Роль шаперонов в реализации энерготропного механизма нейропротективного действия мозга у детей с расстройствами аутистического спектра

26. Langdon R 1, Coltheart M, Ward PB, Catts SV. Disturbed communication in schizophrenia: the role of poor pragmatics and poor mind-reading.// Psychol Med. 2002 Oct;32(7):1273-84.

27. Berna F1, Bennouna-Greene M, Potheegadoo J, Verry P, Conway MA, Danion JM. Impaired ability to give a meaning to personally significant events in patients with schizophrenia. // Conscious Cogn. 2011 Sep;20(3):703-11.

28. Morise C 1, Berna F, Danion JM. The organization of autobiographical memory in patients with schizophrenia.//Schizophr Res. 2011 May;128(1-3):156-60. doi: 10.1016/j.schres.2011.02.008. Epub 2011 Mar 6.

29. Dimaggio G1, Nicolo G, Brüne M, Lysaker PH. Mental state understanding in adult psychiatric disorders: impact on symptoms, social functioning and treatment. Psychiatry Res. 2011 Nov 30;190(1):1-2. doi: 10.1016/j.psychres.2011.02.005. Epub 2011 Mar 8.

30. Lysaker PH, Leonhardt BL, Brüne M, Buck KD, James A, Vohs J, Francis M, Hamm JA, Salvatore G, Ringer JM, Dimaggio G Capacities for theory of mind, metacognition, and neurocognitive function are independently related to emotional recognition in schizophrenia.//Psychiatry Res. 2014 Sep 30;219(1):79-85. doi: 10.1016/j.psychres.2014.05.004. Epub 2014 May 10.

Abstract: The article is devoted to the peculiarities of metacognitive profile and social functioning in patients with paranoid schizophrenia depending on gender. 150 patients of both sexes participated in the study. The study revealed the gender-specific characteristics of clinical manifestations that affect the social adaptation of patients, the system of stratification of rehabilitation potential was developed.

Key words: paranoid schizophrenia, metacognition, gender-specific disadaptation of social functioning, rehabilitation.

УДК 616.092-612.02-159.972

РОЛЬ ШАПЕРОНОВ В РЕАЛИЗАЦИИ ЭНЕРГОТРОПНОГО МЕХАНИЗМА НЕЙРОПРОТЕКТИВНОГО ДЕЙСТВИЯ МОЗГА У ДЕТЕЙ С РАССТРОЙСТВАМИ АУТИСТИЧЕСКОГО СПЕКТРА

Л. А. Цукурова

Кубанский медицинский институт, 350015, Краснодар, ул. Буденного, 198

Резюме. Целью нашего исследования было изучение нейропротективных свойств HSP-белков у детей с расстройствами аутистического спектра (РАС). Обследовано 45 детей с РАС - (F 84) в возрасте от 3 до 15 лет. Обследование включало осмотр специалистами, оценку в сыворотке крови белков теплового шока (Heat shock proteins) - Hsp27, Hsp70. Выявлено снижение Hsp27 в общей группе (ОГ), у мальчиков и при всех степенях тяжести, а Hsp70 в ОГ и более выраженное при тяжелой степени тяжести. Отмечено ослабление нейропротективных свойств головного мозга у детей с РАС, связанных с нарушением энерготропных механизмов, антиапоптотических функций головного мозга, обусловленных снижением уровня шаперонов.

Ключевые слова: аутизм, дети, шапероны, белки теплового шока, Hsp27, Hsp70. Введение.

Термин «расстройства аутистического спектра» (РАС) применяется для объединения группы состояний, связанных с нарушениями нейроразвития и характеризующихся качественными отклонениями в реципрокном социальном взаимодействии, вербальной и невербальной коммуникации, а также, стереотипными или повторяющимися формами поведения, интересами и движениями. Учитывая непрерывный рост РАС во всех странах, изучение этиологии и патогенеза данного расстройств является крайне актуальным [1].

Несмотря на то, что генетические факторы достаточно гетерогенны, сложны и еще недостаточно изучены, уже получено значительное количество доказательств об их значении в генезе данного расстройства. Кроме этого, РАС рассматривается как нарушения нейро-

развития, которые подразумевают резко дисгармоничное развитие мозга и формирование нервных связей. Нейрофизиологическими и нейровизуализационными исследованиями показано, что у большого числа детей с РАС имеются структурные нарушения мозжечка, увеличение желудочков мозга, изменения объема белого и серого вещества, нарушения химических процессов синтеза нейротрансмиттеров, а также электрофизиологических процессов мозга [2].

Наряду с генным полиморфизмом и факторами окружающей среды эпигенетические факторы, влияя на экспрессию генов, также оказывают значительную роль в генезе аутизма. Эпигенетика характеризует процесс взаимодействия организма со средой при формировании фенотипа. Установлены факторы (триггеры), приводящие к запуску нарушенного эпигенеза: неадекватное питание, инфекция, курение, стресс, травма, операция, алкоголь и др. Безусловно, для запуска нарушенного эпигенеза важно наличие генов предрасположенности. Современными исследованиями показано, что невральная активность в головном мозге регулируется эпигенетически [3].

В организме существует значительное количество веществ и биологических систем, обладающих нейропротективными действиями, позволяющих противодействовать воздействию агрессивных факторов. Приобретение усточивости к воздействию патогеных факторов реализуется на организменном уровне физиологическими механизмами адаптации, в которых ведущая роль принадлежит нервной, эндокринной, иммунной системам. Исследованиями последних лет показано, что на клеточном уровне приобретение устойчивости к действию неблагоприятных факторов, выживаемость клеток обусловлена изменением ли-пидного состава клеточных мембран, повышением активности и емкости различных анти-оксидантных систем, а также напрямую связаны с повышением содержания шаперонов (белков теплового шока или белков стресса) [4, 5].

Белки теплового шока (БТШ) обладают способностью связываться практически со всеми функциональными клеточными белками, охраняют их от действия протеаз, восстанавливают частично нарушенную структуру белков, либо сопровождают необратимо денатурированные белки в лизосомы (выполняют защитную и сопровождающую - шаперонную функции для других белков). По данным современной литературы, внутриклеточное содержание БТШ прямо коррелирует со способностью клеток противостоять повреждающим внешним факторам [6].

Большое количество публикаций свидетельствует о важной роли БТШ в адаптации, цитопротекции, воспалении, формировании имунного ответа при раке, инфекции, показана их роль в поддержании жизнеспособности клеток. Наиболее изучаемыми являются ^р 27, ^р40, ^р70, ^р90 - основная функция которых является поддержка выживаемости клеток в условиях стресса. Шапероны способны оказывать также защитную функцию на нервные клетки. Обладая различной чувствительностью к повреждающим факторам, нейроны обладают разной способностью к выработке шаперонов [7]. Экспериментальными исследованиями показано, что в условиях ишемического повреждения головного мозга белки теплового шока препятствуют развитию ишемии [8], а также показана способность ^р70 в условиях гипоксии нейронов запускать механизмы дополнительной продукции энергии на дикарбоновом участке цикла Кребса с возможным вовлечением митохондриально-цито-зольных шунтов, что обусловливает большую вероятность сохранения жизни нейронов [9]. Другими экспериментальными исследованиями на крысах линии Wistar по исследованию влияния гипертензивной энцефалопатии на обратимые и необратимые повреждения в нейронах пирамидного слоя гиппокампа показана прямая зависимость обратимости патологических реакций от выраженности экспрессии ^р70 [10].

Продолжение исследований, направленных на изучение закономерностей механизмов адаптации на биохимическом, физиологическом и психическом уровнях, исследовании локальных факторов, предупреждающих или ограничивающих реализацию стресс-реакции, имеют медицинскую и социальную значимость.

Целью нашего исследования явилась оценка нейропротективных свойств системы белков теплового шока у детей с расстройствами аутистического спектра.

Материалы и методы

В условиях реабилитационного этапа санаторно-курортного лечения «Евпаторийского военного детского клинического санатория имени Е. П. Глинки» МО РФ, г. Евпатория было обследовано 45 детей с диагнозом F 84, относящегося по МКБ-10 к общим расстройствам психологического развития (ОРПР). Средний возраст обследованных составил 7±3,3 лет

(от 3 до 15 лет), которые составили общую группу (ОГ) обследования, из них девочек было 13 (29 %) и мальчиков - 32 (71 %). Критерии включения в исследование были: дети с установленным диагнозом F 84 и имеющими инвалидность по данному заболеванию. Критерием исключения была коморбидная патология - эпилепсия (G 40) с ремиссией менее 3 лет. Контрольную группу (КГ) составили 25 детей I и II групп здоровья, которые оздоравливались на Евпаторийском курорте. Добровольное информированное согласие родителей ребенка на проведение исследования получено.

Комплексное обследование детей включало осмотр педиатром, неврологом, психиатром, клиническим психологом. Оценка тяжести заболевания проводилась с помощью шкалы CARS. Сумме баллов от 30-37 (мягкая или умеренная степень аутизма) соответствовало 28 (62,2 %) детей и 37-60 баллов (тяжелый аутизм) - 17 (37,8 %) детей.

Биохимические исследования включали определение в сыворотке крови: 1) содержания Hsp27 с использованием набора реагентов для иммуноферментного (ИФА) определения Human Hsp27 в сыворотке (плазме) крови «Platinum ELISA», eBioscience MedSystems HmbH, Germany; 2) содержания Hsp70 с использованием набора реагентов для иммуноферментного (ИФА) определения Hsp70 в сыворотке (плазме) крови BCM Diagnostics, Germany.

Статистический анализ данных проводили с использованием пакета программ STATISTICA v.6.0 (StatSoft Inc., USA). Описание количественных признаков выполнено с помощью медианы (Me) и указанием интерквартильного интервала (Q1; Q3), где Q1-25^ перцентиль и QS-75-й перцентиль. Сравнительный анализ количественных переменных произведен при помощи непараметрического Z-критерия Манна-Уитни, связь между непрерывными переменными выявляли с помощью коэффициентов ранговой корреляции Спирмена (rs). Различия считали статистически значимыми при p<0,05.

Результаты.

Содержание Hsp27 и Hsp70 в сыворотке крови у детей с аутизмом было достоверно сниженно в ОГ в сравнении с показателями КГ (p=0,0018, p=0,025, соответственно; табл. 1). У мальчиков отмечалось статистически значимое снижение шаперонов относительно показателей здоровых сверстников (p=0,001, p=0,0004, соответственно). У девочек, несмотря на более низкие значения Hsp27 в сравнении с группой здоровых, достоверных отличий выявлено не было, а показатели Hsp70 были статистически достоверно ниже (p=0,003) в сравнении с одноименным показателями девочек контрольной группы. Учитывая, что у мальчиков значения изучаемых шаперонов было значительно ниже в сравнении с девочками, тем не менее, достоверной разницы в средних значениях между группами не отмечалось.

Таблица 1.

Показатели Hsp27 и Hsp70 в сыворотке крови у детей с аутизмом, Mе(Q1; Q3).

№ п/п Группа/ показатель Hsp27, пг/мл Ые

1 ОГ

2 мальчики

3 девочки

4 средняя степень

5 тяжелая степень

6 КГ

7 КГ, девочки

8 КГ, мальчики

Примечание. р - достоверность различий в сравнении с КГ; р1 - достоверность различий между тяжелой и средней степенями тяжести.

Оценка содержания шаперонов в зависимости от тяжести аутизма показала, что при тяжелой степени заболевания значения как ^р27, так и ^р70 были достоверно ниже, чем в КГ (р=0,001). Показатели ^р27 при средней степени заболевания были достоверно ниже (р=0,03) в сравнении с КГ, а значения ^р70 не имели статистичеси значимых различий от КГ. Исследуя разницу показателей между средней и тяжелой степенью аутизма отмечено, что значения ^р27 и ^р70 были достоверно ниже при тяжелой степени аутизма в сравнении со средней степенью (р=0,001 и р=0,01, соответственно).

Корреляционный анализ показал, что содержание ^р27 и ^р70 обратно коррелировали с тяжестью заболевания (гз= -0,45, р<0,05 и га= -0,74, р<0,05), причем эта связь ^р70 была более выражена.

Таким образом, исходное содержание шаперонов у детей с аутизмом было достоверное ниже (^р27 и ^р70) в сравнении со здоровыми сверстниками с более значительным уменьшением концентрации антиапоптотического ^р27. Уровень изучаемых показателей в зависимости от тяжести заболевания показал значительное снижение при тяжелой степени заболевания, не только относительно здоровых детей, но и относительно значений при средней степени заболевания. У мальчиков уровень изучаемых шаперонов был ниже, чем у девочек. Оценка корреляционных связей показала, что с нарастанием степени тяжести снижается содержание ^р27 и ^р70.

Обсуждение результатов.

Полученные результаты исследования свидетельствуют о снижении содержания ша-перонов в сыворотке крови у детей с аутизмом, что может приводить к ослаблению нейро-протективных механизмов головного мозга. Содержание ^р70 имеет более выраженную зависимость снижения показателей от усиления тяжести заболевания, в то время, как уровень ^р27 значительно снижен при всех степенях тяжести.

Таким образом, сниженные значения белков теплового шока, которые учавствуют в развитии компенсаторно-приспособительных механизмов нейронов в условиях стресса, ишемии, воздействуя на энергетику клетки за счет влияния шаперонов на экспрессию генов, кодирующих малатдегидрогеназу (ключевой фермент компенсаторного шунта продукции энергии), а также оказывающих ингибирующее влияние на освобождение из минохондрий цитохрома С, на уменьшение образования активных форм кислорода, ведут к снижению «митопротективной» функции ^р. При этом снижаются нейропротективные свойства головного мозга и увеличивается вероятность эксайтотоксической гибели нервных клеток путем апоптоза и некроза, и возникающий при этом оксидативный стресс оказывает непосредственную роль в формировании митохондриальной дисфункции и нарушений энергетического метаболизма [9, 11].

Сниженные значения ^р70 могут учавствовать в гибели нейронов за счет ослабления их функции по снижению аггрегации окислительно поврежденных белков в условиях теплового шока или энергетического голодания. Низкие уровни ^р-белков снижают их энерготропный эффект напрямую связанный с их антиоксидантными функциями. При этом усиливаются процессы окислительной деструкции белков в условиях гипоксии. Также, сниженные значения ^р70 в условиях ишемии ослабляют работу компенсаторных шунтов продукции энергии, так как энерготропный эффект ^р70 в стрессовых ситуациях связан с быстрым переключением энергопродукции на дополнительные механизмы (дополнительные шунты) [9].

Следовательно, для адекватных адаптивных реакций на клеточном уровне для выживаемости нейронов важна своевременная работа шаперонов с их возможностью модулировать механизмы дополнительной продукции энергии без вовлечений реакций гликолиза.

Главными функциями ^р27 являются защита клетки от стресса и ингибирование внешнего пути апоптоза на разных этапах. Низкие значения ^р27 у детей с аутизмом при всех степенях тяжести заболевания могут нарушать их антиапоптотичесую функцию. Так, может нарушаться противодействие деятельности проапоптотических белков, способствующих выходу белков межмембранного пространства митохондрий и активации каспаз. Кроме этого, может нарушаться связывание малыми шаперонами (^р27) цитохрома с, находящегося в цитоплазме, а также функция нарушения сборки апоптосомы, предотвращающая активацию прокаспазы-9 и прокаспазы-3 [12].

Таким образом, сниженное содержание малых шаперонов (^р27) у детей с аутизмом может облегчать апоптотическую гибель нейронов при стрессовых ситуациях, а зависимое от степени тяжести снижение ^р70 демонстрирует ослабленные нейропротективные свой-

ства головного мозга у детей с тяжелой степенью аутизма, при которой нарушается активация запуска дополнительных путей продукции энергии клеток (вовлечение дополнительных шунтов), что значительно снижает возможность сохранения жизни нейронов.

Выводы. Установлено, что у детей с аутизмом отмечается снижение содержания шаперонов, более выраженное у мальчиков, что значительно ослабляет нейропротективные свойства головного мозга и способствует усилению апоптотической гибели нейронов.

Выявлено, что у детей с аутизмом ослаблены нейропротективные свойства головного мозга, связанные с низкими значениями Hsp27 у всех детей, а также, ослаблен энерготроп-ный механизм нейропротективного действия головного мозга у детей с тяжелой степенью заболевания, связанный со снижением уровня Hsp70.

Полученные данные свидетельствуют о необходимости дальнейшего исследования роли шаперонов в нейропротективных свойствах у детей с аутизмом, их клинико-патогене-тическое значение, а также поиска немедикаментозных средств, повышающих естественные нейропротективные механизмы головного мозга.

ЛИТЕРАТУРА

1. Безгодова А. А., Злоказова М. В. Этиопатогенез расстройств аутистического спектра: современные аспекты проблемы. В сборнике: Материалы, посвященные юбилею профессора Я. Ю. Иллека// Вятский медицинский вестник 2015, № 2. С. 25-28.

2. Филиппова Н. В., Барыльник Ю. Б. Нейрохимические аспекты этиопатогенеза расстройств аутистического спектра / /Сибирский медицинский вестник.- 2013, № 8. С. 11-15.

3. Гречанина Е. Я. Аутизм. Генетические и эпигенетические проблемы// Scientific Journal оf the Ministry of Health of Ukraine.- 2013, № 2(3). С. 29-47.

4. Андреева Л. И. Теоретическое и прикладное значение белков теплового шока 70 Кда; возможность практического применения и фармакологической коррекции// Обзоры по клин. фармакологии и лек. терапии. 2002. Т. 1. № 2. С. 2-18.

5. Franklin T. B., Krueger-Naug A. M., Clarke D. B., et al. The role of heat shock proteins Hsp70 and Hsp27 in cellular protection of the central nervous system // Int. J. Hyperthermia.-2005, Vol. 21 (5). Р. 379392. D0I:10.1080/02656730500069955.

6. Dokladny K., Zuhl M. N., Mandell M., Bhattacharya D., Schneider S., Deretic V., Moseley P. L. Regulatory Coordination between Two Major Intracellular Homeostatic Systems Heat shock response and autophagy // J Biol Chem. 2013, Vol. 288 (21). Р. 14959-14972. D0I:10.1074/jbc.M113.462408.

7. Острова И. В., Мороз В. В., Аврущенко М. Ш. Значение иммуногистохимических исследований белков теплового шока семейства HSP70 для изучения постреанимационных изменений мозга // Общая реаниматология. 2007, № 3. С. 91-96. D0I:10.15360/ 1813-9779-2007-6-91-96.

8. Черний Т. В., Беленичев И. Ф., Абрамов А. В., Павлов С. В. Молекулярные механизмы разработанной поэтапной нейропротективной теапии в условиях экспериментального острого нарушения мозгового кровообращения. Возможная роль белков теплового шока (Hsp) и фактора, индуцированного гипоксией (HIF-1), в реализации этого действия. Архив клин. и эксперим. медицины. 2011, Т. 20. № 1. С. 72-75.

9. Беленичев И. Ф., Павлов С. В. Возможная роль Hsp-белков в реализации энерготропного механизма нейропротективного действия цереброкурина. Нейронауки: теоретические и клинические аспекты. 2010, Т. 6. № 1. С. 31-36.

10. Смирнов А. В., Тюренков И. Н., Шмидт М. В., Снигур Г. Л., Перфилова В. Н., Аксенова Н. В., Бородин Д. Д., Даниленко В. И., Хлопонин П. А., Богомолова Н. В., Губанова Е. И. Характеристика морфологических изменений гиппокампа старых крыс в результате стрессового воздействия// Вестник Волгоградского государственного медицинского университета.2013, № 2 (46). С. 14-17.

11. Katschinski D. M., Le L., Schindler S. G., et al. Interaction of the PAS B domain with HSP90 accelerates hypoxia-inducible factor-alpha stabilizacion// Cell Phesiol. Biochem. 2004. Vol.14. P. 351-360.

12. Paul C., Manero F., Gonin S. Hsp27 as f negative regulation of cytochrome C release//Mol.cell.Biol. 2002. Vol.22. № 3. P. 816-34.

REFERENCES

1. Bezgodova AA, Zlokazova M. V. Etiopathogenesis of autism spectrum disorders: modern aspects of the problem. In the collection: Materials devoted to the jubilee of Professor Ya.Yu. Illeka // Vyatsky Medical Herald 2015, No. 2. P. 25-28.

2. Filippova N. V., Baryl'nik YU.B. Nejrohimicheskie aspekty ehtiopatogeneza rasstrojstv autisticheskogo spektra //Sibirskij medicinskij vestnik.- 2013, № 8. S.11-15.

3. Grechanina E.YA. Autizm. Geneticheskie i ehpigeneticheskie problemy// Scientific Journal of the Ministry of Health of Ukraine.- 2013, № 2(3). S.29-47.

4. Andreeva L. I. Teoreticheskoe i prikladnoe znachenie belkov teplovogo shoka 70 Kda; vozmozhnost' prakticheskogo primeneniya i farmakologicheskoj korrekcii// Obzory po klin. farmakologii i lek. terapii. 2002. T.1. № 2. S.2-18.

5. Franklin T. B., Krueger-Naug A.. M.., Clarke D. B., et al. The role of heat shock proteins Hsp70 and Hsp27 in

cellular protection of the central nervous system // Int. J. Hyperthermia.-2005, Vol. 21 (5). P. 379-392. D01:10.1080/02656730500069955.

6. Dokladny K., Zuhl M. N., Mandell M., Bhattacharya D, Schneider S., Deretic V., Moseley P. L. Regulatory Coordination between Two Major Intracellular Homeostatic Systems Heat shock response and autophagy // J Biol Chem. 2013, Vol. 288 (21). P. 14959-14972. DOI:10.1074/jbc.M113.462408.

7. Ostrova I. V., Moroz V. V., Avrushchenko M. SH. Znachenie immunogistohimicheskih issledovanij belkov

teplovogo shoka semejstva HSP70 dlya izucheniya postreanimacionnyh izmenenij mozga // Obshchaya reanimatologiya. 2007, № 3. S. 91-96. D01:10.15360/ 1813-9779-2007-6-91-96.

8. CHernij T.V., Belenichev I. F., Abramov A. V., Pavlov S. V. Molekulyarnye mekhanizmy razrabotannoj poehtapnoj nejroprotektivnoj teapii v usloviyah ehksperimental'nogo ostrogo narusheniya mozgovogo krovoobrashcheniya. Vozmozhnaya rol' belkov teplovogo shoka (Hsp) i faktora, inducirovannogo gipoksiej (HIF-1), v realizacii ehtogo dejstviya. Arhiv klin. i ehksperim. mediciny. 2011, T.20. № 1. S.72-75.

9. Belenichev I. F., Pavlov S. V. Vozmozhnaya rol' Hsp-belkov v realizacii ehnergotropnogo mekhanizma nejroprotektivnogo dejstviya cerebrokurina. Nejronauki: teoreticheskie i klinicheskie aspekty. 2010, T.6. № 1. S.31-36.

10. Smirnov A. V., Tyurenkov I. N., SHmidt M.V., Snigur G. L., Perfilova V. N., Aksenova N. V., Borodin D. D., Danilenko V. I., Hloponin P. A., Bogomolova N. V., Gubanova E. I. Harakteristika morfologicheskih izmenenij gippokampa staryh krys v rezul'tate stressovogo vozdejstviya// Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo medicinskogo universiteta.2013, № 2 (46). S. 14-17.

11. Katschinski D. M., Le L., Schindler S. G., et al. Interaction of the PAS B domain with HSP90 accelerates hypoxia-inducible factor-alpha stabilizacion// Cell Phesiol. Biochem. 2004. Vol.14. P. 351-360.

12. Paul C., Manero F., Gonin S. Hsp27 as f negative regulation of cytochrome C release//Mol.cell.Biol. 2002. Vol.22. № 3. P. 816-34.

THE ROLE OF CHAPERONS IN THE REALIZATION OF THE ENERGY-TROPIC MECHANISM OF NEUROPROTECTIVE ACTION OF THE BRAIN IN CHILDREN WITH DISORDERS

OF THE AUTISM SPECTRUM

LA. Tsukurova

Kubansky Medical Institute, Krasnodar, Russian Federation, 350015, Krasnodar,

str. Budyonny, 198

SUMMARY. The aim of our study was to study the neuroprotective properties of HSP proteins in children with autism. 45 children with autism - (F 84) aged 3 to 15 years were examined. The examination included examination by specialists, assessment of heat shock proteins (Hsp27, Hsp70) in the blood serum. There was a decrease in Hsp27 in the general group (GG), in boys and at all degrees of severity, and Hsp70 in GG and more pronounced with severe severity. Weakened neuroprotective properties of the brain in children with autism, associated with a violation of energy mechanisms, anti-apoptotic functions brain due to a decrease in the level of chaperones.

Key words: autism, children, chaperones, Heat shock proteins, Hsp27, Hsp70.