Клинико-патофизиологические особенности функционирования киназы гликогенсинтазы 3в при аффективных расстройствах
Введение
социальный патофизиологический аффективный
Аффективные расстройства являются серьезным социально-экономическим и медицинским вопросом для современного общества. Накапливающиеся эпидемиологические данные в отношении данной группы психических расстройств отчетливо демонстрируют высокие показатели их распространенности в населении (Краснов В.Н., 2011). Обнаружена выраженная тенденция к росту заболеваемости аффективными расстройствами. К началу 60-х гг. их распространенность в развитых странах Европы и США составила 0,4 - 0,8%, в 90-е годы. - 5 - 10% (Utsun T.B. et al., 1995). По разным данным частота встречаемости данной патологии в общей популяции составляет 5 - 20% (Семке В.Я. и соавт, 2004; Cчастный Е.Д. и соавт., 2005).
Депрессивное расстройство на современном этапе оценивается как крайне распространенное и тяжелое заболевание с хроническим или рецидивирующим течением, с высоким уровнем полиморфизма клинической картины и характера течения (Смулевич А. Б. и соавт., 2012). Считается, что данная мультифакторная патология по прогнозу развития к 2020 г. займет второе место после ишемической болезни сердца (Murray C.J.L. et al., 1996). Депрессия серьезно влияет на качество жизни и адаптационные возможности пациента. Установлено, что примерно 50% пациентов с данной патологией хотя бы один раз в жизни совершали суицидальные попытки (Смулевич А.Б., 2007, Счастный Е.Д. и соавт., 2010).
В настоящее время биполярное аффективное расстройство (БАР) является важной медико-социальной проблемой вследствие его высокой распространенности, полиморфизма клинических симптомов, сложности диагностирования (Мосолов С.Н., 2008). Распространенность данного заболевания составляет от 0,5 до 5%, с учетом субсиндромальных форм - 12% (Angst J. et al., 2003).
Существует множество теорий патогенеза аффективных расстройств: нарушение механизмов нейротрансмиссии моноаминов, глутамата, ГАМК, ацетилхолина, дефицит синтеза нейростероидов, ослабление работы эндогенных опиоидов, нарушение работы гипоталамо-гипофизарной системы и тиреоидных гормонов, изменение циркадианных ритмов, аутоиммунная гипотеза и нарушение процессов нейрогенеза, нейрональной пластичности и нейродегенерации (Изнак А.Ф., 2006; Frey B.N. et al., 2004; Belmaker R.H. et al., 2008). Однако, несмотря на обилие научных фактов, лежащих в основе вышеуказанных теорий, каждая из них имеет свои недостатки и противоречия. К тому же, до сих пор не существует единой системы взглядов, которая бы объединяла различные теории патогенеза аффективных расстройств.
Исследования последних лет показали, что дизрегуляция внутриклеточных сигнальных путей играет важную роль в патогенезе психических расстройств (Иванова С.А. и соавт., 2013; Emamian E.S., 2012). Считается, что протеинкиназы, задействованные в нейробиологических процессах могут быть мишенями для новых методов фармакотерапии, прогноза и диагностики аффективных расстройств (Dunman S. R., 2013).
Одной из таких протеинкиназ является фермент киназа гликогенсинтазы 3в (GSK-3в). Первоначально данный фермент был открыт как ингибитор гликогенсинтазы, однако на сегодняшний день известно, что GSK-3в регулирует активность более 50 белков-мишеней, принимающих участие в процессах метаболизма, клеточной пролиферации, апоптоза, клеточного цикла, эмбриогенеза, нейротрансмиссии, нейродегенерации, формирования нейрональной полярности, синаптической пластичности, циркадианных ритмов (Rayasam G.V. et al., 2009). Роль GSK-3в в патогенезе аффективных расстройств изучается активно последние 10 лет (Li X. et al., 2010). В экспериментальных исследованиях на животных показано, что дизрегуляция GSK-3в пути приводит к развитию депрессивно- и маниакально-подобного поведения (Polter A.M. et al., 2010, Diniz B.S. et. al., 2011; Joaquim H.P. et al., 2012).
Степень разработанности темы исследования.
Несмотря на обилие экспериментальных данных о вовлеченности GSK-3в в формирование депрессивно- и маниакально-подобных симптомов у животных (Spittaels K. et al. 2002; Beaulieu J.M. et al., 2004; Gould T.D. et al., 2004; Kaidanovich-Beilin O. et al., 2004; Prickaerts J. et al., 2006; Beaulieu J.M. et al., 2008; Okamoto H. et al., 2010; Polter A.M. et al., 2010; Omata N. et al., 2011; Enman N.M. et al., 2012), информация о вкладе данного белка в формирование аффективных расстройств практически отсутствует. Результаты клинических исследований немногочисленны, их данные противоречивы. Не изучена связь GSK-3в с клиническим полиморфизмом аффективных расстройств (Li X. et al., 2007; Pandey G.N. et al., 2010; Polter A.M. et al., 2010; Diniz B.S. et al., 2011; Joaquim H.P. et al., 2012). Практически не известна роль негативного регулятора GSK-3в протеинкиназы Akt1 при аффективных расстройствах (Hsiung S. et al., 2003; Karege F. et al., 2007; Dwivedi Y. et al., 2010). Кроме этого, ассоциация генов GSK3B и AKT1 с депрессивными расстройствами и их клиническим полиморфизмом мало изучена (Pereira P.A. et al., 2005; Yoon H.K. et al. 2007; Tsai S.J. et al., 2008; Inkster B. et al., 2009; Saus E. et al., 2010; Yang C. et. al., 2010). Таким образом, является обоснованным изучение компонентов молекулярно-биологического комплекса, определяющего функционирование киназы гликогенсинтазы 3в, для установления роли данного белка в патогенезе аффективных расстройств.
Цель работы:
Установить клинико-патофизиологические особенности функционирования киназы гликогенсинтазы 3в (GSK-3в) у больных с депрессивными и биполярным аффективными расстройствами.
Задачи исследования:
1. Выявить клинико-патофизиологические особенности содержания общей GSK-3в, общей протеинкиназы Akt1 и их фосфорилированных форм (фосфо-серин-9 GSK-3в, фосфо-серин-473 Akt1) у пациентов с депрессивными и биполярным расстройствами в зависимости от нозологии аффективного расстройства.
2. Оценить связь начального уровня общих и фосфорилированных форм GSK-3в и Akt1 с выраженностью депрессивной симптоматики и последующим ответом на антидепрессивную терапию.
3. Изучить частоту встречаемости аллелей и генотипов полиморфных вариантов гена GSK3B (полиморфизмы rs334558, rs645582) и гена AKT1 (полиморфизмы rs1130214, rs3730358) у лиц с депрессивными расстройствами. Оценить ассоциацию данных полиморфизмов с нозологической формой аффективного расстройства, тяжестью депрессивной симптоматики, ответом на антидепрессивную терапию.
4. Выявить корреляции между содержанием общих и фосфорилированных форм белков GSK-3в и Akt1 в мононуклеарах крови и полиморфизмом их генов, у больных с депрессивными и биполярным расстройствами, а также здоровых лиц.
5. Выявить клинико-патофизиологические особенности содержания нейромедиаторов-регуляторов Akt1/GSK-3в-сигнального пути (дофамина и серотонина) у пациентов с депрессивными и биполярным расстройствами в зависимости от нозологии аффективного расстройства.
6. Оценить связь нейромедиаторов-регуляторов Akt1/GSK-3в-сигнального пути (дофамина и серотонина) с выраженностью депрессивной симптоматики и последующим ответом на антидепрессивную терапию.
Научная новизна.
В результате проведенного комплексного исследования с использованием современных биологических и молекулярно-генетических методов у больных депрессивными и биполярными аффективными расстройствами выявлены специфические молекулярно-биологические особенности функционирования белков GSK-3в и Akt1. Показана корреляция уровней исследуемых белков с тяжестью депрессивной симптоматики и ответом на антидепрессивную терапию. Впервые выявлены маркеры дизрегуляции Akt1/GSK-3в-сигнального пути у больных депрессивными расстройствами. Впервые показана взаимосвязь концентрации серотонина с выраженностью типичных депрессивных симптомов, а также взаимосвязь концентрации дофамина с выраженностью атипичных депрессивных симптомов.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Продемонстрировано клиническое значение исследования белков Akt1/GSK-3в-сигнального пути в мононуклеарах периферической крови у больных аффективными расстройствами. Показано, что высокий уровень общей GSK-3в у больных рекуррентным депрессивным расстройством связан с тяжестью текущего депрессивного эпизода. По результатам исследования получен патент № 2540491 «Способ оценки тяжести текущего депрессивного эпизода у больных рекуррентным депрессивным расстройством». Разработана новая медицинская технология «Оценка тяжести текущего депрессивного эпизода у больных рекуррентным депрессивным расстройством на основе определения внутриклеточного содержания общей киназы гликогенсинтазы 3в» (2014). Исследование позволило выявить комплекс молекулярно-биологических параметров, имеющих прогностическое значение при оценке эффективности антидепрессивной терапии. Разработано учебно-методическое пособие «Протеинкиназные сигнальные маркеры при шизофрении и депрессии» (2013).
Основные результаты диссертационной работы включены в программу обучения ординаторов и аспирантов НИИ психического здоровья и в учебные программы студентов, интернов, клинических ординаторов и врачей-психиатров кафедры психиатрии, наркологии и психотерапии Сибирского государственного медицинского университета. Результаты внедрены в лечебно-реабилитационный процесс отделения аффективных состояний клиник НИИ психического здоровья. Результаты исследования в дальнейшем могут служить теоретической базой для разработки принципиально новых методов диагностики депрессивных расстройств, методов прогноза антидепрессивной терапии. Применение результатов исследования в практическом здравоохранении будет способствовать улучшению качества оказания специализированной психиатрической помощи.
Методология и методы исследования
Комплексное исследование молекулярно-биологических признаков выполнено на базе лаборатории молекулярной генетики и биохимии (руководитель лаборатории - д-р мед. наук, профессор С. А. Иванова) НИИ психического здоровья (директор - член-корреспондент РАН, профессор, д-р мед. наук, заслуженный деятель науки РФ Н. А. Бохан). Было сформированы 3 группы: пациенты с депрессивными расстройствами, пациенты с биполярным аффективным расстройством и здоровые доноры. В группе больных с депрессивными расстройствами были дополнительно выделены подгруппы пациентов с единственным депрессивным эпизодом и пациентов с рекуррентным депрессивным расстройством. Для всех обследуемых было проведено изучение комплекса психометрических и молекулярно-биологических показателей. Материалом для определения последних являлись: цельная кровь с этилендиаминтетрацетатом (ЭДТА), мононуклеары периферической крови, сыворотка и плазма крови.
Основные методы исследования:
1. Клинико-психопатологический;
2. Клинико-динамический;
3. Психометрическая оценка с использованием шкал SIGH-SAD, CGI-S, CGI-I;
4. Выделение мононуклеаров периферической крови;
5. Определение общей GSK-3в, фосфо-серин-9 GSK-3в, общей Akt1, фосфо-серин-473 Akt1 в мононуклеарах периферической крови методом иммуноблоттинга;
6. Выделение ДНК сорбентным методом;
7. Определение аллельных вариантов генов AKT1 и GSK3B методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) в режиме реального времени;
8. Определение концентрации дофамина и серотонина методом иммуноферментного анализа;
9. Статистический анализ результатов.
Положения, выносимые на защиту
1. У больных депрессивными и биполярным расстройствами наблюдается дизрегуляция Akt1/GSK-3в-сигнального пути, проявляющаяся в повышении общей GSK-3в, снижении общей Akt1, снижении фосфо-серин-473 Akt1.
2. Тип аффективного расстройства характеризуется специфическими биохимическими признаками: у пациентов с рекуррентным депрессивным расстройством наблюдается высокий уровень общей GSK-3в по сравнению с больными единственным депрессивным эпизодом, для больных депрессивными расстройствами характерен низкий уровень фосфо-серин-473 Akt1 по сравнению с больными БАР.
3. Начальные уровни белков Akt1/GSK-3в-сигнального пути связаны с тяжестью депрессивной симптоматики, а также ответом на антидепрессивную терапию. Ответ на антидепрессивную терапию ассоциирован с полиморфизмом rs1130214 гена AKT1.
4. Клинический полиморфизм симптомов депрессии коррелирует с концентрацией нейромедиаторов-регуляторов Akt1/GSK-3в-сигнального пути: выраженность атипичных депрессивных симптомов связана с низкой концентрацией дофамина в плазме крови, выраженность типичных депрессивных симптомов связана с низкой концентрацией серотонина в сыворотке крови.
Степень достоверности и апробация результатов
Высокая степень достоверности результатов, представленных в работе, обоснована достаточным объемом выборок, применением современных методов исследования, высокотехнологического оборудования и подтверждена адекватными методами статистической обработки. Результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на II Всероссийской научной конференции молодых ученых «Проблемы биомедицинской науки третьего тысячелетия» (Санкт-Петербург, 2012); на III Всероссийской конференции с международным участием «Современные проблемы биологической психиатрии и наркологии» (Томск, 2013); на Общероссийской конференции с международным участием «Трансляционная медицина - инновационный путь развития современной психиатрии» (Самара, 2013); XVI научной отчетной сессии ФГБУ «НИИПЗ» СО РАМН (Томск, 2013 г.); на Всероссийской школе молодых ученых и специалистов в области психического здоровья с международным участием «Психиатрия вчера, сегодня, завтра» (Кострома, 2014); на IV региональной конференции молодых ученых и специалистов «Современные проблемы психических и соматических расстройств: грани соприкосновения» (Томск, 2014); на XVI Всемирном конгрессе по психиатрии «Focusing on access, quality and human care» (Мадрид, 2014); на XXVII конгрессе ECNP (Берлин, 2014); на XI Международном междисциплинарном конгрессе «Нейронаука для медицины и психологии» (Судак, 2015 г); на XVII научной отчетной сессии НИИ психического здоровья (Томск, 2015 г.).