Методологические аспекты оценки уровня металлотионеинов в изучении метаболических основ нейродегенеративных заболеваний

Введение. В комплексе нейродегенеративных заболеваний особое место занимает шизофрения. Шизофрения является наиболее тяжелым психическим заболеванием, представляет собой значительную медицинскую, антропологическую и социальную проблему (Березовская, 2013; Семинихин, 2015). Шизофрения - пример нейродегенеративного заболевания, изучение механизмов развития которого социально значимо: значительное количество больных шизофренией находится в социально-активном возрасте, их социальное функционирование нарушается, качество жизни снижается (Газизуллин, Яхин, 2009; Смулевич, 2009; Федоренко, 2010; Васильева, 2011; Рустанович, 2012; Березовская, 2013; Задорожная, 2014).

В начале третьего тысячелетия, в связи с мощным развитием медицинских компьютерных технологий, за рубежом произошел переход на следующую ступень исследований расстройств мышления (РМ) при шизофрении, связанную с внедрением принципов и методов нейрокогнитивной психологии, нейропсихологии, нейрогенетики и нейробиологии. По-новому стали изучаться разные типы РМ - во

Вестник ТвГУ. Серия "Биология и экология". 2015. № 4 взаимосвязи с нейрокогнитивными дисфункциями и различными морфофизиологическими и генетическими нарушениями. Это изменило статус РМ как дифференциально-диагностических признаков, переведя их в ранг предикторов, маркеров предрасположенности к болезни и эндофенотипов шизофрении (Green, 2003)

Внутри этой парадигмы зарождается новое направление, которое отвечает пониманию полигенного и полиморфного характера психических расстройств шизофренического спектра и, возможно, даже всего психотического круга. При этом основой для классификации различных видов психопатологии должна стать, как полагают исследователи, не различная феноменология, но биохимическая модель заболевания, которая по-другому может расставить акценты на специфичности нарушений мышления и когнитивных функций при шизофрении. И здесь важно дифференцировать и определять те параметры патологического мышления, которые могут быть связаны с биохимическими, генетическими, биолого-математическими моделями психических болезней, проверка которых потребует большей точности и надежности измерений РМ, чем может предложить современная патопсихология. Поэтому снова актуальными становятся изучение и ревизия феноменологии РМ, разработка новых методов измерения нарушений мышления для более точной оценки их связей с многоуровневым психическим и органическим носителем (когнитивной и эмоционально-волевой базой психики, структурными, физиологическими, электрофизиологическими, биохимическими, внутриклеточными, генетическими и другими механизмами психоневрологической деятельности) (Andreasen, 1994). Здесь потребуется, очевидно, и привлечение иных, более продуктивных психологических теорий мышления (Чередникова, 2011).

В работах отечественных исследователей, аналогично зарубежным авторам, отмечается приоритетная роль изучения биохимических механизмов развития шизофрении для выявления маркерных тестов, проявляющих прогностический характер своей динамики, коррелирующий с выраженностью патологического процесса. (Барденштейн и др., 2010, 2014; Горобец и др., 2010; Озорнин и др., 2010, 2013; Говорин и др., 2011; Озорнина и др., 2011, 2013; Boskovic et al., 2011; Yao et al, 2011; Озорнин, 2012; Озорнина, 2012; Щигорева, 2013; Халикова, 2014; Dietrich-Muszalska, Kwiatkowska, 2014; Прохорова и др., 2015).

Одним из биомаркеров, представляющих интерес в плане широкого спектра их биологических функций, является металлотионеин (Пыхтеева, 2009, 2010; Шафран и др., 2011).

Металлотионеин (МТН) выполняет в центральной нервной системе широкий круг разнообразных физиологических функций, гетерогенный характер которых и взаимосвязь с различными типами клеток и мозговыми структурами потребовали проявления, наряду с общими (МТН-1 и МТН-2), синтеза специализированной изоформы (МТН-3), которая обеспечивает анализаторные, нейрофизиологические и нейромодуляторные функции, синаптическую передачу и работу трансмиттеров, а также защиту от формирования агрегированных амилоидных образований, играющих ведущую роль в патогенезе нейродегенеративных заболеваний (Шафран, Пыхтеева, 2011).

В связи с этим целью работы было проанализировать методологические аспекты оценки уровня металлотионеинов в изучении метаболических основ нейродегенеративных заболеваний на примере шизофрении.

Методика. Для изучения проблемы нейро дегенерации при шизофрении было исследовано 30 больных. Методика исследования предусматривала использование инновационной технологии -спектрально-динамического (СД) анализа (аппарат «Комплекс медицинский экспертный»). Выявлены СД-маркеры дегенеративных и латентных воспалительных процессов преимущественно аутоиммунного характера, характеризующие структуры головного и спинного мозга, черепно-мозговые нервы. Предположительно описаны ассоциации микробных факторов, коррелирующих с патологическими процессами в организме больных. Аномалии нейроморфологических особенностей мозга при шизофрении установлены как посмертными, так и прижизненными морфометрическими исследованиями. Для заболевания, в соответствии с многообразием его форм, характерен широкий диапазон морфологических изменений мозговой ткани - от случаев, где даже микроскопически выявляемые нарушения мозговых структур минимальны, до картин, представляющих собой иллюстрацию тяжелых форм энцефалопатии. Наиболее часто при проведении прижизненных (компьютерно-томографических, магнитно-резонанснотомографических - МРТ) исследований у больных шизофренией встречаются: расширение боковых желудочков мозга, редукция лобной и височной коры, изменения базальных ганглиев, гиппокам-пально-амигдалярного комплекса, уменьшение объема мозжечка (Орлова и др., 2010). '

При поиске биохимических маркеров были пройдены этапы обнаружения и характеристики ферментов глутаматного и энергетического метаболизма в тромбоцитах крови, разработки способов количественной оценки уровня этих ферментов и обнаружения корреляций между количеством ферментов и «шкальными» клиническими оценками психопатологического состояния до и после курсов антипсихотической терапии. Для биомедицинских исследований были выбраны два тромбоцитарных фермента - белка, подобного глутаматсинтетазе, (ГСПБ) и цитохром с-оксидазу (ЦО). Выбор этих ферментов обусловлен тем, что они, во-первых, обнаружены в количестве, достаточном для сравнительных анализов. Во-вторых, их активность/количество изменены в мозге при шизофрении и, если эти изменения носят системный характер, то подобные изменения можно ожидать и в тромбоцитах периферической крови. В-третьих, ферменты являются представителями биохимических систем (ГСПБ - глутаматной, ЦО - энергетической), функционирование которых нарушено в мозге при шизофрении. Рассматривая подгруппы шизофрения (ШИЗ) и шизоаффективный психоз (ШАП), можно отметить, что подгруппа ШАП более однородна по двум изученным биохимическим показателям, чем ШИЗ, и занимает «промежуточное положение» между подгруппой ШИЗ и контрольной группой. Исходные значения биохимических параметров - активность ЦО и количество ГСПБ - могут представлять практическую ценность для прогноза эффективности антипсихотической фармакотерапии у пациентов как с параноидной формой шизофрении в стадии обострения, так и с манифестным приступом эндогенного психоза. Эти тромбоцитарные ферменты могут быть кандидатами на роль маркеров эффективности антипсихотической терапии (Бурбаева и др., 2012.)

Результаты и обсуждение. Изучены показатели окислительного стресса (содержание ТБК-реактивных продуктов, резистентность и структурные характеристики мембран эритроцитов) в крови пациентов подросткового возраста с шизофренией и умственной отсталостью с нарушениями поведения. Исследование крови проводилось дважды - при поступлении в клинику и после проведенного лечения. Показано, что при рассмотренных психических заболеваниях в острой фазе имеет место некоторая активация процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) в эритроцитах крови, сопровождающаяся структурными изменениями мембран этих клеток. Вместе с тем в сыворотке крови пациентов наблюдается, напротив, высокодостоверное снижение уровня ТБК-реактивных продуктов, свидетельствующее о снижении процессов ПОЛ. После лечения происходит относительная нормализация уровня ТБК-реактивных продуктов эритроцитов, а также степени их гемолиза, однако микровязкость мембран эритроцитов остается отличной от контрольной. Существенного изменения показателей, характеризующих процессы ПОЛ в сыворотке крови после лечения, не наблюдалось. В связи с тем, что относительная нормализация показателей ПОЛ у обследованных пациентов происходила в ходе традиционного лечения, не включавшего препараты с антиоксидантной активностью, и была сопряжена с улучшением их клинического состояния, можно предположить относительную сохранность у этих пациентов регуляторной системы, поддерживающей уровень свободнорадикальных реакций в липидах. (Фаткулина и др., 2009).

Для больных параноидной шизофренией с терапевтической резистентностью к нейролептикам характерно нарушение метаболического гомеостаза, что проявляется повышением концентрации в крови метаболитов липопероксидации, а именно, малонового диальдегида в среднем в 2 раза и диеновых коньюгатов - в среднем в 1,95 раз. Использование комбинации иммуноактивного препарата полиоксидония и комплекса антиоксидантов (витамин Е, аскорбиновая кислота, ретинол) способствует нормализации показателей перекисного окисления липидов, тем самым обеспечивая восстановление метаболического гомеостаза (Рачкаускас и др., 2009).

Для больных параноидной шизофренией с терапевтической резистентностью к нейролептикам характерно наличие существенных нарушений содержания простагландинов (ПГ) (Е2 и Е2а) в крови, которое проявляется повышением Е2 в среднем в 1,18-1,2 раза и Е2а - в 2,56-2,6 раза относительно нормы. Исходя из этого, коэффициент ПГЕ2 /ПГЕ2а был снижен в среднем в 2,1-2,2 раза. Использование комбинации иммуномоделирующего препарата иммуномакса и витаминного препарата альфа-токоферола (витамина Е) способствует практически полной нормализации изученных показателей и тем самым улучшению состояния метаболического гомеостаза у данных больных (Рачкаускас и соавт., 2009).

Установлена потенциальная возможность управления патогенезом нейродегенеративных повреждений центральной нервной системы путем введения экзогенного МТН-3. Известна важная роль МТН-3 в активации глиальных клеток (в частности, астроцитов), как одного из ведущих механизмов осуществляемой этим белком нейропротекции (Шафран, Пыхтеева, 2011).

В этом плане представляет интерес то, что металлотионеин не только осуществляет детоксикацию и участвует в поддержании гомеостаза металлов, но также играет важную роль в связывании свободных радикалов во время окислительного повреждения. Особенно важна в этом смысле роль МТН-4, который содержится в мозге, обеспечивая его антиоксидантную защиту в совокупности с другими составляющими антиоксидантной системы организма. Вопрос о механизме антиоксидантного действия МТН до конца не решен и находится в стадии активного изучения. Эта относительно недавно открытая функция МТН делает возможным использовать его при терапии и диагностике состояний, вызванных экзогенным или эндогенным стрессорным воздействием избыточного количества свободных радикалов или активных форм кислорода (Пыхтеева, 2010).

Можно предположить необходимость реализации комплексной программы изучения метаболических основ нейродегенеративных заболеваний, в том числе шизофрении, включающей в себя оценку уровня металлотионеинов с совокупности со следующими параметрами:

• 1.    Уровни окислительной модификации белков (ОМБ) и молекул средней массы (МСМ) (Рубцов и др., 2012).

• 2.    Уровни веществ низкой и средней молекулярной массы и олигопептидов как составляющих пула молекул средней массы, по методу М.Я. Малаховой (Карпищенко и др., 2002).

• 3.    Уровни окислительной модификации липидов по реакции с тиобарбитуровой кислотой и регистрацией уровня малонового диальдегида, а также по концентрации карбонильных соединений, определяемой оригинальным методом ВТ. Зайцева (2001).

Другими словами, в данной программе мониторирования состояния пациентов с нейродегенеративной патологией учитываются тесты эндотоксикоза в совокупности с показателями окислительной модификации белков и липидов. При этом окислительные процессы целесообразно рассмотреть в спонтанном и индуцированном ионами металлов (железа, меди) состоянии в совокупности с оценкой уровня этих металлов, а также общей железосвязывающей способностью, уровнями цинка, магния. В перечень мониторируемых тестов следует также включить активность щелочной и кислой фосфатазы (ЩФ), гамма-глутамилтрансферазы (ГГТ), аминотрансфераз (АсАТ, АлАТ), уровень холестерина.

Заключение. Возможные корреляционные взаимозависимости динамики общих металлотионеинов (либо отдельных их изоформ) с другими маркерными клинико-биохимическими тестами могут характеризовать выраженность нейродегенеративного патологического процесса, в том числе при шизофрении.

Методологические аспекты оценки уровня металлотионеинов в изучении метаболических основ нейродегенеративных заболеваний, например шизофрении, следующие: 1) изучение взаимозависимостей с параметрами окислительного стресса (в условиях спонтанного и металл-индуцируемого окисления белков и липидов); 2) анализ корреляций с тестами эндотоксикоза; 3) выявление тенденций изменений динамики при наблюдении пациентов с различной степенью выраженности патологического процесса.

METHODOLOGICAL ASPECTS OF METALLOTHIONEIN LEVEL ASSESMENT IN STUDYING THE METABOLIC BASICS

OF NEURODEGENERATIVE DISEASES

N.V. Besruchko, O.M. Grigorieva

Безручко Н.В. Методологические аспекты уровня металлотионеинов в изучении метаблических основ нейродегенеративных заболеваний / Н.В. Безручко, О.М. Григорьева // Вести. ТвГУ. Сер.: Биология и экология. 2015. № 4. С. 16-26.