После болезни Альцгеймера, болезнь Паркинсона (PD) характеризуется самым высоким числом дегенерации нейронов среди всех нейродегенеративных заболеваний. Это длительное, прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, характеризующееся преждевременной гибелью дофаминергических нейронов в SNpc и широким распространением альфа-синуклеина, внутриклеточного белка. Недостаток дофамина в базальных ганглиях приводит к развитию двигательных патологических симптомов [1]. Ассоциация PD с не-моторными симптомами предшествует моторным признакам более чем на десять лет. С не-моторными симптомами сложнее справиться на последующих стадиях PD. Развитие повреждающих признаков включает не-моторные признаки, моторные симптомы, устойчивые к дофамину, и моторные осложнения, вызванные длительной дофаминовой терапией. Помимо основных симптомов (акинезия и брадикардия, ригидность и тремор), у пациентов с болезнью Паркинсона наблюдаются дополнительные двигательные трудности: проблемы с походкой, отставание в речи, снижение силы захвата, нарушение почерка и др. Некоторые проблемы поддаются лечению дофаминергическими препаратами и глубокой стимуляцией головного мозга. Не-моторные признаки, связанные с болезнью Паркинсона, включают жалобы на потерю интереса, депрессию и ангедонию, галлюциноз, когнитивные нарушения и др. Все эти симптомы сопровождаются нарушениями регуляции цикла сон-бодрствование [2]. Патофизиология PD включает в себя клеточное накопление SNCA в виде нерастворимых частиц, которые вызывают клеточные нарушения и токсичность. Накопление SNCA проявляется при истощении дофаминергических нейронов, что нарушает многочисленные пути, зависящие от дофаминергического тонуса в Substania Nigra pars compacta (SNpc). Этот дисбаланс приводит к отклонению стриатальных проекций в нейронных цепях, способствующих развитию фенотипа паркинсонизма. Накопление SNCA также является патологическим признаком, наблюдаемым при многочисленных заболеваниях мозга. Среди них Lewy body dementia и multiple system atrophy [3]. PD, в основном, вызывается сочетанием генетических и экологических компонентов риска. Предполагается, что PD является многофакторным, а не результатом одной определенной причины. Старение является наиболее значимым компонентом экологического риска [4].

Нейродегенерация тесно связана со старением, что приводит к прогрессированию PD. Селективное повреждение дофаминергических нейронов осуществляется токсинами. Ограниченные защитные компоненты, такие как никотин, кофеин и нестероидные противовоспалительные препараты (NSAID), также были признаны в классическом эпидемиологическом исследовании раннего изменения образа жизни, продлевающего болезнь Паркинсона [5].

По ключевым словам было найдено 2 191 статья. Статьи были отобраны и 42 высококачественные статьи были включены в окончательный анализ. Критерии отбора включали рецензируемые статьи, опубликованные за последние 35 лет на английском языке, имеющие отношение к нашей теме и вопросу исследования и включающие участников старше 50 лет. Среди типов исследований были клинические испытания, обсервационные исследования, такие как случай-контроль, когортные и перекрестные, а также систематические обзоры, мета-анализы и обзоры литературы. Были исключены исследования, которые считались дублирующими или пересекающимися, а также исследования in vitro или исследования, проведенные на животных. Исследование показало, что в 30 исследованиях представлены доказательства взаимосвязи между генетикой, генными мутациями, возрастом и болезнью Паркинсона, причем в 12 исследованиях было конкретно установлено, что генетические мутации в аллелях SNCA, LRRK2, PARK2, PINK1, DJ1, GBA и MAPT связаны с заболеванием (Рисунок 1).

Результаты исследований многочисленных генов, способствующих развитию заболевания, и генетических компонентов риска подтвердили участие генетики в изучении патофизиологии PD [6]. Исследования связей помогают выявить гены, вызывающие моногенные разновидности заболеваний, и проанализировать семьи с несколькими родственниками, экспрессирующими редкую патогенную мутацию в гене, вызывающем заболевание [7]. Ассоциативные исследования выявляют гены, связанные с факторами риска. Последнее встречается гораздо чаще при сравнении данных между высокопатогенными трансмутациями, вызывающими заболевания, и генетическими вариантами риска. Ассоциативные исследования требуют включения больших когорт пациентов и контроля, поскольку генетические варианты риска имеют низкую силу эффекта. Геномные широкомасштабные ассоциативные исследования обеспечивают беспристрастный подход [8]. Данные, полученные в результате анализа родства и ассоциативных исследований, выявили многочисленные локусы (EIF4G1, PARK13, PARK15 и PARK1) и компоненты риска (HLA, GAK, MAPT, BST1, PARK16, GBA и LRRK2, SNCA), соответственно [9].

Значительное количество данных свидетельствует о том, что риск развития PD обусловлен генетикой. Гены, вызывающие заболевание, относятся к различным классам [6]. Спорадическая PD близко напоминает фенотип PD gh доминантной форме генов. В то же время рецессивные варианты (ATP13A2, PLA2G6 и FBXO7) демонстрируют более ранний возраст начала заболевания и представляют собой чистый паркинсонизм наряду с дополнительными клиническими признаками. Идентифицировано более 20 генов, вызывающих аутосомно-рецессивный (AR), аутосомно-доминантный (AD) и Х-сцепленный паркинсонизм, со специфическими фенотипами, варьирующими от идиопатической PD до паркинсонизма ранним началом, который может быть чистым или может быть осложнен моторными и не-моторными клиническими признаками [10].

Первоначально идентифицированным геном, вызывающим PD, был SNCA (PARK1/PARK4). Мутация SNCA отвечает за аутосомно-доминантную PD Центральной единицей телец Леви и нейритов Леви является белок альфа-синуклеин, кодируемый геном SNCA. Этот белок альфа-синуклеин, возможно, способствует пластичности мозга и связыванию с синаптическими везикулами. Экспрессия этого белка широко распространена в мозге, локализуясь в пресинаптических нервных окончаниях. Естественно, эти белки присутствуют в развернутом виде, но могут олигомеризоваться, что приводит к образованию фибриллярных компонентов, которые являются элементами телец Леви [11]. В высоких концентрациях белок альфа-синуклеин дикого типа оказывается летальным для нейронов. Согласно гипотезе gain-to-function, точечная мутация в SNCA, приводящая к трансляционным изменениям в белке альфа-синуклеина, может усиливать агрегацию белка. Пациенты с дупликацией SNCA характеризуются поздним началом PD с замедленным развитием и отсутствием нехарактерных признаков. Пациенты с трипликацией SNCA или миссенс-трансмутацией A53T имеют более ранний возраст начала заболевания (около 34 лет), а носители трипликации, миссенс-мутации E46K или A53T чаще страдают деменцией, чем носители дупликации или миссенс-трансмутации A30P. Этот ген был признан небезопасным во всех исследованиях геномных ассоциаций. Варианты, связанные с повышенной опасностью PD, могут в какой-то степени намекать на повышенное проявление альфа-синуклеина [12].

Трансмутация в другом гене, известном как ген LRRK2, также вызывает аутосомно-доминантную PD. Белки, транслируемые LRRK2, выполняют функцию внутриклеточных сигнальных путей. Экспрессия этого гена широко распространена в мозге, локализуясь в везикулах и мембранах (лизосом, эндосом и митохондрий). Мутация в LRRK2 приводит к развитию PD вследствие повышения киназной активности, деградационных изменений в способности к димеризации и нарушения функциональности ГТФазы. Основным признаком PD с мутацией LRRK2 является тремор. Пациенты с LRRK2 производят впечатление более доброкачественных, с вялым развитием заболевания, но с незначительной распространенностью деменции и психиатрических трудностей. У носителей мутации LRRK2 патологически обнаруживаются признаки альфа-синуклеиновых телец Леви. В отличие от них, у небольшой части наблюдаются аномальные патологии, такие как патология tau, потеря нейронов без внутриклеточных включений, диффузная болезнь телец Леви и болезнь двигательных нейронов. Точные патогенные мутации с различными патологическими вариациями могут наблюдаться среди членов одной семьи [13].

Аутосомно-рецессивная PD вызывается трансмутацией в гене PARK2 (Parkin). Белок Parkin относится к убиквитин лигазам E3. Этот белок участвует в поддержании митохондрий и может вызывать аутофагию нефункционирующих митохондрий. Белок Parkin катализирует связи между убиквитином и белками, связываясь с убиквитин-сопрягающими ферментами (E2s). Экспрессия этого белка наблюдается во многих тканях, включая головной мозг и substantia nigra, локализуясь в цитозоле, комплексе Гольджи, ER и внешней митохондриальной мембране. Пациенты с мутациями Parkin склонны к развитию моторных вариаций и дискинезий на ранних этапах терапии чувствительной к levodopa PD У пациентов также наблюдается дистония в нижних конечностях наряду с психическими отклонениями в начале заболевания [14]. Мутация в гене PINK1 (PARK6) также вызывает аутосомно-рецессивную PD. Кодируемый белок помогает в функционировании клеток и участвует в окислительном стрессе с помощью реакций митохондрий. Белок, кодируемый этим геном, также находится в митохондриальных мембранах головного мозга. Предполагается, что PINK1 защищает нейроны от стимулируемого протеасомами апоптоза и от митохондриальных сбоев, взаимодействуя с Parkin. Мутация в этом гене нарушает функцию белка, что приводит к редким случаям болезни Паркинсона с ранним началом деменции. В то же время у некоторых пациентов наблюдаются дополнительные психические нарушения, включая тревогу и депрессию [15]. Мутация в DJ1 (PARK7) является редкой и еще одной причиной возникновения аутосомно-рецессивной PD. Белок DJ1, по-видимому, является нейропротекторным и функционирует как сенсор окислительного стресса. Этот белок также действует как антиоксидант под действием митохондриальной мембраны во время окислительного стресса [16]. Активность этого белка значительна в нейронах слоя substantia nigra, поскольку они более уязвимы к окислительному стрессу, что объясняет мутации здесь в генах, приводящих к PD. Экспрессия DJ1 широко распространена в различных тканях, а также в мозге, нейронных и глиальных клетках [17]. Болезнь Паркинсона, вызванная мутацией в DJ1, относится к редким случаям раннего начала заболевания, поскольку клиническая картина показывает благоприятную реакцию на levodopa и замедленное прогрессирование болезни [18].

Известно несколько факторов риска. Одним из них является болезнь Гоше, вызываемая гомозиготными или сложными гетерозиготными мутациями в гене глюкоцереброзидазы (GBA). Согласно этим данным, одиночные гетерозиготные мутации являются значимыми факторами риска развития PD. Болезнь Гоше - это аутосомно-рецессивная врожденная ошибка метаболизма, редкое нарушение хранения липидов, проявляющееся осложнениями, включая нервную систему, печень, костный мозг, селезенку и легкие [19]. Пациенты с болезнью Гоше, по-видимому, прогрессируют до PD [20]. Болезнь Гоше - это нарушение хранения липидов, при котором гликолипиды и глюкозилцерамид накапливаются в лизосомальном компоненте. Семьи пациентов с болезнью Гоше имеют больше шансов на развитие PD У пациентов с мутацией GBA наблюдаются симптомы тяжелых не-моторных и когнитивных изменений. Брадикинезия является начальным симптомом, наряду с levodopa-дискинезией [21-23]. Лоботемпоральная деменция вызывается мутациями в ассоциированном с микротрубочками белке tau (MAPT), который является известным компонентом риска прогрессирующего надъядерного паралича и кортикобазального повреждения. Ген MAPT кодирует белок tau. Роль tau заключается в поддержании целостности цитоскелета. PD возникает из-за накопления альфа-синуклеина. Было высказано предположение о взаимодействии этих двух патофизиологических механизмов PD и включений tau при различных нейродегенеративных заболеваниях [12]. Спорадическое позднее начало PD с BST1 в качестве элемента риска в азиатском геномном исследовании ассоциаций показало, что частоты аллелей различались в разных исследованиях, где размеры эффекта казались ниже в популяции европейского происхождения. Белок, экспрессируемый этим геном, функционирует как катализатор роста циклической ADP-рибозы и поддержания гомеостаза Ca²⁺. PARK16 содержит пять генов в сайте хромосомы 1q32, представляющем ассоциацию с PD [24]. На рисунке 2 показаны аутосомно-доминантные и рецессивные гены, вовлеченные в этиопатогенез PD, где органеллы, такие как везикулы, митохондрии, протеасома и лизосомы с генами GAL, SNCA, DJ1, PARKIN, GBA, HRTA 2 и FBXO7 при соотв. мутации образуют скопления неправильно сформованных белков.

Рис. 2: Патофизиология PD с экспрессией белков различных генов.

Современные схемы лечения PD, в частности, включают прием levodopa, агонистов дофамина, глубокую стимуляцию мозга (DBS), нейроаблативную хирургию и ингибиторы моноаминоксидазы В (МАО-В). Существующие методы лечения являются симптоматическими и связаны с побочными эффектами. Проводимое лечение не останавливает развитие болезни, что приводит к увеличению трудностей с возрастом. Старение является наиболее частым фактором риска среди факторов окружающей среды для развития PD. Несмотря на то, что существующие методы лечения являются симптоматическими и связаны с побочными эффектами, они обеспечивают значительное облегчение значимых двигательных симптомов. При не-моторных проявлениях эти не модифицирующие заболевания препараты дают незначительное клиническое облегчение. При несвоевременной диагностике болезни Паркинсона лечение откладывается до тех пор, пока симптомы не станут проблематичными для пациента, чтобы снизить эффект антагонистического действия препарата [25]. Основу существующего лечения болезни Паркинсона составляют препараты на основе levodopa. По механизму действия препараты на основе levodopa замещают дофамин, истощенный в стриатуме. Дофамин не может пересечь ВВВ, в то время как его предшественник, levodopa, может пересечь ВВВ и поэтому используется в терапии. После того как levodopa пересекает ВВВ, она превращается в нейромедиатор дофамин под действием DOPA-декарбоксилазы [26,27]. Сначала назначается низкая доза levodopa, которая в дальнейшем увеличивается в зависимости от побочных эффектов. Пациентам назначают несколько доз levodopa, от 150 до 1000 мг в день. Увеличение дозы также усиливает побочные эффекты, связанные с levodopa [28]. Неблагоприятные эффекты levodopa заключаются в периферическом преобразовании DOPA-декарбоксилазы из внешней среды в ЦНС, что приводит к значительным двигательным осложнениям [27]. Эти периферические, вне ЦНС конверсионные осложнения купируются путем назначения levodopa в смеси с периферическими ингибиторами DOPA-карбоксилазы. Наиболее часто используемыми препаратами являются агонисты дофамина. Одним из них является агонист этаноламин, классифицируемый на производные спорыньи и не спорыньи. Механизм действия этих агонистов заключается в присоединении к дофаминергическим рецепторам. Особенно у молодых пациентов агонисты дофамина первоначально назначались в качестве препаратов для терапии. Преимуществом такого подхода является отсрочка применения levodopa, что уменьшает антагонистический эффект двигательных осложнений. Некоторые препараты были выведены из терапии из-за значительных идиосинкразических антагонистических эффектов. Например, применение pergolide представляло риск развития ретроперитонеального, перикардиального и плеврального фиброза. Этот препарат перестал использоваться в качестве терапии в 2007 году [29].

Ингибиторы MAO-B - главных ферментов, участвующих в выделении дофамина. Эти препараты находятся в обратной зависимости от дофаминергической активности в стриатуме. При снижении уровня ингибирующего фермента МАО-В дофаминергическая активность возрастает. Иногда этого класса препаратов достаточно для облегчения ранних двигательных симптомов PD. Эти препараты в сочетании с levodopa используются для снижения концентрации дозы levodopa. Гастроинтестинальные проблемы наиболее знакомы с ингибиторами МАО-В [30]. Антихолинергические препараты также назначаются при PD. Они действуют через не-дофаминергические механизмы, в то время как такие препараты, как levodopa и ингибиторы МАО-В, повышают дофаминергическую активность в стриатуме. Антихолинергические препараты действуют путем снижения активности нейротрансмиттера ацетилхолина. Основная функция этих препаратов - облегчить легкие двигательные симптомы, в частности тремор и мышечную ригидность. Антихолинергические препараты используются в сочетании с levodopa. Этих препаратов следует избегать у пожилых пациентов с когнитивными осложнениями [31-33]. Amantadine - еще один препарат, используемый при PD. Amantadine был разработан в основном для лечения гриппа, но этот противовирусный препарат был использован для лечения различных проявлений PD. Симптомы, в частности, включают ригидность и тремор в покое. Как и леводопа, Amantadine начинают принимать с более низкой дозы и затем повышают ее. Побочные эффекты этого препарата включают бессонницу, ночные кошмары, потливость и головные боли [34]. Генотерапия PD означает "замену плохой ДНК хорошей ДНК" [25]. Более сложное определение генотерапии можно описать как обзор полезных генов, заменяющих, подавляющих или исправляющих дефектные гены. Этот инженерный механизм предполагает использование не-реплицирующихся вирусных векторов и многочисленных рекомбинантных серотипов адено-ассоциированного вируса (AAV) [33]. На мышиных моделях PD было продемонстрировано успешное использование доставки генов [34,35]. Генетическое лечение PD включает в себя воздействие на известные возможные мишени. Эти мишени можно разделить на модифицирующие и немодифицирующие болезнь. Лечение, не модифицирующих болезнь мишеней, может быть осуществлено путем нормализации аномального возбуждения в базальных ганглиях с помощью экспрессии дофаминергических ферментов. Этот конкретный набор методов лечения является симптоматическим и не предполагает изменения патофизиологического процесса. Болезнь-модифицирующее лечение может осуществляться путем остановки опосредованного болезнью Паркинсона разрушения клеток и регенерации нейронов. Нейропротекторные свойства могут быть обнаружены при избыточной экспрессии факторов роста [36].

Превращение L-DOPA в дофамин осуществляется синтетическим дофаминовым аппаратом с помощью фермента декарбоксилазы ароматических кислот (AADC). Терапия AADC не подходит в качестве самостоятельного лечения, поскольку существует постоянная потребность в экзогенном L-DOPA. В ходе испытаний пациенты сообщали о лучшем ответе на L-DOPA [37]. Другим методом лечения симптоматической PD является полная реконструкция дофамин-синтезирующего аппарата путем введения определенных генов. Эти гены будут помогать ферментам с трех генов мишеней в преобразовании тирозина в дофамин, устраняя необходимость в экзогенном L-DOPA и обеспечивая стабильный тонус дофамина. Включение TH, AADC и GTP cyclohydrolase 1 (GCH) устраняет вне-целевые эффекты и эффекты износа [37]. Доставка этих трех ферментов является проблемой, поскольку при их комбинации гигантская молекула не помещается в один геном AAV. Решением является инокуляция путем объединения трех различных векторов AAV. Использование трицистронных векторов привело к избыточной экспрессии GCH, TH и AADC. Для того чтобы упаковка трицистронной системы не вызывала затруднений, все гены помещаются в одном векторе для обеспечения совместной экспрессии белков. В данном случае подход с LV был эффективен у крыс. Терапия хорошо переносилась у обезьян с заметным развитием симптомов паркинсонизма без признаков дискинезий. При микродиализе наблюдалось восстановление нормального уровня дофамина на 50%. Один из таких препаратов под названием Prosavin, с препаратом LV-TH-GCH-AADC, проходит фазу 1 клинических испытаний [38]. При снижении дофаминергического тонуса стриатума повышается возбуждающая активность цепей в STN-глутаматергическом субталамическом ядре. Увеличение частоты возбуждения влияет на деполяризацию STN вместе с всплеском активности в шипиках дендритов после каждой гиперполяризации. Ингибирующее воздействие на таламокортикальные цепи вследствие усиленной активации GPi и SNr приводит к моторным симптомам болезни Паркинсона. Исследования показали, что избыточная экспрессия GAD у крыс устраняет двигательные симптомы паркинсонизма и хорошо переносится. Компания Neurologix профинансировала клиническое исследование фазы 1, в результате которого было выявлено улучшение показателей по шкале UPDRS и отсутствие побочных эффектов как в состоянии ON, так и OFF. На сегодняшний день изучение и совершенствование GAD в качестве возможной генотерапии болезни Паркинсона завершено, поскольку компания Neurologix распалась [39]. Модифицирующие заболевание мишени SN и стриатум, получающие прямую доставку глиального клеточно-производного нейротрофического фактора (GDNF), уменьшают симптомы паркинсонизма в токсичнных моделях паркинсонизма наряду с прорастанием нейритов. Недостаточное распространение препарата было связано с недостаточной инфузией GDNF, что может быть связано с неисправностью насоса в дополнение к недостаточному количеству нейронов для воздействия GDNF. Нейротензин-полиплекс, метод трансфекции GDNF в дофаминергические клетки, представляет собой доставку вирусного вектора. Этот метод работает путем введения наночастиц, содержащих плазмиды для экспрессии GDNF с помощью рецепторов нейротензина в дофаминергические клетки. Дофаминергические клетки находятся под контролем трансактиватора, управляемого тетрациклином. Механизм этого метода функционирует при подаче тетрациклина, что позволяет контролировать экспрессию GDNF, которая в противном случае контролируется необходимостью экзогенной стимуляции. Другим методом переноса гена GDNF было использование наночастиц из 30-мерного полимера лизина и плазмиды, кодирующей GDNF. В этой терапии с избыточной экспрессией GDNF, проведенной у обезьян, леченных MPTP, возникла проблема безопасности при инокуляции вирусного вектора, опосредующего GDNF, в СН с помощью AAV-GDNF. Признаков улучшения моторики не наблюдалось, но в качестве побочного эффекта отмечалась довольно значительная потеря веса. FDA разрешило проведение американского испытания фазы 1 на пациентах с прогрессирующей болезнью Паркинсона [40].

После болезни Альцгеймера PD характеризуется самым высоким числом дегенерации нейронов среди всех нейродегенеративных заболеваний. Дефицит дофамина в базальных ганглиях предшествует появлению аномальных двигательных симптомов, а именно: постуральной неустойчивости, ригидности, тремора и брадикинезии. В большинстве случаев PD провоцируется сочетанием генетических и экологических компонентов риска. Предполагается, что PD является многофакторным заболеванием, а не результатом одной определенной причины. Находки многочисленных генов, вызывающих заболевание, и генетических факторов риска подтвердили участие генетики в изучении патофизиологии PD. Данные, полученные в результате анализа сцепления и анализа данных ассоциативных исследований, показали ассоциацию различных локусов (EIF4G1, PARK13, PARK15 и PARK1) и нескольких факторов риска (HLA, GAK, MAPT, BST1, PARK16, GBA, LRRK2 и SNCA) соответственно. Мутация SNCA является причиной аутосомно-доминантной PD. Основной единицей телец Леви и нейритов Леви является белок альфа-синуклеин, который кодируется геном SNCA. Этот белок, альфа-синуклеин, возможно, способствует пластичности мозга и связыванию с синаптическими везикулами. Аутосомно-доминантная PD также вызывается мутацией в гене LRRK2. Белки, транслируемые LRRK2, предполагают у них функцию внутриклеточных сигнальных путей. Аутосомно-рецессивная PD вызывается трансмутацией в гене PARK2 (Parkin). Белок паркин относится к убиквитин лигазам E3. Пациенты с мутациями Parkin склонны к развитию моторных вариаций и дискинезий в начальной последовательности лечения levodopa-резистентной PD. Аутосомно-рецессивная PD также вызывается мутацией в гене PINK1. Мутация в этом гене нарушает функцию белка, что приводит к редким случаям раннего начала болезни Паркинсона с ранним началом деменции. Мутация в DJ1 - еще одна редкая и еще одна причина возникновения аутосомно-рецессивной PD. Генетические факторы риска PD в связи с болезнью Гоше с ассоциацией гена GBA. При лечении основное и главное лечение должно проводиться препаратами levodopa. Препараты levodopa дают побочные эффекты при увеличении титра дозы. В зависимости от симптомов заболевания в комбинации с levodopa назначаются также ингибиторы МАО-В и антихолинергические препараты. Генотерапия - это замена, подавление или исправление плохой ДНК хорошей ДНК. Генотерапия подразделяется на модифицирующие болезнь мишени и немодифицирующие болезнь мишени. Напр., мишени, модифицирующие заболевание, это лечение генов GDNF, и мишени, не модифицирующие заболевание, такие как лечение, направленное на гены TH, AADC, GCH и др.