Komentarze: 4
Choroba Alzheimera jest spowodowana przyspieszonym zanikiem wielu typów
neuronów z kory mózgowej. Proces ten zaczyna się około 35. roku życia,
ale ze względu na wielką plastyczność mózgu poważniejsze objawy
występują zazwyczaj dopiero gdy znikło już 2/3 – 3/4 neuronów, i mózg
nie mogąc skompensować braków, przekracza próg wydolności poznawczej.
Neurochemiczne przyczyny najczęstszej formy choroby Alzheimera,
formy nie dziedzicznej (sporadycznej), późno występującej, są wciąż
przedmiotem kontrowersji. Uważa się jednak, że pierwotną przyczyną
śmierci komórek nerwowych jest formowanie się nienormalnych agregatów
białkowych, tworzących opisane już przez Aloisa Alzheimera splątki
neurofibrylarne wypełniający neurony oraz płytki starcze, zlokalizowane
na zewnątrz neuronów. Najwcześniej pojawiają się splątki w neuronach
glutamatergicznych kory śródwęchowej, a później w hipokampie i korze
asocjacyjnej, strukturach związanych z pamięcią i percepcją. Dość
wcześnie pojawiają się też we wstępujących włóknach cholinergicznych i
serotoninowych. W późniejszych stadiach splątki i płytki starcze
widzimy we wszystkich neuronach glutamatergicznych, cholinergicznych,
serotoninowych i adrenergicznych i rozpoczyna się wymieranie neuronów w
tych systemach.
Bezpośrednią przyczyną objawów choroby Alzheimera jest
niewydolność przekazywania sygnałów w układzie cholinergicznym
przodomózgowia, następująca w wyniku utrty neuronów używających jako
sygnału chemicznego acetylocholiny. System ten jest odpowiedzialny za
procesy uwagi i przywoływania zmagazynowanych uprzednio śladów
pamięciowych. Chociaż uważa się, że zaburzenia transmisji
cholinergicznej są główną przyczyną deficytów poznawczych, należy
pamiętać, że inne neurony, używające jako sygnału noradrenaliny i
serotoniny, są również silnie uszkadzane, a te uszkodzenia mogą być
odpowiedzialne za tzw. objawy psychotyczne w chorobie Alzheimera, takie
jak urojenia, wrzaski, agresja słowna i fizyczna, zachowania
obsceniczne, walenie pięściami w ściany itp. Równie ważne mogą być
zmiany występujące w neuronach pobudzających, zawierających kwas
glutaminowy. Ich zaburzenia są odpowiedzialne za narastającą apatię i
ogólny spadek aktywności mózgu, widoczny przy zastosowaniu technik
obrazowania, takich jak jądrowy rezonans magnetyczny (NMR) lub
tomografia emisji pozytonów (PET).
Wielu uczonych uważa, że w zabijaniu neuronów ważniejszą rolę
odgrywają zaburzenia białek tau. Białka tau, występujące głównie w
neuronach, uczestniczą w składaniu monomerów tubuliny w mikrotubule,
twory służące jako szlaki transportu wewnątrzneuronalnego. Zdrowe
białka tau pełnią ważną rolę we wzroście aksonów, rozwoju polarności
neuronów, oraz utrzymaniu dynamiki neurotubul. Enzymy odpowiedzialne za
fosforylację i defosforylację białek tau, kinazy i fosfatazy, są
głónymi regulatorami szybkiego transportu aksonalnego. Zaburzenia
równowagi między nimi prowadzą do hiperfosforylacji białka tau, a takie
białko polimeryzuje i staje się głównym składnikiem sparowanych
włókienek helikalnych, z których tworzy się splątek neurofibrylarny,
skutecznie blokujący transport aksonalny. Zablokowanie transportu
wewnątrz neuronu prowadzi do jego śmierci.
Mimo uznania patologicznej roli hiperfosforylowanych białek tau
przeważa jednak pogląd, że głównym sprawcą choroby Alzheimera są płytki
starcze, utworzone z białka zwanego beta-amyloidem (bo barwi się
podobnie jak skrobia).
Beta-amyloid jest utworzony z białka prekursorowego, APP,
występującego we wszystkich komórkach ustroju. Przebija ono błony
komórkowe lub błony siateczki endoplazmatycznej, a w jego części
znajdującej się po zewnętrznej stronie i zakotwiczonej w błonie zawiera
sekwencję aminokwasów stanowiącą beta-amyloid. APP jest cięte przez
enzymy: alfa, beta i gamma sekretazy. Pierwsza do akcji przystępuje
zazwyczaj alfa-sekretaza, która tnie APP ze strony zewnętrznej, tak
blisko błony, że cięcie przypada w obrębie sekwencji tworzącej
beta-amyloid. Powstały w wyniku tego procesu wielki fragment
zewnątrzbłonowy, zwany alfa-APP, jest rozpuszczalny i nie tworzy
żadnych produktów szkodliwych, a wręcz przeciwnie, wydaje się pełnić
istotne funkcje fizjologiczne, takie jak promowanie adhezji komórek,
zwiększanie plastyczności synaptycznej i ochronę neuronów przed
nadmiarem pobudzających aminokwasów.
Pozostały po akcji alfa-sekretazy zaczepiony w błonie fragment
składający się z 83 aminokwasów (C83) ulega dalszemu cięciu przez
gamma-sekretazę, dziwny enzym, katalizujący hydrolizę w środowisku
skrajnie hydrofobowym, jakim jest wnętrze błony. Produkt tego działania
nosi nazwę wewnątrzkomórkowej domeny APP i jest przenoszony do jądra, w
którym pełni funkcję czynnika transkrypcyjnego, regulującego bardzo
ważną dla komórki kaskadę sygnalizacji wapniowej. Gamma-sekretaza jest
enzymem atakującym nie tylko APP, ale i inne białka przebijające błonę,
w tym bardzo ważne dla rozwoju białko Notch.
W mózgu, a także w niektórych innych organach, jak w trzustce,
poza alfa-sekretazą znajduje się jeszcze beta-sekretaza. Działa ona
podobnie jak alfa-sekretaza, ale tnie APP dalej od błony, tak, że
pozostawia nienaruszoną sekwencję beta-amyloidu. Teraz, kiedy od
wnętrza komórki na pozostały fragment, liczący 99 aminokwasów (C99)
rzuci się gamma-sekretaza, odcięty zostaje produkt będący
beta-amyloidem. Gamma-sekretaza nie jest enzymem zbyt precyzyjnym, a
może raczej występuje w kilku izoformach, które mogą ciąć C99 w nieco
różnych miejscach. Najczęściej efektem tego cięcia jest pozostawienie w
błonie odcinka liczącego 40 aminokwasów, ale czasem, jednak rzadziej,
pozostawia odcinek dłuższy, liczący 42 aminokwasy. Oba te fragmenty
zostają uwolnione na zewnątrz komórki i oba mają tendencję do
zmieniania swojej konformacji z rozpuszczalnej alfa-helisy do
nierozpuszczalnej beta-kartki i tworzenia nierozpuszczalnych agregatów
beta-amyloidu. O ile jednak tendencja taka w łańcuchu 40 aminokwasów
jest stosunkowo słaba, łańcuch 42 aminokwasów tworzy złogi względnie
szybko i jest znacznie bardziej toksyczny.
Złogi beta-amyloidu odkładają się przez całe życie, i występują
również w mózgach osób starszych o pełnej sprawności intelektualnej.
Jak się wydaje, do ich tworzenia potrzebne są metale ciężkie, które
ułatwiają przejście do konformacji beta-kartki. Kiedy złogi uformują
się w postaci płytek starczych stają się toksyczne zwłaszcza gdy
utworzone są przez łańcuchy 42 aminokwasów. Chociaż same nie są
ekscytotoksynami zwiększają wrażliwość neuronów na szkodliwe działanie
ekscytotoksyn i obniżenie poziomu cukru, nasilają uszkadzające
działanie rodników wolnotlenowych, indukują procesy programowanej
śmierci komórek (apoptozy), mogą wywoływać skurcz naczyń krwionośnych i
przyciągają komórki reaktywnego mikrogleju, które promują zgubne dla
neuronów procesy zapalne. W wyniku takiej neuroinflammacji dochodzi do
tworzenia się wolnych rodników tlenowych, powodujących w końcu fatalne
uszkodzenia. Beta-amyloid zaburza również prawidłowy metabolizm białek
tau, może więc nasilać tworzenie splątków neurofibrylarnych. Ponadto,
niezależnie od tego, że zabija neurony cholinergiczne, uszkadza
transmisję cholinergiczną na różnych jej etapach. Fragmenty peptydowe
uwalniane ze złogów beta-amyloidu mogą hamować syntezę acetylocholiny i
procesy oszczędzania tego neuroprzekaźnika, a ponadto płytki gromadzą
enzym niszczący acetylocholinę i powodujący obniżenie poziomu
transmisji sygnału cholinergicznego, co pogłębia deficyt wywołany
zmniejszeniem liczby neuronów.