Мультимодальное действие нейропептидов доказанные эффекты Н В

Скачать презентацию Мультимодальное действие нейропептидов доказанные эффекты Н В

1_Gulyaeva_Kazan_17_05_16_final (1).pptx

Количество слайдов: 51

Мультимодальное действие нейропептидов – доказанные эффекты Н. В. Гуляева Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН; Научно-практический психоневрологический центр ДЗМ, Москва

ЧЕРЕП – маленькая костяная коробка, в скелете в которой заключена Вселенная. Соня Шаталова, аутист, 8 лет

• НЕЙРОПЛАСТИЧНОСТЬ • НЕЙРОПРОТЕКЦИЯ • НЕЙРОТРОФИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ • НЕЙРОТРОФИЧЕСКАЯ ТЕРАПИЯ

Нейропластичность: определение 1 Идею «пластичности» мозга впервые предложил американский философ/психолог Уильям Джеймс (William James) в 1890 г. (The Principles of Psychology), однако идею не использовали на протяжении последующих пятидесяти лет. Термин «нейропластичность» впервые был введен польским нейрофизиологом Ежи Конорским (Jerzy Konorski).

Нейропластичность: определение - 2 • Нейропластичность – неспецифический термин, подразумевающий способность мозга и нервной системы структурно и функционально изменяться, подвергаться реорганизации в ответ на факторы внешней или внутренней среды, в норме и патологических состояниях.

Нейропластичность: уникальная способность нервной системы к адаптации Феномены пластичности реализуются на разных уровнях: • синаптическом (прунинг как основа установления и устранения межнейронных связей в зависимости от необходимости), • клеточном (аксональный спрутинг как компенсаторное переключение связей поврежденных нейронов), • регионарном (нейро- и глиогенез, гибель клеток), • органном (перестройка нейронных сетей), • организменном (обучение, память).

Нейропластичность: функции адаптация - самореорганизация - репарация Норма • Основанный на пластичности процесс адаптации происходит в течение всей жизни и является основой функционирования нервной системы (в т. ч. обучение и память). • Оперативное изменение реактивности нейронов и связей между ними в ответ на новую информацию, или повреждение (самореорганизация). • Компенсация нарушенных вследствие патологических процессов структур и/или функций за счет репарации в нервной системе. Патология

Нейропротекция как подход к поддержанию оптимального уровня пластичности мозга = перспективная стратегия профилактики и лечения заболеваний нервной системы • Нейропротекция – поддержание (восстановление, стимуляция) механизмов разного уровня для обеспечения оптимальной нейропластичности, и, как следствие, структурной и функциональной устойчивости мозга. • Нейропротекция – прогрессивная стратегия современной медицины, в основе которой лежит повышение/оптимизация нейропластичности на разных уровнях и применяемая в первую очередь при лечении неврологических заболеваний, а также при старении и психических заболеваниях.

Нейрогенез: важнейший процесс поддержания нейропластичности • Нейронные сети мозга возникают в процессе развития в результате нейрогенеза (новообразования нейронов). • Процесс нейрогенеза с меньшей скоростью продолжается в мозге человека в течение всей его жизни. • Основные нейрогенные (герминативные) зоны – субвентрикулярная (желудочки) и субгранулярная (гиппокамп).

Нейротрофические факторы: ключевое звено поддержания функционирования мозга/нейропластичности • Нейротрофические факторы (НТФ) — семейство регуляторных белков нервной ткани, синтезируются нейронами и клетками глии и способствуют пролиферации, дифференцировке и поддержанию жизнеспособности и функционирования нейронов. * НТФ могут синтезироваться и вне мозга

Нейротрофические факторы: роль в формировании и поддержания функционирования мозга • Во время эмбрионального развития НТФ способствуют созданию цитоархитектуры нервной ткани и формированию фенотипа клеток. • Во время пренатального онтогенеза НТФ функционируют как физиологические сигналы выживания для нейронов: в зрелой нервной системе присутствуют только те нейроны, которые получили НТФ в надлежащем количестве от клеток-мишеней и установили с ними синаптические контакты. • Во взрослом мозге НТФ обеспечивают выживание и функционирование нейронов, т. е. существование и функционирование мозга как единого целого.

Открытие и исследование нейротрофических факторов Первые работы: 1934 - 1939: Виктор Гамбургер, зависимость между состоянием нейронов и иннервируемого ими органа и предположение о наличии сигнального мехнизма 1900 -2001 1942: Леви-Монтальчини и Леви, сигнальный механизм дифференцировки нейронов 1949: Гамбургер и Леви-Монтальчини вместе провели эксперименты, подтвердившие гипотезу нейротрофической регуляции функционирования нейронов Hamburger, V. and Levi-Montalcini, R. (1949) J. Exp. Zool. 111: 457 -502. 1909 -2012

1954: Появление отростков симпатического нейрона в культуре в присутствии экстракта нервной ткани 1960: Впервые выделен НТФ – Экстракт + Экстракт 1969: НТФ очищен до гомогенного состояния – фактор роста нервов (NGF) 1986: Леви-Монтальчини получает Нобелевскую премию вместе со Стенли Коэном в категории «Физиология или Медицина» «за их вклад в открытие факторов роста»

NGF – первый открытый представитель первого семейства нейротрофических факторов – нейротрофинов. К настоящему времени открыты и Стенли Коэн 1922 охарактеризованы десятки нейротрофических факторов, принадлежащих к 20 семействам. . .

Открытие лауреатов Нобелевской премии 1986 г. Риты Леви. Монтальчини и Стенли Коэна легло в основу принципа «нейротрофической терапии» “…поскольку гибель клеток нейрональной популяции может быть связана со сниженным уровнем нейротрофических факторов, таких как NGF, поддержание их уровня за счет действия внешних факторов или стимуляция эндогенной продукции фармакологическими препаратами может открыть перспективные подходы к терапии…” Р. Леви-Монтальчини (1986 г) Поддержание оптимального уровня функционирования системы нейротрофических факторов – основная задача перспективных нейропротекторных стратегий.

НТФ участвуют в ключевых процессах поддержания структурной нейропластичности • В нервной системе НТФ действуют локально в месте высвобождения и индуцируют ветвление дендритов (арборизацию) и рост аксонов (спрутинг) к мишеням • Синаптический спрутинг обеспечивает усиление нейрональных токов и образование новых синаптических связей, обусловливает пластичность мозга и формирует механизмы, участвующие в восстановлении нарушенных неврологических функций при повреждениях мозга и нейродегенеративных заболеваниях

Семейство нейротрофинов: NGF, BDNF, NT-3 и NT-4 Наиболее высокий уровень НТФ в гиппокампе и неокортексе Структура нейротрофина 120 аминокислотных остатков; 2 идентичных полипептидных цепи (димер); 6 остатков цистеина с дисульфидными мостиками в каждой субъединице. .

Синтез и сортинг НТФ Нейротрофины синтезируются в виде предшественников - проформ (250 а. о. ), затем протеолитически расщепляются, «созревают» с образованием функционально активных нейротрофинов (120 а. о. ). From Lu et al. , 2005 «Зрелые» нейротрофины и их проформы функционально различны

Механизм действия нейротрофинов = Нейротрофиновая сигнализация • Основной механизм передачи сигнала нейротрофинов – через рецепторы на мембранах клеток. • Ключевые рецепторы нейротрофинов двух типов: тирозинкиназные и р75. Bibel M , and Barde Y. Genes Dev. 2000; 14: 2919 -37 Сигнал на развитие и нейродегенерацию и выживание нейрона гибель нейрона Трансдукция сигнала через рецепторы НТФ модулирует транскрипцию в клетке

Сродство нейротрофинов к рецепторам различается для зрелых и про-форм: зрелые НТФ способствуют выживанию нейронов Про-нейротрофины (незрелые) Зрелые (расщепленные) НТФ

Ключевые факторы, определяющие действие нейротрофинов: • тип нейротрофина (NGF, BDNF, NTs) • соотношение зрелый нейротрофин / про-нейротрофин • состав рецепторов на мембране клетки

Физиологическая регуляция синтеза НТФ и их рецепторов обеспечивает нейропластичность • Нейрональная активность регулирует транскрипцию генов нейротрофических факторов и их рецепторов в ЦНС. • • Нейротрофические факторы регулируют выживание и активность нейронов. ФУНКЦИЯ НТФ • Множественность НТФ и их рецепторов, многочисленные варианты взаимодействия, возможность запуска разнообразных каскадных путей трансдукции сигнала в нейроне, модуляция транскрипции и эпигенетические эффекты определяют центральную роль НТФ в функционировании нервной системы, ее развитии, поддержании ее стабильности, реализации возможностей репарации при повреждении.

НЕЙРОТРОФИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ И БОЛЕЗНИ МОЗГА: СИСТЕМА НЕЙРОТРОФИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ КОНТРАПУНКТ ГИБЕЛИ, ВЫЖИВАНИЯ И ВОЗОБНОВЛЕНИЯ ПУЛА НЕЙРОНОВ

Основные механизмы гибели нейронов в зоне пенумбры и периоды развития этих механизмов с момента повреждения Ядро Пенумбра Зона сниженного кровотока Острая некротическая гибель в ишемическом очаге Dirnagl, Iadecola, Moskowitz. Trends Neurosci, 1999 Все известные механизмы гибели нейронов прямо или опосредованно зависят от состояния системы НТФ

Нейровоспаление и нарушения функции глии • Нейровоспаление – многоуровневый молекулярноклеточный механизм, на первом этапе действия патологического фактора обеспечивающий адаптивнокомпенсаторную реакцию мозга, а затем участвующий в патогенезе нейродегенерации. • Основные клеточные компоненты – активированная микроглия и астроциты, молекулы-медиаторы воспаления – цитокины. • Нейровоспаление является ключевым фактором патогенеза всех известных неврологических и психических заболеваний. НТФ - центральные сигнальные молекулы, обеспечивающие поддержание нейропластичности в условиях нейровоспаления.

Нарушения нейрогенеза и нейротрофические факторы Все патологии, приводящие к гибели нейронов, вызываются и/или сопровождаются выделением факторов, нарушающих нейрогенез. Потенциальные нарушения нейрогенеза : • усиление или ослабление пролиферации • изменения дифференцировки/ созревания • изменения миграции клеток • изменения специфичности ответа разных нейрогенных ниш (SGZ vs SVZ) • Снижения нейрогенеза при депрессии, нейродегенеративных заболеваниях, шизофрении, старении и т. д. • «Нейровоспалительный стресс» - механизм нарушения нейрогенеза в SVZ и SGZ • При ишемическом инсульте новорожденные нейроны мигрируют к поврежденному участку (компонент эндогенного процесса репарации). Нейрогенез непосредственно регулируется нейротрофическими факторами.

Все без исключения патологии центральной нервной системы связаны с нарушениями синтеза, процессинга и секреции нейротрофических факторов и экспрессии их рецепторов. Как правило, такие измененения локализованы в областях ЦНС, функционирование которых нарушено.

Основные нарушения системы НТФ при заболеваниях нервной системы (инсульт, травма, нейродегенеративные заболевания, психические заболевания): 1. Недостаточные синтез и секреция нейротрофинов; 2. Нарушенная экспрессия рецепторов Trk и р75. 3. Аберрантный процессинг НТФ – повышение соотношения про-НТФ / зрелые НТФ. Результат: нарушение нейропластичности, снижение сигнала на выживание нейронов, усиление сигнала, способствующего дегенерации и гибели нейронов

Эффекты нейротрофинов в поврежденном мозге (по данным эксперимента и клиники)

Исходя из ключевой роли НТФ как сигнальных молекул в поддержании нормальной нейропластичности и функциональной стабильности нервной системы, а также с учетом плейотропности механизмов, в которых задействованы НТФ, сформулирована концепция о НЕЙРОТРОФИЧЕСКОЙ ТЕРАПИИ как важней части нейропротекторной и репаративной терапии. .

Эффективные лекарственные препараты, независимо от исходной мишени в мозге, благоприятно влияют на системы нейротрофических факторов Индукторы синтеза NGF, BDNF, GDNF : ингибиторы МАО и холинэстеразы, трициклические антидепрессанты, агонисты серотониновых и дофаминовых рецепторов, стимуляторы АМРА рецепторов, антагонисты рецепторов ГАМК, NMDA, ингибиторы обратного захвата моноаминов, L-ДОФА, иммуносупрессоры (BDNF, GDNF), широко применяемые для лечения болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, бокового амиотрофического склероза, депрессии. Этот факт подтверждает ключевую роль НТФ в поддержании оптимального уровня пластичности мозга

Важная задача нейропротекторной терапии: найти пути in vivo селективной регуляции нейротрофических факторов в таргетных структурах мозга Основные проблемы: • направленная и специфичная доставка НТФ; • поиск специфических активаторов рецепторов Tr. K.

Терапевтические стратегии восстановления функции НТФ при заболеваниях мозга (на примере BDNF)

Какими свойствами должны обладать препараты, потенциально перспективные для поддержания оптимального уровня пластичности, обеспечения адаптации, нейропротекции и репарации? 1. Регулировать баланс нейротрофических факторов в мозге 2. Оказывать плейотропные эффекты за счет множественных мишеней и механизмов действия

Нейропептиды = Регуляторные пептиды И. П. Ашмарин (1925 -2007) пионер исследования нейропептидов в СССР • Регуляторные пептиды — это универсальные эндогенные биорегуляторы клеточных функций в организме. Они являются частью сложнейшей системы специализированных молекул-сигнализаторов — переносчиками информации между клетками организма. Их основная функция — интеграция нервной, эндокринной и иммунной системы в единый функциональных континуум. Кроме этого, они могут выполнять функции нейромодуляторов и гормонов. • И. П. Ашмарин разработал концепцию функционального континуума регуляторных пептидов и пептидного каскада (Ашмарин И. П. Перспективы практического применения и некоторых фундаментальных исследований малых регуляторных пептидов, Вопр. мед. химии, т. 30, в. 3, с. 2, 1984)

Нейропептиды мозга - нейротрофин-подобные агенты, обладающие плейотропным нейропротекторным действием Базируясь на концепции функционального континуума регуляторных пептидов и пептидного каскада, оптимальным источником пептидов для регуляции системы нейротрофических факторов является нервная ткань. Потенциально эффективными могут быть препараты пептидной природы, обладающие нейропротекторным действием. Нейропротекторный эффект обязательно реализуется с участием системы нейротрофических факторов.

ПРЕПАРАТЫ НА ОСНОВЕ ПЕПТИДОВ ИЗ МОЗГА ЖИВОТНЫХ Кортексин (Герофарм, Россия) - препарат на основе водорастворимых полипептидных фракций, полученных путем гидролиза тканей мозга крупного рогатого скота или свиней. Содержит комплекс биологически активных полипептидов с молекулярной массой от 1 до 10 к. Да (около 90%) и левовращающих аминокислот (около 10%). Церебролизин (Ever Neuro. Pharma, Австрия)- препарат, содержащий низкомолекулярные биологически активные нейропептиды до 10 к. Да - гидролизат из мозга свиней и комплекс левовращающихся аминокислот в соотношении 85% и 15%, а также витамины и микроэлементы. Церебролизат (Белоруссия) - гидролизат головного мозга крупного рогатого скота, содержащий свободные аминокислоты и пептиды. Цереброкурин (Украина) - препарат на основе активных нейропептидов, полученных из мозга эмбрионов крупного рогатого скота.

НАУКА – познание, основанное на сомнении. – система познания, в которой нет места вере. Соня Шаталова, 10 лет

Пептиды в составе препаратов могут действовать: 1. Непосредственно (связываясь с рецепторами или влияя на активность определенных ферментов) – показано в экспериментах in vitro; 2. Запуская сигнальные и метаболические каскады через рецепторы и изменяя экспрессию определенных генов – показано в экспериментах in vivo; 3. Превращаясь путем протеолиза в организме в более мелкие пептиды с иными свойствами.

Мишени нейропептидных препаратов? Множественные мишени - основа множественных эффектов (плейотропного действия)

НЕЙРОПЕПТИДНЫЕ ПРЕПАРАТЫ КАК « КОМБИНАТОРНАЯ БИБЛИОТЕКА ПЕПТИДОВ» МОЗГА Наличие в составе таких препаратов пептидов из мозга позволяет рассматривать их как природную комбинаторную пептидную библиотеку, дающую следующие возможности: • Использование разных пептидов в зависимости от конкретной ситуации для реализации нейропротекторных / нейротрофических эффектов препарата. • Выбор активных пептидов, что важно для репаративных/ восстановительных процессов в мозге, поскольку патологические изменения могут иметь различную природу и происходить в разных типах клетках, включая нейроны разного типа.

« ВНУТРЕННИЙ» И «ВНЕШНИЙ» СИНЕРГИЗМ НЕЙРОПЕПТИДНЫХ ПРЕПАРАТОВ Аминокислоты, витамины, макро- и микроэлементы в составе пептидных препаратов : • выполняют конкретные функции в нервной системе; • функционируют в качестве кофакторов или факторов стабильности белков организма; • усиливают нейротрофический эффект нейропептидов. Это дает возможность реализации не только аддитивного, но и синергического взаимодействия эффектов отдельных компонентов препарата, включая взаимодействие между разными пептидами( «внутренний синергизм» ). • Показано синергическое действие пептидных препаратов с антидементными препаратами (например, Церебролизина с ингибитором холинэстеразы – донепезилом) и позитивные эффекты при использовании вместе с другими препаратами у фармакорезистентных больных (Allegri & Guekht, 2012).

Документированные тканеспецифичные молекулярные механизмы нейротрофиноподобных эффектов нейропептидных препаратов Антиапоптотические эффекты, предотвращение гибели клеток, регенерация нейронов Восстановление холинергической функции нейронов Активация дыхательной цепи митохондрий, предотвращение энергетического дефицита Кортексин, Церебролиз ин Защита от глутаматной токсичности и окислительного стресса Оптимизация системы НТФ, в т. ч. соотношения зрелых НТФ и их предшественников, рецепторов Оптимизация синаптогенеза и нейрогенеза Стимуляция ангиогенеза Снижение отека мозга Предотвращение или снижение нейровоспаления

Кортексин ингибирует активность протеиназ, связанных с гибелью клеток (собственные данные) • Впервые показано, что Кортексин с высокой специфичностью ингибирует каспазу-8 и каспазу 3, а также калпаин и катепсин В в мозге. • Ингибирующие свойства Кортексина обладают ярко выраженной тканеспецифичностью.

Молекулярные партнеры пептидов Кортексина (собственные данные) Впервые выявлены молекулярные партнеры пептидов Кортексина в мозге. Идентифицированы 4 белка, 3 из которых мозгоспецифичные: • белки цитоскелета нейронов, актин и тубулин, • мозговая изоформа креатинкиназы – ключевой фермент энергетического метаболизма, • нейрон-специфичный белок 14 -3 -3 – фактор трансдукции сигнала ( «молекулярный переключатель» ), в частности, модулирующий гибель нейронов.

Позитивные эффекты нейропептидных препаратов при физиологическом старении опосредованы нормализацией системы нейротрофических факторов (собственные данные на примере Церебролизина, Neuronal Plasticity, в печати) При старении (крысы в возрасте 24 мес. ) Церебролизин: • Достоверно улучшает долговременную память • Нормализует возрастные изменения системы NGF в неокортексе: в неокортексе Снижает уровни про-NGF Изменяет экспрессию рецепторов NGF (Trk. A и p 75), приближая их к p 75 уровню молодых животных

Три кита терапевтического действия препаратов на основе пептидов из мозга

Терапевтический эффект Нейропротекция, Репарация, Адаптация за счет оптимизации нейропластичности и снижения гибели нейронов Эффекты на систему нейротрофинов (↑ зрелые, ↓проформы, ↑ Trk. R), нейровоспаление (↓ микроглия, астроциты, медиаторы воспаления), нейрогенез (↑) • Множественность мишеней • Возможность «выбора» действующего компонента Синергизм Тропность к ткани (Ц)НС (компонентов в составе пептидного препарата и с другими препаратами) Многокомпонентность: нейропептиды, аминокислоты, витамины, минеральные в-ва Кортексин, Церебролизин Тканеспецифичность пептидной составляющей (головной мозг)

РОМАНТИКА – настроение, когда во всём обычном видишь чудо. Соня Шаталова, 8 лет

Уровень NGF увеличивается на стадии ранней интенсивной романтической любви Нейропептидные препараты стимулируют системы нейротрофинов, в т. ч. NGF, следовательно. .