Печень — источник нейротоксинов при глутаровой ацидурии типа 1

Глутаровая ацидурия 1 типа — это наследственное заболевание, причиной которого является врожденный дефицит фермента глутарил-КоА-дегидрогеназы (GCDH), участвующего в катаболизме лизина. Недостаточность GCDH приводит к образованию некоторых нейротоксичных метаболитов, таких как глутаровая и 3-гидрокси-глутаровая кислоты, которые накапливаются в тканях мозга. Заболевание проявляется в раннем детском возрасте (от 3 до 36 месяцев) и вызывает тяжелые неврологические нарушения: неукротимую рвоту, эпилептические припадки, задержку психомоторного развития, утрату ранее приобретенных навыков. В настоящее время специфической терапии данного заболевания не существуют. Как правило, пациентам назначают диету с ограниченным потреблением лизина.

Ранее считалось, что токсические метаболиты образуются непосредственно в тканях мозга и через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) не проходят. Ученые из Университета Дьюка в США утверждают, что эти вещества образуются в печени и, преодолевая ГЭБ, затем откладываются в головном мозге. Результаты были опубликованы в Science Translational Medicine.

Исследование проводилось на мышах с нокаутом гена GCDH (GCDH-/-) с характерной неврологической симптоматикой. Некоторым мышам ученые пересадили здоровые гепатоциты от особей GCDH+/+. Животных обеих групп кормили пищей, богатой белком. Как и ожидалось, мыши GCDH-/- через несколько дней погибли в результате образования катаболитов лизина. А вот половина тех особей, которым пересадили здоровые клетки печени, выжили. В тканях головного мозга и печени уровень глутаровой и 3-гидрокси-глутаровой кислот у них был в норме. В отличие от мышей с нокаутом GCDH, у второй группы не было выявлено признаков вакуолизации нейронов и кровоизлияний в мозговые оболочки.

Но как определить, что именно печень играет ключевую роль в образовании токсических веществ? Для этого авторы исследования создали мышей с полностью выключенным катаболизмом лизина: с помощью CRISPR-Cas9 они произвели нокаут GCDH и ASSS — первого фермента, участвующего в катаболизме лизина. Особи с двойным нокаутом (GCDH-/- AASS-/-) тоже получали диету с высоким содержанием белка и при этом выживали. Далее им трансплантировали гепатоциты мышей GCDH-/-. Через несколько дней животные погибли, а в тканях их печени и головного мозга было обнаружено высокое содержание токсичных метаболитов. Также были выявлены патологические изменения в мозге. Ученые сделали вывод о том, что именно печень играет важную роль в выделении токсичных метаболитов, которые затем откладываются в тканях мозга и вызывают тяжелые симптомы. Интересно, что пересадка гепатоцитов от больных мышей здоровым (GCDH+/+ AASS+/+) не привела к гибели животных. Причем содержание токсических веществ в печени оказалось высоким, а вот в мозге — низким.

Можно ли каким-то образом повлиять на катаболизм лизина в печени у мышей с нокаутом GCDH? Исследователи предположили, что трансфекция вирусного вектора, экспрессирующего GCDH под специфичным для печени промотором, улучшит прогноз больных особей. Действительно, большинство мышей выжило даже после перевода на высокобелковую диету. Иммуноокрашивание выявило высокий уровень экспрессии GCDH гепатоцитами. Содержание токсических метаболитов в тканях оказалось невысоким, а патологических изменений в ткани мозга выявлено не было. Исследователи подтвердили свои результаты, проведя эксперимент на новорожденных мышах.

Ученые предложили и другой подход к генной терапии глутаровой ацидурии. У группы новорожденных мышей они провели делецию гена AASS с помощью трансфекции вируса, экспрессирующего CRISPR-Cas9. Животные выжили, уровень токсических метаболитов в печени и в мозге у них был низким, а двигательная активность животных тоже была сохранена. Таким образом, выключение катаболизма лизина снижает содержание нейротоксических веществ в мозге и уменьшает неврологическую симптоматику.

Итак, авторы доказали, что именно печень является источником нейтротоксичных катаболитов лизина при глутаровой ацидурии 1 типа. Возможно, результаты нового исследования помогут найти терапевтические подходы к лечению новорожденных с этим заболеванием.

Особый тип гепатоцитов у людей с хроническими заболеваниями печени — биомаркер высокого риска рака