Среди людей, которые становятся жертвами болезни Альцгеймера, от 40 до 65 процентов имеют вариант гена под названием APOE4. Ученые давно знают, что этот вариант значительно повышает риск развития нейродегенеративного заболевания, особенно если человек наследует его копии от обоих родителей, но они все еще изучают молекулярные механизмы, объясняющие роль APOE4.

Исследование, опубликованное 16 ноября в журнале Nature, предполагает, что APOE4 может способствовать развитию болезни Альцгеймера, вызывая накопление холестерина внутри олигодендроцитов, снижая способность клеток выполнять свою основную функцию: создавать жировую миелиновую оболочку, которая защищает нейроны и помогает им передавать сигналы. Исследование также показало, что у мышей с APOE4 очистка от холестериновых пробок - основного ингредиента миелина - и предоставление веществу возможности пересекать мембраны клеток частично восстанавливает производство миелина и улучшает познание, что позволяет предположить терапевтическую цель для борьбы с болезнью Альцгеймера.

"Они показывают, что одна из особенностей APOE, которая не была так сильно охарактеризована ранее, заключается в том, что он влияет на липидный обмен в олигодендроцитах, - говорит Дэвид Хольцман, невролог из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, который не принимал участия в работе. Хольцман говорит, что APOE4, как показали другие исследования, влияет на липиды и холестерин в ряде различных типов клеток, особенно в микроглии и астроцитах, "но никто, насколько мне известно, не рассматривал так конкретно олигодендроциты".

See "Gut Molecule Linked to Decreased Myelination in Mouse Brains" Предшественники олигодендроцитов, совместно культивированные с нейронами in vitro, с основным белком миелина зеленого цвета. Клетки APOE3 (слева) демонстрируют признаки наибольшего количества миелина, а клетки APOE4 (в центре) - признаки уменьшенного количества миелина. Обработка клеток APOE4 циклодекстрином, по-видимому, способствует образованию миелина (справа).

BLANCHARD ET AL; NATURE

"APOE4 нарушает многие биологические пути", - сказал соавтор исследования Ли-Хуэй Цай, нейробиолог из Института обучения и памяти Пиковера Массачусетского технологического института. Поскольку ген APOE кодирует белок, отвечающий за транспортировку липидов между клетками, Цай говорит, что исследователи решили сосредоточиться на том, как этот вариант нарушает метаболизм холестерина и других липидов.

Используя транскриптомное профилирование, исследователи сравнили посмертные ткани мозга людей с болезнью Альцгеймера и без нее и измерили уровень экспрессии различных генов у тех, кто имел нулевую, одну или две копии варианта APOE4, и обнаружили, что "APOE4 оказывает огромное влияние на экспрессию генов", - говорит Цай, особенно на многие гены, влияющие на липиды. Проведение аналогичного профилирования олигодендроцитов, по ее словам, показало, что гены, связанные с производством холестерина, были значительно повышены в клетках, в то время как гены, связанные с производством миелина, были понижены.

"То, что мы увидели из данных по экспрессии генов, было контринтуитивным", - говорит соавтор исследования Манолис Келлис, вычислительный биолог из Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института, добавляя, что поскольку группы генов регулировались не в одном направлении, возникло несоответствие сигналов.

См. статью "Inadequate Myelination of Neurons Tied to Autism: Study

На изображении трансмиссионной электронной микроскопии тканей мозга мыши APOE4 без (вверху) и с (внизу) обработкой циклодекстрином. Более темные границы указывают на более толстую миелиновую оболочку вокруг аксонов. BLANCHARD ET AL; NATURE

Исследователи провели анализ липидов в тканях мозга людей, имеющих хотя бы одну копию APOE4 или APOE3, наиболее распространенного варианта APOE, который не связан с повышенным риском развития болезни Альцгеймера. Результаты показали, что в мозге людей с APOE4 был повышен уровень холестериловых эфиров, которые, по словам Цая, представляют собой нерастворимые формы холестерина, накапливающиеся в клетках. Когда исследователи окрасили ткани мозга людей и мышей, гомозиготных по APOE4, они обнаружили, что капли холестерина накапливались внутри олигодендроцитов у тех и других. В то же время в образцах с APOE3 холестерин чаще обнаруживался вне клеток.

Исследователи начали подозревать, что вариант APOE4 препятствует транспорту холестерина через мембраны олигодендроцитов. Представляя, что олигодендроциты функционируют как миелиновые принтеры, возникла гипотеза, что в клетках много чернил (холестерина), но "чернила застревают в картридже", - говорит Келлис.

Чтобы проверить связь APOE4 со снижением производства миелина, исследователи провели ряд экспериментов. Сначала они индуцировали плюрипотентные стволовые клетки для формирования олигодендроглии, предшественницы олигодендроцитов, а затем культивировали их с нейронами, полученными в лаборатории. Обычно эти совместно культивированные олигодендроглии начинают образовывать миелин в течение нескольких недель, говорит Цай. Исследователи отметили этот эффект в совместной культуре APOE3, "но в ко-культуре APOE4 мы увидели значительно уменьшенный ... показатель основного белка миелина", - говорит она, указывая на меньшую выработку миелина. Трансмиссионная электронная микроскопия тканей мозга также показала, что у мышей с APOE4 было меньше нейронов с миелинизированными аксонами, а миелинизированные нейроны имели более тонкую оболочку по сравнению с мышами с APOE3.

Затем команда попыталась снизить накопление холестерина и восстановить производство миелина in vitro и у мышей APOE4 с помощью циклодекстрина, препарата, который, как известно, снижает внутриклеточное накопление холестерина. В ко-культурах олигодендроглии-нейронов APOE4, обработанных циклодекстрином в течение двух недель, наблюдалось увеличение миелина до уровня, приближающегося к уровню ко-культур с APOE3. Исследователи делали мышам подкожные инъекции препарата дважды в неделю в течение 8 недель, а затем сравнили их мозговые ткани с тканями мозга мышей APOE4, не получавших лечения. У мышей, получавших лечение, меньше холестерина накапливалось в олигодендроцитах, и исследователи наблюдали более высокие уровни основного белка миелина вне клеток, что свидетельствует о том, что лечение улучшило как отток холестерина, так и миелинизацию. Наконец, исследователи провели несколько когнитивных тестов на мышах, и "мы увидели, что это действительно улучшает познание", - говорит Келлис.

Хольцман говорит, что ему хотелось бы увидеть подтверждение результатов другими учеными, и что он пока не уверен, что полученные результаты имеют клиническое значение для человека. "У APOE4 есть много механизмов, как он может изменять риск развития болезни Альцгеймера, - говорит он, - я не уверен, что этот механизм является одним из важных. Это действительно трудно сказать". Возможно, что изменения в холестерине и миелине способствуют снижению или дегенерации, связанной с болезнью Альцгеймера, - говорит он, - но есть много других вещей, которые делает APOE и которые, как мы знаем, оказывают огромное влияние на патологию болезни Альцгеймера, что не зависит ни от одного из этих результатов".

Хольцман пишет в ответном письме в The Scientist, что, хотя APOE4 связан с повышенным риском развития болезни Альцгеймера и более резким снижением когнитивных способностей после появления симптомов, "эти эффекты APOE4 на болезнь Альцгеймера проявляются только при наличии патологии болезни Альцгеймера", а именно характерного накопления амилоидных бляшек в мозге или клубков белка tau внутри нейронов. Он добавляет, что наличие APOE4 не влияет на уровень миелина у взрослых без болезни Альцгеймера, и, насколько ему известно, никто не исследовал этот потенциал. Поэтому результаты исследований, свидетельствующие о снижении уровня миелина и восстановлении миелина и познавательных способностей с помощью циклодекстрина у мышей с APOE4, но без патологии болезни Альцгеймера, могут быть или не быть клинически значимыми для людей, говорит он.

См. статью "Alzheimer's Risk Gene Paradoxically Protects Against Memory Loss".

Цай объясняет по электронной почте, что прошлые исследования fMRI связали этот вариант гена с уменьшением белого вещества, которое в основном состоит из миелиновых аксонов. Она добавляет, что работа ее и ее коллег подчеркивает необходимость изучения механизмов риска болезни Альцгеймера, которые могут зарождаться еще до начала заболевания и снижения когнитивных способностей. "Наши результаты позволяют предположить возможности для более ранние терапевтического вмешательства", - говорит она. "Я думаю, что именно это и есть самое интересное в исследовании".

Цай говорит, что ее лаборатория не будет участвовать в каких-либо потенциальных клинических испытаниях, изучающих, помогает ли циклодекстрин уменьшить симптомы у людей с болезнью Альцгеймера. Вместо этого она и ее коллеги продолжат изучать механизмы того, почему генетический вариант вызывает этот эффект закупорки в олигодендроцитах. "Чем больше мы будем знать о том, как [холестерин] попадает туда, тем больше потенциальных целей для открытия лекарств появится".