Badania nad chorobą Alzheimera najczęściej sprowadzają się do molekularnego badania tkanki mózgowej pobieranej bezpośrednio po śmierci pacjenta (postmortem). Celem takich badań jest jak najdokładniejsze sprawdzenie obszarów oraz ilości utworzonych płytek starczych (B-amyloid) czy splątków neurofibrylarnych (ufosforylowane białko tau). Z badań samej tkanki można dowiedzieć się, że tworzenie patologicznych agregatów prowadzi z czasem do obumierania neuronów, przewlekłego stanu zapalnego czy glejozy (namnażania się i przerostu komórek mikrogleju i astrocytów). Na obecną chwilę ciężko jest jednoznacznie stwierdzić, że mechanizm ich powstawiania został już dobrze poznany. Jednak zatrzymanie rozwoju choroby, w dużej mierze zależy od rozszyfrowania przynajmniej części, oddziałujących na siebie elementów. Dlatego potrzebne są coraz to dokładniejsze badania in-vivo, które najlepiej odzwierciedlą symptomy na poziomie molekularnym. Z pomocą przychodzą nie tylko najnowsze metody neuroobrazowania (MRI, PET), ale głównie inżynieria genetyczna i zwierzęta modelowe. Neuroobrazowanie staje się ważnym czynnikiem diagnostycznym na poziomie neuropsychologicznym i strukturalnym. Z kolei modele neuropatologiczne przybliżają nam zmiany na poziomie biochemicznym, patologicznym i behawioralnym. Dokładne poznanie mechanizmu oraz miejsca mutacji odpowiedzialnego za powstawanie szkodliwego B-amyloidu może okazać się kluczowym czynnikiem do zaprojektowania precyzyjnych leków hamujących proces powstawania szkodliwego białka.

Istnieje wiele różnych czynników wpływających na powstawanie i rozwój choroby Alzheimera. Jednym z głównych jest mechanizm odpowiedzialnym za powstawanie tzw. płytek starczych (senile plaques) polegający na nieodpowiednim przetworzeniu (proteoliza) amyloidowego białka prekursorowego (APP) znajdującego się na 21 chromosomie. Proteoliza, czyli podzielenie białka na aminokwasy i peptydy, polega na „wycięciu” - poprzez odpowiednią sekretazę, czyli enzym proteolityczny -odpowiedniej długości łańcucha aminokwasowego z białka. Sekretazy są takimi „nożycami”, które w odpowiednim miejscu przecinają białko. Poprawnie odcięta cześć aminokwasowa z białka np. o długości 39 (AB39) i 40 (AB40) aminokwasów jest czynnikiem wzrostowym, a nawet wpływającym na poziom jonów wapnia w astrocytach. W efekcie czego otrzymujemy peptyd o odpowiedniej długości aminokwasowej. Cały proces proteolizy białka APP może przebiegać na dwa sposoby, jednak nas najbardziej interesuje sposób amyloidogenny i związana z nią B sekretaza. Niestety, powstają także białka o długości 42 aminokwasów (AB42), posiadające zdecydowanie większe ryzyko neurotoksyczności. Niewłaściwie odcięte białko (AB42) jest krótsze i takie odcinki często łączą się ze sobą, tworząc nierozpuszczalne złogi, będące głównym składnikiem płytek starczych. Stąd właśnie bierze się nazwa B-amyloidu, czyli białka przeciętego na drodze proteolizy amyloidogennej przez B sekretazę, tworzącego białko BACE.

Blaszki starcze składają się nie tylko z B-amyloidu, ale także z komórek mikrogleju czy astrocytów. Zbyt duża akumulacja złogów amyloidowych powoduje m.in. zaburzenie aktywności kanałów wapniowych w synapsach, uszkodzenie mitochondriów, uwalnianie wolnych rodników tlenowych (stan zapalny), a w konsekwencji obumieranie neuronów. Między innymi te czynniki wpływają na wzmożoną aktywność komórek mikrogleju, tworząc niekorzystne dla chorych dodatnie sprzężenie zwrotne. W sytuacji tworzenia się blaszek starczych komórki mikrogleju produkują czynniki prozapalne, ponieważ rozpoznają je jako intruzów, których trzeba unieszkodliwić. Niestety nie zawsze komórki mikrogleju reagują poprawnie, unieszkodliwiając zagrożenie. Wprost przeciwnie - pod wpływem mutacji genetycznych wytwarzają zbyt duże ilości czynników prozapalnych, wpływając pośrednio na wzmożoną produkcję i odkładnie się B-amyloidu. Jak wiadomo, takie mutacje występują także u niektórych osób chorych na Alzheimera lub specjalnie krzyżowanych do tego celu myszy lub szczurów. Jak zatem zatrzymać rozwój tej neurodegeneracyjnej choroby? A może wszystkiemu winna jest B sekretaza?

Dużym sukcesem na drodze do stworzenia leków hamujących rozwój choroby Alzheimera było poznanie mechanizmu proteolizy - wspomnianego już wcześniej - białka APP, a w szczególności genu kodującego białko BACE. Czy zatem zahamowanie aktywności BACE spowodowałoby zaprzestanie powstawania B-amyloidu?

Międzynarodowy zespół badawczy opublikował wyniki badań dotyczących konsekwencji zachamowania aktywności białka BACE w chorobie Alzheimera przez zastosowanie środka NB-360. Badacze posłużyli się modelem zwierzęcym podwójnie transgenicznej myszy (APP23xPS45). Zwierzęta modelowe posiadały ludzkie białko APP i Preseliny 1 (PS1 - odpowiada za przeprowadzenie proteolizy dla białka APP). Zwierzęta z grupy kontrolnej z chorobą Alzheimera już po 6 miesiącach wykazywały patologiczne zmiany w korze mózgowej w obszarach ciemieniowym i czołowym, przejawiające się agregacją B-amyloidu, przerostem komórek mikrogleju i astrocytów (dystrofia). Labirynt wodny Morrisa jest testem behawioralnym sprawdzającym pamięć, czyli gdzie platforma znajduje się w pojemniku. Jak wiadomo, myszy nie przepadają za wodą, a tym bardziej za pływaniem, dlatego też dość szybko uczą się znajdowania i zapamiętywania położenia platformy, na której są bezpieczne. Po kilku próbach testowych myszy zapamiętywały, gdzie znajduje się platforma oraz jak się na nią wdrapać. Jednak w grupie z Alzheimerem test wykazał znaczące problemy w znalezieniu bezpiecznego miejsca – wejście na platformę następowało, dopiero po 30 s. Po testach behawioralnych badacze rejestrowali także, aktywność populacji neuronów w 2 i 3 warstwie kory czołowej. Zaobserwowali hiperaktywność (o częstotliwości powyżej 6 aktywności na minutę) oraz hipersynchronizację pomiędzy niektórymi neuronami, powodującą stany epileptyczne – oba stany są patologiczne dla mózgu, gdyż zaburzona zostaje gospodarka jonów wapnia.

Zdrowe myszy z grupy kontrolnej (WT) w teście wodnym Morrisa nie miały żadnych problemów ze znalezieniem platformy - wejście następowało po 5 s. Co świadczy o normalnym zdrowym rozwoju i braku choroby neurodegeneracyjnej. Potwierdziła ten wniosek także rejestracja aktywności neuronalnej.

Myszom z grupy eksperymentalnej (APP23xPS45), przez pięć dni podawano w paszy środek NB-360, hamujący aktywność białka BACE. Największe zmiany behawioralne zaszły już drugiego dnia od podawania środka. A z każdym kolejnym dniem myszy coraz szybciej znajdowały platformę w teście labiryntu wodnego. Oczywiście miało to swoje konsekwencje, także na poziomie neurobiologicznym. Jak można się spodziewać, podanie środka zmniejszyło o kilka punktów procentowych ilość B-amyloidu, a także zdecydowanie ustabilizowało hiperaktywność i hipersynchroniczość neuronów. Wydaje się, że rola hamowania aktywności białka BACE jest kluczowa dla powstrzymywania choroby Alzheimera.

Oczywiście nie są to jedyne badania ilustrujące, że istnieje nadzieja na przynajmniej zahamowanie tej najczęstszej neurodegeneracyjnej choroby naszych czasów. Oczywiście dla poparcia wniosków i obserwacji badacze będą kontynuowali badania. Jednak jeszcze nie wszystkie szlaki i mechanizmy powstawania B-amyloidu zostały dostatecznie dobrze poznane, aby można było adekwatnie przełożyć ten model na ludzi. Miejmy nadzieję, że to tylko kwestia czasu w niedalekiej przyszłości.

Bibilografia:

A. D. Keskin, M. Kekuš, H. Adelsberger, U. Neumann, D. R. Shimshek, B. Song, B. Zott, T. Peng, H. Förstl, M. Staufenbiel, I. Nelken, B. Sakmann, A. Konnerth, and M. A. Busche. BACE inhibition-dependent repair of Alzheimer's pathophysiology. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017 DOI: 10.1073/pnas.1708106114

Literatura:

A. D. Keskin, M. Kekuš, H. Adelsberger, U. Neumann, D. R. Shimshek, B. Song, B. Zott, T. Peng, H. Förstl, M. Staufenbiel, I. Nelken, B. Sakmann, A. Konnerth, and M. A. Busche. BACE inhibition-dependent repair of Alzheimer's pathophysiology. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017 DOI: 10.1073/pnas.1708106114

Busche MA, et al. (2015) Decreased amyloid-β and increased neuronal hyperactivity by immunotherapy in Alzheimer’s models. Nat Neurosci 18:1725–1727.

Neumann U, et al. (2015) A novel BACE inhibitor NB-360 shows a superior pharmacological profile and robust reduction of amyloid-β and neuroinflammation in APP transgenic mice. Mol Neurodegener 10:44.

Solito E, Sastre M (2012) Microglia function in Alzheimer's disease Front Pharmacol 3:14

Sastre M, Klockgether T, Heneka MT (2006)Contribution of inflammatory processes to Alzheimer’s disease: molecular mechanisms Int J Dev Neurosci 24:167–176

Vassar R, et al. (1999) Beta-secretase cleavage of Alzheimer’s amyloid precursor protein by the transmembrane aspartic protease BACE. Science 286:735–741.