Учёные «омолодили» клетки печени — и снизили бета-амилоид в крови старых крыс

Экспериментальный препарат за две недели восстановил работу сосудистых клеток печени и снизил уровень веществ, связанных с болезнью Альцгеймера и атеросклерозом

Почему при изучении болезни Альцгеймера исследователи обратились к печени

Болезнь Альцгеймера обычно связывают с патологическими процессами в головном мозге. Один из её характерных признаков — накопление бета-амилоида, небольшого белкового фрагмента, способного образовывать отложения в нервной ткани.

Однако бета-амилоид присутствует не только в мозге. Он циркулирует в крови, а его концентрация зависит от нескольких процессов: образования, распределения между тканями и удаления из организма.

Печень участвует в последнем из них.

Предыдущие исследования показали, что печёночные клетки способны захватывать бета-амилоид из кровотока. Причём значительная часть циркулирующего бета-амилоида связана с липопротеинами — частицами, которые транспортируют холестерин и другие липиды.

Это создаёт интересную взаимосвязь.

Если с возрастом печень хуже удаляет определённые липопротеины, вместе с ними в крови может дольше сохраняться и связанный с ними бета-амилоид.

Исследователи Keck School of Medicine Университета Южной Калифорнии решили проверить, можно ли восстановить этот механизм.

Микроскопические отверстия, от которых зависит очистка крови

Внутри печени кровь проходит через особые капилляры — синусоиды.

Их стенки образованы специализированными эндотелиальными клетками, которые называют LSEC (liver sinusoidal endothelial cells).

В отличие от большинства сосудов организма, эти клетки имеют многочисленные микроскопические отверстия — фенестры.

Они позволяют крупным частицам переходить из кровотока в пространство рядом с гепатоцитами — основными функциональными клетками печени.

Гепатоциты захватывают поступающие вещества, перерабатывают их и участвуют в их удалении из кровотока.

Но с возрастом строение сосудистой выстилки меняется.

Количество и площадь фенестр уменьшаются. Этот процесс называется псевдокапилляризацией: специализированная стенка печёночных синусоидов постепенно приобретает свойства обычных капилляров.

Для крупных липопротеиновых частиц такой барьер становится препятствием.

В результате они могут дольше циркулировать в крови, а вместе с ними — связанные с ними молекулы бета-амилоида.

Исследователи предположили, что восстановление фенестр поможет печени эффективнее удалять эти вещества.

Что произошло после двух недель лечения цинацигуатом

Для проверки гипотезы учёные использовали молодых четырёхмесячных и старых 24-месячных крыс.

Старым животным в течение 14 дней ежедневно вводили цинацигуат (cinaciguat) — экспериментальное вещество, активирующее фермент растворимую гуанилатциклазу.

Этот фермент участвует в образовании циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ) — внутриклеточной сигнальной молекулы, регулирующей различные функции клеток, в том числе сосудистого эндотелия.

С возрастом активность этого сигнального механизма в клетках печёночных синусоидов снижалась.

Цинацигуат позволил восстановить её.

После двухнедельного курса исследователи обнаружили несколько изменений.

Во-первых, в эндотелиальных клетках печени восстановились микроскопические фенестры. Их структура стала сопоставимой с наблюдаемой у молодых животных.

Во-вторых, улучшилась способность этих клеток захватывать определённые вещества.

В-третьих, концентрация бета-амилоида Aβ40 в плазме крови снизилась. В аннотации исследования авторы характеризуют уменьшение как приблизительно двукратное. Показатель у получавших препарат старых крыс статистически не отличался от уровня молодых животных.

Но наиболее неожиданным оказалось другое наблюдение.

Почему снижение ЛПНП стало сюрпризом для учёных

Помимо бета-амилоида, исследователи измеряли содержание липопротеинов низкой плотности.

ЛПНП часто называют «плохим холестерином», хотя технически это не сам холестерин, а частицы, которые переносят его в крови.

Повышенная концентрация ЛПНП связана с развитием атеросклероза — заболевания, при котором в стенках артерий формируются бляшки.

Первоначально учёные не ожидали, что восстановление фенестр существенно повлияет на ЛПНП.

Причина заключалась в размерах частиц.

ЛПНП имеют диаметр приблизительно 20-30 нанометров и способны пересекать сосудистый барьер печени даже при выраженной потере фенестр.

Поэтому восстановление микроскопических отверстий само по себе не должно было заметно изменить их удаление из крови.

Однако после лечения цинацигуатом концентрация ЛПНП у старых крыс снизилась до уровня, сопоставимого с молодыми животными.

Одновременно уменьшилось содержание окисленных ЛПНП — химически изменённых частиц, участвующих в процессах, связанных с атеросклерозом.

Это означало, что препарат воздействовал не только на физическую проницаемость сосудистой стенки.

Должен был существовать дополнительный механизм, помогающий гепатоцитам захватывать вещества из крови.

Неожиданное открытие: клетки печени передают друг другу сигналы

Дальнейшие эксперименты выявили важную особенность взаимодействия между эндотелиальными клетками и гепатоцитами.

Оказалось, что молодые эндотелиальные клетки печени выделяют сигнальное вещество HB-EGF — гепаринсвязывающий фактор роста, подобный эпидермальному.

Это вещество влияет на работу соседних гепатоцитов.

В частности, оно поддерживает их способность захватывать ЛПНП и бета-амилоид.

Однако при старении происходит любопытный сбой.

Эндотелиальные клетки продолжают синтезировать HB-EGF, но перестают эффективно выделять его наружу.

Сигнальное вещество остаётся внутри клеток, а взаимодействие с гепатоцитами нарушается.

Цинацигуат восстановил выделение HB-EGF у старых животных.

В лабораторных экспериментах добавление HB-EGF к культурам гепатоцитов усиливало захват ЛПНП и бета-амилоида. А блокирование HB-EGF устраняло стимулирующее действие среды, полученной от молодых эндотелиальных клеток.

Так исследователи установили роль HB-EGF в ранее недостаточно изученном сигнальном взаимодействии.

Рецепторы не исчезли — они перестали работать в нужном месте

Ещё один результат помогает понять, почему восстановление межклеточной коммуникации оказалось эффективным.

На поверхности гепатоцитов находятся белки-рецепторы, которые распознают определённые вещества и обеспечивают их захват.

В исследовании особое внимание уделили двум рецепторам.

LDLR отвечает за захват липопротеинов низкой плотности.

LRP1 участвует в захвате различных молекул, включая бета-амилоид.

С возрастом количество этих рецепторов на клеточной поверхности снижалось.

Можно было предположить, что стареющие клетки просто производят меньше соответствующих белков.

Но эксперименты показали другую картину.

Общее количество рецепторных белков в гепатоцитах существенно не изменилось. Изменилось их расположение.

Рецепторов на поверхности клеток стало меньше, хотя внутри клеток они продолжали присутствовать.

После лечения цинацигуатом количество LDLR и LRP1 на клеточной мембране восстановилось.

Таким образом, возрастное снижение способности печени очищать кровь может быть связано не только с уменьшением числа сосудистых отверстий, но и с нарушением расположения рецепторов.

Авторы предполагают, что восстановление сигнала HB-EGF способствует возвращению рецепторов на поверхность клеток или улучшает их повторное использование после захвата веществ.

Однако точный механизм перемещения рецепторов и его непосредственная зависимость от HB-EGF в живом организме ещё требуют проверки.

Означает ли это, что болезнь Альцгеймера можно лечить через печень?

Пока нет.

Исследование показало восстановление отдельных функций стареющих клеток печени и снижение концентрации бета-амилоида Aβ40 в крови животных.

Но между этими результатами и эффективным лечением болезни Альцгеймера существует несколько важных научных этапов.

Прежде всего, исследователи использовали модель естественного старения, а не животных с экспериментально воспроизведённой болезнью Альцгеймера.

Они не оценивали уменьшение амилоидных отложений в головном мозге.

Не проверяли улучшение памяти, обучения или других когнитивных функций.

Кроме того, измеряли конкретную форму бета-амилоида — Aβ40. Изменение её концентрации в периферической крови нельзя автоматически переносить на другие формы бета-амилоида и процессы накопления патологических белков в мозге.

Важно и то, что экспериментальные группы были небольшими: в зависимости от измерения использовалось от трёх до шести биологических повторов.

Результаты убедительно поддерживают существование исследуемого клеточного механизма, но не позволяют оценивать вероятность предотвращения деменции у людей.

У цинацигуата уже есть клиническая история

Интересно, что цинацигуат не является совершенно новым для медицинских исследований веществом.

Его ранее изучали у людей с острой декомпенсированной сердечной недостаточностью.

В клинических исследованиях препарат влиял на сосудистый тонус и показатели кровообращения, но одновременно вызывал снижение артериального давления.

В частности, исследования IIb фазы выявили повышенную частоту гипотензии — чрезмерного падения давления. Из-за этой проблемы некоторые испытания пришлось досрочно прекратить.

Это не означает, что воздействие на обнаруженный печёночный механизм бесперспективно.

Но показывает, почему положительные результаты эксперимента на животных нельзя непосредственно превращать в рекомендации для лечения людей.

Предыдущие клинические исследования проводились по другому показанию и с внутривенным введением препарата. Они не оценивали его эффективность при болезни Альцгеймера.

Для будущего применения потребуется определить, можно ли избирательно воздействовать на клетки печени, сохраняя полезные эффекты и ограничивая системное влияние на сосуды.

Что учёным предстоит выяснить дальше

Исследование открывает несколько направлений для дальнейшей работы.

Прежде всего необходимо установить, сохраняется ли восстановленная функция эндотелиальных клеток после прекращения лечения.

Затем предстоит проверить механизм на животных моделях, в которых действительно развиваются признаки нейродегенеративных заболеваний.

Особое значение будет иметь вопрос, приводит ли улучшение печёночного удаления бета-амилоида к уменьшению его накопления в головном мозге и улучшению когнитивных функций.

Отдельная задача — выяснить, насколько аналогичный сигнальный механизм действует в стареющей печени человека.

Для сердечно-сосудистой медицины интерес представляет снижение ЛПНП и окисленных ЛПНП. Однако необходимо установить, сопровождаются ли эти изменения уменьшением атеросклеротических поражений и сосудистого риска.

Наконец, потребуется оценить безопасность длительного воздействия на систему растворимой гуанилатциклазы и сигнальный путь HB-EGF.

Именно такие исследования покажут, может ли обнаруженный механизм стать основой лекарственной терапии.