Хорея Гентингтона

72

Министерство здравоохранения и социального развития Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Волгоградский государственный медицинский университет"

Кафедра детских болезней педиатрического факультета с курсом неврологии

РЕФЕРАТ

на тему: «Хорея Гентингтона»

Выполнил студент

5 курса 2 группы

медико-биологического факультета

Филатов Максим Михайлович

Проверил:

Доцент, кандидат медицинских наук

Марушкин Д.В.

г. Волгоград 2009

Содержание

• 1. Определение заболевания:
• 2. Популяционная частота:
• 3. Этиология:
• 4. Патоморфология и патогенез:
• 4.1 ГАМК-рецепторы
• 4.2. Разнообразие форм ГАМК-эргического торможения
• 4.3. Механизмы и функциональное значение тонического ГАМК-эргического торможения
• 5. Клиника.
• 6. Классификация хореи Гентингтона по клиническим проявлениям:
• 7. Диагностика.
• 7.1 Дифференциальная диагностика хореи Гентингтона:
• 7.2 Трудовая и судебно-психиатрическая экспертиза.
• 8. Лечение.
• Список используемой литературы:
• 1. Определение заболевания
• Болезнь Гентингтона (БГ) -- наследственное дегенеративное заболевание ЦНС, проявляющееся прогрессирующей хореей, другими экстрапирамидными синдромами, психическими расстройствами. Американским ученым впервые удалось смоделировать на генетически модифицированных обезьянах тяжелое нейродегенеративное расстройство - болезнь Хантингтона. Эта болезнь (в русскоязычной литературе ее чаще называют по-старому, хореей Гентингтона) известна уже более 130 лет, но ученые приблизились к пониманию ее природы лишь после появления современной генетики и молекулярной биологии.
• Описание клинических проявлений болезни и указание на ее наследственный характер содержатся в работе норвежского врача Lund, а упоминания о «хронической хорее», «большой форме пляски св.Витта» относятся еще к первой половине XIX в. 15 февраля 1872 года молодой американский терапевт Джордж Хантингтон (рис. 1,2) практиковавший в глубинке штата Огайо, сделал на собрании местного медицинского общества доклад, которому было суждено войти в историю медицины. В этом коротком сообщении он не только дал полное описание клиники и течения заболевания, но и привел убедительные доказательства ее наследственной природы. Используя наблюдения своего отца и деда, которые работали врачами в одном и том же районе, а также собственные данные, он сумел проследить доминантную передачу заболевания через 12 поколений одной семьи. Были очень точно описаны симптомы странной болезни, которой Хантингтон назвал наследственной хореей. В те времена хореями называли самые различные патологии, объединенные единым признаком. Их жертвы помимо своего желания совершали трясущиеся движения головы, лица или конечностей. Отсюда и название: греческое слово «хорея» означает «танец». Хантингтон пришел к выводу, что замеченная им форма хореи чревата дегенеративными изменениями психики и к тому же с высокой долей вероятности передается от родителей к детям. Через два месяца его работа была опубликована в филадельфийском журнале “Medical and Surgical Reporter”. После этого новой болезнью заинтересовалось медицинское сообщество, которое присвоило ей имя первооткрывателя.
• рис.1 George Huntingtone
• рис.2 George Huntingtone

Учение о хорее Гентингтона позднее интенсивно разрабатывали и невропатологи, и психиатры, и нейроморфологи, и генетики, о чем свидетельствует обширная литература, посвященная этой редкой нозологической форме. В отечественной литературе, начиная с В.А.Муратова (1908), опубликован ряд обобщающих исследований по разным аспектам этой проблемы [Аносов Н.Н., 1990;]. Открытие гена Хореи Гентингтона позволило проводить практически с абсолютной точностью ДНК - диагностику носительства мутантного гена. Особо важна такая диагностика в спорадических случаях заболевания. [«Журнал неврологии и психиатрии №3», 1998]. В современных медицинских справочниках сказано, что болезнь Хантингтона - наследственное заболевание, которое приводит к нарушении координации движений, потере памяти, деградации психики и преждевременной смерти.

2. Популяционная частота

Оценка распространенности хореи Гентингтона сопряжена с серьезными трудностями, которые обусловлены малозаметным началом болезненных проявлений и сложностью разграничения конституциональных (т.е. преморбидных) особенностей от ранних симптомов заболевания (особенно в случаях с преобладанием психопатоподобных расстройств на начальном этапе болезни). Большинство исследователей оценивают показатели распространенности заболевания в пределах 4--8 человек на 100 000 населения [Morris J.C., 1996]. По данным разных авторов, частота хореи Гентингтона среди пациентов психиатрических стационаров колеблется в пределах 0,5--1 % [Штернберг Э.Я., 1997]. Распределение больных по полу соответствует соотношению мужчин и женщин в общем населении. Пик частоты заболевания приходится на период между 35--50 годами.

Заболевание имеет неравномерное географическое и этническое распространение, редко встречаясь в азиатских популяциях (Япония, Китай, средняя Азия), в Финляндии, среди чернокожего населения в Африке и наиболее часто - в ряде изолированных регионов (о. Тасмания, Австралия), что объясняется историей формирования популяций. [Пузин М.Н., 2002]. Случаи хореи Гентингтона составляют от 0,1 до 1% поступивших в психиатрические больницы. [www.medkurs.ru].

3. Этиология

Хорея Гентингтона (хроническая прогрессирующая хорея) относится к наследственным заболеваниям с доминантным типом наследования и с почти полной пенетрантностью мутантного гена. Если один из родителей страдает болезнью Хантингтона, то шансы новорожденного ребенка оказаться ее жертвой составляют 50%. Эта закономерность была установлена очень давно. Со становлением медицинской генетики стал понятен и ее смысл - в основе болезни лежит доминантная генная мутация. Новые мутации встречаются крайне редко, поэтому отсутствие положительного семейного анамнеза свидетельствует либо в пользу другого диагноза, либо о том, что данные родословной неверны или неполны.

рис.3 расположение гена HD на 4 хромосоме

В 1993 году было доказано, что генетический дефект при хорее Гентингтона локализуется на коротком плече хромосомы 4 (рис. 3) (локус 4р16.3) и состоит в увеличении количества повторов ("экспансии") тринуклеотидного фрагмента цитидин - аденин - гуанидин (ЦАГ) в зоне ДНК, кодирующей белок гентингтин. У здоровых людей число повторений тринуклеотида ЦАГ не превышает 33, при хорее Гентингтона -- от 38 до 121. Чем больше количество повторов тринуклеотида, тем раньше дебютирует заболевание (феномен "антиципации"). Темпы развития двигательных и психических расстройств не зависят от числа тринуклеотидных повторов.

4. Патоморфология и патогенез

Ген хореи Гентингтона (HD - huntingtin, IT15) локализуется на четвертой хромосоме человека в позиции 4p16.3 Локус huntingtin довольно крупный, что составляет по протяженности около 180 килобаз и кодирует протяженный протеин, состоящий из 3144 аминокислот. В состав его молекулы входит фрагмент, содержащий цепочку, образованную из повторяющихся молекул аминокислоты глутамина. У здоровых людей число таких повторов составляет от 8 до 35, а у носителей мутантного гена их 36 и больше. Этот избыток глутамина и превращает безобидный хантингтин в мощнейшее оружие, разрушающее нервные ткани. Чем больше количество повторов тринуклеотида, тем раньше дебютирует заболевание (феномен "антиципации"). Темпы развития двигательных и психических расстройств не зависят от числа тринуклеотидных повторов.

Ген хореи Гентингтона (HD - huntingtin, IT15) разделяется на 67 экзонов [Ambrose C.M.,1994].

Ген huntingtin экспрессируется во многих клетках. Данный ген экспрессируется в двух альтернативных формах в различных клетках эмбриона и зрелого организма. Больший транскрипт размером 13,7 килобаз в основном экспрессируется в клетках мозга как эмбриона, так и взрослого организма. Меньший транскрипт размером 10,3 килобазы экспрессируется в более широком диапазоне клеток [Lin B.,1993].

Генетический дефект, приводящий к хорее Гентингтона , обусловлен экспансией нестабильного тринуклеотидного повтора (CAG) в гене, который транслируется в протеине как полиглутаминовый повтор.

Хорея Гентингтона наследуется по аутосомно-доминантному типу. Результаты исследований показали, что цитоплазматические и ядерные агрегаты huntingtin обладают равной токсичностью и что протеолиз является необходимой ступенью для вхождения белка huntingtin в ядро.

Белок Huntingtin необходим для нормального развития и выживания клетки. При апоптозе huntingtin специфически расщепляется цистеиновой протеазой (apopain). Скорость расщепления huntingtin значительно возрастает при наличии длинных полиглутаминовых треков, обусловливающих несвоевременный апоптоз и как следствие хорею Гентингтона [Nasir J., 1996].

Апоптоз - это генетически запрограммированный путь клеточной смерти, необходимый в развитии многоклеточного организма и участвующий в поддержании тканевого гомеостаза. Этот механизм, как известно, вызывается различными сигналами: связыванием с рецепторами специфических киллерных лигандов, нехваткой факторов роста/выживания, повреждениями ДНК и разрушениями цитоскелета, гипоксией и другими неблагоприятными условиями.[ В.Д. Самуилов, А.В. Алескин, Е.М., 2000]

Важное место занимает путь, опосредованный физиологическими индукторами, действие которых реализуется через клеточные рецепторы, специально предназначенные для включения программы апоптоза. Этот путь передачи сигнала запрограммированной клеточной смерти схематически можно изобразить следующим образом: индукторы ==> рецепторы ==> адаптеры ==> инициирующие каспазы ==> регуляторы ==> эффекторные или казнящие каспазы. Так, рецептор, обозначаемый Fas, взаимодействуя с соответствующим лигандом (лигандом FasL), трансмембранным белком Т-киллера, активируется и запускает программу смерти клетки, инфицированной вирусом. Тем же путем при взаимодействии с лигандом FasL на поверхности ТН-1-лимфоцитов или с антителом к Fas-рецептору погибают ставшие ненужными выздоровевшему организму В лимфоциты, продуценты антител, несущие Fas-рецептор. FasL- лиганд, относящийся к многочисленному семейству фактора некроза опухолей (TNF - tumor necrosis factor). Это семейство гомотримерных лигандов, кроме FasL и TNFa , включает TNFb (лимфотоксин), TRAIL (Apo2L), CD40L, CD27L, CD30L, OX40L. Fas - член семейства рецепторов TNF. Все они представлены трансмембранными белками, которые внеклеточными участками взаимодействуют с тримерами лигандов - индукторов. Взаимодействие рецептора и лиганда приводит к образованию кластеров рецепторных молекул и связыванию их внутриклеточных участков с адаптерами. Адаптер, связавшись с рецептором, вступает во взаимодействие с эффекторами, пока еще неактивными предшественниками протеаз из семейства инициирующих каспаз. Взаимодействие адаптера с рецептором и эффектором осуществляется через гомофильные белок - белковые взаимодействия небольших доменов: DD (death domain - домен смерти), DED (death-effector domain - домен эффектора смерти), CARD (caspase activation and recruitment domain - домен активации и рекрутирования каспазы).

Все они имеют сходную структуру, содержат по шесть a-спиральных участков. Домены DD участвуют во взаимодействии рецептора Fas c адаптером FADD (Fas - associated DD - protein) и во взаимодействии рецепторов TNFR1 и DR3 (death receptor 3) с адаптером TRADD (TNFR1-associated DD-protein). Домены DED участвуют во взаимодействии адаптера FADD с прокаспазами 8 и 10. Адаптер RAIDD (RIP - associated Ich-1/CED-3 homologous protein with a death domain, RIP - receptor interacting protein) связывается с прокаспазой-2 через CARD-домены. Наиболее подробно охарактеризована прокаспаза-8 (FLICE/MACH/Mch5), рекрутируемая рецептором Fas через адаптeр FADD. Образуются агрегаты

FasL - Fas - FADD - прокаспаза-8. Подобные агрегаты, в которых происходит активация каспаз, называются апоптосомами, апоптозными шаперонами, или сигнальными комплексами, индуцирующими смерть (DISC - death-inducing signaling complex). Каспазы - семейство цистеиновых протеиназ, расщепляющих свои субстраты по остаткам аспартатовой кислоты. Каспазы присутствуют в цитоплазме в виде проэнзимов и активируются до полностью функциональных протеаз путем расщепления проэнзима на большую и малую субъединицы и дальнейшего отщепления от них N-концевых доменов. Затем субъединицы собираются в тетрамер с двумя активными центрами. Расщепление прокаспаз могут осуществлять различные протеазы, в том числе и другие каспазы. По выполняемой каспазами функции их можно разделить на две основные группы: инициаторные каспазы (8, 9 и10) и вторая группа - эффекторные каспазы (3, 6 и 7). После того, как каспазы из первой группы активируют эффекторные каспазы, процесс, запущенный программой смерти, оказывается необратимым.

Расщепление 3, 6 и 7 каспазами ряда ключевых субстратов, в частности DFF45/ICAD - ингибитора нуклеазы DFF40/CAD (осуществляется каспазой 3), ламинов - ядерных цитоскелетных белков (осуществляется каспазой 6) и т.д., приводит к фрагментации ДНК и деструкции клетки. Существуют другие пути активации каспазы-8 - с участием рецепторов TNFR1 и DR3. Однако эти пути, включаемые одним и тем же адаптером TRADD, конкурируют с параллельными путями активации ядерных факторов транскрипции NF - єB (nuclear factor kappa B) и JNK/AP - 1 (JNK, Jun-N-концевая киназа, является компонентом митоген-активируемого киназного пути, ведущего к активации фактора транскрипции AP-1), зависимыми от адаптеров RIP и TRAF (TNFR1-associated factor), под контролем этих факторов транскрипции находится синтез белковых регуляторов, которые блокируют TNF- или Apo3L-индуцированную активацию каспазы-8. [ В.Д. Самуилов, А.В. Алескин, Е.М., 2000]

Высвобождаемый из митохондрий цитохром С вместе с цитоплазматическим фактором APAF-1 (apoptosis protease activating factor-1) участвует в активации каспазы-9. APAF-1 - белок с молекулярной массой 130 кДа, содержащий CARD-домен (caspase activation and recruitment domain) на N-конце и 12 повторяющихся аминокислотных WD-40-последовательностей (WD - дипептид из триптофана и аспартата) на С-конце, образует комплекс с прокаспазой-9 в присутствии цитохрома С и dATP или АТР. К наиболее охарактеризованным WD-белкам относится cубъединица G-белков. Из этих субъединиц собираются жесткие, симметричные структуры, наподобие веера или пропеллера. WD-повторы свойственны белкам, участвующим в регуляции деления и дифференцировки эукариотических клеток, транскрипции генов, модификации мРНК, трансмембранной передачи сигналов, слияния мембранных везикул. Предполагается, что в результате зависимого от гидролиза dATP (или АТР) конформационного изменения APAF-1 приобретает способность связывать цитохром С. Связав цитохром С, APAF-1 претерпевает дальнейшее конформационное изменение, способствующее его олигомеризации и открывающее доступ CARD-домена APAF-1 для прокаспазы-9, которая тоже содержит CARD-домен. Так образуется конструкция, называемая тоже апоптосомой, с молекулярной массой > 1,3 млн. дальтон, в составе которой - не менее 8 субъединиц APAF-1. Благодаря гомофильному CARD-CARD-взаимодействию с APAF-1 в эквимолярном соотношении связывается прокаспаза-9, а затем прокаспаза-9 связывает прокаспазу-3. Пространственное сближение молекул прокаспазы-9 на мультимерной арматуре из APAF-1-цитохром-С-комплексов, по-видимому, приводит к межмолекулярному протеолитическому процессингу прокаспазы-9 с образованием активной каспазы-9. Сходный механизм предложен для активации прокаспазы CED-3 у нематоды Caenorhabditis elegans - аналога прокаспазы-9 млекопитающих. Альтернативный вариант - прокаспаза-9, связавшись с апоптосомой, может принять конформацию, которая приводит к внутримолекулярному процессингу (самоактивации). Зрелая каспаза-9 затем расщепляет и активирует прокаспазу-3. Мутантный APAF-1, лишенный WD-40-повторов, активирует прокаспазу-9, но не способен к рекрутированию и активации прокаспазы-3.

Флавопротеин AIF, будучи добавленным к изолированным ядрам из клеток HeLa, вызывает конденсацию хроматина и фрагментацию ДНК, а при добавлении к изолированным митохондриям печени крыс - высвобождение цитохрома С и каспазы-9. Микроинъекция AIF в интактные фибробласты крыс приводит к конденсации хроматина по переферии ядра, разрыву ДНК на крупные фрагменты длиной 50 т.п.н. и больше, снижению мембранного потенциала в митохондриях и переходу фосфатидилсерина из внутреннего слоя цитоплазматической мембраны в наружный. Ни один из этих эффектов AIF не предотвращается пептидным ингибитором каспаз N-бензоилоксикарбонил -Val- Ala- Asp- трифторметилкетоном (Z- VAD. fmk), который предотвращает апоптоз, индуцированный микроинъецированным цитохромом С. [Susin S. A. et al, 1999].

Кроме рассмотренных компонентов, при нарушении наружной мембраны митохондрий из межмембранного объема выделяется термолабильный фактор, вызывающий необратимое превращение ксантиндегидрогеназы в ксантиноксидазу. Фактор устойчив к ряду испытанных ингибиторов протеаз, включая каспазы, сериновые и металлопротеазы. Ксантиндегидрогеназа катализирует зависимое от NAD+ окисление ксантина до гипоксантина и последующее окисление гипоксантина до мочевой кислоты. Ксантиноксидаза катализирует те же реакции, но не с NAD+, а с О2 в качестве акцептора электронов. При этом образуются О2A, Н2О2, а из них - и другие активные формы кислорода (АФК), которые разрушают митохондрии и являются мощными индукторами апоптоза. Механизмы образования АФК, конечно, не ограничиваются ксантиноксидазной реакцией. Главным источником АФК в клетках являются митохондрии. Резкое увеличение АФК происходит при возрастании мембранного потенциала в митохондриях, когда снижено потребление ATP и скорость дыхания лимитируется ADP. Доля электронного потока через дыхательную цепь митохондрий, идущая на образование О2A, достигает 1-5 %. Цитоплазматическая мембрана макрофагов и нейтрофилов, как уже отмечалось, содержит О2A - генерирующую NADPH-оксидазу. Таким образом, при апоптозе белок huntingtin специфически расщепляется цистеиновой протеазой apopain. Скорость расщепления huntingtin значительно возрастает при наличии длинных полиглутаминовых треков, обусловливающих несвоевременный апоптоз. [Lewin, 2000]

У здоровых людей число повторений тринуклеотида ЦАГ не превышает 33, при БГ -- от 38 до 121. Чем больше количество повторов тринуклеотида, тем раньше дебютирует заболевание (феномен "антиципации"). Темпы развития двигательных и психических расстройств не зависят от числа тринуклеотидных повторов.

Изменения, обнаруживаемые при хорее Гентингтона, носят диффузный характер. Объем и масса мозга уменьшены. Желудочки мозга расширены, особенно в области передних рогов боковых желудочков, за счет атрофии мозгового вещества. Наиболее грубые изменения отмечаются в хвостатом и чечевицеобразных ядрах и касаются в основном мелких клеток.

Хвостатое ядро (nucll. caudatus) представляет собой довольно крупное образование грушевидной формы, расположенное кпереди и кнутри от таламуса и отделенное от него внутренней капсулой (capsula interna). Ростральная, утолщенная часть носит название головки хвостатого ядра (caput nucl. caudati). Кзади от головки хвостатое ядро суживается и образует тело хвостатого ядра (corpus nucl. caudati). Истонченный задний отдел обозначается как хвост (cauda nucl. caudati). Он загибается в височную долю, где сливается с миндалевидным телом. Верхняя и внутренняя поверхности хвостатого ядра образуют стенку бокового желудочка.

От скорлупы (putamen) головка хвостатого ядра отделяется передней ножкой внутренней капсулы. Эти два образования соединены друг с другом клеточными мостиками и местами идентичны по структуре. Основную популяцию нейронов составляют мелкие или средние клетки.

Скорлупа вместе с наружным и внутренним сегментами бледного шара объединяется под общим названием «чечевицеобразное ядро» (nucl. lentiformis), но отличается более плотным расположением клеток.

Сходство в клеточном строении, развитии и функции хвостатого ядра и скорлупы позволило их объединить под названием «полосатое тело» (corpus striatum).

Рис 4. Базальные ядра конечного мозга (полусхематично)

А -- вид сверху

B -- вид изнутри

C -- вид снаружи

1. хвостатое ядро

2. головка

3. тело

4. хвост

5. таламус

6. подушка таламуса

7. миндалевидное ядро

8. скорлупа

9. наружный бледный шар

10. внутренний бледный шар

11. чечевицеобразное ядро

12. ограда

13. передняя спайка мозга

14. перемычки

Бледный шар (globus pallidus) в отличие от хвостатого ядра и скорлупы макроскопически имеет очень бледную окраску из_за большого количества миелиновых волокон. Бледный шар подразделяется на наружный и внутренний сегменты. В бледном шаре имеются разнообразные клетки, различающиеся по форме, размеру тела, длине аксона и разветвленности дендритов. Бледный шар отличается от структур полосатого тела особенностями эволюционного развития (он появляется в фило - и онтогенезе раньше, чем хвостатое ядро и скорлупа), гистологией и функцией. Вместе все эти образования обозначаются как стриопаллидум. Наибольшее число афферентных связей хвостатое ядро, скорлупа и бледный шар получают из коры, особенно из ее передних отделов, моторной и соматосенсорной зон.

Вторым важнейшим источником афферентации этих образований являются связи, идущие от таламуса, в основном от неспецифических внутрипластинчатых и срединных ядер.

Источником афферентных связей стриопаллидума является также средний мозг, прежде всего черное вещество. Особенно много волокон из черного вещества поступает в хвостатое ядро, а нигростриарный дофаминергический путь имеет большое функциональное значение.

Анатомическими и электрофизиологическими методами установлены афферентные связи со стриопаллидумом миндалевидного тела, ретикулярной формации, гиппокампа, мозжечка и других структур мозга.

Эфферентные связи осуществляются через пути из бледного шара в таламус. Проекции хвостатого ядра и скорлупы на таламус в основном не прямые, а опосредованные - через бледный шар.

Известны также восходящие проекции от стриопаллидума к коре, главным образом к передним отделам ипсилатерального полушария. При этом установлен факт перекрытия проекций волокон из хвостатого ядра, скорлупы и бледного шара в ряде полей коры большого мозга.

Существуют и каудатопаллидарные связи, а также проекции стриопаллидума на черное вещество, ретикулярную формацию и другие системы мозга. Сложностью организации и богатством афферентных и эфферентных связей определяется полифункциональность структур мозга, входящих в стриопаллидарную систему. Все эти структуры играют важную роль в контроле над двигательными реакциями, реализацией условно_рефлекторной деятельности и возникновением сложных форм поведенческих реакций. [Гусев Е.И, Бурд Г.С., Коновалов А.Н., 2000]

Количество клеток чечевицеобразного и хвостатого ядер уменьшается, в оставшихся обнаруживаются дегенеративные изменения. Изменению подвергаются также и крупные клетки этих образований, а также клеточные элементы бледного шара. Вместе с тем обнаруживается интенсивная пролиферация глиальных элементов. Грубые дегенеративные изменения имеются также в коре мозга.

Кора большого мозга разделяется на новую, древнюю, старую и промежуточную, существенно сличающиеся но строению.

Новая кора (neocortex) занимает около 96 % всей поверхности полушарий большого мозга и включает затылочную, нижнюю теменную, верхнюю теменную, постцентральную, прецентральную, лобную, височную, островковую и лимбическую области.

Новая кора большого мозга характеризуется шестислойным строением:

I слой - молекулярная пластинка (lamina molecularis);

II - наружная зернистая пластинка (lamina granularis externa);

III - наружная пирамидная пластинка (lamina pyramidalis externa);

IV - внутренняя зернистая пластинка (lamina granularis interna);

V - внутренняя пирамидная пластинка (lamina pyramidalis interna);

VI - мультиформная пластинка (lamina multiformis).

Это гомотипическая кора. Но в некоторых полях коры количество слоев уменьшается вследствие исчезновения того или иного слоя или увеличивается за счет разделения слоя на подслои (гетеротипическая кора).

Цитоархитектонические особенности различных участков коры большого мозга обусловлены шириной поперечника коры и ее отдельных слоев, величиной клеток, плотностью их расположения в различных слоях, выраженностью горизонтальной и вертикальной исчерченности, разделением отдельных слоев на подслои, какими_либо специфическими признаками строения данного поля и т.д. Эти особенности лежат в основе разделения коры большого мозга на области, подобласти, поля и подполя.

Важным критерием для классификации областей и полей коры большого мозга являются закономерности их развития в онто- и филогенезе. Эволюционный подход, который был успешно использован для изучения цитоархитектоники коры большого мозга, позволил создать современную классификацию полей коры большого мозга.

Затылочная область связана с функцией зрения, она характеризуется густоклеточностью, просветленным V слоем, нечетким разделением II и III слоев. Нижняя теменная область характеризуется большой шириной коры, густоклеточностью, выраженностью II и IV слоев, радиальной исчерченностью, проходящей через все слои. Эта область имеет отношение к наиболее сложным ассоциативным, интегративным и аналитическим функциям, при ее повреждении нарушаются письмо, чтение, сложные формы движений и т.д. Верхняя теменная область также участвует в сложных интегративных и ассоциативных функциях, она характеризуется горизонтальной исчерченностью, средней шириной коры, крупными клетками в III и V слоях, хорошо видимыми II и IV слоями. Постцентральная область связана с чувствительностью, при этом восприятие раздражений с различных участков тела организовано соматотопически. Эта область имеет небольшую ширину коры, выраженный II и IV слои, большое число клеток во всех слоях, светлый V слой. Прецентральная область характеризуется слабой выраженностью II слоя, отсутствием IV слоя, наличием очень крупных пирамидных клеток в V слое, сравнительно большой шириной коры. Эта область определяет произвольные движения, ее отдельные участки связаны с определенными мышцами. Лобная область связана с высшими ассоциативными и интегративными функциями, играет наиболее важную роль в высшей нервной деятельности. Она характеризуется широкой корой, выраженностью II и IV слоев, широкими III и V слоями, разделенными на подслои. Височная область имеет отношение к слуховому анализатору. Она разделяется на четыре подобласти, каждая из которых имеет свои особенности архитектоники. Островковая область связана с функцией речи, частично - с анализом обонятельных и вкусовых ощущений. Она характеризуется сравнительно большой шириной коры, широким IV слоем, выраженной горизонтальной исчерченностыо. Лимбическая кора связана с вегетативными функциями, цитоархитектонически характеристика ее представляется весьма сложной, и характерные признаки для всех ее полей отсутствуют.

Древняя кора (paleocortex) включает обонятельный бугорок, диагональную область, прозрачную перегородку, периамигдалярную и препириформную области. Характерно для древней коры слабое отграничение ее от подлежащих подкорковых образований.

Старая кора (archicortex) включает аммонов рог, subiculum, зубчатую фасцию и taenia tecta. Старая кора отличается от древней коры тем, что она четко отделена от подкорковых образований.

Как старая, так и древняя кора не имеет шестислойного строения. Она представлена трехслойными или однослойными структурами. Между древней, старой корой и окружающими их формациями располагаются промежуточные зоны - перипалеокортикальные формации.

Древняя, старая и промежуточная кора занимает 4,4 % коры большого мозга. [Гусев Е.И, Бурд Г.С., Коновалов А.Н., 2000]

К настоящему времени известно, что патологически измененный белок гентингтин содержит фрагмент с повторяющейся аминокислотой глутамином. Количество повторов более 38, в соответствии с повторами тринуклеотида ЦАГ на хромосоме 4. Механизмы, по которым гентингтин или связанные с ним белки приводят к дегенерации популяции определенных нейронов, неизвестны. Предполагается, что в первую очередь гибнут ГАМК - ергические стриарные нейроны, несущие дофаминовые D₂ - peцeпторы и дающие начало "непрямому" стриатопаллидарному пути (рис. 5).

Рис. 5 нейродегенеративные процессы в нейронах головного мозга.

ГАМК (г- аминомасляная кислота) - основной тормозной нейропередатчик в ЦНС - синтезируется при декарбоксилировании глутамата. Следует заметить, что ГАМК не является компонентом белков, полипептидные цепи которых состоят из остатков исключительно Ь-аминокислот. Существуют две изоформы глутаматдекарбоксилазы: GAD67 и GAD65. GAD67 распространена во всей цитоплазме нейронов, а GAD65 в основном локализована в пресинаптических терминалях ГАМК-эргических интернейронов. Экспрессия последнего фермента существенно меняется в зависимости от уровня активности нейрона. Это указывает на то, что данный фактор играет определенную роль в регуляции ГАМК- эргической передачи [J. J. Soghomonian and D. L. Martin, 1998]. Молекулы ГАМК, как и других нейропередатчиков, в пресинаптическом участке переносятся из цитоплазмы в везикулы с помощью специальных транспортеров, которые используют протонный градиент, создаваемый везикулярными АТФазами. Интересно отметить, что механизмы везикулярното захвата возбуждающего или тормозного нейротрансмиттера (глутамата и ГАМК соответственно) принципиально различны. Анионы глутамата непосредственно перемещаются в везикулы по градиенту концентрации H⁺, которая в этих структурах высока. В случае ГАМК по протонному градиенту движутся сначала анионы Cl^-, которые затем обмениваются на анионы ГАМК [E. M. Fykse and F. Fonnum, 1996]. Белок, который участвует в поглощении глутамата везикулами, был недавно идентифицирован [S. Takamori, J. S. Rhee, C. Rosenmund, et al., 2000; E. E. Bellocchio, R. J. Reimer, R. T. Fremeau, Jr., et al., 2000], тогда как белок, опосредующий обмен Cl^- на ГАМК^-, все еще не определен. Известно только, что захват ГАМК в везикулы происходит при вспомогательном участии фермента VGAT1, который также вовлечен в везикулярный транспорт глицина. Тем не менее этот фермент не является абсолютно необходимым для упаковки ГАМК в везикулы, поскольку в ряде ГАМК- эргических терминалей он отсутствует [F. A. Chaudhry, R. J. Reimer, E. E. Bellocchio, et al., 1998].

После высвобождения ГАМК в синаптическую щель начинается ее захват электрогенными транспортерами. В настоящее время известны три таких транспортера: GAT1, GAT2 и GAT3 [Schousboe, 2000]. Эти транспортеры локализуются как в астроцитах, так и в самих нейронах. Поскольку транспорт является электрогенным, анион аминокислоты переносится вместе с двумя катионами Na⁺ и, видимо, одним анионом Cl^- [M. P. Kavanaugh, J. L. Arriza, R. A. North, et al., 1992]. Указанные типы транспортеров различаются спецификой локализации. Так, например, в нейронах GAT1 в отличие от GAT3 практически отсутствует.[ J. N. Cammack, et al., 1994]

4.1 ГАМК-рецепторы

ГАМК действует на две основные группы молекулярных рецепторов - ионотропные рецепторы типа ГАМКa/ГАМКc (рис. 6) и метаботропные рецепторы типа ГАМКb [J. Bormann, 2000]. В настоящее время правомерность деления ионотропных рецепторов на два типа (А и С) активно дискутируется.

ГАМКa-рецепторы состоят как минимум из 16 субъединиц, которые сгруппированы в семь классов: Ь, в, г, д, е, р, Э [E. Costa, 1998, K. Mehta and M. K. Ticku, 1999]. Комбинации этих субъединиц обусловливают существование множества изоформ рецепторов, причем композиция субъединиц определяет специфичность эффектов аллостерических модуляторов ГАМК_А-рецепторов (таких, как нейростероиды, цинк, бензодиазепины и барбитураты) [K. Mehta and M. K. Ticku, 1999]. Композиция субъединиц также определяет кинетику активации рецепторов и может оказывать влияние на их десенситизацию [M. T. Bianchi, et al., 2001]. Интересно , что наличие тех или иных субъединиц в составе ГАМК- рецептора зависит и от его локализации. Так, например, Ь₂-субъединица встречается исключительно в соматодендритных синапсах, но не в тормозных синапсах на начальном сегменте аксона [Z. Nusser, W. Sieghart, D. Benke, et al., 1996]. И, наконец, композиция субъединиц ГАМК_А- рецепторов в нейронах может меняться во время эпилептогенеза: эти изменения отражаются в фармакодинамике лекарственных препаратов [R. Brooks-Kayal, M. D. Shumate, H. Jin, et al., 1998].

В гиппокампе из 16 субъединиц ГАМК_А-рецепторов только 10 экспрессируются в достаточном количестве [G. Sperk, C. Schwarzer, K. Tsunashima, et al., 1997]. Этого, однако, вполне достаточно, чтобы создать значительную гетерогенность ГАМК-рецепторов в различных участках данной структуры. Считается, что типичные гиппокампальные ГАМК-рецепторы содержат одну-две Ь- субъединицы и одну-две в-субъединицы. Поскольку рецептор состоит из пяти субъединиц, то в дополнение к упомянутым выше присоединяются одна- две либо г-либо д - субъединицы (предполагается, что г- и д -субъединицы не входят совместно в состав одного рецептора). Наличие г- субъединицы влияет на различные параметры ГАМК- рецептора. В частности, г- субъединица взаимодействует с гефирином - цитоскелетным белком, который играет важную роль в заякоривании ГАМК - рецепторов в синаптической щели [C. Essrich, M. Lorez, J. A. Benson, et al., 1998]. ГАМК - рецепторы, содержащие д - субъединицу, располагаются преимущественно вне синапсов.

В синаптическом ответе ГАМК_А- рецепторы определяют «быстрый» компонент соответствующего синаптического тока. Канал ГАМК_А- рецептора проницаем для ионов хлора и в некоторой степени для бикарбоната. Поэтому эффект активации данных рецепторов будет зависеть от электрохимического градиента для вышеуказанных ионов на постсинаптической мембране [R. L. Macdonald and R. W. Olsen, 1994]. В нервной системе внеклеточная концентрация ионов хлора выше внутриклеточной, что обусловливает более негативные значения потенциала реверсии для хлорного тока, чем потенциал покоя клеток. Таким образом, активация ГАМК_А- рецепторов, как правило, приводит к входу Cl^- в нейрон и к гиперполяризации клетки. Необходимый градиент ионов хлора поддерживается калий/хлорным котранспортером КСC2 [C. Rivera, J. Voipio, J. A. Payne, et al., 1999], который начинает выкачивать Сl^- наружу после реализации элементарного синаптического события. Отсутствие указанного транспортера в незрелых нейронах гиппокампа определяет относительно высокую внутриклеточную концентрацию ионов хлора в таких клетках, что ведет к более позитивному потенциалу реверсии для данных анионов, чем потенциал покоя упомянутых клеток. В этом случае при активации ГАМК_А- рецепторов возникает деполяризация нейронов [C. Rivera, J. Voipio, J. A. Payne, et al., 1999, K. Ganguly, A. F. Schinder, S. T. Wong, et al., 2001, Y. Ben-Ari, V. Tseeb, D. Raggozzino, et al., 1994]. Однако и во взрослом мозгу, в котором активация ГАМК_А- рецепторов обусловливает гиперполяризацию, продолжительное возбуждение ГАМК - эргических терминалей может вызвать развитие длительного деполяризационного постсинаптического потенциала [M. F. Jackson, et al., 1999 ]. Возникновение этого потенциала частично опосредуется внеклеточным накоплением калия, который высвобождается при активации КCC2 [S. Smirnov, P. Paalasmaa, M. Uusisaari, et al., 1999].

72

Рис. 6. Схемы, иллюстрирующие механизмы действия фармакологических агентов на ионотропные ГАМКa- и ГАМКс-рецепторы (А и Б соответственно).

4.2 Разнообразие форм ГАМК-эргического торможения

4.3 Механизмы и функциональное значение тонического ГАМК-эргического торможения

Механизмы. Фазное торможение нейронов определяется дискретным выбросом в синаптических соединениях таких количеств ГАМК, что в постсинаптической щели создается весьма высокая концентрация данного передатчика. В этом случае ГАМК эффективно действует на постсинаптические ГАМК-рецепторы (рис. 7). Тоническое торможение связано с постоянной слабой активацией ГАМК - рецепторов. Механизмы тонического ГАМК-эргического торможения изучены еще недостаточно хорошо [D. Bai, G. Zhu, P. Pennefather, et al., 2001].

Существуют три гипотезы о механизме тонического торможения в гиппокампе. Согласно одной из них, постоянная составляющая ГАМК - эргического тока представляет собой суммацию спонтанных ТПСТ (ТПСТ, возникающих в ответ на спонтанный, не индуцированный пресинаптическим импульсом, выброс ГАМК) [P. A. Salin and D. A. Prince, 1996]. Тем не менее было показано, что фармакологические свойства спонтанных ТПСТ и тонического ГАМК- эргического тока в культуре гиппокампальных нейронов различны [D. Bai, G. Zhu, P. Pennefather, et al., 2001]. В соответствующих экспериментах бикукуллин и пикротоксин одинаково эффективно блокировали как спонтанные постсинаптические ГАМК-эргические токи, так и тоническое ГАМК-эргическое торможение. Это четко указывает на ГАМК-эргическую природу тонической ионной проводимости. Однако аппликация SR95531, специфического антагониста ГАМКa - рецепторов, блокировала только спонтанные синаптические токи и не оказывала влияния на тонический ток.

Основываясь на вышеуказанном фармакологическом различии фазных и тонических ГАМК- опосредованных токов, вторая гипотеза предполагает, что тонический ГАМК-эргический ток возникает за счет диффузии ГАМК во внесинаптическое пространство (в результате "перелива") и последующей активации внесинаптических рецепторов этого трансмиттера, свойства которых отличны от свойств синаптических рецепторов (рис.7) [M. J. Wall and M. M. Usowicz, 1997; D. J. Rossi and M. Hamann, 1998]. Помимо молекул ГАМК, покидающих синаптическую щель, определенную роль в повышении внеклеточной концентрации ГАМК и, следовательно, в тоническом ГАМК- опосредованном торможении могут играть функционирование ГАМК - транспортеров в обратном направлении [H. L. Gaspary, W. Wang, and G. B. Richerson, 1998], высвобождение ГАМК астроцитами [Q. Y. Liu, A. E. Schaffner, Y. H. Chang, et al., 200] и (или) снижение активности ГАМК - трансаминазы [L. S. Overstreet and G. L. Westbrook, 2001]. Измеренная с помощью микродиализа внеклеточная концентрация ГАМК (0.8-2.9 мкМ) в нормальном мозгу представляется достаточно высокой для того, чтобы обеспечивать заметную активацию внесинаптических ГАМКa-рецепторов [J. Lerma, A. S. Herranz, O. Herreras, et al., 1986].

И, наконец, третья гипотеза о происхождении ГАМК-эргического тонического тока заключается в том, что данный ток возникает при спонтанном (без участия нейротрансмиттера) открывании каналов ГАМК-рецепторов [B. Birnir, A. B. Everitt, M. S. Lim, et al., 2000; B. Birnir, M. Eghbali, A. B. Everitt, et al., 2000; T. R. Neelands, J. L. Fisher, M. Bianchi, et al., 1999]. Если открывание канала ГАМК-рецептора действительно может происходить без предварительного высвобождения агониста и воздействия последнего на этот рецептор, то конкурентные антагонисты ГАМК (например, S95531) не должны оказывать влияния на тонический ток, обеспечиваемый такими каналами. При этом важным обстоятельством будет то, что действие указанных антагонистов в подобных условиях должно только предотвращать связывание ГАМК, но не влиять на работу канала. Использование же блокаторов каналов ГАМК-рецепторов (таких, как пикротоксин) будет подавлять тонический ток. Кроме того, в рамках рассматриваемой гипотезы повышение внеклеточной концентрации ГАМК не должно усиливать тонического торможения. Однако было показано, что интенсивность тонического торможения, опосредованного ГАМК_А- рецепторами, с увеличением внеклеточной концентрации ГАМК возрастает [L. S. Overstreet and G. L. Westbrook, 2001]. Следует, впрочем, учитывать, что подобные данные не исключают возможности существования двух компонентов тонического тока: зависящего от внеклеточной концентрации ГАМК и не зависящего, опосредованного спонтанным открыванием ГАМК-эргических каналов.

Синаптически высвобождаемая ГАМК активирует ионотропные рецепторы, локализованные на постсинаптической мембране в районе активной зоны. Кроме того, ГАМК может покидать синаптическую щель (“переливаться”) и активировать внесинаптические ионотропные рецепторы, а также пре- и постсинаптические ГАМКb-рецепторы. Процесс диффузии ГАМК во внесинаптическом пространстве ограничен наличием транспортеров ГАМК (GAT1, GAT2 и GAT3) в мембране пре- и постсинаптических нейронов и глиальных клеток. Считается, что быстрые ТПСТ опосредованы ионотропными рецепторами ГАМК, расположенными непосредственно в пределах активной зоны. Согласно одной из гипотез, медленное тоническое ГАМК-опосредованное торможение обеспечивается внесинаптическими ионотропными рецепторами ГАМК.

72

Рис. 7. Участие рецепторов и транспортеров ГАМК в фазном и тоническом ГАМК-опосредованном торможении.

Функциональное значение. Как указывалось выше, функция внесинаптических ГАМК - рецепторов, по всей видимости, заключается в детектировании внеклеточной концентрации ГАМК и поддержании соответствующего уровня тонического торможения. Роль тонического ГАМК - опосредованного тока состоит в поддержании определенного значения потенциала на мембране и соответствующей модуляции возбудимости клетки. Так, например, в гранулярных клетках мозжечка аппликация бикукуллина - селективного антагониста ГАМКa - рецепторов - приводит к повышению возбудимости упомянутых клеток [S. G. Brickley, S. G. Cull-Candy, and M. Farrant, 1996]. Это выражается в снижении порога генерации потенциалов действия в ответ на деполяризующий сдвиг потенциала в режиме фиксации тока. Было также показано [M. Hausser and B. A. Clark, 1997], что тоническое торможение модулирует паттерны генерации разрядов и синаптической интеграции в тормозных нейронах мозжечка. В нормальных условиях клетки Иуркинье и интернейроны мозжечка генерируют нерегулярные последовательности потенциалов действия. При блокировании тонического тока антагонистами ГАМК_А-рецепторов разряды приобретают регулярный характер. Таким образом, один из критериев электрофизиологической классификации клеток соответственно регулярности паттерна импульсной активности [B. Cauli, J. T. Porter, K. Tsuzuki, et al., 2000] может быть частично связан с наличием или отсутствием воздействия на них тонического торможения [A. R. Granata, 2001].

Другой функцией тонического торможения, вероятно, является шунтирование фазных пре- и постсинаптических трансмембранных токов (ТИСТ, ВИСТ, токов при развитии потенциалов действия) [D. Cattaert and A. El Manira, 1999; M. F. Jackson, B. Esplin, and R. Capek, 1999]. Шунтирование быстрых токов происходит из-за того, что тоническая проводимость, связанная с наличием открытых каналов ГАМК - рецепторов, снижает сопротивление мембраны. Повышение электрической проводимости (уменьшение сопротивления) мембраны приводит к падению амплитуды потенциала действия, поступающего в пресинаптический участок аксона, уменьшая тем самым вход Ca²⁺ и снижая вероятность выброса медиатора [C. R. Shields, M. N. Tran, R. O. Wong, et al., 2000; Z. H. Pan, 2001].

Тоническое открывание каналов внеклеточных ГАМК-рецепторов не только модулирует электрический потенциал на мембране, но и приводит к возникновению постоянного хлорного тока. В клетках мозга взрослых млекопитающих, как указывалось выше, хлорный ток входящего направления сбалансирован работой калий/ хлорных котранспортеров [C. A. Hubner, V. Stein, I. Hermans-Borgmeyer, et al., 2001]. Однако изменения (увеличение или уменьшение) тонической проводимости будут менять величину хлорного тока и, как результат, модулировать калиевый ток упомянутых транспортеров. В данной ситуации можно ожидать изменения трансмембранных ионных градиентов как калия, так и хлора и, следовательно, сдвигов потенциалов реверсии для калиевых ВИСТ и хлорных ТИСТ. Доказательством этого может служить тот факт, что при длительной стимуляции ГАМК-эргических терминалей ГАМК-эргические ТИСТ в нейронах взрослого мозга превращаются из гиперполяризующих в деполяризующие [Z. Nusser, W. Sieghart, and P. Somogyi, 1998].

Субъединичная композиция ГАМК-рецепторов, опосредующих тоническое торможение. Способность рецептора к активации за счет внесинаптической ГАМК определяется его сравнительно высокой аффинностью к данному агонисту и локализацией вне синапса [D. J. Rossi and M. Hamann, 1998]. Рецепторы, содержащие г2-субъединицу, сконцентрированы внутри синапсов, поскольку такие рецепторы взаимодействуют с гефирином [Z. Nusser, W. Sieghart, and P. Somogyi, 1998]. Эти рецепторы обладают аффинностью, достаточной для участия в генерации ТИСТ, но, возможно, недостаточной для того, чтобы активация происходила при базисной внеклеточной концентрации ГАМК. ГАМК-рецепторы, содержащие д-субъединицу, не связаны с гефирином и находятся вне синапса. Кроме того, при наличии данной субъединицы рецепторы проявляют высокую аффинность по отношению к ГАМК и не десенситизируются в случае длительного действия агониста. Такие рецепторы представляются идеальными кандидатами на роль рецепторов, опосредующих тоническое торможение.

Было обнаружено, что рецепторы, локализованные в мозжечке и содержащие д-субъединицу, всегда содержат и Ь6-субъединицу [Z. Nusser, W. Sieghart, and P. Somogyi, 1998]. Чтобы оценить роль тонического торможения в упомянутой структуре, были выведены мыши, у которых в подобных рецепторах Ь6 - субъединица отсутствовала [S. G. Brickley, V. Revilla, S. G. Cull-Candy, et al., 2001]. Таким образом, данные животные были лишены внесинаптических рецепторов ГАМК. Тем не менее значительных отклонений в поведении и выживаемости таких мышей замечено не было. Скорее всего потеря Ь6-субъединицы не оказывает влияния на тоническое торможение в других структурах мозга, и общая возбудимость структур ЦНС меняется незначительно. Кроме того, у мышей-мутантов был обнаружен компенсаторный механизм, проявляющийся в повышенной экспрессии постоянно активных калиевых каналов TASK-1 [Duprat, F. Lesage, M. Fink, et al., 1997]. Функционирование этих каналов, как и тоническое ГАМК-эргическое торможение, тонически подавляло возбудимость клетки.

По всей видимости, определенный прогресс в исследовании роли тонического торможения в мозгу может быть сделан при изучении генетически модифицированных животных, у которых в ГАМК - рецепторах отсутствует д-субъединица. Кроме того, важным шагом в этом направлении было бы создание специфических блокаторов ГАМК-эргических рецепторов, содержащих эту субъединицу. [S. G. Brickley, V. Revilla, S. G. Cull-Candy, et al., 2001].

Возникающее в результате растормаживание наружного сегмента бледного шара приводит в конечном итоге к активизации таламокортикальных путей и развитию хореи. Дегенеративный процесс приводит к нарушению баланса ГАМК - ергической и дофаминергической систем с преобладанием последней. Подтверждением этому является резкое усиление гиперкинезов после приема леводопы. В дальнейшем происходит дегенерация и другого типа стриарных ГАМК-ергических нейронов, несущих гЗ - рецепторов и дающих начало "прямому" стриопаллидарному пути. Следствием этого является растормаживание внутреннего сегмента бледного шара и ретикулярной части черной субстанции, что ведет к снижению таламокортикальной активации и объясняет закономерную эволюцию экстрапирамидного синдрома -- от типичной хореи к хореодистоническому гиперкинезу и далее к акинетико-ригидному синдрому, который обычно преобладает на поздней стадии заболевания. Иногда акинетико-ригидный синдром доминирует в клинической картине с самого начала заболевания (форма Вестфаля), -- в подобных случаях развивается более агрессивный дегенеративный процесс, одновременно вовлекающий оба типа стриарных нейронов. Выявлено также снижение активности фермента холинацетилтрансферазы (фермент класса трансфераз катализирующий перенос ацетильного остатка с ацетил-КоА на холин с образованием ацетилхолина; участвует в процессе передачи возбуждения в холинергических синапсах) в базальных ганглиях, что может сопровождаться недостаточностью холинергических систем. Кроме того, обнаружено повышение концентрации МАО-В, которое сопровождается увеличением уровня гомованилиновой кислоты в коре большого мозга. Предполагают, что указанные выше особенности ферментативного обмена лежат в основе тех интеллектуальных нарушений, которые свойственны этой нозологической форме.