Alzheimerova choroba I.Alzheimerova choroba: základní formy nemoci Další výzkum však ukázal, že mezi senilní demencí Alzheimerova typu a presenilní formou Alzheimerovy choroby není významných histopatologických rozdílů. Po skrytém začátku obou forem nemoci se klinické příznaky počínající demence objevují u rizikové skupiny osob starších 60 let jako sporadická forma Alzheimerovy nemoci (AD). Téměř 10 % nemocných s AD však trpí geneticky podmíněnou familiární formou nemoci, u nichž lze první příznaky demence pozorovat již po 40. roce života. Z hlediska příčiny dělíme syndrom demence takto: primární demence, mající neurodegenerativní základ, sekundární demence na podkladě různých příčin a demence smíšená, která v určité proporci má zastoupeny obě předchozí formy. Hlavními přestaviteli primární demence jsou Alzheimerova nemoc (sporadická AD), familiární Alzheimerova nemoc (FAD) a frontotemporální demence (FTD). Nejvýznamnějším zástupcem sekundárních demencí je vaskulární (multiinfarktová) demence. Rozvíjí-li se cévní poškození společně s AD, vzniká smíšená demence (blíže viz Jirák et Koukolík, 2004; Pidrman, 2007). Protože AD/FAD/FTD představují více než 60 % všech forem demence, budeme se přednostně zabývat biomedicínckou problematikou AD, neboť v průmyslově rozvinutých zemích se jedná o jednu z nejrozšířenějších nemocí vůbec. Patofyziologie AD: význam amyloidního prekurzorového proteinu Vznik AD významně ovlivňují rizikové faktory jakými jsou narůstající věk osoby a dále její nadváha, hypercholesterolémie a onemocnění cukrovkou typu 2, které zdvojnásobují pravděpodobnost vzniku sporadické (pozdní) formy AD. Tato forma má i své významné genetické riziko. Týká se genu pro alipoprotein E (APOE), kdy přítomnost dvou kopií alely ε4 představuje 50% riziko vzniku sporadické formy AD (bližší vysvětlení viz níže). Také příbuzní osoby trpící AD mají téměř 40% riziko, že onemocní AD, pokud se dožijí 85 let. Toto zjištění dokládá, že základ sporadické formy AD je dán jedním nebo více kandidátními geny s neúplnou penetrací jako kombinace těchto genů s rizikovými faktory prostředí. Naopak FAD je monogenně podmíněné onemocnění vyznačující se autozomálně dominantní dědičností. Tu charakterizuje vysoká penetrace jednoho ze 4 uvedených genů: (1) gen pro amyloidní prekurzorový protein (APP) na dlouhém raménku chromozómu 21 (lokus 21q21.2-3), (2) gen pro tau protein na chromozómu 17 (lokus 17q21), (3) gen pro presenilin 2 (PS2) na chromozómu 1 (lokus 1q31-42) a (4) gen pro presenilin 1 (PS1) na chromozómu 14 (lokus 14q24.3). Mutace PS1 představuje hlavní genetický defekt u FAD podmiňující časný začátek nemoci. Příčinou je zvýšené štěpení APP na Aβ peptidy. Proto se současný vědecký výzkum soustřeďuje na studium degradace APP cestou metabolické (amyloidní) kaskády. Metabolická kaskáda APP ukazuje, že asi 90 % této bílkoviny štěpí enzym α-sekretáza. Ta uvolňuje z membrány rozpustný fragment (sαAPP) mající neuroprotektivní funkci. V membráně zůstává menší fragment (C83) tvořený 83 aminokyselinami, který dále ovlivňuje aktivitu některých genů. Existuje však i enzymový komplex označovaný jako BACE1 („β-site APP-cleaving enzyme“) známý jako β-sekretáza, jehož aktivita je zvýšena především u sporadické formy AD. Enzym štěpí APP v tzv. β-místě, přičemž se uvolňuje poněkud menší rozpustný fragment (sβAPP). Membránový zbytek bílkoviny (C99) dále štěpí γ-sekretáza (enzymový komplex obsahující presenilin 1 nebo presenilin 2 a tři další bílkoviny), která z něho uvolňuje peptidy tvořené 38-43 aminokyselinami (LaFerla et Oddo, 2005). Z těchto peptidů jsou nejvíce zastoupeny dva – amyloidní beta peptid tvořený 40 aminokyselinami (Aβ1-40) a druhý, převažující, jehož molekulu tvoří 42 aminokyselin (Aβ1-42). Aβ1-40 má sklon k chybnému svinutí a ke zvýšenému ukládaní do stěny cév, které vede k rozvoji amyloidní angiopatie a ke zvýšenému riziku krvácení do mozku. V neuronech se hromadí převážně Aβ1-42, který iniciuje oxidační stres poškozující normální funkce nervových buněk a podmiňující jejich degeneraci. Je to však především akumulace oligomerů a polymerů Aβ (protofibril), která úměrně se stupněm polymerizace zvyšuje jejich neurotoxicitu vysoko nad úroveň vlastního Aβ1-42 (Glabe, 2006). Jejich toxicita souvisí s aktivací kaskády enzymů odpovědných za již zmíněný oxidační (a nitrizační) stres, který narušuje homeostatické řízení hladiny volného Ca2+ uvnitř buňky. Zvýšeně se tvořící volné kyslíkové radikály jsou příčinou odlišné degradace 6 izoforem proteinu tau (LaFerla et Oddo, 2005), jejichž změněný poměr a zvýšená fosforylace podmiňují jejich uvolňování z mikrotubulů, což narušuje buněčný cytoskelet a vede k zániku nervové buňky (Lee et al., 2005). Volné kyslíkové radikály uvolňují především zánětem aktivované mikrogliové buňky na periferii amyloidních plaků. Důsledkem je úbytek adenozintrifosfátu (ATP), látky, která ve svých makroergních fosfátových vazbách skrývá většinu energie, kterou neuron potřebuje pro svou funkční aktivitu. Vzniklý nedostatek energie neurony řeší programovanou smrtí (apoptóza). Dysfunkci a následný zánik neuronů provázejí histomorfologické změny. V neuronech i mimo ně se hromadí Aβ spojující se do mikroskopických vlákének. Následné ukládání Aβ do amyloidních plaků pravidelně předchází hromadění bílkoviny tau uvnitř neuronů ve formě fibril tvořících neurofibrilární klubíčka (Oddo et al., 2003). Ta obsahují abnormálně svinutý a hyperfosforylovaný protein tau, což pozorujeme především u sporadické formy AD. Pozorování na myších s vnesenými geny pro AD přímo dokládají (Li, 2004), že akumulace a agregace Aβ1-42 vede k tvorbě amyloidních plaků již během 24 h po iniciálním podnětu (trauma, toxin). Tento transgenní animální model AD ukázal, že vznik mikroskopických plaků o dny, týdny i měsíce předchází před poškozením axonálních výběžků nervových buněk polymerizovaným proteinem tau (Oddo et al., 2003). Za použití animálního modelu s mutovaným amyloidním prekurzorovým proteinem (APP) a s vnesenou mutací genu pro presenilin 1 bylo prokázáno, že to není mimobuněčná, ale nitrobuněčná (intraneuronální) akumulace Aβ, která způsobuje dysfunkci neuronu a jeho pozdější zánik (LaFerla et al., 2007). Rozsáhlý zánik poškozených neuronů probíhá především v některých korových oblastech (entorinální mozková kůra, střední spánkový závit) a podkorových strukturách (Meynertovo bazální jádro, hipokampus). Histomorfologické změny provází snížené uvolňování acetylcholinu (ACh) z nervových zakončení v mozkové kůře a v limbickém systému (blíže viz Jirák et Koukolík, 2004). Snížené uvolňování ACh souvisí se snížením aktivity transportního systému, který odpovídá za akumulaci ACh do synaptických váčků nervových zakončení. Klinický průkaz změn je v počátečních stádiích AD velmi obtížný. Je známo, že počátek AD předchází nebo provází hmotnostní úbytek větší než u normálně stárnoucích osob (Johnson et al., 2006). Mnohem větší predikční hodnotu má molekulární biochemický test pro AD založený na stanovení změn v hladinách 18 signálních bílkovin přítomných v krvi osob s mírným defektem kognitivních funkcí. Jeho pozitivita byla zjištěna u více než 90 % rizikových osob 2-5 let před klinickým začátkem AD (Ray et al., 2007). Za vhodný a rychlý predikční indikátor rozvoje nemoci se uvádí i stanovení aktivity enzymů mitogenem aktivované proteinové kinázy ERK1 a ERK2 ve vazivových buňkách bezbolestně odebraných pro tento „kožní“ test AD (Khan a Alkon, 2006). Počátku spontánní AD předchází snížené vnímání pachových podnětů, které bylo pozorováno především u osob s existující pozitivní rodinnou anamnézou a rizikovým genotypem pro alipoprotein E (APOE, alela ε4 na dlouhém raménku chromozómu 19q13.32). Uvedený genotyp se vyskytuje asi u 15 % populace. Jeho vyšetření má největší predikční hodnotu ve vztahu k pozdní formě AD. Tento genotyp se však zjišťuje i u osob středního věku v případě, že ho riziková osoba získá od obou rodičů. Genotyp APOEε4 v homozygotní formě 10-násobně zvyšuje pravděpodobnost vzniku FAD (blíže viz Poirier, 2005). Souvisí to se zjištěním, že APOEε4 se váže na receptor, který je spojen s APP, přičemž se celý komplex dostává do nitra buňky. V buňce z něho proteázy uvolňují Aβ, jež následně tvoří amyloidní depozita. Přitom v amyloidních placích deponovaný Aβ vykazuje značnou heterogenitu na svém N- a C-konci. Zatímco s C-koncem delší peptid (Aβ1-42) je více amyloidogenní, jeho zkrácení a cyklizace koncového glutamátu na pyroglutamát (pGlu-Aβ3-42) v N-konci až 250násobně zvyšuje jeho iniciační schopnost pro tvorbu plaků vůči původnímu Aβ1-40/42 (Schilling et al., 2006). Proto inhibice aktivity glutaminylcyclázy, enzymu, který je odpovědný za cyklizaci N-konce Aβ je dalším možným místem léčebného zásahu. Genetická predikce sporadické a familiární formy nemoci V průběhu posledních 20 let bylo zkoumáno více než 300 genů ve vztahu ke sporadické formě AD. Vysoce rizikovým pro většinu případů pozdní formy nemoci v současnosti zůstává gen APOE, jehož některé varianty významně zvyšují pravděpodobnost vzniku nemoci. Hlavní 3 alely genu APOE jsou převedeny do kombinace dvou aminokyselin (cystein, arginin) v pozici 112 a 158 (lokus ε2: Cys/Cys; lokus ε3; Cys/Arg a lokus ε4: Arg/Arg). Přitom alela ε4 významně zvyšuje predispozici k AD, zatímco alela ε2 je dávána do souvislosti se sníženým rizikem nemoci. U heterozygotů s APOEε4 je riziko zvýšeno asi 3-násobně, u homozygotů s alelou ε4 je riziko 15-násobné. Uvedený genotyp APOE byl v roce 2006 použit jako „biomarker“ s prediktivní účinností rosiglitazonu, antidiabetika vhodného pro léčbu cukrovky typu 2 u osob s alelou APOEε4 (Roses et al., 2007). Výsledkem léčby bylo zvýšení počtu mitochondrií v nervových buňkách a zlepšené využití glukózy v mozku osob s rizikem sporadické formy AD. Současné možnosti prevence a léčby Alzheimerovy demence Současná léčba AD přináší většinou jen přechodné zlepšení provázené zpomalením rozvoje příznaků v počátečních stadiích nemoci. V současnosti mají lékaři 5 základních léků, z nichž 3, galantamin (Razadyne od firmy Johnson & Johnson), donepezil (Aricept od firmy Pfizer) a rivastigmin (Exelon od firmy Novartis) jsou inhibitory acetylcholinestrázy (AChE). Ve 3. fázi klinického ověřování je nyní i implantát Debio-9902 SR (Debiopharm, Švýcarsko), který po dobu jednoho měsíce rovnoměrně uvolňuje další inhibitor AChE, huperzin, což usnadňuje spolupráci s nemocným a zvyšuje úspěšnost léčby. Poslední z této skupiny léků, tacrin (Cognex od First Horizont Pharmaceuticals), mohou některé osoby při dlouhodobém podávání hůře snášet pro střevní a jaterní potíže. Uvedené léky zpomalují rozklad ACh, čímž zvyšují aktivaci nikotinových receptorů cholinergního systému a zlepšují tak nejen funkční výbavnost, ale i schopnost učit se. U středně těžkých případů AD se s úspěchem používá jiná látka, memantin (Ebixa/Namenda od firmy Lundbeck/Forest), která působí jako inhibitor glutamátového receptoru N-metyl-D-aspartátového (NMDA)-typu. Tato látka snižuje poškozování a zánik nervových buněk způsobený hromaděním Aβ. Žádný z uvedených léků však sám (ani kombinace memantinu s inhibitory AChE) nedovede zastavit další rozvoj chorobného procesu. Hledají se proto nové látky s účinkem podobným ACh, které aktivují cholinergní receptory muskarinového typu. Některé farmaceutické firmy také ověřují možnost podávat osobám trpícím AD látky, které působí na receptory pro serotonin nebo blokují otevřené iontové kanály pro vápník. Dlouhodobé nebo rychle se opakující otevírání Ca2+-kanálů způsobuje, že ionty vápníku se v nervových buňkách hromadí, což nepřiměřeně zatěžuje nejen buněčný metabolizmus, ale způsobuje neurodegeneraci. Jednou ze skutečných příčin AD je však toxické působení hromadícího Aβ, jeho oligomerů a zvyšující se množství proteinu tau v mozcích osob s AD. Hromadění uvedených bílkovin způsobuje nepřiměřeně velký zánik neuronů, kdy rozpadající se buňky a agregovaný Aβ společně ukládají do amyloidních plaků. Současný výzkum ukazuje, že tvorbu plaků může významně snížit tramiprosat (Alzhemed od firmy Neurochem Inc.), látka, která vyvazuje zvýšeně se tvořící Aβ a současně omezuje i zánětlivou reakci, která provází jeho nadměrné ukládání. Pro své protizánětlivé účinky, a především pro schopnost snížit tvorbu Aβ1-42, prošla úspěšným klinickým ověřováním látka zvaná tarenflurbil či flurbiprofen (Flurizan od firmy Myriad Pharmaceuticals). Látka je pro svůj protizánětlivý účinek blízká skupině nesteroidních protizánětlivých látek, má však výhodnější účinky než známý Isobrufen. Flurizan snižuje tvorbu Aβ tím, že ovlivňuje aktivitu γ-sekretázy, která je odpovědná za nadměrnou tvorbu tohoto peptidu. Již koncem 90. let minulého století se velká naděje v léčbě AD vkládala do protilátek proti Aβ, k jejichž indukci se používalo vakcíny (aktivní imunizace) nebo protilátky byly izolovány, čištěny a podávány v injekcích (pasivní imunizace). Ukázalo se však, že původní vakcína způsobovala u 6 % pacientů sterilní zánět mozkových obalů a přiléhající mozkové tkáně. Proto bylo zastaveno její další používání, a to přes nepochybně příznivý vliv na rozvoj AD u velké většiny osob s AD. V současnosti je však v klinickém ověřování druhá generace této vakcíny (ACC-001 od firmy Elan Corp.), která již nebude mít zmíněné nežádoucí účinky. Imunizace osob s AD současně ukázala, že zvýšeně se tvořící protilátky proti Aβ mohou procházet skrze kapilární bariéru z krve do mozku a zmenšit nebo dokonce odstranit amyloidní depozita v cévní stěně, typická pro amyloidní angiopatii. Pasivní imunizace proti Aβ představuje nákladnější podobu léčby AD, neboť je založena na vyvolání tvorby, následné izolaci a konečném „vyčištění“ vysoce specifických monoklonálních protilátek. V klinickém ověřování jsou v současnosti 3 typy protilátek proti různým částem molekuly Aβ. Jsou to bapineuzumab (Elan Corp.), LY2062430 (Eli Lilly) a RN1219 (Pfizer). Prováděné studie svědčí pro možnost zlepšení paměťové výbavnosti a učení u osob s AD. Výsledky tohoto výzkumu dávají novou naději nejen osobám trpícím AD (a jejich rodinám), ale jsou i příslibem pro budoucnost. Stanovení genetických rizik vzniku AD, při respektování etiky související s prediktivní genetikou, a následná změna životního stylu, jsou hlavními pilíři preventivních opatření a individualizovaného přístupu k osobám ohroženým vznikem AD. Cílem genetického poradenství je proto nejen významně oddálit, ale především zabránit rozvoji klinických projevů AD. Změna stravovacích návyků vedoucí ke snížení kalorické a ke zvýšení biologické hodnoty potravy, a především zvýšené zastoupení preventivně působících látek obsažených v některých druzích ovoce a zeleniny, může mít preventivní vliv na rozvoj AD. Bioaktivní látky obsažené v některých rostlinách (kurkuma dlouhá, špenát, rostlinné klíčky) nebo v jejich plodech (ananas, borůvky, jahody) řadíme mezi flavonoidy (deriváty benzopyranu) a třísloviny (deriváty kyseliny ellagenové nebo vícesytných fenolů) se společným názvem - polyfenoly. Uvedené skupiny látek se vyznačují významnými antioxidačními a protizánětlivými účinky. Dlouho nevyjasněnou otázkou však bylo, zda se tyto antioxidační látky mohou dostat skrze stěnu tenkého střeva do krve v množstvích, která by zajistila jejich biologickou účinnost především v samotném mozku. Ukázalo se že ano, neboť uvedené polyfenoly pronikaly z cirkulující krve do různých oblastí mozku, jmenovitě do mozkové kůry, striáta i do hipokampu. Experimentální studie dále ukázaly, že v hipokampech zvířat krmených dietou se zvýšeným obsahem těchto přírodních látek vzrostl počet nervových kmenových buněk (Lau et al., 2005). Ty se mohou přeměnit na vlastní nervové buňky a zmírnit tak úbytek neuronů ve stárnoucím nebo nemocí poškozeném mozku. Podobně jako polyfenoly působí také ω-3-mastné kyseliny (kyselina dokosahexaenová), které snižují ukládání Aβ a tím omezují oxidační stres podmiňující neurodegenerativní zánik buněk a následný kognitivní deficit. Přitom uvedené bioaktivní látky nemají nežádoucí účinky ani při dlouhodobě zvýšeném zastoupení v přijímané potravě (blíže viz Vondrejs et Cápal, 2004). Literatura: |
