Рассеянный склероз (РС) — хроническое демиелинизирующее нейродегенеративное заболевание центральной нервной системы (ЦНС), которое характеризуется мультифокальными очагами демиелинизации в головном и спинном мозге, ассоциированными с воспалительными клеточными инфильтратами, реактивным глиозом и аксональным повреждением [1, 2]. РС относительно механизмов развития длительное время рассматривался исключительно как демиелинизирующее заболевание. Основной гипотезой иммунопатогенеза РС являлось положение о нарушении иммунологической толерантности и сенсибилизации аутореактивных Т-клеток к антигенам миелина с их последующей миграцией через гематоэнцефалический барьер в ткань мозга и запуском каскада воспалительных реакций, в результате чего повреждаются миелин и синтезирующие его олигодендроциты [3].

Исследования последних 10 лет существенно изменили традиционные представления о РС как о заболевании, имеющем ремиттирующее течение и приводящем к разрушению только миелина проводящих путей головного и спинного мозга. Полученные с помощью морфологических, иммунологических и нейровизуализационных методов исследования результаты показали, что помимо белого вещества поражается и серое вещество коры и подкорковых образований. Было установлено, что нейродегенеративные изменения развиваются уже с дебюта заболевания и в последующем неуклонно продолжают нарастать, в том числе и в фазе клинической ремиссии, при отсутствии выраженных воспалительных реакций [3]. В настоящее время известно, что нейродегенерация при РС обусловливает целый ряд симптомов заболевания [3]. Более того, именно с нейродегенеративными нарушениями связывают нарастание необратимого неврологического дефицита у больных РС, в связи с чем предупреждение нейродегенеративных изменений стало одним из главных требований, предъявляемых к препаратам патогенетической терапии РС при разработке концепции NEDA (No Evidence of Disease Activity — отсутствие подтверждения активности заболевания).

Существующая патогенетическая терапия РС направлена прежде всего на предупреждение обострений, тогда как эффективность препаратов, изменяющих течение РС (ПИТРС), в отношении прогрессирования остается низкой и не позволяет в полной мере остановить развитие РС [4]. Таким образом, изучение механизмов нейродегенеративных изменений, а также поиск методов воздействия на них остается одной из наиболее важных задач в терапии РС.

Полагают, что значительную роль в развитии нейродегенерации и процессах репарации при нейродегенеративном поражении играют нейротрофические факторы, в особенности нейротрофины, включающие в себя фактор роста нервов (Nerve Growth Factor — NGF), нейротрофический фактор мозга (Brain Derived Neurotrophic Factor — BDNF), нейротрофин-3 и нейротрофин-4. Нейротрофины воздействуют на механизмы нейропластичности, синаптогенеза, стимулируют регенерацию нейронов, рост аксонов и ветвление дендритов в направлении клеток-мишеней [5].

При изучении механизмов нейропластичности наибольшее внимание привлекает BDNF, его влияние не только на нейродегенерацию, но и на воспаление. В обзоре представлены данные о структуре, формах и функции BDNF и его значении при РС.

BDNF представляет из себя димер с общей молекулярной массой 27,2 кДа, каждый мономер которого состоит из 120 аминокислот [6]. Многочисленные исследования BDNF показали его тесную связь с нормальным функционированием нервной системы и когнитивными процессами [7]. BDNF участвует в развитии и сохранении сенсорных нейронов, дофаминергических нейронов черной субстанции, холинергических нейронов переднего мозга, гиппокампа, ганглиев сетчатки. В мозге мРНК BDNF и сам полипептид идентифицированы в гиппокампе, миндалине, таламусе, пирамидных клетках неокортекса, мозжечке [8].

У человека ген BDNF найден в области р14.1 хромосомы 11 [9] и включает 9 функциональных промоторов и 11 экзонов. Последовательность, кодирующая функциональную часть белка, находится в последнем экзоне. Альтернативные промоторы формируют девять ткане- и времяспецифичных транскриптов, кодирующих в том числе и разные последовательности пре-проBDNF [8].

BDNF взаимодействует с двумя клеточными рецепторами: тропомиозин-киназы B (TrkB) и нейротрофинов (p75NTR) [10, 11]. TrkB обладает высоким сродством и специфичностью к BDNF и нейротрофину-4. Взаимодействие BDNF с TrkB активирует пути, участвующие в выживаемости нейронов и регенеративных эффектах. p75NTR в противоположность TrkB обладает проапоптотическим эффектом, кроме того, он может дополнительно связывать проBDNF с высоким сродством и образовывать комплексы с другими рецепторами, включая тирозинкиназные [12].

Продукция и секреция BDNF происходит строго «по требованию». В здоровых нейронах деполяризация мембраны индуцирует вход ионов кальция в клетку через потенциалзависимые кальциевые каналы и глутаматные рецепторы [13]. Эти триггеры сигнальных путей связаны с факторами транскрипции, такими как фактор Ca²⁺-ответа и циклический связывающий белок АМР, которые приводят к инициированию транскрипции BDNF [14]. мРНК транслируется в эндоплазматическом ретикулуме в пре-проBDNF.

Первый этап предусматривает расщепление сигнального пептида и формирование проBDNF, который затем преобразуется в зрелый BDNF. Авторы одних исследований предполагают локализацию пропептида с соответствующей протеазой внутри секреторных гранул пресинаптических аксонов [15], в то время как другие — внеклеточный механизм расщепления с участием металлопротеиназ и плазмина [16]. Возможно, что задействованы оба механизма, поскольку физиологические уровни BDNF очень низкие и повышенный уровень проBDNF будет требовать внеклеточной обработки [17].

В ЦНС нейроны являются основным источником BDNF, другим потенциальным источником являются активированные астроциты. Более того, активированные Т- и В-клетки и моноциты также экспрессируют биоактивный BDNF in vitro и при РС. BDNF широко экспрессируется в мозге млекопитающих и присутствует в цереброспинальной жидкости (ЦСЖ). Установлено, что содержание BDNF в образцах ЦСЖ у пациентов с РС выше (средняя концентрация 70,54±12,53 пг/мл), чем в ЦСЖ здоровых (средняя концентрация 8,64±1,52 пг/мл) [18].

Также BDNF обнаружен в тромбоцитах. В ряде исследований было показано, что биологическая активность тромбоцитарного BDNF в 50—100 раз выше, чем у ВDNF, выделенного из головного мозга, в то время как их биологические и биохимические свойства эквивалентны. Наличие BDNF в тромбоцитах объясняется его продуцированием эндотелиальными клетками сосудов и попаданием в кровяное русло, поскольку тромбоциты содержат только малое количество белков BDNF мРНК, вероятно, происходящих из цитоплазмы клеток мегакариоцитарного предшественника тромбоцитов [19].

S. Radka и соавт. [20] сообщают, что содержание BDNF в сыворотке крови несопоставимо больше, чем в плазме (более чем в 50 раз). Эта разница, по-видимому, отражает количество BDNF в циркулирующих тромбоцитах и высвобождающегося при их активации. Также установлено, что у здоровых среднее содержание BDNF составляет 0,06—0,1 нг/мл в плазме и 2,9 нг/мл в тромбоцитах. Диапазон колебаний значений этого параметра изменяется от 7 до 27 нг/мл в сыворотке крови пациентов, не страдающих неврологическими или депрессивными расстройствами. Полагают, что тромбоциты могут являться важным источником BDNF и, таким образом, играть существенную роль в нейрорегенерации. Однако эта гипотеза нуждается в уточнении. Источниками BDNF в циркулирующей плазме являются сосудистые эндотелиальные клетки, а также мозг [21].

Тромбоциты имеют продолжительность жизни около 10 сут [22], в то время как циркуляция плазменной BDNF составляет всего около 6 мин [23]. Следовательно, плазменный BDNF, вероятно, будет более приемлемым показателем уровня BDNF в головном мозге [16] ввиду минимального влияния количества этого нейротрофина в тромбоцитах. С другой стороны, показано, что уровень сывороточного BDNF вполне может отражать процессы, происходящие в мозге, поскольку участие BDNF в патогенезе некоторых психических расстройств подтверждается рядом исследований [24, 25]. У здоровых корреляция уровня BDNF в сыворотке и целостности коры головного мозга отмечена в нейровизуализационных и нейропсихологических исследованиях [26].

BDNF участвует в патогенезе многих заболеваний ЦНС, прежде всего нейродегенеративных, травматических и ишемических. На экспериментальных моделях болезни Альцгеймера выявлена отрицательная корреляция уровня BDNF мРНК с образованием амилоидных бляшек в коре головного мозга и тяжести заболевания, а также снижение уровня экспрессии нейротрофина [27]. Установлено, что циркулирующие уровни BDNF положительно коррелируют с оценкой по краткой шкале оценки психического статуса (Mini-mental State Examination — MMSE) у пациентов с болезнью Альцгеймера [28]. Концентрация BDNF тесно связана с обсессивно-компульсивными расстройствами, тревогой и депрессией. При этих заболеваниях циркулирующие уровни BDNF у пациентов были более низкими, чем в группе здоровых [29, 30].

Обнаружено, что BDNF оказывает положительное влияние на ЭАЭ. Инъекция клеток костного мозга, обработанных BDNF, редуцирует демиелинизацию и способствует ремиелинизации, которая сдерживает проявление и уменьшает тяжесть клинических симптомов [31]. При исследовании на условно нокаутных по BDNF мышах [32] выявлено тяжелое клиническое течение ЭАЭ у грызунов с дефицитом BDNF в клетках иммунной системы (Т-клетки и моноциты/макрофаги) или в астроцитах/нейронах. В особенности отсутствие BDNF в Т-клетках и моноцитах/макрофагах наблюдается при прогрессирующих моторных нарушениях в поздней фазе ЭАЭ, которые сопровождаются увеличением повреждения аксонов. Кроме того, добавление BDNF путем инъекции экспрессирующих BDNF миелин-олигодендроцитарный гликопротеинспецифичных Т-клеток приводило к уменьшению симптомов ЭАЭ и уменьшению повреждения аксонов у нокаутных мышей [32].

Снижение BDNF в субпопуляциях астроцитов/нейронов характеризовалось значительным ухудшением моторных функций на ранней стадии ЭАЭ, тогда как его снижение в иммунных клетках приводило к аналогичному, но гораздо более отсроченному эффекту [32]. В другом исследовании [33], которое проводилось на условно нокаутных мышах путем введения тамоксифена и снижения уровней BDNF в клетках как ЦНС, так и иммунной системы, выявлено, что нейропротективный эффект был наиболее заметным, если BDNF удаляли на ранней стадии аутоиммунного процесса, т. е. после праймирования Т-клеток (во избежание возможных иммунологических эффектов) незадолго до появления первых клинических симптомов. Напротив, снижение BDNF после первого пика заболевания приводило лишь к незначительным последствиям для течения клинической болезни по гистопатологическим параметрам разрушения тканей. Эти данные свидетельствуют о том, что нейропротективные эффекты BDNF в экспериментальной модели РС особенно актуальны на ранней стадии ЭАЭ. Это согласуется с наблюдениями как случаев с ЭАЭ, так и РС, поскольку ключевые особенности нейродегенерации уже встречаются на ранних стадиях заболевания [34, 35].

S. Javeri и соавт. [36] изучали связь клинического течения, гистопатологии ЦНС и периферического антигенспецифического иммунитета в индуцированном белком слияния (MP4) ЭАЭ у условно нокаутных по BDNF мышей. У этих животных наблюдалось менее тяжелое заболевание по сравнению с мышами дикого типа, что выражалось в уменьшении воспаления и демиелинизации. В соответствии с уменьшенным количеством T- и B-клеток в инфильтратах ЦНС периферический MP4-специфический ответ TH1/TH17 ослаблялся у нокаутных по BDNF мышей, но не у животных дикого типа. При этом у нокаутных животных были выявлены уменьшенное количество инфильтратов в ЦНС и меньшая демиелинизация по сравнению с животными дикого типа. Мыши, нокаутные по BDNF, имели снижение количества CD4+ и CD8+ Т-клеток и В-клеток, в то время как число макрофагов и гранулоцитов было сопоставимо в обеих группах.

Существуют разные объяснения этих результатов. По одной из гипотез, BDNF участвует в поддержании опосредованного T-клеточного аутоиммунного нейровоспаления. С одной стороны, условная делеция гена BDNF в линии Т-клеток приводила к уменьшению их инфильтрации, пролиферации и продукции цитокинов [37]. Кроме того, было продемонстрировано [38], что BDNF увеличивает мРНК интерферона (ИФН) γ в линиях Т-клеток, специфичных к основному белку миелина. Поддерживая опосредуемое Т-клетками повреждение ЦНС, он может способствовать каскаду распространения эпитопа и хронизации процесса болезни [39].

С другой стороны, у нокаутных по BDNF мышей был обнаружен блок развития В-клеток в костном мозге [40]. Возможно, BDNF влияет на Т-клеточный ответ посредством модуляции антигенпрезентации В-клеток. Так, было показано [41], что BDNF может непосредственно влиять на дендритные клетки во время их созревания, значительно увеличивать экспрессию молекул антигенпредставления HLA-DR и выживаемость созревающих дендритных клеток. Также одним из иммуномодулирующих эффектов BDNF при ЭАЭ является снижение уровня основных молекул гистосовместимости II класса в микроглиальных культурах после активации p75NTR [42].

Многочисленные данные свидетельствуют о наличии связи между воспалительной активностью РС и образованием BDNF. Наблюдалась достоверно положительная корреляция в группе пациентов с ремиттирующим РС (РРС) между количеством накапливающих гадолиний очагов при МРТ и уровнем BDNF в супернатанте стимулированных мононуклеарных клеток периферической крови (МКПК). Напротив, уровень BDNF в супернатанте культуры МКПК у пациентов с вторично-прогрессирующим РС был значительно ниже, чем у больных РРС [43]. Эта тенденция свидетельствует о том, что реакция иммунной системы во время этой фазы заболевания оказывает меньший нейропротективный эффект [44, 45—47]. В исследованиях in vitro показано, что в стимулированных МКПК у клинически стабильных пациентов с РРС уровень BDNF сопоставим с таковым у здоровых [43].

Связь синтеза BDNF иммунными клетками с активностью заболевания также отражается в более высоком уровне сывороточного BDNF, который наблюдался во время рецидива, в отличие от выявляемого на стабильной фазе заболевания. Кроме того, более высокий уровень BDNF обнаруживался в ЦСЖ у пациентов с РРС с активными очагами на МРТ, чем у больных без активных очагов демиелинизации [43].

BDNF был обнаружен в Т-клетках, которые проникают в очаги поражения при РС, установлена гиперэкспрессия TrkB-TK в аксонах в перифокальных областях [48]. Таким образом, высвобождение BDNF in situ может действовать непосредственно на нейроны, которые подвергаются аутоиммунному повреждению, что может противодействовать последствиям нейровоспаления in situ.

Экспрессия BDNF может быть модулирована цитокиновыми паттернами в контексте ЭАЭ и Р.С. Цитокины Th2-ответа индуцируют экспрессию гена BDNF в смешанных глиальных клеточных культурах ЦНС, в то время как цитокины Th1-ответа подавляют экспрессию этих генов, кодирующих как нейротрофины, так и их рецепторы [49, 50]. Однако M. Caggiula и соавт. [47] выявили значительное увеличение производства BDNF в фазе рецидива, связанное с увеличением провоспалительных цитокинов TNF-α и ИФН-γ.

В исследовании J. Wiley и соавт. [51], в котором принимали участие 64 пациента с острым оптическим невритом, не получающих ПИТРС, была выявлена гиперэкспрессия BDNF и глиального нейротрофического фактора (Glial Cell Derived Neurotrophic Factor — GDNF), особенно в ЦСЖ на ранней стадии заболевания. Результаты исследования A. Patanella и соавт. [52] показали, что низкое образование МКПК положительно коррелировало с увеличением времени на выполнение задач на внимание, а высокий уровень интерлейкина-6 (IL-6) был связан с более низкими оценками по MMSE у пациентов с РРС. Влияние как BDNF, так и IL-6 на когнитивные функции не зависело от демографических и клинических характеристик больных, а также от показателей выраженности депрессии. Таким образом, у пациентов с РС BDNF может играть нейропротективную роль в отношении когнитивных функций, главным образом в отношении внимания и скорости обработки информации.

Результаты другого исследования [53] продемонстрировали, что когнитивная дисфункция, хорошо известная на поздних стадиях РС, начинается рано и легкие нарушения наблюдаются у вновь диагностированных больных РС с показателем по расширенной шкале оценки степени инвалидизации (Expanded Disability Status Scale — EDSS) менее или равным 2,0 балла на момент постановки диагноза. Когнитивная дисфункция была особенно очевидна у пациентов мужского пола и сопровождалась снижением концентрации BDNF в плазме крови.

По данным многочисленных исследований [54—57], при ЭАЭ глатирамера ацетат (ГА)-специфичные клетки, которые накапливаются в головном мозге, значительно повышают продукцию BDNF по сравнению с не-ГА-специфичными клетками. Исследования in vitro и in vivo при РС указывают на ингибирование или индукцию анергии аутореактивных Т-клеток и индукцию ГА-реактивных Т-клеток противовоспалительного Th2-фенотипа. Полагают [58, 59], что ГА-реактивные Т-клетки проникают в головной мозг, где перекрестно реагируют с миелиновыми антигенами и высвобождают BDNF in situ, приводят к секреции противовоспалительных цитокинов и подавлению симптомов.

В исследовании Y. Blanco и соавт. [60] выявлено, что у пациентов, хорошо отвечающих на терапию ГА, снижены уровни провоспалительных цитокинов в сыворотке крови и увеличены уровни BDNF в супернатантах МКПК. Как ИФН-β, так и ГА, могут косвенно стимулировать экспрессию BDNF и других генов нейротрофинов глиальными клетками посредством смещения баланса в сторону преобладания Th2 цитокинового ответа [49, 50, 61].

Авторы отдельных исследований [62, 63] обнаружили, что лечение препаратами ИФН-β увеличивает продукцию BDNF МКПК, в то время как в других исследованиях [44—46, 64] влияния ИФН-β на экспрессию BDNF выявлено не было. Один из предложенных механизмов индуцированного ИФН-β замедления прогрессирования инвалидности является увеличение NGF. Показано [65], что ИФН-β, добавленный в культуру астроцитов, является мощным индуктором образования NGF. В проспективном исследовании [66] оценивали сывороточный BDNF у 74 нелеченых пациентов с РС. ИФН-β вводился 12 пациентам, уровень BDNF оценивали с последующим наблюдением в течение года. Введение ИФН-β пациентам с РС приводило к значительному увеличению уровня BDNF в сыворотке крови и выработки BDNF Т-клетками по сравнению с нелеченой группой. В исследовании S. Lindquist [67], в котором участвовали 15 пациентов с РРС, оценивалась экспрессия BDNF в МКПК: 10 пациентов получали терапию ИФН-β в высокой дозировке, 5 не получали ПИТРС. Выявили, что экспрессия BDNF у пациентов, не принимавших ПИТРС, была значительно ниже, чем у принимающих ИФН-β. Тем не менее увеличение производства BDNF на фоне терапии ИФН-β является спорным моментом, поскольку отдельные исследования, посвященные этому вопросу, показали противоположные результаты. P. Sarchielli и соавт. [44] сообщили, что ИФН-β1a не влиял на продукцию BDNF МКПК у 20 пациентов с РС в течение первого года терапии. Однако эффекты ИФН-β1b на продукцию BDNF не были оценены в их исследовании. М. Caggiula и соавт. исследовали секрецию нейротрофинов (BDNF, NGF, GDNF, нейротрофины-3 и -4) нестимулированными МКПК у пациентов с РРС и прогрессирующий рассеянный склероз (ПРС) во время лечения ИФН-β1a. Они обнаружили значительное увеличение производства BDNF через 6 мес после начала терапии только в группе пациентов с РРС, у которых не было зарегистрировано ни одного клинического обострения до конца исследования [64].

Данные исследований свидетельствуют о прямом и продолжительном действии препарата лаквинимод на повышение регуляции биоактивного BDNF у пациентов с РРС. В исследовании II фазы [70] у 200 пациентов с РРС, проходящих курс лечения лаквинимодом, было выявлено значительное увеличение уровня BDNF в сыворотке крови по сравнению с группой плацебо после 3 мес лечения. Это также было подтверждено на животной модели ЭАЭ у условно нокаутных по BDNF мышей, поскольку их лечение оказалось менее эффективным, чем у мышей дикого типа [68]. Кроме того, было установлено, что лаквинимод, наряду с терапевтическим эффектом in vivo, заключающемся в улучшении клинических показателей, подавляет in situ типичное воспаление, что подтверждается снижением инфильтрации периваскулярных клеток и воспалительных поражений, а также уменьшением макроглиальной активации. Эффект лаквинимода был выявлен [69] при поздней хронической фазе заболевания, а именно через 50—60 сут после индукции, когда уровни BDNF у необработанных мышей резко снизились. При лечении мышей лаквинимодом уровень BDNF был значительно увеличен, достигнув аналогичного таковому в контрольной группе. На более ранней стадии ЭАЭ через 28 сут после индукции значительных изменений экспрессии BDNF не наблюдалось, не было ни его снижения у мышей с ЭАЭ, ни повышения у мышей, обработанных лаквинимодом, по сравнению с наивным контролем.

V. Văcăraş и соавт. [71] применяли при лечении РС гуманизированные моноклональные антитела (натализумаб). На фоне терапии у пациентов как с РРС, так и с ПРС наблюдалось значительное увеличение концентрации нейротрофина в плазме. Концентрация BDNF была выше в группах, получавших натализумаб, чем у нелеченых пациентов, тем не менее значительно ниже, чем у здоровых.

Исследование роли BDNF при ЭАЭ и РС является актуальной задачей. История изучения BDNF продолжается более 30 лет, в результате выявлены основные функции этого нейротрофина как при нормальном развитии ЦНС, так и при различных заболеваниях, в том числе при Р.С. Доказана нейропротективная роль BDNF при РС, особенно на ранней стадии заболевания, когда преобладает аутоиммунное воспаление. Недостаточно данных о корреляции уровня BDNF с клиническими проявлениями РС, особенно со степенью когнитивных нарушений. Также требует изучения вопрос о связи уровня нейротрофина с терапией ПИТРС.

Выявлено повышение продукции BDNF при применении Г.А. Данные, полученные при лечении ИФН, неоднозначны: исследования показали как повышение, так и снижение продукции нейротрофина на фоне терапии. При терапии ПИТРС 2-й линии (лаквинимод) наблюдалось повышение продукции нейротрофина у пациентов с РС и на экспериментальной модели поздней стадии ЭАЭ. При лечении натализумабом также выявлено повышение продукции BDNF. Однако сведений о влиянии на уровень BDNF других ПИТРС 2-й линии недостаточно.

Необходимы новые исследования, которые позволят уточнить значение BDNF для нейродегенеративных процессов, процессов аутоиммунного воспаления при РС с целью разработки методов коррекции патологических процессов, происходящих при этом заболевании.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Сведения об авторах

Сёмкина А.А. — e-mail: semaa2105@gmail.com; https://orcid.org/0000-0001-5117-2337

Алифирова В.М. — https://orcid.org/0000-0002-4140-3223

Титова М.А. — https://orcid.org/0000-0002-0080-3765

Мальцева А.Н. — https://orcid.org/0000-0002-1311-0378

Абаджян М.Б. — https://orcid.org/0000-0003-2559-7387

*e-mail: v_alifirova@mail.ru
https://orcid.org/0000-0002-4140-3223