Новое в эпилептологии

Уважаемые коллеги, предлагаем вашему вниманию продолжение обзора статьи «Neuroinflammation inpost-traumatic epilepsy: patho­physio­logy and tractable therapeutic targets» ­авторов R. Sharma, W. L. Leung, A. Zamani etal., опубликованной в жур­нале Brain Science (2019 Nov 9; ­9 (11): E318). Начало этого обзора изложено в предыдущем номере журнала НейроNews (2020; 1(112): 8–10).

В частности, представленный материал посвящен посттравматической эпилепсии как одному из наиболее распространенных отдаленных последствий черепно-мозговой травмы (ЧМТ). Микроглия — это высокоспециали­зированные специфичные для мозга макро­фаги, которые составляют от 10 до 20 % глиальной популяции с функцией иммунного надзора (Fuetal., 2014). Авторы подчеркивают, что первичной функцией микроглии является иммунная защита с активным поиском инфекционных агентов, поврежденных нейронов и бляшек в ЦНС (Nimmerjahn etal., 2005).

После ЧМТ различные микро­глиальные рецепторы ощущают присутствие структур DAMP и PAMP во внеклеточном пространстве, вызывая выброс цитокинов и хемокинов, которые затем рекрутируют лейкоциты в зону повреждения ткани (Kigerl etal., 2014). Такие сигналы, как поврежденные клеточные мембраны, изменения уровней ионов и нейротрансмиттеров, а также наличие сывороточных белков в мозге, дополнительно активируют клетки микроглии и способствуют их трансформации в фагоцитарный фенотип (Raivich etal., 1999). В ходе этого процесса цитоскелетные перестройки усиливают экспрессию молекул главного комплекса гисто­совместимости на поверхности клетки, что помогает клеткам микроглии мигри­ровать в область воспаления (DiSabato etal., 2016; Russo and McGavern, 2015).

Активация клеток также связана с высвобождением активных форм кислорода, что способствует удалению поврежденных нейронов, и в данном случае микроглия играет нейро­протективную роль в ответ на травму (Braughler and Hall, 1989; Corps etal., 2015). Однако, по мнению авторов, ряд важных доказательств демонстрируют также отрицательные последствия ­активации микроглии, особенно при хронической ее форме или воспалении. Продукция цитотоксических ­молекул, таких как активные формы кислорода и хинолиновая кислота, ­способствует окислительному стрессу в поврежденном мозге с последующей прогрессирующей нейродегенерацией (Pie­rozan etal., 2016).

Наличие сверхактивной или постоянно активируемой микроглии ­ассоциируется с патологическими изменениями и когнитивным дефицитом. Последние, в свою очередь, связаны с чрезмерной выработкой про­­­воспалительных медиаторов, которые ­запускают дальнейшую активацию ­воспалительных клеток и вторичное повреждение головного мозга (Town etal., 2005).

В контексте эпилепсии активация микроглии и астроцитов обычно ­наблюдается в эпилептических очагах мозга пациентов, наряду с повышен­ными уровнями CX3CR1, IL-6 и TNF-α; подобные изменения обнаруживаются в экспериментальных ­моделях эпилепсии (Chugh etal., 2015; Eyo etal., 2017). Ученые ссылаются на результаты недавнего исследова­ния, проведенного на мышах, у которых передача сигналов mTOR была ­избирательно повышена в микроглии (мыши с условно «нокаутированным» геном Tsc1Cx3cr1), которое позволило предположить, что эта активация ­достаточна для индукции спонтанных приступов вне провоспалительной продукции цитокинов (Zhao etal., 2018). Это также подтверждалось сниже­нием количества, тяжести и продолжительности спонтан­ных судорог при применении миноцикли­на, игнибирующего активацию микро­глии. Впрочем, авторы считают, что в данном эксперименте возможно влияние других нейро­протекторных эффектов миноциклина, поскольку в других исследованиях препараты, ингибирующие микроглию, либо уменьшали проли­ферацию микроглии без влияния на судороги (в биологической модели с каиновой кислотой), либо истощали микроглию (посредством введения колониестимулирующего фактора 1R) с ускорением возникновения ­судорог и повреждением гиппокампа. По мнению авторов, эти результаты могут быть специфичными для модели судорог, вызванных вирусным энцефалитом (Feng etal., 2019).

Прямое взаимодействие между микро­глией и нейронами также может влиять на то, как эти клетки активируются после ЧМТ, способствуя эпилепто­генезу. В настоящее время все больше данных свидетельствуют о том, что, независимо от высвобождения цитокинов, микроглия может влиять на возбудимость нейронов через их известную роль в синаптическом ­прунинге, синаптической плас­тичности и нейрогенезе (Eyo etal., 2017).

Подобно микроглии, астроциты также экспрессируют целый ряд различных рецепторов, что позволяет им реагировать почти на все виды нейроактивных молекул в условиях стресса или травмы. Как известно, активация астроцитов (астроглиоз) включает в себя изменения морфологии и молекулярного профиля клеток, миграцию к месту ­повреждения и высвобождение цитокинов и активных форм кислорода (Semple and Morganti-Kossmann, 2012). Авторы ссылаются на исследование T. G. Bush etal., (1999), которое показало, что астроциты при экспериментальном истощении способствуют росту нейри­тов и необходимы для восстановления гемато­энцефалического барьера после повреждения коры головного мозга у мышей. Нейротрофические факторы астроцитов и метаболиты могут помочь в восстановлении ЧМТ, а сами астроциты способны поглощать избыточные нейротрансмиттеры для минимизации эксайтотоксичности (Carmen etal., 2007; Rolls etal., 2009).

Однако чрезмерная активация астроцитов может усиливать воспалительный ответ и вызывать нейродегенерацию через избыточное выделение возбуждающего глутамата, растворимых протеаз, липидных медиаторов, цитокинов, активных форм кислорода и факторов комплемента. Кроме того, образование глиального рубца при попытке астроцитов изолировать поврежденную ткань от остальной части ЦНС и минимизировать вторичное повреждение одновременно препятствует регенерации ткани и ремиелинизации аксонов (McGraw etal., 2001).

По мнению авторов, многие из этих астроцитарных реакций на ЧМТ теоре­тически могут способствовать возбудимости тканей и создавать более подверженную судорогам микросреду. Такие изменения астроцитов после ЧМТ, как потеря экспрессии глутаматного транспортера 1 (Glt1), повы­шенная активация передачи сигналов с помощью мишени рапамицина и измененная экспрессия K-ионных каналов, а также рецепторов нейротрансмиттеров, обеспечивают условия для развития посттравматической эпилепсии после мозговой травмы (Shandra etal., 2019; Wang etal., 2017; Coulter etal., 2015).

У больных эпилепсией и на биологических моделях были выявлены изменения экспрессии, локализации и функции K+-каналов, экспрессируемых астроцитами (Seifert etal., 2010). К тому же с судорожной активностью после ЧМТ связано и подав­ление котранспортера KCNJ10 (Kir4.1), важнейшего регулятора клиренса K+ (Gupta and Prasad, 2013). Kir4.1 также ко-экспрессируется на астроцитарных отростках вместе с водным каналом ­аквапорином 4, что демонстрирует нарушение водного транспорта в эпилептической зоне мозга (Nielsen etal., 1997). В случаях избытка внеклеточного K+ внеклеточное пространство уменьшается, что свидетельствует о важности транспорта воды по аквапориновым каналам, экспрессируемым на глиальных клетках (Medici etal., 2011). Также может быть нарушена структура белков Gap-соединения, таких как CX30 и CX43, что приводит к нарушению связи астроцитов и последующей потере связи между этими клетками. По мнению авторов, эти ­изменения, в свою очередь, могут привести к повышенной возбудимости из-за избытка глутамата и K+ во внеклеточном пространстве (Wallra etal., 2006). Наконец, астроцит-зависимое высвобождение глутамата может вызывать судорожную активность, обус­ловленную гиперсинхронной активностью нейронального потенцирования (Tian etal., 2005).

Гематоэнцефалический барьер явля­ется защитным фильтром, отделяющим ткань ЦНС от перифери­ческого кровообращения. Его защитная роль проистекает из его уникальной структуры, состоящей из эндотели­альных клеток, отростков астроци­тов и перицитов. Эндотелиальные клетки, образующие гематоэнцефалический барьер, образуют плотные контакты, которые инкапсулируются астроцитами, и препятствуют проникновению переносимых кровью макромолекул в мозг (Ballabh etal., 2004). Эта особенность, как считают ученые, также препятствует проникновению нейротрансмиттеров и связана с поддержанием ионного гомеостаза мозга (Dadas and Janigro, 2019). Из-за плотного соединения между клетками их движение ограничено трансклеточ­ным перемещением через определенные каналы.

По мнению авторов, судорожная ­активность может способствовать длительному нарушению гемато­энцефалического барьера несколькими способами: увеличение уровня глутамата, связанное с судорогами, может привести к повышению активности ­матриксных металлопротеиназ (ММР-2 и ММР-9), что может вызвать денатурацию белков плотного соединения и увеличение прони­цаемости данного физиологического ­барьера (Feng etal., 2011).

Сразу после ЧМТ первичное механическое повреждение нарушает ­паренхиму микрососудов, увеличивая проницаемость гематоэнцефали­ческого барьера и проникновение ­сывороточных белков и периферических иммунных клеток (Nag etal., 2011; Shlosberg etal., 2010).

Исследователи приводят данные о том, что альбумин вызывает пролиферацию фибробластов и изменяет взаимодействие нервных окончаний астроцитов с эндотелиальной ­выстилкой гематоэнцефалического барьера (Friedman etal., 2009). В биологических моделях эпилепсии ­показано, что степень его нарушения, увеличение микропиноцитоза и повреждение плотных соединений положительно коррелировали с увеличением частоты приступов (van Vliet etal., 2007).

Повышенная проницаемость гематоэнцефалического барьера после ЧМТ может разрешиться в течение нескольких недель, а дисфункция иногда сохраняется у пациентов в течение многих лет (Tomkins etal., 2008; Korn etal., 2005). Следовательно, как считают ученые, это говорит о том, что механизмы, приводящие к нарушению гематоэнцефалического барьера и развитию посттравматической эпилепсии, ассоциированной после ЧМТ, зависят от посттравматической фазы, а понимание происходящих со временем ­изменений во взаимоотношениях и функциях глии и нейронов может помочь выработать новые анти­эпилептические стратегии.

В дополнение к активации рези­дентных иммунных клеток ЦНС, микро­глии и астроцитов, лейкоциты периферической крови, включая нейтрофилы, моноциты/макрофаги и Т-клетки, могут ­инфильтрировать ЦНС как при состояниях, связан­ных с ЧМТ, так и при эпилепсии.

Лейкоциты проникают в ЦНС вследствие повреждения или дисфункции гематоэнцефалического барьера, а также благодаря активному рекрутингу в ответ на передачу сигналов хемокинов (Lawson etal., 1990; Russo and McGavern, 2015; Braughler and Hall, 1989; Hall and Braughler, 1989).

Нейтрофилы уже с первых часов рекрутируются в паренхиму головного мозга после ЧМТ, и большинство исследователей сходятся на том, что инфильтрация нейтрофильными гранулоцитами в основном вредна для ЦНС (Stahel etal., 2000). Активированные нейтрофилы высвобождают ряд ферментов и протеаз, активные формы кислорода, способствуя окислительному стрессу, который разру­шает микрососуды, изменяет клеточные мембраны и способствует деградации гематоэнцефалического ­барьера с последующей нейродегенерацией (Stowe etal., 2009; Corps etal., 2015).

В частности, авторы ссылаются на экспериментальные данные, свиде­тельствующие о том, что даже при отсутствии травмы проникновение нейтрофилов в паренхиму головного мозга способствует значительной потере нейронов, разрушению гемато­энцефалического ­барьера и анома­лиям глиальных клеток (Dinkel etal., 2004).

У пациентов с эпилепсией было выявлено большее количество нейтрофилов в ЦНС, чем у пациентов без указанной патологии, что согласуется с данными, полученными на биологических моделях эпилепсии (Özdemir etal., 2016; Kim etal., 2012). Было показано, что после ЧМТ число нейтрофилов увеличивается в крови, а также в ЦНС, где они могут влиять на клетки адаптивной иммунной сис­темы, включая CD8+ T-клетки, регуляторные T-клетки и CD4+ T-хелперные клетки (DeRe etal., 2013; Mantovani etal., 2011). Т-клетки также проникают в мозг при его повреждении и при эпилепсии, усугубляя проявления нейропатологии и тяжесть заболевания (Owens etal., 2019). Предположение о важной роли периферических адаптивных клеток иммунной системы было основано на экспериментальных данных об элиминации регуляторных Т-клеток при моделировании эпилепсии, приводившей к увеличению проявлений судорог (Xuet al., 2018).

Полученные из крови моноциты и макрофаги могут проникать при остром повреждении мозга через ­нарушенный гематоэнцефалический барьер, но также активно рекрутируются через хемотаксис при много­этапном процессе трансмиграции и инфильтрации в мозг после ЧМТ (Man etal., 2007). Макрофаги, происходя­щие из моноцитов, в большом количестве присутствуют в поврежденной ткани через 3–5 дней после ЧМТ, где они оказывают скорее отрицательное влияние: в частности, они участвуют в фагоцитозе, высвобождают про­воспалительные цитокины, хемокины, презентуют антигены, одновременно стимулируя отрастание аксонов и заживление ран (Giulian etal., 1989). Приводимые исследователями данные свидетельствуют о том, что периферические макрофаги усугубляют проявления нейродегенерации и вторичного повреждения головного мозга, а снижение количества моноцитов производит эффект нейропротекции после ЧМТ (Semple etal., 2010).

Как отмечают авторы, определение роли инфильтрированных макрофагов в эпилептогенезе до настоящего времени было весьма сложной ­задачей. Инфильтрация CCR2+ в макро­фаги наблюдалась как в тканях пациентов с эпилепсией, так и в биологических моделях. В поддержку причинно-следственных связей было ­показано, что в экспериментах с фармакологическим манипулированием инфильтрацией макрофагов посредством ингибирования CCL2 или CCR2 подавлялись вызванные липополи­сахаридом судороги у мышей (Cerri etal., 2016). Однако результаты недавних экспериментальных исследований показали, что эти клетки способствуют нейродегенерации после ЧМТ, независимо от какого-либо влияния на развитие судорог (Zattoni еtal., 2011).

В совокупности современные данные свидетельствуют о том, что широкий спектр типов иммунных клеток, сек­ретируемых цитокинов и хемокинов может влиять на воспалительную реак­цию при ЧМТ и способствовать процессу эпилептогенеза. Научные данные подтверждают концепцию нейровоспалительных процессов, служащих потенциальными био­маркерами посттравматической эпилепсии. Наиболее охарактеризованным на сегодняшний день биомаркером иммунного белка в контексте ЧМТ и посттравматической эпилепсии является глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP), который выделяется поврежденными и/или погибшими астроцитами (Agoston and Kamnaksh, 2019).

Так, M. L. Diamond etal. (2014) обнаружили, что показатели соотношения IL-1β в спинномозговой жидкости и сыворотке крови у пациентов с умеренной и тяжелой ЧМТ были связаны с риском развития посттравматической эпилепсии. Полиморфизм гена IL-1 связан с сывороточными уровнями и дифференциальным риском данной патологии, что позволяет подразумевать роль генетической предраспо­ложенности в развитии этого заболевания после ЧМТ. Авторы приводят предположение о том, что устойчивое повышение содержания других медиа­торов воспаления, таких как IL-6 или CCL2, в спинномозговой жидкости и сыворотке в остром периоде после ЧМТ или первого припадка может быть прогностическим для оценки перехода от первого иктального события к посттравматической эпилепсии (deVries etal., 2016).

Другой путь, который исследу­ется для прогнозирования эпилепсии, — это визуализация с помощью позит­ронно-эмиссионной томографии транс­локаторного белка наружной мито­хондриальной мембраны (TSPO), экспрессируемого микроглией, в качестве неинвазивного индикатора глиального воспаления, пред­шествую­щего при­обретенной эпилепсии (Dedeurwaerdere etal., 2012).

Активация иммунных сигнальных путей в нейронах и глие приводит к пато­логической модификации ­клеточной функции, синаптической пере­дачи, пластичности, что, в конеч­ном счете, способствуют развитию гипервозбудимости нейронов (Ravizza and Vezzani, 2018). Описаны исследования целевых противовоспалительных ­соединений на доклинических моделях посттравматической эпилепсии, обладающие противоэпилептогенными и модифицирующими заболевание свойствами.

Так, в контексте посттравматической эпилепсии было показано, что антагонист IL-1R1 анакинра снижает долговременную предрасположенность к судорогам и модулирует астроцитарную реакцию (Semple etal., 2017). Но в противоположность этому, хотя постулируется, что модуляция HMGB1 обладает антииктогенной активностью в экспериментальных моделях эпилепсии, ­ингибирование с помощью глицирризина в той же модели TBI не изменяло исходы приступов (Webster etal., 2019). По мнению исследователей, между медиаторами воспаления существует значительная перекрестная связь: например, HMGB1 может ­усиливать экспрессию IL-1β, тогда как IL-1β может способствовать транс­локации HMGB1 из ядра в цитоплазму в процессе подготовки к его высвобождению (Vitaliti etal., 2014). В свете этих результатов авторы считают, что применение комбинации противовоспалительных препаратов может стать более перспективной противоэпилептогенной стратегией (Ravizza and Vezzani, 2018). Так, в экспериментах на крысах было показано, что многосторонний подход направленного взаимодействия IL-1R1 с препаратом анакинра, HMGB1 с псевдо­пептидным ингибитором BoxA и NMDA-рецептора с ифенпродилом способствует торможению развития само­произвольного приступа и прогрессирования заболевания, а комбинированная терапия ингибитором синтеза каспазы-1/IL-1β (VX-765) и антагонистом TLR4 (цианобактериальным липополисахаридом) уменьшает проявления спонтанных судорог и дефицита памяти (Iori etal., 2017).

Как подчеркивают исследователи, очевидная важность сигнальной сис­темы TGF-β и целостности гематоэнцефалического барьера также вызвала интерес как терапевтическая мишень при развитии эпилепсии после ЧМТ (Saletti etal., 2019). Например, в модели очагового разрушения неокортикального ­гематоэнцефалического барьера было установлено, что ­таргетное разрушение сигнального кас­када после активации альбумина/TGF-β эффективно предотвращает эпилепсию (Weissberg etal., 2015). В другой модели лечение лозартаном, антагонистом рецептора ангиотензина II типа 1 с сигнальными эффектами TGF-β, способствовало снижению ­тяжести приступов и нейровоспаления и улучшению когнитивных функций, но его влияние на посттравматическую эпилепсию не изучалось (Bar-Klein etal., 2014; Tchekalarova etal., 2014; (Villapol etal., 2015).

Результаты клинических исследований при различных типах эпилепсии показали многообещающую эффективность утвержденных к применению противовоспалительных препаратов, специфичных для мишеней. В рандомизированном двойном слепом исследовании фазы IIA с конт­ролем плацебо у пациентов с фармакорезистентной фокальной эпилепсией, получавших VX-765, было продемонстрировано уменьшение проявлений судорог у отдельных пациентов, сохранявшееся в течение некоторого времени после отмены препарата (Bialer etal., 2013).

Сообщения о случаях примене­ния препарата анакинра показали вероят­ную эффективность конт­роля припадков у некоторых пациентов (DeSena etal., 2018; Kenney-Jung etal., 2016). Использование адалимумаба, моно­клонального антитела против TNF-α, сходным образом способствовало снижению проявлений ­судорог у некоторых пациентов с энце­фалитом Расмуссена (Lagarde etal., 2016). Миноциклин снижал ­частоту приступов у пациентов с астроцитомой и фармакорезистентной эпилепсией (Nowak etal., 2012).

Применение противовоспалительных нестероидных лекарственных средств, стероидов, каннабиноидов или кетогенной диеты, как отмечают авторы, также дает определенный противо­воспалительный эффект при посттравматической эпилепсиии (Ravizza and Vezzani, 2018). Однако, по мнению ученых, в настоящее время недостаточно данных систематических контролируемых исследований, чтобы четко очертить эту взаимосвязь.

В заключение R. Sharma. etal. ­подытоживают: считается обще­признанным, что нейровоспаление и гипер­возбудимость нейронов работают одновременно. Совсем недавно начали появляться доказательства, подтверждающие роль активации иммунитета в самом процессе эпилепто­генеза, а не как реактивного ответа на судорожную активность. Так, на животных моделях приобретенной эпилепсии доказано, что ряд про- и противо­воспалительных медиаторов, высвобождаемых из активированной микро­глии, астроцитов и лейкоцитов крови, также обладают иктогенными или противосудорож­ными свойствами. Однако нет убедитель­ных доказательств причинной роли нейро­воспалительных процессов в пато­генезе посттравматической эпилепсии, что требует продолжения исследований.

Поскольку нейровоспаление является распространенным ответом на ЧМТ, также остается неясным, почему у одних пациентов посттравматическая эпилепсия развивается, а у других — нет. Этот факт свидетельствует о сложном взаимоотноше­ния последствий иммунной активации, ­характера травматического поражения тканей мозга, величины ответа и взаимодействий между нейро­воспалительным и другими вторич­ными кас­кадами в модуляции возбу­димости нейронов.

Углуб­ленное понимание того, как воспале­ние способствует эпилептогенезу после ЧМТ, является ключом к разработке иммунотерапии, направленной на снижение последствий вторичного повреждения, а также предотвращение развития посттравматической эпилепсии в таких случаях.