Сыворотка пациентов, которым угрожает болезнь Альцгеймера, нарушает развитие нейронов гиппокампа

Нейрогенез в гиппокампе идет у млекопитающих на протяжении всей жизни. При этом гиппокамп — одна из областей мозга, поражаемых на ранних стадиях болезни Альцгеймера (БА), его атрофия в значительной степени связана с потерей памяти и нарушением обучаемости. Однако все предыдущие исследования позволяли изучать нейрогенез только посредством вскрытия, то есть на поздних стадиях.

Известно, что образование новых клеток в гиппокампе может модулировать система кровообращения. В частности, кровь молодых мышей улучшает когнитивные функции старых мышей именно за счет активации нейрогенеза в гиппокампе. С другой стороны, факторы, модулирующие внутреннюю среду, например, определенные лекарства, физические упражнения и диета, повышают активность гиппокампального нейрогенеза и снижают риск возникновения БА. Ученые из Великобритании и Нидерландов проанализировали, как кровь людей, у которых впоследствии развилась болезнь, влияет на человеческие нейроны гиппокампа в культуре.

Исследователи на протяжении нескольких лет брали образцы крови у 56 человек с умеренными когнитивными нарушениями (mild cognitive impairment, MCI). Всего собрали 161 пробу. Из 56 участников исследования у 36 впоследствии была диагностирована БА. (Не у всех пациентов, страдающих MCI, в дальнейшем развивается БА, но людям с умеренными когнитивными нарушениями диагноз ставится гораздо чаще, чем в целом по популяции.)

Сывороткой крови, отобранной у доноров с MCI, обрабатывали мультипотентные клетки-предшественники нейронов гиппокампа человека (линия HPC0A07/03C, ReNeuron) и изучали, как клетки модифицируются под воздействием сыворотки и как меняется эффект по мере прогрессирования болезни у части пациентов.

Клетки линии HPC0A07/03C, полученные из эмбриональных тканей гиппокампа, были условно иммортализованы введением трансгена c-mycERTAM, который позволяет им неограниченно размножаться в присутствии нескольких факторов роста. Удаление этих факторов вызывало дифференциацию в нейроны. Клетки-предшественники обрабатывали сывороткой через сутки после посева для анализа пролиферации; а для анализа дифференцировки клетки обрабатывали сывороткой через сутки после посева в среду для пролиферации и еще раз через 3 дня после посева в среду для дифференцировки.

Авторы оценивали, в частности, среднее число клеток в фазе пролиферации; процент пролиферирующих клеток (по экспрессии маркера Ki67); среднее число клеток в фазе дифференцировки; процент клеток, содержащих расщепленную каспазу 3; процент клеток, продуцирующих даблкортин (маркер незрелых нейронов); процент клеток, продуцирующих белок, ассоциированный с микротрубочками 2 (MAP2), который характерен для нейронов.

Протеомный анализ сыворотки доноров, у которых впоследствии развилась болезнь Альцгеймера, и тех, кто у кого она не была диагностирована, показал отличия по уровням 205 белков. Среди них были белки, участвующие в нейрогенном процессе (например, GDF11), в развитии БА (LRRK2, RCAN1, NTRK2), или в нейрогенезе и БА (CREBBP, SFRP1, IL1RAP). Однако клеточные показатели пролиферации и дифференцировки позволили предсказать прогрессирование болезни гораздо точнее, чем протеомные данные.

Сыворотка крови участников, у которых впоследствии подтвердилась болезнь Альцгеймера, снижала пролиферацию клеток и способствовала их апоптозу. Но те же образцы сыворотки стимулировали трансформацию клеток-предшественников в нейроны гиппокампа. Причины усиления нейрогенеза остаются неясными; исследователи предполагают, что это может быть ранний компенсаторный механизм защиты от нейродегенерации. Повышенный апоптоз, возможно, связан с истощением питательных веществ и увеличением количества таких метаболитов, как лактат.

Исследователи обнаружили, что изменения в нейрогенезе происходят за 3,5 года до постановки клинического диагноза болезнь Альцгеймера. Примечательно, что более высокий уровень образования снижал вероятность развития болезни, хотя авторы и отмечают, что он может также коррелировать с более высоким социально-экономическим статусом и меньшей подверженностью факторам риска нейродегенеративных заболеваний.

Таким образом, изменения нейрогенеза in vitro под действием сывороточных факторов могут служить ранним биомаркером прогрессирования болезни Альцгеймера, который дополнит классические биомаркеры. Авторы признают, что предложенная ими модель не реконструирует нейрогенную нишу гиппокампа полностью, и планируют расширить ее за счет включения других важных участников развития болезни Альцгеймера, таких как микроглия.