Стан показників обміну триптофану у пацієнтів із хворобою Паркінсона

Вступ

Хвороба Паркінсона (ХП) характеризується складними структурно-метаболічними механізмами розвитку (Крыжановский Г.Н. и соавт., 2002; Иллариошкин С.Н., 2003; Московко С.П., Московко Г.С., 2007; Wolters E.Ch. et al. (Eds), 2008). Незважаючи на фундаментальність проведених досліджень, багато аспектів патогенезу хвороби залишаються нерозкритими, але на сьогодні зрозуміло, що патогенетичні механізми ХП не можуть бути з’ясованими порушенням лише однієї (дофамінергічної) нейромедіаторної системи (Голубев В.Л., 2007).

Практично відсутні дані про вивчення у пацієнтів із ХП обміну такої амінокислоти, як триптофан та ролі продуктів його метаболізму. При цьому відомо, що ця амінокислота є джерелом утворення нікотинамідних коферментів — НАД (нікотинамідаденіндинуклеотид) та НАДФ (нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат), нікотинової кислоти, біогенного моноаміну серотоніну, гормону мелатоніну, які здатні значною мірою впливати на метаболічні процеси у різних органах і тканинах організму (Murray R.K. et al., 1996). Триптофан є незамінною амінокислотою, пул якої поновлюється завдяки триптофану їжі та катаболізму білків. Триптофан, що не використовується для синтезу білків, підлягає обміну за трьома основними шляхами: кінуреніновим, серотоніновим і триптаміновим. За кінуреніновим шляхом обмінюється понад 90% триптофану.

Питання оцінки показників обміну триптофану у пацієнтів із ХП становить науковий інтерес, оскільки ці метаболічні ланки є біологічно принципово важливими як у нормі, так і при формуванні патологічних станів. Їх вивчення при ХП є актуальним для більш глибокого обґрунтування патогенетичних механізмів формування захворювання, оптимізації діагностики його ступеня тяжкості та розробки адекватного лікування.

Мета дослідження — вивчення у пацієнтів із ХП залежно від ступеня тяжкості захворювання активності серотонінового та кінуренінового шляхів обміну триптофану за вмістом серотоніну, мелатоніну, активністю триптофан-2,3-діоксигенази (ТДО) у сироватці крові та за вмістом 5-оксііндолоцтової кислоти (5-ОІОК), N-метилнікотинаміду в сечі.

Об’єкт і методи дослідження

Дослідження проведені у трьох групах пацієнтів віком від 35 років із підтвердженим діагнозом ХП, які проходили обстеження та лікування у Державній установі «Інститут неврології, психіатрії та наркології НАМН України» (Харків). До 1-ї групи увійшли 50 осіб із симптоматикою, що відповідає 1–2-ї стадії шкали Хена і Яра (легкий перебіг ХП). До 2-ї групи були включені 95 пацієнтів, тяжкість захворювання яких відповідала стадіям 2,5–3-й шкали Хена і Яра (середня тяжкість захворювання), у пацієнтів цієї групи ускладнення терапії були або відсутні, або виражені незначно. До 3-ї групи увійшли 55 пацієнтів із тяжкістю захворювання, яка відповідає стадіям 3–5-й шкали Хена і Яра з вираженими суб’єктивно значущими та інвалідизуючими ускладненнями терапії (тяжкий перебіг ХП).

Контрольну групу становили 50 осіб без ознак нейродегенеративного захворювання, психічних розладів та значущої соматичної патології, достовірно не відрізнялися за статтю та віком від пацієнтів основ­них груп.

Для дослідження вмісту триптофану та його метаболітів зразки біологічних середовищ (сироватку крові та сечу) збирали після дводенної дієти, що не містить продуктів, багатих на триптофан та серотонін (шоколад, банани, горіхи, ананаси, баклажани, томати). Венозну кров брали вранці натще у пробірки для отримання сироватки крові, сечу збирали протягом доби у стерильний посуд з додаванням 20 мл толуолу. Отримані зразки піддавалися стандартній обробці та зберіганню. Вміст триптофану у сироватці крові визначали після його виділення хроматографічним методом (Atack C., Magnusson T., 1978). Кількісний вміст визначали за власною люмінесценцією на спектрофлюориметрі «Hitachi MPF-4A» при довжині хвилі збудження 290 нм, довжині хвилі люмінесценції — 345 нм. Вміст серотоніну та мелатоніну в сироватці крові визначали за допомогою діагностичних тест-систем Serotonin ELISA («IBL Hamburg», Німеччина) і Mеlatonin ELISA («IBL Hamburg», Німеччина) імуноферментним методом.

Активність ТДО у сироватці крові визначали за методом A.A. Badawy, M. Evans (1973).

Визначення вмісту N- метилнікотинаміду в сечі проводили флуоресцентним методом, який базується на реакції його конденсації з ацетоном у присутності лугу з переходом у флуоресціюючий дериват. Вміст N-метилнікотинаміду розраховували за відношенням до креатиніну.

Визначення вмісту 5-ОІОК у сечі проводили колориметричним методом за реакцією з α-нітрозо-β-нафтолом. 5-ОІОК екстрагували етилацетатом з підкисленої та насиченої хлористим натром сечі, екстракт випаровували, розчиняли в етанолі та проводили кольорову реакцію з нітрозонафтольним реактивом (Камыш­ников В.С., 2003). Оптична щільність хромофорів, що утворюються при цьому, прямо пропорційна вмісту 5-ОІОК у сечі.

Математичний аналіз отриманого цифрового матеріалу здійснювали за допомогою комп’ютерного пакета для обробки й аналізу статистичної інформації Statistica 6.0. Для перевірки гіпотез щодо рівності генеральних середніх двох незалежних, незв’язаних вибірок використовували t-критерій Стьюдента з попередньою перевіркою нормальності розподілу змінних.

Результати та їх обговорення

У сироватці крові пацієнтів із ХП залежно від ступеня тяжкості спостерігали зміни досліджуваних показників (табл. 1). При легкому перебігу хвороби (1-ша група) рівень триптофану, серотоніну та мелатоніну зазнавав зниження порівняно з контро­лем на 28; 10 та 29% відповідно. При цьому активність ТДО статистично достовірно підвищувалася на 47%.

У хворих 2-ї групи порівняно з контро­лем динаміка змін цих показників зберігалася й становила для вмісту триптофану 17%, серотоніну — 18%, мелатоніну — 51%. Також виявлено, що рівень мелатоніну був достовірно зниженим (на 31%) і порівняно з пацієнтами 1-ї групи. Активність ТДО при середньому перебігу досліджуваної хвороби суттєво підвищувалася (на 86%) порівняно з контроль­ною групою.

Заслуговує на увагу динаміка показників обміну триптофану у пацієнтів із тяжким перебігом ХП (3-тя група). Рівень триптофану та серотоніну в сироватці крові у цих хворих достовірно підвищувався порівняно з контро­лем на 28 і 23% відповідно, а мелатоніну зазнавав ще більшого зниження — на 70%. Активність ТДО у 3-й групі достовірно (на 28%) знижувалася на відміну від 1-ї та 2-ї груп. Слід підкреслити, що зміна показників у цій групі хворих була статистично достовірно зміненою порівняно із пацієнтами з легким і середнім перебігом ХП: підвищення триптофану — на 79 і 55%, серотоніну — на 37 і 50%; зниження мелатоніну — на 58 і 38%, ТДО — на 51 і 61% відповідно.

Серотонін є одним з основних медіаторів центральної нервової системи (ЦНС), який виконує також важливі гормональні функції на периферії організму (Murray R.K. et al., 1996). Слід відзначити, що всі стадії синтезу й катаболізму індоламінів, фізіологічні особливості від утворення до зворотного захвату цього типу нейромедіаторів схожі з аналогічними етапами метаболізму, типовими для катехоламінових систем (Иззатизаде К.Ф. и соавт., 2004).

Зниження вмісту триптофану у хворих 1-ї та груп на фоні підвищення активності ТДО та зниження рівня серотоніну може свідчити про його перетворення за кінуреніновим шляхом. Відомо, що триптофан є стабілізатором ТДО. Сприяючи утворенню стійкого конформаційного стану, ТДО має абсолютну субстратну специфічність щодо триптофану та здатність каталізувати необоротну ключову реакцію його метаболізму з утворенням формілкінуреніну, який розпадається за участю формамідази на мурашину кислоту та кінуренін, який далі окиснюється у 3-оксикінуренін. Подальші перетворення 3-оксикінуреніну пов’язані з піридоксалевим ферментом кінуреніназою, що гідролізує його на аланін та 3-оксиантранілову кислоту, яка через ряд проміжних продуктів перетворюється на хінолінову кислоту — безпосередній попередник рибонуклеотиду нікотинової кислоти з подальшим утворенням НАД. ТДО прискорює вбудовування молекулярного кисню безпосередньо в молекулу триптофану. Реакція, яка каталізується ТДО, є швидкість-лімітуючою стадією перетворення субстрату (Murray R.K. et al., 1996).

Тривалий час кінуреніновий шлях обміну триптофану розглядався як шлях синтезу НАД (Stone T.W., 2001). Але виявлено, що деяким кінуренінам притаманні ефекти, пов’язані із судомною готовністю ЦНС. Наприклад, хінолінова кислота вважається сильним нейротоксином (Wu H.Q. et al., 2000; Kuroki Y. et al., 2001), кінуренова кислота, навпаки, розглядається як антиконвульсант, нейропротектор (Wu H.Q. et al., 2000; Lee S.C., Schwarcz R., 2001), кінуренін — як форма зберігання нейроактивних кінуренінів (Speciale C., Schwarcz R., 1990). Доведено, що хінолінова кислота є агоністом NMDA(N-Methyl D-Aspartate)-рецепторів збуджувальних амінокислот, а кінуренова кислота — антагоністом (Dale W.E. et al., 2000). Крім спроможності кінуренінів зв’язуватися з рецепторами збуджувальних амінокислот, виявлені й деякі інші ефекти цих метаболітів обміну триптофану. Зокрема, хінолінова кислота здійснює свої нейротоксичні ефекти не лише як агоніст NMDA-підтипу глутаматних рецепторів, але й як індуктор пероксидації ліпідів мозку (Stone T.W. et al., 2000).

В обстежуваних пацієнтів із ХП з легким та середнім перебігом на фоні основних симптомів ригідності та гіпокінезії спостерігається депресивний стан. На нашу думку, суттєву роль в останньому відіграє зниження серотоніну. О. Hornykiewicz, S.J. Kish (1987) пов’язують редукцію серотоніну та його метаболізм при ХП із вторинними процесами медіаторної саморегуляції, що компенсують зниження рівня дофаміну в нігростріарних нейронах. У зв’язку зі здатністю серотоніну гальмувати мотор­ну активність у тварин шляхом зменшення ефектів дофаміну в чорній субстанції тенденція до зниження його рівня може бути компенсаторною. Водночас R. Mayeux та співавтори (1988) виявили більш низький вміст серотоніну у пацієнтів із ХП з вираженою депресією. Ймовірно, що зниження рівня серотоніну в обстежуваних нами хворих може бути фактором її розвитку.

Але відзначимо, що у пацієнтів із тяжким перебігом ХП, у яких, перш за все, підвищується ступінь вираженості тремору, інших гіперкінезів та рівня тривоги, виявлено підвищення рівня серотоніну у сироватці крові. На нашу думку, це може бути пов’язано не лише з ендогенними, нейротрансмітерними перебудовами, але й зі стресом, зумовленим труднощами порушеної соціальної адаптації. Вплив соціаль­них факторів, наявність хронічного психогенного дистресу можуть пояснити відсутність чіткого спряження ступеня тяжкості ХП з рівнем серотоніну. Встановлено, що виражені афективні розлади при ХП частіше виникають у перші роки хвороби, а потім відбувається особистісна переробка ситуації захворювання та деяка адаптація до рухових дефектів (Aarsland D., Karlsen K., 1999). У пацієнтів із тяжким перебігом ХП виявлено також підвищення триптофану в сироватці крові та зниження активності ТДО. Це може свідчити, по-перше, про зменшення швидкості метаболізму триптофану, а по-друге — про переключення кінуренінового шляху обміну на серотоніновий.

Ряд авторів вважають, що рівень серотоніну в крові може давати достовірну інформацію відносно рівня активного трансмітера у синаптичній щілині центральних синапсів (Celada P. et al., 1994). Але на основі фактичних даних прийнято вважати, що підвищена екскреція того чи іншого моноаміну або метаболіту із сечею вказує на його підвищений вміст у головному мозку і навпаки. Тому становило інтерес дослідження у добовій сечі вмісту метаболіту обміну серотоніну — 5-ОІОК та кінцевого продукту кінуренінового шляху обміну триптофану — N-метилнікотинаміду.

Результати свідчили про достовірне підвищення екскреції 5-ОІОК при всіх стадіях ХП, що опосередковано свідчить про можливе зниження рівня серотоніну у структурах головного мозку. У пацієнтів із легким перебігом ХП підвищення 5-ОІОК у сечі становило 54%, середнім — 77%, тяжким — 140% порівняно з контролем. У 3-й групі пацієнтів із ХП вміст 5-ОІОК був достовірно вищим порівняно з 1-ю та 2-ю групами на 55 і 36% відповідно (табл. 2).

Екскреція N-метилнікотинаміду достовірно підвищувалася у пацієнтів із легким та середнім перебігом хвороби порівняно з контролем (на 114 і 93% відповідно), що свідчить про підвищення активності кінуренінового шляху обміну триптофану та корелює з підвищеною активністю ТДО сироватки крові. У осіб із тяжким перебігом хвороби екскреція цього метаболіту різко знижувалася: на 37% порівняно з контролем, на 71% — порівняно з 1-ю групою, на 68% — порівняно з 2-ю групою.

Підвищення співвідношення N- ме­тилнікотинамід/5-ОІОК у сечі у хворих 1-ї (3,39±0,37 ум. од.) та 2-ї (2,67±0,32 ум. од.) груп порівняно з контролем (2,41±0,25 ум. од.) свідчить про превалювання кінуренінового шляху обміну триптофану над серотоніновим, що призводить до зниження серотонінергічної активності. Суттєве зниження цього співвідношення у хворих 3-ї групи (до 0,65±0,074 ум. од.) підтверджує зниження активності кінуренінового шляху та підвищення активності серотонінового.

У всіх обстежених хворих виявлено зниження мелатоніну. Наслідком цього зазвичай є порушення його різноманітних ефектів. В експериментах на щурах визначено, що мелатонін здатний змінювати негативний емоційний стан, знижувати тривожність, що провокується різними стресорами. Відповідно до численних спостережень гормон стабілізує діяльність різних ендокринних систем, дезорганізованих стресом, у тому числі усуваючи надмірний стресовий адреналовий гіперкортицизм (Комаров Ф.И. и соавт., 2004). Крім того, відзначимо виражені антиоксидантні властивості мелатоніну. Особливо важливим є той факт, що гормон реалізує антиоксидантний вплив не лише зовні, але й в усіх структурах клітини завдяки його ліпофільності. Проникаючи у клітину, мелатонін здатний, з одного боку, нейтралізувати вільні радикали, а з іншого — діяти як вторинний антиоксидант — стимулювати активність антиоксидантних ферментів — глутатіонпероксидази, глутатіонредуктази, супероксиддисмутази та глюкозо-6-фосфатдегідрогенази (Анисимов В.Н., 2006).

Центральні та периферичні метаболіти триптофану активні біологічно і зумовлюють як нейротоксичну, так й нейропротекторну дію. Вони перебувають у складному взаємозв’язку один з одним та з іншими нейротрансмітерними системами, виконуючи важливу роль у розвитку ХП. Часткові відмінності у деяких випадках із даними літератури свідчать, на нашу думку, про гетерогенність популяції пацієнтів із ХП та необхідність диференційованого підходу до оцінки тяжкості стану.

Висновки

Таким чином, за отриманими результатами ХП характеризується порушенням обміну триптофану як попередника серотонінового та кінуренінового шляхів обміну; супроводжується зниженою серотонінергічною активністю та підвищеною активністю кінуренінового шляху у разі легкого та середнього ступеня тяжкості. Це дозволяє припустити «кінуренінову гіпотезу» в деяких ланках патогенезу ХП. В її основі лежить положення про реципрокні взаємозв’язки кінуренінової та серотонін­ергічної систем.

При тяжкому стані, навпаки, можливим є зниження швидкості обміну триптофану, гальмування кінуренінового шляху його обміну, наслідком чого є суттєве зменшення утворення НАД, кофактора багатьох ферментів, які беруть участь в окисно-відновних і біоенергетичних процесах. Також у пацієнтів із тяжким перебігом ХП виявлена причетність серотонінового шляху до формування моторних і депресивно-тривожних симптомів. При тяжкому стані адаптаційним і компенсаторним системам ЦНС пред’являються значні вимоги — ендогенні, середовищні, соціальні. Коли ці вимоги перевищують визначений поріг, то відбувається злам компенсаторних механізмів. Якщо ці вимоги або фактори впливають на головний мозок, який знаходиться у стані метаболічної дезорганізації, що простежується у пацієнтів із ХП, то все це сприяє виникненню нових порушень і симптомів. Останнє необхідно враховувати при визначенні та проведенні терапевтичних заходів. Наприклад, виникаюча при ХП депресія суттєво знижує якість життя хворих. Тому проводяться спроби її корекції за допомогою антидепресантів. Однак отримані нами дані виявилися неодно­значними, тому необхідний конт­роль відповідних змін.

Кількісний вміст метаболітів кінуренінового та серотонінового шляхів обміну триптофану в сироватці крові та сечі пацієнтів із ХП може бути маркером ступеня тяжкості захворювання.

Література

• Анисимов В.Н. (2006) Мелатонин и его место в современной медицине. РМЖ (Русский медицинский журнал), 14(4): 269–273.
• Голубев В.Л. (2007) Основные вопросы терапии поздних стадий болезни Паркинсона. Журн. неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова, 11: 68–76.
• Иззатизаде К.Ф., Баша А.В., Демчук Н.Д. (2004) Нарушения обмена серотонина в патогенезе заболеваний нервной системы. Журн. неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова, 9: 62–70.
• Иллариошкин С.Н. (2003) Конформационные болезни мозга. Янус-К, Москва, 248 с.
• Камышников В.С. (2003) Клинико-биохимическая лабораторная диагностика. Справочник в 2 т. Интерпрессервис, Минск, т. 2, с. 433–435.
• Комаров Ф.И., Рапопорт С.И., Малиновская Н.К. (2004) Мелатонин в норме и патологии. Москва, 30 с.
• Крыжановский Г.Н., Карабань И.Н., Магаева С.В. и соавт. (2002) Болезнь Паркинсона. Этиология, патогенез, клиника, диагностика, лечение, профилактика. Медицина, Москва, 335 с.
• Московко С.П., Московко Г.С. (2007) Мир болезни Паркинсона. Нейроnews. Психоневрология и нейропсихиатрия, 1(1) (http://neuro.health-ua.com/article/8.html).
• Aarsland D., Karlsen K. (1999) Neuropsychiatric aspects of Parkinson’s disease. Curr. Psychiatry Rep., 1(1): 61–68.
• Atack C., Magnusson T. (1978) A procedure for the isolation of noradrenaline (together with adrenaline), dopamine, 5-hydroxytryptamine and histamine from the same tissue sample using a single column of strongly acidic cation exchange resin. Acta Pharmacol. Toxicol. (Copenh.), 42(1): 35–57.
• Badawy A.A., Evans M. (1973) The effects of chemical porphyrogens and drugs on the activity of rat liver tryptophan pyrrolase. Biochem. J., 136(4): 885–892.
• Celada P., Martín F., Artigas F. (1994) Effects of chronic treatment with dexfenfluramine on serotonin in rat blood, brain and lung tissue. Life Sci., 55(15): 1237–1243.
• Dale W.E., Dang Y., Brown O.R. (2000) Tryptophan metabolism through the kynurenine pathway in rat brain and liver slices. Free Radic. Biol. Med., 29(2): 191–198.
• Hornykiewicz O., Kish S.J. (1987) Biochemical pathophysiology of Parkinson’s disease. Adv. Neurol., 45: 19–34.
• Kuroki Y., Fukushima K., Kanda Y. et al. (2001) Neuroprotection by estrogen via extracellular signal-regulated kinase against quinolinic acid-induced cell death in the rat hippocampus. Eur. J. Neurosci., 13(3): 472–476.
• Lee S.C., Schwarcz R. (2001) Excitotoxic injury stimulates pro-drug-induced 7-chlorokynurenate formation in the rat striatum in vivo. Neurosci. Lett., 304(3): 185–188.
• Mayeux R., Stern Y., Sano M. et al. (1988) The relationship of serotonin to depression in Parkinson’s disease. Mov. Disord., 3(3): 237–244.
• Murray R.K., Granner D.K., Mayes P.A. (1996) Harper’s biochemistry. Prentice Hall, New Jersey, 868 р.
• Speciale C., Schwarcz R. (1990) Uptake of kynurenine into rat brain slices. J. Neurochem., 54(1): 156–163.
• Stone T.W. (2001) Endogenous neurotoxins from tryptophan. Toxicon, 39(1): 61–73.
• Stone T.W., Behan W.M., MacDonald M., Darlington L.G. (2000) Possible mediation of quinolinic acid-induced hippocampal damage by reactive oxygen species. Amino Acids, 19(1): 275–281.
• Wolters E.Ch., van Laar T., Berendse H.W. (Eds.) (2008) Parkinsonism and Related Disorders. Vu University Press, Amsterdam, 576 p.
• Wu H.Q., Guidetti P., Goodman J.H. et al. (2000) Kynurenergic manipulations influence excitatory synaptic function and excitotoxic vulnerability in the rat hippocampus in vivo. Neuroscience, 97(2): 243–251.

Адреса для листування:
Богданова Ірина В’ячеславівна
61068, Харків, вул. Академіка Павлова, 46
Державна установа «Інститут неврології, психіатрії та наркології НАМН України»