Тимкин П.Д., Славных Д.Е. Молекулярные особенности
патогенеза спорадических форм прионных
болезней и экспериментальные подходы к терапии.
Фармакология & Фармакотерапия. 2023; 4: 102–107.
DOI 10.46393/27132129_2023_4_102
Прионные болезни – нейродегенеративные заболевания, встречающиеся у ряда млекопитающих, включая человека. При-
онные болезни, как правило, редки, но всегда смертельны, и на данный момент нет терапевтических способов устранения
или замедления течения этих заболеваний. Отличительной чертой подобной патологии является образование и накопле-
ние мутировавших патологических прионных белков (PrPSc). Выделяют три основные группы прионных заболеваний:
спорадические (болезнь Крейтцфельдта–Якоба, спорадическая бессонница со смертельным исходом и протеаза-чувстви-
тельная прионопатия), наследственные (наследственная болезнь Крейтцфельдта–Якоба, фатальная семейная бессонни-
ца и синдром Герстманна–Штраусслера–Шейнкера) и приобретенные (куру, варианты болезни Крейтцфельдта–Якоба
и ятрогенные болезни Крейтцфельдта–Якоба). Ограниченные данные относительно патогенеза прионных болезней, от-
сутствие адекватных патофизиологических моделей обусловливают сложности в разработке подходов к терапии. Однако,
несмотря на представленные ограничения, с каждым годом все больше раскрывается природа данной патологии, что по-
зволяет проектировать новые подходы и все чаще предпринимать попытки к тому, чтобы создать успешную тактику для
облегчения заболевания или элиминации инфекционного агента.
Прионные заболевания представляют собой фе-
нотипически разнообразную группу заболеваний, вызы-
ваемых резистентными к протеазам белками аномальной
формы, известными как прионы. Прионы представляют
собой белки с неправильной конформацией, которые
могут передавать свою свернутую форму нормальным
вариантам того же белка. Остается неизвестным, что за-
ставляет нормальный белок неправильно сворачивать-
ся, образуя прион; однако его последующая аномальная
трехмерная структура передает инфекционные свойства
за счет коллапса близлежащих белковых молекул в ре-
зультате цепной реакции. Предполагается, что прион-
ные изоформы белка (PrP), чья специфическая функция
неясна, являются причиной трансмиссивных губчатых
энцефалопатий. К ним относятся болезнь Крейтцфельд-
та–Якоба, спорадическая прионопатия, фатальная се-
мейная бессонница, синдром Герстманна–Штраусслера–
Шейнкера и куру. Для представленных разновидностей
прионных заболеваний на данный момент отсутствуют
адекватные методы лечения. Несмотря на то что разра-
ботки некоторых лекарственных препаратов в лабора-
торных испытаниях на моделях животных и клеточных
культур показывают удовлетворительные результаты,
испытания на пациентах не увенчались успехом.
Молекулярные особенности патогенеза
спорадических форм прионных болезней
Спорадические прионные заболевания составля-
ют примерно 85% всех прионных заболеваний человека.
К ним относятся спорадическая форма болезни Крейтц-
фельдта–Якоба (сБКЯ), которая встречается в более 90%
случаев, спорадическая фатальная семейная бессонница
(сФСБ) и протеаза-чувствительная прионопатия (ПЧП),
на долю которых приходится 1–2 и 3–4% случаев соот-
ветственно. Спорадическая БКЯ включает пять феноти-
пических подтипов с различными молекулярными осо-
бенностями. Молекулярная сигнатура каждого подтипа
определяется совмещением генотипа по полиморфному
кодону 129 метионин/валин гена прионного белка (PrP)
и одного из двух ассоциированных с заболеванием PrP.
ПЧП может включать три подтипа, тогда как для сФСБ
ни один из подтипов не известен.
В настоящее время наиболее вероятным этио-
лого-патогенетическим механизмом спорадических
прионных заболеваний признана несостоятельность
комплекса контроля качества, допускающего наличие
конформационно-аномальных и патогенных вариантов
PrP, способных превращать нормальный PrP в патоген-
ные конформеры. Затем эти конформеры размножаются
и повреждают ткани, в которых находятся. Такая же по-
следовательность событий может проявляться при забо-
леваниях, образующих амилоиды: болезни Альцгеймера
и других серьезных нейродегенеративных заболеваниях,
а также при сахарном диабете 2-го типа. Все три спора-
дические формы характеризуются неопределенностью
в отношении этиологии, патогенеза, характеристики ас-
социированного с ними аномального прионного белка
(PrPDis), классификации, ранней клинической диагно-
стики и лечения.
В отличие от инфекционных или наследствен-
ных форм вопрос о молекулярных механизмах спора-
дических прионных заболеваний остается дискуссион-
ным. Один из сценариев становления патологической
конформации PrP предполагает наличие соматической
мутации в гене. Эта же мутация приводит к экспрес-
сии патологической изоформы белка. Другой сценарий
предполагает поломку в системе контроля качества
новых синтезированных белков, ошибки посттранс-
ляционных модификаций, включая неправильную
маршрутизацию PrP, которые могут подвергнуть PrP
воздействию неподходящей среды, и отказ клетки для
контроля iPrPC, нерастворимой и частично устойчивой
к протеазе изоформы PrPC (также называется молча-
щим прионом), обычно присутствующей в мозге и счи-
тающейся промежуточным звеном между PrPC и PrPSc.
Провал комплекса контроля качества, частью которого
может быть потеря контроля над iPrPC, кажется наи-
более вероятным из всех этих возможных механиз-
мов по крайней мере по трем причинам: он непосред-
ственно участвует в управлении правильной укладкой
белков, считается, что он негативно влияет на старе-
ние, основной фактор риска спорадических прионных
и других конформационных заболеваний, и может быть
особенно уязвим в нейронах [1].
Болезнь Крейтцфельдта–Якоба
Спорадическая форма БКЯ характеризуется
быстро прогрессирующей деменцией с началом по-
сле 60 лет и продолжительностью менее года. Гистоло-
гическая триада, состоящая из губчатой дегенерации,
астроглиальной
реакции и потери нейронов, являет-
ся важным диагностическим признаком. Однако эта
характеристика относится к классическому и наибо-
лее распространенному подтипу сБКЯ, в то время как
вся группа сБКЯ заметно неоднородна. Фенотипические
признаки, такие как распространенность, возраст на-
чала и продолжительность, а также тип и топография
поражений, широко варьируются. Характеристики изо-
форм PrPDis также различаются по ряду параметров. Эти
параметры включают различную склонность к агрега-
ции и совместному возникновению в одной и той же об-
ласти мозга, различные химические и физические осо-
бенности, такие как как электрофоретический профиль
и стабильность. Фенотипическая гетерогенность была
связана с изменчивостью PrP человека. Генотип PRNP,
который определяется заменой метионина на валин,
многообразен по кодону 129, так как было замечено, что
пациенты с разными кодонами имеют разные феноти-
пы. Эта первоначальная разница усиливается наличием
в пораженном мозге одного из двух видов PrPDis, иденти-
фицированных как типы 1 и 2. Они различаются прежде
всего по основным сайтам расщепления протеазами,
которые расположены в остатках 82 и 97 соответствен-
но и придают двум типам PrPDis различную электрофо-
ретическую подвижность после расщепления [2]. Было
предпринято много попыток установить генетические
факторы риска и найти еще драйверные гены, участву-
ющие в патогенезе. Большая часть исследований полно-
геномного поиска ассоциаций не увенчались успехом.
По всей видимости, мутация в локусе PRNP является
самой сильной. Классифицировать сБКЯ можно по типу
замены в 129-м кодоне (таблица) [3, 4].
Спорадическая фатальная семейная бессонница
Спорадическая фатальная семейная бессонни-
ца – очень редко наблюдаемый подтип не только спо-
радических форм, но и всех прионных болезней. сФСБ
представляет собой неизлечимое нейродегенеративное
заболевание, при котором человек умирает от бессонни-
цы. Любое лечение, направленное на индуцирование сна,
не приводит к успеху ввиду нарушения самого головного
мозга, а не отдельных его компонентов. Однако имеют-
ся зарегистрированные единичные случаи купирования
сФСБ высокими дозами снотворных препаратов, что
в целом не предотвратило летального исхода, но увеличи-
ло продолжительность жизни. Сложность в дифферен-
цировке спорадических и наследственных форм заключа-
ется в установлении природы появления патологической
изоформы прионного белка. Однако в механизме пато-
генности несомненно то, что каким-то образом эти мути-
ровавшие белки представляют собой остаток метионина
в положении 129 (Met129) вместо остатка валина (Val129)
и не распознаются протеазами. Это предотвращает их ги-
дролиз и нормальный метаболизм, заставляя их накапли-
ваться в разных местах (таблица) [5].
Протеаза-чувствительная прионопатия
Протеаза-чувствительная прионопатия – чрез-
вычайно редкое спорадическое прионное заболевание,
характеризующееся гетерогенными и часто неспецифи-
ческими клиническими и патологическими признака-
ми, создающими диагностические трудности. Выделяют
три генетические формы данной патологии: генотипы
по полиморфному кодону 129 метионина метионин/ме-
тионин (MM), метионин/валин (MV) и валин/валин (VV)
в гене прионного белка (PRNP). Клинические, биохими-
ческие и нейропатологические данные подчеркивают
важную роль генетического фона хозяина как фенотипи-
ческого модулятора. В частности, кодон 129 PRNP проде-
монстрировал заметное влияние на физико-химические
свойства патологического прионного белка (PrPSc), осо-
бенно на чувствительность к расщеплению протеиназой
K (PK) (VV > MV > MM), которая по-разному влияла
на три основных фрагмента (19, 17 и 7 кДа соответствен-
но). Это, в свою очередь, коррелировало со значительны
ми различиями в соотношении фрагментов 19 и 7 кДа,
которое было самым высоким в случае ММ и самым низ-
ким в случае VV. Относительное количество церебраль-
ных и мозжечковых мини-бляшек PrP иммуногистохи-
мически показало аналогичную связь с генотипом кодона
129 (VV > MV > MM) [6]. ПЧП – достаточно новая спо-
радическая прионная болезнь, которая составляет почти
2% всех спорадических прионных заболеваний. В целом
средний возраст начала заболевания составляет 70 лет,
продолжительность – два года. Клиническая картина ча-
сто включает один или несколько признаков: психиатри-
ческие аномалии, нарушения речи/языка и снижение ког-
нитивных функций. Гистопатологические особенности
включают умеренные корковые и подкорковые губчатые
дегенерации и мини-бляшки в мозжечке, в то время как
иммуноокрашивание PrP часто выявляет отличительный
мишеневидный зернистый рисунок. В зависимости от ис-
пользуемых антител ПЧП образует пяти- или семидиапа-
зонную лестничную структуру, а также электрофоретиче-
ский профиль с увеличением резистентности к протеазам
от подтипов VV к ММ [7].
Экспериментальные подходы и стратегии терапии
прионных заболеваний
При создании даже гипотетической концепции
терапии приходится опираться на патогенетические
и этиологические аспекты любой патологии. Резюмируя
все известные экспериментальные сведения, патогенез
прионных заболеваний можно условно разделить на три
этапа: первый – инициация мутаций, второй – накопле-
ние прионов, третий – нейродегенерация (рис. 1).
На первом этапе инициируются драйверные му-
тации, ответственные за некорректный фолдинг тре-
тичной структуры белка или системы распознавания
патологических изоформ. Также начинается формиро-
вание и накопление ассоциированного с болезнью при-
онного белка PrPSc, инициируемого либо инокуляцией,
либо спонтанной конверсией мутировавшего нормаль-
ного прионного белка PrPC в PrPSc. Второй этап связан
с образованием С-трансмембранного прионного белка
CtmPrP либо в результате неизвестного процесса с уча-
стием PrPSc, либо в связи с некоторыми мутациями
внутри PrP. Две различные формы PrP могут образовы-
ваться в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР): полно-
стью транслоцированный (secPrP) и трансмембранный.
Расщепление последних протеазами приводит к образо-
ванию двух фрагментов: один имеет карбоксиконцевое
происхождение и является гликозилированным, дру-
гой – аминоконцевой и негликозилированный; таким
образом, первый называется C-трансмембранным PrP
(CtmPrP) с карбоксиконцом в просвете ЭР и амино-
концом, доступным для протеаз в цитозоле, тогда как
второй называется N-трансмембранным PrP (NtmPrP)
с противоположной конформацией. Третий этап пред-
ставлен гипотетическим событием – CtmPrP-опосредо-
ванной нейродегенерацией, возможно связанной с вы-
ходом CtmPrP в пост-ЭР-компартмент.
Полноразмерный PrP может действовать как
корецептор на поверхности клетки, опосредуя сопо-
ставление двух трансмембранных молекул A и B на по-
верхности клетки (рис. 2). Это генерирует сигнал для
выживания клеток в цитозоле. Невозможность CtmPrP
связаться с молекулой B может вызывать гибель клеток,
не способствуя ассоциации A с B [8, 9].
Наиболее перспективной стратегией исследова-
телей в данный момент является воздействие на пер-
вый этап. Основная задача такого подхода – нарушение
преобразования нормального белка PrPC в аномальный
прионный PrPSc. Современные терапевтические концеп-
ции можно разделить на классические, то есть уже суще-
ствующие и показавшие какие-либо результаты на экс-
периментальных моделях или у единичных пациентов,
и гипотетические методы, которые либо существуют как
концепция, либо пока не апробированы эксперимен-
тально и имеют лишь данные виртуального моделиро-
вания (рис. 3).
Химические агенты
Полисульфат пентозана (PPS) представляет со-
бой большую молекулу полигликозида со слабой гепа-
риноподобной активностью. Предполагается, что PPS
действует как корецептор для PrP на клеточной поверх-
ности, конкурируя с эндогенными протеогликанами
сульфата гепарина, и проявляет способность ингиби-
ровать образование новых PrPSc на моделях клеточных
культур [10].
Хинакрин представляет собой производное
акридина, которое ингибирует образование PrPSс в кле-
точных культурах, инфицированных скрепи. Дальней-
шие исследования показали, что хинакрин продлевает
инкубационный период и время выживания мышей,
инфицированных различными штаммами скрепи. Хотя
точный механизм остается спорным, считается, что хи-
накрин предотвращает полимеризацию PrPSc, стабили-
зируя PrPC и снижая его превращение в PrPSc [11].
Доксициклин изменяет протеазную резистент-
ность PrPSc, выделенного из мозга животных с прионной
болезнью, и продлевает выживание животных, экспери-
ментально инфицированных прионами, даже при введе-
нии при появлении клинических признаков [12]. Важно
отметить, что доксициклин имеет благоприятную ки-
нетику, хорошую способность проникать через гемато-
энцефалический барьер, слабые токсические эффекты
и хорошую переносимость даже при длительном приме-
нении. Исследования показали, что у пациентов с БКЯ,
получавших доксициклин, наблюдалось более длитель-
ное время выживания, чем в контрольной группе, не по-
лучавшей лечения доксициклином [13]. Однако в не-
давнем международном рандомизированном двойном
слепом исследовании доксициклина в сравнении с пла-
цебо показано, что пероральное введение доксициклина
(100 мг в день) не улучшает выживаемость пациентов
с БКЯ.
Другой ингибитор агрегации – anle138b, как
было показано, блокирует образование патологиче-
ских агрегатов PrPSc in vitro и in vivo и впоследствии
был скринирован и оптимизирован [14]. Обработка
anle138b снижала накопление PrPSc в ранние моменты
времени и изменяла размер агрегатов PrPSc. Однако
anle138b содержит метилендиоксифенольную группу,
которая может оказывать нейротоксическое или гепа-
тотоксическое действие.
Мелатонин – нейроэндокринный гормон, секре-
тируемый шишковидной железой. Как самый сильный
эндогенный поглотитель свободных радикалов, мела-
тонин проявляет антиоксидантное действие, напрямую
связываясь со свободными радикалами и блокируя се-
рию цепных реакций свободнорадикального окисления,
а также повышая активность антиоксидантных фермен-
тов in vivo. Показано, что раннее лечение мелатонином
полезно для пациентов с фатальной семейной бессонни-
цей [5].
Моноклональные антитела
Что касается иммунотерапии, в ней используют-
ся моноклональные антитела, ингибирующие процесс
конверсии нормального белка в прионную изоформу.
Разнообразие данных препаратов заключается в струк-
туре эпитопа и потенциальном способе введения. Также
сообщается о цитотоксичности представленного класса
препаратов на моделях животных.
Таким образом, иммунотерапия прионных забо-
леваний все еще находится на доклинических стадиях.
Чтобы избежать потенциальных побочных эффектов
двухвалентных антител, были разработаны моновалент-
ные антитела и другие рекомбинантные антитела против
различных частей прионного белка, проявляющие инги-
бирующую активность в отношении олигомеризации
прионного белка in vitro.
Натуральные экстракты
Соединения данной группы, такие как ресвера-
трол и куркумин, экспериментально обладают нейро-
протекторным свойством [15, 16].
Ингибиторы USP14 и индукция аутофагии
Недавно проведенные исследования демонстри-
руют перспективность ингибирования активности фер-
мента USP14, что должно привести к активации систем
убиквитин-протеосомного комплекса для деградации
белков неправильной конформации. USP14 (убикви-
тин-специфическая протеаза) – фермент, вовлеченный
в процесс протеолиза белков. Роль данного фермента
в патогенезе прионных болезней заключается в том, что
сверхэкспрессия повышает уровень PrPSc, а ингибирова-
ние, наоборот, понижает его [17].
В торможении процессов образования прионных
белков играет роль аутофагия. Индукция прион-специфической
аутофагии позволила бы бороться с прогрес-
сированием заболевания на клеточном уровне. Для
возникновения данного эффекта используются цито-
статики, такие как иматиниб, ионы лития и трегалоза.
Представленные препараты направлены на увеличение
лизосомального клиренса в клетках, что приводит к де-
градации прионных белков. Недостатком такой стра-
тегии является лишь ее тестирование с переменным
успехом на модельных клеточных культурах нейронов
или опухолей нервной ткани, что может сильно иска-
жать итоговую картину фармакотерапии. Рапамицин
и метформин ингибируют передачу сигналов mTORC1,
уменьшают нагрузку PrPSc в инфицированных приона-
ми клеточных культурах, также путем индукции ауто-
фагии [18, 19].
Некодирующие РНК
Малые интерферирующие РНК напрямую влияют
на торможение экспрессии генов. В основе ме-
ханизма их действия лежит принцип гибридизации
с матричной РНК на стадии процессинга, что приво-
дит к деградации транскрипта. В перспективе данная
стратегия может рассматриваться как метод генной те-
рапии, направленной на транскрипты PrPC, снижение
количества которых приведет и к уменьшению общего
выхода PrPSc [20].
Заключение
Ввиду сложности изучения прионных болез-
ней, обусловленной редкостью манифестации, леталь-
ностью и трудным процессом создания стабильных
животных или клеточных моделей патологии, и, как
следствие, недостатка данных для разработки лекарст-
венных препаратов усилия исследователей направлены
на изучение молекулярных аспектов патогенеза и раз-
работку терапевтических подходов. Несмотря на все
технические ограничения, ведется работа по созда-
нию экспериментальных молекул. Некоторые подходы
представляются весьма перспективными и, возможно,
вскоре позволят повлиять на течение этой неизлечи-
мой патологии.
Литература
1. Gambetti P., Notari S. Human sporadic prion diseases. In:
Prions and diseases. Ed. by W.Q. Zou, P. Gambetti. New
York, NY: Springer, 2013.
2. Knight R. Infectious and sporadic prion diseases. Prog. Mol.
Biol. Transl. Sci. 2017; 150: 293–318.
3. Mead S., Uphill J., Beck J. et al. Genome-wide association
study in multiple human prion diseases suggests genetic
risk factors additional to PRNP. Hum. Mol. Genet. 2012;
21 (8): 1897–1906.
4. Gambetti P., Cali I., Notari S. et al. Molecular biology
and pathology of prion strains in sporadic human prion
diseases. Acta Neuropathol. 2010; 121 (1): 79–90.
5. Tabaee Damavandi P., Dove M.T., Pickersgill R.W. A review
of drug therapy for sporadic fatal insomnia. Prion. 2017;
11 (5): 293–299.
6. Baiardi S., Mammana A., Rossi M. et al. Phenotypic heterogeneity
of variably protease-sensitive prionopathy: a report
of three cases carrying different genotypes at PRNP Codon
129. Viruses. 2022; 14 (2): 367.
7. Notari S., Appleby B.S., Gambetti P. Chapter 10. Variably
protease-sensitive prionopathy. In: Handbook of Clinical
Neurology. Vol. 153. Ed. by M. Pocchiari, J. Manson. Elsevier,
2018: 175–190.
8. Shmerling D., Hegyi I., Fischer M. et al. Expression of amino-
terminally truncated PrP in the mouse leading to ataxia
and specific cerebellar lesions. Cell. 1998; 93: 203–214.
9. Moore R.C., Lee I.Y., Silverman G.L. et al. Ataxia in prion
protein (PrP)-deficient mice is associated with upregulation
of the novel PrP-like protein doppel. J. Mol. Biol. 1999; 292:
797–817.
10. Zafar S., Noor A., Zerr I. Therapies for prion diseases.
Handb. Clin. Neurol. 2019; 165: 47–58.
11. Ladner-Keay C.L., Ross L., Perez-Pineiro R. et al. A simple
in vitro assay for assessing the efficacy, mechanisms
and kinetics of anti-prion fibril compounds. Prion. 2018;
12: 280–300.
12. Schroder H.C., Muller W.E. Neuroprotective effect of flupirtine
in prion disease. Drugs Today (Barc.). 2002; 38: 49–58.
13. Varges D., Manthey H., Heinemann U. et al. Doxycycline
in early CJD: a double-blinded randomised phase II and observational
study. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 2017;
88: 119–125.
14. Wagner J., Ryazanov S., Leonov A. et al. Anle138b: a novel
oligomer modulator for disease-modifying therapy of neurodegenerative
diseases such as prion and Parkinson’s disease.
Acta Neuropathol. 2013; 125: 795–813.
15. Li L., Zhu Y., Zhou S. et al. Experimental and theoretical insights
into the inhibition mechanism of prion fibrillation by
resveratrol and its derivatives. ACS Chem. Neurosci. 2017;
8: 2698–2707.
16. Lin C.F., Yu K.H., Jheng C.P. et al. Curcumin reduces amyloid
fibrillation of prion protein and decreases reactive oxidative
stress. Pathogens. 2013; 2: 506–519.
17. Wang F., Ning S., Yu B., Wang Y. USP14: structure, function,
and target inhibition. Front. Pharmacol. 2022; 12: 801328.
18. Stocki P., Sawicki M., Mays C.E. et al. Inhibition of the
FKBP family of peptidyl prolyl isomerases induces abortive
translocation and degradation of the cellular prion protein.
Mol. Biol. Cell. 2016; 27: 757–767.
19. López-Pérez Ó., Badiola J.J., Bolea R. et al. An update on autophagy
in prion diseases. Front. Bioeng. Biotechnol. 2020;
8: 975.
20. Contiliani D.F., Ribeiro Y.A., de Moraes V.N., Pereira T.C.
MicroRNAs in prion diseases – from molecular mechanisms
to insights in translational medicine. Cells. 2021; 10:
1620.
патогенеза спорадических форм прионных
болезней и экспериментальные подходы к терапии.
Фармакология & Фармакотерапия. 2023; 4: 102–107.
DOI 10.46393/27132129_2023_4_102
Прионные болезни – нейродегенеративные заболевания, встречающиеся у ряда млекопитающих, включая человека. При-
онные болезни, как правило, редки, но всегда смертельны, и на данный момент нет терапевтических способов устранения
или замедления течения этих заболеваний. Отличительной чертой подобной патологии является образование и накопле-
ние мутировавших патологических прионных белков (PrPSc). Выделяют три основные группы прионных заболеваний:
спорадические (болезнь Крейтцфельдта–Якоба, спорадическая бессонница со смертельным исходом и протеаза-чувстви-
тельная прионопатия), наследственные (наследственная болезнь Крейтцфельдта–Якоба, фатальная семейная бессонни-
ца и синдром Герстманна–Штраусслера–Шейнкера) и приобретенные (куру, варианты болезни Крейтцфельдта–Якоба
и ятрогенные болезни Крейтцфельдта–Якоба). Ограниченные данные относительно патогенеза прионных болезней, от-
сутствие адекватных патофизиологических моделей обусловливают сложности в разработке подходов к терапии. Однако,
несмотря на представленные ограничения, с каждым годом все больше раскрывается природа данной патологии, что по-
зволяет проектировать новые подходы и все чаще предпринимать попытки к тому, чтобы создать успешную тактику для
облегчения заболевания или элиминации инфекционного агента.
Прионные заболевания представляют собой фе-
нотипически разнообразную группу заболеваний, вызы-
ваемых резистентными к протеазам белками аномальной
формы, известными как прионы. Прионы представляют
собой белки с неправильной конформацией, которые
могут передавать свою свернутую форму нормальным
вариантам того же белка. Остается неизвестным, что за-
ставляет нормальный белок неправильно сворачивать-
ся, образуя прион; однако его последующая аномальная
трехмерная структура передает инфекционные свойства
за счет коллапса близлежащих белковых молекул в ре-
зультате цепной реакции. Предполагается, что прион-
ные изоформы белка (PrP), чья специфическая функция
неясна, являются причиной трансмиссивных губчатых
энцефалопатий. К ним относятся болезнь Крейтцфельд-
та–Якоба, спорадическая прионопатия, фатальная се-
мейная бессонница, синдром Герстманна–Штраусслера–
Шейнкера и куру. Для представленных разновидностей
прионных заболеваний на данный момент отсутствуют
адекватные методы лечения. Несмотря на то что разра-
ботки некоторых лекарственных препаратов в лабора-
торных испытаниях на моделях животных и клеточных
культур показывают удовлетворительные результаты,
испытания на пациентах не увенчались успехом.
Молекулярные особенности патогенеза
спорадических форм прионных болезней
Спорадические прионные заболевания составля-
ют примерно 85% всех прионных заболеваний человека.
К ним относятся спорадическая форма болезни Крейтц-
фельдта–Якоба (сБКЯ), которая встречается в более 90%
случаев, спорадическая фатальная семейная бессонница
(сФСБ) и протеаза-чувствительная прионопатия (ПЧП),
на долю которых приходится 1–2 и 3–4% случаев соот-
ветственно. Спорадическая БКЯ включает пять феноти-
пических подтипов с различными молекулярными осо-
бенностями. Молекулярная сигнатура каждого подтипа
определяется совмещением генотипа по полиморфному
кодону 129 метионин/валин гена прионного белка (PrP)
и одного из двух ассоциированных с заболеванием PrP.
ПЧП может включать три подтипа, тогда как для сФСБ
ни один из подтипов не известен.
В настоящее время наиболее вероятным этио-
лого-патогенетическим механизмом спорадических
прионных заболеваний признана несостоятельность
комплекса контроля качества, допускающего наличие
конформационно-аномальных и патогенных вариантов
PrP, способных превращать нормальный PrP в патоген-
ные конформеры. Затем эти конформеры размножаются
и повреждают ткани, в которых находятся. Такая же по-
следовательность событий может проявляться при забо-
леваниях, образующих амилоиды: болезни Альцгеймера
и других серьезных нейродегенеративных заболеваниях,
а также при сахарном диабете 2-го типа. Все три спора-
дические формы характеризуются неопределенностью
в отношении этиологии, патогенеза, характеристики ас-
социированного с ними аномального прионного белка
(PrPDis), классификации, ранней клинической диагно-
стики и лечения.
В отличие от инфекционных или наследствен-
ных форм вопрос о молекулярных механизмах спора-
дических прионных заболеваний остается дискуссион-
ным. Один из сценариев становления патологической
конформации PrP предполагает наличие соматической
мутации в гене. Эта же мутация приводит к экспрес-
сии патологической изоформы белка. Другой сценарий
предполагает поломку в системе контроля качества
новых синтезированных белков, ошибки посттранс-
ляционных модификаций, включая неправильную
маршрутизацию PrP, которые могут подвергнуть PrP
воздействию неподходящей среды, и отказ клетки для
контроля iPrPC, нерастворимой и частично устойчивой
к протеазе изоформы PrPC (также называется молча-
щим прионом), обычно присутствующей в мозге и счи-
тающейся промежуточным звеном между PrPC и PrPSc.
Провал комплекса контроля качества, частью которого
может быть потеря контроля над iPrPC, кажется наи-
более вероятным из всех этих возможных механиз-
мов по крайней мере по трем причинам: он непосред-
ственно участвует в управлении правильной укладкой
белков, считается, что он негативно влияет на старе-
ние, основной фактор риска спорадических прионных
и других конформационных заболеваний, и может быть
особенно уязвим в нейронах [1].
Болезнь Крейтцфельдта–Якоба
Спорадическая форма БКЯ характеризуется
быстро прогрессирующей деменцией с началом по-
сле 60 лет и продолжительностью менее года. Гистоло-
гическая триада, состоящая из губчатой дегенерации,
астроглиальной
реакции и потери нейронов, являет-
ся важным диагностическим признаком. Однако эта
характеристика относится к классическому и наибо-
лее распространенному подтипу сБКЯ, в то время как
вся группа сБКЯ заметно неоднородна. Фенотипические
признаки, такие как распространенность, возраст на-
чала и продолжительность, а также тип и топография
поражений, широко варьируются. Характеристики изо-
форм PrPDis также различаются по ряду параметров. Эти
параметры включают различную склонность к агрега-
ции и совместному возникновению в одной и той же об-
ласти мозга, различные химические и физические осо-
бенности, такие как как электрофоретический профиль
и стабильность. Фенотипическая гетерогенность была
связана с изменчивостью PrP человека. Генотип PRNP,
который определяется заменой метионина на валин,
многообразен по кодону 129, так как было замечено, что
пациенты с разными кодонами имеют разные феноти-
пы. Эта первоначальная разница усиливается наличием
в пораженном мозге одного из двух видов PrPDis, иденти-
фицированных как типы 1 и 2. Они различаются прежде
всего по основным сайтам расщепления протеазами,
которые расположены в остатках 82 и 97 соответствен-
но и придают двум типам PrPDis различную электрофо-
ретическую подвижность после расщепления [2]. Было
предпринято много попыток установить генетические
факторы риска и найти еще драйверные гены, участву-
ющие в патогенезе. Большая часть исследований полно-
геномного поиска ассоциаций не увенчались успехом.
По всей видимости, мутация в локусе PRNP является
самой сильной. Классифицировать сБКЯ можно по типу
замены в 129-м кодоне (таблица) [3, 4].
Спорадическая фатальная семейная бессонница
Спорадическая фатальная семейная бессонни-
ца – очень редко наблюдаемый подтип не только спо-
радических форм, но и всех прионных болезней. сФСБ
представляет собой неизлечимое нейродегенеративное
заболевание, при котором человек умирает от бессонни-
цы. Любое лечение, направленное на индуцирование сна,
не приводит к успеху ввиду нарушения самого головного
мозга, а не отдельных его компонентов. Однако имеют-
ся зарегистрированные единичные случаи купирования
сФСБ высокими дозами снотворных препаратов, что
в целом не предотвратило летального исхода, но увеличи-
ло продолжительность жизни. Сложность в дифферен-
цировке спорадических и наследственных форм заключа-
ется в установлении природы появления патологической
изоформы прионного белка. Однако в механизме пато-
генности несомненно то, что каким-то образом эти мути-
ровавшие белки представляют собой остаток метионина
в положении 129 (Met129) вместо остатка валина (Val129)
и не распознаются протеазами. Это предотвращает их ги-
дролиз и нормальный метаболизм, заставляя их накапли-
ваться в разных местах (таблица) [5].
Протеаза-чувствительная прионопатия
Протеаза-чувствительная прионопатия – чрез-
вычайно редкое спорадическое прионное заболевание,
характеризующееся гетерогенными и часто неспецифи-
ческими клиническими и патологическими признака-
ми, создающими диагностические трудности. Выделяют
три генетические формы данной патологии: генотипы
по полиморфному кодону 129 метионина метионин/ме-
тионин (MM), метионин/валин (MV) и валин/валин (VV)
в гене прионного белка (PRNP). Клинические, биохими-
ческие и нейропатологические данные подчеркивают
важную роль генетического фона хозяина как фенотипи-
ческого модулятора. В частности, кодон 129 PRNP проде-
монстрировал заметное влияние на физико-химические
свойства патологического прионного белка (PrPSc), осо-
бенно на чувствительность к расщеплению протеиназой
K (PK) (VV > MV > MM), которая по-разному влияла
на три основных фрагмента (19, 17 и 7 кДа соответствен-
но). Это, в свою очередь, коррелировало со значительны
ми различиями в соотношении фрагментов 19 и 7 кДа,
которое было самым высоким в случае ММ и самым низ-
ким в случае VV. Относительное количество церебраль-
ных и мозжечковых мини-бляшек PrP иммуногистохи-
мически показало аналогичную связь с генотипом кодона
129 (VV > MV > MM) [6]. ПЧП – достаточно новая спо-
радическая прионная болезнь, которая составляет почти
2% всех спорадических прионных заболеваний. В целом
средний возраст начала заболевания составляет 70 лет,
продолжительность – два года. Клиническая картина ча-
сто включает один или несколько признаков: психиатри-
ческие аномалии, нарушения речи/языка и снижение ког-
нитивных функций. Гистопатологические особенности
включают умеренные корковые и подкорковые губчатые
дегенерации и мини-бляшки в мозжечке, в то время как
иммуноокрашивание PrP часто выявляет отличительный
мишеневидный зернистый рисунок. В зависимости от ис-
пользуемых антител ПЧП образует пяти- или семидиапа-
зонную лестничную структуру, а также электрофоретиче-
ский профиль с увеличением резистентности к протеазам
от подтипов VV к ММ [7].
Экспериментальные подходы и стратегии терапии
прионных заболеваний
При создании даже гипотетической концепции
терапии приходится опираться на патогенетические
и этиологические аспекты любой патологии. Резюмируя
все известные экспериментальные сведения, патогенез
прионных заболеваний можно условно разделить на три
этапа: первый – инициация мутаций, второй – накопле-
ние прионов, третий – нейродегенерация (рис. 1).
На первом этапе инициируются драйверные му-
тации, ответственные за некорректный фолдинг тре-
тичной структуры белка или системы распознавания
патологических изоформ. Также начинается формиро-
вание и накопление ассоциированного с болезнью при-
онного белка PrPSc, инициируемого либо инокуляцией,
либо спонтанной конверсией мутировавшего нормаль-
ного прионного белка PrPC в PrPSc. Второй этап связан
с образованием С-трансмембранного прионного белка
CtmPrP либо в результате неизвестного процесса с уча-
стием PrPSc, либо в связи с некоторыми мутациями
внутри PrP. Две различные формы PrP могут образовы-
ваться в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР): полно-
стью транслоцированный (secPrP) и трансмембранный.
Расщепление последних протеазами приводит к образо-
ванию двух фрагментов: один имеет карбоксиконцевое
происхождение и является гликозилированным, дру-
гой – аминоконцевой и негликозилированный; таким
образом, первый называется C-трансмембранным PrP
(CtmPrP) с карбоксиконцом в просвете ЭР и амино-
концом, доступным для протеаз в цитозоле, тогда как
второй называется N-трансмембранным PrP (NtmPrP)
с противоположной конформацией. Третий этап пред-
ставлен гипотетическим событием – CtmPrP-опосредо-
ванной нейродегенерацией, возможно связанной с вы-
ходом CtmPrP в пост-ЭР-компартмент.
Полноразмерный PrP может действовать как
корецептор на поверхности клетки, опосредуя сопо-
ставление двух трансмембранных молекул A и B на по-
верхности клетки (рис. 2). Это генерирует сигнал для
выживания клеток в цитозоле. Невозможность CtmPrP
связаться с молекулой B может вызывать гибель клеток,
не способствуя ассоциации A с B [8, 9].
Наиболее перспективной стратегией исследова-
телей в данный момент является воздействие на пер-
вый этап. Основная задача такого подхода – нарушение
преобразования нормального белка PrPC в аномальный
прионный PrPSc. Современные терапевтические концеп-
ции можно разделить на классические, то есть уже суще-
ствующие и показавшие какие-либо результаты на экс-
периментальных моделях или у единичных пациентов,
и гипотетические методы, которые либо существуют как
концепция, либо пока не апробированы эксперимен-
тально и имеют лишь данные виртуального моделиро-
вания (рис. 3).
Химические агенты
Полисульфат пентозана (PPS) представляет со-
бой большую молекулу полигликозида со слабой гепа-
риноподобной активностью. Предполагается, что PPS
действует как корецептор для PrP на клеточной поверх-
ности, конкурируя с эндогенными протеогликанами
сульфата гепарина, и проявляет способность ингиби-
ровать образование новых PrPSc на моделях клеточных
культур [10].
Хинакрин представляет собой производное
акридина, которое ингибирует образование PrPSс в кле-
точных культурах, инфицированных скрепи. Дальней-
шие исследования показали, что хинакрин продлевает
инкубационный период и время выживания мышей,
инфицированных различными штаммами скрепи. Хотя
точный механизм остается спорным, считается, что хи-
накрин предотвращает полимеризацию PrPSc, стабили-
зируя PrPC и снижая его превращение в PrPSc [11].
Доксициклин изменяет протеазную резистент-
ность PrPSc, выделенного из мозга животных с прионной
болезнью, и продлевает выживание животных, экспери-
ментально инфицированных прионами, даже при введе-
нии при появлении клинических признаков [12]. Важно
отметить, что доксициклин имеет благоприятную ки-
нетику, хорошую способность проникать через гемато-
энцефалический барьер, слабые токсические эффекты
и хорошую переносимость даже при длительном приме-
нении. Исследования показали, что у пациентов с БКЯ,
получавших доксициклин, наблюдалось более длитель-
ное время выживания, чем в контрольной группе, не по-
лучавшей лечения доксициклином [13]. Однако в не-
давнем международном рандомизированном двойном
слепом исследовании доксициклина в сравнении с пла-
цебо показано, что пероральное введение доксициклина
(100 мг в день) не улучшает выживаемость пациентов
с БКЯ.
Другой ингибитор агрегации – anle138b, как
было показано, блокирует образование патологиче-
ских агрегатов PrPSc in vitro и in vivo и впоследствии
был скринирован и оптимизирован [14]. Обработка
anle138b снижала накопление PrPSc в ранние моменты
времени и изменяла размер агрегатов PrPSc. Однако
anle138b содержит метилендиоксифенольную группу,
которая может оказывать нейротоксическое или гепа-
тотоксическое действие.
Мелатонин – нейроэндокринный гормон, секре-
тируемый шишковидной железой. Как самый сильный
эндогенный поглотитель свободных радикалов, мела-
тонин проявляет антиоксидантное действие, напрямую
связываясь со свободными радикалами и блокируя се-
рию цепных реакций свободнорадикального окисления,
а также повышая активность антиоксидантных фермен-
тов in vivo. Показано, что раннее лечение мелатонином
полезно для пациентов с фатальной семейной бессонни-
цей [5].
Моноклональные антитела
Что касается иммунотерапии, в ней используют-
ся моноклональные антитела, ингибирующие процесс
конверсии нормального белка в прионную изоформу.
Разнообразие данных препаратов заключается в струк-
туре эпитопа и потенциальном способе введения. Также
сообщается о цитотоксичности представленного класса
препаратов на моделях животных.
Таким образом, иммунотерапия прионных забо-
леваний все еще находится на доклинических стадиях.
Чтобы избежать потенциальных побочных эффектов
двухвалентных антител, были разработаны моновалент-
ные антитела и другие рекомбинантные антитела против
различных частей прионного белка, проявляющие инги-
бирующую активность в отношении олигомеризации
прионного белка in vitro.
Натуральные экстракты
Соединения данной группы, такие как ресвера-
трол и куркумин, экспериментально обладают нейро-
протекторным свойством [15, 16].
Ингибиторы USP14 и индукция аутофагии
Недавно проведенные исследования демонстри-
руют перспективность ингибирования активности фер-
мента USP14, что должно привести к активации систем
убиквитин-протеосомного комплекса для деградации
белков неправильной конформации. USP14 (убикви-
тин-специфическая протеаза) – фермент, вовлеченный
в процесс протеолиза белков. Роль данного фермента
в патогенезе прионных болезней заключается в том, что
сверхэкспрессия повышает уровень PrPSc, а ингибирова-
ние, наоборот, понижает его [17].
В торможении процессов образования прионных
белков играет роль аутофагия. Индукция прион-специфической
аутофагии позволила бы бороться с прогрес-
сированием заболевания на клеточном уровне. Для
возникновения данного эффекта используются цито-
статики, такие как иматиниб, ионы лития и трегалоза.
Представленные препараты направлены на увеличение
лизосомального клиренса в клетках, что приводит к де-
градации прионных белков. Недостатком такой стра-
тегии является лишь ее тестирование с переменным
успехом на модельных клеточных культурах нейронов
или опухолей нервной ткани, что может сильно иска-
жать итоговую картину фармакотерапии. Рапамицин
и метформин ингибируют передачу сигналов mTORC1,
уменьшают нагрузку PrPSc в инфицированных приона-
ми клеточных культурах, также путем индукции ауто-
фагии [18, 19].
Некодирующие РНК
Малые интерферирующие РНК напрямую влияют
на торможение экспрессии генов. В основе ме-
ханизма их действия лежит принцип гибридизации
с матричной РНК на стадии процессинга, что приво-
дит к деградации транскрипта. В перспективе данная
стратегия может рассматриваться как метод генной те-
рапии, направленной на транскрипты PrPC, снижение
количества которых приведет и к уменьшению общего
выхода PrPSc [20].
Заключение
Ввиду сложности изучения прионных болез-
ней, обусловленной редкостью манифестации, леталь-
ностью и трудным процессом создания стабильных
животных или клеточных моделей патологии, и, как
следствие, недостатка данных для разработки лекарст-
венных препаратов усилия исследователей направлены
на изучение молекулярных аспектов патогенеза и раз-
работку терапевтических подходов. Несмотря на все
технические ограничения, ведется работа по созда-
нию экспериментальных молекул. Некоторые подходы
представляются весьма перспективными и, возможно,
вскоре позволят повлиять на течение этой неизлечи-
мой патологии.
Литература
1. Gambetti P., Notari S. Human sporadic prion diseases. In:
Prions and diseases. Ed. by W.Q. Zou, P. Gambetti. New
York, NY: Springer, 2013.
2. Knight R. Infectious and sporadic prion diseases. Prog. Mol.
Biol. Transl. Sci. 2017; 150: 293–318.
3. Mead S., Uphill J., Beck J. et al. Genome-wide association
study in multiple human prion diseases suggests genetic
risk factors additional to PRNP. Hum. Mol. Genet. 2012;
21 (8): 1897–1906.
4. Gambetti P., Cali I., Notari S. et al. Molecular biology
and pathology of prion strains in sporadic human prion
diseases. Acta Neuropathol. 2010; 121 (1): 79–90.
5. Tabaee Damavandi P., Dove M.T., Pickersgill R.W. A review
of drug therapy for sporadic fatal insomnia. Prion. 2017;
11 (5): 293–299.
6. Baiardi S., Mammana A., Rossi M. et al. Phenotypic heterogeneity
of variably protease-sensitive prionopathy: a report
of three cases carrying different genotypes at PRNP Codon
129. Viruses. 2022; 14 (2): 367.
7. Notari S., Appleby B.S., Gambetti P. Chapter 10. Variably
protease-sensitive prionopathy. In: Handbook of Clinical
Neurology. Vol. 153. Ed. by M. Pocchiari, J. Manson. Elsevier,
2018: 175–190.
8. Shmerling D., Hegyi I., Fischer M. et al. Expression of amino-
terminally truncated PrP in the mouse leading to ataxia
and specific cerebellar lesions. Cell. 1998; 93: 203–214.
9. Moore R.C., Lee I.Y., Silverman G.L. et al. Ataxia in prion
protein (PrP)-deficient mice is associated with upregulation
of the novel PrP-like protein doppel. J. Mol. Biol. 1999; 292:
797–817.
10. Zafar S., Noor A., Zerr I. Therapies for prion diseases.
Handb. Clin. Neurol. 2019; 165: 47–58.
11. Ladner-Keay C.L., Ross L., Perez-Pineiro R. et al. A simple
in vitro assay for assessing the efficacy, mechanisms
and kinetics of anti-prion fibril compounds. Prion. 2018;
12: 280–300.
12. Schroder H.C., Muller W.E. Neuroprotective effect of flupirtine
in prion disease. Drugs Today (Barc.). 2002; 38: 49–58.
13. Varges D., Manthey H., Heinemann U. et al. Doxycycline
in early CJD: a double-blinded randomised phase II and observational
study. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 2017;
88: 119–125.
14. Wagner J., Ryazanov S., Leonov A. et al. Anle138b: a novel
oligomer modulator for disease-modifying therapy of neurodegenerative
diseases such as prion and Parkinson’s disease.
Acta Neuropathol. 2013; 125: 795–813.
15. Li L., Zhu Y., Zhou S. et al. Experimental and theoretical insights
into the inhibition mechanism of prion fibrillation by
resveratrol and its derivatives. ACS Chem. Neurosci. 2017;
8: 2698–2707.
16. Lin C.F., Yu K.H., Jheng C.P. et al. Curcumin reduces amyloid
fibrillation of prion protein and decreases reactive oxidative
stress. Pathogens. 2013; 2: 506–519.
17. Wang F., Ning S., Yu B., Wang Y. USP14: structure, function,
and target inhibition. Front. Pharmacol. 2022; 12: 801328.
18. Stocki P., Sawicki M., Mays C.E. et al. Inhibition of the
FKBP family of peptidyl prolyl isomerases induces abortive
translocation and degradation of the cellular prion protein.
Mol. Biol. Cell. 2016; 27: 757–767.
19. López-Pérez Ó., Badiola J.J., Bolea R. et al. An update on autophagy
in prion diseases. Front. Bioeng. Biotechnol. 2020;
8: 975.
20. Contiliani D.F., Ribeiro Y.A., de Moraes V.N., Pereira T.C.
MicroRNAs in prion diseases – from molecular mechanisms
to insights in translational medicine. Cells. 2021; 10:
1620.
