Izhodišča in namen raziskave

Kljub dejstvu, da je Alzheimerjeva bolezen (AB) v svetovnem merilu vodilni vzrok za demenco in zaradi tega predmet številnih nevroznanstvenih raziskav, mehanizmi, ki prispevajo k njenemu pojavu in napredovanju, še niso docela razjasnjeni. Med pomembnejše prepoznane procese sodijo kopičenje odlag bolezensko spremenjenih beljakovin znotraj in v okolici živčnih celic (tj. nevrofibrilarnih pentelj in beta-amiloidnih plakov), kronično vnetje in spremembe celične presnove. Slednje zajemajo tudi presnovo glikanov – velikih in izjemno raznovrstnih sladkornih molekul, zgrajenih iz manjših in raznolikih monosahardinih podenot. Te se lahko pripenjajo na aminokisline (z encimsko reakcijo, ki ji pravimo glikozilacija) in / ali lipidne molekule ter tako uravnavajo delovanje beljakovin in drugih ključnih celičnih sestavin, kar pomembno vpliva na delovanje in preživetje celic. Pri tem ne gre zgolj za nevrone, temveč tudi za celice glije, ki zaradi svoje sicer podporne in zaščitne vloge pri delovanju živčevja lahko v spremenjenih razmerah ključno prispevajo k napredovanju Alzheimerjeve in drugih nevrodegenerativnih bolezni. Ker presnova glikanov torej predstavlja pomembno vozlišče pri razumevanju mehanizmov v ozadju AB, so avtorji povzete raziskave preverjali, če (in kako) je njihova presnova spremenjena v kontekstu te bolezni.

Metodološke značilnosti in rezultati

Kot prvi korak so primerjali prisotnost in količino različnih glikanov pri posmrtno odvzetih (in neposredno po odvzemu zamrznjenih) vzorcih čelnega režnja možganske skorje treh bolnikov s potrjeno AB in treh kontrolnih preiskovancev brez AB. Ti so bili z bolniki primerljivi po spolu, starosti in času, ki je minil med smrtjo in analizo tkiva. Primerjavo so, zelo poenostavljeno, izpeljali tako, da so tkivnemu vzorcu dodali matrico – posebno raztopino z encimi, ki so glikane ločili od beljakovin in karseda malo načeli njihovo strukturo – v vakumski komori. Vzorec so nato osvetlili z laserjem, ki je vzorec uparil in ioniziral (tj. molekulam dodal naboj zaradi izbitja elektronov ob osvetlitvi). Sledila je analiza z masno spektrometrijo, kjer so molekulam v vzorcu določili razmerje med njihovo velikostjo in nabojem ter tako lahko natačno opredelili, za katero molekulo je šlo. Ugotovili so, da je bila prisotnost glikanov v sivi in beli možganovini vzorcev AB statistično značilno (in izrazito) večja glede na kontrolne vzorce, oziroma da je bila v tkivnih vzorcih AB prisotna statistično značilna hiperglikozilacija glede na kontrolne vzorce. Najdbo so potrdili v nadaljnjih analizah večjega števila vzorcev možganov bolnikov z AB ter pri tem ugotovili še, da je v sivi možganovini razširjenost hiperglikozilacije naraščala sorazmerno s stopnjo bolezni, v beli možganovini pa se je močno povečala v zgodnjih stopnjah in nato upadla.

V naslednjem koraku so se osredotočili na mehanizme hiperglikozilacije pri AB. To so storili z uporabo mišjih modelov AB: v možganih transgenskih miši z razvito klinično sliko so najprej preverili in potrdili prisotnost hiperglikozilacije, ki je bila zelo podobna tisti iz človeških vzorcev. Nato so preverili, ali gre pri tem za posledico povečane tvorbe glikanov ali njihove zmanjšane razgradnje v celici. Poskus je bil zasnovan tako, da so modelnim in kontrolnim mišim v prehrano dodali radioaktivno označene ogljikove hidrate. Prisotnost hiperglikozilacije in količino radioaktivnega signala iz glikanov v njihovih možganih so preverjali po 24 urah tovrstne prehrane, nato pa še po dodatnih 24 urah prehrane brez radioizotopa. Neposredno po 24-urni izpostavljenosti so v možganih modelnih in kontrolnih miši zaznali radioaktivni signal, vendar je bil ta zaradi hiperglikozilacije bistveno bolj izrazit v skupini mišjih modelov AB. Po dodatnih 24 urah med skupinama ni bilo statistično značilnih razlik v količini zaznane radioaktivnosti, kar kaže, da je za hiperglikozilacijo pri mišjih modelih AB bistvena povečana tvorba in ne zmanjšana razgradnja glikanov. To ugotovitev je dodatno utemeljila najdba povečane izraženosti encimov, odgovornih za glikozilacijo, pri mišjih modelih AB in v vzorcih možganov človeških bolnikov.

V nadaljevanju so pri mišjih modelih AB preverili, ali lahko lahko z zavoro enega izmed pomembnejših glikozilacijskih encimov upočasnijo kognitivni upad. Eni skupini mišjih modelov AB so v možganske ventrikle z injekcijo vnesli virus, ki je namesto svojega dednega materiala vseboval zaporedje nukleotidov, ki je “utišalo” izražanje gena za glikozilacijski encim, drugi skupini pa enak virus, ki je vseboval zaporedje nukleotidov, ki se ni vezalo nikamor in ni imelo nikakršnega učinka na tarčne celice. Po dveh tednih so z vedenjskim testiranjem primerjali obe skupini in pri skupini z zavoro encima ugotovili statistično značilno boljše rezultate (oziroma manj izražen kognitivni upad). Preverili so tudi, ali zavora encima škodljivo vpliva na rezultate vedenjskih testov pri kontrolnih miših (torej tistih, ki zaradi odsotnosti človeških transgenov niso model za AB) in ugotovili, da ne, saj so se kontrolne živali z “utišanim” encimom vedle primerljivo z živalmi, pri katerih je encim deloval normalno.

K (prekomerni) tvorbi glikanov v možganih lahko prispeva tudi glukozamin, priljubljeno prehransko dopolnilo za domnevno boljše zdravje sklepnega hrustanca, ki zlahka prehaja krvno-možgansko pregrado. Avtorji raziskave so v luči zgoraj opisanih izsledkov zato predpostavili, da bo dodatek glukozamina v prehrani mišjih modelov AB botroval hitrejšemu kognitivnemu upadu. Pri poskusu je tako eksperimentalna skupina transgenskih miši dva tedna prejemala odmerek glukozamina, ki je ustrezal človeškemu odmerku 2500 mg dnevno (kar je približno dvakratnik običajnega dnevnega odmerka dopolnila z glukozaminom), kontrolna skupina transgenskih miši pa le vodo. Po dveh tednih se je prva skupina na vedenjskih preizkusih odrezala statistično značilno slabše od druge, obenem pa je bila tudi glikozilacija v možganih eksperimentalne skupine statistično značilno bolj izrazita. Čeprav se količina amiloidnih plakov in nevrofibrilarnih pentelj v možganih med skupinama ni razlikovala, so raziskovalci pri prvi skupini zaznali blago povišanje izražanja nekaterih podenot v enem izmed glikozilacijskih encimov. To kaže, da je v kontekstu že sicer izrazitejše glikozilacije pri mišjem približku AB dodatek glukozamina dodatno povečal količino, s tem pa tudi aktivnost tega encima ter tako botroval še bolj izraziti hiperglikozilaciji in hitrejšemu kognitivnemu upadu. Ko so enak poskus ponovili še s kontrolnimi, zdravimi mišmi, se živali, ki so prejemale glukozamin, po vedenjskih značilnostih ali izraženosti glikozilacije v možganih niso razlikovale od tistih, ki ga niso.

Avtorje raziskave je nazadnje zanimalo, ali bi vpliv glukozamina lahko prispeval k napredovanju AB tudi pri ljudeh. V ta namen so analizirali elektronske zdravstvene kartoteke 24.481 bolnikov z demenco zaradi AB ali sorodnih bolezni v podatkovni bazi Univerze na Floridi, ZDA, in med njimi opredelili tiste (n = 1896), ki so vsaj eno leto po postavljeni diagnozi jemali glukozamin. V analizo so zaradi pogostejše zdravstvene oskrbe glede na povsem zdrave posameznike kot približek kontrolne skupine vključili tudi 41.884 bolnikov z blago kognitivno motnjo, med katerimi je v enakem časovnem razponu glukozamin prejemalo 2750 posameznikov. V eni in drugi skupini so s statistično analizo preverjali vpliv glukozamina na čas preživetja ter v analizi upoštevali starost, spol in druge demografske dejavnike. Ugotovili so, da je bil čas preživetja statistično značilno krajši pri bolnikih z demenco, ki so prejemali glukozamin, v primerjavi z bolniki, ki ga niso, pri posameznikih z blago kognitivno motnjo pa tovrstnih razlik ni bilo. V nadaljnji analizi so preverjali še vpliv glukozamina na verjetnost prehoda iz blage kognitivne motnje v klinično demenco zaradi AB ali sorodnih bolezni in ugotovili, da je prejemanje glukozamina tveganje za prehod statistično značilno povečalo.

Zaključki

Avtorji na podlagi zgoraj opisanih rezultatov sklepajo naslednje: (1) tkivni vzorci možganov bolnikov z AB in transgenskih mišjih modelov AB izkazujejo izrazito hiperglikozilacijo, ki kaže časovno-prostorske spremembe glede na stopnjo bolezni; (2) zdi se, da k bolezenski hiperglikozilaciji pri mišjih modelih AB prispevata (a) povečana aktivnost glikozilacijskih encimov, saj njihovo “utišanje” botruje boljšim dosežkom na vedenjskih preizkusih, in (b) prisotnost substratov, kot je glukozamin, ki lahko rezultate vedenjskih preizkusov ter obseg hiperglikozilacije v možganih še poslabša; (3) pri kontrolnih, zdravih živalih niti “utišanje” glikozilacijskih encimov niti dodatek glukozamina nista imela škodljivih vplivov na vedenjske značilnosti ali stopnjo glikozilacije v možganih; (4) pri bolnikih s klinično demenco zaradi AB ali sorodnih bolezni je uživanje prehranskih dopolnil z glukozaminom lahko povezano z višjo umrljivostjo; (5) pri posameznikih z blago kognitivno motnjo prehranska dopolnila z glukozaminom niso povezana z višjo umrljivostjo, vendar bi lahko prispevala k večji verjetnosti za kognitivni upad do klinične slike demence. Avtorji med prednostmi svoje raziskave izpostavljajo širok spekter uporabljenih metod. Dodajajo, da epidemiološki del analize utemeljuje izvedbo dodatnih kliničnih raziskav z naključno razporeditvijo preiskovancev za boljši uvid v morebitno tveganje, ki bi ga glukozamin v prehranskih dopolnilih lahko predstavljal bolnikom z blago kognitivno motnjo ali klinično demenco.

Povzela: Lana Blinc, dr. med.