НЕЙРОХИМИЯ, 2011, том 28, № 3, с. 181-191
= ОБЗОРЫ =
УДК 612.8+577.25
СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕННОЙ ТЕРАПИИ ПРИ БОЛЕЗНИ АЛЬЦГЕЙМЕРА © 2011 г. М. Ю. Степаничев
Учреждение Российской академии наук Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН,
Москва, Россия
В работе приведены результаты доклинических исследований и клинических испытаний подходов к генной терапии болезни Альцгеймера. Обсуждаются возможные точки приложения гено-терапев-тических методов с точки зрения патогенеза этого заболевания. Рассмотрены проблемы и перспективы использования генной терапии в клинике.
Ключевые слова: болезнь Альцгеймера, нейродегенерация, генная терапия, вирусный вектор, факторро-ста нервов.
ВВЕДЕНИЕ
Болезнь Альцгеймера (БА) представляет собой возрастное нейродегенеративное заболевание, характеризующееся развитием забывчивости, нарушениями речи, зрительно-пространственной дезориентацией и другими неврологическими нарушениями, которые могут развиваться в течение, по крайней мере, 5—7 лет. Завершается развитие этого заболевания тотальным афато-апракто-агностиче-ским слабоумием, сопровождающимся диффузной атрофией головного мозга, при которой наблюдается гибель отдельных популяций нейронов, включая клетки II слоя энторинальной коры, парагиппо-кампальной извилины и субикулума, пирамидные нейроны новой коры, холинергические нейроны базального ядра Мейнерта и норадренергические клетки голубого пятна [1—4]. Существуют два классических гистопатологических признака БА — се-нильные бляшки, основным белковым компонентом которых является р-амилоидный пептид (Ар) и нейрофибриллярные клубки, состоящие из парных спиральных филаментов, образованных из гипер-фосфорилированной формы т-белка. Присутствие этих двух компонентов в ткани мозга больных БА является стандартным нейропатологическим критерием этого заболевания.
Несмотря на более чем столетнюю историю клинических наблюдений и экспериментальных исследований БА на сегодняшний день остается фатальным, практически неизлечимым заболеванием. Патогенез БА может включать в себя как генетически детерминированные механизмы, ответственные за возникновение так называемых семейных форм заболевания, так и не связанные с генными наруше-
Адресат для корреспонденции: 117485 Москва, ул. Бутлерова, д. 5а; тел./факс: +7(495)952-4007; e-mail: m_step@pochta.ru.
ниями процессы, которые приводят к появлению спорадических форм БА. Разработанные в настоящее время стратегии лечения базируются на тех механизмах, которые были открыты в ходе многочисленных экспериментов. Так, в середине 1970-х годов было показано, что при БА наблюдается снижение холинергической трансмиссии в коре больших полушарий [5, 6]. Эти исследования послужили базой для создания так называемой холи-нергической гипотезы БА, согласно которой утрата памяти при этом заболевании связана с дефицитом нейромедиатора ацетилхолина. Исходя из этих представлений, для лечения когнитивных нарушений при БА были предложены ингибиторы ацетил-холинэстеразы, такие как такрин [7], а позднее до-непезил, галантамин и ривастигмин [8]. Применение предшественников синтеза ацетилхолина, таких как лецитин и холин, или агонистов никотиновых или мускариновых ацетилхолиновых рецепторов не дает возможности скомпенсировать холи-нергический дефицит и уменьшить степень когнитивных нарушений [9].
Другие терапевтические подходы были разработаны на основе амилоидной гипотезы и были направлены на снижение продукции Ар или его удаление из ткани мозга (применение статинов, пассивная и активная вакцинация, ингибиторы р- и у-секретаз) [10—14]. В некоторых стратегиях были учтены известные данные о патогенезе гибели нейронов, в частности об участии окислительного стресса (применение селегелина и а-токоферола), воспаления (использование нестероидных антивоспалительных препаратов), эксайтотоксичности (применение антагониста М-метил-Э-аспартатных рецепторов мемантина) [15—17] в нейродегенера-тивных процессах. Нейропротекторные свойства фактора роста нервов (ФРН) обусловили его актив-
ное использование в клинике БА. Все используемые в настоящее время терапевтические подходы имеют весьма умеренную эффективность, лишь незначительно замедляя снижение когнитивных способностей у больных. Это диктует необходимость поиска новых средств лечения БА. В этом отношении перспективным представляется использование методов генной терапии для коррекции БА.
ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ГЕННОЙ ТЕРАПИИ
На современном этапе генную терапию можно определить как лечение наследственных и ненаследственных заболеваний путем введения генов в клетки пациентов с целью направленного изменения генных дефектов или придания клеткам новых функций [18]. Базовый принцип генной терапии заключается в возможности замещения дефектного гена с целью сохранения клетки и/или восстановления ее функции. В случае врожденных нарушений целью генной терапии является замена мутантного или отсутствующего гена. При других заболеваниях, включая большинство нейродегенеративных патологий, генная терапия может быть использована в качестве средства доставки в поврежденные участки мозга веществ, обладающих нейропротекторными свойствами. Это дает возможность остановить процессы гибели нейронов и восстановить утраченные функции. Для разработки терапевтических подходов необходимо, чтобы целевой ген был идентифицирован и клонирован, а также чтобы его функции были хорошо исследованы. Целевой (терапевтический) ген, предназначенный для замещения дефектного гена или изменения метаболизма какого-либо белка в клетке, должен быть доставлен в мозг, где он должен начать эффективно работать в течение времени, которое необходимо для коррекции патологических процессов, характерных для заболевания.
Для обеспечения трансдукции терапевтического генетического материала в ЦНС используются векторы, которые создаются на основе рекомбинант-ных аденовирусов (гЛУ), адено-ассоциированных вирусов (гЛЛУ), ретровирусов, а именно лентивиру-сов (ЛУ), или вируса герпеса. Трансдукция клеток ЦНС предъявляет специальные требования к свойствам вирусных векторов. Они должны эффективно трансфицировать постмитотические клетки, не подвергающиеся делению. Экспрессия трансгенов должна быть стабильной и длительной. Используемые вирусы не должны быть патогенными и не должны вызывать существенной воспалительной реакции ткани мозга в месте введения. Конструкции на основе гЛЛУ и г1У считаются максимально соответствующими этим требованиям [19—23]. Разработанные на их основе терапевтические подходы
прошли апробацию в экспериментальных условиях и допущены к клиническим испытаниям.
Доставка вектора в мозг является одним из основных препятствий на пути создания препаратов для неинвазивной терапии. Проникновение векторов в мозг ограничивается в первую очередь нали-чем гемато-энцефалического барьера. На современном этапе существуют два основных подхода для доставки генетического материала в мозг: непосредственная инъекция вирусного вектора (in vivo подход) или трансдукция специальных клеток ex vivo, которые затем трансплантируют в мозг реципиента. В качестве клеток-носителей для последующей трансплантации в мозг используют, как правило, аутологичные фибробласты. Ex vivo подход исторически появился раньше и был успешно использован при проведении клинических испытаний по доставке гена фактора роста нервов в мозг пациентов с БА [24]. В то же время усовершенствование методов получения вирусных векторов и их очистки в последние годы привели к преобладанию in vivo подхода при проведении доклинических испытаний гено-терапевтических препаратов.
И ex vivo, и in vivo подходы к генной терапии имеют свои преимущества и недостатки. Безусловным преимуществом in vivo подхода является относительная простота, которая заключается во введении очищенного вирусного вектора непосредственно в мозг пациента без дополнительной промежуточной трансдукции клеток, которая применяется в ex vivo генной терапии. К преимуществам in vivo подхода следует отнести и малую инвазивность, так как трансдукция генетического материала достигается инъекцией малого количества (микролитры) высококонцентрированного вектора в небольшой локус мозга реципиента. Таким образом, не требуется проводить трансплантации клеточного материала, что особенно важно при проведении повторных инъекций.
К недостаткам in vivo генной терапии следует отнести сравнительно низкую специфичность инфицирования клеток, т.е. инфицироваться могут различные типы клеток, находящиеся вблизи места инъекции (нейроны, глия, эндотелиоциты). Эта проблема может быть преодолена с помощью использования специфичных промоторов, которые обеспечивают экспрессию терапевтических генов в определенных типах клеток. Некоторые препараты, приготовленные на основе вирусов герпеса или бешенства, довольно токсичны для клеток, а векторы на основе rAV вызывают существенный иммунный ответ. Именно поэтому в последнее время основные векторы для генной терапии разрабатываются на базе rAAV и rLV Существует определенный риск индукции пролиферации клеток в мозге, так как некоторые вирусы, в частности rLV, встраиваются в геном клеток в участке, примыкающем к гену, ответ-
ственному за подавление роста опухолей. Это может приводить к активации механизма деления клетки и появлению опухолевого роста. Похожий риск существует и при использовании ex vivo подхода. Наконец, существует вероятность рекомбинации вирусного вектора с вирусами, находящимися в организме пациента, такими как вирус иммунодефицита человека (HIV).
Преимуществом ex vivo подхода может теоретически быть подбор типа клеток для трансдукции. В то же время необходимость культивирования и размножения этих клеток in vitro весьма ограничивает выбор клеток, которые могут быть использованы для последующей трансплантации. При использовании трансдуцированных клеток меньше вероятность необратимого изменения генома клеток пациента и возможности рекомбинации генетического материала с другими вирусами. Низка вероятность и выраженного иммунного ответа, так как для трансплантации используются аутологичные кле
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.