическую и нейротрофическую поддержку центральной нервной системы. Следовательно, нарушение биологии астроцитов может способствовать дисфункции и патологии центральной нервной системы. Факторы, секретируемые стареющими астроцитами, оказывают пагубное воздействие на культивируемые дофаминергические нейроны человека. Кроме того, уровни маркеров старения в астроцитах пациентов с БП значительно выше по сравнению с контролем [19]. Было показано также, что блокирование преобразования астроцитов в нейротоксический фенотип А1 оказывает нейропротективное воздействие в исследованиях, проведенных на мышах с моделированием БП. Таким образом, накапливаются данные, позволяющие предположить, что астроциты могут играть инициирующую роль в патофизиологии БП [20].
Астрагалозид IV (100 мг/кг) в опытах на мышах, которым была создана модель БП введением 1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридина, ингибировал процессы старения астроцитов. При этом наблюдались уменьшение накопления стареющих астроцитов в pars compacta черной субстанции мозга, снижение активности β-галактозидазы, связанной со старением, и экспрессии белка p16. Также было отмечено снижение уровней аутофагии и митофагии при помощи регуляции уровней ассоциированных с этими процессами белков (3 (LC3)-II, PINK1, Parkin, TOM20). Аутофагия – это система катаболической деградации, используемая для разложения и переработки ненужных или поврежденных компонентов клетки. Все больше данных показывают, что дефекты аутофагии связаны со старением и возрастными патологиями. Таким образом, фармакологически стимулированная аутофагия может облегчить симптомы возрастных фенотипов. Митофагия – это специализированная форма аутофагии, которая разрушает поврежденные и дисфункциональные митохондрии. Снижение митофагии приводит к накоплению поврежденных митохондрий и окислительному стрессу, которые способствуют старению клеток. В митохондриях под влиянием исследуемого вещества происходили восстановление мембранного потенциала и снижение уровней свободных форм кислорода. Как и в работах, описанных выше, астрагалозид IV предотвращал гибель дофаминергических нейронов и ингибировал снижение уровня тирозингидроксилазы. Особенно важно, что на поведенческом уровне астрагалозид IV устранял ухудшение показателей мышечной силы и равновесия (тест ротарода и тест с шестом) [19].
Заключение
Проведенный анализ публикаций за последние годы показывает, что астрагалозид IV обладает разнородным спектром нейрохимической активности, которая в исследованиях с использованием методов доказательной медицины оказала значительное влияние на процессы, приводящие к развитию БП. В частности, под действием астрагалозида IV происходит защита от повреждения дофаминергических нейронов в pars compacta черной субстанции мозга, вырабатывающих тормозной нейромедиатор – дофамин. Астрагалозид IV оказывает протективное действие в отношении митохондрий, дисфункция которых, вероятно, играет центральную роль в патофизиологии данного заболевания. Это соединение ингибирует сверхэкспрессию α-синуклеина, который при БП агрегирует в нейронах в токсичные фибриллярные формы, что приводит к гибели нервных клеток. Астрагалозид IV снижает гиперактивацию микроглии, которая убивает дофаминергические нейроны посредством ряда механизмов. Кроме того, исследуемое вещество также тормозит процесс старения астроцитов, которые обеспечивают структурную, метаболическую и трофическую поддержку нейронов. Однако процесс изучения нейробиологической активности данного соединения еще далек от завершения. Необходимы более обширные доклинические испытания, особенно клинические исследования данного соединения, для подтверждения выявленной в экспериментах нейробиологической активности, а также исследования по установлению терапевтических доз для человека. В целом, это соединение, по-видимому, может найти применение в будущем в качестве средства комплексной терапии БП.