Спинальный инсульт – это синдром, обусловленный повреждением спинного мозга (СМ), с нарушением его кровообращения и расстройством функций. Спинальный инсульт встречается с частотой около 1% от всех инсультов, а ежегодная заболеваемость в мире составляет 12 случаев на 100 000 населения [1]. Инвалидизация при спинальном инсульте составляет до 30%. Патогенетическая терапия ишемического инсульта включает два основных направления: терапевтическая реперфузия ткани мозга и нейропротективная терапия [2]. Нейропротективная терапия сложна и разнообразна, назначение препаратов нейропротекторного ряда, особенно в ранние сроки, позволяет снизить количество транзиторных ишемических атак и «малых» инсультов; сохранить нейроны в зоне пенумбры и уменьшить размеры инфарктного ядра; увеличить время «терапевтического окна», создать основу для проведения тромболитической терапии; защитить от реперфузионного повреждения [3]. Прогноз при спинальном инсульте при своевременно и правильно проведенной терапии зависит от массивности зоны повреждения и сопутствующих заболеваний, во многих случаях удается добиться восстановления двигательной активности, чувствительности и ликвидации тазовых нарушений. В современной неврологической практике имеется большое количество нейропротекторных лекарственных препаратов, а также методик их применения при лечении сосудистой патологии ЦНС, но проводимая нейропротекторная терапия все же недостаточно эффективна. Поэтому требуются новые подходы и методы лечения ишемических нарушений ЦНС. Цель работы – провести критический анализ данных по перспективным направлениям нейропротекции при ишемическом спинальном инсульте, представленных в базе данных Pubmed и РИНЦ.
Результаты исследования и их обсуждение. В нейропротективной терапии можно выделить два основных блока: первичная нейропротекция, которая направлена на прерывание реакций глутамат-кальциевого каскада (должна быть начата в первые минуты от начала заболевания и продолжаться до 3 суток), и вторичная нейропротекция, которая направлена на уменьшение выраженности постишемических реакций, таких как: снижение выработки провоспалительных цитокинов, торможение прооксидантных ферментов, улучшение трофики тканей в очаге ишемии, аниапоптотическое действие и др. (должна быть начата через несколько часов и продолжаться до 7 суток).
Большое значение для вторичной нейропротекции при ишемии СМ имеет антиоксидантная терапия, в частности применение янтарной кислоты и ее производных [4]. Значимыми терапевтическими эффектами янтарной кислоты являются снижение содержания гистамина и серотонина, улучшение микроциркуляции в тканях мозга. В то же время янтарная кислота не оказывает влияния на артериальное давление и показатели работы сердца. Антигипоксический эффект янтарной кислоты связан с активацией сукцинатдегидрогеназного окисления, восстановлением активности фермента дыхательной митохондриальной цепи цитохромоксидазы. Производным янтарной кислоты, который используется в современной практике, является препарат «мексидол» – это мембранопротектор, основными эффектами которого являются торможение активации перекисного окисления липидов и повышение активности антиоксидантной системы. Также мексидол является антигипоксантом прямого действия за счет активации синтеза АТФ в митохондриях и улучшения энергетического обмена в клетке [5]. Мексидол модулирует активность мембраносвязанных ферментов, ионных каналов – транспортеров нейромедиаторов, рецепторных комплексов, в том числе бензодиазепиновых, ГАМК и ацетилхолиновых, улучшает синаптическую передачу и взаимосвязь структур мозга. Кроме этого, он улучшает и стабилизирует мозговой метаболизм и кровоснабжение мозга, корригирует расстройства микроциркуляции, улучшает реологические свойства крови, подавляет агрегацию тромбоцитов, обладает иммунорегуляторным действием. Отечественными учеными под руководством И.А. Волчегорского продемонстрирована эффективность производных 3-оксипиридина и янтарной кислоты в лечении компрессионных нейропатий у людей и при экспериментальной острой церебральной ишемии при аллоксановом диабете за счет вмешательства в редокс-статус, функцию ноцицептивной системы, метаболизм нервной ткани [6–8].
С недавнего времени активно изучается тиоктовая (липоевая) кислота, которая является природным антиоксидантом. Эта кислота необходима для метаболизма витамина Е, учувствует в цикле витамина С и генерации убихинон. Эти компоненты являются важными звеньями антиоксидантной защиты организма. Также тиоктовая кислота облегчает превращение лактата в пируват с последующим декарбоксилированием, что способствует ликвидации метаболического ацидоза [9].
Экспериментально продемонстрировано нейропротекторное действие ресвератрола – полифенольного соединения растительного происхождения, реализуемое за счет активации SIRT1/AMPK (сиртуин1/цАМФ-активируемой протеинкиназы) пути, повышения экспрессии Beclin-1, LC3-B, и Bcl-2, снижения экспрессии р62, каспазы-3, каспазы-9, Bax, что приводит к угнетению апоптоза и аутофагии нейронов, увеличению количества неповрежденных нейронов [10–12]. В модели ишемии-реперфузии СМ показан антиоксидантный эффект ресвератрола у крыс, в частности увеличение активности СОД, каталазы, концентрации восстановленного глутатиона, снижения активности iNOS, уровня метаболитов NO, фосфорилирования р38МАРК, снижения уровня продуктов ПОЛ и карбонильных соединений, снижения повреждения митохондрий [13]. Флавоноид с плейотропными эффектами лютеолин обладает защитным действием в отношении СМ после ишемического повреждения, вызванного окклюзией брюшной аорты, что проявляется улучшением локомоторной функции, повышением выживаемости нейронов, угнетения их гибели путем апоптоза за счет подавления окислительного стресса, постреперфузионного воспаления в связи с активацией Nrf2 и подавлением NLRP3-инфламмасома зависимого пути [14–16].
Сапонины, полученные из корня женьшеня, в частности гинзенозид Rb1, показали защитный эффект на нейроны СМ крыс после повреждения в ходе ишемии-реперфузии за счет регуляции активности каспазы-3, р-ASK-1 и отношения Bax/Bcl-2, экспрессии аквапорина-4 [17]. Нейропротекторный эффект цилостазола – селективного ингибитора фосфодиэстеразы III типа – при ишемии-реперфузии СМ реализуется преимущественно за счет антиоксидантного эффекта: повышения активности глутатион-пероксидазы, СОД, снижения содержания в сыворотке и ткани СМ малонового диальдегида [18]. Флавоноиды из куркумы длинной (куркумин) в экспериментальных условиях на крысах при внутрибрюшинном введении перед индукцией ишемии СМ приводят к менее выраженным нарушениям локомоторной функции, снижению концентрации провоспалительных цитокинов (ТНФ-альфа, ИЛ-1бета), оксида азота (II), продуктов ПОЛ (МДА) и ОМБ, активности апоптоза (каспаза-3), повышению активности ферментов антиокислительной защиты (СОД, ГПО, каталазы), снижению аксонального повреждения, дегенерации нейронов и глиальных клеток [19]. Экспериментальная терапия ишемии СМ с применением тимоквинона (компонент эфирного масла чернушки посевной (Nigella sativa)) показала его нейропротекцию на функциональном (локомоторная способность в тестах ВВВ (Basso, Beattie, Bresnahan) и с наклонной плоскостью), биохимическом (снижение в ткани СМ уровня ИЛ-1, ТНФ-альфа, МДА, NO, активности каспазы-3, повышение – СОД, ГПО), гистологическом и ультраструктурном уровнях [20]. Производное глицирризиновой кислоты глицирризин, получаемый из корней солодки (Glicyrrhiza glabra), оказывает нейропротекторный эффект при ишемии-реперфузии СМ преимущественно за счет снижения активности NF-kB и последующей экспрессии провоспалительных цитокинов, снижения нейтрофильной инфильтрации области ишемии [21].
Установлен антиапоптогенный эффект аденозина у крыс с ишемией-реперфузией СМ, оцениваемый по экспрессии каспазы-12 и GRP-78 (glucose-regulated protein) [22]. Применение НАД в дозах 50 и 100 мг/кг значительно снижает уровень окислительного стресса (по активности СОД и уровню МДА) и апоптоза (TUNEL-тест) нейронов после ишемии СМ [23]. Анестетик короткого действия пропофол, широко используемый в клинической практике, не только обладает нейропротекторным действием на СМ при синдроме ишемии-реперфузии, но и поддерживает целостность ГЭБ СМ путем снижения экспрессии ММР-9 и NF-кВ, поддержания целостности белков межклеточного матрикса [24].
Внимание многих исследователей сосредоточено на использовании мезенхимальных стволовых клеток (МСК) при ишемических поражениях СМ. Так, применение МСК костномозгового происхождения после ишемии СМ оказывает положительное влияние на двигательную функцию конечностей крыс, снижение удельного веса нейронов с апоптозом (по экспрессии каспазы-3, Bax, Bcl-2), активации киназы ERK ½ в ткани СМ [25]. При ишемии СМ продемонстрированы иммуномодулирующие и противовоспалительные, модулирующие фенотип астроцитов и микроглии эффекты МСК в контексте нейрорегенеративного действия [26, 27].
Привлекает внимание возможность применения в клинической практике известных препаратов в связи с обнаружением у них нейропротекторной активности. В этой связи в последние годы большой интерес вызывает эритропоэтин (ЭПО), негемопоэтические эффекты которого являются объектом пристального внимания, а выяснение возможной патогенетической роли ЭПО в коррекции ишемических повреждений СМ представляется перспективным и актуальным. Дериваты ЭПО, такие как СЕРО, лишены эритропоэтических свойств при сохранении других свойств белка, что создает перспективы для более широкого использования ЭПО [28]. В результате открытия рецепторов к ЭПО на мезангиальных клетках, в миокарде, фибробластах мышечной ткани, эндотелиоцитах, нефроцитах, нейронах и иных клетках появилась возможность исследовать функции гормона, которые не связаны с эритропоэзом [29–31]. Эритропоэтин является кислым гликопротеидом, состоит из цепи 165 аминокислот и карбоангидратной части и активно гликозилирован [32–34]. Последняя состоит из одного О- и трех N-связанных олигосахаридов, на концах которых находятся сиаловые группы, обеспечивающие биологическую активность всей молекулы. ЭПО имеет молекулярную массу 30400 дальтон; время биологического полураспада у человека 6–8 часов. У здоровых людей уровень эритропоэтина в плазме варьирует в пределах 0,01–0,03 МЕ/мкл. Депонирования ЭПО в организме не происходит. Определяющим фактором, который стимулирует выработку эритропоэтина, является гипоксия тканей. При гипоксии уровень ЭПО в плазме многократно возрастает и составляет 5–30 ед./мл [35]. Основным медиатором, который активирует выработку ЭПО в ответ на гипоксию, является фактор индукции гипоксии (HIF-1alpha) [36]. Доказано, что ЭПО и рЭПО экспрессируются на нейронах и астроцитах. Также доказано наличие ЭПО в спинномозговой жидкости человека [37]. В ЦНС ЭПО синтезируется в гиппокампе, внутренней капсуле, нейронами среднего мозга, коры больших полушарий, олигодендроцитами и астроцитами, эндотелиоцитами церебральных сосудов.
Помимо синтеза ЭПО собственно нервной тканью, ЭПО может поступать извне. Доказано, что через гематоэнцефалический барьер не могут проникать крупные гликозилированные молекулы. Эритропоэтин, как описывалось ранее, является крупной молекулой с массой 30400 дальтон, и его проникновение через ГЭБ невозможно. Но в современной литературе имеются данные о том, что при определенных условиях некоторые крупные молекулы могут специфически транспортироваться в мозг через капиллярный эндотелий и влиять на функцию мозга. Доказано, что ЭПО может преодолевать гематоэнцефалический барьер в поврежденной области непосредственно после повреждения ткани мозга ишемией. Это происходит через связывание с рецепторами, присутствующими на поверхностях эндотелиальных клеток в просвете сосудов. В результате инициируется эндоцитоз с последующей транслокацией через ГЭБ. Поскольку рЭПО экспрессируется на капиллярах мозга, предполагается, что транспорт ЭПО через ГЭБ происходит через рецепторы [38].
Рецепторы к ЭПО относятся к трансмембранным рецепторам цитокинов. Наибольшее количество рЭПО отмечается на клетках эритройдного ряда, но также в большом количестве они присутствуют на нейронах, микроглии, астроцитах и эндотелиальных клетках. Рецептор состоит из экстрацеллюлярного лиганд-связывающего домена, трансмембранного и интрацеллюлярного доменов, передающих сигналы ЭПО в клетку. В результате взаимодействия эритропоэтина с рецептором инициируется каскад реакций фосфорилирования внутриклеточных ферментов, которые направлены на передачу сигнала из цитоплазмы в ядро клетки, вследствие чего происходит активация специфических сайтов ДНК, ответственных за синтез того или иного белка. В настоящее время принято считать, что в нервной системе экспрессируются три вида рецепторов для ЭПО [37, 39, 40]. Во-первых, TPR – гетеродимер, включающий мономер рЭПО и βcR (CD131) – общая цепь для рецепторов ИЛ-3, ИЛ-5, GM-CSF, он экспрессируется в нервной ткани на нейронах, астроцитах, микроглии и эндотелиоцитах. Во-вторых, нейроны, астроциты и эндотелиоциты церебральных сосудов экспрессируют для взаимодействия с ЭПО эфриновые (Eph) рецепторы – подсемейство рецепторных тирозинкиназ, в частности EphB4, EphB2. Их эффект опосредован активацией Scr киназы и STAT3, с этими рецепторами связывают самообновление, пролиферацию и дифференцировку нейронов под влиянием ЭПО. В-третьих, интенсивно изучаемый в настоящее время рецептор CRLF3 (синонимы Crème9 и Cytor4), который относится к подгруппе рецепторов для цитокинов, включая тромбопоэтин, гормон роста и иные, обеспечивает взаимодействие ЭПО с нейронами преимущественно в эмбриональном периоде. При связывании ЭПО с рЭПО последний через активацию Jak2-тирозинкиназы приводит к запуску различных внутриклеточных путей – транскрипционного фактора STAT-5, фосфатидилинозитол-3-киназы/протеинкиназы В (PI-3K/РКВ), митогенактивируемой киназы (MAPK/ERK), протеникиназы С, гликоген-синтазы киназы-3β (GSK-3β) [41-43].
К сожалению, в настоящее время нейропротекторные эффекты эритропоэтина до конца не объяснены современной наукой. Ученые предполагают моделирующее воздействие на глутамат-кальциевый каскад и предотвращение глутаматной эксайтотоксичности, которая определяет гибель нейрона на ранних сроках ишемического повреждения. В более поздние сроки эритропоэтин снижает уровень апоптоза в зоне пенумбры через активацию антиапоптотических генов. ЭПО запускает антиоксидантные и противовоспалительные механизмы в нейронах, глиальных и цереброваскулярных эндотелиальных клетках, ингибируя выброс провоспалительных цитокинов (IL-1, IL-6, TNF-a), в то же время стимулируя выработку противовоспалительных цитокинов (IL-10). Также ЭПО активирует процесс нейрогенеза и регенерации аксонов, увеличивает экспрессию мозгового нейротропного фактора in vivo и in vitro, инициирует активацию эндотелиальной NO-синтетазы, что приводит к предотвращению церебрального вазоспазма [37, 44]. В то же время ЭПО стимулирует ангиогенез, увеличивая экспрессию мРНК рецепторов и активизируя секрецию фактора роста сосудистого эндотелия (VEGF) [45]. ЭПО регулирует экспрессию рецептора 2-го типа VEGF(VEGFR2) в нервной ткани и тем самым активирует неоангиогенез, ограничивает ишемическое повреждение и ускоряет восстановление нейронов и глиоцитов [46, 47]. В то же время ишемия СМ сопровождается повышением экспрессии рецепторов ЭПО в поврежденной нервной ткани и обеспечивает его нейропротекторный эффект, регистрируемый в экспериментальных условиях по ограничению формирования параплегии [48]. Таким образом, ЭПО и его дериваты – это универсальные нейропротекторные факторы с мультитропным действием, что является предпосылкой для их применения при различных заболеваниях, в том числе для коррекции ишемического повреждения СМ.
Выводы
- Среди терапевтических подходов для вторичной нейропротекции перспективными для применения при ишемии спинного мозга выступают антиоксиданты и регуляторы редокс-статуса, в частности мексидол и липоевая кислота. Потенциальный интерес представляют полифенольные соединения растительного происхождения (ресвератрол, куркумин, лютеолин, гинзенозид, тимоквинон и др.), а также эндогенные факторы – аденозин, НАД, мезенхимальные стволовые клетки.
- Особый интерес для нейропротекции при ишемических поражениях СМ представляет ЭПО – кислый гликопротеин, синтезируемый преимущественно в почках, но также и в нервной ткани с плейотропными эффектами, реализуемыми в ЦНС при взаимодействии с тремя типами рецепторов на нейронах, глиоцитах, астроцитах, эндотелиоцитах церебральных сосудов и активации сигнальных путей Jak2/STAT-5, PI-3K/РКВ, MAPK/ERK, GSK-3β, протеинкиназы С и ином, что приводит к антиапоптогенному, антиоксидантному, противовоспалительному эффектам, активации неоангиогенеза, нейрогенеза.