Войти в систему
Войти с помощью соц. сетей:
Еще в 1999 году появилась серия работ, в которых приводились результаты исследований, доказывающие, что митохондрии играют важную роль в процессе дегенерации нейронов. Как отмечает исследовательский коллектив под руководством Кассарино, «становится ясно, что слабые функциональные изменения в этих жизненно важных клеточных генераторах энергии могут привести к постепенно развивающимся (и зачастую бессимптомным), но серьезнейшим патологическим изменениям в нейронах». Группа Кассарино сформулировала теорию нейродегенерации, основанную на понятиях мутации мтДНК, биоэнергетического увядания и разрушительной работы свободных радикалов. Проведенные на протяжении последних 20 лет дальнейшие исследования показывают, что эта теория также позволяет прояснить причины множества иных нарушений здоровья.
Эти исследования дали ответ о роли дисфункции митохондрий в гибели нейронов и в развитии целого ряда нейродегенеративных заболеваний, включая болезни Альцгеймера и Паркинсона и хорею Хантингтона. Несмотря на то что многие заболевания, старение и нейродегенерация имеют общие корни, физиология головного мозга во многом уникальна. За нарушениями его работы скрываются некоторые интересные механизмы и особенности.
Из всех органов человеческого организма головной мозг особенно уязвим в случае атак со стороны свободных радикалов (в результате своей насыщенности кислородом и жирными кислотами). Казалось бы, он должен обладать особенно мощной антиоксидантной защитой. К сожалению, это не так, и этот орган с его тонкими настройками сравнительно беззащитен перед угрозами со стороны свободных радикалов. В результате окислительное повреждение клеток головного мозга постепенно становится все более тяжелым. Это относится к каждому из нас, однако особенно опасно для людей с генетической (или экзогенной) предрасположенностью к нейродегенерации.
Большая часть запаса жирных кислот, которым обладает мозг, находится в клеточных мембранах, в отростках нервных клеток (таких как аксоны и дендриты) и в их митохондриях. С возрастом все больше этих липидов окисляется в насыщенной кислородом среде и под воздействием свободных радикалов, вследствие чего возрастает подверженность мозга дегенеративным болезням. Сохранение митохондрий – это важная стратегия профилактики медленного угасания наших ментальных способностей.
В конце 80-х годов прошлого века ученые из Национальных институтов здоровья предположили, что эксайтотоксичность (отравление нервных клеток, вызванное чрезмерно сильной стимуляцией) развивается в результате понижения энергетического уровня нейронов. Данное предположение было подтверждено результатами соответствующего исследования. Как оказалось, кофермент Q10 (мы помним, что это химическое соединение, входящее в состав БАДов, переносит электроны от комплекса I или комплекса II к комплексу III) защищает от эксайтотоксичности, повышая энергетический уровень нервных клеток.
Функция нейротрансмиттера глутамата (глутаминовой кислоты) заключается в передаче возбуждающих импульсов. Однако при нейродегенерации головной мозг становится чрезмерно чувствительным к глутамату, подсаживаясь на него, словно на наркотик, который становится медленно действующим возбуждающим токсином. Для митохондрий такое наркотическое состояние означает, что они постоянно получают команду производить ненормально большое количество энергии, превышающее действительные потребности нейронов. Столь лихорадочная активность митохондрий приводит к увеличению числа свободных радикалов и, соответственно, к разрушению генераторов энергии нервных клеток. В конечном счете эта цепь событий ведет к дисфункции самих нейронов.
Клетки головного мозга ведут разговор друг с другом с разной скоростью и интенсивностью. Иногда они говорят громко и четко, а иногда тихо мямлят. Долгое время ученые пытались понять, почему и как происходят эти изменения в общении между нейронами. Согласно исследованию команды Сана, результаты которого были опубликованы летом 2013 года, быстро двигающиеся митохондрии буквально выстреливают вспышками энергии, и именно здесь может находиться ключ к регулированию коммуникации между нейронами.
Сеть нейронов, расположенная по всему телу, контролирует мысли, движения и все органы чувств человека, отправляя и получая тысячи нейротрансмиттеров через синапсы – пункты коммуникации между клетками. Нейротрансмиттеры вырабатываются в пресинаптических везикулах, тянущихся вдоль аксонов, и проходят через синаптическую щель, после чего их принимают рецепторы других синапсов. Они помогают контролировать силу посылаемых нейронами сигналов, регулируя количество высвобождаемых нейротрансмиттеров, равно как и специфику их высвобождения.
Синтез нейротрансмиттеров, их накопление и высвобождение, а также принятие и удаление этих химических веществ – все это требует энергии. Результаты предыдущих исследований показывают, что митохондрии могут быстро перемещаться вдоль аксонов от везикулы в везикуле. Исследование же Сана показало, что эти митохондрии способны контролировать силу сигналов, исходящих из везикул. Ученые использовали ультрасовременные методы для того, чтобы изучить процессы, происходящие в тот момент, когда митохондрии находятся в движении между высвобождающими нейротрансмиттеры везикулами. Было обнаружено, что последовательно интенсивные сигналы посылаются только тогда, когда митохондрии находятся рядом с источниками этих сигналов. Если же митохондрии удалялись от везикул или вообще отсутствовали рядом с ними, то поток сигналов время от времени ослабевал. Отсюда следует, что присутствие стационарных митохондрий рядом с синапсами повышает стабильность и силу нервных импульсов. Данное направление исследований очень перспективно в плане исследования роли митохондрий в патогенезе нейродегенеративных болезней и любого неврологического заболевания в контексте эффективной и адекватной передачи нервных сигналов (речь идет о депрессии, синдроме дефицита внимания и гиперактивности и т. д.).
Углубляя исследования в данном направлении, ученые осуществляли манипуляции с перемещениями митохондрий. Для этого они изменяли уровень рекомбинантного белка человека синтафилина (syntaphilin (SNPH)), который помогает митохондриям прикрепляться к цитоскелету клетки внутри аксонов. Уменьшение количества синтафилина привело к ускорению движения митохондрий, а фиксация электрических импульсов, исходящих из соответствующих нейронов, свидетельствовала о высокой степени переменчивости исходящих от них сигналов. С другой стороны, повышение уровня синтафилина понижало скорость перемещения митохондрий, в то время как передача сигналов нейронами осуществлялась со стабильной интенсивностью. Предшествующие исследования выявили следующую закономерность: примерно треть митохондрий в аксонах находится в свободном состоянии, тогда как остальные – в стационарном. Межнейронная коммуникация, очевидно, в высокой степени зависит от быстро меняющихся событий, происходящих во множестве синапсов.
Кроме того, исследователи обнаружили, что блокировка синтеза АТФ в митохондриях приводит к уменьшению интенсивности нейронных сигналов, даже если митохондрии находятся рядом с высвобождающими нейротрансмиттеры везикулами. Исследование, проведенное группой Сана в 2013 году, добавляет в пазл ключевую деталь и позволяет нам с уверенностью связывать нарушения энергетической функции митохондрий и их перемещения в нейронах с нейродегенеративными заболеваниями, включая болезни Альцгеймера и Паркинсона, а также боковой амиотрофический склероз.
Болезнь Альцгеймера – это один из наиболее распространенных вариантов приобретенного слабоумия: в возрасте 80 лет человек с тридцатипроцентной вероятностью может страдать от данного заболевания. Ее этиология сложна, и наука пока не может отделить в ней причины от следствий. Однако результаты недавних исследований позволяют прояснить многие из механизмов этой болезни.
На клеточном уровне речь идет о значительной потере нейронов и большом количестве прочных волокнистых отложений (известных также как сенильные или старческие бляшки или нейрофибриллярные клубки). В основе этих отложений лежит токсичный белок бета-амилоид – ключевой элемент болезни Альцгеймера, – который атакует нервные клетки сразу с нескольких сторон. Он генерирует свободные радикалы, повреждает митохондриальную ДНК и нарушает процессы клеточной биоэнергетики и сворачивания (фолдинга) белков в ткани мозга, в результате чего и появляются нейрофибриллярные клубки. Есть доказательства, что синтез бета-амилоида – это попытка мозга защититься против окислительного стресса, или, другими словами, не причина, а следствие болезни Альцгеймера. В своей недавней книге «Спасение от синдрома Альцгеймера» (The Alzheimer’s Antidote) Эми Бергер (Amy Berger) представляет превосходный обзор современных научных данных об этом заболевании и в соответствии с ними предлагает варианты диеты и изменения образа жизни, способствующие противодействию этому недугу. Рассматривая представляющиеся противоречивыми результаты исследований и гипотезы, Бергер делает следующий вывод: болезнь Альцгеймера возникает в результате нарушения обмена веществ. В рамках работы над книгой я также пришел к тому, что прежние представления о болезни Альцгеймера не соответствуют действительности: изучение современных исследований показывает, что большинство ученых в поисках способов предотвращения и лечения этой болезни делает акцент именно на митохондриях.
Согласно результатам некоторых исследований, степень деменции при болезни Альцгеймера коррелирует с уровнем нарушения биоэнергетических процессов в головном мозге. Интенсивность производства внутриклеточной энергии, вероятно, является более точным индикатором тяжести болезни Альцгеймера, нежели развитие бляшек. Данные одного из исследований свидетельствуют о том, что клинический уровень слабоумия не соотносится с плотностью нейрофибриллярных клубков, но прямо связан с дисфункцией митохондрий и, соответственно, с клеточной энергетикой.
Независимо от того, является ли появление бета-амилоида причиной или следствием окислительного стресса, другой мощный свободный радикал пероксинитрит (возникающий из окиси азота) окисляет липиды в мембранах нервных клеток. Это приводит к появлению высокотоксичного побочного продукта 4-гидроксиноненаля, большое количество которого обнаружено в разных участках головного мозга больных синдромом Альцгеймера. 4-гидроксиноненаль убивает нейроны, не только непосредственно атакуя их, но и косвенно, делая их более уязвимыми перед эксайтотоксичностью. Кофермент Q10 и витамин E могут защитить мембраны нейронов от перекисного окисления липидов, а CoQ10, как выяснилось, способен уменьшить вред, причиняемый пероксинитритом, а также сократить количество 4-гидроксиноненаля, образующегося в кровотоке.
Хотя на сегодняшний день наука не определила основную причину синдрома Альцгеймера, интерес представляет мультифакторная теория, предложенная в 1997 году Ван-Тао Йинг. В соответствии с этой теорией, болезнь Альцгеймера развивается под влиянием четырех взаимодействующих друг с другом факторов: нарушения уровня концентрации белка – предшественника амилоида, кальциевого дисбаланса, разрушительной активности свободных радикалов и биоэнергетического дефицита.
Йинг приводит данные исследований, доказывающие, что каждый из этих факторов усиливает остальные и усиливается сам под воздействием каждого из них.
Результаты исследования, представленного в 2013 году специалистами клиники Мэйо, говорят о том, что потребление от 2100 до 6000 калорий ежесуточно может удвоить риск возникновения легких когнитивных расстройств (MCI) – предшественников синдрома Альцгеймера – у людей старше 70 лет (в сравнении с теми, кто потребляет меньше 1500 калорий в сутки).
Хотя данные предыдущих исследований и указывали на связь между различными паттернами приема пищи и риском легких когнитивных расстройств (например, пожилые люди, придерживающиеся здоровой средиземноморской диеты, обладают определенным иммунитетом от такого рода нарушений и от трансформации MCI в синдром Альцгеймера), именно ученые из клиники Мэйо впервые доказали существование прямой корреляции между перееданием и этими расстройствами. Все это свидетельствует о том, что нужно тщательно следить за своей диетой. Еда должна включать в себя максимум питательных веществ и минимум пустых калорий, попадающих в организм вместе с избытком сахара, белым хлебом и солеными закусками типа чипсов.
Избыток калорий также связывается учеными со множеством других дегенеративных заболеваний. И, напротив, как мы уже отмечали, низкокалорийная диета (обеспечение клеток действительно нужными им питательными веществами при ограничении числа бесполезных калорий) коррелирует с увеличением продолжительности жизни и, возможно, со снижением риска развития дегенеративных болезней. Между прочим, этот факт придает дополнительный вес мультифакторной теории Ван-Тао Йинг в части соотнесения болезни Альцгеймера, разрушительной работы свободных радикалов и последствий нарушений биоэнергетических процессов в клетках. Синдром Альцгеймера активно изучается современными исследователями, и я надеюсь, что вскоре у нас будет больше знаний, позволяющих помочь страдающим от него людям.
Недавние исследования болезни Паркинсона, проводимые на животных, показывают, что кофермент Q10 способен защищать клетки мозга от нейротоксичности и эксайтотоксичности даже в тех случаях, когда бессильными оказываются другие могущественные антиоксиданты. Значение этого открытия состоит в том, что оно указывает на роль нарушения работы митохондрий и биоэнергетики клетки в развитии синдрома Парксинсона. Дальнейшие исследования подтверждают эту гипотезу.
При болезни Парксинсона умирание клеток происходит прежде всего в черной субстанции – отделе головного мозга, играющем важную роль в регуляции моторной функции и тонуса мышц, а также во многих вегетативных функциях: дыхании, сердечной деятельности, тонусе кровеносных сосудов. Нейроны черной субстанции вырабатывают нейромедиатор дофамин. Соответственно, их смерть приводит к понижению запасов дофамина, что ведет к ригидности мышц, тремору и гипокинезии (состоянию недостаточной двигательной активности организма с ограничением темпа и объема движений).
Результаты исследований говорят о том, что черная субстанция характеризуется наибольшим количеством мутаций митохондриальной ДНК в сравнении с другими отделами центральной нервной системы. У людей, страдающих синдромом Паркинсона, митохондрии соответствующих нейронов теряют способность эффективно выполнять целый ряд своих функций. Одной из наиболее изученных их дисфункций является пониженная активность комплекса I (как мы помним, первого звена в ЭТЦ). Эксперименты над крысами с болезнью Паркинсона показывают, что угнетение работы комплекса I прямо следует за дозированным введением в организм биогенного вещества под названием ДОФА (диоксифенилаланина), применяемого как лекарственное средство при паркинсонизме), или дофамина. Результаты других экспериментов свидетельствуют о том, что дозированное введение ДОФЫ в организм крыс приводит к образованию в митохондриях свободного радикала гидроксила. Эти исследования впервые продемонстрировали, что линейное увеличение количества вещества, которого, как мы полагаем, недостает при болезни Паркинсона, может быть ошибочным направлением в терапии.
Мы помним, что свободные радикалы (супероксиды) образуются при выпадении электронов из ЭТЦ и вступлении их в реакцию с кислородом. Нарушение нормальной работы комплекса I повышает интенсивность утечки электронов, что, в свою очередь, способствует формированию все новых свободных радикалов. В конечном счете все это приводит к прекращению синтеза АТФ (напоминаю, что комплекс I – это основной очаг образования свободных радикалов). По мере нейтрализации супероксидов происходит формирование пероксида водорода. Однако при расщеплении пероксида водорода вместо воды может появиться свободный радикал гидроксил. Эти данные согласуются с тем фактом, что концентрация гидроксилов повышается при угнетении комплекса I. Вопрос заключается в причине появления этих свободных радикалов вместо воды. Отгадка кроется в восстановленной форме иона железа (Fe2+), который и катализирует превращение пероксида водорода в гидроксил. Учитывая это обстоятельство, исследователям следует уделить особое внимание возможной корреляции между отложениями железа в тканях головного мозга и развитием, а также частотой распространения болезни Паркинсона.
Результаты исследования роли дисфункции митохондрий в синдроме Паркинсона поставили вопросы о широко распространенном методе лечения с помощью ДОФА-содержащих лекарственных средств. Эти препараты прописываются врачами в рамках традиционной медицины благодаря их способности снимать симптомы паркинсонизма (по крайней мере, на какое-то время), однако они не устраняют причины этой болезни. Есть доказательства, что ДОФА-содержащие лекарства на самом деле могут усугублять положение вещей в плане некоторых глубинных причин синдрома Паркинсона. Весьма вероятно, что наступило время переосмыслить преимущества и недостатки терапии с использованием ДОФА-содержащих лекарственных препаратов. Хорошо известно, что со временем она теряет свою эффективность, и симптомы болезни возвращаются с неумолимостью палача. Стоит ли игра (временное симптоматическое облегчение) свеч (ускоренного прогрессирования болезни и повышения ее тяжести)?
Митохондрии больных синдромом Паркинсона также характеризуются некоторым (хотя и умеренным) угнетением активности комплекса III (второго по значению очага формирования супероксидов).
Кроме того, исследователи отмечают сравнительный дефицит в митохондриальных матриксах этих больных альфа-кетоглутарат-дегидрогеназного комплекса (KGDHC; ключевого фермента цикла Кребса). Этот фермент производит молекулы НАДН для комплекса I. Ученые выявили существенное уменьшение концентрации KGDHC в латеральной части черной субстанции людей, страдающих от болезни Паркинсона. Интересно, что аналогичные изменения зафиксированы в коре головного мозга больных синдромом Альцгеймера.
Флинт Бил, знаменитый нейролог, на протяжении многих лет доказывает, что кофермент Q10 обладает нейропротекторными свойствами, которые могут помочь в лечении таких болезней, как синдромы Альцгеймера и Паркинсона. Все больше собранных его командой научных исследований подтверждают его гипотезу. В частности, ими доказано, что митохондрии, находящиеся в тромбоцитах не получавших лечение больных синдромом Паркинсона (на ранних его стадиях), характеризуются пониженной активностью комплексов I, II и III (по сравнению с митохондриями здоровых сверстников этих больных).
Кроме того, команда Била сумела доказать, что введение кофермента Q10 в организмы зрелых и старых крыс повышает количество питательных веществ в них до уровня таких показателей у молодых крыс. Концентрация кофермента Q10 в митохондриях коры головного мозга подопытных крыс из экспериментальной группы поднялась на 10–40 %. Результаты последующего исследования, проведенного на мышах, говорят о том, что оральное введение кофермента Q10 позволяет смягчить последствия химически индуцированной нейротоксичности (которая в рамках эксперимента приводила к развитию болезни Паркинсона). После нескольких недель воздействия со стороны вызывающих болезнь Паркинсона химических веществ концентрация дофамина в полосатом теле и плотность аксонов дофаминергических нейронов понизились у мышей как из контрольной (не получающей кофермент Q10), так и из экспериментальной (получающей кофермент Q10) групп, однако у мышей экспериментальной группы эти показатели оставались существенно выше (37 и 62 % соответственно). Отсюда следует, что биоэнергетический дефицит является важным фактором развития болезни Паркинсона.
Войти с помощью соц. сетей: