Jak spouštějí neurolipidy degeneraci?

V posledních dvaceti letech nastal v případě Alzheimerovy nemoci pokrok hlavně v tom, že ji dokážeme lépe rozpoznat. Dříve se to provádělo vylučovací metodou, tedy pokud nebyla objevena jiná příčina demence, pak šlo o Alzheimerovu nemoc. Dnes už lékaři umějí pacienty s velkou přesností diagnostikovat ve stadiu mírné kognitivní vady, nejčastěji paměťové poruchy, ještě před nástupem demence. Jsou k dispozici tzv. kognitiva, tedy léky na poruchy paměti a dalších funkcí. Avšak tyto medikamenty, léky v tabletkách nebo v náplasti, pouze odstraňují symptomy nemoci po dobu asi jednoho až pěti let, případně mírně prodlužují přežití pacienta. Pokud lékař rozpozná nemocného ve stadiu mírných projevů, dokáže symptomatická léčba zpomalit nástup příznaků lépe než ve stadiu středně těžké až těžké demence. Na léčbu kognitivních poruch a demence je ale dnešní medicína nedostatečná. Brněnský vědec Zdeněk Spáčil se svým vědeckým týmem se zaměřuje na Alzheimerovu nemoc z pohledu změn vlastností buněčné membrány, které předcházejí klasické patologii AD.

• Můžete vysvětlit, co se v organismu vlastně děje, že to vyvolá pozdější AD?

AD je potřeba rozdělit na dva základní typy – ranou vrozenou a pozdější sporadickou. Někteří odborníci tvrdí, že z hlediska klinických projevů se jedná o různá onemocnění, protože vrozená AD nastupuje už mezi 40. a 50. rokem života, kdežto sporadická AD až kolem 70. až 80. roku. Oba typy AD jsou charakterizovány ukládáním nerozpustných proteinových shluků v různých oblastech mozku, které lze potvrdit histologicky. Shlukování proteinů vede k toxicitě, ztrátě neuronů a úbytku synapsí. Moje výzkumná skupina studuje změny spojené se stárnutím mozkové tkáně za pomoci buněčných a zvířecích modelových systémů a lidských klinických vzorků.

• Na čem jsou ty změny závislé, co je pro ně důležité? Je to věk, životní styl, životní prostředí, nebo kombinace všech faktorů? Jaké jsou dominantní faktory?

Přesné důvody poruchy produkce a metabolismu proteinů vedoucí k jejich agregaci v takové míře, že dochází ke ztrátě neuronů a neurodegeneraci, nejsou známé. Rizikovými faktory jsou především věk a rodinná anamnéza, která určuje genetické zatížení související s vrozenou, ale také sporadickou formou AD. Nejvýznamnějším genetickým rizikovým faktorem vzniku sporadické AD je typ alely pro apolipoprotein E, což je transportní protein pro celou řadu lipidů. Pokud to shrneme, nejdůležitější rizikové faktory pro vrozenou AD nelze příliš ovlivnit. Na druhou stranu nástup sporadické AD určují z větší části modifikovatelné faktory, jako je zdravá strava a životní styl, případně další vnější vlivy z prostředí. Například větší riziko AD spojené s alelou ApoE4 lze eliminovat fyzickou aktivitou a zdravou stravou s vyváženým příjmem a výdejem.

• Můžete svou prací nějak navázat na současnou léčbu?

V současné době žádná účinná léčba AD neexistuje. Registrovány jsou čtyři účinné látky používané na symptomatickou léčbu příznaků AD, které ale neléčí příčinu onemocnění ani výrazně nezpomalují jeho průběh. Z hlediska mechanismu účinku se jedná o skupinu inhibitorů cholinesterázy (donepezil, rivastigmin a galantamin) a dále antagonistu receptoru NMDA (memantin). Dříve se v klinických studiích objevovaly prakticky výhradně látky interferující s peptidy amyloid beta nebo tau proteinem, jejichž nerozpustné agregáty v mozkové tkáni jsou charakteristickým znakem AD, případně látky pro symptomatickou léčbu (viz registrované látky výše). Teorie takzvané amyloidní kaskády, tzn. chybné produkce nebo metabolismu amyloidu beta a tau proteinu, dominuje výzkumu AD posledních třicet let, ale k porozumění příčině a lékům proti AD nevedla. Naopak jsme měli možnost sledovat řadu spektakulárních selhání potenciálních léčiv v pokročilých fázích klinického testování. V loňském roce probíhalo přes 2 000 klinických studií. Přestože mechanismus účinku největší skupiny testovaných látek (22 %) byl založen na amyloidové hypotéze, interferenci s neurotransmitery (19 %) a interferenci s tau proteinem (12 %), začínají se objevovat i nové a dle mého názoru pravděpodobnější teorie vzniku AD. Například hypotéza o vlivu zánětu (4,6 %), diabetu (2,3 %) nebo patogenů (0,5 % z testovaných látek). V každém případě konkrétnímu mechanismu vzniku AD zatím nerozumíme a trendy ve vývoji nových léků k léčbě AD se mění velmi pomalu, proto si na skutečný lék na AD budeme muset počkat. Nejlepší obranou proti AD zůstává zdravý životní styl, fyzická aktivita, zdravá strava, sociální kontakt a vytváření kognitivní rezervy. Práce mé výzkumné skupiny vychází z moderních hypotéz vzniku AD, konkrétně z vlivu zánětu mozkové tkáně a změn v lipidizaci neuronální membrány způsobené stárnutím, případně změn v energetickém metabolismu (diabetes) nebo vlivem kontaktu s patogenem. Buněčná komunikace a celá řada důležitých fyziologických funkcí závisí na vlastnostech lipidové membrány neuronů, proto je v poslední době intenzivně studována role lipidů na agregaci amyloidu beta a tau proteinu.

• Mohlo by tedy ovlivnění rizikových faktorů AD, které zkoumáte, v budoucnu sloužit jako prostředek prevence nebo léčby nemoci?

Studujeme zejména změny ve složení neuronální lipidové membrány způsobené stárnutím a snažíme se oddělit projevy fyziologické od patologických, tj. vedoucích k AD. Tímto způsobem můžeme objevit nové biomarkery, které signalizují nástup AD ještě před nástupem klinických příznaků, a nabízejí tak cíle pro nové léky a možnost včasné intervence předtím, než dojde k nevratným změnám mozkové tkáně. K tomu používáme jak lidské klinické vzorky (AD a kontroly), tak různé modelové systémy stárnutí, např. laboratorní potkany nebo cerebrální organoidy, tzn. 3D buněčné struktury se zastoupením buněčných populací a morfologií podobnou mozkové tkáni. Pozorujeme změny ve složení lipidové membrány, které jsou konzistentní mezi zvířecím a buněčným modelem a zároveň jsou relevantní AD (potvrzeno na lidských klinických vzorcích). Originální přístup k výzkumu AD nám umožňuje využití moderních bioanalytických metod na principu hmotnostní spektrometrie ve spolupráci s buněčnými biology. Pokud se nám podaří zmapovat rozsah a charakter změn ve složení lipidové membrány a pochopit, které mechanismy k nim vedou, budeme schopni nejen dříve odhalit možné riziko nástupu AD, ale také navrhnout nové mechanismy léčby. Lipidová membrána neuronů je dostupným cílem pro terapii a může přinést první skutečný lék proti AD.2

• Dosáhli jste v tomto výzkumu významného výsledku? Jakého?

Dosaženým cílem je zavedení unikátních metodik pro současné stanovení lipidů, buněčných proteinů a potenciálních biomarkerů AD pomocí hmotnostní spektrometrie. Důležitým zjištěním bylo, že jsme schopni pozorovat rozdíly ve složení lipidů v průběhu stárnutí zvířat a rozdílné koncentrace lipidů a proteinových biomarkerů u pacientů s AD a zdravých kontrol v mozkové tkáni a cerebrospinální tekutině. Výzkumem AD se zabývám poslední tři roky, proto právě publikujeme naše první výsledky ve vědeckých časopisech a snažíme se v obtížné době pandemie zajistit financování. Naše výsledky mají potenciál přeměnit současné pole výzkumu AD.

• Co je nyní vaším nejbližším vědeckým cílem a co budete považovat za úspěšné ukončení své mise?

Nejbližším cílem je zmapovat vývoj složení a změny koncentrací lipidů neuronální membrány a pochopit, jakým způsobem se podílejí na neurodegeneraci. Z prvotních výsledků víme, že některé změny ve složení membránových lipidů pozorujme ve stejném časovém bodě, kdy dochází k agregaci proteinů dle definice AD. Navíc jsme vytvořili metodiky k profilování složení buněčných populací v cerebrálních organoidech, které je nutné vzhledem k horší reprodukovatelnosti současných kultivačních protokolů. Nově jsme získali data o koncentraci amyloidu beta a apoE v cerebrálních organoidech vypěstovaných z buněk od pacientů s AD. Nyní skládáme dohromady mozaiku různých typů dat a snažíme se o pochopení molekulárních mechanismů. Ve vědě je stále co objevovat, a proto naše mise nikdy nekončí.

• Kdy se dá očekávat, že se výzkum bude moci aplikovat do klinické praxe, a s jakým úspěchem?

Aplikace základního výzkumu do klinické praxe často trvá mnoho let. Nicméně, technika hmotnostní spektrometrie se začíná objevovat i v klinických laboratořích, což by mělo přispět k rychlejší implementaci našich výstupů. Výstupy našeho výzkumu by mohly vést k časné diagnostice AD, případně přesnějšímu sledování progrese onemocnění.

• Jak si počínají vaši vědečtí konkurenti, s kým spolupracujete a nakolik je tato spolupráce úspěšná?

Vědeckou konkurenci raději příliš nesleduji, spoléhám na originální přístup a unikátní expertizu a přístrojové vybavení, které je k dispozici v mé laboratoři. Kongres Spojených států amerických v loňském roce přidělil na výzkum AD 2,3 miliardy dolarů. V tomto měřítku je náš národní projekt pro výzkum AD méně než kapkou v moři. Proto podle mě nemá smysl se snažit konkurovat, ale spíše přicházet s novým pohledem na věc a prozkoumat opomenuté moderní teorie nástupu AD. Důležitá je aktivní spolupráce, v rámci České republiky i mezinárodně. Moje skupina spolupracuje s mnoha skvělými vědci v rámci Masarykovy univerzity, Univerzity Karlovy, Mezinárodního centra klinického výzkumu nebo Ústavu fyzikální chemie Akademie věd. Rád bych všem svým spolupracujícím kolegům touto cestou poděkoval za podporu, jejich práce si nesmírně vážím.

Zdroj: MT