Микроглия является резидентной иммунной клеткой центральной нервной системы (ЦНС) и представляет собой наиболее многочисленную популяцию среди мононуклеарных фагоцитов, присутствующих в ЦНС. Помимо выполнения ключевых физиологических функций во время нейрального развития, микроглия выступает в качестве первой линии иммунной защиты в ЦНС, активно контролируя и патрулируя микроокружение [1]. Клетки микроглии выполняют многочисленные нейропротекторные функции и взаимодействуют с нейронами, астроцитами, олигодендроцитами и инфильтрирующими иммунными клетками для поддержания гомеостаза ЦНС [2]. Кроме того, микроглия отвечает на заболевания или повреждения ЦНС сложными и динамичными реакциями. Первоначально были описаны две категории для концептуализации состояния микроглии в ответ на стимулы: M1 указывала на провоспалительное и нейротоксическое состояние, а M2 была связана с противовоспалительной и заживляющей активностью. Однако благодаря недавним одноклеточным транскриптомным исследованиям, проведенным на мышах и людях [[3-7]], парадигма M1/M2 теперь считается неадекватной для описания активации микроглии, которая довольно разнообразна и сильно зависит от контекста [8]. Действительно, признано множество состояний микроглии, связанных с гомеостазом (M0), старением, а также специфическими процессами и стадиями заболеваний [3], а исследования scRNA-seq выявили множество микроглиальных транскрипционных сигнатур, которые в значительной степени зависят от контекста ЦНС. Кроме того, было описано значительное пространственно-временное разнообразие микроглии как в физиологических, так и в патологических условиях.

В настоящее время микроглия рассматривается как ключевой и основополагающий игрок в многочисленных патологических первичных и вторичных процессах, затрагивающих ЦНС и в конечном итоге приводящих к нейродегенерации. Описаны нейрального развития и нейродегенеративные состояния, возникающие в результате аномальной или неадекватной функции микроглии [8]. К таким состояниям относятся так называемые первичные микроглиопатии, которые связаны с наследственной дисфункцией генов, характерных для микроглии, приводящей к аберрантной функции микроглии, дисмиелинизации, нейродегенерации и раннему развитию деменции. Примерами являются наследственная диффузная лейкоэнцефалопатия со сфероидами (HDLS), аутосомно-доминантное заболевание, причинно связанное с дефектами в гене рецептора колониестимулирующего фактора-1 (CSF1R) [9], или поликистозная мембранозная липомембранозная остеодисплазия со склерозирующей лейкоэнцефалопатией (PLOSL), также известная как болезнь Nasu Hakola (NHD), обусловленная аберрантной экспрессией генов, кодирующих триггерный рецептор, экспрессируемый на миелоидных клетках 2 (TREM2) или DNAX-активирующий белок 12 (DAP12) в микроглиальных клетках [10].

Нарушение функции микроглии отмечается и при других нейропатологических состояниях: например, нарушение фагоцитоза микроглии вследствие изменения или потери экспрессии метил CpG-связывающего белка 2 (MECP2) и последующее накопление обломков нейронов способствуют развитию синдрома Rett [10]. Наследственные дефициты лизосомных ферментов, такие как сфинголипидозы, часто характеризуются выраженной дисфункцией клеток микроглии, которые поглощают накопительный материал, который они не могут метаболизировать из-за ферментативного дефекта, а также клеточный мусор и остатки, и активно участвуют в поддержании нейровоспалительного и нейродегенеративного процесса, что в конечном итоге приводит к серьезному ухудшению нейрокогнитивных и двигательных функций у больных. Аналогичные механизмы объясняют дисфункцию микроглии при пероксисомных заболеваниях, таких как Х-сцепленная адренолейкодистрофия (X-ALD). Кроме того, последние генетические и функциональные данные убедительно свидетельствуют о том, что микроглия может быть главным образом вовлечена в патогенез многофакторных нейродегенеративных заболеваний (NDDs), таких как болезнь Альцгеймера (AD), боковой амиотрофический склероз (ALS), болезнь Паркинсона (PD) и другие подобные состояния [8,11,12]. Эти заболевания характеризуются возрастным отложением мусора, агрегированных и неправильно сформованных белков, которые распознаются микроглией, которая, в свою очередь, реагирует на них в зависимости от контекста и времени, оказывая либо защитное, либо вредное воздействие. Следует отметить, что люди, несущие гипоморфные и гипофункциональные варианты генов-знаков микроглии, таких как TREM2, подвержены повышенному риску развития NDDs, что еще больше подчеркивает роль микроглии в патогенезе этих состояний [13].

На основании этих и других данных микроглия сегодня рассматривается как ключевая терапевтическая мишень при ряде нейродегенеративных заболеваний, и в настоящее время разрабатываются многочисленные вмешательства и методы лечения, нацеленные на микроглию. Эти методы лечения микроглии направлены либо на восстановление, либо на модулирование функции микроглии, чтобы перенаправить ее функциональные

Несмотря на то, что микроглия относится к макрофагам головного мозга, она отличается от других тканевых макрофагов благодаря своему уникальному фенотипу, функции и происхождению. Действительно, в настоящее время микроглия признана уникальной линией тканевых макрофагов, происходящих из первичных эритромиелоидных предшественников (EMPs) желточного мешка, которые в конечном итоге дают начало предшественникам, рекрутируемым в мозг во время эмбриональной жизни через кровообращение [[14-16]]. Эти клетки затем превращаются в микроглии ЦНС без промежуточного моноцитарного звена. Это происхождение было недавно подтверждено и для человеческой микроглии с помощью одноклеточного транскрипционного профилирования [17]. Примечательно, что гемопоэтические стволовые клетки (HSC) также происходят из гемогенного эндотелия, но фетальные HSC возникают и мигрируют из этой области в печень для установления фетального кроветворения на более поздней стадии по сравнению с волной, способствующей образованию микроглии [18]. После рождения микроглия поддерживается в основном за счет эндогенных клеток ЦНС, поскольку предполагается, что они происходят исключительно из пренатальных источников и обладают способностью к самообновлению [19]. Микроглия - долгоживущие клетки со средней продолжительностью жизни ~4,2 года у человека [20] и поддерживают свою плотность в результате баланса между апоптозом и пролиферацией, который является стохастическим в физиологических условиях и клональным при патологии [21]. Поддержание пула микроглии на протяжении всей жизни также зависит от постоянного процесса пространственной транслокации, опосредованного P2Y12 [22]. Помимо микроглии, к миелоидным популяциям, ассоциированным с ЦНС, относятся периваскулярные, менингеальные макрофаги и макрофаги хороидного сплетения, которые присутствуют на границе между паренхимой и кровообращением. Как и микроглия, периваскулярные и менингеальные макрофаги происходят из YS-предшественников, а макрофаги хороидного сплетения имеют как эмбриональное, так и взрослое кроветворное происхождение [23,24].

Вклад взрослого кроветворения в развитие микроглиоза активно изучается, исходя из исторически сложившегося мнения, что микроглия может происходить от моноцитов крови из-за сходства их морфологии и фагоцитарной активности, а также из клинической пользы, которую приносит аллогенная и аутологичная трансплантация генетически модифицированных HSC пациентам, страдающим нейроразвивающими или нейродегенеративными заболеваниями [25]. Для этого использовались различные подходы, включая исследования отслеживания клеток в моделях трансплантации и парабиоза на мышах, а также оценку посмертных образцов от трансплантированных пациентов. В целом, последние исследования подтвердили, что самообновление эндогенных резидентных клеток ЦНС является ключевым фактором поддержания и восстановления после истощения микроглии ЦНС, в том числе после трансплантации HSC в обычных условиях, т.е. с применением облучения для благоприятного приживления трансплантированных клеток и их потомства в организме реципиента (30-2). Однако важно отметить, что доклинические данные и клиническая практика также подтверждают появление клеток-потомков трансплантата в ЦНС реципиентов [[26-30]], особенно при благоприятных условиях трансплантации, то есть при использовании режима кондиционирования, способствующего приживлению HSC и их потомков в ЦНС [31,32], или при использовании альтернативных путей доставки HSC [33]. Фактический фенотип этих прижившихся в ЦНС клеток-предшественников трансплантата и их способность воспроизводить в различной степени транскрипционную и функциональную сложность микроглии в значительной степени зависят от определенного набора переменных, которые можно контролировать и которыми можно манипулировать, чтобы способствовать интеграции высоко-компетентных и функциональных миелоидных клеток в ЦНС реципиента трансплантата. Хотя в большинстве случаев эти клетки сохраняют транскрипционные признаки, наводящие на мысль о тканевых макрофагах, имеются примеры приобретения признаков, в значительной степени соответствующих признакам настоящей микроглии [32], что позволяет предположить, что трансплантация HSC может обеспечить возможность создания популяции клеток, проживающих в ЦНС, которые могут приобрести микроглиеподобный фенотип и выполнять соответствующие функции, соответствующие этой идентичности, в интересах нейродегенеративных или заболеваний нейрального развития.

Основываясь на доказанном вкладе HSC в популяции миелоидов, связанных с ЦНС, клеточная терапия с помощью аллогенной трансплантации HSC (ТHSC) от здоровых совместимых доноров применялась в течение последних 30 или более лет для остановки или сдерживания прогрессирования наследственных нейрометаболических заболеваний, таких как пероксисомные болезни и лизосомные расстройства хранения (LSDs) [34,35]. Действительно, после приживления в ЦНС (и периферической ткани) пациента миелоидные клетки, полученные в результате трансплантации, восстанавливают дефектную метаболическую активность, а также нормальные функции утилизации, способствуя тем самым восстановлению системы хранения (рис. 1). В случае LSDs, вызванных ферментативным дефицитом, аллогенные миелоидные клетки также выделяют функциональные лизосомные ферменты в ЦНС и других тканях, которые затем поглощаются фермент-дефицитными клетками реципиента через маннозо-6-фосфат и другие рецепторы маннозы, присутствующие на плазматической мембране, в рамках механизма, известного как кросс-коррекция. Примечательно, что молекулярные дефекты, лежащие в основе этих состояний, из-за внутриклеточного накопления не-разложившихся метаболитов приводят к серьезным изменениям клеточного гомеостаза и клеточной сигнализации, с последующим окислительным стрессом и нейровоспалением, которые представляют собой основные механизмы нейродегенерации и/или демиелинизации [36]. Нейровоспаление обычно возникает в ответ на значительную активацию резидентных микроглии и астроцитов и может характеризоваться привлечением периферических макрофагов, проникающих в мозг на поздних стадиях нейродегенеративной патологии [37]. Исходя из этого патогенетического механизма, приживление донорских миелоидных клеток в ЦНС может способствовать снижению и/или ослаблению нейровоспаления в пользу создания нейропротективной среды (рис. 1) [37] и, следовательно, привести к нейропротекции, предотвращению повреждения тканей и клинической пользе. Несмотря на такое разумное обоснование, клиническая эффективность HCT была подтверждена лишь при ограниченном числе заболеваний. Среди них детская церебральная форма пероксисомного заболевания Х-сцепленная адренолейкодистрофия (ccALD) и мукополисахаридоз I типа (MPS I) - нейрометаболические заболевания, для которых терапевтическая эффективность HCT является более надежной [35, 36]. В настоящее время аллогенная HSC является стандартом лечения мальчиков с ccALD и детей с наиболее тяжелым вариантом MPS I на ранних стадиях церебрального заболевания. Кроме того, HSCТ рассматривается при альфа-маннозидозе (АМ) на основании ограниченных опубликованных данных [38] и в ранних, до-симптоматических случаях младенческой глобоидноклеточной лейкодистрофии (GLD [39]. Действительно, только в том случае, когда неврологический и нейропсихологический дефицит минимален, HCT может остановить прогрессирование заболевания, обеспечивая стабильную клиническую эффективность. Действительно, в типичном сценарии невропатология будет продолжать клинически прогрессировать в течение ~12-18 месяцев после трансплантации, а затем замедлится и, возможно, остановится.



Fig. 1. Mechanisms of benefit associated to the use of HSC GT in neurodegenerative diseases.

Эти же благоприятные эффекты, описанные для аллогенной HSC были предположены и доказаны в случае трансплантации аутологичных и ген-откорректированных HSC. Важно отметить, что генная терапия HSC (преодолевает наиболее серьезное иммунологическое ограничение аллогенной ТHSC - болезнь «трансплантат против хозяина» (GvHD), устраняя необходимость иммуносупрессии у реципиента и предлагая каждому пациенту-кандидату подходящего донора. Более того, генная инженерия аутологичных HSC может позволить этим HSC не только исправить генетический дефект в клетках пациента, но и добиться сверхэкспрессии функционального белка или лизосомного фермента в клетках, полученных при трансплантации, что потенциально может привести к надежной перекрестной коррекции резидентных клеток ткани и ожидаемой метаболической коррекции и пользе, как это наблюдается в доклинических исследованиях [[40-44]].

Важно отметить, что многие из (дис)функциональных ролей, выполняемых микроглией, и патогенных каскадов, активируемых в ЦНС пациентов, страдающих наследственными нейрометаболическими заболеваниями, признаются также в мозге пациентов, страдающих многофакторными нейродегенеративными заболеваниями, развивающимися у взрослых, где обычно выявляются активированные и повреждающие нейроны клетки микроглии. Поэтому в настоящее время изучаются терапевтические подходы, основанные на замещении микроглии путем трансплантации HSC с целью достижения таргетной терапии микроглии (и тканей ЦНС), восстановления физиологических функций микроглии и модуляции нейровоспаления.

Два препарата для генной терапии нейродегенеративных заболеваний на основе HSC были одобрены для коммерциализации: аутотемцель эливалдоген в США FDA с 2022 года и аутотемцель атидарсаген FDA в 2024 году и EMA в 2020 году. Эти препараты предназначены для лечения двух наследственных нейрометаболических заболеваний детского возраста - ccALD и метахроматической лейкодистрофии (MLD), соответственно.

X-ALD вызывается утратой функции мутациями в гене ABCD1, кодирующем белок ALD (ALDP), пероксисомный мембранный транспортер, что приводит к нарушению транспорта и метаболизма очень длинноцепочечных жирных кислот (VLCFAs) в пероксисомах и последующей воспалительной демиелинизации и нейродегенерации. CcALD - наиболее тяжелый вариант заболевания, характеризующийся появлением симптомов в раннем детстве, ранним снижением неврологических функций и смертью в течение нескольких лет с момента появления симптомов. Как уже говорилось выше, при проведении на ранней стадии заболевания головного мозга аллогенной HCT от совместимого здорового донора можно остановить прогрессирование заболевания и предоставить пострадавшим мальчикам возможность излечения. Однако доступность доноров и побочные эффекты и риски аллогенной трансплантации, например, GvHD, ограничивают возможности применения этого метода лечения. Для решения этой неудовлетворенной потребности была разработана генотерапия HSC на основе самоинактивирующегося лентивирусного вектора (LV) третьего поколения, кодирующего функциональную кДНК ABCD1 человека, для пациентов, не имеющих полностью совместимого донора HSC. Первые испытания на людях начались в 2006 году во Франции с первого клинического испытания I/II фазы (NCT01896102), в которое были включены четыре мальчика, у которых после миелоаблативного кондиционирования и трансплантации разработанных аутологичных HSC наблюдалась функциональная экспрессия ALDP человека и стабилизация заболевания [45]. За этим первым испытанием последовало более крупное многоцентровое исследование (STARBEAM; NCT01896102), в котором было показано, что генотерапия является безопасной и эффективной альтернативой аллогенной HSC у мальчиков, получавших лечение на ранних стадиях церебрального заболевания, с предотвращением значительной функциональной инвалидности и минимальными клиническими симптомами у большинства включенных в исследование и получавших лечение пациентов [46]. Интересно, что у пациентов, прошедших лечение, также наблюдалась широко распространенная и устойчивая нормализация проницаемости белого вещества и микрососудистого кровотока, а обратная корреляция между дозировкой гена и ростом поражения позволила предположить активную роль ген-откорректированных клеток в содействии долгосрочному ремоделированию микрососудов мозга [47]. На основании этих и других результатов аутотемцель эливалдогена был одобрен FDA по ускоренной схеме для реализации в сентябре 2022 года для лечения бессимптомных или слабосимптомных (оценка неврологических функций, NFS s1) мальчиков с ccALD, у которых наблюдается усиление gadolinium на магнитно-резонансной томографии головного мозга и оценка по шкале Loes 0,5-9 баллов. Следует отметить, что в аннотации к препарату сообщается о риске развития гематологических злокачественных новообразований вследствие миелодиспластического синдрома у небольшой группы мальчиков, получавших лечение, и предлагается тщательное наблюдение за пациентами после лечения.

В мае 2010 года началось очередное клиническое испытание I/II фазы генной терапии ГСК на основе LV для лечения наследственного нейрометаболического заболевания - метахроматической лейкодистрофии (MLD, OMIM #250100), известной как прототипичная LSD с тяжелым поражением ЦНС, не поддающаяся аллогенной HCT. MLD - аутосомно-рецессивное заболевание, обусловленное недостаточной активностью лизосомного фермента арилсульфатазы А (АРСА), что приводит к накоплению сульфатидов и последующей демиелинизации, нейровоспалению и нейродегенерации, поражающим ЦНС и периферическую нервную систему (ПНС) в разной степени в зависимости от возраста начала симптомов. Описаны различные клинические формы MLD (поздняя инфантильная, ранняя и поздняя ювенильная и взрослая формы), которые представляют собой континуум с нарастающей тяжестью симптомов и быстротой прогрессирования неврологического ухудшения [48]. Первое испытание на человеке (NCT015601821) предназначалось для лечения поздней инфантильной MLD (LI-MLD) и пациентов с ранней ювенильной МЛД (EJMLD) с предварительной или ранней симптоматикой с расчетом на предотвращение начала заболевания и/или его прогрессирования на основании доклинических данных, которые показали более высокую пользу генной терапии HSC по сравнению с аллогенной HSC в доклинической модели заболевания, опосредованной ARSA-кодирующей LV [[49], [50], [51]]. Это преимущество, которое, вероятно, было основано на экспрессии фермента ARSA выше нормального уровня в потомстве, полученном при трансплантации, было подтверждено в когорте первоначальных пациентов. У этих пациентов, получивших аутологичные сконструированные ГСК после введения миелоаблативной дозы бусульфана, восстановление активности фермента в ЦНС было показано уже через 6 месяцев после трансплантации, а нормальный уровень АРСА в ЦСЖ был определен через 6 месяцев после лечения. Эта метаболическая коррекция сопровождалась значительным улучшением выживаемости при отсутствии тяжелых двигательных нарушений, особенно у пресимптоматических пациентов, и нормальном когнитивном развитии или легком изменении дисфункциональных функций (долгосрочные анализы пока отсутствуют). Влияние на ПНС представляется лишь частичным. На основании этих данных препарат для генной терапии, известный сейчас как atidarsagene autotemcel, был одобрен EMA для продажи в 2020 году с показаниями к применению у детей с формами MLD LI или EJ, которые являются носителями дефектного гена, но у которых еще не развились симптомы, и у пациентов с ранними симптомами MLD EJ, которые еще могут самостоятельно ходить и у которых еще не развился когнитивный дефицит. Недавно FDA также одобрило к продаже атидарсаген аутотемцел с теми же показаниями, что и EMA. До-симптоматические пациенты, которые могут быть пригодны к лечению, могут быть выявлены на основании знакомого анамнеза или с помощью неонатального скрининга крови (NBS), как только он станет доступен. Следует отметить, что в настоящее время проводятся пилотные исследования по скринингу новорожденных на МЛД, сочетающие биохимический и геномный анализ (США, Германия, Великобритания и Франция) [52].

Помимо этих передовых продуктов, клинические испытания такого же подхода проводятся для двух других LSDs с нейродегенеративными признаками, а именно мукополисахаридоза I и IIIA типа (MPS I и MPS IIIA, соответственно). В то время как пациенты с MPS I и поражением ЦНС считаются первичными кандидатами на аллогенную HCT, пациенты с MPS IIIA не получают пользы от такой процедуры независимо от стадии заболевания на момент постановки диагноза, вероятно, из-за специфических для заболевания факторов. С целью увеличения пользы, связанной с аллогенной HCT [43], или обеспечения потенциала для пользы [53]. Генотерапия HSC была протестирована на пациентах (NCT03488394, NCT06149403, NCT04201405) с многообещающими предварительными результатами [54].

В настоящее время ведутся исследования новых признаков NDDs при которых могут быть использованы подходы генотерапии HSC. Во-первых, для будущих клинических испытаний рассматриваются новые LSDs с вовлечением ЦНС, к которым относятся нейрональные цероидные липофусцинозы [55], другие MPS [56,57] и, возможно, другие формы лейкодистрофии. Важно отметить, что наследственные микроглиопатии также могут стать актуальным показанием для генотерапии HSC в будущем. Информация об использовании HSC для лечения этих заболеваний может послужить руководством к дальнейшему развитию терапии. Аллогенные HSC все чаще предлагается пациентам с CSF1R-HLDS, и среди пациентов, перенесших эту процедуру, у большинства наблюдалась стабилизация неврологических симптомов, начиная примерно с 6 месяцев после трансплантации, а также уменьшение/стабилизация поражения белого вещества при магнитно-резонансной томографии головного мозга. Другие незначительные клинические улучшения, как правило, носили эмпирический характер, а у некоторых пациентов развились осложнения трансплантации, такие как GvHD [[58-60]]. Примечательно, что и в этом случае пациенты с более выраженными когнитивными симптомами, скорее всего, не получили пользы от HSC. Основываясь на этих данных, генотерапия с помощью HSC может быть разработана для CSF1R-HLDS и других подобных микроглиопатий, таких как TREM2-NHD, с целью замещения дисфункциональной микроглии ген-откорректированными миелоидными клетками, полученными в результате трансплантации, без рисков, связанных с аллогенной процедурой. Исходя из критической роли микроглии в патогенезе NDDs и потенциала доставки терапевтических транскриптов путем замены клеток, генотерапия с помощью HCT и HSC также предварительно исследуется при этих показаниях, и первые доказательства накапливаются в доклинических животных моделях болезней Альцгеймера и Паркинсона [[61-64]]. Интересно, что восстановление микроглии дикого типа в соответствующих животных моделях болезни Альцгеймера было достаточным для смягчения некоторых проявлений заболевания, включая накопление амилоида. Примечательно, что доставка GDNF в мозг мышей с болезнью Паркинсона посредством трансплантации генно-инженерных HSC может быть полезной и ослаблять проявления болезни. Вопрос о том, можно ли использовать тот же подход, помимо разработки терапевтических средств на основе HSC при NDDs для лечения заболеваний нейрального развития , характеризующихся наследственными или приобретенными дисфункциями микроглии, остается предметом будущих интересных исследований.

Интересно, что в доклинических исследованиях также изучаются новые методы, направленные на оптимизацию результатов и потенциальное предвидение пользы трансплантации HSC у пациентов, страдающих NDDs. Тестирование альтернативных и новых лекарственных схем для улучшения приживления миелоидного потомства трансплантированных клеток в ЦНС. Среди этих стратегий интерес представляет целенаправленное воздействие на рецептор колониестимулирующего фактора 1 (CSF1R), поскольку CSF1R имеет решающее значение для выживания микроглии и макрофагов у грызунов и человека [65]. В настоящее время сообщается, что схемы, сочетающие ингибирование CSF1R с миелоаблативным облучением всего тела или бусульфаном, приводят к улучшению замещения оборота микроглии клетками, полученными при трансплантации, у мышей [29,66], что дает первые признаки, которые в будущем могут стать основанием для включения ингибирования CSF1R в протоколы предтрансплантационного кондиционирования при NDDs.

Генотерапия HSC в настоящее время представляет собой терапевтическую стратегию, способную достичь мозга, чтобы предотвратить или остановить нейродегенеративный процесс с помощью популяции клеток, наделенных множеством соответствующих функций. Эти функции могут быть усилены и модулированы с помощью генной инженерии, которая может быть расширена благодаря использованию новых векторов и/или редактированию генов, а также с помощью инновационных протоколов кондиционирования пациентов перед трансплантацией. Эти инновации могут в конечном итоге открыть возможности для расширения использования генотерапии с помощью HSC при рефрактерных или сложных заболеваниях, а также для прогнозирования пользы, поскольку в настоящее время наилучшие клинические результаты достигаются при назначении лечения пациентам с предварительной или очень ранней симптоматикой. Разработка генотерапий, направленных на патогенетические механизмы нейродегенерации и не ограничивающихся дефектом гена, также может иметь большое значение для дальнейшего применения при NDDs.