Układ renina-angiotensyna mózgu jako nowy i potencjalny cel terapeutyczny w chorobie Alzheimera

Kontakt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-mail:audrey.hu@wecistanche.com

Raúl Loera-Valencia 1,*, Francesca Eroli 1, Sara Garcia-Ptacek 2,3 i Silvia Maioli 1,*

1 Center for Alzheimer Research, Department of Neurobiology Care Sciences and Society, Division of Neurogeriatrics, Karolinska Institutet, 171 64 Sztokholm, Szwecja;

2 Center for Alzheimer Research, Department of Neurobiology Care Sciences and Society, Division of Clinical Geriatrics, Karolinska Institutet, 171 64 Sztokholm, Szwecja;

3 Temat Starzenie się i Zapalenie, Temat Starzenie się Mózgu, Karolinska University Hospital, 141 57 Sztokholm, Szwecja

Abstrakcyjny

Aktywacja układu renina-angiotensyna mózgu (RAS) odgrywa kluczową rolę w patofizjologii poznania. Chociaż RAS mózgu był wcześniej badany w kontekście nadciśnienia, niewiele wiadomo na temat jego roli i regulacji w odniesieniu do funkcji neuronów i jej modulacji. Odpowiedni przepływ krwi do mózgu oraz prawidłowe oczyszczanie produktów ubocznych przemiany materii stają się kluczowe w przypadku chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera (AD). Leki hamujące RAS (RASi), które mogą przenikać do ośrodkowego układu nerwowego, przyniosły niejasne wyniki w zakresie poprawy funkcji poznawczych u pacjentów z AD. W związku z tym w badaniach klinicznych rozważana jest tylko jedna terapia Rasi mająca na celu modyfikację AD. Co więcej, rola czynników niegenetycznych, takich jak hipercholesterolemia, w patofizjologii AD pozostaje w dużej mierze nieopisana, nawet jeśli istnieją dowody, że może to prowadzić do zmian w RAS i funkcjach poznawczych w modelach zwierzęcych. Tutaj dokonujemy przeglądu dowodów na funkcję mózgu RAS w poznaniu i patogenezie AD i podsumowujemy dowody, które łączą je z hipercholesterolemią i innymi czynnikami ryzyka. Dokonujemy przeglądu istniejących leków do terapii Rasi i pokazujemy badania nad nowymi lekami, w tym strategiami dostarczania małych cząsteczek i nano, które mogą celować w RAS mózgu z potencjalnie wysoką swoistością. Mamy nadzieję, że dalsze badania nad funkcją i modulacją RAS w mózgu doprowadzą do opracowania innowacyjnych terapii, które w końcu mogą poprawić neurodegenerację AD.

Słowa kluczowe: choroba Alzheimera; układ renina-angiotensyna; modele myszy; poznawanie; nadciśnienie

działanie ekstraktu z cistanche deserticola

1 Układ renina-angiotensyna (RAS) w mózgu

Odkąd po raz pierwszy opisano go 120 lat temu, ciągle odkrywane są nowe składniki układu renina-angiotensyna (RAS) w różnych tkankach i stanach fizjologicznych, ucząc nas o jego wrodzonej złożoności [1], która nasila się w mózgu, gdzie dystrybucja między siecią neurogleju a układem naczyniowym, homeostaza płynów i metaboliczna kontrola okołodobowa utrudniają izolację i badanie. Chociaż toczy się gorąca debata na temat znaczenia RAS w mózgu w odniesieniu do kontroli czynności sercowo-naczyniowych i regulacji ciśnienia krwi (BP) [2,3], najważniejsza cecha mózgowego układu RAS jest pomijana, a to jest jego rola. w poznaniu i neurodegeneracji. Aby rozwinąć tę ważną rolę układu RAS w mózgu, dokonamy przeglądu niektórych dowodów potwierdzających istnienie układu RAS w mózgu, a następnie omówimy jego znaczenie dla funkcji poznawczych i dotyczących chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera (AD). Ponadto w ubiegłym roku stwierdzono, że obwodowy RAS jest zaangażowany w patogenezę COVID-19, ponieważ SARS-CoV2 wykorzystuje i moduluje ekspresję enzymu angiotensyny 2 (ACE2), aby pośredniczyć w jego wejściu do błona śluzowa [4]. Pojawiły się doniesienia o objawach neurologicznych, a niedawne badanie obrazowe z brytyjskiego Biobanku (przejrzane wcześniej) wykazało utratę objętości w lewym obszarze przyhipokampowym, oczodołowo-czołowym i wyspowym, nawet po łagodnym zakażeniu COVID-19, wykazując, że centralny COVID ma również wpływ na układ nerwowy-19. Te efekty neurologiczne mogą obejmować RAS [5], zwłaszcza że ACE2 ulega ekspresji w neuronach i mikrogleju (ryc. 1 i 2).

Rycina 1. Geny układu RAS w komórkach mózgu myszy. Rysunek przedstawia geny ulegające ekspresji w głównych typach komórek mózgu myszy, uzyskane przez sekwencjonowanie pojedynczych komórek. Geny zaznaczone na czarno wykazują zwiększoną ekspresję (zarówno liczbę kopii, jak i liczbę wyrażających pojedynczych komórek) w tym typie komórek. Agt-Angiotensynogen. Enzym konwertujący Ace-Angiotensynę. Enzym konwertujący angiotensynę Ace2 2. Agtr2-Typ-2 receptora angiotensyny II. Typ Agtr1a-1Receptor angiotensyny II. Receptor angiotensyny II typu Agtr1b-1B. Białko związane z receptorem angiotensyny II typu Agtrap -1. Atp6ap2-Receptor reninowy. Ren1-Renin-1. Receptor sprzężony z białkiem G związany z MasR-Mas. AP-A-aminopeptydaza A (znana również jako Enpep). AP-N-aminopeptydaza N (znana również jako Anpep). Rnpep to gen aminopeptydazy B (znany również jako AP-B). Lnpep jest genem kodującym receptor angiotensyny IV. Należy zauważyć, że dane dotyczące ekspresji uzyskano ze zwierzęcia WT i brak ekspresji genów w pewnych typach komórek może oznaczać, że takie geny ulegają ekspresji w konkretnej sytuacji, takiej jak zapalenie lub AD.

Rysunek 2. Składniki RAS mózgu. Z typów komórek w mózgu neurony to te, które wyrażają geny składające się na klasyczny szlak angiotensynowy, z wytwarzania angiotensynogenu (AGT), który jest przekształcany przez reninę w angiotensynę I (AngI), która jest następnie przekształcana w angiotensynę II (AngII) przez enzym konwertujący angiotensynę (ACE). Renina może sygnalizować receptory reniny (RENR), dla których neurony mają wysoki poziom ekspresji (zaznaczone na czarno). AngII może sygnalizować receptorom AT1R i AT2R, które są obecne w neuronach. Wiązanie AngII do AT1R jest zwykle uważane za szkodliwe (czerwone strzałki), podczas gdy wiązanie z AT2R ma działanie neuroochronne (niebieskie strzałki). AngII może zostać przekształcony w Ang1-7 przez enzym konwertujący angiotensynę 2 (ACE2), a jego wiązanie z receptorem Mas (MASR) jest często związane z rozszerzeniem naczyń krwionośnych, działaniem przeciwzapalnym i zmniejszeniem utleniania (także niebieskiego strzałki). W przypadku nowej, szlaki RAS, aminopeptydazy A i B (AP-A/AP-B) mogą przekształcać AngII w angiotensynę III (AngIII), która jest następnie przekształcana w angiotensynę IV (AngIV) przez aminopeptydazę B. Warto zauważyć, że następna aminopeptydaza w szlaku, aminopeptydaza-N (AP-N) ulega ekspresji tylko w niewielkim podzbiorze oligodendrocytów, co rodzi pytanie, czy AngIII może dotrzeć do oligodendrocytów w celu przekształcenia w AngIV, który następnie wiązałby AT4R zlokalizowane we wszystkich typach komórek. W ten sam sposób oligodendrocyty i mikroglej wyrażają odpowiednio tylko ACE i ACE2, co rodzi pytanie o pochodzenie ich kanonicznych substratów. Ponadto astrocyty mają wysoki poziom ekspresji AGT, co sugeruje, że mogą transportować je do neuronów w celu metabolizmu. Wreszcie, AngII może również pochodzić z peryferii, ponieważ komórki śródbłonka wyrażają ACE. Prawdopodobnie przerwanie BBB w AD (kształt gwiazdy) ułatwia infiltrację AngII do mózgu i jego wiązanie z astrocytami i mikroglejem, które mają tylko AT1R i mogą aktywować kaskady zapalne, jednocześnie powodując skurcz naczyń. AD może wzmocnić czerwone strzały, jednocześnie zmniejszając niebieskie. Rysunek opiera się na danych dotyczących ekspresji w pojedynczej komórce, pokazanych na rycinie 1. Typy komórek nie są skalowane, a na tym schemacie nie przewiduje się lokalizacji organelli.

2. Wszyscy kluczowi gracze RAS są obecni w mózgu

Istnieją dowody na obecność reniny i aktywności podobnej do reniny w komórkach neuronalnych i ogólnie w mózgu. Reninę zidentyfikowano w pierwotnych komórkach nerwowych i glejowych szczurów [7], a metody immunohistochemiczne wykazały aktywność podobną do reniny w mózgach szczurów i myszy [8]. Rozwój metod molekularnych pokazuje, że w mózgu aktywne są regiony promotorowe kilku genów RAS [9], ale obecnie ekspresję genów RAS można konsultować w bibliotekach sekwencjonowania pojedynczych komórek z mózgu myszy i ludzi, gdzie jest to oczywiste że wiele składników układu RAS, takich jak renina, angiotensynogen, aminopeptydazy i wtórni przekaźniki swoiste dla RAS, ulega ekspresji w jednym lub kilku typach komórek mózgowych, jak pokazano na rycinach 1 i 2 [6,10–12]. Potwierdza to wyniki badań, w których ekspresję mRNA angiotensynogenu po raz pierwszy opisano w astrocytach [13], a później opisano również w neuronach [14]. Wreszcie, istnieją rozległe dowody fizjologiczne na funkcjonowanie układu RAS w mózgu i jego skutki, na przykład, gdy renina lub angiotensyna II (Ang II) są podawane do mózgu szczura ośrodkowo, powodując wzrost ogólnoustrojowego ciśnienia krwi (BP). [15] lub z wykorzystaniem transgenicznych szczurów z niedoborem angiotensynogenu mózgu, u których rozwija się moczówka prosta z ogólnoustrojowym obniżeniem BP [16].

korzyść z cistanche deserticola

3. Przegląd sygnalizacji ZAZ

Klasyczny szlak modulacji RAS ciśnienia krwi w obwodzie rozpoczyna się od uwolnienia reniny przez tętniczki nerkowe do krwiobiegu. Renina następnie przekształca angiotensynogen (Agt) w angiotensynę I (Ang I), która jest następnie przekształcana w angiotensynę II (Ang II) przez enzym konwertujący angiotensynę (ACE). Wiązanie Ang II z receptorami angiotensyny 1 (AT1Rs) powoduje skurcz naczyń, natomiast wiązanie z receptorami angiotensyny 2 (AT2R) powoduje rozszerzenie naczyń [17]. W kontekście mózgu zarówno renina, jak i angiotensynogen byłyby wytwarzane przez astrocyty i inne komórki w obszarach takich jak ciało migdałowate, tworzenie siateczkowate, regiony CA1 i CA3 hipokampa [9]. Następnie aktywność modulacji BP zależy od komórek śródbłonka i komórek mięśni gładkich wyrażających ATR i receptory MAS sprzężone z białkiem G (MasR), które mogą wywoływać zwężenie lub rozszerzenie naczyń. Stworzyliśmy przegląd sygnalizacji RAS w mózgu w różnych typach komórek na podstawie danych dotyczących ekspresji w pojedynczych komórkach, przedstawionych na rycinie 2. W tym kontekście generowanie Ang II i AngIII jest ogólnie uważane za szkodliwe dla funkcji neuronów, biorąc pod uwagę, że wiązanie z AT1R prowadzi do zwężenia naczyń krwionośnych, które może pobudzać agregację białek i zmniejszać dostępność glukozy dla neuronów, co zostanie omówione w dalszej części tej pracy. W tym samym kontekście wiązanie Ang 1–7 z MasR w komórkach glejowych często prowadzi do rozszerzenia naczyń i działania przeciwzapalnego [18]. Na rycinie 2 zakładamy, że szlaki szkodliwe dla funkcji neuronów (zaznaczone na czerwono) zostaną wzmocnione w AD, podczas gdy szlaki neuroprotekcyjne (strzałki na niebiesko) zostaną zmniejszone. Pragniemy podkreślić, że zaproponowane przez nas ramy opierają się na profilu ekspresji pojedynczych komórek w mózgu. Tak więc interakcje neuron-glej, modulacja i aktywność genów RAS w mózgu pozostają do pełnego wyjaśnienia. W ten sam sposób brak pewnych genów może sugerować, że będą one wyrażane w różnych stanach fizjologicznych lub patologicznych, takich jak zapalenie lub neurodegeneracja.

4. Znaczenie RAS mózgu w poznaniu i chorobie Alzheimera

Wysokie BP jest znanym czynnikiem ryzyka AD [19,20]. Wysokie BP może przyczyniać się do rozwoju AD i innych rodzajów demencji poprzez negatywny wpływ na perfuzję mózgu, przepuszczalność bariery krew-mózg oraz klirens amyloidu beta. Nie można przeoczyć wpływu RAS na dynamikę przepływu krwi w mózgu. Teorie metaboliczne dotyczące neurodegeneracji potwierdzają, że zmniejszony przepływ krwi do mózgu ze zmniejszonym dostarczaniem glukozy do neuronów jest przyczyną śmierci komórek i może nasilać stan zapalny układu nerwowego [21–23]. Ponadto, czynnik ryzyka sercowo-naczyniowego (CVD), taki jak hipercholesterolemia, może przyczyniać się do tego efektu poprzez zmianę aminopeptydaz A i N (AP-A i AP-N), jak wcześniej donoszono na modelu myszy transgenicznej (CYP27Tg), nadprodukującej {{9 }}hydroksycholesterol (27-OH), metabolit cholesterolu, który może przekraczać barierę krew-mózg (BBB). W tym modelu wychwyt glukozy jest zmniejszony we wszystkich głównych obszarach mózgu z powodu zwiększonych poziomów 27-OH. Wraz ze zmianami w AP-A i AP-N zwierzęta te wykazywały zmniejszoną pamięć przestrzenną w labiryncie wodnym Morrisa w wieku 9 miesięcy [24]. Co ważne, ostatnie badania asocjacyjne całego genomu zidentyfikowały ACE jako gen powiązany z podatnością na AD [25]. Jeden z tych wariantów kodujących ACE (ACE1 R1279Q) został niedawno zbadany w nowych modelach mysich i stwierdzono, że prowadzi do neurodegeneracji i zapalenia hipokampa. Ta neurodegeneracja była bardziej wyraźna u samic myszy, co sugeruje możliwy mechanizm większej podatności na AD u kobiet [26].

Ekspresja ACE w tkance mózgowej AD była związana z obciążeniem amyloidem beta (A) i nasileniem AD. Poziomy ACE w płynie mózgowo-rdzeniowym (CSF) były związane z poziomami A [27] i ryzykiem AD o późnym początku [28]. Poziomy ACE w płynie mózgowo-rdzeniowym były podwyższone w łagodnych zaburzeniach poznawczych (MCI) i przypadkach AD [29] i stwierdzono pozytywną korelację cholesterolu i 27-OH z aktorami układu RAS u pacjentów z AD, łącząc metabolizm cholesterolu z regulacją RAS w mózgu. W innym badaniu aktywność ACE była podwyższona w mózgach AD i korelowała ze stadiami Braaka, podczas gdy poziomy ACE zmniejszyły się w CSF u pacjentów z AD [30]. Ponadto analizy z autopsji mózgu ujawniły podwyższone poziomy Agt i Angi/II u pacjentów z AD. Wzrost Agt stwierdzono głównie w komórkach glejowych [29], co sugeruje możliwe zakłócenie syntezy lub rozszczepienia Agt w późnych stadiach AD. Ang II pośredniczy w kilku procesach neuropatologicznych w AD [31] i ostatnio był celem interwencji w II fazie badań klinicznych AD [32]. Ostatnie dowody sugerują, że angiotensyna IV (AngIV) i jej receptor (AT4R) mogą być potencjalnymi celami terapeutycznymi [33,34], ponieważ interwencje w jej sygnalizację poprawiły funkcje poznawcze i przepływ naczyniowy w mózgu u myszy z chorobą Alzheimera [35,36]. W ten sposób podkreśliliśmy wytwarzanie AngIV i jego wiązanie z AT4R jako korzystny szlak (ryc. 2). Niemniej jednak wyniki te nadal wymagają przełożenia na ludzi, a szeroka aktywność i lokalizacja AT4R sprawiają, że jest to trudny cel farmakologiczny. Modulacja BP w mózgu jest również bezpośrednio połączona z niedawno opisanym układem limfatycznym. Układ limfatyczny jest złożoną siecią utworzoną przez przestrzeń między układem naczyniowym mózgu a końcowymi procesami astrogleju [37]. System ten nadzoruje usuwanie toksycznych metabolitów wytwarzanych przez aktywność neuronalną i jest kontrolowany przez rytm okołodobowy.

Podczas snu przepływ płynu mózgowo-rdzeniowego jest zwiększony w przestrzeni okołonaczyniowej, a toksyczne białka, takie jak amyloid beta, są usuwane z większą szybkością niż w stanie czuwania [38]. Co ciekawe, nadciśnienie zmniejsza przepływ płynu mózgowo-rdzeniowego przez układ limfatyczny ze względu na jego związek z dopływem krwi tętniczej do mózgu [39]. Sugerowano, że zmiany w funkcjonowaniu układu limfatycznego mogą zapoczątkować agregację białek i przyczynić się do neurodegeneracji w różnych proteinopatiach, w tym AD [39]. Ponieważ układ limfatyczny jest trudny do zbadania, jego odpowiedź na terapię hamowania RAS (RASi), systemowo lub ośrodkowo, nie została opisana według naszej wiedzy, jednak zmiany w układzie limfatycznym są widoczne u szczurów z samoistnym nadciśnieniem [39], z implikacjami dla upośledzonego usuwania A z mózgu. Dlatego modulacja RAS w powiązaniu z oczyszczaniem płynu mózgowo-rdzeniowego przez układ limfatyczny mózgu jest bardzo nową i potencjalnie obiecującą linią badań.

Ekstrakt z pustynnych cistanche o działaniu przeciwzapalnym

5. Leki RAS w AD

Ze względu na związek między ryzykiem CVD a AD zbadano farmakologiczną regulację ogólnoustrojowego RAS w odniesieniu do funkcji poznawczych i AD. W ostatnich latach coraz częściej bierze się pod uwagę ponowne zastosowanie leków hipotensyjnych w terapii AZS [40]. Terapia RASi była związana w kilku badaniach epidemiologicznych z opóźnioną progresją pogorszenia funkcji poznawczych [20] i ze zmniejszonym ryzykiem wystąpienia otępienia [41,42]. Dodatkowe dowody wykazały korelację między pogorszeniem funkcji poznawczych w wieku starzenia a nadciśnieniem wykrytym w wieku średnim wśród nieleczonych uczestników z nadciśnieniem [43].

Niemniej jednak w innych badaniach nie znaleziono wyraźnych związków między terapią RASi a pogorszeniem funkcji poznawczych [44–47]. Metaanaliza wykazała, że ​​terapia RASi nie poprawia istotnie funkcji poznawczych [48]. Jednak dwa badania obserwacyjne wykazały poprawę funkcji poznawczych i poprawę parametrów przepływu krwi dzięki blokerom receptora angiotensyny (ARB) jako terapii RASi [49,50]. Blokery receptora angiotensyny (ARB) powiązano ze zmniejszoną retencją amyloidu u pacjentów w badaniach neuroobrazowych [51] oraz z mniejszą patologią AD w badaniu post mortem [52]. Ramipryl nie zmieniał poziomów A w płynie mózgowo-rdzeniowym [53], podczas gdy ARB wykazywały istotną redukcję tau i p-tau wśród pacjentów z łagodnymi zaburzeniami poznawczymi (MCI) [54] i zmniejszone związane z wiekiem zmniejszenie wartości A w płynie mózgowo-rdzeniowym -42 u zdrowych pacjentów po 24 miesiącach leczenia w porównaniu z innymi lekami hipotensyjnymi [51]. Kilka badań nad lekami na RAS w modelach mysich pomaga wyjaśnić mechanizmy i role RAS w mózgu i AD, które opisujemy w sekcji poniżej i podsumowujemy w Tabeli 1.

6. Leki RAS w modelach myszy AD

6.1. Inhibitory ACE

W ostatniej dekadzie przeprowadzono kilka badań na mysich modelach demencji w celu zbadania, czy leki przeciwnadciśnieniowe ukierunkowane na układ RAS mogą wywierać korzystny wpływ na funkcje poznawcze i stojące za tym mechanizmy (patrz Tabela 1). Doustne podawanie ośrodkowo aktywnego inhibitora ACE, perindoprilu, zapobiegało i poprawiało upośledzenie funkcji poznawczych w mysich modelach AD poprzez hamowanie aktywności ACE w mózgu [55,56]. Kaptopril, inny inhibitor ACE przenikający przez BBB, również opóźniał rozwój objawów neurodegeneracyjnych u starszych myszy Tg2576 poprzez zmniejszenie aktywności ACE w hipokampie i związanej z tym produkcji ROS [57]. Odwrotnie, te same badania cytowane powyżej [55,56] wykazały, że niepenetrujące mózg inhibitory ACE, enalapryl i imidapril, nie wpływają istotnie na deficyty poznawcze wywołane przez A. Badania in vitro wykazały, że ekspresja ACE sprzyja klirensowi A40 i A42, a hamowanie ACE przez leki przeciwnadciśnieniowe może nasilać odkładanie A (tab. 1) [65–67]. W przeciwieństwie do tych obserwacji in vitro, większość ustaleń in vivo nie potwierdza fizjologicznej roli ACE w regulacji poziomów białka A w mózgu. Rzeczywiście, myszy z niedoborem ACE nie wykazywały zmian w stężeniu A [68], a hamowanie ACE przez perindopril i kaptopril nie wydawało się wpływać na akumulację A w mózgu i dystrybucję płytek w mysich modelach AD [55,56,69]. Potencjalny efekt neuroprotekcyjny inhibitorów ACE przechodzących przez BBB obserwowany u myszy można zatem przypisać zmniejszeniu stanu zapalnego i stresu oksydacyjnego [56] wywoływanego przez A, a nie zmianie jego poziomu lub tworzeniu się blaszek miażdżycowych. Z drugiej strony, nowsze badanie na myszach transgenicznych APP wykazało, że hamowanie ACE przez kaptopryl znacznie zwiększyło odkładanie się A, a myszy z niedoborem ACE miały podwyższony stosunek A42/A40 [70]. Stwierdzono, że farmakologiczna aktywacja ACE2 u objawowych myszy Tg2576 obniża poziomy A42 i IL1- w hipokampie i chroni przed pogorszeniem funkcji poznawczych, co sugeruje, że ekspresja ACE2 może wywierać pozytywną funkcję w zaburzeniach poznawczych związanych z A [71]. Ponadto Kehoe i in. wcześniej stwierdzili, że aktywność ACE2 jest zmniejszona w ludzkich mózgach AD [72]. W przeciwieństwie do tego, nowsze badanie wykazało, że ACE2 było podwyższone w mózgu pacjentów z AD [73]. Te kontrowersyjne obserwacje sugerują, że potrzebne są dalsze badania w celu wyjaśnienia korelacji między ekspresją genu ACE2 a jego aktywnością enzymatyczną w osi RAS. Tak więc istnieją kontrowersyjne wyniki dotyczące roli ACE w odkładaniu się ACE w mózgu i dalsze badania wydają się być konieczne w celu zidentyfikowania celów pośredniczących w korzystnych efektach związanych z modulacją ACE.

6.2. Inhibitory ACE u starszych myszy

Korzystne działanie inhibitorów ACE wiąże się również z kruchością i sprawnością fizyczną podczas starzenia, wykraczając poza procesy poznawcze. Niedawne badanie na starszych samcach i samicach myszy typu dzikiego przeprowadzono podłużnie, aby ocenić wpływ enalaprilu na kruchość [74]. Przewlekłe leczenie enalaprilem osłabiało słabość samic myszy w większym stopniu niż u starszych samców myszy, bez wpływu na ciśnienie krwi. Co więcej, leczenie enalaprilem spowodowało obniżenie poziomu cytokin prozapalnych w surowicy, z większymi korzystnymi efektami u samic niż samców w porównaniu ze zwierzętami kontrolnymi [74]. Te specyficzne dla płci i ogólnoustrojowe działanie przeciwzapalne wywierane przez ACEi nie przepuszczające BBB może odgrywać rolę w pozytywnych wynikach ACEi w wyższych funkcjach mózgu. Aby jeszcze bardziej skomplikować sprawę, nie ustalono przepuszczalności mózgu wielu leków RAS, szczególnie w odniesieniu do przewlekłego stosowania lub u starszych pacjentów z wyższą przepuszczalnością BBB [40].

6.3. Blokery receptora angiotensyny

Wykazano, że blokery receptora angiotensyny (ARB), a zwłaszcza antagoniści receptora angiotensyny II typu 1 (AT1R), również pośredniczą w pozytywnym wpływie na funkcje poznawcze w zwierzęcych modelach AD. Istnieją obszerne badania donoszące o tym, że blokery AT1R, takie jak losartan, walsartan, telmisartan i olmesartan, mogą ratować lub łagodzić zaburzenia funkcji poznawczych u myszy AD [59–62,75]. Jednak mechanizm związany z neuroprotekcyjnym działaniem ARB pozostaje niejasny. Istnieją sprzeczne dane, takie jak leki z grupy inhibitorów ACE, czy pozytywny wpływ ARB na funkcje poznawcze jest pośredniczony przez zmianę patologii amyloidu, czy nie. Walsartan wykazał zdolność do obniżania poziomu mózgu A w pierwotnych hodowlach neuronów korowo-hipokampowych [61]. Odwrotnie, losartan nie zmienił ani różnych ilości gatunków A, ani obciążenia płytkami u transgenicznych myszy APP [59,60]. Zamiast tego doniesiono, że losartan znacznie zmniejsza markery stresu oksydacyjnego w korze i hipokampie myszy AD do poziomów typu dzikiego [75]. Zbadano inne podtypy receptora angiotensyny, aby wyjaśnić mechanizmy leżące u podstaw korzyści związanych z antagonizmem AT1R. Blokada receptorów angiotensyny II typu 2 (AT2R) skutkuje zniesieniem neuroprotekcyjnych zdarzeń wywoływanych przez blokery AT1R, co wskazuje, że AT2R mogą potencjalnie przyczyniać się do niektórych korzyści indukowanych przez ARB. Mimo to bezpośrednia aktywacja AT2R nie zdołała uratować objawów związanych z AD i neuropatologii u myszy [75]. Sugeruje to, że AT2R odgrywają rolę w skutkach indukowanych przez ARB, chociaż sam agonizm AT2R może nie być wystarczający jako kandydująca terapia do przywrócenia upośledzenia funkcji poznawczych AD. Funkcja receptora angiotensyny IV (AT4R) okazała się konieczna do utrzymania zdolności losartanu do ratowania uczenia przestrzennego i pamięci u młodych zwierząt APP [35], co dodatkowo sugeruje implikacje różnych kaskad receptorów angiotensyna/angiotensyna. Niedawne badanie na tym samym mysim modelu APP wykazało, że podawanie angiotensyny IV było w stanie przywrócić zaburzenia poznawcze związane z A, wraz z redukcją stresu oksydacyjnego, niezależnie od patologii A [36]. Ta obserwacja była poparta wzrostem proliferacji komórkowej, liczbą komórek noworodków i dendrytyczną arborizacją neuronów hipokampa u myszy AD leczonych angiotensyną IV. Poprawie funkcji poznawczych towarzyszyło również przywrócenie funkcji naczyń mózgowych. Odkrycia te sugerują, że ARB, aw szczególności składniki kaskady angiotensyny IV/AT4R, jako obiecujące cele terapeutyczne w zapobieganiu i leczeniu deficytów neuronalnych i naczyniowych związanych z AD [33, 34].

6.4. Modulacja zapalenia nerwów przez leki RAS

Coraz więcej dowodów z ostatnich lat sugeruje rolę RAS w neurozapaleniu związanym z AD [76,77], proponując leki RASi jako neuroprotekcyjne, a tym samym potencjalne środki terapeutyczne w zaburzeniach mózgu. W ostatniej dekadzie kilka badań na mysim modelu demencji i AD wskazuje na modulację aktywacji komórek glejowych jako jeden z możliwych mechanizmów pośredniczących w pozytywnym wpływie inhibitorów RAS na funkcje poznawcze.

Inhibitory ACE, perindopril i kaptopril, mogą zapobiegać aktywacji mikrogleju i astrocytów w hipokampie i korze mózgowej mysich modeli AD [56,58]. Podobną redukcję aktywacji mikrogleju zaobserwowano również w mysim modelu choroby Parkinsona po przewlekłym leczeniu kaptoprylem [78]. Zaangażowanie RAS w aktywność funkcji glejowej w AD było dalej badane po podaniu ARB. Wykazano, że telmisartan znacząco zmniejsza wytwarzanie mediatorów prozapalnych i ROS przez mysie komórki mikrogleju in vitro [63]. Ponadto w tym samym badaniu zaobserwowano zmniejszenie aktywacji mikrogleju hipokampa/korowego i makrofagów in vivo u myszy 5XFAD. Odkrycia te sugerują, że mikroglej odgrywa ważną rolę w korzystnych skutkach wywoływanych przez RASi w mózgu. Aktywne ośrodkowo blokery/inhibitory RAS mogą zatem stanowić obiecujące leczenie oprócz standardowych terapii AD, takich jak inhibitory cholinesterazy. Na poparcie tego poglądu stwierdzono, że hamowanie RAS łagodzi zaburzenia poznawcze poprzez zmniejszenie zapalenia układu nerwowego związanego z mikroglejem również w innych zwierzęcych modelach zaburzeń mózgu, takich jak toczeń neuropsychiatryczny i depresja [79–81].

korzyść z cistanche deserticola: działanie przeciwzapalne

7. Nowatorskie leki RAS

Modulacja aminopeptydazy-A (AP-A) i aminopeptydazy-N (AP-N) w mózgu wykazała skuteczne zmiany w układowym BP poprzez iniekcje do komór mózgowych u szczurów [82, 83]. Zaproponowane w tych pracach mechanizmy regulacji ciśnienia tętniczego to albo produkcja AngIII [82], albo jej zwiększony metabolizm [83]. Inne badanie wykazało, że aktywność aminopeptydazy w hipokampie może hydrolizować neuroprotekcyjne peptydy, takie jak enkefalina, pokazując, że leczenie bestatyną ma działanie neuroprotekcyjne przeciwko śmierci neuronów CA1 wywołanej deprywacją tlenu i glukozy [84]. Oprócz aktywności w mózgu RAS, AP-A był ostatnio zaangażowany w agregację amyloidu poprzez N-końcowe skrócenie A. W tym badaniu, hamowanie AP-A za pomocą RB150 (opisane poniżej) przywróciło gęstość kolców dendrytycznych grzybów i zmniejszyło niedojrzałe kolce podobne do filopodiów w plasterkach organotypowych hipokampa. Ponadto praca wykazała zwiększoną aktywność AP-A we wczesnych przypadkach AD [85]. Jak omówiono wcześniej w tym przeglądzie, wykazano, że środowiskowe czynniki ryzyka AD, takie jak metabolity cholesterolu, zmieniają ekspresję AP-A i AP-N i korelują ze zmniejszoną pamięcią przestrzenną u myszy [24]. Tak więc AP-A i AP-N stanowią cele farmakologiczne o udowodnionej skuteczności w regulacji ciśnienia krwi. Jednak wpływ ich modulacji na funkcje poznawcze i jako strategię zapobiegania AD dopiero zaczął być charakteryzowany. Aby zmienić ekspresję AP-A i AP-N w mózgu, opracowywane są różne leki, a my omówimy nową klasę małych cząsteczek, które są w stanie przejść przez BBB, oraz wektory nanocząsteczkowe, które mogą również przezwyciężyć problemy barierowe dostarczanie mózgu.

7.1. Małe cząsteczki do modulacji APA i APN.

EC33 i jego prolek RB150/Firibastat EC33 ((S)-3-amino-4-kwas merkapto-butylosulfonowy) to podawany doustnie inhibitor AP-A, który nie może przejść przez BBB [86]. Niemniej jednak, po wstrzyknięciu śródmózgowym do komór (do 100 mikrogramów), EC33 hamował aktywność AP-A mózgu w zakresie od 12 do 50 mikrogramów u przytomnych myszy [87] i, w innym badaniu, hamował wytwarzanie AngIII, jak zaobserwowano. przez radioznakowanie [3H]Ang III [88]. Ponieważ EC33 nie może dostać się do mózgu, opracowano prolek RB150, znany również jako firibastat. Firibastat może przekroczyć BBB po podaniu doustnym i nie zmienia BP u szczurów z prawidłowym ciśnieniem. Ten prolek może przejść przez BBB i dostać się do mózgu, gdzie rozszczepienie jego centralnego mostka dwusiarczkowego przez reduktazy mózgowe uwalnia dwie cząsteczki EC33. U szczurów wykazywał działanie obniżające ciśnienie krwi od 2 do 15 godzin po podaniu [89]. Jak wspomniano wcześniej w tej pracy, udowodnione działanie firibastatu na neurodegenerację opiera się na hamowaniu aktywności aminopeptydazy nad A , co zmniejsza liczebność toksycznych gatunków A i jego wpływ na fizjologię neuronów [85].

Wspomnieliśmy również, że zwężenie naczyń krwionośnych i zmniejszenie przepływu glimfatycznego mogą promować agregację białek w mózgu; dlatego firibastat, poprzez aktywność EC33 w mózgu, może potencjalnie poprawić te czynniki ryzyka, które bezpośrednio wpływają na funkcje poznawcze poprzez obniżenie aktywności AP-A i poziomów AngIII. Firibastat osiągnął fazę badań klinicznych IIb o nazwie NEW-HOPE (NCT03198793), w której wykazał bezpieczeństwo i skuteczność działania obniżającego ciśnienie krwi w populacjach wysokiego ryzyka [90].

7.2. NI929 i NI956/QGC006

EC33 został po raz pierwszy zaprojektowany jako ogólnoustrojowy inhibitor AP-A i wykazał, że wiązanie AP-A było wystarczające do zmniejszenia jego aktywności [86]. Niepeptydowy NI929 (kwas [3S,4S]-3-amino- 4-merkapto-6-fenylo-heksan-1-sulfonowy) jest małą cząsteczką o silnej aktywności jako AP-A inhibitor, 10 razy silniejszy niż EC33 in vitro (Ki=30 nmol) i zdolny do przenikania przez BBB do mózgu [91]. Gdy NI929 jest zdimeryzowany przez mostek dwusiarczkowy, tworzy dimer o nazwie NI956, którego główną zaletą jest zdolność do przekraczania BBB przy podawaniu doustnym. Co więcej, NI956 skutecznie obniżyłby aktywność AP-A bez zmiany stężenia sodu i potasu w osoczu przy 10-krotności dawki ułamkowej w stosunku do wymaganej dla RB150. Niestety, ten lek był testowany tylko na zwierzętach i nie zgłoszono żadnych badań klinicznych.

7.3. Wieloetapowe wektory dostawcze (MDV) i nanocząstki do terapii RASi

Rozwój MDV jest zgodny z potrzebą systemu dostarczania, który może aktywnie wykorzystywać transportery w BBB, takie jak transferyna [92,93]. Wynika to również z potrzeby ukierunkowania na konkretny cel lub grupę celów obecnych w komórkach, które mogą być również stosowane jako celowanie specyficzne dla komórki [94]. MDV zostały początkowo opracowane do leczenia niektórych typów guzów, które zawierają komórki macierzyste raka w swoim rdzeniu i wytwarzają rozległe warstwy tkanki łącznej i naczyniowej [92]. W tych nowotworach MDV mają początkową powłokę, która umożliwia wektorowi wejście do pierwszej warstwy (warstw) tkanki, która uwalnia wektor pokryty ligandem zapewniającym swoistość docelową. Po związaniu ligand-receptor wektor jest internalizowany do komórek i uwalnia lek, który wywiera działanie terapeutyczne. Jednak wizualizacja warstwy guza jako BBB dała początek pomysłowi zastosowania wieloetapowej powłoki do dostarczania bezpośrednio do mózgu [95,96].

MDV nie wydają się już nowym pomysłem, jednak ostatnie odkrycia dotyczące sygnalizacji lizosomalnej otwierają drogę do nowatorskich zastosowań, które mogą skorzystać na dostarczaniu MDV. W niektórych typach raka sygnalizacja bólu jest przekazywana przez receptory sprzężone z receptorem G (GPCR), które po aktywacji są internalizowane do pęcherzyków w komórkach nerwowych [97]. Zwykle ten mechanizm prowadzi do zmniejszenia sygnalizacji bólu z powodu niedostępności GPCRs do wiązania ich ligandów, jednak w przypadku raka zinternalizowane GPCR mogą kontynuować sygnalizację z wnętrza zinternalizowanych lizosomów, co przekłada się na przewlekły ból, który nie odpowiada do leczenia opioidami [98]. Aby rozwiązać ten problem, Jimenez-Vargas i współpracownicy zaprojektowali system nanocząstek, który wykorzystuje kwaśne pH obecne w lizosomach, w których GPCR są internalizowane. Te nanocząstki mają ligand, który inaktywuje sygnalizację białka G poniżej GPCR i jest uwalniany tylko w lizosomowych warunkach kwasowych, unikając niespecyficznego wiązania związanego z inhibitorami GPCR i zmniejszając skuteczną dawkę o rzędy wielkości [99].

Sygnalizacja angiotensyny zależy, przynajmniej częściowo, od GPCR, które rekrutują arestyny ​​do internalizacji receptorów angiotensyny jako sposób odczulania [1,100]. Kompleksy receptor angiotensyna-arrestyna są skierowane w stronę endosomu, aby pomóc w recyklingu lub degradacji receptorów [101]. Niemniej jednak, alternatywne sygnalizowanie i rusztowanie mogą wystąpić po utworzeniu kompleksów zatrzymujących ATR, ponieważ arestyny ​​mogą rekrutować kilka cząsteczek sygnalizacyjnych do receptorów już zadokowanych w endosomach [100]. Stanowi to możliwą drogę sygnalizacyjną dla mózgu RAS, która utrzymuje się nawet po braku peptydów angiotensyny, potencjalnie utrudniając terapie RASi. W ten sposób możliwe byłoby kierowanie blokerami receptora angiotensyny, które będą wiązać się tylko w kwaśnych warunkach endosomalnych, co pozwoli regulować sygnalizację ciśnienia krwi niezależnie od ilości izoform angiotensyny obecnych w mózgu. Oznaczałoby to zmiany w endosomalnym recyklingu ATR, ponieważ blokowanie ich w endosomach może zwiększyć ich degradację przez mechanizmy proteasomu lub autofagii. Ponadto, ponieważ blokery ATR mogą być małymi cząsteczkami, nadają się do wiązania z MDV i potencjalnie do podawania ogólnoustrojowego [101,102]. Proponujemy, że ogólny efekt blokowania sygnalizacji angiotensyny w mózgu może zapobiegać aktywacji komórek glejowych (ze względu na ekspresję tylko AT1R) i ewentualnie zwężeniu naczyń, poprawiając przepływ krwi i dostępność glukozy dla funkcji neuronów. Terapie typu proof of concept w modelach zwierzęcych wykazały, że możliwe jest wiązanie inhibitorów RAS z nanocząsteczkami polimerowymi z efektem obniżania BP [103]. Ponadto nanocząstki lipidowe zawierające siRNA dla angiotensynogenu wykazały działanie obniżające ciśnienie krwi u szczurów [104], chociaż terapia ta jest zlokalizowana przed szlakiem sygnalizacyjnym, podczas gdy proponujemy regulację sygnalizacji po aktywacji ATR, zapewniając bardziej specyficzną terapię które na przykład hamują sygnalizację RAS w astrocytach, ale nie w komórkach naczyniowych bez zmiany globalnych poziomów Ang.

skutki cistanche deserticola

8. Perspektywy na przyszłość

Na podstawie wspomnianych tu badań można zidentyfikować kilka dróg do badań nad RAS mózgu. Wspomnieliśmy o zastosowaniu nanocząstek do hamowania sygnalizacji RAS po aktywacji ATR, jednak mechanizmy związane z sygnalizacją lizosomalną i rusztowaniem w mózgu RAS pozostają w dużej mierze niezbadane. Na przykład aktywacja AT1R prowadzi do sygnalizacji drugiego przekaźnika, która stymuluje proteazy błonowe, takie jak ADAM, które z kolei mogą aktywować inne receptory kinazy tyrozynowej [105]. Według naszej wiedzy nie jest jasne, czy zjawisko to występuje w astrocytach czy komórkach naczyniowych mózgu.

24-S-hydroksycholesterol (24-OH) i 27-OH to metabolity cholesterolu, które mogą aktywować RAS w komórkach neuronalnych in vitro [24,106]. Co więcej, te oksysterole mają wyraźny wpływ modulujący na funkcję synaptyczną, z aktywacją CYP46A1 jako neuroprotekcyjną [107-111] i wysokim poziomem 27-OH jako szkodliwym [24,112-114]. Jeśli chodzi o modele zwierzęce AD, jest bardzo niewiele przykładów łączących czynniki ryzyka, takie jak hipercholesterolemia, ze znanymi zmianami genetycznymi prowadzącymi do amyloidozy. Myszy CYP27Tg same nie mają neurodegeneracji, jednak nie wiadomo, w jaki sposób te fenotypy mogłyby współdziałać z modelami genetycznymi, które nadprodukują beta amyloidu w celu promowania śmierci neuronów. Przeciwnie, aktywację CYP46A1 badano jako cel farmakologiczny dla choroby Alzheimera i choroby Huntingtona [107,109,110], ale mechanizmy zapewniające neuroprotekcję nie są jeszcze dobrze poznane. CYP46Tg, mysi model z nadekspresją CYP46A1 z wysokimi poziomami 24-OH [115], nie był badany w kontekście neurodegeneracji AD, gdzie mógłby promować neuroprotekcję i utrzymywać funkcje poznawcze podczas starzenia, jak sugerują badania behawioralne CYP46Tg sam [107].

Ostatnie odkrycia dotyczące okołodobowej modulacji systemu oczyszczania mózgu otwierają drogę do badań nad nowymi terapiami proteinopatii. W podejściach terapeutycznych do leczenia amyloidozy nigdy nie brano pod uwagę, że wyższy wskaźnik klirensu ma miejsce w mózgu podczas snu [116], co natychmiast sugeruje, że można znaleźć pewien związek między terapią melatoniną a terapią RASi u pacjentów. U szczurów melatonina wykazywała modulację insulinoregulowanej aminopeptydazy (IRAP) w szyszynce [117], a wcześniej sugerowano, że hamowanie IRAP może wzmacniać funkcje poznawcze [118]. Jednak związek między tymi cząsteczkami pozostaje do zbadania u ludzi.

Wreszcie istnieją mocne dowody na to, że AD może być wieloczynnikowa [119-122], co podkreśla znaczenie stratyfikacji kohortowej dla interwencji badawczych w neurodegeneracji. Stratyfikacja wiekowa poprawia analizę kohort w celu oszacowania ryzyka genotypu APOE [123]. Ponadto badano prawidłowe profilowanie biomarkerów zapalnych specyficzne dla pacjenta jako strategię poprawy diagnostyki i rokowania w AD i chorobie Parkinsona [124]. Dlatego badania dotyczące stosowania terapii RASi u ludzi należy wzmocnić odpowiednią i odpowiednią stratyfikacji pacjentów, aby znaleźć jaśniejsze powiązania między funkcją RAS mózgu a funkcjami poznawczymi. To z pewnością doprowadzi do odkrycia lepszych celów poprawy funkcji poznawczych poprzez modulację RAS mózgu i zwiększenia alternatyw w leczeniu AD i innych chorób neurodegeneracyjnych.