Исследователи из Института Брода и Массачусетского госпиталя имени генерала Бригама продемонстрировали, что среда с низким содержанием кислорода, аналогичная разреженному воздуху в базовом лагере Эвереста, может защитить мозг и восстановить подвижность у мышей с болезнью Паркинсона.

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Neuroscience , предполагает, что клеточная дисфункция при болезни Паркинсона приводит к накоплению избыточных молекул кислорода в мозге, что затем подпитывает нейродегенерацию, и что сокращение потребления кислорода может помочь предотвратить или даже обратить вспять симптомы Паркинсона.

«Тот факт, что мы действительно увидели некоторое обращение вспять неврологических повреждений, действительно воодушевляет», — сказал соавтор Вамси Мута, член института Брода, профессор системной биологии и медицины Гарвардской медицинской школы и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза в отделении молекулярной биологии Массачусетской больницы общего профиля (MGH), одного из основателей системы здравоохранения Mass General Brigham.

«Это говорит нам о том, что существует период, в течение которого некоторые нейроны дисфункциональны, но ещё не мертвы, и что мы можем восстановить их функцию, если вмешаемся достаточно рано».

«Результаты открывают возможность создания совершенно новой парадигмы лечения болезни Паркинсона», — добавил соавтор Фумито Ичиносе, профессор анестезиологии имени Уильяма Т. Г. Мортона в Гарвардской медицинской школе и MGH.

Исследователи предупреждают, что пока рано переносить эти результаты непосредственно на новые методы лечения пациентов. Они подчёркивают, что неконтролируемое вдыхание воздуха с низким содержанием кислорода, особенно периодическое, например, только ночью, может быть опасным и даже усугубить течение заболевания. Однако они оптимистично настроены и надеются, что их результаты могут способствовать разработке новых препаратов, имитирующих эффекты дефицита кислорода.

Исследование основано на десятилетнем изучении гипоксии (состояния, при котором уровень кислорода в организме или тканях ниже нормы) и ее неожиданной способности защищать от митохондриальных заболеваний.

«Мы впервые увидели, что дефицит кислорода может облегчить симптомы, связанные с работой мозга, при некоторых редких заболеваниях, поражающих митохондрии, таких как синдром Лея и атаксия Фридрейха», — сказал Мута, руководитель программы «Атаксия Фридрейха» в Броде. «Это подняло вопрос: может ли то же самое происходить и с более распространёнными нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Паркинсона?»

Первым автором новой статьи является Эйзо Марутани, преподаватель анестезиологии в MGH и Гарвардской медицинской школе.

Давняя связь
Болезнь Паркинсона, от которой страдают более 10 миллионов человек во всем мире, вызывает прогрессирующую потерю нейронов в головном мозге, что приводит к тремору и замедлению движений.

Нейроны, поражённые болезнью Паркинсона, также постепенно накапливают токсичные белковые скопления, называемые тельцами Леви. Некоторые биохимические данные свидетельствуют о том, что эти скопления нарушают работу митохондрий — крошечных энергетических центров клетки, которые, как было известно Муте, изменяются при других заболеваниях, поддающихся лечению гипоксией.

Более того, по некоторым данным, люди с болезнью Паркинсона, по-видимому, лучше переносят её на большой высоте. А у курильщиков со стажем, у которых повышен уровень угарного газа, что приводит к снижению содержания кислорода в тканях, также, по-видимому, ниже риск развития болезни Паркинсона.

«Основываясь на этих данных, мы очень заинтересовались влиянием гипоксии на болезнь Паркинсона», — сказал Ичиносе.

Мута и Ичиносе обратились к хорошо зарекомендовавшей себя мышиной модели болезни Паркинсона, в которой животным вводят скопления белков α-синуклеина, способствующих образованию телец Леви. Затем мышей разделили на две группы: одна дышала обычным воздухом (21% кислорода), а другая постоянно содержалась в камерах с 11% кислорода, что сопоставимо с жизнью на высоте около 4800 метров над уровнем моря.

Новая парадигма для болезни Паркинсона
Результаты оказались поразительными. Через три месяца после инъекций белка α-синуклеина у мышей, дышавших обычным воздухом, наблюдался высокий уровень телец Леви, гибель нейронов и серьёзные нарушения движения. У мышей, дышавших воздухом с низким содержанием кислорода с самого начала, не наблюдалось потери нейронов и не было признаков нарушения движения, несмотря на обильное образование телец Леви.

Результаты показывают, что гипоксия не останавливает образование телец Леви, но защищает нейроны от повреждающего воздействия этих белковых скоплений, что потенциально предполагает новый способ лечения болезни Паркинсона без воздействия на α-синуклеин или тельца Леви, сказал Ичиносе.

Более того, даже когда гипоксия была введена через шесть недель после инъекции, когда симптомы уже проявились, она всё ещё работала. Двигательные навыки мышей восстановились, тревожное поведение ослабло, а потеря нейронов в мозге прекратилась.

Чтобы глубже изучить лежащий в основе этого механизм, группа проанализировала клетки мозга мышей и обнаружила, что у мышей с симптомами болезни Паркинсона уровень кислорода в некоторых участках мозга был гораздо выше, чем у контрольных мышей и тех, кто дышал воздухом с низким содержанием кислорода.

По словам исследователей, этот избыток кислорода, вероятно, является результатом дисфункции митохондрий. Повреждённые митохондрии не могут эффективно использовать кислород, поэтому его концентрация достигает опасного уровня.

«Избыток кислорода в мозге оказывается токсичным», — сказал Мута. «Ограничивая общее поступление кислорода, мы лишаем мозг источника энергии для этого повреждения».

Гипоксия в таблетке
Необходимы дополнительные исследования, прежде чем полученные результаты можно будет напрямую использовать для лечения болезни Паркинсона. Тем временем Мута и его команда разрабатывают препараты, имитирующие эффект гипоксии в таблетках, которые потенциально могут использоваться для лечения митохондриальных заболеваний. Они полагают, что аналогичный подход может быть эффективен при некоторых формах нейродегенерации.

Хотя не все нейродегенеративные модели реагируют на гипоксию, этот подход уже продемонстрировал успешность в мышиных моделях болезни Паркинсона, синдрома Лея, атаксии Фридрейха и ускоренного старения.

«Возможно, это не лекарство от всех типов нейродегенерации, — сказал Мута, — но это мощная концепция, которая может изменить наши представления о лечении некоторых из этих заболеваний».