Стратегии коррекции когнитивных функций Островская Р У Профессор

Стратегии коррекции когнитивных функций Островская Р. У. Профессор, г. н. с. ГУ НИИ Фармакологии им. В. В. Закусова РАМН, 125315, Москва, Балтийская, 8 rita@nicemail. ru

Ch. Lanni et al. Pharmacological Res. 2008, 57 ( 196 -213)

ОСНОВНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ, СОПРОВОЖДАЮЩИЕСЯ КОГНИТИВНЫМ ДЕФИЦИТОМ: БОЛЕЗНЬ АЛЬЦГЕЙМЕРА КОГНИТИВНЫЙ ДЕФИЦИТ ПРИ ШИЗОФРЕНИ ЕСТЕСТВЕННОЕ СТАРЕНИЕ ИНСУЛЬТ И ХРОНИЧЕСКАЯ НЕДОСТАТОЧНОСТЬ МОЗГОВОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ ЧЕРЕПНО-МОЗГОВАЯ ТРАВМА ЗАДЕРЖКИ УМСТВЕННОГО РАЗВИТИЯ ДЕТЕЙ ДЕФИЦИТ ВНИМАНИЯ С ГИПЕРАКТИВНОСТЬЮ

World population ageing Percentage Increase in Age of 60 and Over by Regions, 2000 -2050

COGNITION ENHANCERS= COGNITION ACTIVATORS= INTELLIGENCE BOOSTERS SMART DRUGS • ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА: • улучшают обучаемость, память, внимание • облегчают ассоциативную передачу в коре головного мозга • повышают устойчивость к действию различных повреждающих факторов. • Родоначальник класса-пирацетам ( ноотропы)

ВЕЩЕСТВА, ВОССТАНАВЛИВАЮЩИЕ КОГНИТИВНЫЕ ФУНКЦИИ: ПИРАЦЕТАМ И ЕГО ДЕРИВАТЫ ХОЛИНОПОЗИТИВНЫЕ В-ВА (ПРЕДШЕСТВЕННИКИ, АГОНИСТЫ, ИНГИБИТОРЫ AЦХ-ЭСТЕРАЗЫ) ГЛЮТАМАТЕРГИЧЕСКИЕ В-ВА ( АНТАГОНИСТЫ NMDA-РЕЦЕПТОРОВ, МЕМАНТИН, АМПА-КИНЫ, АНИРАЦЕТАМ, АГОНИСТЫ ГЛИЦИНОВОГО САЙТА ) 2+ АНТАГОНИСТЫ КАНАЛОВ Са (НИМОТОП, SNX-111) АНТИОКСИДАНТЫ, «ЛОВУШКИ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВ» , (ВИТАМИН Е, ТИРИЛАЗИД, МЕКСИДОЛ) НЕЙРОПЕПТИДЫ: А P, TRH, ACTH-аналоги, V

Существует 20 аминокислот

Нейропептиды играют особую роль, так как являются эндогенными регуляторами функций ЦНС и имеют ряд преимуществ перед другими группами препаратов: • высокая физиологическая активность (во много раз выше, чем у непептидных соединений); • наличие нескольких групп связывания для разных клеточных рецепторов и способность к регуляции экспрессии других сигнальных молекул, что обеспечивает многофункциональность нейропептидов; • минимум побочных эффектов; • способность проникать через гематоэнцефалический барьер; наличие трофических, медиаторных и эффекторных свойств Недостатки : • Низкая энзиматическая устойчивость, • Плохая проницаемость ГЭБ

Основные подходы к использованию пептидов в качестве лекарств : • Специальные формы доставки ; • Ингибирование деградации пептидов; • Модификация исходных пептидов ( D – аминокислотами, введением стабилизирующих групп); • Дизайн коротких активных пептидов, среди которых особое место занимают ДИПЕПТИДЫ в связи с большей стабильностью, наличием специфических АТФ-зависимых мест транспорта и биодоступностью для мозга. •

Проникновение пептидов через гемато-энцефалический барьер Механизмы транспорта веществ через гемато-энцефалический барьер клеточная миграция обратный захват пассивная диффузия переносчиком захват переносчиком рецепторный трансцитоз адсорбтивный трансцитоз ч/з плотные сочленения PEPT 2 неполярные, жирорастворимыесоединения липофильные, амфифильные, большинство ЛП глюкоза, аминокислоты, амины, трансферрин, инсулин, нуклеозиды, монокарбоксилаты, лептин, цитокины, вирусы олигопептиды Молекулы с большой молекулярной массой не проникают через ГЭБ Около 98% молекул с низкой молекулярной массой не проникают через ГЭБ Пассивная диффузия – основной вид транспорта через ГЭБ Основное условие проникновения вещества через ГЭБ – его достаточная липофильность Egleton R. D (2005), Pardridge W. M. (2005), Pajouhesh H. (2005) гистоны, авидин, гидрофильные растворимые катионизированный альбумин соединения

Пионерский подход, предложенный Т. А. Гудашевой в 1985 и развиваемый в Институте Фармакологии более 20 лет, состоит в дизайне дипептидов , которые имитируют структуру Непептидного прототипа с определенной нейротропной активностью Активного фрагмента исходного пептида с аналогичной активностью На основании структуры пирацетама как непептидного ноотропа и аргинин-вазопрессина как пептида с доминирующей мнемотроной активностью были получены дипептиды, содержащие одну из двух пирролидин-карбоксильных кислот- пироглютамат или пролин.

Доказательства участия аргининвазопрессина (AVP) в процессах старения и нейродегенеративной патологии мозга. Крысы линии Brattleboro (“естественные “ нокауты по AVP)демонстрируют дефицит обучения и памяти, а также задержку развития мозга. Дефицит AVP сопровождается мисридингом протеинов, что приводит к накоплению бета-амилоида и убиквитина (Van Leeuwen, Neuroscience letters 2004, 361. 124 -127).

Доказательства участия аргининвазопрессина (AVP) в процессах старения и нейродегенеративной патологии мозга. • Концентрация в мозге AVP уменьшается с возрастом. Экспрессия генов V(1 a) рецепторов c возрастом снижается • AVP вовлечен в нейро -репаративный процесс: сам AVP и его метаболиты, AVP 4 -9 и AVP 5 -8 оказывают нейротрофический эффект • Frolkis, V. Arch Gerontol Geriatr 2000 ; 29, 193 -214). T. Tarumi et al. , Brain Res. Bull. 2000, 51, N 5, 407 -411 Stopa and Volicer L. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 1999, 58: 29 -39). Liu et al. , J. Neuropathol. Exp. Neurol. 2000; 59: 314322 Post mortem анализ мозга людей с болезнью Альцгеймера обнаруживает уменьшение количества AVP содержащих нейронов м. РНК AVP в 3 раза ниже у людей с болезнью Альцгеймера, чем в контрольной группе людей того же возраста

• ААргинин-вазопрессин, АВП • Cys-Tyr-Phe-Glu-Asn-Cys-Pro-Arg-Gly-NH 2 • • АВП(4 -9) p. Glu-Asn-Cys(Cys)-Pro-Arg-Gly-NH 2 • ППироглутамиласпарпгинамид, ПГА • L-p. Glu-D-Asn-NH 2

200 -800 mg/kg 0, 001 – 1, 0 mg/kg 0, 01 – 1, 2 mg/kg PATENT US 5, 439, 930

ПИРАЦЕТАМ И ЕГО ПЕПТИДНЫЙ АНАЛОГ ЭТИЛОВЫЙ ЭФИР N-ФЕНИЛАЦЕТИЛ-L-ПРОЛИЛГЛИЦИНА ПИРАЦЕТАМ НООПЕПТ (ГВС – 111) (200 – 800 мг/кг) (0, 01 – 1, 2 мг/кг)

Для выявления ноотропной активности предложено использовать следующие экспериментальные тесты: Ассоциативное обучение с отрицательным подкреплением Ассоциативное обучение с положительным подкреплением (Тест пассивного избегания, тест активного избегания) ( Т-образный лабиринт) Пространственная ориентация и память ( водный лабиринт ) Контекстуальная память Неассоциативное обучение ( угашение) Для выявления анксиолитической активности: “Открытое поле”, приподнятый лабиринт, конфликтное поведение.

Нарушения когнитивных функций и нейрональные повреждения (*) вызывались следующими воздействиями :

НООТРОПНЫЙ ЭФФЕКТ НООПЕПТА: Ослабление амнетического эффекта электрошока, скополамина, цетилового эфира пролина, МК-801, кетамина в тесте УРПИ Облегчение обучаемости в тесте УРАИ Облегчение неассоциативного обучения (угашения) Облегчение контекстуального замирания Ослабление пространственной памяти в водном лабиринте, нарушенной холинергическим дефицитом, бульбэктомией, стрептозоцином Ослабление мнестического дефицита, вызванного травмой мозга, ишемией, геморрагическим воздействием Предотвращение отсроченных нарушений поведения у потомства, вызванных пренатальным воздействием алкоголя, гипоксии, морфина. АНКСИОЛИТИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ НООПЕПТА: “ открытое поле” на инбредных мышах, приподнятый лабиринт, конфликтное поведение) НЕЙРОПРОТЕКТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ: in vivo- уменьшение объема некротической зоны при кортикальном и корково-подкорковом инсультах , in vitro увеличение выживаемости нейронов в культуре тканей, подвергшейся воздействию H 2 O 2 глютамата, глюкозокислородной депривации, в культуре человеческих нейронов ( абортированные плоды с диагносцированным синдромом Дауна)

DRUGS acquisition DRUGS min consolidation hours, days, years storage DRUGS retrieval (Ivan Izquierdo, Ti. PS, 1989, 10, 175 -177)

ГВС-111, введенный через 24 часа после обучения, улучшает контекстуальную память при массированном режиме обучения и нарушает память в расставленном протоколе * * Массированное Расставленное А. Л. Высоцкий 2001

Ноопепт устраняет нарушение пространственной памяти, вызванное скополамином в тесте водного лабиринта Морриса. Введение препаратов Ознакомление (8 предъявлений) 30 мин 24 часа Тестирование (5 предъявлений) 10 дней Тестирование (5 предъявлений) Время отыскания скрытой платформы мышами линии BALB/c. *- достоверное отличие от контрольной группы, р<0, 05 # - достоверное отличие от группы мышей, которым вводили только скополамин, р<0, 05

Cholino-sensibilizing effect of Noopept ( GVS-111) a b c Facilitating effect of GVS-111 (10– 12 M) on the neuronal reaction to Acetylcholine (Ach) application and intraneuronal electrical depolarization (isolated neurons from Helix Lucorum)

Болезнь Альцгеймера представляет собой наиболее распространенную форму первичных дегенеративных деменций позднего возраста, которая характеризуется постепенным малозаметным началом в пресенильном или старческом возрасте, неуклонным прогрессированием расстройств памяти и высших корковых функций вплоть до тотального распада интеллекта и психической деятельности в целом, а также типичным набором нейропатологических признаков.

Патофизиологические механизмы развития болезни Альцгеймера (БА)(Longo et al, 2004) Повышение внутриклеточного уровня Бета-амилоида Потеря холинергической и других нейропередач Потеря: синапсов, нейронов Потеря ретроградного транспорта нейротрофионов Активация микроглии Аккумуляция ROS Увеличение/изменения в: • Стресс-киназы/JNK сигналинге • Фосфориляция таурина • Глутаматная трансмиссия • Ионный транспорт • Сигналинг нейротрофинов • Про-апоптотическая/каспазная регуляция

Модели Болезни Альцгеймера 1. Трансгенные модели БА 2. Хирургическое разрушение отделов мозга (базальные ядра, септогиппокампальные пути, fornix) 3. Введение химических веществ (локальное или системное), провоцирующих биохимические изменения характерные для БА 4. Ускоренное старение (SAM models)

Трансгенные модели БА Модель Сходства с БА Характер изменений Поведенческие проявления Животные с геном APP Образование амилоидных бляшек, гибель нейронов, восполнение Когнитивный дефицит Животные с геном пресенилина В ряде случаев провоцирует образование амилоидных бляшек Когнитивный дефицит Животные с геном белка Образование тау нейрофиламентов гибель нейронов Когнитивный дефицит Double и Triple трансгенные животные Образование бляшек, нейрофиламентов гибель клеток Когнитивный дефицит

Хирургические повреждения мозга Модель Сходства с БА Характер изменений В области гиппокампа и Нарушение отделов гиппокамп-септальных мозга, отвечающих связей, префронтальной за ассоциативную коры деятельность В области базальных ядер Дегенерация холинергических проекций в кору и гиппокмап В области обонятельной Нарушение отделов луковицы мозга, отвечающих за ассоциативную деятельность Поведенческие проявления Когнитивный дефицит

Инъекционные модели Модель Сходства с БА Характер изменений Поведенческие проявления Введение токсина AF-64 А (локальное введение) Нарушения холинергической системы Когнитивный дефицит Введение амилоида в ядра Мейнерта (локальное введение) Нейродегенеративные изменения в коре и гиппокампе. Образование амилойдных бляшек Когнитивный дефицит Системное введение блоктаора мускариновых холиергических рецепторов скополамина и никотиновых рецепторов мекамиламина Нарушения холинергической системы Когнитивный дефицит Введение стрептозоцина (системное и внутрижелудочковое введение) Образование бляшек, нейрофибрилл, гибель нейронов, воспаление Когнитивный дефицит

Ольфакторная бульбэктомия рассматривается как одна из моделей болезни Альцгеймера. • Bulbus olfactorius (наряду с гиппокампом) во взрослом мозге содержит мультипотентные стволовые клетки. • Bulbus olfactorius дает многочисленные холинергические проекции в неокортекс и гиппокамп (Gage F. N. , Science 2000, 287: 1433 -1438). Удаление bulbus olfactorius приводит к: • • • холинергическому дефициту накоплению бета-амилоида в неокортексе и гиппокампе когнитивному дефициту, проявляющемуся в нарушении пространственной памяти и ориентации. Эксперименты выполнены совместно с Н. В. Бобковой

• OB-bulbus olfactorius, • CTX- CORTEX (incl. prefrontal region) • Hippo-Hippocampus • Basal Forebrain incl. Meinert nucl.

Ноопепт (0, 01 мг/кг в течение 21 дня) восстанавливает предпочтение заученного места, нарушенное ольфабульбэктомией (тест «водный лабиринт Морриса» ) * Скрытая платформа * * * - р<0, 05 по сравнению с сектором обучения * Ложная операция+физ. раство р бульбоэктомия+ физ. раствор бульбоэктомия+ Ноопепт 0. 01 мг/кг 21 день

Ноопепт в условиях лечебного и особенно профилактического введения ослабляет амнестический эффект β – амилоида 25 -35, введенного в ядро Мейнерта * -р < 0. 05 от пассивного контроля # - р < 0. 05 от активного контроля

Стрептозоцин воспроизводит метаболические черты БА* : § Десенситизация инсулиновых рецепторов мозга § Нарушение экспрессии факторов роста §Образование амилоидных бляшек § Образование нейрофибрилл § Оксидативный стресс §Подавление синтеза ацетилхолина § Усиление высвобождения глютамата § Гибель нейронов и микроглии Нарушение когнитивных способностей, в особенности пространственной памяти *Scudelski, 2001; Sharma, 2002; Salkovic-Petrisic and Hoyer, 2007

Ноопепт устраняет дефицит нейротрофических факторов в гиппокампе, вызванный введением стрептозоцина в желудочки мозга * * # # * -р < 0. 05 от пассивного контроля # - р < 0. 05 от активного контроля

Ноопепт стимулирует экспрессию NGF и BDNF в гиппокампе крысы * * * - р<0, 05 по сравнению с контролем 0, 9% Na. Cl Ноопепт 0, 5 мг/кг однократно Ноопепт 0, 5 мг/кг 28 дней Совместные эксперименты с Институтом биохимии и генетики УНЦ РАН (Вахитова Ю. В. и др. )

Ноопепт устраняет активацию перекисного окисления, вызванную стрептозоцином * # * -р < 0. 05 от пассивного контроля # - р < 0. 05 от активного контроля

Ноопепт устраняет амнестический эффект Стрептозоцина (в/жел. мозга) на модели УРПИ # * * -р < 0. 05 от пассивного контроля # - р < 0. 05 от активного контроля

КОНТИНУУМ : старение, мягкое когнитивное снижение (MCI), болезнь Альцгеймера ( AD) Aging MCI Mild AD НФК в энторинальной коре и гиппокампе + до ++ ++++ Бляшки Нет или очень мало Немного в височной коре и гиппокампе Много бляшек в височно-теменной и лобной коре Потеря нейронов в энторинальной коре и С 1 гиппокампа Нет Небольшая 30 -60% Global deterioration scale 1 2 3

Термин “ Мягкие когнитивные нарушения“ предложен для состояний, при которых незначительные возрастные проблемы с памятью и другими когнитивными функциями становятся клинически значимыми, хотя пациенты продолжают вести привичный образ жизни. • Каждые 10 -15% из числа пациентов с амнестической формой мягких когнитивных нарушений в течение 1 года начинают демонстрировать признаки болезни Альцгеймера ( начальная фаза). (From consensus paper of Peterson R. , J. Morris et al. , Arch. Neurol. 2001, v. 58, 1985 -1992)

Клинические исследования Ноопепта проводилась на 600 ( 250 + 350 ) пациентах ( в рамках фаз II, III и пострегистрационных исследований ) с мягкими когнитивными нарушениями ( MMSE - 27 -28 баллов) цереброваскулярного и пост-травматического генеза Оценивались следующие параметры: Психо- физиологическое тестирование CANTAB (Cambridge Neuropsychological Test Automated Battery). Самооценка, краткий когнитивный тест( BCRS), тестирование когнитивных возможностей( CCSE), минимальная оценка умственного статуса( MMSE) , тест Спилберга-Ханина, ; Количественный анализ ЭЭГ Лечение Ноопептом 5 -10 мг 3 раза в день, в течение 56 дней подтвердило экспериментальные данные о ноотропном и анксиолитическом действии Ноопепт в виде таблетированной формы зарегистрирован в качестве ноотропного средства (рег. номер ЛС-001577 от 12. 05. 2006).

Ноопепт превышает пирацетам по эффективности у больных с мягкими когнитивными нарушениями (MCI) 1 0 2 3 3 1 2 3 -significant improvement , 2 -moderate one, 1 –slight one, 0 - worsening Доза Ноопепта 15 -30 мг в день Доза Пирацетама 1600 мг в день

Влияние ноопепта на основные патофизиологические механизмы развития спорадической БА Повышение внутри/внеклеточного уровня Аβ Клиренс Гипофункция холинергической нейропередачи Потеря: синапсов, нейронов Потеря ретроградного транспорта нейротрофионов Активация микроглии Аккумуляция ROS Увеличение/изменения в: • Стресс-киназы/JNK сигналинге • Фосфориляция тау-белков • Глутаматная токсичность • Ионный транспорт • Экспрессия нейротрофинов • Про-апоптотическая/каспазная регуляция

Сравнение терапевтической эффективности ноопепта по разности средних показателей между тестовыми оценками к моменту окончания и до начала терапии у пациентов с Аро. Е 4(-) (1 группа), и Аро. Е 4(+) (2 группа) генотипами ( НЦПЗ, 2008)

Цитировано по: «Drug discovery in dementia: the role of rodent models» Debby Van Dam* and Peter Paul De Deyn www. nature. com/reviews/drugdisc 956 | NOVEMBER 2006 | VOLUME 5

УЧАСТИЕ В ИЗУЧЕНИИ НООПЕПТА ИНСТИТУТЫ РАМН : : ФАРМАКОЛОГИИ, ФИЗИОЛОГИИ, ПАТОЛОГИЧЕСК’ ФИЗИОЛОГИИ ЦЕНТР НЕВРОЛОГИИ ( Институт МОЗГА) ИНСТИТУТЫ РАН: БИОФИЗИКИ, БИОЛОГИИ РАЗВИТИЯ, МОЛЕКУЛЯРНОЙ ГЕНЕТИКИ ПСИХОЛОГИИ Институт биохимии и генетики УНЦ РАН МГУ Department of Neuroscience, Univ. Connecticut Farmington USA; Department of Med. Biochem. & Biophysics, Umea University, Sweden.

Позитивные симптомы Негативные симптомы Нейро галлюцинации когнитивный эмоциональное бред дефицит уплощение нарушения мышления алогия и поведения дефицит внимания аутизация кататония нарушения памяти и недостаток мо- психомоторное операционального тивации и воле- возбуждение мышления вых импульсов бедность снижение пси- ассоциативного хической процесса активности

p. Glu 1 -Leu 2 -Tyr 3 -Glu 4 -Asn 5 -Lys 6 -Pro 7 -Arg 8 -Arg 9 -Pro 10 -Tyr 11 -Ile 12 -Leu 13 Нейротензин RCO-L-Pro-L-Tyr-R’

Дилепт, подобно всем нейролептикам, эффективен на широкой батарее тестов, имитирующих гиперактивность дофамина ( локомоторная активация, стереотипия и др. ). Дилепт в отличие от известных антипсихотиков УЛУЧШАЕТ выполнение когнитивных тестов на ( модели УРПИ, водного лабиринта). Он устраняет амнестические эффекта скополамина ( блокатора мускаринового типа холинорецепторов) и мекамиламина. Дилепт устраняет амнестический эффект блокатора NMDA-рецепторов, кетамина. ДА -- АЦХ + ГЛЮТ +

Предпульсовое торможение (ППТ, PPI) относится к числу так называемых симуляционных моделей, имитирующих нарушение информационного “ гейтинга “ при шизофрении Дилепт (ГЗР-123) устраняет дефицит ППТ в дозах 1, 6 -6, 4 мг/кг, Клозапин оказывает аналогичный эффект в дозе 20 мг/кг и более.

Yong Seok Lee. 2009 www. nature com/rev/neuro

J. Graff, Behav. Brainr. res. 2008, 192, 70 -87. Epigenetic code in cognition

Molecular intervention 2003, vol 3, 4,

Grayson D. R. , A. Guidotti, E. Costa. Epigenic hypothesis of schizophrenia Schiz. Res Forum 2008, 17 Jan.

Who's Who in the Race for “Brain Viagra” Cortex Pharmaceuticals Irvine, Calif. Drug: CX 516 , CX-546, AMPALEX, LY 503430 Glaxo. Smith. Kline , Middlesex, U. K. Drug: SB 271046 , Blocks a serotonin receptor that is prevalent in the hippocampus. Memory Pharmaceuticals , Montvale Drug: Phosphodiesterase-4 inhibitors Indirectly boosts memory by preventing the breakdown of cyclic- AMP Helicon Therapeutics , Farmingdale, N. Y. Drug: PDE-4 inhibitors and others , indirectly boosts CREB memory protein. Merck & Co. , Whitehouse Station, N. J. Drug: GABA inverse agonists Modulates GABA receptors to increase alertness in brain regions central to learning and memory. . Roche, Toyota Chemical Aniracetam

Increasing brain power? Exercise yourbrain!

Rita Levi-Montalcini born April 22, 1909[ In 1986 Levi-Montalcini and collaborator Stanley Cohen received the Nobel Prize in Medicine Discovery of nerve growth factor