Посещений:
Алцгеймера Болезнь

Роль Метаболизма Холестерола

Cholesterol at the crossroads: Alzheimer's disease and lipid metabolizm
C.L.Wellington
Clin. Genet. V.66, No 1, P. 1-16, 2004
Alzheimer's disease (AD) нейродегенеративное заболевание, которое после 5-20-летней продолжительности вызывает у AD пациентов выраженное снижение повседневной активности, все они нуждаются в уходе на дому или в клинике, особенно на последних стадиях болезни. Затраты на AD определяются более чем в 100 биллионов $ ежегодно.
AD наиболее частая причина старческого слабоумия, у пациентов развиваются тяжелые нарушения кратковременной памяти и исполнительные корковые функции, а также возникают трудности с языком, подсчётами, визуально пространственным восприятием, с поведением и законопослушностью (1). Т.к. для точной диагностики AD необходимо биологическое определение внеклеточных амилоидных бляшек и внутриклеточных нейрофибриллярных клубчков, которые являются постоянными неропатологическими признаками AD, то большинство случаев AD устанавливается на аутопсическом материале (2). Однако, критерии разработанные NINCDS-ADRDA (National Institute of Neurological and Communicative Diseases and Stroke/Alzheimer's Disease and Related Disorders Association) позволяют врачам поставить диагноз у живых пациентов с 90% аккуратностью (2). менее чем у 1% AD пациентов имеет место с ранним началом семейная AD (FAD), которая наследуется как аутосомно доминантный признак. Такие пациенты обычно имеют вызывающие болезнь мутации в любом из 3-х генов: amyloid precursor protein (APP), presenilin-1 (PSEN1) или resenilin-2 (PSEN2) (3-11). Напротив, более 95% случаев AD обнаруживается у индивидов после 65 лет и известны как late onset AD (LOAD). При LOAD не выявляется чёткого Менделевского наследования, хотя семейные, близнецовые и эпидемиологические исследования показывают, что от 37 до 83% LOAD м. испытывать влияние со стороны генетических факторов (12-14).
Достигнуты определенные успехи в исследовании генов, связанных с LOAD, как в результате сканирования всего генома, так и подходов по исследованию ассоциаций. Хотя приблизительно 50 генов обнаруживало ассоциацию с LOAD, только apolipoprotein B (APOE) был оценён во многих независимых исследованиях (8-11, 15). Столь неутешительно малый урожай подтверждений генетических ассоциаций с LOAD указывает на очень сложную природу, в которой интегрированы вклады многих генетических и средовых факторов Большинство из проведенных исследований ассоциаций методологически ограничено недостаточной силой, неспособностью воспроизвести ассоциации в независимых выборках и отсутствие анализа гаплотипов, всё это м. давать ложно-положительные результаты (11).
Многие факторы риска атеротромботических цереброваскулярных заболеваний перекрываются с таковыми для AD, включая атеросклероз, APOE генотип, диабет и гипертензия (16-21) Напр., доказательства атеросклероза м.б. найдены у более 78% пациентов с подтвержденной на аутопсии AD, а наличие атеросклероза ассоциирует с повышенным риском AD (22, 23). Более того, индивиды с признаками малых инсультов головного мозга обнаруживают превалирование AD (24), а нарушения и снижение восприятия (cognitive) ассоциируют с высокой степенью стеноза левой внутренней каротидной артерии в выборке более 4000 правшей без признаков клинического проявления инсультов, преходящих ишемических атак или carotid endocardectomy (25).
Наконец, одновременное появление сосудистых заболеваний и различных форм деменции рассматривается в основном как совпадение. Однако, растёт убеждение в том, что, по крайней мере, некоторые патологические процессы м. вызывать сосудистые заболевания и деменцию (16, 19-21, 26, 27). Холестерол, по-видимому, играет основную роль в патогенезе AD (28-31). Это базируется на 4 линиях исследований: (а) АРОЕ генотип влияет на возраст начала AD; (b) внутриклеточный холестерол регулирует продукцию Aβ пептидов из амилоидного белка предшественника, который накапливается в виде амилоидных бляшек в головном мозге и сосудах головного мозга пациентов AD; (c) холестерол-понижающие лекарства снижают склонность к AD; (d) повышенный холестерол в плазме в средине жизни ассоциирует с повышенным риском AD. Все эти наблюдения указывают на то, что гены с известной ролью в биосинтезе холестерола, внутриклеточном метаболизме холестерола и трафике, а также в липидном метаболизме в ПНС и ЦНС м. участвовать в патогенезе AD.

Cholesterol and pathogenesis of AD


Apolipoprotein E


Apolipoprotein E (apoE) является хорошо охарактеризованным белком в 299 аминокислот, который участвует в метаболизме липидов в периферической и центральной нервной системе. В плазме apoE участвует в транспорте и высвобождении липидов в периферических тканях. ApoE является компонентом липопротеиновых частиц, богатых триглицеридами, включая very low-density lipoprotein (VLDL) и chylomicrons, а также минорным компонентом high-density lipoprotein (HDL) частиц, богатых холестеролом (32). ApoE является мощным лигандом для членов семейства low-density lipoprotein (LDL) рецепторов как печеночных, так и внепеченочных клеток, а связывание apoE со своими рецепторами активирует интернализацию и очистку от липопротеинов (33).
Липиды в ЦНС транспортируются в цереброспинальную жидкость на липопротеиновые частицы (34-36). ApoE является главным аполипопротеином в головном мозге и его концентрация в спинномозговой жидкости составляет примерно 3-5 µg/ml (33, 37). Трансплантационные эксперименты у людей показали, что apoE в ЦНС синтезируется внутри головного мозга скорее, чем происходит с периферии (38). В ЦНС apoE синтезируется в основном с помощью астроцитов с минорным вкладом микроглии (34, 39). Более того, синтез apoE индуцируется в ответ на повреждения или болезни ЦНС , при этом он координирует мобилизацию и перераспределение холестерола для репарации и поддержания нейрональных мембран и миэлина (40, 41). Возникающие apoE-содержащие частицы, секретируемые с помощью глии, являются преимущественно дискоидными по форме и содержат мало стержневых липидов, тогда как ассоциированные со спинномозговой жидкостью apoE являются сферическими частицами примерно 15-20 nm в размере, которые также содержат периферический благоприобретенный apoA1 и напоминают HDL частицы (42-44).
Человеческий APOE картирован в хромосоме 19q13.3 и кодирует три главных аллеля, которые отличаются по одной аминокислотной замене: APOE2 (Cys112, Cys158), APOE3(Cys112, Arg158) и APOE4 (Arg112, Arg158) (33). APOE впервые был открыт как фактор генетического риска AD (45), генетическая ассоциация apoE4 с AD достаточно строга, чтобы рассматриваться в качестве позитивного контроля в исследованиях по ассоциации, так что те исследования, которые не выявляют подобной ассоциации м. рассматриваться как нерепрезентативные (9). Помимо AD наследование apoE4 ассоциирует также с плохим исходом для др. форм нейрональных повреждений, включая травмы головы, церебральные кровоизлияния и инсульты, которые м.б. связаны со способностью apoE ЦНС облегчать репарацию поврежденных мембран нейронов после разных форм острых или связанных с возрастом стрессов (46-49). У индивидов с нормальными познавательными способностями APOE генотип, по-видимому, не затрагивает липопротеинов спинномозговой жидкости или средние уровни в ней Aβ40 или Aβ42 (50). Напротив некоторые сообщения указывают на то, что AD индивиды с клиническими проявлениями имеют измененный состав липопротеинов в спинномозговой жидкости и что эти изменения коррелируют с генотипом APOE. Напр., липопротеины спинномозговой жидкости от AD пациентов более чувствительны к окислению (51-53) и имеет пониженное содержание apoE и повышенные уровни apoA1 (43, 54, 55).
Эти наблюдения подтверждают гипотезу, что пути, которые связывают apoE и метаболизм липидов в ЦНС и ПНС изменены при AD, хотя в точности как это происходит ещё неясно. Показано, что APOE генотип коррелирует c LDL холестеролом в плазме, так что apoE4 ассоциирует с наивысшими уровнями LDL cholesterol (LDL-C), apoE3 с промежуточными уровнями, а apoE2 с самыми низкими уровнями LDL (56). У обоих полов присутствие apoE4 является существенным фактором риска болезни коронарных артерий, что скорее всего связано с различиями в очистке от VLDL и chylomicron (57-59). Более того, apoE генотип коррелирует также с LDL реакцией на терапию statin'ами, т.к. apoE2 ассоциирует наивысшей эффективностью по снижению LDL в ответ на воздействие pravastatin, apoE3 обнаруживает промежуточную реакцию, а apoE4 самое незначительное снижение уровня LDL в плазме (60).
Несмотря на очевидность apoE как фактора генетического риска AD, точный механизм, лежащий в основе взаимоотношений аллелей APOE с риском AD остаётся предметом интенсивных исследований. Одним из компонентов этой ассоциации является то, что apoE модифицирует возраст начала AD, т.к. люди, гомозиготные по APOE4 имеют средний возраст начала меньше 70 лет по сравнению с более 80 годами для apoE3 гомозигот (45, 61). Напротив, наследование одного аллеля APOE2 задерживает возраст начала AD до более 90 лет (29, 30, 61). Возраст, пол и этническое происхождение модифицируют ассоциацию apoE с риском AD (46, 62, 63). Напр., apoE4 оказывает более сильное влияние на AD нейропатологию у женщин по сравнению с мужчинами (62, 64). Хотя эффекты apoE4 на AD увеличиваются с возрастом, эти взаимоотношения, по-видимому, слабеют при очень большом возрасте, особенно у старых женщин в пост-менопаузе (49, 62, 63). По сравнению с белыми apoE4, по-видимому, демонстрирует более высокий риск у японцев, но м.б. менее эффективным у индивидов Афро-Американского или Испанского происхождения (62).
итак, точные механизмы, с помощью которых apoE4 участвует в возникновении LOAD, в основном неизвестны. Предложено несколько гипотез для объяснения того, как apoE участвует в AD. Напр., предполагается, что apoE обусловливает нейровоспаление (65, 66), участвует в регуляции системы холинергических нейротрансмиттеров (67-69), в передаче сигналов нейронами (70-72) и в подержании интеграции барьеров между кровью и головным мозгом (73-75). Одной из наиболее подходящих гипотез о функции apoE является предположение, что apoE является ключевым медиатором метаболизма Aβ. ApoE соединяется с Aβ, влияя на отложение и очистку Aβ пептидов, и необходим для отложение амилоида in vivo (65, 76-81). Более того, apoE влияет на отложение амилоида аллель-специфическим образом (65, 77, 82, 83).

Cholesterol biosinthesis inhibitors reduce the prevalence of AD


В 2000 было предположено, что statins, лекарства, которые ингибируют 3-hydroxy-3-methyl-glutaryl coenzyme A (HMG Co-A) reductase, скорость-ограничивающую ступень биосинтеза холестерола, м. редуцировать предрасположенность к AD более чем на 70% (84,85). Сходным образом ингибирование биосинтеза холестерола с помощью статинов и др. ингибиторов синтеза холестерола, редуцируют бремя амилоида у морских свинок и мышей, моделирующих AD (86,87)? точно также как и понижают генерацию амилоид-формирующих Aβ пептидов в культивируемых клетках (86-91). Некоторые проспективные исследования продемонстрировали, что статины в стандартных терапевтических дозах редуцируют оборот холестерола в головном мозге, хотя установившийся (steady-state) уровень Aβ в спинномозговой жидкости остаётся неизменным (92-97). Однако, после этого у таких пациентов нейропатологические нарушения м.б. измерены только в виде установившихся уровней Aβ в спинномозговой жидкости, но не в виде амилоидного бремени в специфических областях головного мозга. Хотя необходимы ещё дальнейшие исследования снижение склонности к определенным AD в этих ретроспективных исследованиях подтверждают, что м. ожидать благоприятного эффекта.

Cholesterol and the regulation of amyloid metabolism


Амилоидные бляшки состоят из фибриллярных агрегатов пептидов Aβ, которые откладываются в нейральной паренхиме и в кровеносных сосудах (1). Пептиды Aβ имеют до 43 аминокислот в длину и происходят из amyloid precursor protein (APP) с помощью протеолитического расщепления. Большинство молекул АРР расщепляется внутри Aβ домена с помощью α-secretase, чтобы высвободить нейротрофический эктодомен АРР в спинномозговую жидкость (98, 99) и предотвратить образование Aβ. Напротив, расщепление АРР с помощью β- и γ-secretase генерирует N и С концы Aβ пептида (99). Специфическое место расщепления с помощью γ-secretase варьирует и большинство пептидов являются Aβ40 (99). Однако, приблизительно 10% секретируемых Aβ являются Aβ42, которые действительно агрегируют и действуют как очаг для образования бляшек путём рекрутирования Aβ40 (100-102).
Внутриклеточный холестерол м. регулировать, как АРР будет расщепляться путём прямого модулирования активности secretase или путём воздействия на внутриклеточный трафик секретаз и/или АРР. γ-Secretase является связанным с мембраной комплексом , состоящим из 4-х компонентов: presenilins, nicastrin, aph-1 и pen-2 (103-110). β-Secretase кодируется с помощью ВАСЕ1, также является трансмембранной протеазой (111), обнаруживаемой внутри специализированных не-кавеолярных липидных платформ и в ранних эндосомах (112, 113). Связанные с мембраной АРР также обнаруживаются внутри липидных платформ (89, 112-114). Нагрузка холестеролом усиливает активность γ-secretase и приводи в результате к усилению высвобождения амилоидогенных Aβ in vitro и in vivo (116-118). Напротив, низкие уровни внутриклеточного холестерола способствуют процессингу АРР с помощью не-амилоидогенного пути, что ведет к снижению отложений Aβ (87-91, 119). Недавно был выявлен аберрантный внутриклеточный транспорт холестерола, затрагивающий распределение presenilin (118, 120), и что расщепление АРР с помощью β-secretase зависит от ассоциации АРР и β-secretase в липидных платформах (119). Эти исследования подтверждают гипотезу, что внутриклеточный холестерол играет критическую роль в образовании Aβ путём прямой ассоциации β-secretase с АРР. Кроме того, холестерол плазмы м. играть основную роль в очистке от Aβ пептидов, которые, как полагают, соединяются с липопротеинами плазмы после прохождения барьера между кровью и мозгом (81, 121-123).

Plasma and cerebrospinal lipids in AD: tantalizing connections


Роль пищевого холестерола в AD впервые была обнародована в 1994 Sparks, показавшим, что кролики, которых кормили пищей с высоким содержанием холестерола, накапливают амилоид в нейронах гиппокампа (124). Сходные наблюдение были сделаны на Африканских зеленых мартышках и трансгенных мышах, моделирующих AD, у которые отложения Aβв паренхиме или сосудах увеличивались в ответ на диету с высоким холестеролом (115, 116, 125, 126). Однако, имеются и конфликтные сообщения о том, изменены ли уровни в плазме липидов или липопротеинов у пациентов AD (127-132). Напр., Pappolla et al., недавно показали достоверную ассоциацию между повышенным общим холестеролом (ТС) и отложениями амилоида у пациентов между 40 и 55 годами, у которых увеличение ТС со 181 до 200 mg/dl почти утраивало шансы развития амилоида (130). Это согласовалось с анализом Notkola et al, в которых ТС более 251 mg/dl в возрасте 4--59 лет ассоциировало с трёкратным увеличением AD позднее (132) Напротив, недавний анализ 2611 субъектов не выявил ассоциации между AD и измерениями ТС в течение 30-летнего промежутка в non-fasted плазме (131).
Т.к. уровни ЕС представляют собой комбинированный вклад нескольких субклассов липопротеинов, поэтому некоторые исследования попытались определять, происходят ли специфические изменения в HDL cholesterol (HDL-C) или LDL-С, связанные с AD. Launer et al. сообщили о строгой линейной ассоциации между увеличением в поздней жизни уровней HDL-C и увеличением неокортикальных нейритных бляшек и неокортикальных и гиппокампа нейрофибриллярных клубков (tangles) (22). Однако, в др. исследованиях, уровни HDL-C и LDL-C каждого были или повышены или понижены у пациентов с AD (18, 133-138). Причины расхождений неясны, но скорее всего отражают различия в популяционной стратификации, соотв. контроле возраст-зависимых изменений в уровнях липидов, отсутствии нейропатологического подтверждения AD в некоторых исследованиях и технических вещей, включая использование fasted или non-fastwd плазмы. Однако, комбинированные исследования людей или животных моделей подчёркивают возможную роль холестерола плазмы в патогенезе AD.

Candidate genes for AD with roles in lipid metabolism


Несмотря на успехи в идентификации генетических причин семейных с ранним началом форм AD, попытки определить гены, отвечающие за LOAD, оказались безуспешными (8, 10, 11, 15). Кстати, APOE остаётся единственным геном с чётко установленной и воспроизводимой рю в LOAD. Однако, результаты некоторых скринингов по всему геному пролили некоторый свет на области хромосом 6, 9, 10 и 12, которые м. нести гены для LOAD (139-151). Эти области были идентифицированы при нескольких сканированиях, включая одно сканирование этнически гомогенной выборки, которая подтвердила сцепление области на хромосоме 12 (150, 151). Имеются некоторые разногласия относительно точной локализации пиков сцепления среди опубликованных исследований, что м. отражать существование множественных генов внутри идентифицированных пиков. Интересно, что области на хромосомах 9, 10 и 12 содержат, по крайней мере, одного кандидата с биологически различимой связью с липидным метаболизмом, однако необходимы дальнейшие исследования. Суммарные данные по этим генам приведены в Табл. 1. Alpha-2-macroglobulin (α2M) растворимый гликопротеин, состоящий из 4 идентичных в 180 кДа субъединиц, соединенных в тетрамер (152). α2M подобно др. макроглобулинам связывается со многими лигандами, которые оказываются заловленными внутри тетрамера, который затем интернализуется посредством α2M рецепторов для возможной деструкции груза в лизосомах (153). α2M обнаружен и в плазме и в головном мозге, а основным α2M рецепторов в головном мозге является LDL receptor-related protein (LRP)(153). Наблюдение, что α2M локализуется в бляшках нейритов головного мозга AD (154-157) и связывает Aβ с высокой специфичностью (158, 159) подтверждает роль α2M в патогенезе AD. Возможно, что м м. участвовать в метаболизма Aβ, затрагивая очистку посредством LRP. A2M картируется в 12р13.3 внутри области, участвующей в LOAD. Хотя некоторые исследования ассоциаций не выявили существенной связи между А2М и AD, но существенные ассоциации выявлены в др. работах (152, 160-167). А2М остаётся кандидатом в качестве гена на хромосоме 12, влияющего на АD.

LRP1


LDL receptor-related protein (LRP) является членом подсемейства LDL рецепторов, в которое входят LDL рецептор, VLDL рецептор, LRP и megalin (168). LRP1 кодирует в 600 кДа эндоцитотический рецептор, который экспрессируется в нейронах и реактивных астроцитах и особенно обилен в кортексе и гиппокампе. LRP соединяется с тремя большими группами лигандов, включая proteinases и ингибирующие комплексы, такие как α2M, липопротеины и родственные молекулы, включая ароЕ и др. молекулы, такие как lactoferrin. Наблюдения, что ароЕ и α2M, каждый соединяются с Aβ, также как и с LRP подтверждает, что LRP функция м. играть выдающуюся роль в Aβ очистке (clearance) (169). LRP1 локализован в хромосоме 12q13. Сходно, как и в случае А2М описаны и позитивные и негативные ассоциации для LRP1 и AD (170-176). Т.к. LRP1 содержит 89 экзонов на протяжении приблизительно 92 т.п.н. (177), то возможно, что анализ некоторых полиморфизмов или гаплотипных блоков будет необходим дл выяснения генетического вклада LRP1 в AD.

IDE


Insulin-degrading enzyme (IDE) проявляет себя как очень строгий ген кандидат для LOAD внутри области сцепления на хромосоме 10р23 (145-147, 178). IDE кодирует в 100-kDa thiol zinc-metalloendopeptidase, располагающуюся в цитозоле, пероксисомах, эндосомах и на клеточной поверхности (179). IDE деградирует множество мелких белков, которые обладают общий тенденцией формировать амилоидные фибриллы, включая Aβ, insulin, glucagons, amylin, atrial natriuretic factor и calcitonin (179). Кроме того, IDE деградирует внутриклеточные домены АРР, генерируемы после расщепления γ-secretase (180). Установлено, что деградация Aβ нарушена у IDE-дефицитных мышей, в результате чего наблюдается повышенное отложение амилоида (181, 182). Более того, избыточная экспрессия IDE в нейронах существенно супрессирует отложение амилоида in vivo , демонстрируя тем самым, что повышенная активность IDE м.б. привлекательным терапевтическим подходом при AD (183).
IDE первоначально был идентифицирован как ген кандидат для диабета meliiitus типа (184, 185). Недавно установлено, что вариации в гаплотипном блоке, захватывающем IDE, KNSL1, HHEX, сказывались на AD, хотя не получено доказательств, что причиной являются мутации IDE (186). Подобно многим кандидатам на роль генов LOAD, IDE первоначально не выявлял ассоциации с AD (187? 188). Однако, недавнее стратифицирование с помощью ароЕ генотипа дало в результате три варианта IDE, обнаруживающие ассоциацию с LOAD у пациентов, лишенных ароЕ4 (189). Растут доказательства генетической ассоциации IDE с LOAD, в купе с влиянием отложений IDE и амилоида in vivo , строго подтверждающих роль IDE в LOAD. Кроме того, нехватка IDE ведет к нарушению деградации инсулина в печени, что вызывает гиперинсулинемию и непереносимость глюкозы (181). Т.к. состояния резистентности к инсулину, как давно известно, коррелируют с липидными аномалиями (190-192), то возможно, что дисфункция IDE м. влиять на генерацию или очистку Aβ при AD.

ABCA1


Ген ABCA1, который кодирует adenosine triphosphate-binding cassete transporter ABCA1 картируется в хромосоме 9q31.1. V является ключевым регулятором метаболизма HDL холестерола и влияет на транспорт внутриклеточного свободного холестерола и фосфолипидов из плазматических мембран периферических клеток на свободный от липидов ароАI во время обратного транспорта холестерола (193). Мутация одного из аллелей ABCA1 вызывает семейную hypoalphalipoproteinemia, средней выраженности нарушение метаболизма периферических липидов, характеризующееся снижением в плазме уровней HDL (194). Мутации обоих аллелей во время обратного транспорта холестерола (193). Мутация одного из аллелей ABCA1 вызывают Tangier disease (TD), которая характеризуется почти полным отсутствием в плазме HDL, отложениями внутриклеточных эфиров холестерола и повышенным риском сердечнососудистых заболеваний (194-196). Напротив, избыточная экспрессия во время обратного транспорта холестерола (193). Мутация одного из аллелей ABCA1 у мышей увеличивает уровни HDL в плазме и защищают против атеросклероза (197, 198).
ABCA1 экспрессируется в головном мозге и обнаруживается в нейронах, астроцитах и микроглии (197, 199-201). Хотя специфическая функция ABCA1 в головном мозге ещё не известна, но возможно, что ABCA1 участвует в регуляции трафика липидов между разными типами клеток внутри головного мозга. Напр., активность ABCA1 м.б. особенно важной рециклинга холестерола в головном мозге после повреждений нейронов (41, 48, 202). ABCA1 м. также играть аналогичную роль в активированной микроглии, как и в периферических макрофагах, где ABCA1-обусловленная утечка свободного холестерола предупреждает накопление избытка липидов в активно фагоцитирующих клетках (201-204). Наконец, ABCA1 м. участвовать в удалении избытка холестерола из головного мозга, т.к. экспрессия ABCA1 в эндотелиальных клетках барьера кровь-головной мозг стимулируется с помощью 24S-hydroxycholesterol (205).
Повышена ли предрасположенность к AD у пациентов TD не была специально изучена, т.к. TD редкое заболевание и большинство пациентов не доживает до 70 лет (206).Однако, два недавних исследования показали, что ABCA1 м. участвовать в генерации Aβ пептидов. Было показано, что повышенный ABCA1 редуцирует продукцию Aβ пептидов из АРР человека в модельных клеточных культурах (201-207), тогда как в др. исследовании было найдено, что повышенный ABCA1 увеличивает генерацию эндогенных Aβ у грызунов (208). Причина расхождений пока неясна, но эти наблюдения указывают на то. что ABCA1 м. влиять на патогенез AD, влияя на генерацию Aβ.
Избыточность функции одно-нуклеотидного полиморфизма в ABCA1 (R219K) (209, 210) подтверждает задержку возраста начала AD приблизительно на 1.7 лет в исследовании 169 LOAD пациентов и 166 контрольных индивидов в двух этнически независимых выборках (211). Недавно мета-анализ 1750 индивидов дал дальнейшее подтверждение для ABCA1 + гаплотипа, что он м. влиять на риск AD (212). Было генотипировано и гаплотипировано несколько одно-нуклеотидных полиморфизмов, включая и R219K в четырех независимых выборках Европы, представленных случаями как с ранни, так и поздним началом. По сравнению с контролем два гаплотипа (Н2 и Н5) были избыточно представлены у AD пациентов, тогда как два др. гаплотипа (Н1 и Н3) представлены в недостатке (212). Т.к. активность ABCA1 м. влиять на уровни внутриклеточного холестерола, холестерола плазмы и гомеостаз липопротеинов, а также транспорт липидов между периферической и ЦНС in vivo , то это специфически указывает на роль ABCA1 в патогенезе AD.

ACAT/SOAT


Acyl-coenzyme A:cholesterol acyltransferase (ACAT, также sterol-o-acyltransferase, SOAT) является внутриклеточным энзимом, который синтезирует эфиры холестерола в большинстве тканей (213). Идентифицированы два ACAT гена (ACAT1 и ACAT2)(214-216), оба кодируют продукты, которые участвуют в регуляции хранения внутриклеточных эфиров холестерола в виде липидных капелек, в становлении эфиров холестерола стержневыми липидами во время синтеза и сборки липопротеиновых частиц и в абсорбции пищевого холестерола. В тканях людей ACAT1 экспрессируется повсеместно с превалированием экспрессии белка в Kupffer клетках и макрофагах, а также в нейронах (217). Экспрессия ACAT2, однако, по-видимому, ограничена печенью и кишечником, где она, как полагают, является главным игроком в реакции на пищевой холестерол (214, 215,218). Разрушение ACAT1 у мышей ведет к значительным отложениям холестерола в коже и головном мозге, но это не защищает от атеросклероза hyperlipidemic модельных мышей (219). Напротив, ACAT2-дефицитные мыши резистентны к вызываемой диетой гиперхолестеролемии и заметно защищает от атеросклероза (220, 221).
Уровни Aβ существенно редуцированы в клетках, лишенных ACAT1 по сравнению с родительскими клетками с сильной активностью ACAT1, и фармакологическое ингибирование ACAT сходным образом редуцирует генерацию Aβ в линиях клеток и прежде всего в нейронах (222). Это заставляет обратить внимание на ингибиторы ACAT как потенциальные терапевтические агенты для AD, хотя неизвестно, являются ли ACAT1 и ACAT2 первичными фармакологическими мишенями.
Официальным генетическим символом согласно Human Genome Organization (HUGO) для генов ACAT является SOAT. ACAT1/SOAT картируется на хромосоме 1q25.2, которая не была идентифицирована в качестве области кандидата для LOAD. ACAT2 локализуется на хромосоме 12q13.13, внутри области хромосомы 12, которая влияет на LOAD. Возникает вопрос о взаимоотношениях активности ACAT и патогенезом AD. Напр., хотя ACAT1 экспрессируется в головном мозге и клетки, лишенные активности ACAT1, продуцируют меньше Aβ ACAT1 расположен вне областей, оказывающих влияние на LOAD. Напротив, ACAT2 локализуется внутри области хромосомы 12, оказывающей влияние на LOAD, и реагирует на пищевой холестерол, но как известно не экспрессируется в нейронах.

CH25H


Oxysterols регулируют экспрессию многих генов, участвующих в метаболизме клеточных стеролов и жирных кислот (223, 224). Oxysterols м. действовать как позитивные эффекторы экспрессии липидных генов путём связывания и активирования ядерного рецептора liver X receptor (LXR), который гетеродимеризуется с членами др. рецепторов ядерных гормонов, включая retinoid X receptor (RXR), farnesoid X-activated receptor (FXR) и peroxisome proliferative activated receptor (PPAR) и эти гетеродимеры затем регулируют транскрипцию многих липидных генов (225-227). Oxysterols м. также действовать как негативные эффекторы экспрессии липидных генов путём супрессии расщепления sterol regulatory element-binding proteins (SREBPs), это блокирует экспрессию SREBP-регулируемых генов (228). 25-hydroxycholesterol находится средни наиболее мощных регуляторных оxysterols (229-231). CH25S кодирует cholesterol 25-hydroxylase, энзим в 272 аминокислоты, который синтезирует 25-hydroxycholesterol (232). CH25H картирован на хромосоме 10q23.31, примерно на 3 Mb проксимальнее IDE, хорошо известного локуса длы LOAD. Пока нет сообщений о генетических ассоциациях между CH25H и AD.

CYP46


Головной мозг является органом наиболее богатым холестеролом, он содержит приблизительно 25% от общего количества его в теле, хотя составляет всего 2% от общего веса тела (233). В головном мозге холестерол является основным компонентом специализированных миэлиновых мембран, которые покрывают аксоны нейронов, и обширной сети нейрональных и глиальных мембран (233). Почти весь холестерол головного мозга синтезируется in situ (233). Однако головной мозг не м. деградировать холестерол, так что избыток холестерола д. высвобождаться в периферическое кровообращение, по-видимому, за счёт экскреции печенью. Приблизительно 6-7 мг холестерола покидает головной мозг человека каждый день после превращения в 24Ы-hydroxycholesterol, который легко проходит через барьер головной мозг-кровь (39, 234, 235).
CYP46 кодирует cholesterol 24-hydoxylase (cyp46), члена семейства цитохрома Р450, которая катализирует гидроксилирование холестерола головного мозга в 24S-hydroxycholesterol (236). Cyp46 экспрессируется на высоком уровне в головном мозге, где он обнаруживается в нейронах коры, гиппокампе, dentate gyrus, thalamus и клетках Пуркинье мозжечка (236). Cyp46, по-видимому, не экспрессируется в глии. Cyp46 мРНК обнаруживается в печени и семенниках, но в сотни раз на более низком уровне, чем в головном мозге (236). Cyp46-дефицитные мыши в основном нормальны и не обнаруживают существенных отклонений в весе печени или головного мозга, в абсорбции холестерола кишечником, синтезом желчных кислот, содержанием холестерола в периферических тканях и в уровнях VLDL, LDL и HDL в плазме по сравнению с контролем, это говорит о том. что cyp46 не играет существенной роли в периферическом метаболизме липидов (237). Однако, уровни 24S-hydroxycholesterol редуцированы на 98% в головном мозге, указывая тем самым, что cyp46 ответственен за конверсию синтеза почти всего 24S-hydroxycholesterol в ЦНС (237). De novo синтез холестерола в головном мозге cyp46-дефицитных мышей снижен приблизительно на 40%, это компенсаторный механизм, который поддерживает гомеостаз стеролов в головном мозге (237). Интересно, что уровни 24S-hydroxycholesterol в спинномозговой жидкости повышены у AD пациентов, а также у пациентов со средней выраженностью cognitive нарушений, это указывает на то, что нарушения метаболизма холестерола в головном мозге м.б. ранними признаками патогенеза AD (238).
CYP46 картируется в хромосоме 14q31.1, области, которая не связана с LOAD. Однако недавние исследования показали, что CYP46 интронные полиморфизмы м. вызывать большую предрасположенность к AD. Анализируя 114 AD пациентов и 144 контрольных индивидов Kolsch et al., сообщил, что IVS3 + 43C-T одно-нуклеотидный полиморфизм в CYP46 достоверно чаще у AD пациентов по сравнению с контролем (239). Статист. анализ показал, что С аллель этого полиморфизма увеличивает риск AD (OR = 2.159, p = 0.023, 95% CI: 1.112-4.192) (239). Не выявлено взаимодействия между ароЕ4 и CYP46 IVS3 + 43C-T полиморфизмом. Этот полиморфизм ассоциирован также с повышенным соотношением 24S-hydroxycholesterol/cholesterol в спинномозговой жидкости (239). В др. работе сообщалось, что Т аллель cyp46 IVS2 - 226C-T полиморфизма также ассоциирует с высоким риском AD (OR = 2.16, p меньше 0.001, 95% CI: 1.41-3.32) (240). Более того, индивиды с CYP46-226TT генотипом имели в головном мозге повышенный груз амилоида по сравнению с индивидами CYP46-226СС, а присутствие одного или двух ароЕ4 аллелей ассоциировало с дальнейшим увеличением груза амилоида и синергичным увеличением риска AD (OR9.6, p меньше 0.001, 95% CI: 4.9-18.9) (240). Напротив Desai et al. не нашли достоверной ассоциации для CYP46 IVS2-226C-T полиморфизма и риска AD в своём исследовании 434 LOAD пациентов и 401 индивида в контроле, независимо от присутствия ароЕ4 (241).

Moving forward: merging the genetics of lipid metabolism and AD


Биохимические и фармакологические доказательства строго подтверждают роль метаболизма холестерола и липидов в генерации? отложении и очистке Aβ. Несмотря на растущее число функциональных доказательств, подтверждающих роль холестерола как центрального игрока в AD, идентификация генов кандидатов, участвующих и влипидном метаболизме и в AD, трудна за исключением APOE. Ntv не менее результаты некоторых сканирований по всему геному идентифицировали несколько интересных областей, некоторые из которых содержат гены, участвующие в липидном метаболизме.
Напротив, скрининги по всему геному для идентификации областей, связанных с метаболизмом липидов у людей оказались менее успешными (242-257). Однако, большинство из этих исследований с использованием человеческих выборок дали мало перекрывающихся данных, низкие LOD оценки для признаков, ассоциированных с метаболизмом холестерола и оказались неспособны идентифицировать традиционных генов кандидатов для метаболизма холестерола и сканировании всего генома. Это скорее всего отражает очень сложные взаимодействия между генетическими с средовыми факторами, которые регулируют уровни липидов и липопротеинов в плазме у людей.
Dislipidemia и AD, два сложных заболевания, м. использовать частично перекрывающиеся патогенетические механизмы. Идентификация генов, которые м. участвовать в общих путях, нуждается в значительном улучшении существующих подходов. Кроме того, важно воздать должное повышенному вниманию к методам, которые редуцируют генетическую и средовую вариабельность среди популяций, включая исследования этнически гомогенных популяций, включая продолжительные наблюдения за липидами плазмы и данные о диете среди изучаемых субъектов.
Др. стратегия д. включать результаты картирования quantitative trait loci (QTL) в системах модельных мышей, где м. контролироваться эффекты генетического фона и диеты (258). Хорошо известно, что разные инбредные линии мышей обнаруживают широкую вариабельность уровней липидов в плазме и чувствительности к атеросклерозу (259), а картирование QTL в инбредных линиях ведет к идентификации некоторых локусов, которые влияют на метаболизм HDL (258, 260). Возможно, что некоторые локусы, которые влияют на липидный метаболизм в инбредных линиях мышей м. также синергично влиять на патогенез AD. Подтверждение этой гипотезы недавно получено в исследовании, где Tg2576 модель AD переводилась на конгенный чувствительный к атеросклерозу C57B1/6 фон. По сравнению с нетрансгенными контрольными потомками B6Tg2576 мыши обладали повышенным церебральным β-амилоидозом, аортальным атеросклерозом и дефицитом пространственного обучения на атерогенной диете (126). Большинство из существующих животных моделей AD существует на смешанном и довольно неопределенном генетическом фоне, это увеличивает вариабельность любых измерений исходов, на которые м. влиять липидные гены.
Сайт создан в системе uCoz