Кортикостероиды (CCSs) используются для лечения различных воспалительных заболеваний в качестве иммуносупрессивных препаратов на протяжении десятилетий. Однако было доказано, что многие CCSs, включая преднизон, метилпреднизолон, дексаметазон и адренокортикотропин, имеют неблагоприятные психиатрические последствия [1]. Несмотря на то, что кортикостероиды являются эффективными препаратами для противовоспалительных реакций, они также являются иммуносупрессивными лекарствами; однако их частое использование во всем мире также привело к увеличению числа вопросов и проблем, связанных с психическим здоровьем [2]. Кортикостероиды подавляют синтез воспалительных белков и одновременно увеличивают высвобождение противовоспалительных белков с помощью различных сигнальных путей, таких как ядерный фактор каппа B (NF-κB), митоген-активированная протеинкиназа (MAP-киназа) и т.д., но при этом они вызывают другие проблемы, такие как иммуносупрессия, остеопороз, глаукома, гипертония, задержка роста и т.д. [3].

Кроме того, Wolkowitz и др. (2009) подтвердили, что повышенные уровни СССs, особенно глюкокортикоидов (GCs), провоцирует возникновение психиатрических симптомов. Также было выдвинуто предположение, что вызванная стрессом активация гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси ускоряет появление психосоматических симптомов, изменяя уровни нейротрансмиттеров в областях коры головного мозга [4].

Стероид-индуцированные психиатрические симптомы разнообразны и варьируют от легких до тяжелых форм, затрагивая поведенческие, аффективные и когнитивные области мозга [5]. Хотя механизм причинно-следственной связи в настоящее время неизвестен, имеются данные о значительном снижении иммунореактивности к кортикотропину, норадреналину и бета-эндорфину в гиппокампе и миндалинах коры головного мозга [6]. Более того, на сегодняшний день не существует зарегистрированного препарата для лечения NPDs, вызванных СССs.

Психиатрические симптомы, вызванные стероидами, воспроизводят и вызывают метаболические, неврологические и сердечно-сосудистые осложнения. Кроме того, стероиды вызывают у пациентов симптомы отвыкания, расстройства настроения, паранеопластический синдром, биполярное расстройство и т.д. В то время как NPD растет во всем мире из-за внешних и внутренних факторов, перспектива дополнительной нагрузки на пациентов из-за использования CCS значительно повышает тревогу и вызывает беспокойство. Поэтому необходимы лучшие и целенаправленные терапевтические подходы [7-10]. За последние два десятилетия внедрение генетической медицины, "редактирования генов" или "генотерапии", произвело революцию в области медицины благодаря своим захватывающим концепциям и персонализированным подходам. Концепция генетической медицины зародилась, когда терапия на основе олигонуклеотидов обеспечила терапевтическое облегчение при многих различных патологиях (рак, нервно-мышечные заболевания, гемофилия 1 и т.д.) [11], затем с помощью адено-ассоциированного вируса (AAV) были перенесены гены в ЦНС [12] и теперь разработан подход CRISPR/Cas9. CRISPR, как сообщается, является целевым терапевтическим подходом для лечения таких нейропсихиатрических форм, как судороги, аутизм и когнитивные аномалии. Патологические пути NPDs настолько сложны, они сильно нарушают баланс между механизмами возбуждения и торможения [13] и, вероятно, имеют многофакторное происхождение, охватывая как генетическую предрасположенность, так и факторы окружающей среды [14,15]. Кроме того, многие сообщения указывают на более глубокое генетическое участие в таких состояниях, как депрессия, обсессивно-компульсивные расстройства и т.д., и в таких условиях генотерапия, по-видимому, идеально подходит, изменяя причинные гены [16]. Как уже упоминалось ранее, частота таких нейропсихиатрических осложнений относительно выше у пациентов, принимающих CCSs, синтетические аналоги природных стероидных соединений, синтезируемых корой надпочечников у человека [17]. По имеющимся данным, у пациентов, принимающих CCSs более 10-14 недель, очень часто наблюдаются такие осложнения, как мания (27,8%), психоз (13,9%), делирий (10,1%) и депрессия (40,5%) [18]. В таких случаях генотерапия может сыграть решающую роль в улучшении прогноза [19]. В данном обзоре рассматриваются состояния, при которых CCSs используются в качестве лекарственной терапии с последующим ростом нейропсихических расстройств вследствие их постоянного применения, а также возможности генотерапии, включая CRISPR Cas-9, для устранении таких осложнений. Сообщалось, что CCSs играют жизненно важную роль в сдерживании или регуляции экспрессии генов в ЦНС [20]. Мозг эффективно экспрессирует два типа кортикостероидов, глюкокортикоиды (GR) и минералокортикоиды (MR), и оба отличаются друг от друга профилем распределения и сродством [21,22].

Однако специфические молекулы рецепторов одинаково важны для эффективного содействия их экспрессии, поэтому в физиологии человека MR и GR рецепторы были идентифицированы как одно и то же [23]. Оба кортикоидных рецептора существуют в ЦНС и отвечают за посредничество в нескольких геномных и негеномных нейронных активностях [24]. Глюкокортикоиды и MR являются лиганд-управляемыми транскрипционными факторами, которые обычно стремятся существовать в своем нативном (родном) несвязанном состоянии в цитозольных областях [25] и регуляция ими генов в основном осуществляется посредством чувствительных элементов генов, специфичных для GRs [26]. Кроме того, экспрессия генов широкого спектра действия особым образом регулируются с помощью GR, а не MR, при этом они эффективно модулируют свои специфические геномные и негеномные механизмы действия [27,28]. Существуют различные способы содействия или влияния на регуляцию генов, и хотя полиморфизм еще не был утвержден в качестве традиционного механизма регуляции генов, когда было замечено, что он чрезвычайно влиятелен в этом отношении. Было установлено, что полиморфизм в конкретном гене GR [NR3C1] вызывает незначительные или значительные изменения, связанные с функционированием GR [29]. Кроме того, неблагоприятные эффекты, связанные с приемом CCS, обусловлены трансактивацией генов, участвующих в биохимических и метаболических процессах, а лиганды GR, как правило, вызывают конформационные изменения во взаимодействии GR с белком [30]. С другой стороны, они не вызывают изменений в механизме, зависящем от связывания GR/DNA, что приводит к появлению избирательных агонистов GR (SEGRA) [31]. Как обсуждалось ранее, генетические вариации, вызванные GRs, значительно выше, чем МР, это приводит к проявлению ряда когнитивных дисфункций и психозов [32], таким образом, возникает необходимость в генетическом вмешательстве, способном устранить генетические изменения, связанные с меж- и внутри-индивидуальной изменчивостью в ответ на токсичность, вызванную GRs и стероидами [2].

Кроме того, инструмент геномной инженерии CRISPR/Cas 9 раскрыл сразу несколько целей по изменению генома и эпигенома [33]. CRISPR-скрининги становятся особенно эффективными в сочетании с методом плюрипотентных стволовых клеток, обеспечивая получение дифференцированных клеток, таких как нейроны, глиальные клетки и органоиды мозга от больных людей [34]. Инструмент CRISPR и связанная с ним система белков (Cas) состоят из локуса CRISPR (который имеет 2-375 повторяющихся последовательностей длиной 21-48 п.н., 1-374 последовательностей interspersed spacer (26-72 п.н.)), а также гена Cas. Вся эта система используется в различных моделях клеточных линий (человеческие изолированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSCs)) и животных моделей для поиска терапевтических подходов при различных NDDs путем knocking out и восстановления мутантных генов [34]. Наиболее значимыми наследственными расстройствами являются тревожные расстройства (AD), шизофрения (SP), большие депрессивные расстройства (MDD), биполярные расстройства (BP), расстройства аутистического спектра (ASD) и расстройства с дефицитом внимания и гиперактивностью (ADHD) [35]. Существует множество дефектных генов, ответственных за эти состояния, включая AS3MT, CSMD1, ANK3, CNNM2, TENM4, CACNA1C, PPP1R11, CACNB2, NT5C2, DPR1, TCF4, ITIH3, SYNE1, TRIM26 и ZNRD1, которые в основном обеспечивают нейральную активность, иммунную регуляцию, синаптическую передачу и клеточные механизмы, связанные с вышеупомянутыми расстройствами [36]. Они могут быть подвергнуты CRISPR для устранения генетических изменений у больных людей.

Кортикостероиды - это виды стероидных гормонов, которые либо вырабатываются организмом, либо синтезируются искусственно [37]. Биосинтез этих гормонов происходит из холестерина в коре надпочечников, которая также известна как основное место нескольких стероидогенных биосинтетических реакций [38]. В основном, такие проявления вызваны циклами менее 20 часов или циркадными вариациями и внешними искусственными воздействиями, либо возникают в ответ на определенный стрессовый стимул [39]. Механизм действия GR и MR в значительной степени совпадает благодаря их общим и почти идентичным ДНК-связывающим доменам, однако их экспрессия существенно различается, поскольку гены, регулируемые ими, не являются общими [40]. Ферменты 21-гидроксилаза и 17-гидроксилаза тесно связаны с синтезом гормонов CCSs в организме человека [41], а P450c17 является единственным ферментом, опосредующим активность как 17,20-гидроксилазы, так и 17 α -гидроксилазы (стероидная 17 альфа-монооксигеназа, EC 1.14.99.9) в процессе синтеза стероидных гормонов [42]. Далее, существуют изоферменты P450c17, которые, как предполагается, опосредуют то же самое в семенниках и надпочечниках. Далее прегненолон (pregnenolone) превращается в минералокортикоид, поскольку в гломерулярной зоне надпочечников отсутствует активность P450c17, и тот же прегненолон превращается в глюкокортикоид кортизол в зоне fasciculata, поскольку там присутствует активная 17-гидроксилаза [43,44]. Оба эти процесса происходят в ретикулярной зоне, где прегненолон превращается в половые стероиды. Транспорт электронов является основным механизмом, контролирующим 17, 20-lyase процесс от NADPH через POR (P450-оксидоредуктаза) [45].

Профиль экспрессии CCS также демонстрирует измененную клеточную механику в ответ на стресс и находится под сильным влиянием взаимодействия CCS и стрессовых гормонов наряду с эффектами, оказываемыми GR и MR [46]. Такие экспрессивные взаимодействующие реакционные системы еще больше усложняют ситуацию на клеточном уровне. Несколько предыдущих исследований показали, что только сбалансированный ответ, выверенный между двумя системами, может потенциально привести к устойчивости. Этому балансу может препятствовать ряд определенных условий, таких как постоянное воздействие стресса, особенно у генетически уязвимых людей, что может привести к усугублению проявления патологии, и такие случаи не ограничиваются только психическими расстройствами, а распространяются на некоторые неврологические патологии [47].

Другой перспективой участия CCSs в инициации прогрессирования NPDs является персистенция MR и GR в нейронных клетках гиппокампа в лимбической системе, подтвержденное в дальнейшем различными диагностическими исследованиями по авторадиографии, гибридизации in situ и анализу связывания радиолигандов [48], поскольку область гиппокампа в ЦНС непосредственно вовлечена в настроение и реакции на стресс, контролируемые гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой (HPA) осью [49]. Также было отмечено, что лимбическая система поддерживает взаимодействие между GR и MR, при этом MR проявляет более высокое сродство к связыванию кортикостерона (CORT) и альдостерона (ALDO) [50], хотя его кровообращение на участке CORT в 2-3 раза выше по сравнению с общей концентрацией рецепторов, циркулирующих в ЦНС. Однако GR обладает в 6-10 раз меньшим сродством, чем MR [27,51].

Кортикостероиды относятся к подклассу стероидных молекул, поэтому GR также принадлежит к суперсемейству рецепторов ядерных гормонов; таким образом, такие рецепторы демонстрируют отличную экспрессию от лиганд-активируемых транскрипционных факторов [52]. Глюкокортикоид состоит из трех основных модульных структурных доменов: N-терминальный домен (NTD), лиганд-связывающий домен (LBD) и ДНК-связывающий домен (DBD), и эти домены далее способствуют их экспрессии независимо друг от друга [53]. Известно, что NTD имеет большое влияние на транскрипционный механизм, поскольку он содержит несколько трансактивационных областей, таких как AF1 (фактор активации 1) / tau1/enh2 [54,55]. Более того, область AF1 приобретает складчатую конформацию, которая при определенных физиологических условиях связывается с GR response element (GRE), что приводит к запуску регуляции генов (Reddy et. Al) [56], и это изменение в генетической последовательности GRE инициирует преобразование ко-репрессора в ко-активатора экспрессии. Xavier et al. (2016) в своем исследовании заметили, что молекулы корепрессорного белка GRIP 1 (Glutamate receptor-interacting protein 1) усиливают свои коактивирующие свойства, когда связываются с GR, расположенным на специфических GRE [57]. Кроме того, модели ко-активаторного комплекса GR также отвечают за рекрутирование дополнительных ко-активаторных молекул в ансамбле [58].

Одну из решающих ролей в ответе MR играет сдерживание и регуляция уровня экспрессии MR [46]. Он осуществляет свою экспрессию в области гиппокампа для уравновешивания функционального действия. Гормоны в ЦНС, такие как прогестерон, а также серотонин, контролируют экспрессию мРНК MR [59]. Кроме того, было замечено, что после взаимодействия или связывания с молекулой лиганда, MR перемещается в ядро и начинает функционировать как фактор транскрипции. MR прочно связывается именно с Human Response Element (HRE), расположенным в 10 кб вниз/вверх по течению от сайта транскрипции [60]. Некоторые исследования классифицируют MR как убиквитиновый транскрипционный фактор. Его количественная оценка методом ПЦР в реальном времени представляет различные интересные анатомические проявления, которые показывают, что регуляция MR повышает его экспрессию в ЦНС, а не в GR [61]. У людей альдостерон является наиболее важным естественным лигандом для MR, помимо кортизола, который способствует экспрессии MR на уровне мессенджера или белка в клетках, где любой из этих двух лигандов, как было установлено, регулирует этот процесс [62]. Кроме того, сообщалось, что эпителиальная экспрессия MR всегда была связана с одновременной экспрессией 11β-гидрокси стероид дегидрогеназы 2 (11β-HSD2), что позволяет альдостерону избирательно активировать MR, в первую очередь преобразуя гормоны GR в их 11-кето аналоги [63,64].

Действие CCSs (Groeneweg et al., 2011), в дальнейшем заявленное как облегчение консолидации памяти, зависит от транскрипции генов через активацию геномных GR и MR [65], хотя CCSs также влияют на поведение и память быстрым и, предположительно, негеномным образом. Поэтому быстрое воздействие CCSs было описано для нескольких видов адаптивного поведения, включая быстрое облегчение локомоции, вызванной новизной, контекстно-зависимую агрессию и поведение оценки риска [66]. Интересно, что неоднократно сообщалось о вовлечении MR в такое поведение. Поскольку эти поведенческие эффекты быстро индуцируются стрессовыми дозами кортикостерона, они всегда казались несовместимыми с конститутивно активными геномными MR [67]. Более того, более низкое сродство к мембранному MR может оказаться логическим основанием для этих эффектов [68]. В поведенческих исследованиях, связанных с регуляцией памяти, было обнаружено, что GR имеет преобладающую функцию в консолидации памяти, в то время как MR в основном вовлечен в извлечение памяти и в стратегию обучения [69]. Аналогичная конвергенция функций наблюдается при быстром облегчении консолидации памяти кортикостероном, которое зависит от (предположительно мембранно-локализованного) GR в коре [69,70]. Применение антагонистов эндоканнабиноидной сигнализации в миндалине блокирует вызванное кортикостероном влияние на консолидацию памяти [71]. В совокупности это позволяет предположить, что мембранно-GR-опосредованное и эндоканнабиноид-зависимое торможение возбудимости нейронов может быть вовлечено в консолидацию памяти [72]. В отличие от этого, влияние кортикостерона на восстановление памяти, по-видимому, опосредовано MR.

GR консолидируется как с быстрым, так и с отсроченным (геномным) путем [73], тогда как MR играет специфическую (не-геномную) роль во время восстановления памяти, возможно, как механизм фокусировки внимания на новом стрессе. Вместе взятые, в своей роли быстрого кортикостероидного сенсора, MR способствует адаптивному поведению в контексте стрессов, одновременно подавляя поведение, которое больше не актуально [74]. Распределение GR и MR в областях коры головного мозга показано на рисунке 1.



Figure 1. Illustrating distribution and existence of glucocorticoids (GR) and mineralocorticoids (MR) in the central nervous system.

Кортикостероиды нашли широкое применение в терапии на основе их иммуносупрессивного действия путем модуляции иммунных функций и обычно используются при аллергических реакциях и воспалительных заболеваниях [75]. Они оказывают неблагоприятное побочное действие при употреблении в больших дозах в течение длительного периода времени и подавляют гипофизарно-надпочечниковую ось [76].

Они всегда считались молекулами, способными вызывать иммуномодулирующие эффекты и воспалительные реакции, включая реакции гиперчувствительности замедленного типа, опосредованные иммунными клетками (макрофагами и Т-клетками) [77]. Механизм их действия проявляется на нескольких уровнях, поскольку изначально они снижают циркуляцию предшественников Т-клеток и макрофагов, что приводит к снижению выработки интерлейкинов-1 и 2 [2]. Другие реакции в основном связаны с выработкой иммуноглобулинов (Ig) и антител, чему способствует снижение уровня CCSs и последующее снижение содержания Igs в сыворотке крови [78]. Кортикостероиды в основном участвуют во взаимодействии с клеточными рецепторами, что приводит к модификации ДНК и процесса транскрипции, в конечном итоге снижая и подавляя различные реакции иммунитета, такие как клеточно-опосредованный иммунитет и агрегация воспалительных клеток [79]. Они также подавляют экспрессию эндотелиальных молекул адгезии лейкоцитов I, внутриклеточных и сосудистых молекул адгезии (ICAM и VCAM-1), которые, в свою очередь, препятствуют движению лейкоцитов [80]. Кроме того, CCSs участвуют в ослаблении повышения температуры путем снижения продукции макрофагов, дендритных клеток и моноцитов. Более того, сообщается, что GRs снижают вероятность заболеваемости при основных легочных заболеваниях (астма, круп, респираторный дистресс-синдром (RDS), реактивные заболевания дыхательных путей, хронические обструктивные заболевания легких и респираторные инфекционные заболевания) путем восстановления легочных функций [81]. При таких легочных заболеваниях рекомендуются препараты CCSs ингаляционного типа, которые контролируют и могут быть благоприятными для ранней реакции на аллерген при длительном лечении, тяжелых легочных состояниях и мгновенной гиперреактивности дыхательных путей. Они оказывают прямое ингибирующее действие на воспалительные клетки через геномные системы и механизмы [82]. Кортикостероиды можно назначать в комбинации, используя свойства синергического ингибирования β 2-агониста [83] и путем увеличения экспрессии β-2-адренергических рецепторов за счет увеличения транскрипции генов [84]. В случае аллергенов (споры или бактериальные источники), связанные с ними реакции эффективно контролируются CCSs [85]. Мета-анализ RID продемонстрировал улучшение у людей, получавших системно (дексаметазон) или небулизированные (будесонид, дипропионат, флунизолид) кортикостероиды [86].

Более того, при аутоиммунных или воспалительных заболеваниях суставов рекомендуется внутрисуставное введение кортикостероидов во избежание развития упорного синовиита суставов/мышц и в качестве эффективного вспомогательного средства при остеоартрите [87]. Они также эффективны при проявлениях волчанки в зависимости от поражения крупных и мелких органов. Действие GR опосредовано геномными функциями через связывание с цитозольным глюкокортикостероидом (cGC), индуцирующим и ингибирующим синтез белков посредством механизмов трансактивации и транс-репрессии, соответственно [88]. Благодаря своей липофильной природе, GRs проходят через клеточную мембрану и связываются с экспрессированными cGR, что приводит к геномным и негеномным эффектам в областях коры головного мозга. В ходе геномных механизмов они взаимодействуют с молекулами белка теплового шока 90 (Hsp90), а cGR - с доменами гомологии Src, вызывая конформационные изменения [30]. Комплекс глюкокортикоида с cGR транслоцируется в ядро для дальнейшего действия, а молекулы Hsp90 с гомологией Src направляются к cGR-опосредованному не-геномному механизму [89], тогда как в своем не-геномном механизме GRs взаимодействуют с мембранным глюкокортикостероидом (mGR) и интегрируются в клетку, опосредуя противовоспалительные и иммуномодулирующие ответы наряду с неблагоприятными эффектами [90].

Существуют различные категории NPDs, которые явно провоцируются применением CCSs, и в исследовании Savas et al., 2020 было отмечено, что после приема CCSs в течение определенного периода у 2-4% пациентов развивалась депрессия, тревога или апатия [91], а еще у 3% наблюдался психоз с галлюцинациями, что подтверждает провоцирование шизофрении. Эти побочные явления были доза-зависимыми, и зависящими от времени или от обоих факторов, а ремиссия наступала после прекращения лечения или снижения дозы кортизона [5].

Аналогичным образом, CCSs снижали концентрацию нейротрансмиттера GABA, что приводило к тревоге, изменениям настроения, депрессии, судорогам и снижению способности справляться с хронической болью [92]. Расстройства, связанные с кортикостероидами, чаще встречаются в генетически уязвимых группах, и эти наблюдения подтверждают, что потенциальная (генетическая) предрасположенность в определенной подгруппе может усилиться после нескольких серьезных стрессов в раннем возрасте [38].

Ciriaco и др., 2013, также отметили, что у пользователей местных и системных CCS наблюдается снижение показателей познавательной (когнитивной) способности [5], это подтверждает возможность воздействия CCS на головной мозг. Хотя многочисленные исследования показали связь между применением кортикостероидов и другими заболеваниями ЦНС, патофизиология действия экзогенных кортикостероидов на мозг все еще не до конца понятна, хотя значительные эффекты отмечаются избирательно в кортикальных областях мозга, вызывая атрофию гиппокампа, нарушая пластичность нейронов, вызывая нейротоксичность и нейрогенез. Среди всех других симптомов NPDs, вызванных CCS, наиболее распространенными являются маниакальные черты, включая раздражительность, эйфорию, давящую речь, гиперактивность и отвлекаемость [93]. У таких пациентов также наблюдаются дополнительные сопутствующие симптомы, такие как депрессия, гипомания, психоз, панические атаки, агорафобия, бессонница, кататония, ухудшение памяти и обсессивно-компульсивные расстройства (ОКР) [93]. В масштабном исследовании, проведенном Savas et al., 2020, в котором приняли участие 83 592 взрослых (средний возраст 44 года, 59% женщин) из общей популяции, анализировалась связь между применением кортикостероидов и снижением когнитивных функций. Это исследование показало, что CCSs, вызывающие аффективные расстройства, были более распространены среди потребителей CCSs по сравнению с теми, кто их не употреблял, а также выявило различия в способах приема с общими 70% однотипных потребителей, где системное применение CCSs было связано только с аффективными расстройствами, что особенно отражалось на однотипных потребителях, тогда как все другие способы приема (ингаляционный, дермальный, назальный) также вызывали снижение когнитивных функций, но все же сравнительно меньшее, чем при системном введении [91].

Известно, что CCSs часто вызывают психиатрические расстройства и когнитивные дефекты, такие как нарушения познавательной способности, потеря памяти, тревожность, гипомания, перепады настроения, бессонница, беспокойство и т.д., а также проявляют черты зависимости от конкретных стероидов [5,94]. В некоторых исследованиях сообщалось о том, что применение преднизона (широко используемого CCSs) вызывало NPDs у 1,3 % пациентов при суточной дозе 40 мг, 4,6 % при употреблении дозы 41-80 мг и частота NPDs составила 18,4 % при употреблении более 80 мг в день. Исследование также показало, что снижение дозы преднизона привело к уменьшению вероятности возникновения симптоматических признаков во всех классах [95]. В другом исследовании сообщалось, что нейропсихиатрические эффекты, вызванные приемом CCS, варьируют от 2 до 60% в зависимости от изменения дозы, курса терапии и выявленных факторов риска, таких как генетическая предрасположенность на основе полиморфизмов глюкокортикоидных рецепторов (GR) [96]. Кроме того, кататония недавно была связана с мышечной ригидностью, бессонницей и аберрантным поведением, таким как молчание и неподвижность, среди группы психиатрических симптомов, являющихся результатом хронического приема CCS [97]. Более того, мета-анализ исследования, проведенного с субъектами терапии преднизоном, со средней суточной дозой потребления преднизона 35 мг, показал возникновение психиатрических симптомов в два раза чаще, чем у тех, кто принимал плацебо (p менее 0,02) [98].

В настоящее время, поскольку все больше внимания уделяется адресной доставке препаратов для лечения ЦНС, широко применяются ингаляционные CCSs. Это, безусловно, помогает снизить дозировку CCS, поскольку они вводятся непосредственно в целевую область, и это также чаще снижает число случаев NPDs , с более высокими показателями перепадов настроения у пациентов, получающих экзогенные кортикостероиды с эндогенным гиперкортизолизмом [99]. Существует также убедительное исследование, в котором сообщается о развитии повышенной раздражительности и бессонницы у пятилетнего ребенка после приема будесонида (200 мкг/день) при лечении астматических симптомов; симптомы уменьшились после снижения дозы будесонида [100]. Аналогичные исследования показывают, что три четверти детей, получающих стероидные препараты, проявляют гиперактивность, раздражительность, бессонницу, нарушения внимания и памяти [101]. Преднизон является наиболее часто упоминаемым препаратом, за ним следуют кортизон, дексаметазон, триамцинолон, бетаметазон и метилпреднизолон, и он также демонстрирует самый высокий уровень побочных эффектов, таких как тиреотоксикоз, псориаз и пролапс митрального клапана с мнительностью, эйфорией и т.д. [102,103]. Таким образом, общие имеющиеся данные показывают, что у пациентов, принимающих хронически и длительно стероидную терапию, учащаются эпизоды депрессии, в то время как острая стероидная терапия сопровождается манией. Кроме того, было особенно заметно, что когнитивные нарушения являются наиболее распространенным последствием лечения с применением CCSs независимо от того, в течение длительного или короткого времени они принимаются. Сообщается, что кратковременные нарушения происходят из-за прогрессирующей атрофии нейронов гиппокампа, что приводит к дисфункции гиппокампа. Hall et al. сообщили о максимальном количестве случаев рассеянности (79%), затем о периодических нарушениях памяти (71%) и о незначительном количестве случаев стойких нарушений памяти (7%), которые в конечном итоге привели к деменции [104].

Аналогичным образом, психическими осложнениями, вызванными CCSs, являются вызванные психоактивными веществами расстройства настроения (с депрессивными, маниакальными и смешанными чертами), вызванные психотическими веществами расстройства и делирий, но механизм этих расстройств до конца не известен [19]. Более того, снижение уровня кортикотрофина, норэпинефрина и β-эндорфина в спинномозговой жидкости (СЖ) напрямую связано с приемом преднизона, а дальнейшее применение CCSs также инициирует увеличение высвобождения глутамата, а его накопление вызывает токсические эффекты в нейронах.

Hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) ось, которая противодействует стрессу и контролирует выработку GR, связана с депрессией, тревогой, снижением когнитивных функций, возникновением и рецидивами психотических состояний [105]. Согласно исследованиям, антагонисты GR, направленные на ось HPA, помогают в лечении психозов, депрессивных расстройств и когнитивных дисфункций, связанных с этими заболеваниями [7,106]. Бостонская программа совместного наблюдения за лекарствами выявила 3% случаев значительных психиатрических эффектов среди 718 госпитализированных лиц, получавших преднизон [107]. У онкологических больных, получающих более высокие уровни стероидов, распространенность тяжелых психологических расстройств варьируется от 5 до 10% [7].

Генотерапия показала свою актуальность в качестве потенциального терапевтического вмешательства для лечения большинства генетически наследуемых заболеваний и, таким образом, стала одним из наиболее востребованных терапевтических вмешательств и при NPDs [108]. Подход редактирования генов в категории генотерапии оказался более перспективным, чем другие подгруппы. Этот подход может быть использован для различных целей, таких как регуляция/восстановление генов, полное удаление токсичных генов и т.д., хотя его эффективность на месте и специфичность доставки до сих пор остаются нерешенными вопросами, что откладывает его клиническое применение [109]. В традиционных подходах дефектные гены восстанавливались с помощью различных типов векторов и индуцировали новые наборы генов внутри клеток, чтобы вызвать производство соответствующих функциональных белков, как указано в таблице 1 [110]. Однако проблема возникает, когда весь измененный набор генов не может быть помещен в вектор, поскольку экспрессия генов имеет ограничения по размеру, и большие подмножества труднее организовать и доставить. Традиционные формы инструментов редактирования генов благоприятны для аутосомно-рецессивных заболеваний, поскольку они возникают из-за экзонных вариантов и легко восстанавливаются путем фиксации правильных копий целевого гена в клетках для запуска нормального функционирования сайт-специфических белков [111]. Однако проблема сохраняется, когда та же концепция применяется к аутосомно-доминантным случаям, где более высокая функция наблюдается в экзонных вариантах и, следовательно, требуется более обширное редактирование генов [112]. В дополнение к этому, для восстановления функции белка требуется экзогенная передача функциональной генной конструкции; также необходимо использование РНК-интерференции и антисмысловых олигонуклеотидов для подавления генов, а также введение большее число копий доз для поддержания эффективности [113]. Последние достижения последних десятилетий позволили усовершенствовать весь механизм генного редактирования и продлить срок его терапевтического действия с помощью технологии CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat) [114] позволяющей редактировать один или несколько генов-мишеней, тестировать у широкого кпуга организмов.



Table 1. Associated gene loci in various neuropsychiatric disorders.

Non-coding RNAs (ncRNAs) - это те, которые не транслируются в белок. С другой стороны, не-кодирующие белок гены часто транскрибируются, большинство из них (80%) транскрипционно активны и выполняют сложные регуляторные функции. Большинство из них не классифицируются как гены некодирующих РНК, а ncRNAs делятся на две категории в зависимости от размера их нуклеотидов: малые ncRNAs (200 нуклеотидов (нт)) и длинные ncRNAs - lncRNAs (более 200 нт). МикроРНК (miRNAs), малые интерферирующие РНК (siRNAs), piwi-взаимодействующие РНК (piRNAs), малые нуклеолярные РНК (snoRNAs) и малые ядерные РНК - все это примеры малых РНК (snRNAs). Далее, транскрипция мРНК контролируется, а также изменяется за счет сплайсинга и изменений типа эпигенетических модификаций, так что альтернативы РНК и хроматина, также вызываются ими. Эти балансирующие действия направлены на соседние транскрипты (cis) или удаленные локусы, связанные с их транскрипцией (trans). В целом, ncRNAs образуют отдельный стек регуляции экспрессии генов, где они служат важными промежуточными регуляторами в передаче информации от генотипа к фенотипу [135].

В головном мозге значительное большинство ncRNAs широко экспрессируются, и их экспрессия варьируется в зависимости от области мозга и типа клеток. Во многих исследовательских отчетах подчеркивается, что ncRNAs играют важную роль в эволюции, развитии, гомеостазе, реакции на стресс и нейропластичности мозга [136]. Многие NPDs, такие как шизофрения, большое депрессивное расстройство, биполярные расстройства и нейродегенеративные заболевания, зависят от экспрессии ncRNAsв мозге. Более того, влияние изменения экспрессии ncRNAs не ограничивается типом NPD, а в большей степени связано с различными областями мозга [137].

Более того, недавно обнаруженные эндогенные ncRNAs с замкнутой структурой, известные как циркулярные РНК (cirRNAs), образуются в результате обратного сплайсинга белок-кодирующих мРНК в ходе посттранскрипционных процессов. Результаты этих исследований показывают, что cirRNAs обладают способностью регулировать соответствующие миРНК и связывающие их белки. CirRNAs чрезвычайно активны в нейронных синапсах и экспрессируются в головном мозге более широко, чем любые другие локусы, как и миРНК. Что касается их функции и значения для психических расстройств, то миРНК - это ncRNAs, которые привлекли наибольшее внимание. МиРНК, длина которых обычно составляет 22 нуклеотида, образуются в результате нескольких ферментативных действий. Первичная миРНК (при-миРНК) первоначально образуется в результате транскрипции кодирующего гена. На регуляцию архитектуры мозга и работу синапсов большое влияние оказывают несколько миРНК [138-142].

Инструменты геномной инженерии CRISPR/Cas стали пионерами в области редактирования нескольких геномов и изменений эпигенома. Впервые они были обнаружены у бактерий и архей как важнейший механизм защиты от вторжения вирусов и плазмид [143]. Когда бактерии ассимилируют вторгшиеся последовательности ДНК в своих геномах, эти последовательности транслируются в CRISPR РНК (crRNAs), которые позволяют Cas эндонуклеазам нацеливаться на вторгшуюся повторно ДНК [144]. В системах CRISPR/Cas9 второго типа некодирующая транс-активирующая РНК (tracrRNA) опосредует связывание комплексов Cas9-crRNA с целевым локусом мишенью[145]. Комплекс Cas9-crRNA-tracrRNA вызывает двухцепочечные разрывы (DSBs) в специфическом гене-мишени, если целевой генетический локус имеет мотив примыкающего протоспейсера (PAM), совместимый со связыванием эндонуклеазы Cas, как показано на рисунке 2. Таким образом, CRISPR/Cas9 функционирует как критический компонент микробного иммунного ответа [146], а бактериальная система CRISPR используется в качестве экспериментальной модели, позволяющей редактировать геном при болезни, в свою очередь регулируя уровни экспрессии генов посредством CRISPR-интерференции (CRISPRi) и CRISPR-активации (CRISPRa) [147]. Эти генетические возмущения могут быть в дальнейшем использованы для проведения параллельных генетических скринингов с целью оценки функциональных последствий для клеток человека. CRISPR-скрининги становятся особенно эффективными в сочетании с техникой плюрипотентных стволовых клеток, обеспечивая получение дифференцированных клеток, таких как нейроны, глиальные клетки и органоиды мозга от больных людей [34].



Figure 2. Schematic representation to exhibit the comparative method of gene editing by the most recently explored CRISPR/CAS-9 technique and the conventional tool for gene, base, and epigenetic editing.

Наиболее значимыми нервно-психическими расстройствами являются тревожные расстройства, шизофрения, большие депрессивные расстройства, биполярные расстройства, расстройства аутистического спектра и расстройства с дефицитом внимания и гиперактивностью (ADHD) [35]. Существует множество дефектных генов, ответственных за эти состояния NPDs (такие как AS3MT, CSMD1, ANK3, CNNM2, TENM4, CACNA1C, PPP1R11, CACNB2, NT5C2, DPR1, TCF4, ITIH3, SYNE1, TRIM26 и ZNRD1), которые в основном проявляются в иммунной регуляции активности нейронов, синаптической передаче и клеточных механизмах. В настоящее время дефектные гены исследуются с целью исправления с помощью методов CRISPR/CAS9 [147].

Было замечено, что метилирование ДНК связано с познавательной деятельностью и механизмами запоминания [148-150], а многие ДНК-метилтрансферазы (Dnmts) (Dnmt1, Dnmt2, Dnmt3a, Dnmt3b и Dnmt3L) играют важную роль в развитии ЦНС [151]. Модели мышей с нокаутом генов Dnmt1 и Dnmt3a продемонстрировали нарушение долгосрочной пластичности в области СА1 гиппокампа, а также обнаруживали проблемы с обучением и памятью [152]. Изменения в этих генах приводят к уменьшению размеров гиппокампа и потере активности нейронов. Оба гена выполняют важнейшую функцию в изменении деметилирования и связаны с сохранением памяти наряду с дисфункцией обработки информации, что приводит к дегенерации нейронов.

Кроме того, белок BDNF играет важную роль в развитии и прогрессировании NPDs, поскольку у пациентов с суицидальными мыслями и психологическими заболеваниями был обнаружен более высокий уровень экспрессии BDNF [153-155]. Более того, уровень BDNF с SLC64 используется в качестве биомаркера для диагностики аффективных расстройств (настроения) у больных/здоровых людей [156,157], и существует множество других генов (NR3C1 и FKBP5), которые также связаны с ранней диагностикой аффективных расстройств [158]. Ген RELN регулирует экспрессию белка Reelin в GABA-ергических нейронах, что способствует формированию синапсов и нейрогенезу.

Кроме того, Gregorio et al. сообщили о мутациях в генах PCDH и CTNNA2, которые приводят к развитию шизофрении. Геномные ассоциативные исследования (GWAS) выявили, что BDNF, RELN, DRD1 и Dmnt3a являются предполагаемыми мишенями для лечения и диагностики NPDs [159]. Как обсуждалось выше, еще одним важным фактором является мутация в некодирующих областях генома, т.е. длинных некодирующих РНК и микроРНК. CRISPR был использован для манипулирования некодирующими РНК и замалчивания многих генов, например, miR21, miR29a, UCA1 и MALAT [160]. При шизофрении DISC1 является одним из основных факторов риска и каркасным белком, который помогает во взаимодействии с другими белками, необходимыми для дофаминовой системы [161].

Впоследствии Priya et al. (2015) прерывали ген DISC1 с помощью TALENs и CRISPR/Cas9 в нейрональных клетках человеческой модели, нарушив ген вблизи места транслокации. Результаты показали снижение уровня DISC1 в сигнальной системе Wnt со снижением экспрессии Foxg1 и Tbr2, что свидетельствует об уменьшении симптомов шизофрении [162].

При расстройствах аутистического спектра (ASDs) CHD8 является одним из важных генов, отвечающих за регуляцию структуры ДНК, а его мутация вызывает плохо соображающий мозг, задержку речи, характерные черты лица и другие симптомы аутизма [163].

Одно из таких исследований было направлено на понимание молекулярного механизма CHD8 при аутизме с помощью технологии CRISPR/Cas9, в ходе которого была нокаутирована одна копия CHD8 в iPSCs для имитации существующей LOF (потери функции) у человеческих эмбрионов перед дифференцировкой нейронов. С помощью различных инструментов, таких как транскриптомный и биоинформационный анализ, был сделан вывод, что гемизиготность CHD8 вызывает изменение экспрессии многих генов в дифференцирующихся предшественниках нейронов. Результаты показали, что дифференциально экспрессируемые гены обнаруживают GOF (избыточность функции), важную для нейронального развития, развития скелета и передачи сигналов β-catenin/Wnt [164]. При моногенном расстройстве аутистического спектра CRISPR/KO использовали для нокаута UBE3A-антисмыслового транскрипта в мышиных моделях и успешно устраняли аномальный фенотип мыши [165]. Действительно, очень важно проверить безопасность, чувствительность и специфичность модифицированного CRISPR, прежде чем внедрять его в организм человека [166].

Редактирование оснований, CRISPR/Cas9 и генотерапию противопоставляются друг другу. Cas9, многокомпонентный белок в системе CRISPR/Cas9, идентифицирует типичный G-богатый PAM на 3' конце сайта-мишени. Cas9 должен быть нацелен с помощью CRISPR РНК и транс-активирующих CRISPR РНК. Cas9 дает тупые концы DSB (B). Нужный ген помещается в выбранный вирусный вектор для генотерапии и затем трансформируется в клетке-мишени. Производится целевой белок. Цитидин, аденин и гистоновая деаминаза в сочетании с dCas9 используются для редактирования оснований в целевом регионе мишени.

Несмотря на обнадеживающие исследования в области генотерапии, особенно с включением очень многообещающей системы CRISPR, она все еще не может быть легко и сразу превращена в терапевтический инструмент для лечения нейрологических расстройств. Такие проблемы, как мгновенный и очень активный ответ нейронов (происходящих из стволовых клеток) на любое повреждение ДНК в виде токсичности для нейронов или клеточного апоптоза, все еще являются серьезными препятствиями [167]. Важно также обратить внимание на систему регуляции в ЦНС, поскольку сама механика регуляции генов обеспечивает поддержание структурно-физиологического каркаса и функциональных аспектов всех нейронных путей в неизменном состоянии [168,169]. Поэтому изменения эпигенетического механизма могут привести к нестабильности во включенной в сеть нейронной системе [170]. В недавно опубликованном докладе, в 2020 году, обсуждалась возможность того, что активация эндогенных ионных каналов с помощью CRISPRa вызывает контролируемую частоту нейронных креплений, тем самым оптимизируя поведение нейронной сети при патологии эпилепсии. Поэтому в данном случае CRISPRa может быть подходящим, безопасным и безвредным инструментом редактирования для изменения транскрипции [171].

Другой основной проблемой является прохождение через систему гематоэнцефалического барьера (BBB), поскольку этот физиологический барьер очень плотно удерживает микросреду головного мозга и полностью изолирует ее от других сегментов человеческого тела для защиты этой сложной системы нейронной сети. Поэтому для доступа к BBB без нарушения его целостности и биологического функционирования требуется хорошо разработанный подход [172]. Многие подходы, такие как микродиализ и исследования перфузии мозга, не дали хороших результатов, хотя адресная доставка на основе наночастиц показала некоторые положительные результаты [173-175].