Прионы: исследования таинственных молекул продолжаются

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Прионные заболевания — феномен, открытый в двадцатом веке, и в нем же начавший играть большую роль: увеличение продолжительности жизни в развитых странах привело к тому, что все больше людей стало доживать до «своего Альцгеймера» или «своего Паркинсона». Природа нейродегенеративных заболеваний продолжает оставаться туманной, и ученые пока исследуют только отдельные их аспекты — например, причину развития именно в старческом возрасте или способность передаваться от одних видов живых существ другим.

«Био/мол/текст»-2012

Эта статья представлена на конкурс научно-популярных работ «био/мол/текст»-2012 в номинации «Лучшее новостное сообщение».

Спонсор конкурса — дальновидная компания Thermo Fisher Scientific.

Всё началось с того, что в 20 веке учёные заинтересовались природой необычных заболеваний человека и животных: куру, Крейтцфельда-Якоба, скрэпи. Заметное сходство патологии этих болезней дало основание для гипотезы об их инфекционности, что впоследствии было экспериментально подтверждено. Тогда возник вопрос о возбудителе данных заболеваний. Прежде чем был найден ответ, были выявлены необычайные свойства возбудителей: они не размножаются на искусственных питательных средах, устойчивы к высокой температуре, формальдегиду, различным видам излучений, действию нуклеаз. Очистка инфекционного материала и его изучение позволило провозгласить о том, что «во всём виноват» белок, который 30 лет назад получил название прион (от англ. prion — белковая инфекция).

Так, известные американские учёные — вирусолог и врач Д.К. Гайдушек, раскрывший инфекционную природу прионных болезней, в 1976 г. и биохимик С.Б. Прузинер, который определил прионы и разработал прионную теорию, в 1997 г., — были удостоены Нобелевских премий. Их работы стали импульсом для последующих исследований, благодаря которым были изучены новые виды прионных инфекций. Но, даже несмотря на неугасающий интерес к «прионной теме», образование прионов до сегодняшнего дня остаётся загадкой.

4.Лечение

На сегодняшний день эффективного лечения фатальной семейной бессонницы не существует. Терапия носит вынужденно-паллиативный, симптоматический характер и направлена на поддержание угасающих витальных (жизненных) функций и коррекцию психических нарушений. Ни одна из известных групп снотворных не является эффективной.

Наиболее перспективные исследования в области лечения прионных инфекций, в т.ч. наследственной семейной бессонницы, связаны с поиском и попытками активизации специфических к прионам антител, а также с прогрессивными разработками в области генной инженерии и терапии. Однако действенных средств и реальных результатов пока нет, и фатальная бессонница остается, к сожалению, неизлечимой болезнью.

Биологическая сущность прионов

Рисунок 1. Метафора нейродегенеративного поражения мозга — это губка, в которую превращается нервная ткань в результате массовой гибели нейронов.

Молекула приона не является чем-то экзотическим: в «нормальной» форме она имеется на поверхности нервных у каждого из нас. При этом мы отлично себя чувствуем, и наши нервные клетки живы и здоровы. Однако это всё до тех пор, пока наш нормальный белок не «переродится» в аномальную форму. А если это случится, то приведёт к ужасающим последствиям: инфекционная форма прионов имеет свойство «склеиваться» с другими молекулами и, мало того, «конвертировать» их в эту же самую форму, вызывая «молекулярную эпидемию». В результате этой полимеризации на нервной клетке появляются токсичные белковые бляшки , и она погибает [1]. На месте погибшей клетки образуется пустота — вакуоль, заполненная жидкостью. С течением времени будет исчезать один нейрон за другим, а в мозге — образовываться всё больше «дыр», пока, наконец, мозг не превратится в губку (рис. 1), за чем неминуемо последует смерть.

Существует упрощенное представление, что полимеризованные прионные фибриллы «протыкают» нейрон, что вызывает его гибель. На самом деле это не совсем так: предшествующие фибриллярной стадии сферические агрегаты прионов также обладают токсичностью (по крайней мере, для болезни Альцгеймера): «Альцгеймеровский нейротоксин: ядовиты не только фибриллы». — Ред.

Но как может нормальный природный белок (обозначается PrPC) вдруг стать патологическим (PrPSc; Sc — от слова «scrapie»)? Что должно произойти? Как и в случае «обычной» инфекции, для такой трансформации необходима встреча с молекулой инфекционного приона. Существуют два пути передачи этой молекулы: наследственный (за счёт мутаций в гене, кодирующего белок) и инфекционный. То есть внедрение приона может произойти неожиданно — например, при употреблении в пищу недостаточно хорошо прожаренного или сваренного мяса (в котором должна присутствовать форма PrPSc), при переливании крови, при трансплантации органов и тканей, при введении гормонов гипофиза животного происхождения.

И тогда происходит удивительное событие: нормальные молекулы белка, контактируя с патологическими, сами превращаются в них, изменяя свою пространственную структуру (механизм трансформации остаётся загадкой и по сей день) [1]. Таким образом прион, как самый настоящий инфекционный агент, заражает нормальные молекулы, запуская цепную реакцию, разрушительную для клетки.

Диагностика

Диагностика прионных болезней основана на обнаружении когнитивных расстройств, их прогрессирующем развитии, и уже на промежуточной стадии развития – не специфических нарушений ЭЭГ, постепенно переходящих на специфические паттерны (burst suppression pattern) с миоклониями в клинической и ЭМГ картине, эпилептическими приступами.

В спинномозговой жидкости присутствует только белок 14-3-3.

При спорадической форме болезни Крейцфельдта-Якобса МРТ на взвешенном изображении Т2 демонстрирует гиперинтенсивность в базальном и хвостовом ядре. При новом варианте заболевания она присутствует в пульвинарном таламусе, имеет форму клюшки.

Тестирование ДНК поможет выявить генетические и семейные формы расстройств, что означает выявление мутации E200K.

Подтверждением клинико-диагностического заключения являются иммуногистохимическое и нейрогистологическое исследование ткани головного мозга.

Демонстрируется:

• типичная нейроцитарная вакуолизация;
• спонгиоматозная дегенерация нейропилы;
• потеря нервных клеток;
• астроглиоз;
• наличия скрепи-ассоциированных фибрилл в пораженном мозге.

Некоторые сведения о прионах

Исследователи отмечают:

• прионный белок включает 254 аминокислотных остатка и «весит» 33–35 килодальтон [2];
• ген, кодирующий белок PrP, найден у человека, млекопитающих и птиц [1];
• для полного уничтожения прионного белка нужна температура не менее 1000 градусов [1]!
• возможно, прионы принимают участие в межклеточном узнавании и клеточной активации [3];
• не исключено, что функцией прионов является подавление возрастных процессов [3];
• при развитии клинических проявлений прионных заболеваний нет ни признаков воспаления, ни изменений в крови;
• предполагается, что прионы участвуют в развитии шизофрении и миопатии;
• механизм действия прионов и их превращения из нормальной формы в патологическую остаётся неясным.

Ты помнишь, как все начиналось

В двадцатые годы прошлого столетия врачи столкнулись с новым и неизведанным доселе заболеванием. Немецкий невропатолог Ганс Герхард Крейтцфельдт наблюдал в своей клинике одну пациентку – 20-летнюю девушку. На начальной стадии болезни у нее была нарушена чувствительность в руках и ногах, быстро прогрессировали расстройства памяти, нервной деятельности, больная все чаще впадала в бессознательное состояние. Через несколько месяцев девушка умерла от расстройств дыхания и сердечной деятельности. Невропатолог, который в будущем станет видным нацистским врачом и будет принимать участие в программе «Эвтаназия», задокументировал ход болезни.

Спустя несколько месяцев доктор Альфонс Мария Якоб из Гамбурга столкнулся с тремя аналогичными пациентами. Молодые люди страдали от расстройств нервной деятельности, глотания, практически не осознавали происходящее вокруг и вскоре умерли. При вскрытии Якоб увидел интересное явление, которое раньше врачам наблюдать не приходилось, – поражен у больных был только мозг. Была зафиксирована массовая гибель клеток серого вещества головного мозга, а сохранившиеся нейроны отличались необычным набуханием. Ни в одном другом органе не было зафиксировано никаких патологических изменений. В память о двух первооткрывателях заболевание получило название болезни Крейтцфельдта – Якоба.

Ссылки по теме

• Остановка сердца и мозговая кома: клиническая смерть с точки зрения медицины
• Тайна «голубой крови»: Трагическая судьба создателя перфторана

В те далекие годы вирусология как наука находилась еще в зачаточной стадии. Поэтому заболеванию было суждено долгое время оставаться в забвении. Этому поспособствовали Великая депрессия и Вторая мировая война. И лишь в пятидесятые годы прошлого века ученые начали активно интересоваться, что же все-таки происходит с людьми, которым не посчастливилось подхватить болезнь Крейтцфельдта – Якоба.

В то же время ученые открывают еще два заболевания, которые по своим симптомам и течению весьма и весьма напоминают описанный выше страшный недуг – куру и скрейпи. Первая болезнь была распространена среди народности форе на острове Папуа – Новая Гвинея, а вторым страдали овцы по всему миру. Но важным оказалось другое: симптомы болезней несколько отличались от болезни Крейтцфельдта – Якоба, но характер поражений был практически идентичен – образование пустот в тканях головного мозга и массовая гибель нервных клеток.

Казалось бы, все ясно. Имеется болезнь, ее вызывает какой-то вирус или бактерия, давайте разберемся, кто является возбудителем и устраним причину. Но не тут-то было! Все оказалось не так просто…

«Познавательные фильмы»: Вакцины

Условия возникновения заболеваний

Условия возникновения прионовых болезней уникальны. Они могут формироваться по трём сценариям: как инфекционные, спорадические и наследственные поражения. В последнем варианте главную роль играет генетическая предрасположенность [2].

Знаменитый исследователь прионов Стэнли Прузинер (Stanley Prusiner) выделяет две поразительные особенности, присущие таким нейродегенеративным заболеваниям, как болезнь Крейтцфельда-Якоба, болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. Первая заключается в том, что более 80% случаев заболевания — спорадические (то есть, случайные, возникающие «сами собой»). Вторая: несмотря на то, что большое количество мутантных белков, специфичных к определённой болезни, экспрессируется в процессе зародышевого развития, формы наследования этих нейродегенеративных заболеваний проявляются позже. Это предполагает, что некоторые процессы происходят во время старения, которое «дает волю» болезнетворным белкам [5]. Более 20 лет назад автор утверждал, что данный процесс включает случайный рефолдинг (пересворачивание) белка в неправильно свёрнутый, что соответствует переходу в инфекционное состояние — прион.

Интересные факты насчет болезни Альцгеймера: ее вероятность может повышаться вследствие хронического недосыпания («Новый шаг к пониманию болезни Альцгеймера: возможно, недосыпание является одним из факторов риска»), а сам альцгеймеровский нейропептид (β-амилоид Aβ) может быть частью системы врожденного иммунитета («Возможно, β-амилоид болезни Альцгеймера — часть врождённого иммунитета»). — Ред.

В последнее десятилетие интерес к этой теме возобновился в связи с возможностью развития диагностики и эффективной терапии [5]. Появилось множество различных объяснений для возрастных нейродегенеративных болезней, — например, окислительная модификация ДНК, липидов и/или белков; соматические мутации; измененный врождённый иммунитет; экзогенные токсины; несоответствия ДНК—РНК; нарушение работы шаперонов; отсутствие одного из аллелей гена [5]. Альтернативным комплексным разъяснением служит то, что различные группы белков могут формировать прионы. Несмотря на то, что небольшое количество прионов может быть удалено посредством путей белковой деградации, их чрезмерное накопление с течением времени позволяет прионам самостоятельно распространяться в организме (рис. 2), что приводит к нарушению деятельности центральной нервной системы [5].

Рисунок 2. Процессы нейродегенерации, вызванной прионами. Сверху: накопление «нормального» прионного белка повышает его вероятность перехода в токсичную конформацию, которая описывается бóльшим содержанием β-структуры. Прионы наиболее патогенны в форме олигомеров; после образования фибрилл токсичность снижается. В зависимости от того, о каком конкретно прионном белке идет речь, в патологическом состоянии он может образовывать бляшки, клубки или тельца включения. Возможные пути лекарственного вмешательства: (I) снижение кон белка-предшественника; (II) ингибирование образования прионной формы; (III) уничтожение токсичных агрегатов. Снизу: Наследственная старческая нейродегенерация объясняется двумя событиями: наличием мутантной формы предшественника и образованием из него приона, готового к олиго- и полимеризации с образованием токсичных форм.

[5]

Прионы. История медленных инфекций.

Прио́ны (англ. prion от protein — «белок» и infection — «инфекция»). Термин предложен человеком, изложившим основы современных знаний об этих белках — Стенли Прузинером в 1982 году. Теперь нам известно, что это патологические белки, вызывающие ряд энцефалопатий людей (болезнь Крейтцфельдта — Якобасиндром Герстмана — Штраусслера — Шейнкера, фатальная семейная бессонница, Куру и др), скота (коровье бешенство, скрейпи у овец) и птиц. Тип передачи, патогенез и т.д. у данных заболеваний не похож ни на вирусы, ни на бактерии. Но обо всем по порядку.

История

Первое заболевание из списка прионных описанных человеком является скрейпи – овечья почесуха. В 1700-м году, в Англии (в стране с самой большой популяцией домашних овец на тот момент) были описаны следующие симптомы – сильнейший зуд, боли в конечностях при движении, судорожные припадки. Болезнь прогрессировала за неделю. Вспышки возникали в разных графствах. Ветеринары и врачи разводили руками, не зная источника болезни. Все симптомы указывали на поражение мозга. К 20-му веку не прибавилось новых данных о том, что же за заболевание поражало бедных овечек. И вот, в 1920-х, годах Ганс Герхард Крейцфельдт и Альфонс Мария Якоб отдельно друг от друга (при чем оба в 1920-м году, но Крейцфельдт раньше) описали неизлечимое поражение нервной системы человека, названное впоследствии их именами. Была описана патологоанатомическая картина (очаговые поражения тканей головного мозга). Была сделана первая попытка классификации симптомов. Определением заболевания стало «спастический псевдосклероз или энцефалопатия с рассеянными очагами в передних рогах спинного мозга, экстрапирамидной и пирамидной системе».

Гистологический препарат головного мозга, на котором видны микрополости

Ганс Герхард Крейцфельдт, будучи немецким неврологом, запятнал себя в связях с нацизмом. Не будучи членом партии, он выступал в качестве медицинского эксперта по вопросам наследственности, то есть решал вопросы о принудительной стерилизации и эвтаназии. Ходят разные версии о его занятиях в этой области. Одни пишут, что Крейцфельдт спасал от этих процедур, утаивая патологии и исправляя истории болезней, другие, что врач все-таки занимался отправкой людей в лагеря смерти и в клинику Киля (где и проводились «эвтаназии»). В любом случае британские оккупационные власти не нашли в его деле следов преступлений и 60-ти летний врач продолжил свою деятельность в Мюнхене. История же прионных болезней развивалась дальше. В 1957 году Карлтон Гайдушек и Винсент Зигас открыли заболевание, схожее по клинической картине с болезнью Крейцфельдта-Якоба (заболевание теперь носило имена этих двух врачей). Если заболевание, открытое в 20-е годы поражало жителей Западной Европы, то новое – представителей одного племени Новой Гвинеи. Было вынесено предположение, что данная патология вызывается вирусом. Изучена клиническая картина, характеризующаяся тремором, судорогами, головной болью. На основе того, что соседние племена не практиковали каннибализм и поедание головного мозга и не страдали схожими патологиями, стали появляться теории о том, что вирус находится в мозговой ткани и может передаваться алиментарно. В 1967 году был проведен первый удачный эксперимент с заражением подопытных мышей биологическими жидкостями больных скрейпи овец. Результат оказался положительным. У мышей развивались те же симптомы, что и у «доноров». Доводов в пользу заразности заболевания стало больше. Интересно, что в 1976 году Гайдушек удостоился Нобелевской премии за открытия, касающиеся новых механизмов происхождения и распространения инфекционных заболеваний, связанную с изучением болезни племени форе. До конца жизни он был уверен, что её вызывают вирусы.

Племя форе

Стенли Прузинер

Как уже было сказано выше, основы знаний о прионах заложил Стенли Прузинер. Немного из его биографии. Родился в США в 1942 году. Его предки — эмигранты из российской империи, еврейского происхождения, вынужденные покинуть страну из-за еврейских погромов. Сам Стенли Прузинер в 1968 г. закончил Университет Пенсильвании и работал ординатором-неврологом в Медицинской школе Калифорнийского университета (Сан-Франциско). В 1970 впервые встретился с болезнью Крейтцфельдта — Якоба. У пациента, находившегося на лечении у Прузинера, никак не выявлялся возбудитель. Плотно занявшись этим исследованием, невролог обратился к трудам другого врача – Сиггурдсона, выявившего определенные закономерности у непонятных на тот момент болезней.

Такими закономерностями стали:

• необычно продолжительный (месяцы и годы) инкубационный период;
• медленно прогрессирующий характер течения;
• необычность поражения органов и тканей;
• неизбежность смертельного исхода.

Известными на тот момент заболеваниями, подходящими под данные критерии, а были болезнь Крейтцфельдта — Якоба, Куру у людей и скрейпи, начавшая поражать не только овец, но и коз. Именно из биологических жидкостей (ликвора, мочи, семенной жидкости, слюны) овец, больных «часоткой» готовились препараты для заражения и дальнейшего исследования. Эксперименты проводились на мышах. Было выявлено, что инкубационный период длится 100-200 суток. Болезнь развивается у всех экспериментальных мышей. Прогресс был достигнут после появления в лаборатории хомяков. У них инкубационный период был значительно короче, а клинические проявления были всё те же. Итак, после 10-ти (!) лет кропотливой работы по заражению, забою животных, очистке и исследованию материала был выявлен патогенный объект. Эксперименты упорно свидетельствовали, что он состоял из одиночного белка, который Прузинер назвал прионом. Несмотря на огромную доказательную базу, собранную за годы исследований, теория не получила всеобщей признательности. Большинство вирусологов того времени (а шел уже 1982 год) отнеслись к заявлению с недоверием. Основной причиной этого было отсутствие у возбудителя своего генотипа. Были только аминокислоты, нуклеиновых кислот не было. Не потеряв воодушевления, Сиггурдсон продолжил изучение странного агента. Была выявлена его аминокислотная последовательность. Далее получение антител к прион-белку сделало возможным определение его локализации в клеточной мембране. Карьера ученого шла в гору. В 1980 г. он стал профессором неврологии, а в 1988 г. — профессором биохимии. В 1982 году он опубликовал научный труд о совершенно новом типе возбудителей болезней. Всеобщее признание врач и ученый получил в 90-е годы. В 1997 году он получил Нобелевскую премию «За открытие прионов, нового биологического принципа инфекции». Еще одна причина увеличения интереса к данной патологии – эпидемия коровьего бешенства, или Губчатой энцефалопатии крупного рогатого скота, захлестнувшая Великобританию (насчитывалось 179 тыс. голов крупного рогатого скота с симптомами заболевания).

Что же такое прионы и каков их механизм действия на организм (современные представления)?

На самом деле в организме человека и многих других живых существ есть белки PrPC. По-русски – нормальная форма прионных белков (открыты были после исследований Сиггурдсона, поэтому такая странность в название). Известна его длина, последовательность аминокислот, вторичная структура. Важно знать, что конечная структура состоит из трёх α-спиралей и двухцепочечного антипараллельного β-листа. Обладают интересным свойством, а именно осаждаются высокоскоростным центрифугированием, что является стандартным тестом на наличие прионов. Есть данные, что PrP играет важную роль в прикреплении клеток, передаче внутриклеточных сигналов, а потому может быть вовлечён в коммуникацию клеток мозга. Тем не менее, функции PrP исследованы недостаточно.

(a) норма (b) патология

Эксперименты на мышах, лишенных этих белков, показывают, что отсутствие PrP приводит к демиелинизации нервов. Возможно, прионые белки в норме поддерживают долговременную память. Но это в норме. Иногда случаются «проблемы» и появляются белки, названные — PrPSc — инфекционные прионы. Отличаются они тем, что в них вместо α-спиралей преобладают β-слои. Приводит это к тому, что меняется взаимодействие других белков с новым белком. Полбеды, если бы образовывался всего один белок на организм. Беда в том, что, однажды образовавшись, белок (!) сам начинает менять структуру других. Рассмотрим основные механизмы размножения PrPSc

Считается, что прионное заболевание может быть приобретено 3 путями: в случае прямого заражения, наследственно или спорадически (спонтанно) или их комбинациями. Спорадическая (то есть спонтанная) прионная болезнь возникает в популяции у случайной особи. Таков, например, классический вариант болезни Крейтцфельдта — Якоба. Существуют две основные гипотезы относительно спонтанного появления прионных болезней. Согласно первой из них спонтанное изменение происходит в самом доселе нормальном белке в мозге, то есть имеет место посттрансляционная модификация. Альтернативная гипотеза гласит, что одна или несколько клеток организма в какой-то момент претерпевают соматическую мутацию (то есть, не передающуюся наследственно) и начинают производить дефектный белок PrPSc. Как бы то ни было, конкретный механизм спонтанного возникновения прионных болезней неизвестен. Вторая – заражение. По данным современных исследований, основной путь приобретения прионных заболеваний — поедание заражённой пищи. Считается, что прионы могут оставаться в окружающей среде в останках мёртвых животных, а также присутствуют в моче, слюне и других жидкостях и тканях тела (кровь, ликвор). Из-за этого заражение прионами может произойти и в ходе пользования нестерильными хирургическими инструментами. Это усложняет стерилизацию хирургических инструментов или устройств на скотобойне. Прионы в большинстве своём устойчивы к протеазам, высокой температуре, радиации и хранению в формалине, хотя эти меры и снижают их способность к заражению. Эффективная дезинфекция против прионов должна включать гидролиз или повреждение/разрушение их третичной структуры. Это можно достичь обработкой хлорной известью, гидроксидом натрия и сильнокислыми моющими веществами. Пребывание в течение 18 минут при температуре 134 °C в герметичном паровом автоклаве не может деактивировать прионы. В качестве основного современного метода для деактивации и денатурации прионов в настоящее время изучается озоновая стерилизация. Ренатурация полностью денатурированного приона до инфективного состояния зафиксирована не была, однако для частично денатурированных прионов в некоторых искусственных условиях это возможно. Еще стоит помнить, что эти белки могут долго сохраняться в почве за счёт связывания с глиной и другими почвенными минералами. Не впадайте в паранойю, но теоретически они могут быть повсюду. В 2011 году было сообщено об открытии прионов, передающихся по воздуху в частицах аэрозоля (то есть воздушно-капельным путём). Также в 2011 году было опубликовано предварительное доказательство того, что прионы могут передаваться с получаемым из мочи человеческим менопаузальным гонадотропином, применяемым для лечения бесплодия. Теоретически с помощью всего одного больного животного с прионной болезнью, можно уничтожать целые нации и страны, просто добавляя его костную муку в кормовые добавки и продавая их в нужное государство. Сходная ситуация произошла в конце 80-х годов в Британии (эпидемия коровьего бешенства). Тогда, скорее всего по незнанию (а не по злому умыслу) произошел вышеуказанный процесс, унесший жизни около 200 человек (на 2009 год) и 179 тыс. голов крупного рогатого скота.

Размножение прионов

Третий механизм – генетический. Был открыт недавно и совершенно не вписывается в общую картину. Был идентифицирован ген, кодирующий нормальный белок PrP — PRNP, локализованный на 20-й хромосоме. При всех наследственных прионных заболеваниях имеет место мутация этого гена. Попавший тем или любым образом «искаженный» прионный белок начинает изменять структуры близким к нему по структуре белков, превращая их в такие же патогенные агенты. Основная гипотеза, наиболее близко отображающая этот процесс очень проста. Одна молекула PrPSc присоединяется к одной молекуле PrPC и катализирует её переход в прионную форму. Две молекулы PrPSc после этого расходятся и продолжают превращать другие PrPC в PrPSc. Но схема дает больше вопросов, чем ответов.

Клиника

Поговорим о болезнях и клинических проявлениях. Теоретически может возникать у всех живых существ, обладающих PrPc Вот некоторые примеры. У овец и коз, как это уже говорилось выше, главное проявление — это скрейпи. Для коров характерно коровье бешенство (губчатая энцефалопатия крупного рогатого скота) У норок- Трансмиссивная энцефалопатия норок. И так далее. Зафиксированы проявления заболеваний у кошек, диких парнокопытных, страусов. Но нас интересуют болезни человека.

Болезнь Крейтцфельдта — Якоба. Код по МКБ-10 A81.0; F02.1. Код А соответствует инфекционным болезням (А81 – инфекционные болезни нервной системы). Код F – психические расстройства, F02 – деменции.

Темно зеленый распространение К-Я

Светло зеленый — коровьего бешенства

Основные клинические критерии для постановки диагноза:

• быстро прогрессирующая — в течение 2 лет — («опустошающая») деменция с дезинтеграцией всех высших корковых функций; пирамидные нарушения (спастические парезы);
• экстрапирамидные нарушения (хореоатетоз);
• миоклонус;
• атаксия, акинетический мутизм;
• дизартрия;
• эпилептические припадки;
• зрительные нарушения (диплопия)

Стадии заболевания:

1. Продромальный период — симптомы неспецифичны и возникают примерно у 30 % больных. Они появляются за недели и месяцы до возникновения первых признаков деменции и включают астению, нарушения сна и аппетита, внимания, памяти и мышления, снижение массы тела, потерю либидо, изменение поведения.
2. Инициальный период — для первых признаков заболевания обычно характерны зрительные нарушения, головные боли, головокружение, неустойчивость и парестезии. У основной части больных постепенно развивается, реже — острый или подострый дебют. В некоторых случаях, как при так называемых амиотрофических формах, неврологические знаки могут предшествовать началу деменции.
3. Развернутый период — обычно отмечается прогрессирующий спастический паралич конечностей с сопутствующими экстрапирамидными знаками, тремором, ригидностью и характерными движениями. В других случаях может отмечаться атаксия, падение зрения или мышечная фибрилляция и атрофия верхнего двигательного нейрона.

Выделяют несколько клинических форм:

Спонтанная — классическая (sCJD) Согласно современным представлениям (прионной теории), прионы при этой форме заболевания возникают в мозге спонтанно, без какой-либо видимой внешней причины. Болезнь обычно поражает людей в возрасте старше 50 лет и проявляется с вероятностью 1-2 случая на миллион жителей. Вначале проявляется в форме кратких потерь памяти, изменениями настроения, потерей интереса к происходящему вокруг. Далее симптомы деменции прогрессируют со всеми вытекающими последствиями.

Наследственная (fCJD) Болезнь возникает в семьях, где наследуется повреждение гена для прионового белка. Дефектный прионовый белок является намного более подверженным спонтанному превращению в прион. Признаки и ход болезни подобны классической форме.

Ятрогенная (1CJD) Болезнь обусловлена непреднамеренным внесением прионов в тело пациента при медицинском вмешательстве. Источником прионов ранее были некоторые лекарства, инструменты или мозговые оболочки, которые забирались у мертвых людей и использовались для закрытия раны при операциях на мозге. Признаки и ход болезни подобны классической форме. Новый вариант (nvCJD) Болезнь появилась впервые в 1995 году в Великобритании и с того момента от нее умерло не более 100 человек. Вероятнее всего, что они заразились мясными продуктами, содержащими бычьи прионы.

• психические расстройства и сенсорные нарушения,
• характерны глобальные когнитивные нарушения и атаксия.
• описано несколько случаев заболевания, дебютировавшего с корковой слепоты (вариант Heidenhain).
• эписиндром представлен также миоклоническими припадками.
• мозжечковая симптоматика выявляется в 100 %.

Основной способ диагностики — прижизненной биопсии мозга. Также используются методы МРТ, ПЭТ, Существуют патогномоничные симптомы электроэнцефалографии.
Синдром Герстмана — Штраусслера — Шейнкера — редкое, обычно семейное, смертельное нейродегенеративное заболевание, поражающее пациентов в возрасте от 20 до 60 лет. Код A81.9. Девятка тут обозначает «Медленные вирусные инфекции центральной нервной системы неуточненные». Синдром встречается у лиц в 40-50 лет и характеризуется, главным образом, мозжечковой атаксией, расстройствами глотания и фонации, прогрессирующей деменцией на протяжении от 6 до 10 лет (средняя продолжительность болезни составляет 59,5 месяцев), после чего наступает смерть. Инкубационный период длится от 5 до 30 лет. Мало изучена. Ведутся исследования на лабораторных мышах и хомяках. Фатальная семейная бессонница — редкое неизлечимое наследственное (доминантно-наследуемое прионное) заболевание, при котором больной умирает от бессонницы. Известно всего 40 семей, поражённых этой болезнью. Код по МКБ тот же, что и у предыдущей. Болезнь начинается в возрасте от 30 до 60 лет, в среднем в 50. Болезнь продолжается от 7 до 36 месяцев, после чего больной умирает. Выделяют 4 стадии развития болезни.

• Пациент страдает от всё более тяжёлой бессонницы, панических атак и фобий. Эта стадия длится в среднем 4 месяца.
• Панические атаки становятся серьёзной проблемой, и к ним присоединяются галлюцинации. Эта стадия длится в среднем 5 месяцев.
• Полная неспособность спать, сопровождаемая быстрой потерей веса. Эта стадия длится в среднем 3 месяца.
• Пациент перестаёт говорить и не реагирует на окружающее. Это последняя стадия болезни, длящаяся в среднем 6 месяцев, после чего пациент умирает.

Снотворные не помогают. Вообще.
Куру, почти не встречается в настоящее время, в связи с искоренением каннибализма. Интересно, что в 2009 году американские учёные сделали неожиданное открытие: некоторые члены племени форе, благодаря появившемуся у них в сравнительно недавнем времени новому полиморфизму гена PRNP, имеют врождённый иммунитет к куру.

В настоящее время нет ни одного средства останавливающего или тормозящего развитие прионных болезней.

Ведется множество исследований. Основные направления:

• Лекарство – препарат, который сможет излечить или остановить/затормозить развитие болезни
• Вакцина – средство для профилактики болезней
• Так же используются методы генной инженерии, благодаря которым выводятся животные невосприимчивые к прионым болезням.

Как изменения в генотипе и белковом составе скажется на их жизнедеятельности, пока еще загадка.

Лабораторная диагностика и лечение

Диагностика базируется на внутримозговом заражении мышат или хомяков, у которых медленно (до 150 дней) развивается соответствующее заболевание, если пациент был болен [2]. Часто проводится гистологическое исследование головного мозга погибших животных [2].

К сожалению, до настоящего времени еще не разработаны эффективные методы лечения прионовых болезней, хотя попытки предотвратить конформационный переход нормального белка в аномальный производятся. Поэтому самым надёжным способом предупреждения развития инфекционных форм является профилактика [2].

Особенно актуальным становится решение «прионного вопроса» в связи с нарастающей угрозой возникновения эпидемии через инвазивные медицинские операции и даже при приёме лекарственных средств.

Заболевания животных

Риск заболеваний животных для людей очень спекулятивен (лучше всего проблематику характеризует связь BSE и нового варианта расстройства Крейцфельдта-Якобса). У животных расстройства проявляются агрессивностью, нарушением двигательных способностей:

• cпонгиоформная энцефалопатия крупного рогатого скота (Bovine spongiform encephalopathy – BSE);
• скрепи;
• хроническая болезнь истощения (Chronic wasting disease – CWD);
• войлочная спонгиоформная энцефалопатия;
• трансмиссивная энцефалопатия.

Перспективы

По-видимому, интерес к прионам не угаснет до тех пор, пока предположения на их счёт полностью не подтвердятся и не будут найдены эффективные способы лечения прионных заболеваний. В статье [6] говорится о необходимости современного исследования, которое требует тщательного рассмотрения чужеродных прионов в экстраневрональных тканях.

В качестве модельных объектов авторы использовали мышей: две линии, которые трансгенно экспрессировали овечий прионный белок, и одну линию, которая экспрессировала человеческий прионный белок (рис. 3). Задачей было сравнить эффективность межвидовой передачи инфекции посредством тканей мозга и селезёнки. Внутримозговое заражение чужеродным прионным белком выражалось в отсутствии или небольшом количестве инфекционного агента в мозгах этих мышей. Однако инфекционные чужеродные прионы обнаруживались в селезёнке на более ранних этапах заражения в сравнении с моментом, когда были использованы нейротропные прионы, тем самым определяя, что лимфатическая ткань может быть более пермиссивной к распространению чужеродных прионов по сравнению с мозгом.

Рисунок 3. Способность приона хомяков Sc237 заражать и передаваться при введении в мозг или селезенку трансгенным мышам, имеющим прионный белок PrP овцы (tg338; белые мыши) или человека (tg7; серые мыши). Число заболевших/инъецированных мышей показано в скобках; ниже приведено среднее время жизни (в днях).

[6]

Чем вызвана эта предпочтительная репликация прионов в лимфатических тканях, пока неизвестно. Однако полученные данные показывают, что человек может быть более чувствительным к чужеродным прионам, чем предполагалось ранее на основании присутствия прионов в мозгу, и по этой причине бессимптомный переносчик прионной болезни может быть не распознан. Это ещё раз подтверждает, что такая могущественная биомолекула как прион таит в себе немало загадок, раскрытие которых, возможно, поможет в понимании ряда неразрешимых проблем человечества…

Как замедлить течение прионной болезни

До недавнего времени было сложно замедлить прионную болезнь, не говоря о ее излечении.

Современная нейрохирургия может облегчить дегенеративные осложнения путем пересадки нейронов при прионом заболевании.

Революционная попытка остановить патогенные протеины была впервые предпринята командой врачей из Университета Питтсбурга. Команда д-ра Кондзиолки в рамках исследования пересадила 12 пациентам нейроны in vitro (2-6 млн. LBS-нейронов). Через 12 месяцев после операции ни у одного из реципиентов не было зарегистрировано нежелательных последствий трансплантации, у всех новые клетки были приняты. У 6 пациентов произошло значительное улучшение состояния.

Несколько лет журнал «Nature» сообщил о разработке антител против прионов в Англии командой ученых во главе с Симоной Хоук (Imperial College). В тестах на зараженных мышах, грызуны, получившие антитела, были вылечены уже через месяц после заражения.

Врачи намерены использовать эту возможность очистить нейроны от патогенных протеинов для лечения нового варианта болезни Крейтцфельда-Якобса у людей. Дальнейшие исследования должны помочь улучшить лекарства, которые смогут очистить мозг и его микроглии от прионов.

Недавно М. Пфайфер и несколько других немецких ученых обнаружили и подтвердили способ, позволяющий очистить мозг от прионов. Они доказали, что РНК-интерференция может успешно лечить заболевания путем удаления из РНК-клетки части, ответственной за выработку патогенных белков. Это предотвратило их мутацию в опасные протеины.

Подобный метод – воздействие искусственно синтезируемых праймеров (олигонуклеотидов) против прионов. Как и РНК-интерференция, конструирование праймеров находится на стадии исследования.

Теоретически перспективным в лечении болезней может быть пептид PrP13, аналогичный структурному продукту, встречающемуся при этих заболеваниях. Вещество нацелено на ген PRNP, что должно повлиять на превращение PrPC в PrPres. Последняя названная патогенная молекула изменяется в структуру, подобную PrPC. Вещество используется под аббревиатурой PrP13, а его исследования на животных смогли продлить выживаемость на 50-300%.

Литература

1. Абрамова З.И. Исследование белков и нуклеиновых кислот. Казань: Казанский государственный университет, 2006. — 157 с.;
2. Новиков Д.К., Генералов И.И., Данющенкова Н.М. Медицинская микробиология. Витебск: ВГУ, 2010. — 597 с.;
3. Прудникова С.В. Микробиология с основами вирусологии. Красноярск: ИПК СФУ, 2008;
4. Поздеев О.К., Покровский В.И. Медицинская микробиология. М.: Гэотар-мед, 2001. — 765 с.;
5. S. B. Prusiner. (2012). A Unifying Role for Prions in Neurodegenerative Diseases. Science
   .
   336, 1511-1513;
6. V. Beringue, L. Herzog, E. Jaumain, F. Reine, P. Sibille, et. al.. (2012). Facilitated Cross-Species Transmission of Prions in Extraneural Tissue. Science
   .
   335, 472-475;
7. Carolina Pola. (2012). Prion escape to spleen. Nat Med
   .
   18, 360-360;
8. Элементы: «10 фактов о прионах и амилоидах»;
9. Элементы: «Геометрия белковых тел»;
10. Charles Weissmann. (2012). Mutation and Selection of Prions. PLoS Pathog
    .
    8, e1002582.