Введение

Нейропептид Y – это полипептид, состоящий из 36 аминокислотных остатков и принадлежащий к семейству нейроэндокринных пептидов, которое также включает в себя пептид YY и панкреатический полипептид. Впервые он был выделен из мозга свиньи ученым из Каролинского института Кадзухико Татэмото в 1982 году [1]. Нейропептид Y отвечает за регуляцию биоэлектрической активности головного мозга, процессов обучения, памяти, стрессоустойчивости, артериального давления, частоты сердечных сокращений, метаболизма и эндокринной секреции организма. Он также играет важную регуляторную роль в иммунной функции и воспалительных реакциях центральной нервной системы, например в модуляции хемотаксиса иммунных клеток, фагоцитоза, продукции и высвобождения цитокинов. Самые высокие концентрации нейропептида Y локализованы в гиппокампе, и его продукция главным образом обусловлена ГАМКергическими интернейронами, ингибирующими передачу возбуждающих аминокислот. Кроме того, нейропептид Y также распространен в коре головного мозга, гипоталамусе, таламусе, стволе мозга и мозжечке. Рецепторы нейропептида Y сопряжены с G-белками, пять из которых уже были клонированы у млекопитающих: рецепторы Y1, Y2, Y4, Y5 и Y6. Концентрация каждого из этих Y-рецепторов в головном мозге различна. Информационные рибонуклеиновые кислоты (мРНК) рецепторов Y1 и Y2 экспрессируются по большей части в гиппокампе, миндалевидном теле, таламусе, гипоталамусе и коре головного мозга. Эти рецепторы участвуют главным образом в вазоконстрикции, но рецепторы Y1 также тесно связаны с регуляцией иммунной функции организма. Экспрессия рецепторов Y4 ограничена только несколькими областями мозга, которые включают в себя медиальную преоптическую область, ядро одиночного пути, паравентрикулярное ядро ​​гипоталамуса и area postrema. Рецепторы Y5 обнаружены в нескольких лимбических областях мозга, включая гиппокамп, поясную извилину, ядра таламуса и гипоталамуса. Физиологические функции рецепторов Y6 у человека пока не известны [2].

Теоретически модификация работы нейропептида Y имеет значительный потенциал для лечения различных заболеваний. Однако, несмотря на большой объем собранных данных, полученных в результате ряда экспериментальных исследований на животных моделях, до сих пор не было проведено крупных клинических исследований у человека. Поскольку механизмы, лежащие в основе энергетического гомеостаза высоко интегрированы, вмешательство только в один компонент системы может вызвать контррегуляторные реакции, сводя на нет его потенциально полезные эффекты в центральной нервной системе. Кроме того, пока не было найдено эффективного метода доставки препаратов на основе нейропептида Y, поэтому в экспериментальных моделях их агонисты и антагонисты часто вводились интрацеребрально, что затрудняет перенос результатов этих исследований на исследования у человека.

Цель исследования

Провести систематический анализ клинических функций, диагностических возможностей и терапевтического потенциала нейропептида Y, как кандидатного биомаркера и нейропротектора при различных нейродегенеративных и нейроиммунных заболеваниях.

Материал и методы исследования

Информационный поиск и систематизация научной литературы по теме обзора проводились в электронных базах данных PubMed, eLIBRARY.ru, Google Scholar, Cochrane Library на издательской платформе ScienceDirect (Elsevier) по ключевым словам «нейропептид Y», «биомаркеры», «нейропротекция», «новорождённые», «дети», «neuropeptide Y», «biomarkers», «neuroprotection», «newborns», «children». Хронологический период поиска составил 20 лет, однако включение
публикации ученого Татэмото, впервые выделившего данный нейропептид, было выбрано нами в качестве авторитетной библиографической ссылки, позволяющей определить самостоятельную роль нейропептида Y, экспрессирующегося почти во всех тканях и типах клеток организма. Для включения в обзор рассматривались полнотекстовые публикации (оригинальные экспериментальные и клинические исследования, систематические обзоры, метаанализы) на русском и английском языках. Предпочтение при выборе публикаций отдавалось работам, отражающим физиологическую роль, диагностические возможности и терапевтический потенциал нейропептида Y при патологиях центральной нервной системы. После критической оценки 142 публикаций отбор ограничился 29 источниками.

Клеточные исследования и эксперименты на животных. Потенциал нейропептида Y в лечении нейродегенеративных и нейроиммунных заболеваний

Появляется всё больше доказательств, подтверждающих роль нейропептида Y в модуляции воспалительных реакций микроглии. Микроглия может регулировать быструю перестройку актинового цитоскелета, позволяя клеткам ингибировать индуцированный интерлейкином-1β фагоцитоз, путем связывания с рецепторами Y1, что сопровождается активацией внутриклеточного каскада сигнального пути p38MAP-киназ и белков теплового шока HSP27. Хорошо известно, что активированная микроглия может высвобождать различные медиаторы, включая цитотоксические вещества, такие как оксид азота, кислородные радикалы и воспалительные факторы. Следовательно, молекулярно-биологические механизмы, лежащие в основе противовоспалительных эффектов, опосредованных нейропептидом Y при нейродегенеративных заболеваниях, могут включать подавление чрезмерной воспалительной реакции и/или активацию сигнальных путей нейротрофических факторов мозга. Кроме того, микроглия является резидентной локализацией клеток врожденного иммунитета в ткани мозга. Следовательно, сверхактивация и дерегуляция микроглии могут привести к тяжелой, прогрессирующей нейротоксичности. Активация рецепторов Y1 и Y2 ингибировала активацию микроглиальных клеток и, таким образом, влияла на ослабление нейровоспаления через сигнальные пути в микроглии [3].

Также существуют данные о способности нейропептида Y модулировать миграцию иммунных клеток, дифференцировку Т-хелперов клеток, активность естественных клеток-киллеров и продукцию активных форм кислорода. Помимо прямого воздействия на иммунные клетки, нейропептид Y также действует как паракринный и аутокринный иммунный медиатор. Важно помнить, что такие иммунные клетки, как макрофаги, дендритные клетки и лимфоциты, в свою очередь могут продуцировать и высвобождать нейропептид Y [4].

Также известно о способности нейропептида Y регулировать взрослый нейрогенез посредством стимуляции выживаемости нейронов и нейропролиферации. В этой связи был разработан лентивирусный вектор (модифицированный безопасный вирус, который используется в генной терапии и биотехнологии как «транспортное средство» для доставки генетического материала в клетки), экспрессирующий нейропептид Y, объединенный с транспортным пептидом мозга (аполипопротеином B). Это позволило увеличивать концентрацию нейропептида Y в центральной нервной системе мышей с трансгенной субъединицей протеина-предшественника амилоида и лучше понять его роль в нейрогенезе при болезни Альцгеймера. Результаты показали, что нейропролиферация Sox2-положительных ранних клеток-предшественников нейронов в субгранулярной зоне гиппокампа значительно увеличилась без дальнейшей дифференцировки в нейроны. Нейропептид Y регулировал нейрогенез в зубчатой, хвостатой, субвентрикулярной и паратерминальной извилинах через пролиферативный эффект рецепторов Y1 на нейробластах [5]. Помимо этого, стресс-активированная протеинкиназа/c-Jun N-концевая киназа была обнаружена в цитоплазме и структурах, похожих на нейриты, колокализующихся с тау-белком, ассоциированным с микротрубочками и, главным образом, присутствующая в аксонах через 6 часов после введения нейропептида Y, а его действие увеличивало общую длину и количество разветвлений, положительных по Фосфо-SAPK/JNK. Эти данные предполагают, что нейропептид Y стимулирует аксональное отрастание и нейронную дифференцировку через активацию пути SAPK/JNK [6].

Болезнь Альцгеймера является одним из наиболее распространенных нейродегенеративных заболеваний. Патофизиологически характерными признаками заболевания являются образование амилоидных β-бляшек, нейрофибриллярных клубков, потеря нейронов и дисфункция синапсов, церебральная амилоидная ангиопатия и гранулярно-вакуолярная дегенерация. Вместе с тем патогенез болезни Альцгеймера по-прежнему изучен недостаточно. Последними исследованиями показано, что в нем задействованы несколько механизмов, включая генетические факторы, нейровоспаление, избыточное накопление свободных радикалов, холинергические нарушения и окислительный стресс [7]. Путем измерения содержания нейропептида Y в плазме крови у пациентов с болезнью Альцгеймера и здоровых контрольных лиц было сделано открытие, выявившее значительное его снижение у людей с болезнью Альцгеймера. Также было доказано, что экспрессия мРНК нейропептида Y была снижена в гиппокампальной и кортикальной областях на мышиных моделях [8].

Нейропептид Y также может быть потенциальной терапевтической мишенью при болезни Паркинсона, так как ингибирует высвобождение глутамата из кортико-стриарных нейронов. Используя крыс, пораженных 6-гидроксидофамином в качестве экспериментальной модели болезни Паркинсона, исследователи выявили прямое протективное воздействие нейропептида Y на нейроглиальные элементы и воспаление, вызванное микроглией, посредством специфического связывания с рецепторным транслокатором-белком, локализованным на микроглиальных элементах в полосатом теле и черной субстанции [9].

Нейроиммунные заболевания представляют собой подгруппу аутоиммунных патологических состояний центральной и периферической нервных систем. Как упоминалось выше, микроглия является основной локализацией иммунных клеток в центральной нервной системе. При рассеянном склерозе микроглия не только участвует в повреждении нервной ткани, вызванном иммунным ответом, но и играет важную роль в регенерации повреждённых нейронов. Этот эффект достигается за счет воздействия на сигнальную систему p38 и белок теплового шока HSP27 [10]. Также известно, что повышение уровня нейропептида Y облегчает клинические симптомы и снижает тяжесть аутоиммунного энцефалита. Предполагается, что этот защитный эффект обусловлен подавлением секреции интерферона-γ аутореактивными Т-лимфоцитами и повышением соотношения иммуноглобулинов G1 к G2, аутоантиген-специфических антител, то есть поляризацией в сторону Th2-иммунного ответа, усиливая при этом секрецию интерлейкина-4 лимфоцитами. Это также актуально и для потенциального терапевтического эффекта нейропептида Y при синдроме Гийена - Барре, так как основу его патогенеза составляет Th1-ориентированный ответ, включающий увеличение продукции интерферона-γ, фактора некроза опухоли-α, интерлейкина-1β и интерлейкина-6 после перенесённой инфекции [11]. Роль нейропептида Y в подавлении продукции широкого спектра хемокинов может быть обусловлена как уменьшением инфильтрации иммунных клеток, так и прямым воздействием на дифференцировку и/или миграцию T-хелперов 17. Что еще более важно, известна способность нейропептида Y снижать секрецию провоспалительного цитокина - фактора некроза опухоли-α макрофагами после стимуляции липополисахаридом, а также увеличивать продукцию противовоспалительных цитокинов, включая трансформирующий фактор роста-β [12].

Вместе с тем существует ряд ограничений в отношении терапевтического использования нейропептида Y, включающий короткий период полураспада и неустойчивость в неблагоприятной среде клеток слизистой оболочки желудка. Более того, наиболее сложным препятствием является отсутствие способов его транспортировки через гематоэнцефалический барьер.

Для решения данного вопроса необходимы исследования, направленные на поиск непептидного агониста, способного избирательно воздействовать на различные рецепторы центральной нервной системы. В настоящее время в исследованиях уже широко используются несколько селективных агонистов рецептора нейропептида Y, а также разработаны новые перспективные малые молекулы, которые могут действовать как агонисты или антагонисты рецепторов нейропептида Y [13].

Таким образом, если будет найден способ преодоления этих препятствий - это может стать значимым достижением в клинической практике, так как позволит использовать нейропептид Y для разработки новых терапевтических стратегий для лечения нейродегенеративных и нейроиммунных заболеваний.

Исследования на взрослых. Роль нейропептида Y в лечении хронического болевого синдрома и депрессивных расстройств

Боль представляет собой неадаптивную реакцию ноцицептивного пути в ответ на повреждение. Было показано, что как периферическая, так и центральная сенситизация способствуют возникновению хронической боли. Механистическая мишень рапамицина (mTOR) - это ключевая протеинкиназа, контролирующая клеточный метаболизм и являющаяся основным регулятором трансляции белка в ноцицептивном пути. Вызванная повреждением нерва её активация в сенсорных нейронах способствует развитию боли посредством усиления синтеза нейропептида Y через сигнальный белок активатор транскрипции 3 (STAT3), что в свою очередь усиливает возбудимость ноцицепторов и способствует хронизации патологического процесса через взаимодействие с рецептором Y2. Поскольку ингибиторы mTOR используются в клинической практике, а антагонисты рецептора Y2 доступны для транспортировки в экспериментальную модель, перспективны методы клинического лечения хронической боли путем периферической модуляции его цепей и активации рецепторных путей [14].

Другие исследования показывают, что возбуждающие интернейроны задних рогов спинного мозга, активирующие рецепторы Y1, способствуют развитию гиперчувствительности к нейропатической боли. Более того, эта популяция нейронов сохраняет чувствительность к введению нейропептида Y уже после повреждения нерва. Интратекальное введение селективных фармакологических агонистов рецепторов Y1 ингибирует экспрессирующие его проноцицептивные нейроны, тем самым подавляя нейропатическую боль. Чтобы избежать инвазивных способов введения, в текущих исследованиях используется интраназальный путь доставки агонистов нейропептида Y в мозговую ткань [15].

Имеются доказательства того, что стресс может спровоцировать или усугубить симптомы воспаления при ряде заболеваний, так как различные нейропептиды, секретируемые в его условиях, могут активировать микроглию и тучные клетки для высвобождения воспалительных молекул. Показано, что нейропептид Y значительно способствовал преодолению стресса и повышению устойчивости к нему, поскольку агонисты рецептора Y1 совместно стимулируют нейрогенез гиппокампа и оказывают антидепрессантоподобное действие в экспериментальных условиях без побочных реакций, что подчеркивает их терапевтический потенциал при расстройствах депрессивного спектра [16].

Определение уровня концентрации нейропептида Y при различных патологических состояниях ЦНС

В исследовании, посвященном изучению уровня нейропептида Y в сыворотке крови у пациентов с острыми нарушениями мозгового кровообращения и развитием внутричерепных кровоизлияний, было показано, что более низкий его уровень представлен у больных с благоприятным прогнозом течения заболевания. Выявлена положительная корреляционная связь между уровнем нейропептида Y, исходным баллом по шкале инсульта Национального института здоровья США и объемом внутричерепной гематомы, что позволяет использовать его определение в качестве предиктора возникновения и тяжести внутричерепных кровоизлияний [17].

С целью изучения роли нейропептида Y как потенциального биомаркера для оценки тяжести нарушения когнитивных функций у пациентов с синдромом обструктивного апноэ сна было проведено исследование его параметров в сыворотке крови. Согласно полученным результатам, с использованием тестирования по шкале MоCA, когнитивная дисфункция у таких пациентов проявлялась в нарушении зрительно-пространственных способностей, речи и внимания. Показано, что уровень нейропептида Y в сыворотке крови отрицательно коррелировал с показателями теста MоCA, подтверждая его значение для оценки тяжести нарушения когнитивных функций у пациентов с данной патологией [18].

Исследования у детей. Клиническая значимость нейропептида Y в детском возрасте

Трудности диагностики неонатальных судорог остаются одной из наиболее значимых клинических проблем в отделениях реанимации и интенсивной терапии новорожденных. При проведении оценки исключительно на основании клинических критериев высока вероятность гипердиагностики судорожных состояний, в то время как ЭЭГ-видеомониторинг, являющийся «золотым стандартом» для выявления судорог у новорожденных, не всегда доступен. В исследовании, посвящённом выявлению клинической значимости нейропептидов у новорожденных с неонатальными судорогами и без них, оценивался уровень нейропептида Y в сыворотке крови и цереброспинальной жидкости в первые 48 часов жизни. Средние уровни нейропептида Y в данных биологических жидкостях были значительно выше у пациентов с судорогами по сравнению с теми, у кого их не было. Таким образом, индуцированное судорогами повышение экспрессии этих факторов в гиппокампе может представлять собой эндогенный защитный механизм, противодействующий эпилептогенезу. В результате проведенного исследования показан возможный потенциал определения уровня нейропептида Y для ранней верификации судорожного синдрома у новорождённых, а также в дифференциальной диагностике между неонатальными судорогами и другими состояниями неэпилептического генеза [19].

Известно, что аффективно-респираторные приступы доминируют в структуре неэпилептических пароксизмальных состояний детского возраста. Несмотря на верифицированную доброкачественность и благоприятный прогноз, патогенез аффективно-респираторных пароксизмов может включать эпизоды глубокой церебральной гипоксии, манифестирующейся утратой сознания и вторичными тонико-клоническими судорогами. В одном из исследований, посвящённых этому состоянию, были определены уровни сывороточных белков S-100β и нейропептида Y в крови детей, страдающих от аффективно-респираторных приступов. Согласно результатам исследования, выявлено значимое повышение уровня белка S-100β у детей с задержкой дыхания, тогда как уровень нейропептида Y у них не изменялся. Исследователи пришли к выводу, что частая и длительная задержка дыхания может приводить к развитию нейрональной метаболической дисфункции и/или повреждению нейронов, связанных с гипоксией и закономерным возрастанием количественных показателей универсального маркера повреждения мозговой ткани – белка S-100β [20].

Важно помнить, что на фоне нейродегенерации и окислительного стресса в эпилептическом мозге происходит активация микроглиальных клеток и высвобождение провоспалительных цитокинов. Логично предположить, что повышенная экспрессия фактора некроза опухоли-α как провоспалительного цитокина у пациентов с эпилепсией может играть роль в повышении экспрессии нейропептида Y для уменьшения повреждения мозговой ткани. Помимо этого, в проведённом исследовании была обнаружена положительная корреляция взаимосвязи между экспрессией фактора некроза опухоли-α и нейропептида Y в сыворотке крови детей до и после медикаментозной терапии эпилепсии. Показатели балльной оценки по шкале тревоги Гамильтона [21] и шкале неврологического дефицита [22] демонстрировали значительную тенденцию к росту с увеличением экспрессии фактора некроза опухоли-α и нейропептида Y. Таким образом, результаты исследования свидетельствуют о тесной связи между уровнем экспрессии указанных пептидов и неврологическим статусом детей в процессе лечения, что позволит использовать эти факторы в качестве предикторов оценки степени тяжести неврологического дефицита у детей с эпилепсией [23].

Выявлено, что у 20% пациентов детского возраста с увеличенной массой тела индуцированное вальпроевой кислотой (ВК) расстройство пищевого поведения является одной из составных частей патогенеза такого серьезного осложнения терапии ВК и ее солями, как ВК-индуцированный метаболический синдром. В регуляции этого состояния участвуют такие вещества, как нейропептид Y, лептин, орексин и грелин. В последние годы всё больше внимания уделяется именно нейропептиду Y, поскольку он представляет собой один из самых мощных орексигенных пептидов головного мозга, а уровень его экспрессии непосредственно влияет на количество и качество потребляемой пищи [24]. В одном из исследований показано, что гиперэкспрессия нейропептида Y ассоциирована с расстройством пищевого поведения, развитием ожирения и метаболического синдрома, а также влияет на пищевые предпочтения в пользу высококалорийной пищи и напитков с увеличением частоты их приемов. Это, в свою очередь, повышает риск и является одной из составных частей развития инсулинорезистентности и гипергликемии, представляя нейропептид Y перспективным биомаркером расстройств пищевого поведения, индуцированного приёмом вальпроевой кислоты [25].

Вазовагальный обморок является самой распространенной причиной потери сознания у детей. В свою очередь, нейропептид Y играет важную роль в регуляции артериального давления, а также сократительной способности миокарда. В проведённом исследовании была изучена роль плазменного нейропептида Y при вазовагальных обмороках в детском возрасте. Показано, что повышение его уровня может участвовать в патогенезе вазовагального синдрома, увеличивая общее периферическое сосудистое сопротивление и уменьшая сердечный выброс во время смены положения тела [26].

Был проведен ряд исследований, выявивших что нейропептид Y активно участвует в модуляции боли и эмоций и, соответственно, может играть роль в патофизиологии мигрени. В одном из таких исследований для создания экспериментальной модели мигрени использовалась внутрибрюшинная инъекция нитроглицерина, с последующими микроинъекциями нейропептида Y и агонистов рецепторов Y1 или Y2 в медиальную хабенулу. Выявлено, что микроинъекции нейропептида Y и агонистов рецепторов Y1, но не Y2, ослабляли вызванные мигренью аллодинию и тревожность, не влияя при этом на фотофобию. Авторы делают вывод, что увеличение концентрации нейропептида Y в медиальной хабенуле оказывает анальгетическое и анксиолитическое действие через рецептор Y1, открывая новые потенциальные терапевтические мишени для лечения заболевания [27].

Синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) является хорошо известным и распространённым психическим расстройством у детей, однако его этиопатогенез до сих пор полноценно не изучен, при этом нейропептид Y является одним из потенциальных факторов, которые могут быть вовлечены в механизмы возникновения СДВГ. Проводилось исследование, направленное на оценку уровня нейропептида Y у детей с СДВГ по сравнению с показателями здоровых лиц. Диагноз заболевания выставлялся в соответствии с руководством по психическим расстройствам DSM-5 [28]. Выявлено отсутствие статистически значимых показателей нейропептида Y сыворотки крови у детей с различными формами СДВГ (преимущественно с гиперактивностью, дефицитом внимания и комбинированным типами заболевания) по сравнению со здоровыми. При этом не выявлены статистически значимые различия по его уровню у пациентов с СДВГ, получающими и не получающими лечение.

Исследование ассоциации генома, изучавшее связь между СДВГ и геном, кодирующим нейропептид Y, показало, что дупликация гена 7p15.2 - 15.3 была связана с повышением его концентрации в крови как у детей, так и у членов их семей, что предполагает передачу предрасположенности к заболеванию от родителей. С использованием функциональной магнитно-резонансной томографии также была показана зависимость между количеством копий гена, кодирующим повышенный уровень нейропептида Y, и поведением, связанным с дофамин-зависимым чувством удовлетворения и регуляцией эмоций. Авторы делают вывод, что нейропептид Y может рассматриваться как потенциальный биомаркер СДВГ и предлагают проводить дальнейший диагностический поиск в этом направлении [29].

Для наглядного сопоставления ключевых параметров рассмотренных публикаций их основные характеристики систематизированы в таблице.

Обобщенные результаты сравнительного анализа представленных научных данных

Заключение

Таким образом, нейропептид Y представляет собой многофункциональный регуляторный пептид, широко представленный в центральной нервной системе и периферических тканях. Посредством взаимодействия с рецепторами Y1, Y2, Y4, Y5 он участвует в регуляции нейрогенеза, воспалительных реакций микроглии, иммунных процессов, стресс-ответа и болевой чувствительности. Наиболее убедительные данные о его патофизиологической роли и потенциальных нейропротекторных эффектах получены в доклинических исследованиях, включая эксперименты на клеточных и животных моделях.

Вместе с тем клинические исследования нейропептида Y остаются немногочисленными и характеризуются существенной методологической и клинической гетерогенностью, включая различия в характеристиках пациентов, биологических образцах, методах определения и оцениваемых исходах. Поэтому диагностическая точность определения уровня нейропептида Y в различных биоматериалах, а также его самостоятельная ценность для оценки тяжести заболевания, прогноза и дифференциальной диагностики в настоящее время не установлены. Тем не менее доступные результаты позволяют рассматривать определение уровня нейропептида Y в биологических жидкостях как потенциальный клинический биомаркер.

Терапевтическое применение нейропептида Y и воздействие на его рецепторную систему также находятся преимущественно на доклинической стадии. Ограничениями для клинической трансляции являются структурная нестабильность пептида, короткий период его полужизни, сложность доставки в центральную нервную систему и недостаточная оценка безопасности потенциальных агонистов/антагонистов соответствующих рецепторов. В педиатрической популяции имеющиеся данные особенно требуют независимой внешней валидации в хорошо спланированных многоцентровых исследованиях с унифицированными методами измерения, контролем потенциальных факторов смешения и длительным наблюдением за клиническими исходами.