Роль микроРНК как регуляторов системного воспалительного ответа при метаболическом синдроме, индуцированном противоэпилептическими препаратами

ВВЕДЕНИЕ / INTRODUCTION

По данным Всемирной организации здравоохранения, более 50 млн пациентов в мире страдают эпилепсией [1]. Ассоциированные с эпилепсией состояния приводят к снижению уровня жизни пациентов по сравнению со здоровыми людьми из-за риска травм во время приступов, нежелательных реакций (НР), возникающих при приеме противоэпилептических препаратов (ПЭП), и повышенной смертности, связанной с этим заболеванием [2].

Эпилептогенез является сложным многофакторным процессом, ассоциированным с изменениями в нейронных лигандах и потенциалзависимых ионных каналах, дисбалансом между возбуждающими и тормозящими нейромедиаторами, митохондриальной дисфункцией и активацией микроглии и макроглии (астроцитов) [3–5].

Системный воспалительный ответ, нарушающий гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), играет одну из ключевых ролей в патогенезе нейродегенеративных заболеваний [6] и эпилептогенезе [4][5][7], дополнительно внося существенный вклад в развитие метаболического синдрома (МетС), индуцированного приемом ПЭП (ПЭП-МетС) [8]. Важным компонентом системного воспалительного ответа и нейровоспаления является окислительный стресс [9], который также отмечен в качестве одного из доменов ПЭП-МетС.

ПЭП представляют собой группу лекарственных средств (ЛС), которые используются для предотвращения и/или лечения эпилептических приступов путем контроля аномальной электрической активности в головном мозге. ПЭП применяются преимущественно для лечения эпилепсии, хотя могут назначаться пациентам с другими неврологическими заболеваниями и психическими расстройствами [10–12]. Больные эпилепсией принимают ПЭП длительно, иногда в течение всей жизни [13], что повышает риск развития НР со стороны различных органов и систем [14]. ПЭП-МетС является НР с негативными последствиями, включая повышение риска сердечно-сосудистых заболеваний, сахарного диабета 2-го типа и преждевременной смерти [15–17]. Однако это наименее изученная НР, поскольку в большинстве ранее проведенных исследований рассматривались отдельные домены ПЭП-МетС (повышение массы тела [18], абдоминальное ожирение [15], артериальная гипертензия [19], сахарный диабет 2-го типа [20] и др.), но не ПЭП-МетС в целом [15–18].

Известно, что риск ПЭП-МетС наиболее высок у пациентов, принимающих ПЭП первой генерации, включая карбамазепин (КБЗ) [15][21–26], фенитоин (ФТ) [15][20][22–27] и вальпроевую кислоту (ВК) [15][19–23][25–28]. Роль ПЭП новых генераций в развитии ПЭП-МетС пока недостаточно изучена, а их исследования одиночные и имеют противоречивые результаты, однако чаще демонстрируют протективные свойства (табл. 1) [15][17][25][26][29–32]. Это объясняет повышение интереса исследователей и клиницистов к проблеме ПЭП-МетС и поиску новых биомаркеров данной НР, включая клинические, метаболические, генетические и эпигенетические [19][33][34].

Биомаркер представляет собой определенную характеристику, которая отражает как нормальные биологические, так и патологические процессы, а также результаты реакций на различные воздействия и интервенции и подходит для целей диагностики, мониторинга, объективной оценки риска развития патологических состояний и прогнозирования их исходов. Биомаркеры используются и Для оценки безопасности ЛС, применяемых в эпилептологии, и риска возникновения НР [38][39], включая ПЭП-МетС [15–27][29–32].

На основе исследования лабораторных биомаркеров предложено диагностировать три варианта ПЭП-МетС у детей и взрослых с эпилепсией и эпилептическими синдромами, получающих ПЭП в течение 3 мес и более, в соответствии с действующими критериями Международной диабетической федерации (англ. International Diabetes Federation, IDF) и Отчета по лечению взрослых III (англ. Adult Treatment Panel III, ATP III) Национальной образовательной программы по холестерину (англ. National Cholesterol Education Program): определенный, возможный и вероятный [40]. Следует отметить, что отсутствие клинических и лабораторных биомаркеров МетС у пациентов с эпилепсией и/или эпилептическими синдромами в течение 3 мес от старта терапии ПЭП не исключает вероятность развития ПЭП-МетС в будущем, если прием препаратов продолжается в дальнейшем. Важен динамический контроль этих биомаркеров у больных с возможным ПЭП-МетС – 1 раз в 3 мес, с вероятным ПЭП-МетС – 1 раз в 6 мес [19].

Чувствительность и специфичность метаболических (биохимических и гормональных) биомаркеров ПЭП-МетС могут варьироваться в широком диапазоне в зависимости от влияния внешнесредовых факторов (например, климатогеографических, культуральных, пищевых), а также от возраста и пола пациентов с эпилепсией [19]. Кроме того, на чувствительность и специфичность метаболических биомаркеров ПЭП-МетС могут оказывать влияние условия забора и хранения образцов. Это побуждает исследователей к поиску новых биомаркеров, которые обладали бы лучшим профилем стабильности в образцах, а также хорошей воспроизводимостью результатов исследования в различных лабораториях.

В последние годы активно изучаются биомаркеры, связанные с геномом и эпигеномом человека [41–44], в особенности эпигенетические, не зависящие от изменения в последовательности ДНК, а регулирующие экспрессию тех или иных генов в зависимости от воздействия факторов внешней среды, включая климатогеографические условия проживания, особенности питания. Также принимаемые ЛС могут влиять на то, какая именно часть генома человека будет отключена или включена в определенные периоды жизни в норме и патологии. Способные воспроизводиться в течение всего цикла деления клеток эпигенетические биомаркеры не зависят от изменения в последовательности ДНК, хотя влияют на клеточные и физиологические фенотипические признаки организма человека или даже могут быть причиной развития эпилепсии и ПЭП-МетС [45][46].

Перспективными эпигенетическими биомаркерами ПЭП-МетС являются короткие некодирующие одноцепочечные РНК длиной 19–25 нуклеотидов – микроРНК [47–52]. МикроРНК способны регулировать структуру хроматина, воздействуя на ключевые модификаторы гистонов и метилирование ДНК, снижая или повышая риск развития ПЭП-МетС [53].

Цель – систематизация результатов доклинических и клинических исследований роли микроРНК в развитии и неблагоприятном течении системного воспаления и оксидативного стресса, в эпилептогенезе и патогенезе ПЭП-МетС у пациентов с эпилепсией.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ / MATERIAL AND METHODS

Проведен анализ результатов доклинических и клинических исследований микроРНК как эпигенетических биомаркеров системного воспалительного ответа в механизме патогенеза МетС и ПЭП-МетС, поступивших в базы данных Google Scholar, PubMed/MEDLINE, MDPI, Scopus и eLibrary за последнее десятилетие (2014–2024 гг.). Обзор выполнен в соответствии с рекомендациями PRISMA (англ. Preferred Reporting Items for Systematic reviews and Meta-Analyses) [54].

Стратегия поиска / Search strategy

Поиск осуществляли по ключевым словам и их комбинациям на русском («эпилепсия», «метаболический синдром», «ожирение», «дислипидемия», «артериальная гипертензия», «гипергликемия», «микроРНК», «противоэпилептические препараты», «системное воспаление», «оксидативный стресс») и английском (“epilepsy”, ”arterial hypertension”, “hyperglycemia”, “microRNA”, “antiepileptic drugs”, “systemic inflammation”, “oxidative stress”) языках.

Критерии включения и исключения / Inclusion and exclusion criteria

Критериями включения публикаций в обзор являлись:

– тип доступа (открытый доступ к полнотекстовой версии);

– язык (публикации на русском или английском языке);

– тип публикации (оригинальная статья, систематический обзор, метаанализ, кокрейновский обзор).

Критерии исключения:

– дублирующие публикации;

– постеры;

– материалы конференций;

– диссертации и авторефераты диссертаций;

– материалы, опубликованные на правах рукописи.

Оценка уровня экспрессии мРНК / Assessment of mRNA expression level

Изменение уровня экспрессии анализируемых микроРНК оценивалось в биологических жидкостях (крови, плазме, сыворотке, экзосомах, мононуклеарах) пациентов и на животных моделях в качестве биомаркеров развития МетС или ПЭП-МетС, а также их основных доменов (системного воспалительного ответа и оксидативного стресса).

РЕЗУЛЬТАТЫ / RESULTS

Системное воспаление / Systemic inflammation

Системное воспаление является чрезмерной защитной реакцией организма, которая характеризуется повышением сывороточных уровней белков острой фазы и провоспалительных цитокинов, включая С-реактивный белок (СРБ), фактор некроза опухоли альфа (ФНО-α), интерлейкин 1-бета (ИЛ-1β), ИЛ-6, ИЛ-8 и ИЛ-17, а также инфильтрацией тканей макрофагами и Т-лимфоцитами [55][56].

Системное воспаление и эпилептогенез

В ходе многочисленных исследований как in vivo, так и in vitro была подтверждена важная роль воспалительных медиаторов и активированных иммунокомпетентных клеток в эпилептогенезе и разрушении ГЭБ [4][7]. Эпилептогенные события (инсульты, инфекции центральной нервной системы (ЦНС), гипоксия и другие повреждения тканей головного мозга), равно как и сами эпилептические приступы могут спровоцировать воспалительные процессы, повышая экспрессию провоспалительных цитокинов и их родственных рецепторов, например белка высокой подвижности 1-й группы (англ. high-mobility group protein B1, HMGB1) и ИЛ-1β, которые высвобождаются из активированных глиальных клеток и стимулированных нейронов после эпилептических приступов, а затем связываются с толл-подобными рецепторами (англ. toll-like receptor, TLR) и рецептором ИЛ-1. В результате нейровоспаления активированные астроциты и микроглия начинают вырабатывать и высвобождать другие провоспалительные молекулы, что усиливает последующие воспалительные каскадные реакции [4][5].

После воздействия патогенных факторов нейроны продолжают выделять медиаторы воспаления, такие как белки теплового шока (англ. heat shock proteins, HSP), гиалуронан, нуклеиновые кислоты, гепарансульфат, сурфактант-A, фибриноген, аденозинтрифосфат (АТФ) и HMGB1. Далее цитокины распознаются микроглией через рецепторы распознавания паттернов (РРП), что способствует поддержанию воспалительных реакций в ЦНС даже при отсутствии инфекции или других повреждающих факторов (например, гипоксии) [57].

Длительное воспаление может привести к повреждению ГЭБ, через который провоспалительные цитокины и иммунные клетки из периферической крови проникают в головной мозг и участвуют в эпилептогенезе. Избыточная продукция медиаторов воспаления вызывает аномальную гиперактивность нейронов, что приводит к увеличению проницаемости глутаматергических нейронов для ионов кальция (Ca²⁺), вызывая явления эксайтотоксичности [7].

HMGB1 играет провоспалительную роль, активируя основной РРП: TLR4, который, в свою очередь, запускает провоспалительный каскад, активируя медиатор миелоидной дифференцировки 88-го типа (англ. myeloid differentiation primary response gene, MyD88), митоген-активированную протеинкиназу (англ. mitogen-activated protein kinase, МАРК) и ядерный фактор каппа В (англ. nuclear factor kappa B, NF-κB) [4][58][59]. Активированный TLR4 усиливает приток ионов Ca²⁺ в нейроны посредством рецептора N-метил-D-аспартата (англ. N-methyl-D-aspartate, NMDA), обусловливая явления эксайтотоксичности и индуцируя эпилептогенез [60].

АТФ является главной молекулярной единицей накопления энергии, а также одним из возбуждающих медиаторов ЦНС. Внеклеточное ее содержание обычно сохраняется на достаточно низком уровне, однако активная выработка АТФ нейрональными клетками и глией во внеклеточное пространство, например после эпилептических приступов, в состоянии гипоксии или после иного клеточного повреждения, ассоциировано с высвобождением HMGB1 посредством активации NOD-подобного рецепторного белка 3 (англ. NOD-like-receptor protein 3, NLRP3) инфламмасомы и пуринергического рецептора P2X7R, что усугубляет течение воспалительной реакции в ЦНС, повышая экспрессию провоспалительных ИЛ-1β и ИЛ-6 [61][62]. Ось АТФ/P2X7R тоже играет роль в увеличении количества активных форм кислорода (АФК) в микроглии и высвобождении простагландина E2 (ПГЕ2) [5][58], а также индуцирует развитие глиоза и астроглиоза, разрушающих ГЭБ [4]. В подтверждение этой гипотезы подавление окислительного стресса низкомолекулярным каталитическим антиоксидантом MnIIITDE-2-ImP⁵⁺ приводило к снижению выработки провоспалительных цитокинов и активации микроглии [58].

Как известно, после первого эпилептического приступа повышается экспрессия провоспалительных цитокинов, в частности ИЛ, а также их рецепторов [63]. Так, установлено, что ИЛ-1β, выделяемый активированной астроглией и нейронами после первого приступа, связывается с рецептором 1-го типа к ИЛ-1 (ИЛ-1R1) и усиливает экспрессию медиаторов ИЛ-6, ФНО-α и циклооксигеназы 2-го типа (ЦОГ-2) посредством микроРНК (miR-146a) [5][64]. Система ИЛ-1β/ИЛ-1R1 фосфорилирует NMDA-рецепторы, усиливая приток в них ионов Ca²⁺, а также уменьшает высвобождение гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) в синапсах, активируя MyD88 и способствуя развитию эпилепсии вследствие нарушения равновесия в системе ГАМК/глутамат [4].

ИЛ-6 и его рецептор (ИЛ-6R) также экспрессируются астроцитами и нейронами после эпилептических приступов, однако они могут оказывать как эпилептогенные, так и противоэпилептические эффекты в зависимости от своей концентрации и продолжительности экспозиции в ЦНС и ассоциированы с изменением плотности постсинаптических ГАМК-рецепторов и повышением чувствительности рецепторов NMDA и α-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовой кислоты (α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid, AMPA) к глутамату [65][66].

Зависящим от концентрации эффектом на эпилептогенез обладает также ФНО-α, оказывая эпилептогенное действие на нейроны гиппокампа в высоких дозах, связываясь с рецептором p55ФНО, а противоэпилептическое действие он имеет при низкой концентрации посредством связи с рецептором p75ФНО [4]. Эпилептогенный эффект ФНО-α может быть ассоциирован с увеличением проницаемости AMPA- и NMDA-рецепторов для ионов Ca²⁺ после связи с p55ФНО, этот же механизм объясняет ФНО-α-индуцированную эксайтотоксичность [67], играющую известную роль в эпилептогенезе.

Трансформирующий фактор роста бета (TФР-β) вызывает быструю регуляцию и секрецию ИЛ-6, усиливая специфическое для астроцитов фосфорилирование smad-белков и тем самым вызывая нейронную эксайтотоксичность и эпилептические приступы. Кроме того, TФР-β стимулирует поглощение альбумина астроцитами. Это приводит к снижению экспрессии белков щелевых контактов – коннексинов. В результате нарушается буферизация ионов K⁺ и глутамата в астроцитах. Как следствие, ионы K⁺ накапливаются в синаптической щели. Это может активировать NMDA-рецепторы и вызвать деполяризацию постсинаптической мембраны [68].

Фактор активации тромбоцитов (ФАТ) играет важную роль в развитии воспалительных реакций. Он способствует увеличению концентрации ионов Ca²⁺ в нейронах и астроцитах, стимулирует высвобождение глутамата и подавляет активность ГАМК-рецепторов. Кроме того, ФАТ участвует в модуляции синаптической передачи сигналов, активируя сигнальные пути транскрипции ЦОГ-2 [69].

Сама же ЦОГ-2, обычно экспрессируемая в ЦНС на низком уровне, но способная повышаться вследствие черепно-мозговых травм, инсультов, а также повторных эпилептических приступов, является важным медиатором воспаления и вызывает отсроченное повреждение ГАМКергических нейронов после судорог в моделях височной эпилепсии у грызунов. Однако важно упомянуть, что использование ингибиторов ЦОГ-2 (рефококсиб, целекоксиб) с целью снижения нейровоспаления и порога судорожной готовности дало противоречивые результаты: на животных моделях до судорог оно существенно увеличивало смертность грызунов после судорог, вызванных каиновой кислотой [7][70], а их применение после эпилептического приступа существенно снижало смертность, а также уменьшало возбудимость постсинаптической мембраны и обратный приток ионов Ca²⁺, связанный с потенциалом действия дендритов в гранулярных нейронах на моделях височной эпилепсии у мышей. Однако это же исследование подтвердило неспособность селективных ингибиторов ЦОГ-2 предотвратить развитие эпилептогенеза или снизить частоту рецидивов судорог на животных моделях эпилепсии [71].

Продуктом ЦОГ-2 является ПГЕ2, который, в свою очередь, может увеличивать высвобождение глутамата астроцитами и вызывать перевозбуждение нейронов [7].

Системное воспаление и ПЭП-МетС

Непосредственное влияние ПЭП на развитие МетС и его компонентов подтверждено в многочисленных исследованиях [15–27][29–32]. Так, ФТ связан с повышенным уровнем глюкозы и снижением секреции инсулина, однако ВК, несмотря на частое увеличение массы тела [28], наоборот стимулировала секрецию инсулина β-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы [20]. Такие домены ПЭП-МетС, как центральное ожирение, дислипидемия и гипергликемия, ассоциированы с системным воспалительным ответом, усугубляя тем самым течение эпилепсии и обусловливая развитие терапевтически резистентной эпилепсии [17][22][25][27][30].

ПЭП влияют на синтез провоспалительных цитокинов сложным образом. ВК показала противоречивые результаты, снижая in vitro выработку ФНО-α и ИЛ-6, предположительно за счет ингибирования NF-κB. При этом в ходе клинических исследований ВК повышала уровни ИЛ-1, ИЛ-6 и ИЛ-5 у пациентов с эпилепсией. КБЗ стимулирует выработку провоспалительных цитокинов ИЛ-1α, ИЛ-1β, ИЛ-2, ИЛ-10 и TФР-β in vitro и в ряде случаев повышает уровни иммуноглобулинов (англ. immunoglobulin, Ig) и натуральных киллеров (англ. natural killer (NK) cells). ФТ повышает уровень ИЛ-1 и высвобождение TФР-β, снижает уровни IgA и Т-супрессоров у пациентов с эпилепсией. КБЗ и ФТ также повышают уровни СРБ, в то время как ламотриджин (ЛТД) и ВК снижают его концентрацию в плазме крови [72]. Клоназепам, как и другие бензодиазепины, демонстрировал преимущественно противовоспалительные свойства, подавляя выработку ИЛ-6 и препятствуя миграции активированных макрофагов и нейтрофилов в ЦНС [35]. Диазепам также уменьшает системное воспаление, подавляя активность Т-лимфоцитов, нейтрофилов и NK-клеток, а также выработку гамма-интерферона [26].

Леветирацетам (ЛЕВ) оказывает преимущественно противовоспалительное действие путем ингибирования ИЛ-1β в гиппокампе [26][73].

Результаты исследований взаимосвязей между приемом ПЭП и изменением уровней биомаркеров системного воспалительного ответа в крови противоречивы и демонстрируют как провоспалительные (ПЭП ранних генераций), так и противовоспалительные (ПЭП новых генераций) эффекты, поэтому их роль в развитии ПЭП-МетС дискутабельна и во многом зависит от поколения ПЭП [73–75].

Маркеры системного воспалительного ответа

Как указано выше, системный воспалительный ответ является важным звеном эпилептогенеза и МетС и может индуцироваться, увеличивать интенсивность и поддерживаться при приеме ПЭП, что обусловливает важность ранней идентификации его биомаркеров для оценки рисков развития НР и коррекции терапии (табл. 2).

Оксидативный стресс / Oxidative stress

Оксидативный стресс представляет собой дисбаланс между повышенным уровнем АФК и низкой активностью антиоксидантных механизмов. АФК являются важными компонентами митохондриального β-окисления, но их избыток может приводить к непосредственному повреждению нейронов. Высокие уровни АФК физиологичны при чрезмерных физических нагрузках, а также являются следствием процессов, протекающих при естественном старении организма и нейродегенерации. В условиях эпилептогенеза повышение уровней АФК и, как следствие, развитие оксидативного стресса, оказывает негативный эффект, поддерживающий системное воспаление и активирующий механизмы нейродегенерации [76].

Оксидативный стресс и эпилептогенез

АФК играют ключевую роль в эпилептогенезе, провоцируя повреждение нейронов, вызванное эпилептическими приступами, и окисляя ионные каналы и переносчики тормозных нейромедиаторов. Это, в свою очередь, приводит к повышению возбудимости нейронов, изменению потенциала действия плазматической мембраны и снижению активности тормозных интернейронов в головном мозге [77].

Эпилепсия сама по себе способствует оксидативному стрессу. Многочисленные экспериментальные и клинические исследования подтверждают повышенное потребление кислорода и глюкозы головным мозгом уже после первого эпилептического приступа [5][22][78].

Также после первого эпилептичсекого приступа микроглия начинает участвовать в процессах нейровоспаления и нейродегенерации, активируя комплекс никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ) оксидазы (англ. nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase, NOX), и увеличивает выработку АФК [79]. Повышение уровня АФК происходит по той же схеме, что и высвобождение провоспалительных цитокинов: инактивация митохондриального комплекса I типа, посттрансляционная модификация и нарушение митохондриального дыхания в животных моделях височной эпилепсии [58]. Высокие уровни АФК в ЦНС активируют сигнальный путь NF-κB и вызывают высвобождение HMGB1, влияние которых на эпилептогенез освещалось выше [4].

ЦНС особенно чувствительна к повреждающему воздействию АФК, поскольку активность антиоксидативных ферментов в головном мозге примерно в 10 раз ниже, чем в других тканях организма человека. Следовательно, образующиеся свободные АФК могут окислять и нарушать функцию тормозных нейромедиаторов и нейронных мембран, что приводит к снижению их текучести и нарушению мембранного транспорта [5].

ЦНС потребляет до 20% вдыхаемого кислорода, при этом бо́льшая его часть используется в нейрональных митохондриях для синтеза АТФ в процессе клеточного дыхания, при котором выделяется значительное количество АФК и оксида азота (NO) [80]. Митохондриальная дисфункция, вызванная окислительным стрессом, играет заметную роль в нейродегенерации и эпилептогенезе. Так, повторяющиеся эпилептические приcтупы провоцируют чрезмерную выработку АФК в митохондриях, которые в присутствии ионов Cu²⁺ и Fe²⁺ окисляют липиды, белки и ДНК. Это приводит к нарушению энергетического метаболизма в нейронах и изменению экспрессии генов, ассоциированных с повышением проницаемости мембран и возбудимости нейронов, что в конечном итоге снижает порог судорожной готовности [78]. Митохондрии также поддерживают стабильный внутриклеточный уровень ионов Cа²⁺, поэтому митохондриальная дисфункция приводит к его избытку. Совместное воздействие АФК и избытка ионов Cа²⁺ усиливает синаптическую передачу, возбудимость нейронов и эксайтотоксичность. В результате открываются поры перехода проницаемости митохондрий и происходит перемещение проапоптотических молекул в цитозоль нейронов, что инициирует их апоптоз [5].

В случае посттравматической эпилепсии высвобождение ионов Fe³⁺ из эритроцитов приводит к выработке супероксида, гидроксида и пероксида водорода. Перекисное окисление липидов (ПОЛ), вызванное избыточной продукцией АФК, и последующая деградация мембран нейронов сопровождаются повышенной секрецией возбуждающих аминокислот. Кроме того, гидроксильные радикалы способствуют выработке метилгуанидина – эндогенного проконвульсанта, образующегося из креатинина [81].

Избыточное образование АФК повреждает митохондриальную ДНК и снижает активность ферментов цикла Кребса. Вызванные АФК изменения в структуре глутаматных рецепторов, снижение энергозависимого действия переносчиков глутамата и потеря ГАМКергических нейронов повышают возбудимость нейронов и их предрасположенность к судорогам [78].

Исходя из важности окислительного стресса в эпилептогенезе, активно обсуждается потенциальная роль антиоксидантов в качестве болезнь-модифицирующей терапии эпилепсии и ПЭП-МетС, в особенности препаратов мелатонина, α-токоферола и коэнзима Q10 [5][80]. Однако применение экзогенного мелатонина и агонистов мелатониновых рецепторов при эпилепсии нуждается в дальнейшем изучении. Эндогенный мелатонин может действовать как проконвульсант из-за снижения дофаминергической передачи в головном мозге, в то время как экзогенный мелатонин или его агонисты (агомелатин) индуцировали ГАМКергическое торможение в ЦНС [80].

Оксидативный стресс и ПЭП-МетС

Окислительный стресс и системное воспаление играют важную роль в развитии метаболических коморбидных нарушений, сопутствующих заболеваний (гиперлипидемия, артериальная гипертензия и сниженная толерантность к глюкозе) у пациентов с эпилепсией [82–84].

АФК участвуют в развитии дезадаптивных реакций, которые приводят к МетС и системному воспалительному ответу разной степени выраженности в зависимости от типа клеток и тканевой среды [85][86]. Избыточная выработка АФК, наблюдаемая при ожирении, инсулинорезистентности, гипергликемии и дислипидемии, доказывает взаимосвязь оксидативного стресса и ПЭП-МетС [83][87][88]. В многочисленных исследованиях установлено, что у людей с ПЭП-МетС снижается активность антиоксидантных ферментов в крови и повышаются уровни биомаркеров окислительного повреждения [37][82][83][85][87].

Имеются многочисленные клинические и экспериментальные отчеты, демонстрирующие ПЭП-индуцированные изменения оксидантно-антиоксидантного баланса у пациентов с эпилепсией. ПЭП первой генерации (фенобарбитал (ФБ), ФТ, ВК) активируют ПОЛ и образование АФК у пациентов с эпилепсией при длительной фармакотерапии, что индуцирует повышение уровней прооксидативных ферментов (супероксиддисмутазы и каталазы), одновременно понижая уровни антиоксидативных ферментов (глутатионпероксидазы и глутатионредуктазы) [62]. Так, ВК достоверно снижает уровни антиоксидативного фермента сиртуина 1-го типа (англ. sirtuin 1, SIRT1) в крови [66]. Известно, что реактивные метаболиты некоторых ПЭП первой генерации (ФБ, ФТ, КБЗ, ВК) могут вызывать образование АФК и способствуют повреждению клеток [22][89]. В целом ПЭП первой генерации не имеют существенного нейропротективного и антиоксидативного эффекта.

По сравнению с ними, ПЭП новых генераций, например ЛТД, снижали ПОЛ и уровни АФК, в то время как окскарбазепин существенно уменьшал уровни биомаркеров окислительного стресса у взрослых пациентов с эпилепсией [63][64]. В отношении ЛЕВ имеются противоречивые результаты, согласно которым у больных, принимающих данный ПЭП, могут повышаться уровни окисленных липидов (малоновый диальдегид) и ДНК (8-оксо-2'-дезоксигуанозин), а также снижаться уровни восстановленного глутатиона [90][91]. Некоторая антиоксидативная активность наблюдается также у габапентина и зонисамида, способных подавлять ПОЛ, снижая выработку NO и поглощая гидроксильные радикалы, а также повышая активность ферментов антиоксидативной системы (каталаза и глутатион) [5][80].

Исследования вигабатрина и тиагабина показали противоречивые результаты. Вероятно, эти ПЭП имеют дозозависимый прооксидантный эффект, поскольку в ряде работ они повышали уровни АФК при достижении субтоксических и токсических концентраций в крови по данным терапевтического лекарственного мониторинга [30].

Маркеры оксидативного стресса

Выполненный нами анализ ранее проведенных доклинических и клинических исследований позволил систематизировать перспективные биомаркеры оксидативного стресса как ведущего домена ПЭП-МетС, играющего важную роль в инициации и поддержании системного воспалительного ответа и нейровоспаления (табл. 3).

МикроРНК как эпигенетические биомаркеры системного воспаления и оксидативного стресса при ПЭП-МетС / MicroRNAs as epigenetic biomarkers of systemic inflammation and oxidative stress in AED-MetS

МикроРНК являются важными инструментами эпигенетического контроля экспрессии генов и участвуют в регуляции различных физиологических и патологических процессов, играющих существенную роль в механизмах развития МетС и ПЭП-МетС, включая оксидативный стресс [98][99] и системное воспаление [55][100] (табл. 4). Они оказывают значительное влияние на течение ПЭП-МетС, а также ассоциированы с течением самой эпилепсии, поэтому рассматриваются в исследованиях последнего десятилетия в качестве чувствительных и специфичных эпигенетических биомаркервов эпилептогенеза и ПЭП-МетС [52][101–104]. Например, микроРНК способны модулировать синаптическую передачу, регулируя экспрессию и пропускающую способность рецепторов возбуждающих и тормозных нейромедиаторов, тем самым оказывая эпилептогенное и противоэпилептическое воздействие на ЦНС [105].

МикроРНК как биомаркеры системного воспаления

МикроРНК способны влиять на различные стадии системного воспалительного ответа и регулируют как положительную, так и отрицательную обратную связь с развитием ПЭП-МетС, в т.ч. экспрессию провоспалительных цитокинов, ограничивая инвазию патогенов, факторов транскрипции, активацию репарации повреждения нейронов и нейроглии, регуляцию активации иммунокомпетентных клеток для поддержания тканевого гемостаза (см. табл. 4) [55][59].

Нами обобщены ранее изученные микроРНК-ингибиторы системных воспалительных реакций (miR-7, miR-9, miR-10a, miR-15a, miR-16, miR-24, miR-31, miR-124, miR-125, miR-126, miR-142, miR-143, miR-146, miR-149, miR-150, miR-210, miR-223, miR-363), регулирующие синтез, процессинг биомаркеров системного и локального воспаления и их факторов транскрипции [55][100].

Противовоспалительные механизмы этих микроРНК разнообразны и связаны с модуляцией факторов транскрипции и медиаторов воспаления. Так, miR-7 подавляет ангиогенез и утолщение гладкой мускулатуры церебральных сосудов в поврежденных тканях головного мозга, ингибируя фактор роста эндотелия сосудов (англ. vascular endothelial growth factor, VEGF), а miR-9 активирует путь янус-киназы и активатора транскрипции JAK1/STAT6¹, препятствуя образованию инфламмасом в макрофагах и развитию глиоза в ЦНС [100][107].

Как описано выше, NF-κB индуцирует и поддерживает системное воспаление, а также является одним из ключевых звеньев эпилептогенеза и ПЭП-МетС, повышая синтез провоспалительных молекул – ИЛ-6, ИЛ-8, моноцитарного хемотаксического протеина 1 (англ. monocyte chemoattractant protein 1, MCP-1) и васкулярной молекулы клеточной адгезии 1 (англ. vascular cell adhesion molecule 1, VCAM-1) [4][58][108][109]. Одним из центральных регуляторов NF-κB является miR-10a, ингибрующая экспрессию MAPK и белка, содержащего повторы β-трансдуцина (англ. β-transducin repeat-containing protein, β-TrCP), которые активируют NF-κB. По схожему механизму, подавляя сигналы MAPK, инактивируют пути TLR4/MyD88/NF-κB другие микроРНК (miR-125b, miR-143 и miR-146 [100].

Другим противовоспалительным механизмом обладает miR-124, ограничивающая секрецию провоспалительных цитокинов (ИЛ-6 и ФНО-α) макрофагами путем ингибирования экспрессии ФНО-α-превращающего фермента [100].

МикроРНК miR-126 уменьшает сосудистое воспаление, ингибируя белки эндотелия, усиливающие ангиогенез (SPRED1, фосфоинозитолкиназа-3, VCAM1) [110].

МикроРНК miR-142 ингибирует ИЛ-1-рецептор-ассоциированную киназу (англ. interleukin-1 receptor-associated kinase 1, IRAK1) и инактивирует NF-κB, снижая тем самым продукцию провоспалительных цитокинов ФНО-α и ИЛ-6 [100].

Некоторые микроРНК могут непосредственно регулировать экспрессию провоспалительных цитокинов. Например, гиперэкспрессия miR-181a подавляет синтез ФНО-α, а гипоэкспрессия miR-146a приводит к повышению уровней ИЛ-1β, ИЛ-18 [100].

Препятствуя передаче сигналов на TLR4, miR-223 способна инактивировать M1-макрофаги, тем самым выключая одно из звеньев системного воспалительного ответа [55][100][111].

МикроРНК-индукторы системного воспалительного ответа (miR-21, miR-23a, miR-27a, miR-29a, miR-34a, miR-34c, miR-92a, miR-132, miR-138, miR-155, miR-200, miR-let-7a), наоборот, ассоциированы с активацией факторов транскрипции медиаторов воспаления [55][100]. Например, miR-23a, инициируя провоспалительный путь NF-κB в активированных макрофагах, одновременно с этим подавляет ось JAK1/STAT6, которая препятствует образованию инфламмасом. Еще одним активатором пути NF-κB является miR-let-7a, которая подавляет экспрессию ингибитора κB-киназы [100][107]. МикроРНК miR-21 усиливает повреждение нейронов, запуская процессы неоангиогенеза в воспаленных тканях головного мозга путем активации VEGF-A. Гиперэкспрессия miR-21 в адипоцитах у пациентов с ПЭП-МетС усиливает их дифференцировку, поддерживает вялотекущее локальное воспаление, повышая риск развития центрального ожирения [100][112][113]. Сигнальный путь NF-κB, а также пути MyD88 и TRIF активируются при гиперэкспрессии miR-138 и miR-155, приводя к повышению уровней провоспалительных медиаторов, например HMGB1, ИЛ-6 [60][100][114].

Паралоги семейства miR-34 (miR-34a и miR-34c) инактивируют G-белки, способствуя беспрепятственному высвобождению провоспалительных цитокинов и хемокинов в активированных клетках, запуская и усугубляя системный воспалительный ответ [98][115].

Гиперэкспрессия miR-92a индуцирует экспрессию генов, кодирующих провоспалительные цитокины в макрофагах [98], а гиперэкспрессия miR-196 и miR-200 ассоциирована с повышением синтеза белка Zeb-1, активирующего ЦОГ-2 и MCP-1 в гладкомышечных клетках сосудов [100]. Влияние оси Zeb-1/ЦОГ-2/нейровоспаление на эпилептогенез и ПЭП-МетС рассмотрено нами ранее в разделе, посвященном системному воспалению [7][70][106][116].

МикроРНК как биомаркеры оксидативного стресса

Подобно вариабельному активирующему и ингибирующему влиянию на механизмы реализации системных воспалительных реакций, микроРНК также регулирируют сигнальные пути и ферменты, опосредующие прооксидантное повреждение или антиоксидативные механизмы защиты (см. табл. 4). Ряд микроРНК (miR-19b, miR-20a, miR-24, miR-99a, miR-125b, miR-128-3p, miR-141, miR-146, miR-152, miR-200a, miR-200c, miR-210, miR-221, miR-455, miR-601, miR-626), ассоциированных с цитопротекцией и снижением маркеров оксидативного стресса, модулирует сигнальный путь 2-го типа ядерного фактора, связанного с эритропоэтином (англ. nuclear factor-erythroid 2 related factor, Nrf2), который активируется в ответ на окислительные и электрофильные нарушения. Механизмами, по которым микроРНК регулируют Nrf2, являются изменение ядерной транслокации Nrf2, контроль экспрессии Nrf2 и индуцируемых им медиаторов, регуляция келч-подобного белка Keap1 [98][99][117][118]. Keap1 представляет собой важный регулятор активации Nrf2, необходимый для поддержания нормального (физиологического) уровня АФК путем убиквитинирования и деградации транскрипционного фактора Nrf2 [117].

К антиоксидативным микроРНК, которые ингибируют Keap1, высвобождая из-под его влияния Nrf2, относятся miR-24, miR-152, miR-200a и miR-626 [99]. Окислительный стресс, вызванный приемом ВК, может объясняться снижением активности системы Nrf2 и активацией промотора Keap1. Исходя из этих данных, высказана гипотеза об ожидаемой гиперэкспресии этих микроРНК при терапии вальпроатами, что делает их перспективными эпигенетическими биомаркерами оксидативного стресса при ВК-индуцированном МетС [118].

Регуляция фактора транксрипции Nrf2 с участием микроРНК осуществляется и по другому сценарию с использованием указанных выше регуляторов. Например, гиперэкспрессия miR-125b активирует Nrf2 путем регуляции пероксиредоксина типа L2A (ген PRXL2A) [99], а miR-455 – через регуляцию ферментативной активности гистондеацетилазы 2-го типа (англ. histone deacetylase 2, HDAC2) [98].

МикроРНК также модулируют экспрессию антиоксидативных ферментов (SIRT, НAД(Ф)H-куинондегидрогеназа 1 (NQO1) и гемоксидаза (HO-1)). Сиртуины – это НАД⁺-зависимые деацетилазы, являющиеся важными антиоксидантными ферментами, активирующими Nrf2 как напрямую, так и через описанные выше механизмы. SIRT1 является наиболее изученным ферментом при ПЭП-МетС. В частности, длительный прием ВК приводит к снижению плазменного уровня SIRT1, ассоциированного с развитием ВК-индуцировнного МетС [99][119]. SIRT3 активирует протеины forkhead box O1 и О2 в митохондриях и регулирует митохондриальный метаболизм, защищая их от оксидативного повреждения при нейровоспалении и эпилептогенезе [120][121]. В частности, miR-128-3p повышает уровни SIRT1, SIRT3, NQO1 и HO-1, а также активирует Nrf2. В то же время miR-141 уменьшает оксидативный стресс и его последствия через систему Nrf2/Keap1, повышает уровень HO-1, подавляет миграцию и пролиферацию гладкомышечных клеток сосудов, что препятствует развитию ПЭП-МетС в целом и атерогенеза в частности [98].

MiR-455, помимо активации системы Nrf2, разрушает белок куллин-3, который убиквитирует связанные с антиоксидативными ферментами гены (NQO1, HO-1 и GCLC) [98].

Дополнительным антиоксидантным механизмом микроРНК является ингибирование прооксидативных ферментов (например, NOX4, экспрессия которой подавляется miR-99a и miR-146 напрямую), тем самым снижая уровни АФК и предотвращая развитие оксидативного стресса [99][122].

Ряд микроРНК (miR-1, miR-21, mir-23b, miR-27a, miR-28, miR-29, miR-34a, miR-92a, miR-93, miR-101, miR-106b, miR-128, miR-129-3p, miR-140, miR-142, miR-144, miR-148, miR-153, miR-155, miR-181c, miR-193b, miR-320, miR-365, miR-375, miR-383, miR-495, miR-503, miR-802) способны индуцировать оксидативный стресс, подавляя активность фактора транскрипции Nrf2 или ингибируя антиоксидативные SIRT-белки [98][99].

Эти механизмы реализации оксидативного стресса осуществляются с участем miR-23b и miR-128, а другие микроРНК (miR-27а, miR-34a, miR-142, miR-144 и miR-153) подавляют только Nrf2, снижая экспрессию его гена NRF2 (miR-34a) или ингибируя его транскрипцию (miR-27а, miR-34a, miR-142, miR-144, miR-153) [98][99].

На активность антиоксидативных ферментов влияют следующие микроРНК: miR-92a (ингибирует SIRT1, активирует синтазу NO и инфламмасомы в М1-моноцитах) [99], miR-140 (ингибирует SIRT2, HO-1, NQO1 и forkhead box O3a, а также индуцирует экспрессию Keap1) [96], miR-320 (ингибирует Nrf2 и нижестоящий HO-1) [98], miR-383 (ингибирует пероксиредоксин 3-го типа) [99].

ОБСУЖДЕНИЕ / DISCUSSION

Проблема МетС и ПЭП-МетС активно обсуждается и изучается в последние годы, что привело к динамическому пересмотру клинических и лабораторных биомаркеров и расширило наше понимание механизмов их патогенеза. Кандидаты в биомаркеры МетС и ПЭП-МетС отбираются в результате многочисленных доклинических и клинических исследований из большого числа молекул, вырабатываемых клетками и тканями экспериментальных животных и человека.

Эпигенетические биомаркеры обладают рядом преимуществ по сравнению с ранее обнаруженными клиническими и лабораторными (генетическими, биохимическими, гормональными) биомаркерами, поскольку могут предоставить врачу важную информацию о текущей функции генов в отдельных типах клеток. Кроме того, они отражают информацию о влиянии модифицируемых факторов окружающей среды и образа жизни пациента с эпилепсией, приема ПЭП и других ЛС, назначаемых по поводу сопутствующих заболеваний, на механизмы развития метаболических расстройств. Преимуществом микроРНК как эпигенетических биомаркеров ПЭП-МетС являются [123]:

– возможность предоставления информации о естественном или отягощенном течении эпилепсии;

– высокая стабильность в биообразцах (плазме, слюне, моче, сперме, вагинальном секрете, грудном молоке, ликворе);

– высокая стабильность в основных типах тканевых препараторов (свежих и замороженных тканях, пятнах засохшей крови (карты Гатри), парафиновых блоках, фиксированных формалином).

Таким образом, микроРНК идеально подходят на роль перспективных эпигенетических биомаркеров ПЭП-МетС [124][125] для оценки безопасности применения ПЭП и оценки их терапевтической резистентности [126][127].

Внедрение платформ для генетического секвенирования нового поколения, например Illumina (Illumina Inc., США), и их применение для секвенирования микроРНК, параллельная разработка сложных вычислительных методов для анализа микроРНК в будущем позволят расширить возможности лабораторной диагностики с использованием эпигенетических биомаркеров для прогнозирования и ранней диагностики ПЭП-МетС у пациентов с эпилепсией [128][129]. Однако следует признать, что количество микроРНК, получивших широкое клиническое признание и нуждающихся во внедрении в реальную клиническую практику, пока невелико. Рекомендации по использованию микроРНК, одобренные Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (англ. U.S. Food and Drug Administration, FDA), Европейским агентством лекарственных средств (англ. European Medicines Agency, EMA), Росздравнадзором и Минпромторгом России, пока носят одиночный характер.

Подготовленный нами обзор позволил систематизировать ранее изученные микроРНК, которые участвуют в регуляции системного воспаления и усиливающего его оксидативного стресса (см. табл. 4), и обобщить их роль как прогностических и предиктивных биомаркеров системного воспаления и оксидативного стресса (одних из ведущих патогенетическх механизмов ПЭП-МетС), что представляет несомненный клинический интерес в неврологии (рис. 1).

Следует признать, что пока большинство исследований микроРНК при рассматриваемой патологии являются доклиническими и выполены на животных моделях и клеточных линиях, а клинические исследования с участием пациентов с МетС и ПЭП-МетС пока единичны и охватывают небольшие выборки. Это является ограничением настоящего обзора и не позволяет сформулировать убедительные обобщающие выводы и рекомендации к применению изученных эпигенетических биомаркеров в реальной клинической практике эпилептолога.

На основании полученных результатов было решено разделить рассматриваемые микроРНК в зависимости от риска развития системного воспалительного ответа и оксидативного стресса на три группы: низкий, средний и высокий риск (рис. 2). К группе низкого риска мы отнесли микроРНК с протективными эффектами как на окислительный стресс, так и на системное воспаление. Группа среднего риска обладает и протективными, и предиктивными свойствами. Группа высокого риска имеет сугубо предиктивные свойства в отношении системного воспаления, оксидативного стресса и, как следствие, МетС.

К наиболее перспективным с позиции одновременного индуцирующего влияния на системное воспаление и оксидативный стресс микроРНК можно отнести miR-27a, которая ингибирует транскрипцию антиоксидативного фактора Nrf2 [98] и запускает транскрипцию провоспалительного NF-κB [100]. Напротив, miR-142 демонстрирует одновременно противовоспалительные и прооксидативные эффекты, ингибируя IRAK1 и инактивируя NF-κB [100], при этом она подавляет транскрипцию Nrf2 [98].

К протективным микроРНК в отношении как оксидативного стресса, так и системного воспаления можно отнести miR-146 и miR-210. Антиоксидативные свойства miR-146 обусловлены подавлением активности НAД(Ф)H-оксидазы [99], а противовоспалительный эффект – инактивацией пути TLR4/MyD88/NF-κB через ингибирование MAPK [100]. МикроРНК miR-210 реализует свой противовоспалительный потенциал, непосредственно ингибируя NF-κB [100], а ее антиоксидативные эффекты обусловлены снижением образования АФК [98].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ / CONCLUSION

Проблема прогнозирования и ранней диагностики ПЭП-МетС актуальна для современной эпилептологии, но далека от разрешения. Перспективным направлением ее решения является поиск предиктивных эпигенетических биомаркеров и разработка панелей (сигнатур) на основе циркулирующих микроРНК, изменение экспрессии которых ассоциировано с высоким риском рассматриваемой НР фармакотерапии эпилепсии.

С позиции персонализированной медицины эпигеномика представляет собой новый этап не только изучения эфективности ПЭП, но и прогнозирования развития НР со стороны эндокринной и других систем. Это объясняет важность планирования и проведения клинических исследований чувствительности и специфичности сигнатур циркулирующих микроРНК в крови больных эпилепсией с ПЭП-МетС и без него.

Расширение наших знаний о чувствительных и специфичных предиктивных биомаркерах ПЭП-МетС позволит повысить безопасность лечения эпилепсии и комплаентность пациентов к соблюдению дозы и режима приема ПЭП.