Новое в эпилептологии

Уважаемые коллеги, вашему вниманию предлагается статья «Advances in the Potential Biomarkers of Epilepsy» авторов D. Kobylarek, P. Iwanowski, Z. Lewandowska etal., размещенная в журнале Frontiers in Neurology (2019; 10: 685).

Эпилепсия — хроническое заболевание, поражающее центральную нервную сис­тему (ЦНС), которое характеризуется повторяющи­мися приступами, хроническим комплексом соматических, вегета­тивных и психиатрических симптомов. Оно может поражать представителей всех возрастных групп и часто обусловливает стигматизацию пациентов и их семей, возникновение социально-экономических, поведенческих, психиатрических и других медицинских проблем. По статистике, 1–2 % населения мира страдают эпилепсией (Ngugi etal., 2011; Ngugi, Bottomley etal., 2010).

Эпилептогенез отражает процесс структурных изменений, приводящих к судорожной активности в нормальном мозге (Sloviter and Bumanglag, 2013). В последние годы было предложено много гипотез, объясняющих этиопатогенез эпилепсии, в том числе нейродегенерация, нарушение гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), нарушение регуляции миндалины, изменения в глутаматергической системе, возникновение оксидантного стресса, гипоксия и эпигенетическая модификация ДНК (Pitkanen and Lukasiuk, 2009; Reddy, 2013; Bar-Klein etal., 2017; Aroniadou-Anderjaska etal., 2008; Ashrafi etal., 2007; Loscher and Brandt, 2010; Hauser etal., 1993). Большинство исследований воспалительного процесса при эпилепсии указывают на важную роль маркеров воспаления, обусловленную нарушением регуляции цитокинового баланса в ЦНС или воздействием на путь комплемента. Возможно, эти гипотезы не исключают друг друга и фактически могут одновременно представлять факторы, приводящие к возникновению либо усилению проявлений эпилепсии. Приблизительно в 40 % случаев эпилепсии установить этиологию не удается, и для оптимизации диагностирования и лечения таких пациентов необходимы дальнейшие исследования потенциальных причин (Andrzejczak, 2011).

Необходимость исследования новых биомаркеров также дополняется относительно низкой специфичностью показателей электроэнцефалографии (ЭЭГ), которая остается основным диагностическим методом при эпилепсии. Биомаркеры могут также быть полезны при индивидуальном подборе лече­ния пациентов с эпилепсией, в том числе и хирургическом. На сегодняшний день принято считать, что основным фактором эпилептогенеза является нейровоспаление. Доказано, что активные формы кислорода (АФК) играют решающую роль медиаторов в процессе повреждения нейронов при развитии эпилепсии, включающем выработку провоспалительных цитокинов и активацию микроглии (Jesberger and Richardson, 1991; Kunz, 2002; Patel, 2004).

Важность роли цитокинов в этих процессах обусловлена не только усилением иммунного ответа, но также тем, что они регулируют про- и противосудорожную гипервозбудимость нейронов (Vezzani etal., 2008; Youn, 2013). По результатам исследований P. B. McElroy etal. (2017), эта концепция подтверждается данными о снижении активации микроглии через редокс-чувствительный путь m-Tor после введения антиоксидантных факторов.

Данные других исследований показали, что основной активатор цитокинов — цикло­оксигеназа-2 (COX-2), — запускается посредством АФК через путь киназы 1, активируемой трансформирующим ростовым фактором β (ТАК1), что демонстрирует непосредственное участие АФК, COX-2 и ТАК1 в развитии нейровоспалительного процесса (Onodera etal. 2015; Martinez-Revelles etal. 2013). Это подтверждается результатами исследований природы височной эпилепсии (ВЭ): доказана ее связь с активацией микроглии, приводящей к продуцированию АФК и других цитотоксических факторов, а также способствующей апоптозу перицитов (Shapiro etal., 2008; Burguillos etal. 2011; Choi and Koh, 2008; Purisai etal. 2007; Ding etal., 2017).

Амфотерин, негистоновый белок с высокой электрофоретической подвижностью, недавно стал рассматриваться как потенциальный неинвазивный биомаркер эпилепсии, поскольку результаты некоторых исследований показали, что он может использоваться для идентификации пациентов с высоким риском развития эпилепсии (Paudel etal., 2018; Shi etal., 2018). Содержание амфотерина повышается в течение 3–4 ч после судорожного припадка (Walker etal., 2017).

В частности, М. Zhu etal. (2018) сообщали о повышении содержания амфотерина в течение 24 ч после эпизода приступа у детей по сравнению с конт­рольной группой. Доказано участие амфотерина в иммунном ответе через активацию макрофагов и эндо­телиальных клеток, что приводит к высвобождению фактора некроза опухоли α (TNF-α), интерлейкинов 1 (IL-1) и 6 (IL-6) путем присоединения к рецепторам конечных продуктов гликирования (RAGE) и Toll-подобным рецепторам 4 (TLR4). Это специфическое соединение запускает активацию транскрипционного фактора NF-kB, что ведет к повышению содержания про­воспалительных белков, а посредством стимуляции TLR4 и нейтрофилов — к развитию оксидантного стресса и участвует в эпилепто­генезе посредством активации микроглии (Gao etal., 2011).

Гипоксия, вызванная ишемическими явлениями, может послужить причиной энергетических нарушений гомеостаза. Нарушение регуляции АТФ-зависимых ионных насосов приводит к дисбалансу концентрации ионов натрия, кальция, калия и высвобождению возбуждающих аминокислот, в том числе глутамата (Rothman and Olney, 1986; Choi, 1999). Развивающаяся неконт­ролируемая электрическая стимуляция вызывает повреждение головного мозга на клеточном уровне (Sahu etal., 2017; Zola-Morgan etal., 1986; Wang etal., 2007). Высвобождение индуцируемого гипоксией фактора (HIF-1, состоящего из субъединиц a и b) зависит от парциальной концентрации кислорода. При нормоксемии HIF-1a быстро разрушается, но гипоксия блокирует ее деградацию и способствует накоп­лению HIF-1a в клетке (Salceda and Caro, 1997). К факторам, конт­ролирующим содержание HIF-1a, относят инсулин, инсулино­подобный фактор роста, тромбоцитарный фактор роста, эпителиальный фактор роста и IL-1β (Wang etal., 2007). Эффектом HIF-1a является стимуляция физиологических процессов, включая ангиогенез, гликолиз и рекрутирование мембранами переносчика глюкозы 1 (GLUT1), а конечным эффектом гликолиза становится накопление пирувата и масляной кислоты в нейрональных клетках. Такое накопление побочных продуктов приводит к дисфункции нейрона и наруше­нию его метаболизма. Кетогенная диета, осно­ванная на сниженном потреблении глюкозы, может блокировать путь, регулируемый HIF-1a, и альтернативно стимулировать β-окисление, превращая субстраты в ацил-КоА (Boison and Steinhäuser, 2017).

Это демонстрирует потенциальную эффективность кетогенной диеты у пациентов с судорожными припадками и улучшает результаты пациентов с синдромом дефицита GLUT-1 (Klepper etal., 2005). Исследования на биологических моделях эпилепсии и взятых при аутопсии образцах тканей голов­ного мозга пациентов с эпилепсией подтвердили значительную корре­ляцию между повышением содержания HIF-1a и возникновением эпилепсии (Lee etal., 2004; Salceda and Caro, 1997; Jie etal., 2014; Long etal., 2014). Выявлена положительная корреляция между повышением содержания HIF-1 и COX-2, и это может потенциально объяснять механизм фебрильных судорог у детей, связанных с ишемией мозга.

МикроРНК представляют собой группу одноцепочечных эндогенных некодирующих молекул. По оценкам, 1–5 % генов животных и человека участвуют в кодировании микроРНК; более 500 из них уже выявлены, и это число постоянно растет (Berezikov etal., 2004). Данные исследований подтвердили участие микроРНК в клеточных процессах, включая деление клеток, конт­роль клеточного цикла, дифференцировку клеток, апоптоз, ангио- и онкогенез (Lee etal., 2004). МикроРНК также регулируют иммунные реакции (Baltimore etal., 2008; Grosshans and Filipowicz, 2008; Johnnidis etal., 2008; Carissimi etal., 2009).

У пациентов с эпилепсией было выявлено участие микроРНК в регуляции уровней белка в эпилептогенезе. Так, например, после эпизодов судорог повышается уровень микроРНК-23a, микроРНК-34a, микроРНК-132, микроРНК-146a, микро­РНК-134 (Wang etal., 2015). Есть сведения об изменении содержания микроРНК-134 и микроРНК-4521, что может служить потенциальным биомаркером при рефрактерной эпилепсии. По данным исследований, выявлена разница в уровнях микроРНК-301a-3p у пациентов с фармакорезистентной эпилепсией и с конт­ролем припадков, что может быть использовано как маркер для ранней диагностики фармакорезистентной эпилепсии (Wang etal., 2015). А по другим данным, низкая экспрессия микроРНК-132 связана с уменьшением количества судорог.

Повышенные уровни микроРНК-132 наблюдались в исследованиях эпилептического статуса на животных моделях. Было обнаружено, что после эпилептического статуса сохраняется повышенный уровень микроРНК-34a, а микроинъекция анта­гониста микроРНК-132 оказывает противовоспалительное действие, что, возможно, связано с увеличением выживаемости нейронов и снижением уровня апоптоза нервной ткани (Shaked etal., 2009). Исследования височной эпилепсии на животных моделях продемонстрировали регулирующую роль микроРНК-146 во время приступа эпилепсии (Aronica etal., 2010; Iyer etal., 2012).

Происхождение микроРНК в кровотоке, их функции и прогностическая значимость еще до конца не установлены; сообщается также о возможных искажениях оценки ­содержания микроРНК под влиянием различных внешних факторов (табакокурение, беременность, диета или изменения циркадного цикла (McDonald etal., 2011; Moldovan etal., 2014; Keller and Meese, 2016).

Система комплемента состоит из более чем 30 белков, строго организованное взаимодействие которых направлено на уничтожение патогенных агентов и защиту нормальных тканей от отложения иммунных комплексов (Xiong etal., 2003). Исследования, проводимые на биологических моделях, а также с участием пациентов с эпилепсией, показали, что компоненты каскада комплемента способствуют развитию эпилепсии (Kopczynska etal., 2018). Было доказано, что концентрация С3 и других компонентов классического пути в сыворотке у пациентов с эпилептическими припадками значительно выше, чем у здоровых людей (Basaran etal., 1994). На основе данных исследования концентрации в плазме панели компонентов комплемента у пациентов с эпилепсией была представлена модель с высокой степенью прогнозирования, включающая 6 аналитов комплемента (C3, C4, пропердин, FH, C1Inh и Clu), специфичных для пациентов с эпилепсией. Такая модель может быть полезной для разработки прогностических маркеров и эффективных методов лечения эпилепсии (Kopczynska etal., 2018).

В классическом пути комплемента протеолитическое расщепление фрагмента C3 на C3a и C3b требует связывания C1q с клеточными поверхностями, а также участия протеаз C1s и C1s. Растворимый C3a способствует активации микроглии и развитию воспаления. Данные недавних исследований подтвердили роль C1q-C3 в улучшении синаптической связности (Hong etal., 2016; Schafer etal., 2013). C1q и C3b связаны с удалением синапсов во время развития зрительной сис­темы и устранением нежелательных синаптических структур гиппокампа в моделях нейродегенеративных расстройств (Schafer etal., 2012; Stephan etal., 2012; Stevens etal., 2007; Vasek etal., 2016). Это указывает на роль классического пути комплемента в эпилептогенном ремоделировании синаптических контуров, связанных с эпилептическим статусом и ВЭ (Wyatt etal., 2017; Brewster etal., 2013; Dachet etal., 2015; Schartz etal., 2016).

Вызванное эпилептическим статусом увеличение передачи сигналов C1q и генерация C3a и C3b могут способствовать инициации и/или поддержанию нейровоспаления при эпилепсии (Schartz etal., 2018). Доказано, что C1q предотвращает дальнейший некроз и воспаление, снижает индуцируемое липополисахаридами высвобождение IL-6 и TNF-α и, следовательно, может иметь нейро­протекторное действие и снижать провоспалительные реакции (Fraser etal., 2010; Kishore etal., 2004). Независимо от активации пути, последняя стадия каскада компле­мента приводит к образованию мембраноатакующего комплекса, вызываю­щего осмотический лизис атаку­емой клетки (Bayly-Jones etal., 2017). Подтверждено, что инфузия отдельных белков этого комплекса (C5b6, C7, C8 и C9) в гиппокамп бодрствующих, свободно движущихся крыс ­вызывает цито­токсичность, поведенческие ­расстройства и электрографически ре­гистрируемые судороги (Xiong etal., 2003).

Воспаление, как основа эпилептогенеза, может быть охарактеризовано путем измерения содержания воспалительных цитокинов. Потенцирование воспалительными цитокинами свободных радикалов и изменения в глутаматергической нейротрансмиссии в конечном итоге приводят к развитию нейро­нальной эксайтотоксичности и соответствующим структурным измене­ниям в головном мозге (таким как нарушение ГЭБ), неизменно наблюдающимся у лиц с эпилепсией (Sohn etal., 2016; de Vries etal., 2016). Данные последних исследований показали, что эпилептические припадки могут вызывать выработку цитокинов, что, в свою очередь, способствует дальнейшему воспа­лению и структурным изменениям, тем самым создавая «замкнутый круг», способст­вующий развитию и прогрессированию эпилепсии (Lehtimäki etal., 2007). Провоспалительные цитокины ингибируют нейрогенез посредством генерации АФК и эксайтотоксических механизмов. Мозг очень восприимчив к свободнорадикальному повреждению нейронов из-за высокой внутренней скорости метаболизма и низкого уровня защитных антиоксидантов.

Изменения в глутаматергической нейротрансмиссии вызывают нейротоксичность нейронов, нарушение нейропротекции и создают условия для развития эпилепсии (Muller and Schwarz, 2007; Myint etal., 2007). Доказано, что IL-1B изменяет экспрессию глутаматного транспортера, приводя к снижению обратного захвата глутамата, что обуславливает последующую эксайто­токсичность, опосредованную NMDA, и ги­бель клеток (Huet al., 2000).

Нейровоспаление вызывает структурные изменения в паренхиме головного мозга, одним из которых является повышение проницаемости ГЭБ, что, в свою очередь, приводит к повреждению клеток и гипервозбудимости нейронов (Vezzani etal., 2008). Разрушение ГЭБ может быть вызвано прямым повреждением эндотелия или системными факторами, включая активацию циркулирующих лейкоцитов и высвобождение молекулярных медиаторов, которые увеличивают проницаемость сосудов (Rosa etal., 2005).

COX-2 играет важную роль в воспалительных процессах и гипервозбудимости ­головного мозга после судорог, вызывая вторичное повреждение клеток и повышая риск повторных приступов. При эпилептических припадках повышается клеточная экспрессия COX-1 и COX-2, а использование фенитоина обеспечивает фармакологическое ингибирование COX-2 (Weidner etal., 2018; Kwan etal., 2011). Хотя краткосрочное ингибирование может быть полезным, сопутствующий риск сердечно-сосудистых ­побочных эффектов делает маловероятным поддержание продолжительного угнетения COX-2 при лечении эпилепсии (Rojas etal., 2014).

Активация цитокиновой сети, вызванная эпилепсией, может свидетельствовать о взаимодействии нервной, иммунной и эндо­кринной систем. IL-1B и IL-8 являются провоспалительными цитокинами, которые увеличивают риск судорог и повреждения органов, тогда как антагонист рецепторов IL-1 и IL-10 оказывает защитное и противосудорожное действие (Youn etal., 20130.

До сих пор неизвестно, связаны ли повышенные уровни цитокинов в плазме у пациентов с эпилепсией только с церебральным воспалительным процессом или же возни­кают в результате постиктального восстановления периферических мышц. В норме цитокины IL-1 экспрессируются в ЦНС на очень низком уровне, их содержание в мозге часто повышается во время активного приступа, гипоксического повреждения и во время инфекции. Недавние клинические исследования показали изменение уровня IL-1B в крови, ликворе и ткани мозга (Youn etal., 2013). Выявляли также существенное повышение уровня IL-B в ликворе у пациентов с генерализованными тонико-клоническими приступами по сравнению с конт­рольной группой, что коррелировало с продолжительностью и частотой приступов (Shi etal., 2017). После припадка содержание антагониста рецептора IL-1 (IL-1Ra) и IL-1B уменьшалось, что приво­дило к усилению влияния провоспалительного IL-1B (Vezzani etal., 2002).

По данным других исследований, не было выявлено существенных различий в концентрации IL-1B в крови и ликворе после генерализованных тонико-клонических судорог (Youn etal., 2013). Но повышение уровня IL-1B было обнаружено в посмертных биоптатах пациентов с ВЭ (Viviani etal., 2003).

IL-6 является первичным провоспалительным цитокином, вовлеченным в острую фазу иммунного ответа. Приступы вызывают изменения уровня IL-6 в ликворе и периферической крови, коррелирующие с тяжестью судорог. Уровень IL-6 сильно повышается после частых генерализованных припадков по сравнению с однократным тонико-клоническим или фокальным припадком (Lehtimaki etal., 2004; Mao etal., 2013). Метаанализ уровня IL-6 в сыворотке у пациентов с височной эпилепсией выявил значимое повышение уровня IL-6 по сравнению с конт­рольной группой (Yuet al., 2012). Хотя у пациентов с эпилепсией уровень IL-6, по-видимому, постоянно повышается, кроме того, невозможно объяснить, является ли он причиной или следствием заболевания. Данные исследований показали, что после блокирования IL-6R моноклональным антителом к тоцилизумабу может быть достигнута стабильная ремиссия симптомов эпилепсии.

IL-8 — провоспалительный цитокин, который играет роль в стимулировании роста нейронов после повреждения и продукции факторов роста нервов; выполняет как повреждающие, так и репаративные функции в патогенезе черепно-мозговой травмы. Доказано, что уровень IL-8 значительно повышен в сыворотке пациентов с фокальными приступами (Pollard etal., 2013). Сообщается, что это ассоциировано с тяжестью приступа — оценка по частоте приступов и по Национальной госпитальной шкале тяжести приступов (NHS3) — при ВЭ, эпилепсии вне височной доли и генерализованной идиопатической эпилепсии (Wang etal., 2015). При неонатальных приступах уровень IL-8 значительно повышается в течение 24 часов и остается повышенным через 48 и 72 часа (Youn etal., 2013).

Хотя TNF-α является важным провоспалительным маркером, количество сообщений о значении TNF-α у пациентов с эпилепсией ограничено, не выявлено связи с частотой припадков и его содержанием в сыворотке (Ishikawa etal., 2015). Существуют данные о снижении количества CD8+ Т-лимфоцитов, экспрессирующих TNF-α, у пациентов с ВЭ, причем это снижение может быть объяснено миграцией провоспалительных Т-клеток CD8 в области мозга, затронутые повторяющимися припадками (Bauer etal., 2009). При резистентных припадках на фоне энцефалита Расмуссена после введения адалимумаба — анти-TNF-α-терапии — у некоторых пациентов наблюдалось снижение частоты приступов на 50 % с улучшением их функционального дефицита.

IL-1Ra, антагонист рецептора IL-1 типа 1, ограничивает опосредованные IL-1B действия путем ингибирования биологической активности IL-1B и связывания его рецептора. Индуцируется IL-1Ra в ответ на судо­роги, оказывая нейропротекторное и противо­судорожное действие. Повышенный уровень IL-1Ra наблюдается после эпизодов ­судорог и коррелирует с тяжестью припадков (Vezzani etal., 2008). У новорожденных детей выяв­лена непрерывная инактивация IL-1Ra со значительным снижением концентрации в течение 72 часов после приступа. Предполагается, что отсутствие последовательной индукции IL-1Ra в ответ на эпилептогенную среду может быть характерным для судорог ново­рожденных, что делает период новорожденности более уязвимым для судорог (Youn etal., 2013). IL-10 играет важную регуляторную, противо­воспалительную роль при инфекционных процессах и при аутоиммунных заболева­ниях. Подразумевается, что увеличение содержания IL-10 в ликворе пациентов с эпилепсией связано с противо­действующими механизмами провоспали­тельных стимулов. Так, у новорожденных детей уровень IL-10 был повышен в плазме на протя­жении 48–72 ч после начала судорог (Youn etal., 2013). Нейроны, глиальные клетки, эндотелиальные клетки продуцируют эритропо­этин (Chin etal., 2000).

Он может усиливать фаго­цитоз в поли­морфно-ядерных клетках и уменьшать акти­вацию макрофагов, модулируя воспалительный процесс. Эритропоэтин также может играть защитную роль в выживании нейронов после эпилептического припадка. Изменение содержания эритропоэтина после генерализованных тонико-клонических судорог положительно коррелирует с продолжительностью и частотой приступов (Acharya etal., 2007). Высокочувствительный С-реактивный белок является полезным биомаркером для выявления хронического воспаления; его содержание значительно повышается при ежедневных генерализованных судорогах, в отличие от редких либо конт­ролированных припадков (Ishikawa etal., 2017). Хемокин CCL, экспрессируемый в микроглии, астроцитах и эндотелиальных клетках, играет значительную роль в направлении медиаторов воспаления к источнику воспаления и активации лейкоцитов (Rana and Musto, 2018).

CCL2 — один из воспалительных хемо­кинов, содержание которого в первую очередь повышается у пациентов с фармако­резистентной эпилепсией и коррелирует с частотой припадков, что доказано на биологических моделях. Экзогенное введение антител к CCL2 способствует снижению час­тоты судорог у животных с длительным течением эпилепсии (Cerri etal., 2018).

Продолжение обзора читайте в следующем номере.