Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2023, T. 109, № 11, стр. 1567-1583

ВВЕДЕНИЕ

Болезни лизосомального накопления (БЛН) представляют собой группу редких генетических заболеваний (табл. 1), вызванных дисфункцией лизосомальных ферментов клетки [1]. В результате этих дисфункций нарушается аутофагия и происходит накопление непереваренного клеточного материала (белков, углеводов или липидов), вызывая повреждение различных тканей, в том числе центральной нервной системы (ЦНС) [2]. БЛН представляют собой обширный кластер заболеваний, объединенных общей этиологией (нарушением работы клеточных лизосом), которые классифицируются в зависимости от природы накапливаемого вещества на мукополисахаридозы, сфинголипидозы, ганглиозидозы, гликогенозы, липофусцинозы и гликопротеинозы [1]. К настоящему моменту известно более 70 БЛН, для которых практически не существует эффективной терапии. При этом возраст манифестации заболевания, тяжесть его течения и типичная клиническая картина могут меняться в зависимости от типа болезни. Практически для всех БЛН характерны органомегалия (особенно селезенки и печени), акромегалия, проблемы с опорно-двигательной системой, а также нарушения функционирования почек, органов пищеварения, сердца и проблемы со зрением [3, 4]. В целом, для БЛН характерна крайне высокая степень инвалидизации пациентов, а также высокая смертность (часто в раннем возрасте) и прогрессирующее течение заболевания [1].

Несмотря на то, что БЛН различаются по природе накапливающихся продуктов обмена и имеют различные клинические проявления, у них также есть множество общих симптомов. Например, при БЛН часто наблюдаются нарушения ЦНС разной степени тяжести, а также проблемы в психоэмоциональной сфере, деменция и моторные дефициты [3, 4]. Частыми признаками пациентов с БЛН являются также задержка психомоторного развития, умственная отсталость, а также различные неврологические симптомы, в том числе судороги, гипотония, атаксии и гиперрефлексия [4]. В совокупности, эти данные указывают на то, что ЦНС является важной мишенью при патогенезе БЛН, и что на нее также может быть направлена терапия данных заболеваний.

КЛИНИКА И МЕХАНИЗМЫ ПАТОГЕНЕЗА БЛН

Болезнь Гоше является наиболее распространенной БЛН, и вызвана мутацией гена GBA, кодирующего β-глюкоцереброзидазу, что приводит к бесконтрольному накоплению глюкоцереброзида и вызывает органомегалию, поражение почек и легких, а также прогрессирующее поражение ЦНС [2]. Болезнь Гоше является наследственным заболеванием, передающимся по аутосомно-рецессивному типу. Тип 1 болезни – самый распространенный и тяжелый, характеризуется полным дефицитом данного фермента и вызывает увеличение печени и селезенки, костные деформации, нарушение нервной системы и задержку развития [5]. Тип 2 болезни Гоше характеризуется преждевременным летальным исходом и связан с дефицитом фермента. Его симптомы развиваются в раннем возрасте и прогрессируют быстро, обычно приводя к смерти в возрасте до двух лет [6]. Тип 3 болезни также имеет раннее начало, характеризуется частичным дефицитом глюкоцереброзидазы и вызывает задержку развития, костные деформации, нарушение двигательных функций, атаксии и слабоумие [5].

При болезни Краббе происходит поражение миелиновой оболочки нервных клеток, приводя к прогрессирующей демиелинизации, что, в свою очередь, вызывает когнитивные и психомоторные нарушения, проблемы со зрением, гипервозбудимость и снижение интеллекта [7]. Болезнь Краббе вызвана мутацией гена GALC, кодирующего цереброзид-β-галактозидазу, фермент синтеза цереброзидов [2]. В результате в клетке накапливается галактозилцерамид, моногалактозилдиглицерид и галактозилсфингозин, что приводит к демиелинизации, нейротоксичности, гибели олигодендроцитов и появлению глобоидных клеток в нейроглии. Также из-за отсутствия фермента и неконтролируемого накопления в лизосомах клеток белого вещества неразрушенных молекул, возрастает количество лизосом, что приводит к разрушению и смерти клеток ЦНС [7]. Симптомы болезни Краббе могут варьировать в зависимости от формы заболевания и возраста его появления. Основные признаки данной БЛН включают задержку психомоторного развития, проблемы с двигательными функциями, мышечную слабость, спастичность мышц, нарушения зрения и слуха, а также прогрессирующую потерю когнитивных способностей [2, 7]. У некоторых пациентов симптомы могут начаться уже в раннем детстве и быстро прогрессируют, приводя к смерти в течение первых нескольких лет жизни (ранняя инфантильная форма). У других симптомы болезни могут начаться позже и прогрессировать медленнее, что позволяет им жить дольше (поздняя инфантильная или ювенильная форма) [2, 7]. На данный момент отсутствуют эффективные методы лечения болезни Краббе.

Болезнь Фабри представляет собой гликосфинголипидоз, наследуемый сцепленно с Х-хромосомой, и вызванный дефицитом кодируемой геном GLA α-галактозидазы А. Это приводит к прогрессирующему накоплению глоботриаозилцерамида внутри лизосом, неспецифически повреждая различные системы органов [2, 8]. Симптомы болезни Фабри варьируют в зависимости от формы заболевания и возраста ее манифестации и обычно включают хроническую боль, нарушения функции почек и сердечно-сосудистой системы, изменения в нервной системе, а также прогрессирующую потерю когнитивных способностей. На данный момент для болезни Фабри нет терапии, хотя определенную пользу приносит заместительная терапия α-галактозидазой А [9].

Болезнь Помпе (гликогеноз типа II) является редким наследственным заболеванием, вызванным мутацией GAA и дефицитом α-глюкозидазы, необходимой для разрушения гликогена, в результате чего он накапливается в лизосомах клеток различных тканей и органов [2]. Симптомы болезни Помпе могут быть различными. У новорожденных детей с ранней формой болезни Помпе наблюдаются серьезные проблемы с дыханием, мышечная гипотония, нарушения пищеварения и сердечной деятельности. У пациентов с поздней формой болезни симптомы могут начаться позже в жизни и прогрессировать медленнее [10]. При данной болезни применяется заместительная терапия α-глюкозидазой, помогающая частично метаболизировать патологически отложенный гликоген [11].

Нейрональные цероидные липофусцинозы (НЦЛ) представляют собой группу редких генетических заболеваний, которые характеризуются накоплением токсичного пигмента липофусцина в клетках различных органов, включая нервную систему [12]. НЦЛ вызваны мутациями в генах, кодирующих различные (как гидролитические, так и структурные) лизосомальные белки. Общим для всех расстройств данной группы является атрофия тканей и неврологические нарушения [12]. У пациентов с НЦЛ также отмечают судорожные припадки эпилептического типа, снижение зрения, атаксию, микроцефалию, галлюцинации и психомоторную дегенерацию [2]. НЦЛ обычно проявляются в детском или подростковом возрасте и прогрессируют со временем. Как и для других БЛН, в настоящее время отсутствуют эффективные методы лечения данных заболеваний.

Мукополисахаридозы являются редкими генетическими заболеваниями, вызванные мутациями генов ферментов метаболизма мукополисахаридов [4]. При этом происходит накопление мукополисахаридов в различных тканях и органах, особенно в ЦНС [2]. Все формы мукополисахаридозов являются хроническими и прогрессирующими заболеваниями, которые могут оказывать серьезное воздействие на качество жизни пациентов. Лечение данных расстройств включает поддерживающую терапию и управление симптомами. Некоторые формы мукополисахаридозов также могут корректироваться специфической ферментной заместительной терапией или трансплантацией костного мозга [13, 14].

Метахроматическая лейкодистрофия представляет собой наследственное заболевание, вызванное дефицитом арилсульфатазы А, который приводит к накоплению цереброзид-3-сульфата в миелиновых оболочках нервных волокон. Это способствует разрушению миелина и ухудшению функционирования нервной системы [15]. Симптомы болезни могут начаться в детском или взрослом возрасте и включают в себя изменения поведения, задержку психомоторного развития, потерю моторных навыков и проблемы со зрением и слухом [16]. Лечение метахроматической лейкодистрофии включает в себя трансплантацию костного мозга и генетическую терапию [15].

Болезнь Данона затрагивает различные системы органов в результате мутации гена LAMP2, необходимого для нормальной работы клеток [17]. Болезнь Данона проявляется у мужчин в раннем детстве и может привести к задержке психомоторного развития, мышечной слабости, сердечной недостаточности, повышенному содержанию ферментов печени и другим проблемам. У женщин с мутацией гена LAMP2 болезнь может проявляться в более легкой или асимптоматичной форме [17]. Лечение болезни Данона преимущественно направлено на устранение симптомов. При болезни Санфилиппо, в силу нехватки специфических лизосомальных ферментов, в организме повышается концентрация продуктов распада гепарансульфата, оказывающих токсическое воздействие на ЦНС. Метаболиты накапливаются в нейронах мозга, приводя к увеличению размеров лизосом, дистрофии отростков и истончению миелиновой оболочки нейронов [27]. При болезни Ниманна–Пика (тип С) пациенты (а также мыши с нокаутом гена NPC1, ассоциированного с данной БЛН) формируют лизосомальные запасы холестерина и других липидов, а также мембраны с измененным липидным составом. Динамика содержания липидов в мембранах при болезни Ниманна–Пика может способствовать изменению функционирования рецепторов глутамата, поскольку холестерин играет важную роль в организации и функционировании липидных рафтов [32, 33].

Некоторые БЛН, особенно мукополисахаридозы и гликогенозы, имеют относительно высокую встречаемость (табл. 1). В целом, на каждые 5000–8000 новорожденных в мире приходится примерно один случай БЛН. Однако частота возникновения каждой отдельной БЛН сильно варьирует [1, 8]. Распространенность БЛН (например, болезни Фабри) может также различаться по полу – 1 : 40  000 у мужчин и 1 : 20 000 у женщин [8, 9, 18]. Болезнь Гоше встречается у 1 : 40 000–1 : 60 000 новорожденных, а у евреев-ашкенази ее частота встречаемости – 1 : 800 [5]. В США частота болезни Краббе составляет 1 случай на 100 000 [19], в скандинавских странах – на 50 000 [20], а среди палестинских арабов – на 6000 новорожденных [7, 21]. Метахроматическая лейкодистрофия встречается с частотой 1 : 40 000–160 000, однако среди евреев-хаббанитов – на порядки чаще [15]. Частота встречаемости болезни Помпе – 1 : 60 000 с поздним началом, и 1 : 140 000 у пациентов с классической инфантильной формой [22]. Распространенность различных НЦЛ также варьирует в зависимости от популяции и этноса, глобально оцениваясь как 1 : 100 000 [1], 1.6–2.4 в США и 2–7 в Скандинавии [12], см. также [23, 24] и табл. 1. Обычно БЛН наследуются по аутосомно-рецессивному механизму [2], за исключением сцепленных с Х-хромосомой БЛН (болезни Данона [17], Фабри [25] и синдром Хантера [26]). Одной из главных особенностей всех БЛН является выраженная мультисистемность наносимого ими повреждения, почти всегда затрагивающая ЦНС [3].

НАРУШЕНИЯ ЦНС ПРИ БЛН

Следствием мультисистемности влияния БЛН на организм пациента является поражение ЦНС (в результате накопления токсичных веществ в нейронах или нейроглии), нарушение нейротрансмиссии, либо опосредованное воздействие на ЦНС. Например, при болезни Санфилиппо прогрессирующее накопление продуктов распада гепарансульфата провоцирует не только гибель нейронов, но и другие патологические процессы в ЦНС, в том числе нейровоспаление, нейродегенерацию и окислительный стресс [27]. При этом также наблюдаются нарушения и в работе нейромедиаторных систем: например, в модели данной БЛН у мышей наблюдается аксональная дистрофия дофамин- и холинергических, а также содержащих гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК) нейронов [28]. Наконец, дефицит или недостаточная активность определенного лизосомального фермента при БЛН также может вызвать вторичные повреждения и дисфункцию ЦНС [2]. Наиболее часто поражаются базальные ядра головного мозга, гипофиз, а также нервы глаз и спинного мозга, вызывая задержку психомоторного развития, судороги, мотосенсорные нарушения, проблемы с координацией и множественные другие неврологические дисфункции [7].

Поскольку лизосомный аппарат нейронов прямым образом вовлечен в оборот нейромедиаторов при проведении нервного импульса, БЛН влияют и на этот аспект ЦНС. В частности, дисфункция лизосом приводит к повреждению нейронов за счет дисбаланса нейромедиаторов в сторону эксайтотоксичности [29]. Лизосомы также играют роль в транспорте нейромедиаторов внутри нейрона, доставляя их к дендритам шипиков в нейронах, а также в деградации рецепторов, например ГАМК [29, 30]. Нарушение работы лизосомного аппарата нервной клетки может нарушить глутаматергическую нейротрансмиссию, оказывая влияние и на астроциты, которые также являются важными звеном в нейротрансмиссии. Это приводит к нарушению гомеостаза глутамата в астроцитах, и негативно сказывается на астроцитарных переносчиках глутамата [31], например, при болезни Ниманна–Пика [32, 33].

Наконец, влияние БЛН на ЦНС также характеризуется косвенным воздействием патологических процессов в обход метаболических путей самих нейронов, вместо которых страдают клетки и ткани, обеспечивающие их деятельность (например, эпителиальные клетки сосудов мозга при болезни Фабри, при которой нарушается мозговое кровообращение и возникают инсульты и ишемия мозга) [25]. Нарушения ЦНС при этом во многом связаны с сильными болями, которые часто приводят к развитию депрессии и тревоги у пациентов. Эффективность утилизации глюкозы нейронами мозга также снижена у пациентов с болезнью Фабри, позволяя предположить, что нарушение энергетического обмена способствует неврологическим нарушениям при данной БЛН [34].

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ БЛН

Модели на животных широко используются для изучения БЛН. Так, число исследований БЛН с использованием грызунов с каждым годом стремительно растет благодаря возможности создания нокаутов по известным таргетным генам-ортологам. Например, существуют многочисленные модели болезни Гоше на основе генетически модифицированных мышей. В частности, мутанты по гену GBA при рождении демонстрируют недостаточную массу тела, цианоз, аномальное дыхание, проблемы с питанием и сниженную двигательную активность, умирая в течение 24 ч после рождения [35]. У животных с генетически сниженной активностью глюкоцереброзидазы в мозге (до 25%) в разных органах и тканях появляются клетки Гоше (макрофаги, насыщенные липидами) и отмечается прогрессирующее накопление глюкозилцерамида [36, 37].

Подобные подходы применяются и для моделирования болезни Краббе, одной из лучших моделей которой являются мыши линии “Twitcher”, демонстрирующие практически идентичные неврологические проявления, наблюдаемые у людей с данным заболеванием. В тканях мозга и печени этих мышей наблюдается недостаток активности галактозилцерамидазы и лактозилцерамидазы I, как и при болезни Краббе человека [38]. И хотя они фенотипически нормальны при рождении, уже к 3 неделям эти мыши развивают генерализованный тремор и ослабление мышечного тонуса, приводящее к истощению и смерти (к 3 месяцам) в связи с прогрессирующей демиелинизацией нейронов [39], представляя собой биохимически и клинически валидный аналог болезни Краббе человека [38].

Как и при метахроматической лейкодистрофии человека, линия мышей с дефицитом цереброзидсульфатазы накапливает сфинголипиды в различных тканях организма, включая нервную [16]. Хотя у больных людей наблюдаются сходные характеристики накопления, грубые дефекты белого вещества не выявлялись до достижения двухлетнего возраста. При этом годовалые мыши демонстрируют астроглиоз, уменьшение поперечного сечения аксонов, а также изменение морфологии дендритов клеток Пуркинье на фоне нарушений нейромоторной координации [16].

Для создания экспериментальной модели болезни Помпе у мышей нокаутирован ген кислой α-глюкозидазы в эмбриональных стволовых клетках [40]. Гомозиготные мыши с нокаутом по этому гену демонстрируют лизосомы, содержащие гликоген, вскоре после рождения в клетках сердечной ткани, печени и скелетных мышц. К возрасту 13 нед. у них формируются крупные очаговые отложения гликогена, а вакуолярные пространства окрашиваются положительно на кислую фосфатазу, что является характерным признаком лизосомальной патологии [40]. При нокауте к возрасту трех с половиной недель наблюдается значительное снижение подвижности и мышечной силы, развивающиеся позже в атрофию [41]. Для моделирования модели Данона создана линия мышей-нокаутов по гену, кодирующему LAMP2, из-за дефицита которого и обусловлена данная БЛН у человека [42]. Отсутствие LAMP2 в мышином мозге вызывает реакции нейровоспаления, психомоторные нарушения и снижение обучения, что указывает на нарушение функционирования гиппокампа, вызванное неправильной работой лизосом и патологичным накоплением липидных молекул в его клетках [42].

НЦЛ также успешно смоделированы на грызунах. Например, в качестве модели НЦЛ первого типа используют мышей с нокаутом гена пальмитоил-протеин тиоэстеразы 1 – фермента, отсутствие которого обуславливает данный подтип НЦЛ у человека. Полученные нокаутные мыши повторяют многие патологические признаки, наблюдаемые у пациентов – накопление аутофлуоресцентных отложений в нейронах, тяжелые и прогрессирующие нейродегенеративные процессы в мозге, психомоторные нарушения, судороги и короткая продолжительность жизни [43]. Для создания моделей НЦЛ типов 2 и 3 используются линии мышей, нокаутные по генам CLN2 и CLN3, ответственные за синтез ферментов, недостаток которых ассоциирован с данными подтипами БЛН человека. Например, мыши, нокаутные по гену CLN3, проявляют патологические признаки, которые имеют сходство с клиническими проявлениями НЦЛ: нарушение поведения, накопление лизосомных аутофлуоресцентных запасающих телец, повреждения сетчатки и сокращение продолжительности жизни [44]. У мышей-нокаутов по гену CLN3, также наблюдаются характерные аутофлуоресцентные отложения в тканях, отклонения неврологического характера, прогрессирующие со временем, снижение двигательной активности и судороги [45].

Использование грызунов в исследованиях БЛН, несомненно, имеет свои ограничения, которые могут повлиять на общую интерпретацию результатов. Например, не все БЛН могут быть полностью смоделированы у грызунов, поскольку некоторые аспекты патологии и симптомы, характерные для конкретной формы БЛН, могут быть недоступными для воссоздания у крыс и мышей или проявляться недостаточно четко. Функциональные и метаболические характеристики лизосом грызунов также могут отличаться от человеческих лизосом, влияя на метаболические пути и обработку молекул внутри клеток. Несмотря на это, грызуны являются ценными модельными организмами для исследования БЛН, способствуя развитию как фундаментальных знаний о механизмах этих заболеваний, так и разработке более эффективных методов диагностики и терапии.

МОДЕЛИРОВАНИЕ БЛН НА РЫБАХ ЗЕБРАДАНИО

Важным лабораторным животным для эффективного моделирования болезней ЦНС является зебраданио (Danio rerio) – вид пресноводных рыб, который широко используется в биомедицинских исследованиях [46]. Имея лизосомную систему, сходную с системой лизосом человека, зебраданио также подвержены различным заболеваниям, связанными с дисфункцией лизосом, что делает их потенциально ценным модельным организмом для изучения БЛН [47]. Например, на зебраданио можно изучать как генетические факторы, так и факторы окружающей среды, влияющие на функционирование лизосом, а также обнаруживать новые гены и биомаркеры БЛН. В частности, моделируя модель Гоше на зебраданио, нокаутируют ген GBA, частичная или полная утрата функций которого нарушает дифференцировку остеобластов и минерализацию костей [48], но при этом не наблюдаются неврологические нарушения.

Для создания модели болезни Краббе на рыбах созданы линии, нокаутные по генам, аналогичным человеческому гену GALC. У данных рыб отмечен повышенный апоптоз в нервной ткани, но не замечено накопления галактозилцерамида, что отличается от данных, полученных на человеке и грызунах, и позволяет изучать патогенез болезни Краббе в обход неконтролируемого накопления галактозилцерамида и вытекающей из этого нейротоксичности [49]. Модель болезни Помпе на зебраданио использует мутацию гена кислой α-глюкозидазы, что приводит к избыточному накоплению гликогена в клетках печени, мозга и мышц, в целом напоминая клинический фенотип болезни [45, 50].

При моделировании болезни Данона у рыб с нокаутом по гену LAMP2 описан кардиологический фенотип, в том числе нарастание плотности вакуолей в клетках сердечной мышцы (характерный признак аутофагии), сердечная недостаточность (снижение переносимости физической нагрузки, увеличение размеров предсердий и притупление β-адренергической сократительной реакции), а также ряд неврологических нарушений (нервно-мышечные дефекты, выражающиеся в учащенном поворачивании и кружении) [51]. Модель НЦЛ второго типа базируется на нехватке пальмитоил-протеинтиоэстеразы 1 в организме зебраданио. Рыбы-мутанты по гену данного фермента демонстрируют выраженную нейродегенерацию, микроцефалию, апоптоз в сетчатке и мозжечке, сокращением продолжительности жизни и аномальным увеличением лизосом [52]. Аналогично, для создания модели НЦЛ типа 3 на зебраданио использован нокаут гена CLN3, воспроизводящий патологические признаки этого заболевания человека – снижение продолжительности жизни, аксонопатию, моторные нарушения вплоть до полной потери подвижности, смерть нервных клеток, ретинопатию, и судороги [53].

В целом, зебраданио являются привлекательным модельным объектом для изучения БЛН. Дополнительным их преимуществом являются прозрачные эмбрионы, которые позволяют легко визуализировать процессы развития организма и повреждение отдельных органов и тканей. Также к настоящему моменту существует широкий спектр поведенческих и токсикологических тестов как на взрослых особях зебраданио, так и на личинках. Существуют также валидированные цитотоксические тесты на эмбрионах, которые позволяют оценить целостность лизосомальных мембран [54]. Все это является основой, позволяющей проводить высокоэффективный скрининг различных препаратов на модели зебраданио, в частности при поиске терапевтических средств. Так, к настоящему моменту уже существует ряд молекул, изученных на зебраданио и дошедших до стадии клинических испытаний. К таким веществам относятся модификация молекулы PROTO-1 (которая может использоваться для профилактики ототоксичности), клемизол (потенциальный терапевтический препаратом при генетической эпилепсии) и вемурафениб (который может использоваться при артериовенозной малформации) [55]. Данные примеры иллюстрируют успешное применение модели зебраданио при поиске потенциальных терапевтических препаратов, что особенно актуально для БЛН.

В модели сфинголипидоза на зебраданио показано, что потеря миелина сопровождается нейровоспалением и усилением передачи через NFκB и Jak-Stat путь. Таким образом, ингибиторы NFκB/Jak-Stat могут рассматриваться в качестве потенциальных терапевтических агентов при данных патологиях [56]. Релевантность моделей БЛН на зебраданио в целом подтверждается воспроизведением симптоматики болезней, наблюдаемой у человека. Так, например, гепатомегалию и нарушение работы почек можно проследить в модели синдрома Чедиака–Хигаси, в которой нокаутируется ген регулятора переноса лизосом. Также гепатомегалия и нарушение опорно-двигательной системы наблюдаются в модели мукополисахаридоза, а нарушения в работе зрительной системы в модели муколипидоза типа IV. При этом, как и в клинике, большинство экспериментальных моделей БЛН демонстрируют нарушение развития нервной системы и поведения зебраданио [57].

Модель зебраданио также подходит для изучения метаболизма липидов, поскольку у рыб наблюдается экспрессия консервативных генов метаболизма липидов, например, кодирующих микросомальный белок-переносчик триглицеридов, липопротеина, холестерина и аполипопротеина С2 [58–60]. Кроме того, существуют модели нарушений обмена липидов у зебраданио, в частности раннего атеросклероза [61]. Тот факт, что зебраданио является хорошей моделью для изучения метаболизма липидов увеличивает применимость данного модельного объекта и при изучении БЛН, так как значительная часть этих болезней связана с нарушением липидного обмена, в частности при сфинголипидозах, муколипидозах и НЦЛ [57].

Зебраданио также успешно применяются для изучения роли микроглии в патогенезе ЛБН, например, муколипидоза IV типа, который при окрашивании мозга пациентов проявляется гистологически как аномальная морфология микроглии. Интересно, что другие модельные объекты не всегда подходят для исследования данного феномена. В частности, у мутантных мышей с моделью муколипидоза, которым трансплантировали клетки костного мозга дикого типа, отмечается уменьшение выраженности симптомов (двигательной недостаточности), но эффективность восстановления микроглии оказалась низкой [62]. Подобные работы проводились и на плодовых мушках, однако отсутствие у них микроглии осложняет интерпретацию полученных фенотипов [63]. Наоборот, у зебраданио модель муколипидоза обнаруживает не только фенотипы патологии, но и ухудшение взаимодействия между микроглией и нейронами [64].

Интересным вопросом при моделировании БЛН является функционирование митохондриально-лизосомальной оси. Известно, что лизосомы участвуют в аутофагии, необходимой для избавления от дисфункциональных митохондрий, при нарушении которой в клетке происходит накопление дефектных митохондрий [65]. При БЛН наблюдается изменение не только числа, но и морфологии митохондрий, в частности, их фрагментация или удлинение, а также нарушение функционирования мембраны и дыхательной цепи, что, в свою очередь, приводит к нарушению синтеза АТФ [66]. Подобные изменения показаны в модели нокаута сульфатазо-модифицирующего фактора 1 [67] и в модели ганглиозидоза на мышах [68]. При болезни Гоше у человека также наблюдается нарушение работы электрон-транспортной цепи митохондрий и снижение синтеза АТФ [69]. Соответственно восстановление митохондриальной функции уменьшает дефекты β-глюкоцереброзидазы при болезни Гоше [69]. Зебраданио могут успешно использоваться в качестве модельного объекта при изучении функционирования митохондриально-лизосомной оси. Например, существует модель трансгенных зебраданио с флуоресцентно помеченными митохондриями (MitoFish), что позволяет визуализировать митохондриальную динамику [70].

Тем не менее, изучение БЛН на зебраданио имеет свои ограничения. Например, при коморбидности заболеваний мозга, поскольку часто мутации в генах, ассоциированных с БЛН, параллельно могут быть связаны и с нейродегенеративными расстройствами. В частности, болезнь Гоше часто ассоциирована с болезнью Паркинсона, которая проявляется не только у людей, страдающих БЛН, но и у бессимптомных носителей [71]. С одной стороны, подобное неспецифическое перекрывание патогенеза и признаков различных БЛН также может осложнить моделирование отдельных заболеваний на зебраданио. С другой стороны, не исключена возможность изучения клинически важных и потенциально синергичных процессов при коморбидности БЛН и нейродегенеративных расстройств ЦНС.

Еще одной биологической особенностью зебраданио является высокий уровень нейрогенеза и нейрорегенерации, и преобладание радиальной глии [72], что может создать определенные проблемы при моделировании БЛН у рыб и интерпретации полученных результатов. Тем не менее, ряд коморбидных заболеваний модель зебраданио успешно воспроизводит, например, при нокауте генов ортологов, ассоциированных с болезнями Гоше, Тея–Сакса и метахроматической лейкодистрофии, получается фенотип, который имеет повышенную чувствительность к Mycobacterium marinum, возбудителю туберкулезо-подобной инфекции у рыб. Такая чувствительность объясняется снижением миграции макрофагов и микроглии вследствие дисфункции лизосом и накопления в них непереваренного материала. Возможно, этот механизм связан и с патогенезом других заболеваний при БЛН, включая нейродегенерацию и злокачественные образования [73].

Данный пример поднимает еще одну проблему – важность создания валидированных фармакологических моделей БЛН в дополнение к генетическим. Например, повышение вакуализированности макрофагов и их аномальной миграции может быть достигнуто инъекцией непереваренных лизосомами гранул [73]. Создание фармакологических моделей возможно и для болезни Гоше. Так, воздействие ксилозида циклофеллитола на эмбрионы зебраданио вызывает накопление глюкозилсфингозина, что является признаком данной БЛН [74]. Тем не менее необходимость создания таких моделей остается дискуссионной. С одной стороны, фармакологические модели сильно экономят время, затрачиваемое на создание генетической модели [57]. С другой стороны, генетические модели лучше подходят как для изучения механизмов, так и для подбора терапии БЛН, поскольку причины их возникновения у человека носят генетический характер и присутствуют с самого рождения.

Дополнительно необходимо отметить дупликацию генома, специфичную для костистых рыб, благодаря которой 6 из 23 генов, ассоциированных с БЛН у зебраданио, представлены несколькими ортологами [57]. Например, для экспериментального муколипидоза, тяжелая патология на зебраданио наблюдается только в случае двойной мутации [75]. Таким образом, с одной стороны, процесс создания моделей таких БЛН усложняется, поскольку необходимо понимать биологическую роль ко-ортологов гена, ассоциированного с БЛН в организме зебраданио, чтобы определить какой мутант, одиночный или двойной, будет наиболее точно воспроизводить патологию. С другой стороны, это может стать и уникальным преимуществом моделей БЛН на зебраданио, позволяющим подробнее изучить патологию в широком диапазоне проявлений, в том числе в более мягких ее формах – например, если у двойных мутантов наблюдается летальность или высокая токсичность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Cуществующие экспериментальные модели БЛН на животных, прежде всего основанные на создании нокаутов у мышей, успешно воспроизводят патологию ряда БЛН, в том числе вызываемые ими нарушения ЦНС. Новые альтернативные модельные организмы, например, рыбы зебраданио, являются перспективным объектом для высокоэффетивного фармакологического скрининга и уже используются для поиска потенциальных лекарственных агентов. Их дальнейшее более широкое применение позволит улучшить трансляционную значимость изучения патологии и подбора терапии БЛН, а также новые эффективные генетические (нокаутные или трансгенные) модели данных заболеваний. Наконец, многие из существующих открытых вопросов в области изучения центральных механизмов патогенеза БЛН (табл. 2) могут быть успешно решены при помощи широкого использования экспериментальных моделей данных патологий.