Может ли анализ крови предсказать развитие болезни Альцгеймера?

Нейролог Рэндалл Бейтман (Randall Bateman), работающий в Вашингтонском университете в Сент-Луисе, штат Миссури, уже почти 20 лет руководит клиническими исследованиями методов борьбы с болезнью Альцгеймера. По его мнению уже скоро будет разработан простой анализ крови, который будет показывать степень риска развития болезни Альцгеймера.

Такой необычный поворот в борьбе с болезнью, от которой в мире страдают более 55 миллионов человек, связан с двумя аспектами, которые многие считали практически невозможными еще десять лет назад. Во-первых, на рынке появляются лекарства, способные замедлить развитие болезни, если ее поймать на ранней стадии, а во-вторых, ученые разработали относительно дешевые и высокоточные кровяные биомаркеры болезни Альцгеймера.

Биомаркеры - общий термин для любых биологических молекул в крови или тканях, которые могут указывать на состояние здоровья человека, – они не являются лечебными средствами, но они революционизируют перспективы терапии, которая может отсрочить или даже предотвратить болезнь Альцгеймера. Для этого нужно обнаружить зачатки болезни до того, как проявятся симптомы разрушения мозга.

Уже сейчас биомаркеры позволяют учёным тестировать препараты на гораздо более ранней стадии заболевания, чем раньше. Кроме того, они меняют способы отслеживания течения болезни и получения новых знаний об ее основных патологиях. "Темпы разработки этих тестов необычайно высоки", - говорит невролог Джонатан Шотт (Jonathan Schott) из Университетского колледжа Лондона. "Это весьма впечатляет".

Болезнь Альцгеймера составляет около двух третей всех случаев деменции. Мозг людей с этим заболеванием имеет три основные характеристики. В нем имеются пробелы, где ткань дегенерировала; ткань усеяна бляшками - узлами липких белков бета-амилоидов, окруженными иммунными клетками, называемыми микроглией; ткань покрыта нитевидными нейрофибриллярными клубками, образованными тау-белками.

Благодаря разработке биомаркеров для амилоидов и тау ученые смогли вычислить общую последовательность развития патологии. Сначала развиваются бляшки, затем клубки тау (или миофибриллярные клубки) и только потом проявляются симптомы, тяжесть которых связана со степенью развития нейрофибриллярных клубков. Процесс этот медленный - симптомы проявляются только через 10-20 лет после начала образования бляшек.

Мысль, что дефектные амилоидные белки могут быть движущей силой болезни Альцгеймера, получила распространение в 1990-х годах, когда ученые обнаружили семьи с наследственно ранним началом заболевания, у которых в генах, участвующих в метаболизме амилоидов, имелись мутации (1). С большим энтузиазмом были начаты десятки клинических испытаний препаратов, направленных против амилоидов, но когда ни одно из них не дало результатов, некоторые ученые начали сомневаться в амилоидной гипотезе.

Однако проблема могла заключаться не в самих препаратах. Возможно, их давали не тем людям или слишком поздно. В те времена учёные не имели инструмента качественного отбора участников, выбора подходящих доз и точного отслеживания эффекта лечения.

"Тогда - без биомаркеров - мы работали практически вслепую", - говорит невролог Пол Айзен (Paul Aisen) из Университета Южной Калифорнии в Сан-Диего, возглавляющий Консорциум клинических исследований болезни Альцгеймера в США.

Биомаркеры болезни Альцгеймера можно обнаружить в нескольких местах: в головном мозге, в спинномозговой жидкости (СМЖ), омывающей головной и спинной мозг, и в крови. До недавнего времени золотым стандартом было сканирование мозга с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), позволяющей непосредственно визуализировать и количественно оценить бляшки, что в точности соответствовало патологии, наблюдаемой под микроскопом при вскрытии.

Когда в 2004 году стало доступно амилоидное ПЭТ-сканирование мозга, "ситуация заметно изменилась", - говорит Айзен. Учёные смогли использовать его для изучения (2) действия антитела адуканумаба, подавляющего образование амилоидов. Это впервые показало, что бляшки действительно можно удалить".

Исследование адуканумаба, результаты которого были опубликованы в 2016 году, не показало явной клинической пользы, а у некоторых людей препарат вызывал микрогеморрагии, однако с тех пор были разработаны и прошли клинические испытания более безопасные антиамилоидные антитела. Некоторые испытания показали, что удаление бляшек, если оно проводится на ранней стадии, значительно замедляет развитие заболевания.

Другой тип ПЭТ-сканирования, на этот раз визуализирующий тау, был представлен в середине 2010-х годов. Благодаря этим двум вариантам сканирования мозга количество и расположение обоих типов патологии Альцгеймера - бляшек и клубков - теперь можно наблюдать и отслеживать у живых людей (3).

Правда, ПЭТ-сканирование чрезвычайно дорого, требует много времени и проводить его можно только в специализированных клиниках. В ходе первого клинического испытания воздействия антиамилоидных антител на людей с бляшками в мозге - но без симптомов - на сканирование 5000 кандидатов и отбор 1169 участников ушло около 40 миллионов долларов.

Сегодня вместо того, чтобы с помощью ПЭТ-сканирования исследовать сам мозг, клиницисты могут изучать ЦСЖ на предмет наличия двух характерных фрагментов амилоидного белка - A-бетта-40 и A-бетта-42 - и различных тау-пептидов. Маркеры ЦСЖ теперь почти так же точны, как результаты ПЭТ-сканирование, и с 2022 года включены в руководство по диагностике US Food and Drug Administration.

Однако с мониторингом ЦСЖ тоже имеются проблемы, поскольку жидкость необходимо получать путем люмбальной пункции - неудобной процедуры, которую должен выполнять специализированный персонал.

Чтобы избежать этих сложностей, ученые уже давно пытаются разработать анализ крови, который был бы нацелен на те же белковые биомаркеры, что и анализ ЦСЖ. Такие биомаркеры позволили бы простым и дешевым способом выявлять людей с патологией Альцгеймера до того, как начнется повреждение их мозга и проявятся симптомы, но разработка этих тестов была настолько сложной задачей, что "временами цель казалась почти недостижимой", - говорит Бейтман.

Начнем с того, что белковые биомаркеры в 40 раз более разбавлены в пяти литрах крови, чем в 125 миллилитрах ЦСЖ, и в отличие от ЦСЖ, омывающей только головной и спинной мозг, кровь переполнена белками из всех уголков организма. Кроме того, хотя производство тау в основном ограничивается мозгом, амилоид вырабатывается клетками множества органов, что усложняет интерпретацию полученных данных.

С момента появления амилоидного ПЭТ-сканирования вышли десятки работ, в которых утверждалось, что в крови обнаружен маркер болезни Альцгеймера, но эти исследования были непоследовательными, а их результаты невоспроизводимыми, говорит невролог Оскар Ханссон (Oskar Hansson) из Лундского университета в Швеции. "Нам нужны были методы обнаружения, на порядки более чувствительные, чем для ЦСЖ".

Такие методы делятся на два типа: в одном используются антитела, которые прилипают к амилоиду и тау, в другом - масс-спектрометрия, метод, используемый для идентификации и количественного определения молекул в сложной смеси. За последние десять лет чувствительность обоих повысилась настолько, что тесты на биомаркеры стабильно дают точные результаты.

В середине 2010-х годов появился первый точный и надежный тест на биомаркеры двух амилоидов в плазме крови, выполненный с помощью масс-спектрометрии, а плазменные биомаркеры на основе тау появились несколькими годами позже.

Учёные продолжали искать другие варианты белков, связанных с болезнью Альцгеймера, которые могли бы стать еще более точными биомаркерами, в частности некоторые формы тау.

Одна из основных биологических функций тау – это стабилизация внутренней оболочки нейронов, что помогает формировать каркасы, называемые микротрубочками. По мере прогрессирования болезни Альцгеймера тау-белки становятся все более растворимыми и отпадают от микротрубочек. Они также становятся более липкими, слипаясь в фибриллы. "Это двойной токсичный удар для нейронов", - говорит нейробиолог Тара Спайрс-Джонс (Tara Spires-Jones) из Эдинбургского университета Великобритании.

Изменения химического состава тау-молекулы делают ее более растворимой: она усеивается фосфатными группами, фосфорилируется. Точное положение фосфатных групп на белке, по-видимому, имеет биологическое значение, и фосфорилирование в определенных местах оказалось полезным биомаркером.

Биомаркер тау, который в настоящее время используется в диагностике ЦСЖ - p-tau181, фосфорилирован в положении 181. Этот вариант был первым видом тау, который исследовали в крови, но вскоре был найден лучший (5).

В начале 2019 года Ханссон решил проанализировать вариант под названием p-tau217 в более чем 1400 хранящихся образцах плазмы из шведской когорты BioFINDER-2, в которую входят люди с деменцией и без нее.

В ноябре того же года, сидя на конференции, он открыл электронное письмо от одного из своих аспирантов. В нём были результаты исследования. "Я был ошеломлен, - вспоминает он, - p-tau217 почти со 100-процентной уверенностью предсказывал наличие или отсутствие патологии в мозге участников исследования. Эта новость казалась слишком хорошей, чтобы быть правдой".

Чтобы убедиться в том, что это действительно правда, он вместе с коллегами проанализировал образцы из независимой когорты в США и колумбийской когорты, состоящей из людей с наследственной ранней формой болезни Альцгеймера. Результаты совпали, а исследование было опубликовано (6) в июле 2020 года.

С тех пор важность p-tau217 была подтверждена в ходе многих клинических исследований. Фактически, он оказался настолько хорош, что некоторые учёные используют его в клинических испытаниях без сопутствующего биомаркера амилоида.

Несмотря на то, что этот белок отлично подходит для диагностических целей, он таит в себе биологическую загадку. Исследования показали, что он связан не только с нейрофибриллярными клубками, вызывающими заболевание, но и с амилоидными бляшками (5). Ученые предполагали, что при прогрессировании болезни Альцгеймера амилоид предшествует тау, поэтому неожиданное открытие заставило их переосмыслить роль последнего в развитии заболевания.

Оно предполагает, что амилоидные бляшки напрямую меняют способ фосфорилирования тау, говорит Ханссон, и изменения фосфорилирования тау начинаются задолго до появления в мозге видимых и разрушительных нейрофибриллярных клубков. "Это послужило толчком к разработке терапевтических методов, направленных на уменьшение выработки тау", - говорит он.

Но p-tau217 - это еще не финальная точка в поисках биомаркеров. Например, он не может рассказать врачам о прогнозе заболевания. "Разработка p-tau217 для диагностики болезни Альцгеймера позволила нам подняться на уровень предыдущего золотого стандарта - ПЭТ, - говорит Бейтман, - но нам нужен целый ряд биомаркеров крови, чтобы следить за клиническим течением болезни и видеть, что происходит в мозге, когда мы пытаемся воздействовать на различные аспекты болезни, например, на воспаление".

Ученых особенно интересует та часть молекулы тау, которая фактически закрепляет ее в клубке. В прошлом году команда Бейтмана разработала тест этого участка и показала, что его наличие связано с присутствием клубков и тяжестью когнитивных симптомов (7). Сейчас учёные разрабатывают анализ на его наличие в крови.

Другие жидкостные биомаркеры помогают отслеживать иные аспекты патологии болезни Альцгеймера, что способствует определению стадии заболевания или предоставляет другие клинические данные. "Биомаркеры весьма информативны и помогают нам понять, как изменяется мозг", - говорит Спайрс-Джонс.

Одним из таких биомаркеров является белок, участвующий в поддержке структуры глиальных клеток, которые обеспечивают поддержку нейронов. С течением болезни уровень глиального фибриллярного кислого белка (GFAP) повышается и снижается, когда бляшки удаляются с помощью антител.

Измерение уровня GFAP может предсказать грядущее ухудшение мыслительных способностей при всех типах деменции.

Еще один белок, указывающий на темп ухудшения работы мозга, - это легкий нейрофиламент (NfL), сигнализирующий о разрушении нейронов. Его уровень предсказывает интенсивность нейродегенерации, хотя - как и GFAP - он не отличает болезнь Альцгеймера от других типов деменции (8).

Учёные все чаще обращаются к популярным технологиям для поиска все новых молекул, связанных с болезнью Альцгеймера. Например, в ходе одного протеомического исследования были выявлены, по меньшей мере, три белка, связанных с болезнью Альцгеймера (9). "Растущий список информативных плазменных биомаркеров позволяет нам оценивать нейробиологию болезни Альцгеймера по всему спектру заболевания", - говорит Айзен.

Дешевые и быстрые биомаркеры крови существенно изменили методы клинических испытаний, связанных с болезнью Альцгеймера. Они уже облегчают и ускоряют набор участников клинических испытаний, не теряя при этом точности, и позволяют врачам отбирать тех, кто извлечёт наибольшую пользу из терапии, а также следить за тем, как лечение отражается на болезни, и решать, нужно ли начинать очередной курс и когда это лучше сделать.

В рамках испытаний двух из трех одобренных препаратов для лечения болезни Альцгеймера биомаркеры крови используются для отбора участников и мониторинга заболевания. Оба препарата представляют собой антиамилоидные антитела: леканемаб был одобрен в США, Японии и Китае, а донанемаб - в США. Испытания более раннего препарата, получившего одобрение в США, адуканумаба, были проведены слишком рано, чтобы использовать его с полной уверенностью в результате.

Биомаркеры крови будут играть важную роль в продолжающихся тестах этих и других находящихся в стадии разработки препаратов, очищающих мозг от амилоидов, позволяя клиницистам набирать людей на таких ранних стадиях, когда у них еще нет симптомов. Без анализов крови это было слишком сложно и дорого. По прогнозам неврологов лечение на этой ранней стадии дает наибольшие шансы остановки развития болезни.

Даже до того, как препараты начнут широко применяться, анализ крови станет серьезным подспорьем для врачей, которые на основе оценки одних лишь симптомов ставят неверный диагноз примерно в четверти случаев. В ходе одного исследования более 1200 человек с когнитивными нарушениями, проходящих первичное и вторичное лечении в Швеции (10), врачи, получив расширенные результаты анализов их крови, повысили точность своих диагнозов более чем на 90 %.

По словам Шотта в Великобритании только 65% обративших за помощью с подозрением на деменцию вообще получают какой-либо диагноз, и только 2% проходят исследования ЦСЖ или сканирование мозга для молекулярной диагностики, поскольку клиники не имеют возможности проводить эти тесты. "Тем не менее диагноз очень важен для планирования, выбора терапии и даже доступа к клиническим испытаниям".

Шотт возглавляет исследование 1100 человек, пациентов клиник памяти по всему Соединенному Королевству, чтобы выяснить, насколько анализ крови может помочь врачам в постановке диагноза. При участии Лондонской школы экономики и политических наук его исследование также покажет экономическую эффективность ранней диагностики болезни Альцгеймера.

Пятнадцать лет назад большинство фармацевтических компаний, не видя перспектив, сократило масштабы исследований мозга или вовсе их прекратило, но благодаря недавним научным прорывам инвестиции в исследования болезни Альцгеймера снова увеличились. "Теперь джинн выпущен из бутылки", - говорит Шотт.

"Мы достигли переломного момента - болезнь Альцгеймера стала биологическим процессом, который можно тестировать и лечить".

Автор: Alison Abbott
Перевод: Виктор Трибунский
Отсылки
Источник