Гипотезы развития и стратегии преодоления фармакорезистентности при эпилепсии. Часть I: Гипотезы развития

ВВЕДЕНИЕ / INTRODUCTION

Эпилепсия – одно из наиболее распространенных неврологических заболеваний, характеризующееся гетерогенностью и мультифакторной природой, включающее большое количество различных типов приступов и эпилептических синдромов [1][2]. Его распространенность среди мировой популяции оценочно составляет около 1–2% [3]. Основным способом терапии является прием противоэпилептических препаратов (ПЭП), который позволяет добиться длительной ремиссии заболевания [4]. Однако около 30% всех пациентов страдают лекарственно-устойчивой формой эпилепсии, при которой классический вариант терапии малоэффективен [5].

По определению Международной Противоэпилептической Лиги (англ. International League Against Epilepsy, ILAE), фармакорезистентное течение эпилепсии – это такое состояние, при котором испытание двух толерантных и правильно выбранных схем приема ПЭП в виде монотерапии или в комбинации не позволило добиться устойчивого освобождения от приступов [6]. При этом, несмотря на тяжесть заболевания и негативные социальные последствия, механизмы патогенеза эпилепсии в общем и фармакорезистентности в частности на данный момент изучены недостаточно. Более того, фармакорезистентность сама по себе является высоковариабельной и мультифакторной патологией, механизмы которой также дискутабельны [7–9].

Цель – изучение существующих гипотез, которые описывают механизмы развития фармакорезистентности при эпилепсии.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ / MATERIAL AND METHODS

Стратегия поиска / Search strategy

Проведен поиск литературы в базах данных PubMed/MEDLINE, Elsevier, Scopus и Google Scholar за последние 10 лет. Для запросов использовали следующие термины и связанные с ними синонимы: “drug resistant epilepsy”, “refractory epilepsy”, “pharmacoresistant epilepsy” в сочетании с отдельными ключевыми терминами: “mechanisms”, “hypotheses”, “causes’. Также были проанализированы некоторые более ранние работы, отобранные вручную из списков литературы обзорных статей. Все статьи опубликованы на английском и русском языках.

Отбор публикаций / Selection of publications

Проанализированы оригинальные исследования, научные и систематические обзоры. В настоящий обзор включены публикации, основной темой которых являлось исследование молекулярно-генетических основ формирования фармакорезистентности при эпилепсии. Исключены дублирующие тексты, а также статьи, к которым отсутствовал полный доступ и не относящиеся к теме исследования. После процедуры отбора (рис. 1) в обзор вошло 76 публикаций.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ / RESULTS AND DISCUSSION

На данный момент существует несколько гипотез развития фармакорезистентности при эпилепсии, которые схематически отображены на рисунке 2. Следует отметить, что фармакорезистентность развивается неоднородно в разрезе различных типов эпилепсий. Так, например, пациенты с идиопатической генерализованной эпилепсией легче поддаются медикаментозному лечению – 82% больных достигают ремиссии на фоне терапии. У пациентов с фокальной эпилепсией чаще наблюдается фармакорезистентное течение заболевания – свободы от приступов достигают лишь 11–45% больных после терапии [10][11].

Основными и наиболее цитируемыми являются транспортерная и таргетная гипотезы [12], которые для удобства объединены в блок «мажорные гипотезы». Другие, не так часто обсуждаемые гипотезы сгруппированы в блок «минорные гипотезы».

Мажорные гипотезы / Major hypotheses

Транспортерная гипотеза

Транспортерная гипотеза связана с понятием множественной лекарственной устойчивости (МЛУ) – многофакторным явлением, представляющим собой приобретенную устойчивость микроорганизмов и клеток к различным по своей химической природе и механизму действия терапевтическим препаратам [13]. Данное явление обусловлено сверхэкспрессией белков, которые принадлежат к суперсемейству АТФ-связывающих¹ транспортных белков (англ. ATP-binding cassette (ABC) transporters) [14]. Известно как минимум 11 ABC-транспортеров, связанных с фенотипом МЛУ, среди которых хорошо известные P-гликопротеины (англ. Р-glycoprotein, P-gp), белки, ассоциированные с МЛУ (англ. multidrug resistance-associated protein, MRP), и белок устойчивости к раку молочной железы (англ. breast cancer resistance protein, BCRP) [15].

Первый описанный механизм, впервые названный МЛУ, был обнаружен у резистентных к химиотерапии раковых клеток. Суть его заключается в сверхэкспрессии эффлюксного транспортера лекарственных препаратов – P-gp, также известного как белок МЛУ [16]. P-gp оказывает значительное влияние на развитие фармакорезистентности при эпилепсии, снижая концентрацию ПЭП в паренхиме мозга [17].

P-gp является трансмембранным транспортерным белком, относящимся к группе белков АТФ-связывающей кассеты. Он представляет собой гликопротеин, состоящий из двух гомологичных половин, которые кодируются геном ABCB1 [18]. Этот белок специфично экспрессируется в барьерных тканях, среди которых гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), плацента, кишечник, почки, печень [19]. Помимо этого, P-gp заметно экспрессируется в клетках, обособляющих транспорт препаратов из клеток головного мозга и кровь, а именно: клетки эндотелия, нейроны, астроциты и микроглия [20]. Основной функцией комплекса является обратный транспорт ксенобиотических соединений с широкой субстратной специфичностью. Функционально ABC-транспортеры используют энергию гидролиза АТФ для перемещения множества разнообразных веществ, включая сахара, витамины, гормоны, ксенобиотики, и выполняют тем самым функции поддержания осмотического гомеостаза, захвата питательных веществ, обеспечения устойчивости к токсинам [21].

Хотя до сих пор не до конца ясно, как P-gp распознает свои субстраты, известны условия, которые приводят к снижению концентрации ПЭП в паренхиме мозга [17]:

– ПЭП должен являться субстратом P-gp;

– экспрессия P-gp у пациентов с фармакорезистентной формой эпилепсии должна быть повышена;

– концентрация ПЭП в мозге у больных с фармакорезистентной формой эпилепсии должна быть низкой по сравнению с пациентами с фармакочувствительной формой.

При этом подтвержденными субстратами P-gp являются многие классы терапевтических препаратов [22].

Участие P-gp в явлении фармакорезистентности подтверждается связью его экспрессии с судорожной активностью. Индукция эпилептического статуса повышает экспрессию P-gp и его транспортную активность, приводя к значимому снижению концентрации ПЭП [23][24]. Более того, введение субстратов P-gp, таких как глутамат, вызывает нейровоспаление, значительно увеличивая экспрессию транспортера [25]. Способны модулировать экспрессию P-gp также и ПЭП, а именно фенобарбитал, фенитоин и карбамазепин [19][26][27]. Прием же таких препаратов, как леветирацетам, топирамат и фенитоин, усиливал функцию P-gp, что снижало общий терапевтический эффект, при этом вальпроевая кислота не проявляла взаимодействия с P-gp [28].

В целом при ряде неврологических заболеваний, для которых характерно снижение эффективности медикаментозной терапии, наблюдается повышение экспрессии P-gp [29]. Причем увеличенные уровни экспрессии и активности P-gp могут быть связаны с разнообразными сигнальными путями, среди которых фактор некроза опухоли альфа (англ. tumor necrosis factor alpha, TNF-α), протеинкиназа С бета (англ. protein kinase C beta, PKC-β), сфингозин-1-фосфат (англ. sphingosine-1-phosphate, S1P), фактор роста эндотелия сосудов (англ. vascular endothelial growth factor, VEGF), протоонкоген тирозин-протеинкиназа Src, транскрипционный ядерный фактор каппа В (англ. nuclear factor kappa B, NF-κB), рецептор прегнана X (англ. pregnane X receptor, PXR), химерный антигенный рецептор (англ. chimeric antigen receptor, CAR) [27][30]. Аберрантная активность этих сигнальных путей также может быть вызвана различными факторами, включая гипоксию, индуцирующую появление провоспалительных медиаторов и активных форм кислорода [31], повышенное содержание глутамата [27].

Таргетная гипотеза

Суть таргетной гипотезы заключается в структурных изменениях клеточных мишеней ПЭП, что вызывает снижение чувствительности к терапии [32]. В зависимости от типа воздействия лекарственных препаратов выделяют следующие группы [33]:

– модуляторы потенциал-зависимых ионных каналов;

– потенциирование ГАМКергической² трансмиссии;

– множественный механизм действия;

– другой механизм действия.

Непосредственно для эпилепсии характерны изменения в различных каналах [34]. Ниже приведены примеры таких патологий.

Натриевые каналы

На данный момент потенциал-зависимые натриевые каналы являются наиболее распространенной и часто используемой мишенью ПЭП [35]. Они представлены гетеромерными трансмембранными белками, активирующим событием для которых служит деполяризация мембраны. Функционально данные каналы ответственны за генерацию и распространение потенциалов действия в нейронах и иных электровозбудимых клетках. Сам канал образован одной основной α-субъединицей, которая связана с одной или несколькими из четырех вспомогательных β-субъединиц [36]. Известно, что носительство патогенных вариантов в генах SCN1A, SCN1B, SCN2A, SCN3A, SCN8A и SCN9A ассоциировано со значительной частью всех случаев развития фармакорезистентной формы эпилепсии в детстве и младенчестве [37].

В качестве примеров можно привести ряд однонуклеотидных вариантов (ОНВ) в генах, кодирующих α-субъединицы натриевых каналов. Так, ОНВ rs3812718 гена SCN1A ответственен за снижение чувствительности к карбамазепину, а носительство полиморфного варианта rs2304016 гена SCN2A коррелирует с фармакорезистентностью [38][39]. Интересна мутация C121W в канале гена SCN1B, которая ассоциирована с развитием генерализованной эпилепсии с фебрильными приступами плюс (англ. genetic epilepsy with febrile seizures plus, GEFS+), а также снижает чувствительность канала к фенитоину, причем такое изменение не связано напрямую с сайтом связывания лекарства [40].

В целом развитие фармакорезистентности, связанной с каналопатиями, не ограничивается точечными изменениями в генах. Так, одной из причин снижения чувствительности к ПЭП, основанного на блокировке натриевых каналов, может служить измененное соотношение экспрессии субъединиц этих каналов. В норме соотношение экспрессии различных подтипов субъединиц характерно для определенных онтогенетических, региональных и субклеточных паттернов [41]. При наличии заболевания эти паттерны изменяются по следующим характеристикам [42]:

– изменения экспрессии локализованы в определенных областях;

– изменяется экспрессия мРНК;

– наблюдаются разные кинетика и специфика для каждого подтипа.

Иллюстрацией такого паттерн-зависимого ингибирования может служить работа, проделанная на пилокарпиновой хронической модели эпилепсии крыс, которая показала, что нейроны зубчатой извилины гиппокампа больше подвержены потере чувствительности к ПЭП, чем нейроны региона CA1 [43]. О величине изменения экспрессии отдельных субъединиц друг относительно друга можно судить по изменению отношения субъединиц Nav1.1 (SCN1A) и Nav1.2 (SNC2A) в различных областях мозга, где соотношение 1:2 наблюдалось в контрольных образцах и могло изменяться вплоть до 1:3 в соответствующих участках с эпилептогенной активностью [44].

При этом в отдельных исследованиях показан неравномерный эффект ПЭП, действующих на натриевые каналы, при фармакорезистентности. Так, если способности фенитоина и ламотриджина купировать приступы при фармакорезистентной эпилепсии были значительно снижены, то эффекты вальпроевой кислоты не ингибировались [45]. Ингибирования эффектов вальпроевой кислоты не наблюдалось и при сравнении пациентов со склерозом гиппокампа и без него, а также в тканях региона CA1 гиппокампа и неокортекса [46]. Схожие данные получены в исследовании, где эффективность карбамазепина понижалась в случае фармакорезистентности, а эффективность вальпроатов оставалась неизменной [47].

Калиевые каналы

Потенциал-зависимые калиевые каналы контролируют мембранный потенциал покоя и обеспечивают реполяризацию потенциала действия, создавая токи ионов калия наружу и ограничивая возбудимость нейронов [48]. За последние несколько лет непосредственно с эпилепсией было ассоциировано как минимум 19 мутаций в генах, кодирующих калиевые каналы, которые относятся к различным функциональным и структурным группам. В целом с патогенезом эпилепсии связывают следующие гены, кодирующие калиевые каналы: KCNA1, KCNA2, KCNB1, KCNC1, KCNH1, KCNQ2, KCNQ3, KCNT1, KCNT2, KCNT1 и KCNMA1 [49].

Такое высокое число изменений в калиевых каналах, ассоциированных с эпилепсией, объясняется крайне высоким молекулярным и функциональным разнообразием. Однако повышение восприимчивости к приступам связано не только с врожденными мутациями, но и с модификациями свойств каналов. Вследствие широкого разнообразия измененных каналов, ассоциированных с эпилепсией, для каждого из них описан отдельный фенотип, связанный с потерей функции [50]. Однако существует и ситуация, названная «неожиданным парадоксом»: она вызвана мутацией в гене KCNT1 и приводит к усилению функции калиевого канала, что является причиной возникновения эпилепсии [51].

Кальциевые каналы

Кальциевые каналы – ионные поры, обладающие избирательной проницаемостью для ионов кальция. Они представляют собой гомо- или гетерополимерные мембранные комплексы, в основе каждого из которых лежит субъединица α1, определяющая тип канала. Всего идентифицировано 10 различных субъединиц α1, которые могут быть объединены в комплекс с субъединицами β, α2δ и γ [52].

В нервной системе существует большое разнообразие кальциевых каналов, направленных на выполнение различных специфичных функций. Оно обусловлено альтернативным сплайсингом и множеством комбинаций объединения субъединиц [53]. Кальциевые каналы обес- печивают различные процессы нейрональной активности, представляя собой один из основных компонентов возбудимости нейронов [54].

Одним из основных процессов нейродегенерации является нарушение гомеостаза внутриклеточного кальция, например в случае чрезмерного высвобождения глутамата [55]. Повышенное содержание внутриклеточного кальция наблюдается также и при посттравматической эпилепсии на фоне дисфункции и гибели нейронов [56]. Результатом таких нарушений становятся повышенная восприимчивость нейронов к приступам и потенциальное развитие фармакорезистентности [57]. Также мутации в генах, кодирующих различные субъединицы кальциевых каналов, ассоциированы с появлением нейродегенеративных заболеваний, образуя эпилептогенные эффекты без внятного единого механизма, объясняющего их [58].

Глутамат- и ГАМКергические системы

ГАМК- и глутаматергические системы являются основными тормозящими и возбуждающими системами соответственно [59]. Нарушение баланса возбуждающей и тормозящей систем часто встречается при неврологических заболеваниях, в частности при эпилепсии, опосре- дуя процессы иктогенеза и эпилептогенеза [60].

Эпилептический статус приводит к реорганизации нейронной сети и физиологическим перестройкам в мозге [61]. Эти перестройки включают развивающийся дисбаланс возбуждающих и тормозящих нейромедиаторов, который подтверждается как на уровне иммуногистохимических исследований [62], так и в изменениях экспрессии генов, кодирующих рецепторы ГАМК и глутамата [63]. Помимо этого, изменяется и экспрессия генов, регулирующих их высвобождение и метаболизацию [64].

Последствиями такого дисбаланса являются дисфункция синаптической передачи, нарушение когнитивных и двигательных функций и повреждение нейронов [59]. Метаболические пути этих двух нейромедиаторов неразрывно связаны, т.к. глутамат является предшественником ГАМК. Почти вся поступающая в мозг глюкоза служит субстратом для превращения в глутамат [65]. При этом нарушение цикла «глутамат – глутамин – ГАМК» наблюдается у пациентов с рефрактерной формой эпилепсии [66]. Также причиной развития фармакорезистентности становятся различные мутации в генах, участвующих в метаболизме ГАМК и глутамата [67].

Так, в срезах эпилептогенной и перифокальной зоны от пациентов с посттравматической фармакорезистентной эпилепсией наблюдался дисбаланс глутамат- и ГАМК-ергических систем. Выявлено повышенное содержание GAD65 (фермент, превращающий глутамат в ГАМК) и Vglut2 (везикулярный транспортер глутамата) в эпилептическом очаге, а также в сером веществе височной коры. Повышение экспрессии GAD65 свидетельствует об активации компенсаторных механизмов при гибели ГАМКергических нейронов. Кроме того, повышение экспрессии Vglut2 наблюдалось в перифокальной зоне. Нарушалось также соотношение про- и противоапоптических ферментов: в эпилептическом очаге, сером и белом веществах височной доли снижалось содержание противоапоптического белка Bcl-2, но повышалось содержание проапоптического белка CASP8 в очаге и перифокальной зоне [68].

Мутации в гене GAT1 – ГАМК-переносчике, отвечающем за обратный захват нейромедиатора из синапса, приводят к снижению транспортной активности и обратного захвата ГАМК из синапсов, что вносит вклад в развитие приступов при эпилепсии [69][70]. Также мутации могут встречаться и в генах субъединиц самого ГАМК-рецептора, каждая из которых может принимать участие в различных формах эпилепсии [71]. Хотя эти мутации и вызывают дефекты, связанные с гиперполяризацией, опосредованной ГАМК, сам механизм нарушения функционирования значительно сложнее и включает процессы деградации эндоплазматического ретикулума, нонсенс-опосредованной деградации мРНК, нарушения внутриклеточного транспорта, а также стресс эндоплазматического ретикулума [72]. Некоторые же мутации, например в генах GABRG2, GABRA1 и GABRB3, могут быть ответственны за развитие фенотипа, схожего с синдромом Драве [73].

При эпилепсиях, в т.ч. рефрактерных формах, наблюдаются нарушения клиренса глутамата – например, вследствие снижения экспрессии GLAST и GLT1 [74], приводящего к его накоплению в синаптической щели. Такой патологический процесс вызывает постоянный возбуждающий глутаматергический поток в нейронах, приводя к гиперактивности, влекущей за собой развитие эпилептических приступов, а также эксайтотоксичность [75].

Минорные гипотезы / Minor hypotheses

Фармакокинетическая гипотеза

Фармакокинетическая гипотеза постулирует, что за явление фармакорезистентности ответственна сверхэкспрессия эффлюксных транспортеров в периферических органах, таких как кишечник, печень, почки, которые снижают уровень ПЭП в плазме крови, сокращая количество препарата, доступного для преодоления ГЭБ и достижения головного мозга. Такое предположение подкрепляется повышенным клиренсом у пациентов с фармакорезистентной эпилепсией радиофармпрепарата ^99mTc-гексакис-2-метоксиизобутилизонитрила – субстрата P-gp [76]. В другом случае авторы наблюдали устойчивые субтерапевтические уровни ПЭП в плазме крови, что совпадало со сверхэкспрессией P-gp в эндотелии, астроцитах и нейронах резецированной ткани [77].

Таким образом, устойчивые низкие уровни ПЭП не могут быть объяснены только сверхэкспрессией в ткани мозга или ГЭБ. Это позволяет предположить наличие сверхэкспрессии P-gp также в периферических органах [76].

Некоторое подтверждение данной гипотезы можно найти в исследованиях, показывающих стойкие низкие уровни ПЭП вне зависимости от экспрессии P-gp. Так, выявлено снижение средней концентрации свободного ПЭП в плазме крови [78].

Однако такие же данные не удается продемонстрировать на животных моделях [79]. Кроме того, в других исследованиях не показано непосредственной связи между повышением уровня экспрессии P-gp в периферических органах и низкими концентрациями в плазме крови при фармакорезистентной эпилепсии [80].

Косвенно опровергает указанную гипотезу и тот факт, что и в группе пациентов, чувствительных к терапии, и в группе резистентных больных побочные эффекты от приема ПЭП проявляются в одинаковой степени [81][82].

Гипотеза нейронной сети

Гипотеза нейронной сети основана на структурных изменениях под действием генов и микроокружения, включающих разрастание аксонов, синаптическую реорганизацию, нейрогенез и глиоз, вызванные эпилептической активностью головного мозга. Такие изменения формируют аномалии нейронной сети, проявляющиеся в подавлении эндогенной противоэпилептической системы и попадания ПЭП к их целям [83].

Основные доказательства гипотезы получены на исследованиях гиппокампального склероза, который часто наблюдается у пациентов с фармакорезистентным течением заболевания и, по всей видимости, участвует в механизмах резистентности [84]. Имеются и данные о том, что функциональные изменения пирамидальных нейронов гиппокампа и зубчатой извилины, развивающиеся в ответ на потерю нейронов, играют роль в формировании резистентности к ПЭП [85][86]. Также известно, что при резекции пораженной части височной доли и дальнейшем проведении медикаментозного лечения приступы удается купировать [87].

Однако недостатком данной гипотезы является то, что структурные изменения в головном мозге приводят к рефрактерности не у всех пациентов [12].

Гипотеза внутренней тяжести

Еще одной теорией формирования фармакорезистентной формы эпилепсии является гипотеза внутренней тяжести. Она утверждает, что нейробиологические факторы, обусловливающие повышенную тяжесть заболевания, приводят к резистентности к лекарственным препаратам [9]. Основой гипотезы служит наблюдение, в котором у пациентов с впервые диагностированной эпилепсией с более высокой частотой приступов до начала лечения вероятность ремиссии была ниже [88]. Под термином «тяжесть» в данном случае понимается влияние заболевания на биологические, физические или психосоциальные функции, определяемое частотой эпилептических приступов [89][90].

Однако у гипотезы есть слабые места, связанные с тем, что если сначала только у 7% пациентов, впервые получивших лечение, сразу наблюдается резистентность к лекарствам, то в течение эпилептогенеза она развивается еще у 15–20% [91]. Каждому пятому пациенту после изменения схемы медикаментозного лечения удается освободиться от эпилептических приступов. Таким образом, резистентность может быть обратимой, а внутренняя тяжесть эпилепсии может со временем снижаться [92].

Помимо этого, существует ряд ограничений данной гипотезы [92]:

– отсутствуют исследования нейробиологических основ;

– некоторым пациентам с более высокой частотой приступов в начале лечения требуется более высокая концентрация ПЭП в сыворотке крови (предположение о том, что гипотеза не способна объяснить или предсказать резистентность);

– данные магнитно-резонансной томографии, полученные в группе детей с височной эпилепсией, спустя 7 и 14 лет показали поражения мозга, а частота приступов и ранняя ремиссия не смогли спрогнозировать исход приступов.

Гипотеза генных вариантов

Гипотеза генных вариантов является, скорее, закономерным дополнением таргетной гипотезы и утверждает, что вариации генов, связанные с фармакокинетикой и фармакодинамикой ПЭП, обусловливают возникающую фармакорезистентность [93].

Некоторые примеры, связанные с метаболизмом ПЭП и демонстрирующие ассоциацию носительства аллельного варианта гена CYP2C9 со снижением эффективной дозы фенитоина, описаны в посвященной фармакорезистентной эпилепсии обзорной статье [12].

Гипотеза нейровоспаления

Гипотеза основана на установленных фактах увеличения проницаемости ГЭБ, что показано на эпилептических очагах, индуцированных посредством его искусственной дисфункции [94]. Более того, опосредованная нейровоспалением дисфункция ГЭБ усиливает и экспрессию P-gp.

В целом предполагается три варианта развития резистентности к лекарствам за счет нейровоспаления [8]:

– прямое воздействие на эндотелий сосудов, выражающееся в разрушении плотных контактов между клетками эндотелия, индукции аномального ангиогенеза и окислительном стрессе;

– стимуляция экспрессии P-gp в эндотелиальных клетках за счет действия провоспалительных медиаторов;

– посттрансляционная модификация потенциал-зависимых ионных каналов провоспалительными медиаторами, что снижает чувствительность рецепторов к субстрату.

Вместе с тем имеются и данные, наоборот, говорящие о снижении уровней биомаркеров нейровоспаления у пациентов с фармакорезистентной формой эпилепсии [95].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ / CONCLUSION

Фармакорезистентность при эпилепсии представляет спектр различных патологических состояний. Из этого вытекает несколько гипотез, объясняющих механизмы ее развития. Однако ни одна из существующих в настоящее время теорий не позволяет в точности описать процессы, приводящие к фармакорезистентности. Хотя эти гипотезы самодостаточны относительно друг друга, можно проследить наличие взаимосвязей между ними на различных уровнях организации. При этом благодаря текущим исследованиям представляется возможным преодолевать рефрактерность к лекарственным препаратам тем или иным способом, что говорит о необходимости продолжения исследований в данном направлении.