Функционирование нервной системы зависит от формирования и поддержания точных синаптических связей между нейронами и клетками-мишенями, а белки в синаптических участках выполняют множество сложных и важных регуляторных функций, таких как контроль возбудимости мембран, встраивание нейрональных медиаторных рецепторов, поддержание стабильности внутриклеточных ионов кальция, сохранение активности протеинкиназ и фосфодиэстераз. Различные факторы окружающей среды и стрессовые условия, такие как уровень свободного кальция, изменение рН, окислительно-восстановительные процессы, концентрация АТФ и свободных радикалов, изменение локального потенциала и т.д., влияют на функции белков в тканях мозга, а нарушения синтеза, деградации и пространственной конформации белков также снижают их функции, что становится критическим элементом возникновения и прогрессирования нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и болезнь двигательных нейронов. Болезнь Альцгеймера (БА), болезнь Паркинсона, болезнь двигательных нейронов и другие нейродегенеративные заболевания стали ключевыми элементами в развитии нейродегенеративных заболеваний и привлекают все большее внимание в качестве ценных терапевтических мишеней при нейродегенеративных заболеваниях. Впервые описанная столетие назад немецким психиатром Алоисом Альцгеймером, болезнь Альцгеймера является наиболее распространенной причиной прогрессирующего слабоумия у пожилых людей. По различным литературным данным, около 5% пожилого населения в возрасте 65 лет страдает болезнью Альцгеймера, причем распространенность заболевания увеличивается почти в геометрической прогрессии с каждым пятилетним увеличением возраста и даже встречается почти у половины населения в возрасте 85 лет и старше. Являясь хроническим нейродегенеративным заболеванием, болезнь Альцгеймера приводит к прогрессирующему ухудшению когнитивных функций, таких как потеря памяти, нарушение способности к суждениям, отсутствие логики, дезориентация и снижение речи, а также к изменениям в поведении и даже личности. Хотя патогенез болезни Альцгеймера сложен и включает различные теории, такие как дефицит холинергических нейротрансмиттеров, нейротоксичность, опосредованная возбуждающими аминокислотами, токсичность металлов (цинка, меди), воспалительные реакции и нарушения липидного обмена, характерные патологические изменения в виде старческих бляшек и нейрофибриллярных клубков, наблюдаемые при вскрытии тканей мозга пациентов с болезнью Альцгеймера, заставили многих исследователей обратить внимание на нарушения в белковом обмене. в патогенезе болезни Альцгеймера. Сенильные бляшки представляют собой внеклеточное повреждение нейронов, и только в 1980-х годах на основании изучения сосудов головного мозга пациентов с болезнью Альцгеймера, а также очистки основных белков сенильных бляшек и анализа некоторых аминокислотных последовательностей стало ясно, что основной компонент состоит из β-амилоидного пептида (Aβ), окруженного дистрофическими разрастаниями нейронов, активированной микроглии и активированных астроцитов. Имеются убедительные доказательства того, что накопление β-амилоида (в частности, пептида Aβ42) в тканях мозга инициирует каскадную серию реакций, которые в конечном итоге приводят к дефициту нейронов, нейродегенерации и развитию деменции. На самом деле Аβ — это не просто аномальное или патологическое следствие метаболического процесса, изначально предусмотренного для APP, но β-амилоид может быть обнаружен в плазме и спинномозговой жидкости в нормальных культурах клеток и у здоровых людей. Избыточное образование Аβ, в частности Аβ42, снижение клиренса, агрегация и олигомеризация, активация глиальных клеток при отложении, повреждение синапсов и нейронов — вот основные процессы, вовлеченные в амилоидную теорию развития болезни Альцгеймера. В качестве основного процесса рассматривается доктрина белка. Бета-амилоидные пептиды представляют собой гидролитические фрагменты белка-предшественника амилоида (APP), которые обычно образуются в результате последовательного расщепления протеазами, известными как α, β и γ-секретазы. APP рассматривается как трансмембранно-связанная белковая структура, состоящая из сигнальной последовательности, большой экстрамембранной области, одного трансмембранного домена и небольшого внутриклеточного цитозольного карбоксильного (концевого) терминала. α-секретазы, как компоненты семейства металлопротеиназ α-секретаза, относящаяся к семейству металлопротеиназ, участвует в расщеплении самой последовательности Aβ и, как считается, не участвует в образовании амилоидного пептида, однако в экспериментах было показано, что агонисты мускариновых ацетилхолиновых рецепторов стимулируют активность α-секретазы и снижают продукцию Aβ в культуре клеток. β-секретаза, впервые идентифицированная и клонированная в 1999 году, представляет собой мембраносвязанную аспартильную протеазу, расщепляющую внефункциональную область белка-предшественника амилоида и участвующую в расщеплении внефункциональных областей белков-предшественников амилоида α и β; γ-секретаза в конечном итоге разбирает структуру трансмембранного домена карбоксильного (терминального) конца APP, высвобождая p3 и Aβ во внеклеточную среду, а также высвобождая структуру внутриклеточного домена APP в цитозоль. В связи с этим β- и γ-секретазы играют важную роль в образовании β-амилоида при болезни Альцгеймера, и использование ингибиторов β- и γ-секретаз для снижения уровня β-амилоида или уменьшения образования β-амилоида, блокирования или задержки начала нейродегенерации и деменции стало в настоящее время выбором лекарственных терапевтических целей, и было проведено большое количество доклинических и клинических исследований препаратов. Считается, что у пациентов с ранним началом семейной болезни Альцгеймера избыточная продукция β-амилоида связана с аутосомными вариантами генов APP и прогерина, однако у пациентов с более распространенной болезнью Альцгеймера доказательства избыточной продукции β-амилоида отсутствуют, что позволяет предположить накопление Аβ в тканях мозга пациентов со сниженным клиренсом β-амилоида. Известно, что ферменты, способствующие деградации β-амилоида, включают неприлизин (NEP), инсулинолитические ферменты (IDE), матриксные металлопротеиназы (MMP), эндотелин-превращающий фермент (ECE), ангиотензин-превращающий фермент, фибринолитические ферменты и гистоновую протеазу (CatB). По некоторым данным, дефицит этих ферментов повышает уровень Аβ, в то время как высокий уровень секреции этих ферментов приводит к значительному снижению уровня Аβ. Активность ферментов, способствующих деградации β-амилоида, тесно связана с возрастом, например, по мере старения NEP и IDE менее селективны в структурах, восприимчивых к тканям мозга, таких как гиппокамп и височная кора, которые являются анатомическими структурами, также часто являющимися первыми и специфическими местами отложения β-амилоида. Напротив, присутствие большого количества Аβ может активировать ферменты, разрушающие β-амилоид, такие как ММП, фибринолитические ферменты и CatB, однако в экспериментах на животных было замечено, что это явление происходит только у молодых, но не у старых животных, что говорит о существовании возможного возрастного защитного механизма. Повысить активность β-амилоид-деградирующих ферментов сложнее, чем изучить ингибиторы протеаз, а некоторые из ферментов сами участвуют в ряде важных физиологических функций, например, IDE регулирует уровень инсулина и контролирует уровень глюкозы в крови, а NEP модулирует уровень сердечного натрийуретического пептида, который тесно связан с артериальным давлением. На β-амилоид-деградирующие ферменты влияет ряд факторов, например, холецистокинин может участвовать в β-амилоид-деградации через влияние на обратимость белков и Наличие эндогенных ингибиторов β-амилоид-деградирующих ферментов также регулирует β-амилоид-деградирующие ферменты, например, активность CatB ингибируется ингибитором цистеиновой протеазы (CysC), а уровень CysC в восприимчивых нейронах и спинномозговой жидкости пациентов с болезнью Альцгеймера значительно повышен. В качестве более эффективного подхода к лечению болезни Альцгеймера в будущем можно ожидать одновременного применения стратегий, направленных на снижение перепроизводства β-амилоида и ускорение его деградации. Как уже упоминалось, β-амилоид можно обнаружить в плазме и спинномозговой жидкости как нормальных клеточных культур, так и здоровых людей, и результаты лабораторных исследований позволили предположить, что β-амилоидные пептиды могут оказывать как нейротрофическое, так и нейротоксическое действие, и что их нейротоксичность частично связана с агрегатным состоянием β-амилоида и застыванием структуры Aβ. Стареющий когезивный Aβ является нейротоксичным, а зарождающийся растворимый Aβ не является нейротоксичным. β-амилоидный пептид проявляет нейротоксичность, когда его пространственная конформация изменяется от α-спиральной структуры (мономер) до олигомерной (олигомер) в результате β-складывания. Предотвращение олигомеризации малых молекул Aβ и, соответственно, их токсического действия является еще одной целью для терапевтических мероприятий при болезни Альцгеймера. Ионы меди и цинка могут вмешиваться в процесс агрегации Аβ, и в клинических исследованиях использовались хелаторы металлов, такие как хлороиодированный гидроксихин. Активные или пассивные иммунологические подходы, направленные на выработку антител против β-амилоида и тем самым снижающие образование Aβ и способствующие его деградации, подтвердили свою возможность и эффективность на уровне невропатологии и эксперимента на животных, однако сценарий такой эффективности, включая состояние улучшения когнитивных функций пациентов в клинических испытаниях препарата на людях, а также соображения безопасности, возникающие при иммунологическом лечении, еще не изучены или находятся в стадии изучения. Еще одним патологическим изменением, характерным для болезни Альцгеймера, являются нейрофибриллярные клубки, основным компонентом которых является гиперфосфорилированный микротрубочково-ассоциированный белок тау. Исследования показали, что тау усугубляет дисфункцию мозга, вызванную Aβ и эксайтотоксинами, и что даже частичное снижение уровня тау может значительно уменьшить или предотвратить пагубное воздействие этих факторов. Поэтому тау привлек широкое внимание как кандидат в терапевтические мишени не только при болезни Альцгеймера, но и при других неврологических заболеваниях, связанных с эксайтотоксичностью, таких как инсульт и эпилепсия. Ген тау человека расположен на хромосоме 17q21 и содержит не менее 16 экзонов. Селективный сплайсинг мРНК приводит к образованию более шести изоформ белка тау, а посттрансляционные модификации увеличивают сложность этих изоформ. Тау является основным микротрубочково-ассоциированным белком, обычно обнаруживаемым в аксоне, и, как полагают, играет инициирующую и стабилизирующую роль в сборке микротрубочек, а при патологии тау взаимодействует с цитоскелетом. В патологических условиях тау взаимодействует с цитоскелетной молекулой актином, опосредуя изменения формы дендритных отростков, а также синаптическую пластичность. На нейробиохимическом уровне фосфорилирование или гиперфосфорилирование тау, хотя и регулируется различными факторами, является основным компонентом поддержания нормальной физиологической эффективности или развития неврологических нарушений. Фосфорилирование тау способствует сборке микротрубочек, тогда как аберрантное гиперфосфорилирование нарушает нормальную физиологическую функцию за счет снижения связывающей и стабилизирующей способности тау и микротрубочек, и, наоборот, потеря функции из-за патологических белков тау может быть обратима. Напротив, потеря функции, вызванная патологическим тау-белком, может быть восстановлена путем дефосфорилирования. Дисбаланс между киназами и фосфатазами является ключевым фактором, приводящим к гиперфосфорилированию, и регуляция активности киназ и фосфатаз для уменьшения нейродегенеративных изменений, вызванных белком тау, стала актуальной темой исследований с потенциальным клиническим применением. Белок тау имеет более 30 сайтов фосфорилирования, и было показано, что большое количество пролин- и непролин-направленных киназ способны фосфорилировать белок тау in vitro, включая гликоген-синтазную киназу (GSK3-b), cdk5, киназу-2, регулируемую внеклеточным сигналом (ERK2), киназу, регулируемую микротрубочками (MARK), протеинкиназу A (PKA), стресс-активируемую протеинкиназу (SAPK), семейство SAPK и другие киназы. SAPK) семейства, Ca2+/кальций-регулируемой протеин-зависимой киназы II и казеиновых киназ I и II. Установлено, что сверхэкспрессия и повышенная активность этих ферментов приводит к высокому фосфорилированию и агрегации белков тау, что в свою очередь приводит к деафферентации и нейродегенерации нейронов. Ингибирование активности этих ферментов, например применение лития, может подавить GSK3 и уменьшить избыточное фосфорилирование белков тау, а также снизить уровень агрегированных нерастворимых белков тау. В мозге пациентов с болезнью Альцгеймера активность фосфатаз белка тау была значительно снижена по сравнению с контрольной группой. Протеинфосфатазы PP2A, PP2B и в меньшей степени PP1 участвуют в регуляции фосфорилирования белка тау, поэтому восстановление или повышение активности фосфатаз белка тау, помимо подавления активности киназы, также препятствует избыточному фосфорилированию белка тау. Антагонист NMDA-рецепторов мемантин показал свою эффективность в лечении пациентов с умеренной и тяжелой формой болезни Альцгеймера, и один из возможных механизмов заключается в воздействии на киназу PP2A. Один из возможных механизмов заключается в восстановлении активности фермента PP2A через сигнальный путь PP2A. Кроме того, как и β-амилоид, растворимые белки тау не являются цитотоксичными, а только тогда, когда избыточные фрагменты белка тау образуют агрегатное состояние, и предполагается, что использование ингибирования агрегации белков тау позволяет снизить нейротоксичность аномально избыточно фосфорилированных белков тау.