Кинуреньенс и митохондриальные расстройства в многоразовом склерозе.

Множественный склероз (MS) — хроническое аутоиммунное заболевание, характеризующееся воспалением, обезвоживанием и нейродегенерацией в центральной нервной системе. Патогенез MS связан с иммунной атаки на миелин и нейроны, сопровождаемой дисфункцией мозга в крови и хроническим воспалением CNS. Центральное значение для патологии MS имеет дисрегулирование кинуреньинового пути, который метаболизирует триптофан в нейроактивные соединения. Активация Kynurenin Translation (KP) под воздействием подстрекательских цитокинов приводит к образованию как нейрозащитных (например, кинуриновой кислоты, КИНА), так и нейротоксичных (например, квинолинской кислоты, QUIN) метаболитов. Несбалансированность между этими метаболитами, особенно увеличение производства QUIN, усугубляет эксцитотоксичность глютамата, окислительный стресс и митохондриальную дисфункцию, что ведет к повреждениям нервной системы и олигодендроцита. Митохондриальная дисфункция играет важнейшую роль в патофизиологии MS, усугубляя нейродегенерацию в результате нарушения энергетического метаболизма и окислительного стресса. В этом обзоре учитывается нынешнее понимание дисрегулирования Кимберлийского процесса в отношении множественного склероза на всех этапах заболеваемости. В РММС повышенная активность Кимберлийского процесса связана с попытками воспаления и нейрозащиты за счет увеличения производства КИНА. В отличие от этого СМПС и СМПС связаны с переходом к более нейротоксичному профилю КП, характеризующемуся повышением уровня КУИН и снижением КИНА, что усугубляет нейродегенерацию и развитие инвалидности. Понимание этих механизмов позволяет получить представление о потенциальных биомаркерах и терапевтических целях для НР, подчеркивая необходимость разработки стратегий для восстановления баланса между метаболизмом КП и уменьшения нейротоксичности на этапах прогрессивных заболеваний.

1. Введение

Многофакторная демиелинизирующая аутоиммунная болезнь центральной нервной системы (СНС) — это хроническое заболевание, которое является одной из основных причин нейрологической дисфункции у молодых взрослых. MS характеризуется повторяющимися эпизодами воспаления, приводящими к фокальным демиелинизирующим поражениям и, со временем, к повреждению аксонов и нейродегенерации [ 1 ]. Клинически MS проявляется в различных формах: большинство пациентов вначале имеют резидуальное-восстановительное МС (РРМС), определяемое острыми приступами, за которыми следуют ремиссии, но к двадцати годам большинство пациентов переходят к вторичному прогрессивному МС (СПМС), фазе постепенного нейрологического ухудшения без четких ремиссий. Меньшее подмножество (около 10–15%) имеет первичный прогрессивный МС (PPMS) с самого начала, характеризуемый стабильным функциональным ухудшением с самого начала [ 2 ]. Несмотря на гетерогенность клинического течения, подлежащая патология включает иммунно-медиаторный атак на миелиновую оболочку и нейроны ЦНС, нарушение кровенервного барьера и активацию местных глиальных клеток, что приводит к мультифокальной инфекции, дегрессии миелиновой оболочки и потере нейронов и глиальных клеток [ 3 ].

Патогенез МС определяется взаимодействием между аутоиммунной инфекцией и дегенеративными процессами. На ранних стадиях обострений воспаление периферические Т-клетки и моноклетки проникают в ЦНС и инициируют дегенеративные поражения, в то время как на стадиях прогрессирования воспаление становится более компартментализированным за закрытым кровь-мозговым барьером и поддерживается мозговыми резидентными микроглиями, астроцитами и постоянно активированными иммунными клетками. Это длительное воспалительное окружение не только повреждает миелиновую оболочку, но и оказывает значительный метаболический стресс на нейроны и глиальные клетки. Отметим, что сейчас признается, что нейродегенерация в МС не является исключительно следствием тканевого повреждения, связанного с обострением. Существенная часть необратимой дисфункции накапливается в результате прогрессии, независимой от рецидивной активности (ПИРА), процесс, всё более связанный с хронической подклинической инфекцией и нарушением функции митохондрий в ЦНС. В этом контексте повреждение митохондрий не является только следствием, но и центральным фактором прогрессии заболевания. Множество проклетковых цитокинов (например, интерферон-гамма (ИФН-γ) и фактор некrosis опухоли альфа (ФНО-α), IL-1β, IL-17) повышены в лезиях МС и спинномозговой жидкости (СМЖ) и могут активировать путь кинуренина (ПК) метаболизма триптофана в иммунных и глиальных клетках. KP производит несколько биоактивных метаболитов («кынуренины»), которые оказывают глубокое влияние на нейроны и регуляцию иммунной системы, включая как нейропротекторные, так и нейротоксичные соединения [3]. В то же время хроническая воспаление и дегрессия миелины также нарушает энергетический баланс аксонов и функцию митохондрий. Нарушения в митохондриальной цепи дыхания и нарушение транспорта митохондрий были зафиксированы в локализациях МС, создавая энергетический дисбаланс, который способствует прогрессирующей нейродегенерации. Накопление окислительного стресса и повреждения митохондрий — особенно в контексте PIRA — отражает самосustaining патологический цикл, который приводит к атрофии ЦНС и ухудшению клинического состояния даже в отсутствие приступов [4, 5]. Недавние исследования показали, что эти два фактора — дисрегуляция пути кинуренина и нарушение митохондриальной функции — тесно связаны и способствуют патофизиологии МС. Метаболиты пути кинуренина и нарушение митохондриальной функции образуют патогенетический узел, связывающий воспалительную и нейродегенеративную компоненты МС. Понимание этих связей представляет собой важную проблему для исследований, так как они предлагают потенциальные объяснения для прогрессивной нейродегенерации, наблюдаемой в МС, и указывают на новые биомаркеры и терапевтические цели.

В этой статье мы предоставляем всесторонний обзор кинуренинового пути и его метаболитов, а также того, как их нарушение вносит вклад в патомеханизмы МС вместе с нарушением митохондриальной функции. Мы также обсуждаем возникающие терапевтические подходы, направленные на модуляцию кинуренинового пути или улучшение митохондриальной дисфункции в МС. Проведя анализ фармацевтических вмешательств, таких как исследуемый препарат лаquinимод и пересмотренные препараты, такие как альфа-липоевая кислота и метформин, мы подчеркиваем перспективы целенаправленного воздействия на эти пути для смягчения воспаления, вызывающего нейродегенерацию в МС. Наша цель — выявить причинно-механические связи между метаболитами пути кинуренина и нарушениями митохондриальной функции в МС, а также подчеркнуть их важность как биомаркеров активности заболевания и как перспективных направлений для нейропротекторной терапии.

2. Обзор пути кинуренина

2.1. Метаболизм триптофана и путь кинуренина

Триптофан (ТРП) — это необходимая аминокислота, которая в организме расщепляется по двум основным путям: пути метоксииндола (серотонин/мелатонин) и кинурениновый путь. У млекопитающих кинурениновый путь (KP) является доминирующим путем расщепления триптофана, обеспечивая примерно 95% его расщепления, в то время как около 5% преобразуется в серотонин и связанные с ним метаболиты [ 6 ]. Кинурениновый путь активен как в периферических тканях, так и в центральной нервной системе, где играет критическую роль в метаболизме иммунных клеток и в генерации никотинамидадениндинуклеотида (NAD + ) для поддержания энергетического баланса клеток [ 7 ]. Первым и ограничивающим шагом пути KP является окислительный разрыв кольца индола трп для образования N-формил-L-кинурена, реакция, катализируемая либо индоламин 2,3-диоксигеназой (IDO), либо триптофан 2,3-диоксигеназой (TDO). TDO преимущественно выражается в печени и регулирует системные уровни трп, в то время как IDO (с двумя изоформами, IDO-1 и IDO-2) широко выражается в экстрахепатических тканях, включая иммунные клетки, микроглии и десциты [ 8 ]. IDO высоко индуцируется пролиферативными сигналами (в частности, IFN-γ и другие цитокины), и поэтому IDO активируется во время иммунной активации, перенаправляя трп в путь KP. Это имеет важные последствия для иммунного регулирования: путем истощения местных ТРП и производства метаболитов вниз по течению ИДО может остановить распространение Т-клеток и модифицировать иммунную реакцию [ 9 ]. Действительно, высокое соотношение кинурень/триптофана в крови является признанным показателем активации ИДО при хроническом воспалении и коррелирует с активностью болезни в нескольких условиях.

2.2. Продукт реакции IDO/TDO L-kynurenin (KYN) является центральным стыком КП (см. рис. 1 ). Кинуренин может быть метаболизирован несколькими ферментативными путями: аминотрансферация кинуренин-аминотрансферазами (КАТ) приводит к образованию кинурениновой кислоты (КУНА), в то время как гидроксилация кинуренин-3-монооксигеназой (КМО) дает 3-гидроксикинуренин (3-ГК). Третий незначительный путь через кинурениназу может превращать КИН непосредственно в антрациновую кислоту, хотя этот путь менее выраженный в мозге. Фатум КИН в значительной мере зависит от типа клетки. Конкретно, астроциты выражают ферменты KAT, но не имеют KMO, поэтому направляя KYN в производство KYNA; в то время как активированные микроглии и инфильтрующие макрофаги выражают полный набор ферментов KP (включая KMO), необходимых для производства 3-HK и его downstream метаболитов. В отличие от этого, олигодендроциты не выражают IDO/TDO в значительной мере и поэтому не могут инициировать метаболизм TRP или производить квиналиновую кислоту (QUIN); они зависят от усвоения внешних метаболитов KP. Эта компартментализация означает, что при воспалительных условиях микроглии и макрофаги тенденцией производить нейротоксичные метаболиты KP (через ветвь KMO), в то время как астроциты производят нейропротекторный KYNA через путь KAT [ 9 ].

Каждый метаболит KP обладает различными нейропротективными свойствами. KYNA в основном нейропротективен, действуя как антагонист NMDA-рецепторов, снижая экстрактивную токсичность и окислительный стресс [ 7 ]. Хотя KYNA также был отмечен как антагонист α7-никотиновых ацетилхолиновых рецепторов, эта взаимодействие остается спорной. Несколько исследований не смогли воспроизвести этот эффект, что указывает на то, что основные действия KYNA осуществляются через глутаматергические и другие нехолинергические пути [10]. В отличие от этого, QUIN — сильный агонист NMDA-рецептора — вызывает токсическое повреждение нейронов и олигодендроцитов при чрезмерном накоплении в ЦНС. Аналогично, 3-HK обладает умеренной нейротоксичностью через механизмы окислительного стресса. Другой промежуточный продукт, 3-гидроксиантраниловая кислота (3-HAA), имеет двойные эффекты: при низких концентрациях она действует как окислитель, но также обладает антиоксидантными свойствами. Далее по потоку, пиколиновая кислота (PIC) в целом считается нейропротектором, обладающей свойствами металлохелатирования и иммуномодуляции. Конечный продукт пути КП — NAD + — критичен для энергетического метаболизма и восстановления ДНК, подчеркивая важность этого пути в клеточном гомеостазе [7, 8, 9]. Баланс метаболизма КП критичен: сдвиг в сторону чрезмерного производства QUIN и 3-HK может привести к нейродегенерации, в то время как предпочтение образованию KYNA или PIC обеспечивает нейропротекцию.В итоге активация КП приводит к смеси нейропротекторных соединений: KYNA и PIC, в то время как 3-HK и QUIN являются нейротоксичными (особенно в избытке), а 3-HAA обладает контекстно-зависимыми окислительно-восстановительными эффектами. Баланс между этими метаболитами — часто суммируемый как отношение KYNA/QUIN — может значительно влиять на выживаемость нейронов. Сдвиг КП в сторону ветви, производящей QUIN (например, из-за увеличения активности KMO или уменьшения активности KAT), связан с увеличением экстрактивной и окислительно-восстановительной повреждения в мозге. В то же время, предпочтение производству KYNA может снизить токсичность глютамата и окислительный стресс.

3. Роли пути кинуренина в патофизиологии МС

Путь кинуренина (KP) находится на пересечении иммунной и нервной систем, и его дисрегуляция непосредственно влияет на МС. В воспалительной среде МС повышенные цитокины (IFN-γ, TNF-α и т.д.) стимулируют экспрессию IDO-1 и активацию пути кинуренина в иммунных клетках ЦНС. Изменения в метаболизме пути кинуренина рассматриваются как двойственная роль в МС: с одной стороны, активация пути кинуренина служит механизмом регуляции иммунных ответов (через дефицит TRP и образование иммуномодулирующих кинуренин), с другой стороны, избыточная или несбалансированная активность пути кинуренина создает нейротоксичную среду в ЦНС. В следующих разделах мы рассмотрим, как кинурениновый путь изменяется на разных фазах МС и как эти изменения способствуют патологическому процессу.

3.1. Патогенные роли отдельных метаболитов кинуренинового пути в МС

Как показано разнообразными и иногда противоположными эффектами отдельных метаболитов (Таблица 1), дисрегуляция метаболитов кинуренинового пути в мультиплексной склерозе играет ключевую роль в прогрессировании заболевания, а не является простым побочным явлением.

3.1.1. Кинолиническая кислота (QUIN), в частности, QUIN, мощная нейротоксин, тесно связанная с патологией поражения MS, в основном синтезируется с помощью активированных микроглий и вливающихся в макрофаги, оснащенных необходимым энзиматическим оборудованием (включая IDO и KMO). Эти клетки в основном производят QUIN в рамках активных повреждений MS, особенно на периферии демиелинизирующих таблеток, где воспаление является наиболее выраженным. [ 11 , 12 , 13 ]. КУИН оказывает свое пагубное воздействие с помощью нескольких механизмов: 1. Эксцитотоксичность: QUIN действует в качестве агониста рецептора NMDA, непосредственно вызывая эксцитотоксичность у нейронов и олигодендроцитов, т.е. процесс, известный как эндогенная эксцитотоксичность [ 14 ]. Патологически повышенные уровни QUIN, достигающие микромолекулярных концентраций в поражениях MS, чрезмерно активируют нейронные рецепторы NMDA. Активация рецептора NMDA, вызванная QUIN, приводит к устойчивой нейронной деполяризации и перегрузке кальция, вызывая эксцитотоксичные повреждения и непосредственно вызывая аксоновые трансекции, наблюдаемые при острых поражениях MS. Такая перегрузка кальция вызывает вредные каскады, включая активацию кальпаинов и каспасов, образование химически активных видов азота и кислорода, митохондриальная дисфункция и, в конечном счете, нейрональный апоптоз или некроз [ 9 , 15 , 16 ]. Поскольку QUIN селективно стимулирует субъединицы NMDA-рецептора NR2A/NR2B, нейроны в коре и спинном мозге, которые обильно выражают эти субъединицы, особенно уязвимы к экститоксическому повреждению. Эта селективная уязвимость может объяснять выраженную нейронную дегенерацию, наблюдаемую в лезиях МС [9, 10, 15, 17]. В результате этого фармацевтическое блокирование активации NMDA-рецептора с помощью специфических антагонистов эффективно предотвращает нейронную смерть, вызванную QUIN, что предоставляет сильную доказательную базу для того, что экститоксичность является основным механизмом нейродегенерации, вызываемой QUIN [9, 16].Экститоксичность: QUIN действует как агонист рецептора NMDA, непосредственно вызывая экститоксичность в нейронах и олигодендроцитах, процесс, известный как эндогенная экститоксичность [ 14 ]. Патологически повышенные концентрации QUIN, достигающие микромолярных уровней в очагах МС, чрезмерно активируют нейрональные рецепторы NMDA. Активация рецептора NMDA под действием QUIN вызывает длительную деполяризацию нейронов и перегрузку кальцием, приводя к экститоксичному повреждению и непосредственно способствуя перерезанию аксонов, наблюдаемому в острой стадии лейкоза МС. Это перегрузка кальция инициирует вредные цепочки реакций, включая активацию кальпинов и каспаз, генерацию реактивных нитрогенов и кислородных видов, нарушение функции митохондрий и, в конечном итоге, нейронную апоптоз или некроз [9, 15, 16]. Поскольку QUIN специфически усиливает подтипы NMDA-рецепторов NR2A/NR2B, нейроны в коре и спинном мозге, которые обильно выражают эти подтипы, особенно уязвимы к токсическому раздражению. Эта специфическая уязвимость может объяснять выраженную нейронную дегенерацию, наблюдаемую в лезиях МС [9, 10, 15, 17]. Как непосредственное следствие, фармакологическая блокада активации NMDA-рецепторов с помощью специфических антагонистов эффективно предотвращает нейронную смерть, вызванную QUIN, что предоставляет сильную доказательную базу для того, что экстрактивная токсичность является основным механизмом, лежащим в основе нейродегенерации, вызванной QUIN [9, 16].

В отличие от этого, олигодендроциты выражают относительно низкие уровни NMDA-рецепторов, что делает их менее напрямую уязвимыми к экстрактивной токсичности, вызванной QUIN. Вместо этого QUIN косвенно влияет на эти клетки, стимулируя чрезмерную выработку глицина нейронами, что приводит к увеличению концентрации глицина в экстраклеточной среде. Эта вторичная экстоксичность повреждает олигодендроциты и может также влиять на пред-миелинизирующие клетки, которые, несмотря на ограниченное выражение NMDA-рецепторов, остаются уязвимыми к токсичности глютамата [9, 18].

Дисрегуляция глютамата: QUIN стимулирует избыточную нейронную выработку глютамата и ингибирует астроцитарный глютаматный поглощатель, конкретно нарушая глютаматные транспортёры и глютамин-синтетазу [19, 20]. Эта дисфункция приводит к повышению уровня глютамата в окружающей среде, создавая экстоксичную среду, вредную для олигодендроцитов и нейронов. Получаемый избыток глютамата в белом веществе МС непосредственно коррелирует с гибелью олигодендроцитов и последующей дегенерацией миелинового покрова [21, 22, 23].

Окислительный повреждение: QUIN действует как сильный окислитель, катализируя образование гидроксильных радикалов через металлохелатацию (например, Fe2+) и последующие реакции Фентона [12]. Благодаря синергическому взаимодействию с реактивными кислородными соединениями в митохондриях QUIN усугубляет липидную пероксидацию и дефицит энергии клеток [24, 25, 26]. Экспозиция QUIN приводит к образованию токсичных продуктов липидной пероксидации, таких как мальдегидиалдегид и 4-гидроксиноненал (4-HNE) в мембранах олигодендроцитов, что непосредственно ведет к разрушению миелинов [27, 28]. Кроме того, QUIN вызывает синтез индуцируемой нитрик-оксид-синтазы (iNOS) в микроглии, что увеличивает образование пероксиноитрита (ONOO-), дальнейшее усугубляя окислительный повреждение ДНК и белков, наблюдаемое в лезиях МС [29, 30].

Энергетический дефицит: Хотя QUIN обычно выступает в качестве предшественника синтеза NAD+, чрезмерное накопление его парадоксально приводит к энергетическому дефициту [31]. Внутриклеточный QUIN ингибирует митохондриальные дыхательные комплекса и вызывает открытие митохондриальной пермитабельности перехода пора (PTP) за счет перегрузки кальция [32, 33]. Он также потребляет NAD+ в безнадежных путях, если не эффективно восстанавливается до NAD+, что приводит к дефициту энергетических ресурсов клетки [34].

Нарушение цитоскелета: Недавние данные подчеркивают роль QUIN в аберрантной фосфорилировании нейронных цитоскелетных белков. QUIN вызывает гиперфосфорилирование тау-белков через ингибирование фосфатаз и активацию киназы, обусловленной NMDA-рецептором, что приводит к нестабилизации микротрубочек, образованию агрегатов, нарушению аксонного транспорта и нарушению нейронной функции. Аномальная фосфорилирование тау коррелирует сильно с дегенерацией аксонов в лезиях МС. QUIN также стимулирует фосфорилирование нейрофиламентов, что еще больше нарушает целостность нейронов и способствует характерному расширению аксонов в плацдах МС [ 9 ].

В совокупности эти механизмы подчеркивают центральную роль QUIN в связывании нейроинфляммации с нейродегенерацией в МС. Клинически, повышение уровня QUIN коррелирует тесно с прогрессированием болезни [ 18 ] и потерей аксонов [ 35 ]. Экспериментальные модели подтверждают эту гипотезу: воздействие QUIN на культурах нейронов или олигодендроцитов воспроизводит характерные патологические особенности МС, включая дегенерацию миелинового покрова и клеточную смерть [ 36 ]. Кроме того, терапевтическая ингибирование производства QUIN с использованием ингибиторов KMO или IDO в экспериментальных моделях экспериментальной аутоиммунной энцефаломиелите (EAE) уменьшает степень заболевания [37]. Таким образом, QUIN представляет собой важный терапевтический целевой объект, что стимулирует дальнейшие исследования ингибиторов фермента KP, направленные на снижение нейротоксичности QUIN в МС.

3.1.2. Кинурениновая кислота (KYNA)

Хотя QUIN способствует нейротоксичности в МС, KYNA часто выступает как противодействующий нейропротектор. Как эндогенный антагонист ионотропных рецепторов глицина, KYNA широким образом ингибирует возбуждающую нейротрансмиссию, преимущественно снижая активность NMDA-рецепторов, с дополнительным слабым блокированием AMPA/кайната-рецепторов [38, 39, 40]. В физиологических наномолярных концентрациях в мозге KYNA регулирует глициновую трансмиссию и оказывает нейропротективные эффекты за счет снижения экзотоксичности и потенциального устранения свободных радикалов.

Защитный механизм KYNA при МС в основном обусловлен его способностью предотвращать чрезмерную активацию NMDA-рецепторов, что снижает интраклеточное поступление Ca 2+ и защищает нейроны от повреждения, вызванного QUIN и глицином. Кроме того, антагонизируя α7 никотиновые рецепторы на преднапсивных терминалах, KYNA подавляет высвобождение глютамата, тем самым ослабляя сигнализацию при провокационных условиях [ 9 ]. Интересно, что KYNA демонстрирует эффект януса в vitro: в то время как это известный антагонист рецептора NMDA при микромолекулярных концентрациях, электрофизиологические исследования на крысиных гиппокампальных кусочках показали, что это может облегчить эксцизитационный постнаптический потенциал при наномолочных концентрациях [ 41 ]. Эта двойственность предполагает, что KYNA оказывает сложное нейромодулирующее воздействие в зависимости от ее концентрации и синаптического контекста, возможно, посредством взаимодействия с различными подтипами рецепторов или модуляторами. Этот механизм особенно актуален в МС, где синаптическая гиперэкситируемость и высвобождение глицина из активированных иммунных клеток способствуют нейронному повреждению. Кроме того, KYNA и его аналоги могут нейтрализовать реактивные спеки, такие как перокси нитрит, тем самым оказывая антиоксидантный эффект [42]. Интересно, что более высокие уровни KYNA обычно связаны с меньшим нейронным повреждением в очагах МС. Особенно интересно, что уровни KYNA наиболее высоки в ППМС [43], форме заболевания, характеризующейся медленным, хроническим нейродегенерацией, что указывает на то, что ЦНС пытается компенсировать отсутствие обострений повышением синтеза KYNA. Однако, несмотря на нейропротекторный потенциал КИНА, его уровни в МС часто недостаточны для компенсации преобладающих нейротоксических стимулов. Астроциты, основной источник КИНА, являются реактивными и присутствуют в плаках МС, но их производство КИНА может быть нарушено из-за снижения выражения фермента КАТ [ 30 ]. Этот дисбаланс стимулировал интерес к терапевтическим стратегиям, направленным на увеличение КИНА или его аналогов для восстановления нейропротекции.

3.1.3. 3-Гидроксикинуренин (3-ГК)

Другие промежуточные продукты КП также вносят вклад в патогенез МС. 3-гидроксикинуренин, производимый макрофагами КМО, является крайне реактивным. В лимфоцитах МС 3-ХК может повреждать клетки окислительными механизмами — он легко подвергается автоокислению и образует пероксид водорода и гидроксильные радикалы. Олигодендроциты особенно уязвимы к окислительному апоптозу, вызванному 3-ХК, из-за их низких антиоксидантных защит [9]. Сочетание 3-ХК и КВИН кажется особенно вредным: хотя каждый из этих метаболитов в отдельности может вызывать ограниченный вред при умеренных концентрациях, вместе они действуют синергетически, уничтожая нейроны. Эта синергия была доказана в живых: совместная инъекция подтоксичных доз КВИН и 3-ХК в мозг крысы привела к повреждениям, значительно превышающим те, которые вызывают отдельные соединения [44]. Такие данные свидетельствуют о том, что в МС одновременное присутствие высоких уровней КУИН и 3-ХК в активных лезиях создает «токсичную смесь», которая усиливает окислительно-экситоксическое повреждение. Поэтому контроль 3-ХК (через ингибирование KMO) может не только снизить производство КУИН, но и устранить прямой источник ROS. Недавние исследования дальнейшее раскрыли роль KMO в регулировании этого баланса, подчеркивая его потенциал как терапевтической мишени в нейродегенеративных заболеваниях, включая МС [ 45 ].

Путь кинуренина также играет критически важную роль в иммунорегуляции в МС (см. обзор Пуколи и др. [ 9 ]). Оба, КИН и его下游 метаболиты, могут модулировать функцию иммунных клеток. KYN сам по себе при высоких концентрациях может ингибировать пролиферацию Т-клеток и вызывать апоптоз Т-клеток. Следует отметить, что дефицит TRP, обусловленный активностью IDO, может иметь иммунорегуляторную роль — в других условиях активность IDO способствует подавлению пролиферации Т-клеток и стимулирует образование регуляторных Т-клеток через путь арил-гидрокарбонового рецептора (AHR).

3.1.4. Пиколиновая кислота (PIC)

Пиколиновая кислота является побочным продуктом метаболизма пути кинуренина, синтезируется из 2-амино-3-карбоксилмуцина-6-семиалдегида с помощью фермента 2-амино-3-карбоксилмуцина-6-семиалдегида декарбоксилиазы (ACMSD) [ 46 ]. Не так как его нейротоксичный аналог QUIN, PIC обладает нейропротективными и иммуномодулирующими свойствами, что указывает на потенциальную компенсаторную роль в патогенезе МС. PIC действует как мощный хелат, связывая двойные металлические ионы, такие как железо и цинк, тем самым уменьшая окислительный стресс, вызванный металлами — фактор, вносящий вклад в патогенез МС. В витро исследования показывают, что PIC в концентрациях от 1 до 4 мМ в сверхнадоходах может усиливать эффекторные функции макрофагов за счет увеличения ген-выражения синтеза оксида азота, зависимого от IFN-γ, и индуцируя макрофагальные воспалительные белки (MIP) 1α и 1β. Хотя точный механизм, лежащий в основе синергии между PIC и IFN-γ, до сих пор не ясен, PIC-индуцированное повышение уровня MIP-1α и β считается связано с путем, зависящим от железа [47]. Кроме того, PIC антагонизирует токсические эффекты QUIN, предотвращая поступление кальция и последующую нейронную апоптоз [48]. Клинические исследования сообщают о нарушениях уровня PIC у пациентов с МС, особенно в периоды активной болезни, что указывает на дефицит этого защитного метаболита. Снижение уровня PIC коррелирует с увеличением тяжести заболевания и его прогрессированием, что указывает на потенциал этого метаболита как биомаркера для мониторинга заболевания [18, 43]. Увеличение синтеза PIC или имитация его активности представляет собой перспективный терапевтический подход. Активация ACMSD может сдвинуть метаболизм KP в сторону увеличения синтеза PIC, что потенциально восстановит баланс между нейропротективными и нейротоксичными метаболитами. Разработка аналогов PIC, сохраняющих свои защитные свойства, может обеспечить терапевтическую пользу без сложности модуляции внутренних путей.

В МС одна гипотеза заключается в том, что недостаточная периферическая активность IDO — подтверждённая снижением уровня IDO mRNA в крови пациентов с МС — может не подавлять автоответные Т-клетки, что способствует иммунным атакам. Напротив, в ЦНС устойчивое производство IDO/KYN в острой инфекции может способствовать «иммунному истощению» со временем, что может объяснять, почему инфекция уменьшается на поздних стадиях болезни, несмотря на продолжающуюся нейродегенерацию. Кроме того, метаболиты KP, такие как пиколиновая кислота и NAD+, участвуют в активных состояниях макрофагов и восстановлении тканей. Деградация NAD+ в активных очагах (из-за его потребления PAR-ферментами, которые ремонтируют окислительные повреждения ДНК и активируются поли(АДП-риbose)полимеразой при повреждении QUIN/ROS) может привести к энергетическому истощению и иммунодепрессии в месте повреждения, что может ограничивать острое воспаление, но при этом угрожает выживанию нейронов. Сложная взаимосвязь между метаболитами КП и иммунной реакцией все еще проясняется. Однако ясно, что КП действует не изолированно, а пересекается с экзитотоксичными, окислительными и иммунными путями для формирования курса MS. Короче говоря, активация КП в НР может первоначально представлять собой контррегулирующий механизм ограничения автоматического иммунитета. Однако продолжительный или чрезмерный поток КП, особенно через филиал KMO, скорее всего, станет патогенным, поскольку хроническое накопление QUIN и других нейротоксинов в конечном счете перевешивает любые переходные иммунно-прессивные выгоды. Это неравновесие приводит к механизмам тканевого повреждения — от глутамат-медленной экстрактивной токсичности до свободнорадикальных цепочек, которые лежат в основе дегенерации миелинов и нейродегенерации.

3.2. Дисрегуляция пути кинуренина в патологических состояниях МС

Возрастает доказательства, что путь кинуренина серьезно дисрегулируется в МС, и профиль метаболитов пути кинуренина различается между фазами обострения-восстановления и прогрессирующего заболевания (см. Рисунок 2). В ходе острой воспалительной атаки (обострения) IDO-1 усиливается в иммунных клетках, что приводит к увеличению преобразования TRP в KYN [ 49 ]. В результате пациенты с активными обострениями имеют повышенные уровни KYN и его下游 метаболитов, включая QUIN и 3-HK, в сыворотке или спинном мозговом мозге по сравнению с здоровыми лицами [50]. В частности, исследования сообщили о противоречивых изменениях KYNA во время обострения — одна из статей отмечает, что уровень CSF KYNA снижается в острой фазе обострения [51], в то время как другие наблюдения показывают высокие уровни KYNA во время обострения [52, 53]. Эти противоречия, вероятно, отражают различия в фазе заболевания и времени забора образца, но они подчеркивают динамический характер колебаний метаболитов KP в МС [54]. В самом деле, повышение уровня KYNA у некоторых пациентов RRMS может представлять собой компенсационный механизм, направленный на противодействие эксцитотоксичности, вызванной QUIN. [ 18 ]. Чистое воздействие RRMS, как представляется, представляет собой широкомасштабную активацию КП, производя как нейротоксические, так и нейрозащитные продукты в ответ на сильное воспаление [ 55 ]. По мере того как болезнь вступает в прогрессивную стадию (либо в СМПС, либо в СМПС), баланс КП метаболизма меняется в сторону более нейротоксичного профиля. Длительное воспаление, как представляется, истощает ТРП и уменьшает регулирование производства астроцитов KYNA, что приводит к значительно более низкому уровню TRP и KYNA у прогрессивных пациентов MS. В СМПС исследования постоянно обнаруживают сокращение КИНА как в сыворотке, так и в СФС, наряду с относительным превышением QUIN и другими метаболитами ниже по течению. В РРМС (которая характеризуется коварным продвижением с самого начала) большинство метаболитов КП (KYN, 3- HK и QUIN) находятся на более высоких уровнях, чем обычные, но уровни KYNA, как ни парадоксально, низки. [ 50 ]. У прогрессивных пациентов низкий показатель соотношения КИНА/QUIN отражает преобладание эксцитотоксичных и окислительных метаболитов, способствующих стрессу, и коррелирует с более продвинутой инвалидностью [ 18 ]. Другими словами, в прогрессивном множественном склерозе защитная ветка кинуреньинского пути уменьшается, в то время как потенциально нейротоксичная ветка остается активной. Это приводит к нарушению баланса, характеризующемуся повышенными уровнями нейротоксических метаболитов, таких как 3-HK и QUIN, и недостаточной производством нейропротектора KYNA. Этот биохимический дисбаланс создает микросреду, которая способствует хронической нейродегенерации [ 56 ].

Следовательно, отношение KYNA к QUIN (или KY: KYNA к 3-HK) стало критическим показателем нейротоксической потенциальности КП на разных стадиях МС. Эти биохимические изменения имеют важные последствия, так как они тесно коррелируют с маркерами прогрессирующей нейродегенерации. Например, уровни QUIN в спинном мозге значительно увеличиваются во время обострений МС и напрямую коррелируют с степенью нарушения аксонов. QUIN способствует этой нейродегенерации за счет индуцирования гиперфосфорилирования нейрофиламентных белков в нейронах и астроцитах, что приводит к нестабилизации их цитоскелета [ 9 ]. В подтверждение этих данных мы ранее доказали, что уровни QUIN в спинном мозговом жидкости (СМЖ) у пациентов с МС положительно коррелируют с уровнями нейрофиламентной лёгкой цепи (NfL), хорошо изученного биомаркера нейроаксонального повреждения [ 57 ]. В совокупности эти наблюдения указывают на то, что увеличение активности КП, особенно через увеличение производства QUIN, отражает и потенциально вызывает прогрессирование нейронного повреждения у пациентов с МС.Эти наблюдения указывают на то, что острая воспаление в МС вызывает резкий рост метаболизма КП, который включает временные нейропротективные реакции (повышение КЙНА), но с хронизацией КП начинает производить больше нейротоксинов, которые могут активно способствовать провалу репарации миелинового покрова и нейродегенерации. Мониторинг профилей метаболитов КП (например, в сыворотке или СФ) поэтому исследуется как инструмент для измерения фазы заболевания и потенциального прогноза перехода от резидуирующего-рекуперативного к прогрессирующему МС. Например, метаболомический исследование показало, что комбинация шести маркеров — KYNA, QUIN, TRP, PIC, фактор роста фибробластов и TNF-α — может различать подтипы МС с чувствительностью до ~85–91% [58]. Это подчеркивает биомаркерный потенциал метаболитов КП у МС.

Таблица 2 суммирует ключевые изменения КП, отмеченные у пациентов с МС. Отметим, что несмотря на некоторые расхождения между исследованиями (из-за различных типов образцов, фаз заболеваний и лечения), постоянная тема — повышение QUIN (и отношения QUIN/KYNA) у МС, особенно во время активной воспалительной реакции. Такие сдвиги в балансе метаболитов КП всё чаще признаются вкладчиками в патогенез МС, а не простыми сопутствующими факторами.

4. Нарушение функции митохондрий в МС

Нарушение функции митохондрий играет критическую роль в деградации аксонов и повреждении тканей при множественном склерозе [ 59 ]. Митохондрии генерируют АТФ через окислительное фосфорилирование, регулируют внутренний кальций и участвуют в апоптозе. В МС хроническое дегрессирование миелиновых оболочек значительно увеличивает энергетический спрос аксонов из-за уменьшения эффективности проведения и одновременно нарушает производство энергии митохондриями при воспалительных условиях, приводя к энергетическому коллапсу аксонов.Анализ ткани после смерти при МС показывает множество аномалий митохондрий, включая увеличение мутаций ДНК митохондрий (mtDNA), недостаточность ферментов дыхательной цепи, изменение экспрессии генов митохондрий и структурные повреждения. В частности, хронические очаги МС часто демонстрируют удаления mtDNA и снижение экспрессии компонентов дыхательной цепи COX1 и ND1. Гистохимически демиелинированные аксоны часто показывают фокальные недостаточности цитохрома сивидаза (комплекс IV) и компенсирующее увеличение ферментов (например, увеличенная активность сульфатдегидрогеназы) для поддержания синтеза АТФ [ 29 ]. Кроме того, мозаичный паттерн кофакторно-дефицитных и нормальных аксонов указывает на клональное расширение митохондриальных ДНК-мутаций, аналогично митохондриальным заболеваниям [ 60 ]. Электронная микроскопия также показывает расширенные, вакуолизированные митохондрии с нарушением кристалл и активацию митохондриальной пермиссивной переходной поры (ПТП), что указывает на серьезный митохондриальный повреждение [ 61 ].

Роль метаболитов КП в нарушении митохондриальной функции при МС

Неотоксичные метаболиты КП не только вызывают немедленное экстрактивное и окислительное повреждение, но и напрямую нарушают функцию митохондрий — и, следовательно, клеточное энергетическое метаболизм — через механизмы, такие как перегрузка кальция. Как описано выше, гиперактивация NMDA-рецепторов, вызванная QUIN, приводит к чрезмерному притоку Ca 2+ в нейроны и олигодендроциты. Митохондрии поглощают кальций как реакция на буферизацию, но массовый перенасыщение Ca 2+ может вызвать переходную проницаемость митохондрий, их расширение и высвобождение проклеточных факторов. Увеличенный внутримитохондриальный Ca 2+ также нарушает электронную цепь транспорта, увеличивая производство ROS в митохондриях и дальнейшее снижение выхода АТФ [ 9 ]. Эта цепочка связывает токсичность возбуждения с повреждением митохондрий: в очагах МС области с высоким содержанием QUIN и воздействием глютамата, вероятно, будут наблюдаться фокусированные деполяризации митохондрий и энергетический коллапс.Кроме своих возбуждающих токсических эффектов, QUIN непосредственно влияет на функцию митохондрий. Экспериментальные данные показывают, что QUIN может ингибировать ключевые митохондриальные ферменты, включая монаминовый оксидазу-B (MAO-B), и нарушать метаболические пути, такие как цикл Кребса и глюконеогенез. Эти эффекты происходят независимо от активации NMDA-рецепторов, что указывает на то, что QU: QUIN имеет внутренние митохондриальные цели. Действительно, воздействие QUIN приводит к прогрессирующей дисфункции митохондрий даже в отсутствие возбуждающего токсического сигнала. В нейронных моделях накопление QUIN приводит к снижению активности комплексов дыхательной цепи, потере потенциала мембраны митохондрий и высвобождению цитохрома с — признаки митохондриальной апоптоза. Данная цепочка последствий последующим образом активирует каспазы и способствует деградации цитоскелета, в конечном итоге вынуждая как нейроны, так и глиальные клетки в энергетически истощенное апоптотическое состояние [ 33 ].

Аналогично, 3-гидроксикинуренин (3-HK), другой нейротоксичный метаболит кинурениновой пути, был показан способствовать нарушению функции митохондрий. При повышенных концентрациях 3-H к снижает внутримембранные уровни NAD + и потенциал мембраны митохондрий в культивированных глиальных клетках [ 62 ]. Сокращение NAD + отражает его потребление в период 3-HK-induced :: окислительные реакции или во время реакций на реанимацию ДНК с помощью ПАРП на окислительный стресс. Поскольку NAD + имеет важное значение для производства митохондриального СПС, его истощение приводит к метаболическому кризису, который приводит к сбоям в использовании клеточной энергии. Об этом свидетельствует увеличение выбросов лактата дегидрогеназы (ЛХД), маркера разрушения мембраны и смерти клеток в условиях митохондриальной дисфункции и истощения энергии [ 62 , 63 ].В совокупности эти данные подчеркивают, что метаболиты пути кинуренина, такие как QUIN и 3-HK, способствуют патологии МС не только через экститоксичность и окислительный стресс, но и прямым нарушением целостности митохондрий и клеточного энергетического метаболизма.

Другой важной особенностью является то, что хотя конечным результатом пути КП является синтез NAD+, его гиперактивация может параллельно приводить к локальному дефициту NAD+. В контексте МС, если QUIN накапливается быстрее, чем его можно конвертировать в NAD+ с помощью QPRT — что может происходить в микроглиях, которые активно производят QUIN, но имеют ограниченное выражение QPRT — то избыточный QUIN будет сохраняться и продолжать оказывать нейротоксичное воздействие, а не нейтрализовываться синтезом NAD+. Кроме того, активация поли(ADP-риbose)полимеразы (PARP) в ответ на повреждение ДНК из-за QUIN дефицитирует внутримембранные запасы NAD+ [64]. Это создает вихревой цикл, в котором активность KP теоретически генерирует NAD+, но последующие процессы, вызванные QUIN, его дефицитируют. Окончательный результат, особенно в хронических лезиях МС, может привести к функциональному дефициту NAD + внутри нейронов и глии, что усугубляет нарушение энергетического баланса клеток. Поскольку NAD + необходим для выживания клеток при окислительном стрессе, его дефицит значительно вносит вклад в нейродегенерацию.

Следствия, возникающие в результате нарушения функции митохондрий, вызванных KP, являются многогранными. Нейроны, не получая достаточного количества энергии, проводят импульсы неэффективно и более подвержены дегенерации. Аксоны с поврежденными митохондриями подвергаются стенозной дегенерации, в то время как нейронные тела могут атрофироваться или подвергаться апоптозу [ 4 ]. Преследующие клетки оптического нейрона (OPCs), которые требуют значительного количества энергии для дифференцировки и репарации миелинового покрова, могут не дифференцироваться в условиях низкого уровня АТФ, что нарушает внутренние механизмы восстановления [ 65 ]. Со временем, этот постоянный энергетический кризис на клеточном уровне проявляется клинически как прогрессирующая нейрологическая дисфункция: чем больше аксонов и нейронов теряют функцию или погибают, тем больше непрерывных дефектов накапливается. Эта концепция согласуется с мыслью, что прогрессирующий мультиплексный склероз характеризуется «медленным огнем» нейродегенерации, вызванным метаболическим повреждением, а не активной воспалительной реакцией. Данные нейропатологических исследований подтверждают эту метаболическую-воспалительную взаимосвязь. Хронически активные очаги МС часто показывают оболочку активированных микроглии — основных источников КВИН и РОС — вокруг демиелинированного ядра, свободного от жизнеспособных аксонов [ 3 ]. В выживших аксонах часто увеличивается плотность митохондрий как компенсаторная реакция; однако многие из этих митохондрий выглядят аномально расширенными или деполяризованными [ 66 ]. Увеличенные уровни маркеров окислительного повреждения [ 3 ] и снижение выражения подъединений дыхательной цепи митохондрий [ 67 ] еще больше подчеркивают нарушение функции митохондрий в этих очагах. KP, вероятно, вносит вклад в эти патологии, обеспечивая молекулярную связь между хронической инфекцией и клеточной метаболической недостаточностью.Прерывание этого патологического цикла, следовательно, является важной терапевтической целью. Снижение КП-обусловленного повреждения митохондрий может сохранять нейронную и глиальные клетки в условиях хронической инфекции, потенциально задерживая или предотвращая переход к прогрессирующей МС. Препарационные исследования показали, что ингибирование КМО — ключевого фермента, который стимулирует производство 3-ХК и КВИН — имеет нейропротекторные эффекты, частично сохраняя функцию митохондрий при инфекционных условиях [ 37 ]. Аналогично, терапевтические стратегии, направленные на поддержку митохондриальной физиологии — такие как антиоксидантные терапии или метаболические усилители — могут смягчить вредные эффекты токсичных метаболитов КП.Между KP-дисрегуляцией и нарушением функции митохондрий существует двунаправленная связь, что подразумевает, что вмешательства, направленные на одну из этих проблем, могут быть полезны для другой: защита митохондрий может снизить влияние нейротоксичных кинуренов, а модуляция KP может способствовать поддержанию целостности митохондрий. Отметим, что некоторые терапевтические методы, ориентированные на KP, такие как лаquinимод (оральный кандидат на лечение МС), демонстрируют митохондриальные защитные эффекты в экспериментальных моделях — вероятно, через модуляцию активации микроглии и подавление синтеза QUIN.

5. Фармакологическая модуляция KP в МС

5.1. Введение в фармакологическую модуляцию

Учитывая растущее количество доказательств, что нарушение метаболизма KP и нарушение функции митохондрий являются ключевыми факторами прогрессирования нейродегенерации в мультиплексной склерозе, наблюдается рост интереса к терапевтическим стратегиям, которые непосредственно воздействуют на эти механизмы. На данный момент большинство одобренных терапий для МС являются иммуномодулирующими или иммунодепрессантами, направленными на ограничение периферической иммунной активности. Хотя эти терапевтические средства, модифицирующие течение болезни (ДМТ), эффективны в снижении частоты обострений у резидуальной мультиплексной склерозы (РМС), они имеют ограниченную эффективность в остановке постепенного, прогрессирующего нейродегенеративного процесса, характерного для спинальной мультиплексной склерозы (СПМС) и прогрессивной мультиплексной склерозы (ПМС). Этот терапевтический разрыв подчеркивает острое необходимость разработки нейропротекторных стратегий, действующих в ЦНС, для сохранения нейронной и глиальной целостности.

Одним из перспективных направлений является разработка лекарств, которые либо модулируют KP, либо улучшают резервную устойчивость митохондрий. Такие вмешательства направлены на нейтрализацию нейротоксичных кинурениновых метаболитов (например, QUIN и 3-HK), увеличение доступности NAD+, смягчение окислительного стресса и поддержку функции митохондрий — все это может замедлить или предотвратить нейродегенерацию. В частности, перепрофилирование лекарств — использование существующих соединений с установленным профилем безопасности для новых показаний — выделилось как эффективная стратегия для ускорения терапевтического развития. Этот подход особенно привлекателен для прогрессивного МС, где варианты лечения остаются ограниченными, а время до клиники критично.

Ключевым концептом в терапевтическом развитии для МС является то, что комбинация противовоспалительной активности с прямой нейропротекцией может синергически замедлять прогрессирование нарушений функции. Целевая направленность на KP привлекательна, так как теоретически она может делать оба: ингибирование промежуточных воспалительных ферментов, таких как IDO или KMO, может не только снизить производство нейротоксических метаболитов, но и подавлять иммунную активацию (так как активность IDO влияет на ответ Т-клеток). Напротив, повышение уровня нейропротекторного метаболита, такого как KYNA, может защищать нейроны и олигодендроциты от экстрактивной и окислительной травмы, даже в условиях продолжающейся воспаления. Кроме того, подходы, поддерживающие функцию митохондрий (например, увеличивающие доступность NAD+ или снижающие окислительный стресс), могут помочь прервать цикл энергетического дефекта в МС. В конечном итоге, интеграция терапий, ориентированных на KP- и митохондрии, с существующими иммуномодулирующими лечебными методами может предложить более комплексный подход к лечению МС — один, который учитывает как воспалительные, так и дегенеративные аспекты заболевания.Ниже рассматриваются конкретные фармакологические стратегии и препараты — некоторые из которых исследуются, а некоторые уже доступны — которые иллюстрируют эти принципы. Сначала мы рассмотрим лаquinимод, препарат, разработанный специально для МС, обладающий свойствами модуляции КП, а затем обсудим другие перепрофилированные препараты (такие как альфа-липоат и метформин), которые исследуются в отношении их способности влиять на КП и дисфункцию митохондрий в МС.

5.2. Лаquinимод как модулятор КП

Лаquinимод — это пероральный иммуномодулирующий препарат, который исследуется в качестве терапии, модифицирующей течение МС. Химически лаquinимод (N-этил-N-фенил-5-хлор-1,2-дигидро-4-гидроксил-1-метил-2-оксо-3-квиналиновая карбамид) является производным роquinимекса и обладает структурной схожестью с кинуренинами (на самом деле, его квиналиновая карбамидная основа схожа с основой KYNA, см. рисунок 3) [68, 69]. Эта структурная информация вначале предполагала, что лаquinимод может взаимодействовать с KP или его рецепторами [70]. Хотя точный механизм действия лаquinимода не полностью понятен, он демонстрирует двойной профиль иммуномодуляции и нейропротекции. В отличие от классических иммуносупрессантов, лаquinимод не широкопрофильно подавляет пролиферацию лимфоцитов, а, наоборот, смещает иммунный ответ в антивоспалительное состояние, при этом также действуя в ЦНС, стимулируя нейропротекторные пути [71].

Ин витро и животные исследования показали, что лаquinимод снижает приведение антигенов и миграцию воспалительных клеток. Он снижает экспрессию класса II МHC и ко-стимулирующих молекул на антиген-приводящих клетках и увеличивает регуляторные популяции B-клеток, секрецирующих IL-10 [72]. Клетки иммунной системы, обработанные лаquinимодом, производят меньше проприинфляционных цитокинов, таких как IFN-γ, IL-17, GM-CSF и TNF-α, и больше противовоспалительного IL-4, что указывает на сдвиг от доминирующего ответа Th1/Th17 к профилю Th2/регуляторного. В модели EAE лаquinимод снизил воспаление в ЦНС: он уменьшил проникновение моноцитов и Т-клеток, снижая экспрессию адгезионных молекул (например, VLA-4) и активность матричных металлопротеиназы-9 [ 8 ]. Отметим, что лаquinимод также ограничил активацию миелоидных клеток в этих моделях, что привело к меньшему повреждению аксион. [ 70 ]. Возможно, самое интересное, что лакинимод способствовал восстановлению в исследованиях животных, что, как представляется, защищало клетки потомства олигодендроцитов и поддерживало их созревание на стадии восстановления повреждений [ 73 ]. Помимо этих иммунных эффектов, было продемонстрировано, что лакинимод повышает уровень нейротрофического фактора, полученного из мозга, в CNS, ключевого нейтрофина для выживания нейронов и олигодендроцитов. [ 74 ]. В исследовании EAE лакинимоидное лечение привело к увеличению экспрессии BDNF в нескольких районах мозга и было связано с сокращением аксоновой потери и астроглиозом [ 75 ]. Аналогично, в клиническом исследовании пациентов с МС, получавших лаquinимод, у них были значительно более высокие уровни БДНФ в сыворотке, по сравнению с пациентами, получающими плацебо [76]. Это указывает на то, что лаquinимод может оказывать нейропротекторное действие независимо от своего иммуномодулирующего эффекта — возможно, через прямое взаимодействие с нейронными клетками или путями (влияние на КП или другие механизмы, такие как активация арил-гидрокарбонового рецептора, требует дальнейшего изучения [77]).

Лаquinимод прошел фазу III клинических испытаний в случае РРМС (испытания ALLEGRO и BRAVO), которые предоставили некоторые данные о его эффективности. В исследовании ALLEGRO, 2-летнем плейсбокс-контролируемом, лаquinимод (0,6 мг ежедневно) значительно, но не сильно снизил ежегодную частоту обострений по сравнению с плейсбоксом. Он также значительно снизил риск подтверждённого прогрессирования нарушений функции на 40% по сравнению с плейсбоксом. Результаты МРТ показали, что лаquinимод снизил количество новых или увеличенных T2-лизей и гадолиний-усилляющихся лезей, и, что особенно важно, замедлил атрофию мозга: скорость потери объема мозга была ниже в группе лаquinимода по сравнению с группой плейсбокса [ 78 ]. Параллельное исследование BRAVO, в котором использовался активный сравнительный препарат (интерферон-β) в сочетании с плацебо, показало более слабое влияние на частоту обострений и не достигло статистической значимости для некоторых магнитно-резонансных ангиографических показателей, хотя уменьшение атрофии мозга с лаquinимодом оставалось значимым [79]. Общая безопасность в этих исследованиях была благоприятной. Однако в предклинических исследованиях на животных хроническое воздействие лаquinимода было связано с увеличением частоты злокачественных опухолей (в основном у мышей). Хотя в исследованиях на людях не было сигналов о раке, регуляторы были обеспокоены этим потенциальным риском [71]. Это, комбинированное с его относительно низкой эффективностью (особенно в рецидивирующих формах, где он был менее эффективен, чем первые инъекционные препараты), привело к тому, что лаquinимод не был одобрен для использования в МС в Европе или США.

Несмотря на этот неудачный момент, лаquinимод остается доказательством концепта, что воздействие на KP и связанные с ним пути может обеспечивать как противовоспалительные, так и нейропротективные эффекты в МС. Его способность увеличивать BDNF и потенциально способствовать репарации миелинового покрова особенно заметна и стимулирует интерес к разработке следующих поколений соединений, которые сохраняют эти нейропротективные свойства с большей эффективностью или безопасностью. Структурные отношения лаquinимода с кинуренинами также вызывают интересные вопросы относительно его способности связываться с рецепторами, такими как AHR, или ингибировать ферменты, такие как KMO — области, которые активно исследуются [ 80 ].

В итоге, лаquinимод доказал, что маломолекулярное соединение может модулировать иммунный ответ в МС без широкой иммунодепрессии и, возможно, более важным образом, способствовать созданию в ЦНС более благоприятной среды для ремонта. Эти выводы применяются при исследовании других фармацевтических модуляторов кинуренинового пути и функции митохондрий в МС. Отметим, что в январе 2025 года Соединенное Штаты Америки (USPTO) выделило Active Biotech на получение патента (US 12,208,091) на использование лакинимода для лечения заболеваний глаз, связанных с избыточной вазкулярной активностью, таких как влажный возрастная макулярная дегенерация, прогрессирующая диабетическая ретинопатия и ишемическая ретинопатия, что расширяет потенциальные терапевтические применения за пределы нейроинфекционных расстройств.

5.3. Перепроизводство лекарств для лечения МС: нацеление на KP и митохондрии

Стратегия перепроизводства лекарств привлекла несколько существующих лекарств в фокус как потенциальные средства лечения МС, учитывая как метаболические, так и нейродегенеративные аспекты заболевания. Два особенно перспективных кандидата, выявленных систематическим анализом, — это R-α-липоевая кислота (ALA) и метформин, оба из которых демонстрируют способность уменьшать механизмы, связанные с KP и дисфункцией митохондрий. Кроме того, ряд других лекарств — некоторые из которых уже одобрены для других показаний — имеет механизмы обоснования или предварительные данные, указывающие на то, что они могут модулировать KP или защищать от его последствий в МС. Эти кандидаты и их обоснование для использования в МС обсуждаются ниже.

ALA — это эндогенный антиоксидант и кофактор для митохондриальных ферментов (особенно для пирувата де гидрогеназы), который демонстрирует полезные эффекты в моделях МС. Альфа-липоевая кислота может проникать в ЦНС и обладает двойным эффектом как иммуномодулятор и антиоксидант. В модели ЭЭ (EAE) добавление ALA стабильно уменьшало степень заболевания, что сопровождалось меньшим количеством воспалительных клеток, проникающих в ЦНС, и меньшим окислительным повреждением. ALA, по-видимому, укрепляет кровенервный барьер, снижает миграцию иммунных клеток за счет дезактивации адгезионных молекул и защищает целостность тесных соединений эндотелия. Внутри ЦНС ALA подавляет активность Т-клеток и микроглии, что приводит к снижению производства TNF-α и IFN-γ, а также нейтрализует ROS и реактивные нитрогенные соединения, такие как NO. Эти эффекты компенсируют проксиген и про-воспалительную среду, созданную нарушением регуляции KP в МС. Кроме того, антиоксидантная активность ALA может снизить окислительный стресс, который способствует дисфункции митохондрий [5].

Клинически ALA показала перспективу в фазе II исследования в SPMS. В двухлетнем рандомизированном контролируемом исследовании у пациентов с прогрессирующей вторичной МС высокая доза устной липоативной кислоты (1200 мг в день) значительно замедлила атрофию всего мозга по сравнению с плацебо. Скорость потери объема мозга в группе AAL была только около one- треть группы плацебо (ежегодное изменение объема мозга:0.21% против -0.65%, p = 0.002), представляющего собой 68% снижение скорости атрофии мозга. Это замечательный размер воздействия на ключевой показатель нейродегенерации. Наблюдались также тенденции к получению клинической выгоды в группе лиц, проходящих лечение в АЛА, например, более медленный период времени 25-foot Ходьба - хотя исследование не было рассчитано на результаты по инвалидности. В целом АЛА была терпима к этому явлению с благоприятными характеристиками безопасности, за исключением некоторых желудочно-кишечных неблагоприятных явлений (а также нескольких отдельных обратимых почечных явлений в группе по обработке) [ 81 ]. Эти результаты предоставляют доказательства класса I, согласно которым ALA может иметь нейропротекторные эффекты при МС. Точные механизмы в человеке до сих пор не полностью изучены, но учитывая широкую антиоксидантную способность ALA и его влияние на иммунный трафик, вероятно, он снижает нагрузку на нейронно-миелиновую деструкцию. Действительно, роль липоативной кислоты как кофактора митохондрий может увеличить активность пирувата-дегидрогеназы и улучшить аэробный метаболизм в клетках под воздействием воспалительного стресса. Поддерживая митохондриальную производство энергии и прямое уничтожение свободных радикалов, ALA решает две важные последствия активации KP. Большие испытания ALA проводятся (включая один из участков инновационного многоармового исследования OCTOPUS в прогрессивной МС в Великобритании), чтобы подтвердить эти данные и потенциально ввести ALA в рутинное использование как вспомогательную нейропротекторную терапию.

Метформин: Метформин — широко используемое пероральное лекарство для диабета 2 типа, которое активирует AMPK (AMP-активированный протеин-киназа) и регулирует клеточную метаболизм. Интерес к метформину для МС возник из наблюдений, что он может перепрограммировать метаболизм таким образом, чтобы способствовать восстановлению тканей и снижать воспаление. Метформин демонстрирует способность компенсировать возрастные нарушения регенеративной функции в ЦНС: у старых животных метформин «молодит» ОПК и восстанавливает их способность к репарации дегенеративных поражений. Кроме того, метформин обладает противовоспалительным действием за счет подавления сигнализации NF-κB и IL-17, а также снижает активацию микроглии. В модели EAE метформин приводит к менее выраженной болезни — мыши, полученные метформином в ранней стадии, показали улучшенные двигательные показатели, меньшее дегенеративное поражение спинного мозга и меньшее количество активированных микроглий по сравнению с необработанными контролем EAE [ 82 ]. Эти преимущества наблюдались при начале метформина в период индукции заболевания (пропилактически), что подчеркивает способность препарата ограничивать начальную иммунно-медiated повреждение. Механизмы действия метформина в ЭЭА включали снижение пролиферативных цитокинов и увеличение количества клеток линии олигодендроцитов, что указывает на оба иммунорегуляторные и про-миелинизирующие эффекты.

Интересная связь между метформином и КП заключается в том, что метформин может снижать КП в определенных условиях. Клинический испытание у лиц с инсулиновой резистентностью показало, что успешное лечение метформином связано с дезактивацией активности пути кинуренина (как отражено снижением соотношения KYN/TRP и уровней метаболитов) [ 83 ]. Это указывает на то, что метформин, возможно, косвенно ингибирует IDO или связанные с ним ферменты, через свои эффекты на системную воспалительную реакцию и инсулиновый сигнал. В ЦНС активация AMPK метформином способствует клеточной устойчивости к стрессу — например, она может вызывать аутофагию и биогенез митохондрий, что может компенсировать дисфункцию митохондрий в лезиях МС. Также есть данные, что метформин может увеличивать уровни NAD+ за счет изменения отношения NAD+/NADH и активации путей синтеза NAD+ [84], что может компенсировать дефицит NAD+ , вызванный хронической активацией КП.

Эти многочисленные эффекты делают метформин сильным кандидатом для использования в прогрессирующей МС, где традиционные противовоспалительные препараты сами по себе имеют минимальное влияние на прогрессирование нарушений функции. В настоящее время проводится многоцентровое фазовое исследование II стадии (MACSiMiSE), чтобы проверить эффективность метформина в непрерывной прогрессирующей МС. Исследователи изучают, может ли два года приема метформина (до 2550 мг/день) замедлить прогрессию нарушений функции ходьбы и атрофии мозга по сравнению с плацебо. Эксперимент также включает в себя продвинутые МРТ для оценки сохранения структуры и потенциального репримелинирования [85]. Если успех, метформин — недорогой и хорошо известный препарат — может быть перепрофилирован для заполнения пробела в лечении прогрессирующего МС. Его безопасность хорошо изучена; помимо гастроинтестинальных побочных эффектов и очень редких лактатной ацидозы у подверженных пациентов, метформин в целом хорошо переносится. Особенностью является то, что метформин может быть синергетическим с ремелинирующими терапиями: отдельный эксперимент исследует метформин в комбинации с антигистамином клемастином (который стимулирует дифференцировку ОПК) для проверки, улучшает ли комбинация ремелинирование в МС [85]. Короче говоря, метформин является многообещающим агентом, который нападает на патологию MS на нескольких фронтах: сокращает подстрекательскую активацию КП, поддерживает митохондриальное здоровье и восстанавливает внутренние механизмы ремонта в ЦНС. Помимо АЛА и метформина, в ряде других лекарственных средств имеются механизмы, которые совпадают с КП или его последствиями для низов. Таблица 3 Резюме six Наркотики, которые были определены в качестве перспективных кандидатов для дальнейшего расследования в MS: ibudilast, riluzole, amiloride, pirfenidon, флуоксетин и окскарбазепин. Эти лекарственные средства уже утверждены для получения других указаний, однако они продемонстрировали нейрозащитные или антивоспалительные свойства, которые могут быть полезны для людей, имеющих MS.

6. Выводы

Однако критическая ограничивающая особенность, связанная с целевым воздействием на KP, заключается в «двойственном» характере его метаболитов. Данная двойственность подразумевает, что терапевтическая модуляция требует точной настройки, чтобы не нарушать важные физиологические функции, такие как иммунная толерантность, энергетический обмен и клеточная гомеостаз. Кроме того, патогенез MS включает в себя дополнительные молекулярные компоненты, помимо метаболитов KP, такие как различные цитокины, хемокины и другие воспалительные медиаторы, а также генетические и экологические факторы, которые значительно влияют на динамику заболевания. Следовательно, фокусировка исключительно на метаболитах KP может упростить сложную патогенетическую сеть МС.

Другой важной ограничивающей характеристикой текущих знаний является неполное понимание динамического взаимодействия метаболизма KP с другими метаболическими и сигнальными путями в микросреде ЦНС. Временная и пространственная сложность производства метаболитов KP в различных клеточных популяциях ЦНС — таких как астроциты, микроглии, нейроны и иммуноинфильтрующие клетки — добавляет еще один слой сложности. Таким образом, терапевтические вмешательства потребуют точности не только в выборе метаболитов, но и в временной точности и локализации.Нарушение функции митохондрий усложняет терапевтические стратегии, так как оно является как следствием, так и центральным фактором патофизиологии МС. Хронический окислительный стресс и гиперактивация кальция приводят к тому, что аксонам не удается удовлетворить свои метаболические потребности, что в результате приводит к накопленному повреждению со временем. Любая стратегия, направленная на сохранение митохондрий, должна находить тонкое равновесие между стимуляцией выживания клеток и избеганием усугубления хронической воспалительной реакции или других метаболических нарушений.Будущие терапевтические вмешательства будут требовать тонкого, многоаспектного подхода, который селективно ингибирует нейротоксичные пути (например, KMO), сохраняя или улучшая защитные метаболиты, такие как KYNA. Кроме того, терапевтическая модуляция пути кинуренина должна учитывать индивидуальную вариабельность пациентов из-за генетической и окружающей среды гетерогенности, что представляет дополнительную сложность в разработке общих стратегий. Комбинация этих стратегий с поддержкой митохондрий и более широкими иммуномодулирующими терапиями может максимизировать нейропротекцию в МС. Определение сложности и ограничений при целевом воздействии на KP, а также тщательное исследование других вкладывающихся молекул и путей, будет критически важным для преобразования теоретических достижений в значимые клинические результаты.

Будущие исследования и клинические испытания должны стремиться решить эти ограничения, внедряя комплексный подход, основанный на биомаркерах, интегрируя несколько молекулярных целей и оптимизируя индивидуальные протоколы лечения. Многоаспектные терапии, сочетающие селективное модулирование нейротоксичных и нейропротективных метаболитов пути кинуренина с поддержкой митохондрий и более широкими иммуномодулирующими стратегиями, вероятно, будут необходимы для достижения значительных и долговременных клинических преимуществ в МС.

В конечном счете, направленное на путь кинуренина и нарушение митохондриальной функции предлагает перспективный двухсторонний подход для подавления иммунно-медленной инфекции и защиты нервной системы от повреждения. Оngoing и будущие клинические испытания определят насколько эти теоретические преимущества могут быть реализованы на практике. Существует осторожная оптимистичная ожидания, что интеграция метаболических и нейропротекторных терапий с иммунотерапиями может значительно изменить ход МС, потенциально замедляя, останавливая или даже частично обратив ухудшение функции. Междисциплинарные исследования, как, например, изучение пути кинуренина, предоставляют врачам новые инструменты для мониторинга и лечения МС, предлагая надежду на значительно улучшенные результаты для пациентов.