Аномалии в сосудах мозга позволяют обнаружить болезнь Гентингтона еще до развития симптомов

Болезнь Гентингтона — это генетическое нейродегенеративное заболевание, которое вызывает нарушения движений, когнитивные и поведенческие изменения. Болезнь связана с мутацией белка гентингтина, а именно с дополнительными CAG-повторами в его гене — 40 и более повторов гарантируют развитие болезни. Аномальная форма гентингтина повреждает клетки мозга и вызывает гибель нейронов. К моменту проявления симптомов объем стриатума уменьшается примерно на 50%. В настоящее время лечение отсутствует. Важную роль в развитии нейродегенеративных заболеваний могут играть сосудистые и нейроваскулярные изменения. Снабжение мозга кислородом и питательными веществами регулируется работой нейроваскулярной единицы (NVU), включающей эндотелиальные клетки, астроциты, нейроны и гладкомышечные клетки. У людей с болезнью Гентингтона мутированный белок гентингтин обнаружен в основных компонентах NVU. Сосудистые изменения в мозге, наблюдаемые посмертно у пациентов с этим заболеванием, включают увеличение количества мелких сосудов, увеличение плотности сосудов и повышение проницаемости гематоэнцефалического барьера (ГЭБ). Хотя структурные и функциональные изменения при болезни Гентингтона хорошо охарактеризованы, роль нейроваскулярных единиц в развитии и прогрессировании болезни до сих пор не известна.

В недавно опубликованном исследовании группа ученых из Великобритании и Словении исследовала функциональные изменения в NVU, связанные с прогрессированием болезни, при помощи неинвазивных подходов и методов частотно-временного анализа. Исследователи предположили, что по одновременным изменениям нейронной активности и гемодинамики в состоянии покоя можно оценить эффективность работы NVU, и что снижение ее эффективности может быть ранним маркером развития болезни Гентингтона. Для проверки гипотезы ученые измерили сердечно-сосудистые, нейронные и нейроваскулярные колебания у пациентов с болезнью Гентингтона и здоровых добровольцев.

Используя математические методы, исследователи изучили множество ритмов, связанных с функционированием мозга и сердечно-сосудистой системы. Эти ритмы включали частоту сердечных сокращений и дыхания, связанные с транспортом питательных веществ и кислорода, а также более медленные ритмы, связанные с локальным контролем кровотока. Эффективность работы мозга зависит от того, насколько хорошо все эти ритмы координируются. Чтобы оценить функционирование нейроваскулярной единицы, авторы определили показатели интенсивности и координации упомянутых ритмов — их мощность и фазовую когерентность.

В исследовании участвовали 28 пациентов с болезнью Гентингтона. Пациентов разделили на две группы: 13 участников с пресимптомной стадией болезни и 15, у которых симптомы уже развились. Также в исследование включили две контрольных группы. Сначала авторы работы измерили частоту двух основных осцилляторов сердечно-сосудистой системы — сердца и легких. У группы пациентов с симптомами частота сердечных сокращений и дыхания была выше по сравнению с контрольной группой. Ученые также исследовали колебания оксигенации мозга при помощи функциональной ближней инфракрасной спектроскопии (fNIRS). Результаты измерений показали, что частота сокращений в миогенном и нейрогенном диапазоне сильно различалась между группами с симптомами и без них, указывая на разницу в регуляции нейроваскулярной единицы на разных стадиях развития болезни.

Затем ученые проанализировали электрическую активность мозга при помощи электроэнцефалограммы (ЭЭГ) и фазовой когерентности всплесков, или вейвлетов (wavelet phase coherence, WPC). Последняя определяет наличие или отсутствие координации между различными колебаниями, что может указывать на форму взаимодействия между их источниками. Как у пациентов с симптомами, так и у бессимптомных пациентов WPC была снижена в альфа- и гамма-диапазонах. Уменьшенная мощность сигнала ЭЭГ и снижение когерентности отражает изменение нейронной активности в обеих группах и ее постепенное снижение с развитием симптомов.

Для исследования координации медленных электрических и оксигенационных колебаний авторы рассчитали фазовую когерентность всплесков между временными рядами fNIRS и ЭЭГ. Зонды, излучающие инфракрасный свет, были размещены на головах участников исследования. Инфракрасный свет проникал через череп и позволял исследователям измерять оксигенацию крови в мозге. Анализ результатов показал, что фазовая когерентность нейроваскулярной единицы в интервале вокруг 0,1 Гц значительно снижена в обеих группах с болезнью Гентингтона по сравнению с контролем. Пресимптомная группа также имела меньшую мощность колебаний оксигенации по сравнению с контролем. Однако, когда ученые проанализировали данные от дополнительной группы пациентов с тяжелой формой хореи Гентингтона, они не обнаружили значимых различий в нейроваскулярной когерентности между ними и участниками исходной группы с симптомами.

Данное исследование демонстрирует сниженную эффективность нейроваскулярной единицы при болезни Гентингтона как на пресимптомной, так и на симптоматической стадиях заболевания. Работа сосудистой системы значительно нарушается еще до проявления симптомов, что приводит к снижению контроля кровотока в мозге и постепенному ухудшению мозговой активности, как видно на ЭЭГ. Наблюдаемые изменения гемодинамики и нейронной активности открывают путь к неинвазивному мониторингу болезни Гентингтона и оценке эффективности будущего лечения.

Стимуляция аутофагии может защитить от болезни Гентингтона