BIOLOGICZNE CZYNNIKI RYZYKA CHOROBY ALZHEIMERA BIOLOGICAL RISK FACTORS FOR ALZHEIMER DISEASE

Transkrypt

1 Nowiny Lekarskie 2006, 75, 2, MARCIN OŻAROWSKI 1, JUSTYNA KUPSZ 2, TERESA TORLIŃSKA 3 BIOLOGICZNE CZYNNIKI RYZYKA CHOROBY ALZHEIMERA BIOLOGICAL RISK FACTORS FOR ALZHEIMER DISEASE 1 Zakład Produktów Leczniczych i Dietetycznych Instytutu Roślin i Przetworów Zielarskich w Poznaniu Kierownik: dr hab. n. med. Przemysław Mrozikiewicz 2,3 Katedra i Zakład Fizjologii Akademii Medycznej im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu Kierownik: prof. dr hab. med. Janusz Paluszak Streszczenie Choroba Alzheimera (AD) jest chorobą neurodegeneracyjną o złożonej etiologii oraz patogenezie. Ponadto AD jest schorzeniem włączającym interakcje pomiędzy czynnikami środowiskowymi i genetycznymi. AD gwałtownie wzrasta w populacji osób dorosłych powyżej 65. roku życia. Patologicznymi cechami AD są płytki starcze zawierające fibrylarny beta-amyloid, sploty neurowłókienkowe hiperfosforylowanego białka Tau, deficyt neurotransmiterów oraz utrata neuronów w mózgu. Biologiczne markery są ważnym narzędziem w identyfikowaniu czynników predysponujących do choroby, jako testy diagnostyczne, a także w monitorowaniu postępu AD. Biochemiczne markery AD są poszukiwane od wielu lat. W licznych badaniach wykazano, że obecność poszczególnych izoform Apo E w różnym stopniu modyfikuje ryzyko wystąpienia AD. Poziom białka Tau oraz beta-amyloidu (1 42) w płynie mózgowo-rdzeniowym wskazuje, że mogą być one markerami diagnostycznymi AD. Wykazano wysoki poziom białka Tau w płynie mózgowo-rdzeniowym u pacjentów ze zdiagnozowaną chorobą Alzheimera. Pomimo jednak wysokiej czułości, mała specyficzność ogranicza wartość diagnostyczną tego markera. Ponadto zmieniające się kryteria diagnostyczne i badania kliniczno-patologiczne są niewystarczające w diagnozie AD. Nowym narzędziem badawczym jest strukturalne (KT, MRI) oraz funkcjonalne neuroobrazowanie jako biomarker postępu choroby. Nowe specyficzne markery będą potrzebne do identyfikacji. Przewiduje się dokonywanie postępu w celu ustalenia biologicznych markerów AD. SŁOWA KLUCZOWE: choroba Alzheimera, biomarkery, diagnostyka. Summary Alzheimer disease (AD) is known to be a neurodegenerative disorder with a complex etiology and pathogenesis. AD is a disease implicating interactions between environmental and genetic factors. AD dramatically increases in the population of adults over the age of 65. The pathological features of AD include senile (neuritic) plaques composed of amyloid-beta peptide (Abeta) fibrils, neurofibrillary tangles of hyperphosphorylated Tau, and neurotransmitter deficits, loss of the neurons in the brain. Biological markers are important tools in identifying predisposing factors to disease, as diagnostic tests, and in monitoring disease progression. Biochemical markers to identify Alzheimer's disease have been sought for many years. Numerous studies showed that the risk of AD is modified by specific Apo E isoforms in a variable degree. Cerebrospinal fluid (CSF) levels of Tau protein and amyloid beta (1 42) peptide have been suggested as possible diagnostic markers of AD. Cerebrospinal fluid levels of protein Tau were shown to be significantly increased in patients with Alzheimer's disease. Although sensitivity of the method is high, poor specificity limits the diagnostic value of this marker. Furthermore, diagnostic criteria vary and clinicopathological studies are scarce in the diagnosis of AD. The new investigative instrument for diagnosis of neurodegenerative diseases is structural (i.e., CT and MRI) and functional (i.e., SPECT and PET) neuroimaging as a biomarker of disease progression. New specific biomarkers may need to be identified. Advances have been made to establish biological markers of Alzheimer's disease (AD). KEY WORDS: Alzheimer disease, biomarkers, diagnostic. Legenda: AD Apo E APP CAMP CSF CT MAP Alzheimer disease (choroba Alzheimera) apolipoproteina E amyloid prekursor protein (białko prekursorowe amyloidu) cykliczny adenozynomonofosforan, przekaźnik informacyjny w błonie komórkowej cerebrospinal fluid (płyn mózgowo-rdzeniowy) computed tomography (komputerowa tomografia, KT) microtubule associated proteins (białka związane z mikrotubulami) MRI magnetic resonance imaging (magnetyczny rezonans jądrowy) NFT neuronal filaments tangles (zwyrodnienia neurowłókienkowe) PET positron emission tomography (pozytronowa tomografia emisyjna) PHF pairet helical filaments (heliakalnie skręcone włókienka) RFT reaktywne formy tlenu SPECT single photon emission computed tomography (komputerowa tomografia pojedynczego fotonu)

2 194 Marcin Ożarowski i inni Wprowadzenie Choroba Alzheimera określana jest jako postępująca choroba zwyrodnieniowa mózgu (neurodegeneracyjna) z objawami neuropsychicznymi powodująca utratę funkcji poznawczych oraz zaburzenia afektu i zachowania [1, 2]. Wykazano, że choroba Alzheimera ma przebieg chroniczno-zapalny [3, 4, 5]. Największym czynnikiem ryzyka choroby Alzheimera jest proces starzenia się [4]. Prognozy demograficzne przewidują szybki wzrost liczebności populacji ludzi w podeszłym wieku. Choroby neurodegeneracyjne, prowadzące do otępienia, są udziałem głównie tej części populacji i obok fizjologicznego starzenia mózgu wysuwają się na pierwsze miejsce [6, 7]. Wśród chorób i zaburzeń psychicznych dotykających starzejące się populacje społeczeństw uprzemysłowionych otępienie typu Alzheimera uznane zostało za jeden z największych współczesnych problemów zdrowotnych [8, 3, 7]. W Stanach Zjednoczonych choroba ta zajmuje 4. miejsce wśród przyczyn zgonu ludzi powyżej 65. roku życia [1]. Przyjmuje się, że na świecie stanowi ona od 50% wszystkich otępień u osób po 65. roku życia [9] nawet do 70% [10, 7]. Liczba osób dotkniętych tą chorobą waha się od 1,9% do 5,8% osób powyżej 65. roku życia [11], natomiast Dobryszycka i Leszek [6] uważają, że około 6 10% osób cierpi na chorobę Alzheimera. Pomimo upływu ponad 90 lat od opisania przez Alzheimera pierwszego przypadku otępienia i ogromnego postępu wiedzy w dziedzinie nauk biologicznomedycznych, choroba ta nadal zaliczana jest do nieuleczalnych. Schorzenie to jest nie tylko nieszczęściem dla pacjentów, bowiem zawsze w efekcie prowadzi do pełnego inwalidztwa, ale także upośledza życie ich rodzin. Choroba ta osiąga wymiar społeczny [12, 1, 8] i wymaga zaangażowania wielu dziedzin nauki, takich jak: biologia czy medycyna do walki z ich skutkami. Zasadniczym kierunkiem badań nad patogenezą chorób neurodegeneracyjnych w oparciu o współczesną neurobiologię i neuroepidemiologię są badania o podłożu genetycznym. Zdaniem większości autorów produkty białkowe wielu genów mogą decydować o rozwoju chorób neurodegeneracyjnych. Rozwój tej dziedziny nauki może w przyszłości zadecydować o lepszej diagnostyce [13]. Podkreśla to konieczność rozwoju metod diagnostycznych pozwalających na wczesne wykrywanie i różnicowanie tej choroby. Przede wszystkim jednak istnieje potrzeba zrozumienia mechanizmów i przyczyn degeneracji komórek nerwowych zarówno w fizjologicznie starzejącym się mózgu, jak i w chorobach neurodegeneracyjnych. Mechanizmy neurodegeneracji i charakterystyczne wskaźniki biologiczne choroby Alzheimera (AD) W chorobie Alzheimera dochodzi do odkładania się w mózgu i w móżdżku dwóch patologicznie konformowanych białek: β-amyloidu (zewnątrzkomórkowo) pod postacią amyloidowych blaszek starczych i wewnątrzneuronalnego białka Tau, tworzącego alzheimerowskie zwyrodnienie neurofibrylarne [4]. Odkładanie się amyloidu w ścianie naczyń włosowatych, tętniczych i żylnych mózgu może prowadzić również do angiopatii amyloidowej [14, 12, 6]. W mózgu chorych z AD wykazano trzy rodzaje blaszek starczych: dyfuzyjne, klasyczne i prymitywne. Oprócz β-amyloidu w skład blaszek starczych wchodzą następujące składniki: apolipoproteina E4, białko Tau, ubikwityna, α-1 antychymotrypsyna, α-2 makroglobulina i wielocukry. Rdzeń blaszki klasycznej i prymitywnej otoczony jest zdegenerowanymi komórkami nerwowymi, a także aktywnymi metabolicznie komórkami astrogleju i mikrogleju, tworzącymi w początkowych stadiach tzw. gwiazdy amyloidowe. Komórki te są również dodatkowym źródłem białka prekursorowego amyloidu APP oraz licznych, szkodliwych dla błon komórkowych cytotoksycznych substancji, takich jak: wolne rodniki, tlenek azotu, cytokiny (IL-1, IL-6, TNF), czynnik komplementarny, kwas glutaminowy oraz jony wapnia [15, 10]. Uważa się, że czynniki te mogą uczestniczyć w rozwoju chorób neurodegeneracyjnych. Rola białka APP w warunkach fizjologicznych nie jest poznana. Białko to jest produkowane przez liczne typy komórek i nie prowadzi do żadnych zaburzeń w mózgu. Sugeruje się, że po hydrolizie tego białka mogą powstawać peptydy odgrywające rolę w procesie krzepnięcia krwi, utrzymania lepkości elementów morfotycznych, a także w regulacji stężenia jonów wapnia. APP może brać udział również w regulacji aktywności proteaz na powierzchni komórek oraz w naprawie komórek mózgu [16]. Z doniesień piśmiennictwa wynika, że białko APP jest transbłonowym białkiem receptorowym, kodowanym przez gen zlokalizowany u człowieka na chromosomie 21 [17, 18]. Białko β amyloidu jest nazywane także β peptydem lub białkiem A4. β-peptyd w zależności od miejsca odkładania się (blaszki lub naczynia) zbudowany jest z 39 do 42 aminokwasów. Pod względem chemicznym β-peptyd należy do grupy glikoprotein o znacznej zawartości konformacji II rzędowej struktury białek. W chorobie Alzheimera β-peptyd fałduje się w β strukturę i może tworzyć polimery, agregaty i twory włókienkowe [10, 6]. Za odkładanie β amyloidu odpowiedzialne są dwa enzymy: α sekretaza niezbędna do uzyskania N końca β amyloidu z β APP i α-sekretaza niezbędna do uzyskania C końca β-amyloidu. U ludzi wykazano obecność α- sekretazy, której przypisuje się rolę w zapobieganiu tworzenia β amyloidu i jego magazynowaniu na skutek odcinania zewnątrzkomórkowego fragmentu APP, tnącego sekwencję β-amyloidu na dwie części. Rozkład β-amyloidu zapobiega jego magazynowaniu w mózgu, ponadto jego zewnątrzkomórkowa domena posiada właściwości neurotroficzne i neuroprotekcyjne [19, 20]. β peptyd jest najbardziej charakterystycznym składnikiem płytek starczych we wszystkich typach amyloidoz. Może występować również w mózgu zdrowych ludzi w ramach rezerwy mózgowej, to jest zdolności mózgu do tolerowania odkładającego się amyloidu bez ujawniania zaburzeń funkcjonowania lub upośledzania funkcji po-

3 Biologiczne czynniki ryzyka choroby Alzheimera 195 znawczych. Ponadprogowe nagromadzenie β-amyloidu w mózgu najprawdopodobniej prowadzi do śmierci komórek nerwowych na drodze apoptozy. Innym ważnym czynnikiem patologicznym w AD jest apolipoproteina E (Apo E). Jak podaje Kida i Wiśniewski [21], w 1993 roku zespół badaczy Alana Rossesa, wykazał związek pomiędzy Apo E, allelem ε4 i wcześnie oraz późno pojawiającą się, wrodzoną i sporadyczną chorobą Alzheimera. Związek ten następnie został potwierdzony przez liczne badania w różnych populacjach [22, 23, 24]. Częstość występowania allelu ε4 u pacjentów z rozpoznaną chorobą Alzheimera wynosi 40% [25]. Wyniki niektórych badań [26] wykazują, że Apo E jest odpowiedzialna za wystąpienie choroby Alzheimera tylko u około 7 9% chorych z AD. Apo E jest białkiem glikoproteinowym bogatym w argininę, syntetyzowanym w mózgu przez komórki gleju, zwłaszcza astrocyty oraz przez komórki wątroby, śledziony, płuc, jajników i nerek, w ścianie jelita a także przez makrofagi [27]. W pracy Dobryszyckiej i Leszka [6] wykazano, że mózg jest miejscem o największej ekspresji mrna apolipoproteiny E. Wykazano również, że synteza Apo E nasila się w stanach uszkodzenia neuronalnego zarówno w obwodowym, jak i ośrodkowym układzie nerwowym. Apo E poprzez regulację stężenia cholesterolu odgrywa ważną rolę w procesach regeneracji neuronalnej [17, 6]. Gen Apo E zlokalizowany jest w pojedynczym miejscu (locus) na chromosomie 19 [27, 22]. Znane są trzy alele Apo E: ε 2, 3 lub 4, a więc Apo E może wystąpić w postaci 6 genotypów są to trzy homozygotyczne: Apo E-2/Apo E-2, Apo E-3/Apo E-3, Apo E-4/Apo E-4 i trzy heterozygotyczne: Apo E-2/Apo E-3, Apo E-3/Apo E-4, Apo E-2/Apo E-4. Genotyp Apo E-3/Apo E-3 występuje najczęściej u zdrowych ludzi. Z badań populacyjnych wynika, że występowanie izoformy Apo E-4 jest największe w północnej części Europy a najmniejsze w rejonie basenu Morza Śródziemnego. W Azji izoforma ta występuje rzadko, natomiast w Afryce i u Papuasów na Nowej Gwinei często [22, 27]. Uważa się, że polimorfizm Apo E stanowi największy czynnik ryzyka w grupie wiekowej w przedziale od 75. do 85. roku życia z udziałem genotypów: ε3/4 >ε3/3 > ε2/3. Stwierdzono również osłabione ryzyko dla najstarszej populacji powyżej 85. roku życia [15]. Badania Kidy i Wiśniewskiego [21] dowiodły, że istnieje bliski związek Apo E4 z dystroficznymi neurytami (DN) zarówno w chorobie Alzheimera, jak i w procesach starzenia się mózgu. Udowodniono także, że zachodzą interakcje Apo E4 z kłębkami neurofibrylarnymi i białkiem Tau [28, 29, 25]. W badaniach immunocytochemicznych i in vitro stwierdzono, że nosiciele allelu ε4 wykazują w mózgu większe ilości amyloidu, większą liczbę sieci neurofibrylarnych oraz większe zaburzenia w układzie cholinergicznym [21]. Adamczewska-Goncerzewicz i wsp. [17] podają, że możliwe jest również powstawanie kompleksu Apo E peptyd β-amyloidu. Stąd Apo E4 uważana jest obecnie, obok tradycyjnych czynników patologicznych, za marker w AD [22]. Potwierdza to również hipoteza, mówiąca o neurotoksycznym efekcie fragmentów izoformy Apo E4 (w bardziej toksycznym stopniu niż fragmenty izoformy apo E3) i udziale jej w mechanizmach neurodegeneracji [24]. Apolipoproteina E4 występuje częściej również w chorobie rozsianych ciał Lewy ego i w innych zwyrodnieniach mózgowych [12]. Udowodniono, że Apo E4 związana jest z utratą komórek w istocie czarnej mózgu i bierze udział w mechanizmach powstawania choroby Parkinsona [6]. Ostatnio prowadzi się liczne badania nad izoformą Apo E3. Badania Buttiniego i wsp. [23] wykazały, że w procesie neurodegeneracji izoforma Apo E3 w warunkach in vitro skuteczniej chroni neurocyty przed ekscytotoksycznością. Ponadto w badaniach na mysich mózgach wykazano mniejsze zaburzenia po niedotlenieniu mózgu przy większej ekspresji Apo E3. Kolejnym czynnikiem biorącym udział w kaskadzie reakcji neurodegeneracyjnych jest białko Tau, które wchodzi w interakcje z Apo E i β-amyloidem. Ostatnie badania zespołu Alana Rossesa [29] wskazują, że interakcja Apo E4 z białkiem Tau może być odpowiedzialna za szybsze tworzenie helikalnie skręconych włókienek PHF, natomiast izomery Apo E2 i Apo E3 zapobiegają nadmiernej fosforylacji białka Tau i opóźniają tworzenie kompleksu PHF Tau i złogów neurofibrylarnych. Podobne wyniki innych badaczy cytuje Sołtys [30]. Białko Tau uważane jest za wskaźnik niespecyficzny zwyrodnień włókienkowych (NFT) i należy do grupy białek związanych z mikrotubulami (MAP) oraz stanowi składnik prawidłowego cytoszkieletu neuronalnego. Białko Tau stabilizuje neuronalny cytoszkielet dzięki tworzeniu siatki wiązań między cząsteczkami mikrotubuli [17, 6]. W warunkach fizjologicznych białko Tau bierze udział w syntezie struktur mikrotubularnych w rozwoju aksonów, w odnowie tych struktur i po podziale komórki, a także uczestniczy w transporcie wewnątrzneuronalnym i odgrywa ważną rolę w genetycznie kontrolowanej śmierci komórki [31]. Wykazano, że nadmierna fosforylacja białka Tau powoduje powstawanie parzystych agregatów PHF a to zapoczątkowuje włókienkową degradację neuronów poprzez osłabienie wiązań z tubuliną, a następnie dochodzi do rozerwania neuronalnego cytoszkieletu, zaniku jego funkcji a także do redukcji mikrotubul i neurofilamentów. Nadmiernie fosforylowane białko Tau nie jest skutecznie katabolizowane przez komórkę nerwową i może gromadzić się w cytoplazmie w postaci złogów, występujących głównie wewnątrzkomórkowo, choć obserwuje się je także w przestrzeni zewnątrzkomórkowej [17]. Akumulacje te zlokalizowano przede wszystkim w dużych neuronach piramidalnych kory węchowej, hipokampa, ciała migdałowatego oraz w obszarach, które wysyłają projekcje do tych struktur. PHF często występują w dystroficznych neurytach (ND) lub płytkach starczych, ale znajdowano je również w mózgach bez płytek amyloidowych. Mogłoby to sugerować, że oba rodzaje struktur patologicznych

4 196 Marcin Ożarowski i inni (PHF oraz płytki amyloidowe) powstają w sposób od siebie niezależny [32]. Innym ważnym białkiem biorącym udział w biochemicznym patomechanizmie choroby Alzheimera jest α- synukleina, która została odkryta w 1997 roku [13]. Białko to zlokalizowano w terminalach synaptycznych i w błonie jądrowej. Istnieją 4 odmiany synukleiny: α, β, γ, δ. Z fizjologicznego punktu widzenia α synukleina jest chapteronem, czyli białkiem opiekuńczym i bierze udział w szybkim transporcie aksonalnym. Badania in vitro [33] wykazały, że α synukleiny uwalniane są z neuronów ulegających zwyrodnieniu oraz są wychwytywane przez blaszki amyloidowe stając się dodatkowym jądrem krystalizacji w procesie tworzenia amyloidu (nukleacja) lub powstawania ciał Lewy ego. Nie jest dotąd wyjaśnione w jaki sposób białko to, agregując w ciałach Lewy ego (i analogicznie w innych strukturach) powoduje uszkodzenie mózgu. Bierze się pod uwagę stres oksydacyjny [34]. Zmutowana α synukleina wykazuje większą tendencję do wytwarzania włókien (fibrylizacja) i posiada strukturę β-fałdowaną. Również mutacje w genach presenilin (PS) uruchamiają kaskadę zmian patologicznych, prowadzących do rozwoju amyloidozy, a dalej zmian neurowłókienkowych i śmierci neuronów [17]. W 1995 roku odkryto geny na chromosomie 14 dla PS1 i chromosomie 1 dla PS2 [12]. Produkty ekspresji tych genów: presenilina 1 i presenilina 2 są błonowymi białkami zlokalizowanymi w błonie otoczki jądrowej, w siateczce cytoplazmatycznej oraz w aparacie Golgiego. PS1 i PS2 mają w 67% identyczny skład aminokwasowy i należą do tzw. serpentyn ze względu na swój kształt i wielokrotne przenikanie błony komórkowej. Są one niezbędne dla specyficznych funkcji neuronów, ich różnicowania się podczas rozwoju oraz ochrony przed apoptozą. Ponadto zwiększona ekspresja PS zmniejsza wydzielanie β-amyloidu [17]. Badania genetyczne i epidemiologiczne wskazały, że mutacje w genach kodujących PS1 i PS2 związane są z wczesnym występowaniem rodzinnej choroby Alzheimera i powodują anormalną proteolizę APP i amyloidogenezę, przyczyniając się do stymulacji produkcji dłuższych β-peptydów. Choroba związana z mutacją PS1 pojawia się na ogół w wieku lat a z mutacją PS2 w wieku lat [6]. Mało poznanym białkiem w kaskadzie reakcji neurodegeneracyjnych jest ubikwityna. Jest ona białkiem powstającym w reakcji na uszkodzenie neuronalne [12] i zawiera 76 aminokwasów. Fizjologiczna rola ubikwityny polega na naznaczaniu (ubikwitynacji) innych białek komórkowych i kierowaniu ich do proteasomów, które są multikatalitycznymi kompleksami endopeptydazowymi o aktywności proteaz. W ten sposób ubikwityna bierze udział w degradacji białek wewnątrzkomórkowych, jednakże nadal niewyjaśnione pozostają w mechanizmie neurodegeneracji niedomagania układu ubikwityna proteasom, pozbywającego się nieprawidłowo pofałdowanych i tworzących agregaty białek [13]. Współczesna diagnostyka choroby Alzheimera Postępowanie diagnostyczne zarówno w identyfikacji, jak i różnicowaniu chorób neurodegeneracyjnych jest procesem złożonym. Jeden z największych problemów diagnostycznych stanowi choroba Alzheimera, która ma charakter heterogenny. Obecnie diagnostyka tej choroby określana jest dokładnym międzynarodowym protokołem i złożona jest z wielu składowych ocen: epidemiologicznej, neuropsychologicznej, elektro- i magnetoencefalograficznej oraz neuroobrazowania. Brane są pod uwagę również nieliczne wskaźniki biochemiczne i genetyczne [6]. Decydujące znaczenie ma jednak badanie kliniczne, ale nie można przy tym zapominać o dużej roli intensywnie rozwijających się badań pomocniczych, takich jak: badanie płynu mózgowo-rdzeniowego i techniki biologii molekularnej. Gwałtowny rozwój technik obrazowania mózgu, jaki dokonał się w ostatnim dziesięcioleciu sprawił, że szczególnie przydatne stały się metody neuroobrazowania, takie jak: PET (pozytronowa tomografia emisyjna), SPECT (komputerowa tomografia pojedynczego fotonu), MRI (magnetyczny rezonans) oraz medycyna nuklearna do przeprowadzania diagnozy różnicowej chorób neurodegeneracyjnych [35, 36]. Coraz szerzej wykorzystywana jest również immunocytochemia zarówno w badaniach naukowych, jak i praktycznych, w diagnostyce neuropatologicznej z użyciem szeregu poli- i monoklonalnych przeciwciał swoistych dla β-amyloidu (białko A4), białka Tau i MAP-2 oraz ubikwityny i neurofilamentów [37]. Donośną rolę spełnia także technika biologii molekularnej, szczególnie gdy wiadomo jakie geny związane są bezpośrednio z chorobą Alzheimera (gen β-app na chromosomie 21, gen Tau na chromosomie 17, gen preseniliny 1 na chromosomie 14, gen preseniliny 2 chromosom 1, gen α2-makroglobuliny chromosom 12 oraz allel ε4 apolipoproteiny E chromosom 19 [38, 4]. Należy również uwzględnić pomocniczą rolę badania płynu mózgowo-rdzeniowego w diagnostyce chorób neurodegeneracyjnych [39, 40, 41]. W przeszłości rozpoznanie chorób neurodegeneracyjnych było oparte wyłącznie na pośmiertnych badaniach histopatologicznych. Obecnie medycyna dysponuje również badaniami przyżyciowymi [6]. Charakterystyczne wskaźniki biologiczne w diagnostyce laboratoryjnej U pacjentów z rozpoznaną chorobą Alzheimera wykazano obniżony poziom Apo E w płynie mózgowordzeniowym [30, 6]. Obecność Apo E może być stwierdzona także w surowicy krwi, czyniąc ten test diagnostycznie ważnym w ustaleniu zarówno ostatecznego rozpoznania, jak i identyfikowania pacjentów z ryzykiem rozwoju tej choroby [1]. Wyniki Kaple a i wsp. cytowane przez Dobryszycką i Leszka [6] świadczą o wysokim poziomie białka Tau w płynie mózgowo-rdzeniowym (CSF) u pacjentów z roz-

5 Biologiczne czynniki ryzyka choroby Alzheimera 197 poznaną chorobą Alzheimera w porównaniu z kontrolą (70% czułość, 89% swoistość). Wzrost stężenia białka Tau w płynie mózgowo-rdzeniowym zaobserwowano także w otępieniu naczyniowym [6] co wyklucza ten parametr jako swoisty dla AD. Wyniki badań przeprowadzone przez Engelborghs, De Deyn [42] również wskazują na to, że poziomy białka Tau w płynie mózgowo-rdzeniowym (CSF) w grupie pacjentów z chorobą Alzheimera były znacząco podwyższone. Jednakże wykazano [42], że mała specyficzność ogranicza diagnostyczną wartość tego markera, chociaż czułość jest wysoka. Wykazano duże podobieństwo poziomów białka prekursorowego amyloidu (APP) u chorych z rozpoznaną chorobą Alzheimera i osób zdrowych i dlatego wykluczono możliwość zastosowania APP jako możliwego wskaźnika [12]. Dodatni odczyn immunochemiczny przy użyciu przeciwciał przeciw białkom A4 charakterystyczny jest dla β-amyloidu, w tym również dla choroby Alzheimera [37]. Ubikwityna jest białkiem powstającym w reakcji na uszkodzenie neuronalne [12] a także jest składnikiem ciał Lewy ego, ciał Picka oraz występuje w splotach neurofibrylarnych [37]. Badania Blenowa i wsp. cytowane przez Leszka i wsp. [12] wskazują na wzrost stężenia ubikwityny w CSF u pacjentów z rozpoznaną chorobą Alzheimera, ale także u pacjentów z otępieniem naczyniowym. Dodatni odczyn immunochemiczny z użyciem surowic swoistych dla ubikwityny był charakterystyczny dla ciał Picka, choroby Parkinsona, otępienia z ciałami Lewy ego oraz stwardnienia zanikowego bocznego [37]. Natomiast dodatni odczyn immunohistochemiczny przy użyciu przeciwciał przeciwko α synukleinie charakterystyczny jest dla otępienia z rozsianymi ciałami Lewy ego [43], inkluzji glejowych w zaniku wieloukładowym, czyli dla choroby Shy-Dragera [44], choroby Hallevordena-Spatza [45], a także w rodzinnych przypadkach choroby Alzheimera (spowodowanych mutacjami genów preseniliny 1 i 2, białka prekursorowego β - amyloidu) [46]. Podsumowanie Markery biologiczne zastosowane jako testy diagnostyczne mają istotne znaczenie w identyfikowaniu czynników ryzyka choroby. Markery te mogą służyć również do monitorowania postępu choroby, która ma długą fazę przedkliniczną. Odkrycie biologicznych czynników ryzyka, identyfikacja pacjentów w przedklinicznej fazie choroby lub we wczesnym jej stadium stanowi największy potencjał do modyfikowania przebiegu choroby Alzheimera. Obecnie przetestowano kilka markerów biologicznych (np.: neurotransmitery, cytokiny, dysmutaza nadtlenkowa), ale wyniki nie zostały potwierdzone w dalszych badaniach. Ponadto stosowane dotychczas testy wymagają złożonych i drogich analiz laboratoryjnych oraz specjalistycznej wiedzy, ograniczając tym samym ich zastosowanie. Nadal niektóre markery biologiczne (np. białko Tau) są przydatne tylko w ocenie późnego stadium choroby, dlatego znalezienie swoistego i czułego markera biologicznego wczesnej fazy zachorowania powinno być celem przyszłych badań. Poszukiwania markerów biologicznych przyczyniają się do lepszego zrozumienia biologicznego podłoża tej neurodegeneracyjnej choroby i wskazują na nowe kierunki w zapobieganiu, jak i leczeniu tego schorzenia. Wraz z rozwojem nowych sposobów leczenia istnieje wzrastająca potrzeba wczesnej diagnozy choroby Alzheimera, celem ustalenia skutecznej terapii już w początkowym etapie tej choroby. Piśmiennictwo 1. Abrams W.B., Beers M.B., Berkow R.: MSD. Podręcznik geriatrii. Wyd. Medyczne Urban & Partner, Wrocław, 1999, , , , Berkow R., Abrams W.B., Beers M.B.: MSD manual. Podręcznik diagnostyki i terapii. Wyd. Medyczne Urban & Partner, Wrocław, 1995, , , Selkoe DJ: Alzheimer's disease: genes, proteins, and therapy. Physiol. Rev., 2001, 81, 2, Suh Y.H., Checler F.: Amyloid precursor protein, presenilins, and alpha-synuclein: molecular pathogenesis and pharmacological applications in Alzheimer's disease. Pharmacol. Rev., 2002, 54, 3, Troy C.M., Mechanisms of neuronal degeneration: a final common patway? Adv. Neurol., 1997, 72, Dobryszycka W., Leszek J.: Molekularne i kliniczne aspekty choroby Alzheimera. Wyd. Volumed, Wrocław, 2001, 7 24, Bilikiewicz A.: Stanowisko grupy ekspertów w sprawie zasad diagnozowania i leczenia otępienia w Polsce (IGERO). Rocznik Psychogeriatr., 1999, 3, Zigman W., Schupf M., Haveman M., i wsp.: Epidemiology of Alzheimer Disease in Mental Retardation: Results and Recommendations from an International Conference. Report of the AAMR-IASSID Workgroup on Epidemiology and Alzheimer Disease. American Association on Mental Retardation, Washington, Cendrowski W.: Neuroepidemiologia kliniczna. Wyd. Volumed, Wrocław, 1997, , Cummings J.L., Cole G.: Alzheimer disease. JAMA, 2002, 287, Gabryelewicz T.: Rozpowszechnienie zespołów otępiennych. Neurol. Neurochir. Pol., 1999, suppl 1, Leszek J.: Choroba Alzheimera. Wyd. Volumed, Wrocław, 1998, 9 11, 47 63, 71 78, , , Globe L.J.: Proces neurodegeneracji w dobie biologii molekularnej. BMJ Wyd. Pol., 2002, 12, 100, Mumenthaler M., Mattle H.: Neurologia. Wyd. Medyczne Urban & Partner, Wrocław, 2001, , Winblad B.: The prevalence of clinical dementia diagnosis varies with Apolipoprotein E polymorphism in a population sample of very old adults. W: Alzheimer s disease: biology, diagnosis and therapeutics. Iqbal K., Winblad B. (red.), John Wiley & Sons Ltd., New York, 1997, Buxbaum J.D., Thinakaran G., Koliatsos V., i wsp.: Alzheimer amyloid protein precursor in the rat hippocampus:

6 198 Marcin Ożarowski i inni transport and processing through the perforant path. J. Neurosci., 1998, 18, 23, Adamczewska-Goncerzewicz Z., Dorszewska J., Michalak S.: Podstawy neurochemii klinicznej. Wyd. Akademii Medycznej im. K. Marcinkowskiego, Poznań, 2001, Cotran R.S., Kumar V., Collins T.: Robbins pathologic basis of disease. Wyd. Raven Press, Philadelphia, 1999, Mendla K.: Die Alzheimer-Krankheit: Neue Ansätze in der Pharmakotherapie. PZ, 1996, 5, 141, Sobów T., Flirski M., Liberski P.P.: Amyloid-beta and tau proteins as biochemical markers of Alzheimer s disease. Acta Neurobiol. Exp., 2004, 64, Kida E., Wiśniewski K.E.: Apolipoproteina E and dystrophic neurite pathology. W: Alzheimer s disease: biology, diagnosis and therapeutics. Winblad B., Iqbal K., (red.), John Wiley & Sons Ltd., New York, Bennett D.A., Wilson R.S.: Apolipoprotein E epsilon 4 allele, AD pathology, and the clinical expression of Alzheimer s disease. Neurology, 2003, 60, Buttini M., Orth M.: Expression of Apolipoprotein E3 or E4 in the Brains of ApoE/ Mice: Isoform-specific effects on neurodegeneration. J. Neurology, 2001, 248, Crutcher K.A., Tolar M., Harmony J.A.: A new hypothesis for the role of Apolipoprotein E in Alzheimer s disease pathology. W: Alzheimer s disease: biology, diagnosis and therapeutics. Winblad B., Iqbal K.(red.), Wyd. John Wilhey & Sons Ltd., New York, 1997, Dziedzicka-Wasylewska M., Wardas J.: Genetyczne podstawy schorzeń układu nerwowego. W: Neuropsychofarmakologia Dziś i Jutro. Bijak M., Lasoń W., (red.), Wyd. Platan, Kraków, 2000, Tanzi R.E., Bertram L.: New frontiers in Alzheimer s disease genetics. Neuron, 2001, 32(2), Michajlik A., Bartnikowska E.: Lipidy i lipoproteiny osocza. Wyd. Lekarskie PZWL, Warszawa, 1999, Corder E.H.: Protective effect of apolipoprotein E type 2 allele for late onset of Alzheimer s disease. Nature Genet., 1994, 7, Rosses A.D.: Apolipoproteins E affects the rate of Alzheimer s disease expression: β-amyloid burden is a secondary consequence dependent on APOE genotype and duration of disease. J. Neuropathol. Exp. Neurol., 1994, 53, Sołtys K.: Rola Apolipoproteiny E w rozwoju choroby Alzheimera i innych zaburzeń psychicznych. Rocznik Psychogeriatr., 2000, 3, Brzyska M., Elbaum D. Choroba Alzheimera. W: Mózg a zachowanie. Górska T. (red.), Wyd. PWN, Warszawa, 2000, Langslaff W.I.: Neurobiologia. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa, 2002, Jensen P.H.: Binding of Aβ to α- and β-synucleins: identification of segments in α-synuclein/nac precursor that bind Aβ and NAC. Biochem J., 1997, 323, Ischiropoulos H.: Mechanisms of oxidative damage in neurodegenerative nucleinopathies. W: Abstracts from the 7th International Conference of Alzheimer s Disease and Related Disorders, Washington DC, July 9 18, Neurobiol. Aging, 2000, 21, S Jack C.R., Slomkowski M., Gracon S., i wsp. MRI as a biomarker of disease progression in a therapeutic trial of milameline for AD. Neurology, 2003, 60, Mandelkern M.A.: Nuclear techniques for medical imaging: Positron Emission Tomography. Ann. Rev. Nucl. Sci., 1995, 45, Zabel M.: Immunocytochemia. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1999, , Christen Y.: Oxidative stress and Alzheimer disease. Am. J. Clin. Nutr., 2000, 71(suppl), 621S 9S. 39. Andreasen N., Vanmechelen E., Vanderstichele H. i wsp.: Cerebrospinal fluid levels of total-tau, phospho-tau and A beta 42 predicts development of Alzheimer's disease in patients with mild cognitive impairment. Acta Neurol. Scand., 2003 (suppl.), 179, Mitchell A., Brindle N.: CSF phosphorylated tau - does it constitute an accurate biological test for Alzheimer's disease? Int. J. Geriatr. Psychiatry, 2003, 18, 5, Riemenschneider M., Lautenschlager N., Wagenpfeil S. i wsp.: Cerebrospinal fluid tau and beta-amyloid 42 proteins identify Alzheimer disease in subjects with mild cognitive impairment. Arch. Neurol., 2002, 59(11), Engelborghs S., De Deyn P.P.: Biological and genetic markers of sporadic Alzheimer's disease. Acta Med. Okayama, 2001, 55, 2, Duvoisin R.C., Johson W.G.: Hereditary Lewy-body parkinsonism and evidences for a genetic ethiology of Parkinson s disease. Brain Pathol., 1992, 6, Arawaka S.: Lewy body in neurodegeneration with brain iron accumulation type 1 is immunoreactive for α- synuclein. Neurology, 1998, 51, Arima K., Uvda K., Sunohara N., i wsp.: NACP/αsynuclein immunoreactivity in fibryllary components of neuronal and oligodendroglial cytoplasmic inclusions in the pontine nuclei in multiple system atrophy. Acta Neuropathol., 1998, 96, Liberski P.P., Mosakowski M.J.M.: Otępienie nie- Alzheimerowskie (Non-Alzheimer s dementias). Pol. J. Pathol., 1997, 49 (suppl. 1),