Біомаркери епілепсії

Епілепсія – ​хронічне захворювання центральної нервової системи (ЦНС), яке характеризується дисбалансом електричної активності нейронів, що зумовлює різні рецидивні та непередбачувані судоми, а також має стійку схильність до виникнення епілептичних нападів; супроводжується нейробіологічними, когнітивними, психологічними, соціальними наслідками цього стану. Згідно з останнім дослідженням Global Burden of Disease (Глобальний тягар хвороб), епілепсія вважається другим найсерйознішим неврологічним захворюванням у світі. До 1% населення земної кулі страждають на активну епілепсію, що становить ≈50 млн осіб [1, 2]. Щороку в 2,4 млн людей діагностують епілепсію (кожні 13 с – ​новий випадок). У розвинених країнах щороку реєструється від 30 до 50 нових випадків на 100 тис. осіб загального населення. У країнах зі слабкою економікою цей показник є удвічі вищим,  що пов’язано з підвищеним ризиком ендемічних захворювань, пологових травм, відмінностями в медичній інфраструктурі, низькою доступністю профілактичних програм здоров’я [3].

Класифікація епілепсії є комплексною і складається з різних рівнів: від типів нападів до синдромів епілепсії, які включають такі клінічні ознаки, як вік початку захворювання, специфічна етіологія та супутні захворювання. Згідно з останньою класифікацією Міжнародної протиепілептичної ліги (ILAE), вона може належати до генетичної, структурної, інфекційної, метаболічної, імунної або невідомої етіології [4].

 Патофізіологія

Епілептогенез – ​це процес, за якого нормальний мозок зазнає структурних і функціональних змін, що спричиняють підвищену схильність до судомної активності. Точні механізми, котрі визначають патогенез епілепсії, досі залишаються незрозумілими. Численні дані свідчать про те, що причини можуть бути багатофакторними. Істотну роль в епілептогенезі відіграє дисбаланс між збудженням і гальмуванням. Це належить до двох нейротрансмітерів: γ-аміномасляної кислоти (ГАМК) і глутамату. Крім глутаматергічної системи, існують декілька інших гіпотез виникнення цього захворювання: порушення гематоенцефалічного бар’єра, нейродегенерація, окислювальний стрес, нейрозапалення.

За версією ILAE, діагноз епілепсії може бути встановлено за наявності однієї з таких умов:

• щонайменше 2 неспровоковані напади, які виявляються протягом 24 год окремо;
• 1 неспровокований (або рефлекторний) напад, імовірність повторення нападів, схожих на перший; загальний ризик рецидиву після 2 неспровокованих нападів, що відбуваються протягом подальших 10 років.

З 1% населення світу, які страждають на епілепсію, 30% є стійкими до лікарських препаратів. Лікарсько-резистентна епілепсія визначається як невдача адекватних випробувань 2 переносимих, правильно обраних і застосовуваних схем протиепілептичних препаратів (як монотерапія або в комбінації) для досягнення стійкості від нападів. Для цих пацієнтів дослідження з використанням нових протисудомних та протиепілептичних препаратів мають вирішальне значення. Однак на фармацевтичному ринку вже є >30 препаратів, але відсоток хворих із лікарською стійкістю не змінився, тому важливо розробити біомаркери, які можуть передбачити судоми цих пацієнтів [5].

 Біомаркери епілептогенезу

Біомаркери епілептогенезу визначаються як об’єктивно вимірювана характеристика біологічного процесу, що достовірно свідчить про розвиток, наявність, тяжкість, прогресування або локалізацію епілептогенного порушення. Вони класифікуються на діагностичні, прогностичні та інші біомаркери. Діагностичний біомаркер надає інформацію про клінічний статус, наприклад ступінь, локалізацію, тяжкість епілепсії та чутливість за використання специфічних методів лікування. Прогностичні біомаркери дозволяють прогнозувати майбутні клінічні ознаки, як-от прогресування, ремісія чи лікування. Діагностичні маркери корисні для виявлення або підтвердження епілептичного стану, тоді як прогностичні дозволяють прогнозувати тяжкість епілепсії, швидкість прогресування та розвиток супутніх захворювань. Інші біомаркери використовуються для прогнозування виникнення психічних і когнітивних супутніх захворювань або раптової смерті. Ідентифікація дійсних біомаркерів за епілепсії є украй бажаною з метою прогнозування початку епілептичного стану, моніторингу прогресування захворювання та ви­значення фармакорезистентності [6, 7]. Основні цілі для ідентифікації біомаркерів епілепсії – ​індивідуалізувати та оптимізувати лікування.

Отже, концепція розробки таргетних методів лікування епілепсії залежить від розробки біомаркерів, що дозволяють проводити індивідуальне лікування. Одним із важливих питань є профілактика розвитку епілептичних нападів. Щонайменше 15% усіх випадків епілепсії спричинені гострими ушкодженнями мозку, як-от черепно-мозкова травма (ЧМТ), інсульт або нейроінфекція. Значну частку займають генетичні епілепсії із передбачуваним сімейним анамнезом. В обох випадках існує часовий проміжок між появою схильності до епілепсії та розвитком самого захворювання, протягом якого можна застосовувати лікування для запобігання або зміни процесу епілептогенезу.

Були проведені численні дослідження, які мали на меті пошук цих біомаркерів. У таких наукових працях вивчалися різні біохімічні молекули як потенційні, діагностичні та прогностичні біомаркери [8]. Їх можна розподілити на такі групи: генетичні біомаркери, мікроРНК, структурні біомаркери, функціональні, метаболічні, а також біомаркери нейрозапалення та мікросудинних ушкоджень. Дедалі більше даних свідчить про те, що генетичні чинники відіграють істотну роль за багатьох синдромів епілепсії.

 Генетичні біомаркери

Генетичні мутації можуть бути причиною епілепсії, оскільки вони роблять мозок уразливішим для розвитку цього захворювання, особливо після набутої травми головного мозку (ішемічний інсульт або ЧМТ), а також можуть вплинути на реакцію пацієнта під час лікування [9, 10]. Генетичні маркери мають великий потенціал як біомаркери, оскільки молекула ДНК є легкодоступною.

Численні генні дефекти, що лежать в основі різних форм епілепсії, були ідентифіковані, причому більшість цих генів кодують білки.

Їх можна розподілити на такі групи:

1) гени, що беруть участь у ГАМК‑ергічній нейротранс­місії, як-от ГАМК‑гени субодиниць рецепторів GABRB1, GABRB2, GABRB3 та GABRG2, а також ген GAD1;

2) гени, які беруть участь у регуляції збудливості нейронів (SCN1A, PDYN, MTHFR та ASIC1α);

3) гени, котрі кодують прозапальні медіатори (CD40, інтерлейкін 1β, інтерлейкін 1α та рецептор інтерлейкіну 1 білок-антагоніст);

4) однонуклеотидний поліморфізм (SNP) в АТФ‑чутливому KCNJ10;

5) гени, що беруть участь у захисті від окислювального стресу (ALDH2, NFE2L2 та PRNP);

6) поліморфізми генів, пов’язаних із міжклітинними взаємодіями (PCDH7, NRG1, BDNF);

7) гени, пов’язані з пластичністю та збудливістю нейронів (компонент комплементу C3).

У таблиці 1 представлено гени з алельними варіантами, пов’язані з підвищеною сприйнятливістю для розвитку епілепсії.

МікроРНК

МікроРНК – ​ендогенний клас коротких некодувальних молекул РНК завдовжки ≈22 нуклеотидів, що віді­грають важливу роль у посттранскрипційній регуляції генів через зв’язування з матричною РНК (мРНК). Дія мікроРНК дуже різноманітна та є тісно пов’язаною з багатьма процесами, що відбуваються в організмі: підтримання стабільності геному, імунні реакції, диференціювання, проліферація, апоптоз клітин (як у нормі, так і в разі різноманітних патологій). Механізм дії мікроРНК полягає у тому, що вони змушують ген «замовкнути» декількома способами. По-перше, пригнічують експресію генів шляхом взаємодії з мРНК, при цьому мікроРНК приєднуються до мРНК, що спричиняє блокування процесу трансляції (синтез білка) та деградацію мРНК. Другий варіант виключення гена – ​транскрипційний, коли мікроРНК у складі полібілкового комплексу зумовлюють епігінетичні модифікації геному (метилювання ДНК, деацетилювання і метилювання гістонів). Зазвичай зв’язок мікроРНК із мРНК зумовлює її деградацію або пере­шкоджає зчитуванню білок-кодувальної послідовності. Вони наявні в біологічних рідинах та тканинах головного мозку, де пов’язані з білками чи інкапсульовані до внутрішньоклітинних везикул. Циркулювальні мікроРНК можуть активно виділятися з патологічних тканин за деяких захворювань. Існує тісний взаємозв’язок між циркулювальними та тканинними мікроРНК. МікроРНК контролюють експресію генів, мішенню яких є мРНК, а також відіграють ключову роль в епілептогенезі шляхом регуляції збудливості нейронів [11-14].

Циркулювальні мікроРНК за епілепсії у людини

Як основні мікроРНК‑регульовані патогенетичні шляхи епілепсії виокремлюють контроль клітинного циклу, модифікацію іонних каналів, ремоделювання тканин, нейронну пластичність, регуляцію транскрипції та експресії генів, нейрозапалення, апоптоз. Цікава особливість мікроРНК – ​вони можуть секретуватися і надалі виявлятися в деяких біологічних рідинах людини (сльозах, молоці, сироватці, плазмі, слині та сечі) як у фізіологічних умовах, так і при патології. Ця особ­ливість робить мікроРНК перспективною молекулою для діагностики захворювання, прогнозу чи розробки нових терапевтичних засобів. Хоча рівень експресії мік­роРНК у біологічних рідинах є незначним, у разі використання спеціально розроблених комерційних наборів існує можливість їхнього виділення, ампліфікації, ідентифікації за допомогою кількісного методу ПЛР у реальному часі чи секвенування наступного покоління (NGS). Отже, мікроРНК через їхню стабільність та простоту оцінки є неінвазивними біомаркерами [15, 16]. На сьогодні ідентифіковано >100 різних мікроРНК [17]. Наявні докази того, що циркулювальні мікроРНК у біологічних рідинах можуть бути корисними біомаркерами за ушкодження головного мозку. Вважається, що цей пул мік­роРНК виникає унаслідок ушкодження чи порушення гематоенцефалічного бар’єра.

Перше дослідження мікроРНК при епілепсії людини з’явилося в 2010 р.; тоді було виявлено збільшення рівнів мікроРНК‑146a в гіпокампі. Пізніше дослідники повідомили про повногеномний аналіз експресії мік­роРНК, а також отримали докази порушення регуляції шляху біогенезу мікроРНК за епілепсії у людини.

Сучасні наукові дані свідчать про те, що мікроРНК, як-от rno-miR‑9a‑3p та Hsa-miR‑301a‑3p, концентрація котрих змінюється до появи першого епілептичного нападу, є потенційними кандидатами як біомаркерів епілептогенезу, а також мають найкращу діагностичну цінність для резистентної епілепсії.

У таблиці 2 узагальнено нещодавні дослідження з мік­роРНК як діагностичних біомаркерів епілепсії.

 Ферменти та білки

Креатинкіназа (КК)

Біологічними кандидатами (як маркери епілепсії) розглянуто ферменти. Зокрема, рівень КK у крові зазвичай підвищується після генералізованої епілепсії. Однак підвищені рівні КK завжди необхідно інтерпретувати обережно для виключення інших клінічних станів [18, 19]. Підвищені рівні КK мають чутливість 75%, специфічність становить 86%, позитивна прогностична цінність складає 63%, негативна прогностична цінність – ​91%.

Нейроспецифічна енолаза (NSE)

NSE – ​димерний внутрішньоцитоплазматичний гліколітичний фермент, наявний у нейронах і клітинах нейроектодермального походження. Фізіологічно не ­секретується, але вивільняється при таких ­патологічних станах, як ушкодження нейронів, а також виявляється в периферійному кровообігу внаслідок порушення гематоенцефалічного бар’єра. NSE може бути підвищеною після різних ентеральних типів феб­рильних та афебрильних судом [20, 21].

Матриксні металопротеїнази (ММР)

ММР – ​це цинкозалежні ендопептидази, які беруть участь у регуляції складу клітинного матриксу. Вони продукуються нейронами (меншою мірою гліальними клітинами), відіграють вирішальну роль у пренатальному періоді (в ембріогенезі, морфогенезі) та постнатальному розвитку (за ремоделювання тканин). ММР беруть участь у патологічному механізмі нейродегенеративних розладів (хвороба Альцгеймера), в разі ішемії, нейротравми, новоутворень, запалень та епілепсії [22-25]. При патологічних станах стимуляція ММР активується цитокінами імунних клітин. Під час епілептичної активності активація ММР‑9 залежить від входу Ca²⁺ [26]. ММР впливають на проникність ГЕБ і модулювання запальної реакції. Експресія ММР‑2 та ММР‑9 підвищується в головному мозку пацієнтів з епілепсією, а рівні ММП‑9 збільшуються після судом у сироватці.

Білок S‑100B

S‑100B – ​інтегральний структурний білок ЦНС, здебільшого наявний в астроцитах. Він розглядається насамперед як потенційний периферійний біохімічний маркер активації астроглії. Проведені дослідження на тваринах з епілепсією та зразках біопсії головного мозку від хворих на епілепсію показали підвищення рівня білка S‑100B у тканинах головного мозку. В багатьох раніше проведених випробуваннях підвищений рівень білка S‑100B був пов’язаний з різними неврологічними станами, включаючи субарахноїдальний крововилив, цереброваскулярні ішемічні інсульти, травматичні ураження головного мозку, інфекції ЦНС, а також з іншими неврологічними захворюваннями.

Однак лише в небагатьох дослідженнях вивчалися рівні білка S‑100B у сироватці крові за епілепсії (у дорослих). Так, у 1999 р. Штейнхоф і співавт. повідомили, що рівень сироваткового білка S‑100B був значно вищим у спинномозковій рідині пацієнтів зі скроневою епілепсією порівняно з рівнями в контрольній групі. Зазвичай білок S‑100B має короткий період напіввиведення із сироватки (коливається в межах 25-113 хв); це має обмеження щодо його визначення. Проте рівень білка S‑100B у сироватці може бути чутливим біохімічним маркером ушкодження нейронів при епілепсії у дітей. Зрозуміло, що необхідні подальші випробування з більшою популяцією пацієнтів, а також порівняння з іншими причинами ураження ЦНС.

 Молекули запалення

Нейрозапалення – ​характерна риса більшості типів епілепсії. Цей процес характеризується синтезом цитокінів і хемокінів, які вивільняються за ушкодження тканини, з мікроглії, астроцитів, нейронів. Дані клінічних досліджень показали, що нейрозапалення є відмінною рисою епілептичного вогнища при фармакорезистентних епілепсіях. Крім того, нейрозапальні механізми сприяють виникненню нападів. Клінічні та експериментальні дані підтверджують теорію про те, що запальні молекули утворюють основний компонент у розвитку епілептогенезу. Деякі цитокіни (поряд з іншими молекулами запалення) залучаються до процесу після епілептичного нападу. Локальне чи периферійне ураження ЦНС зумовлює вивільнення запальних молекул, а також ініціює певні запальні події. Згодом це може спровокувати окремі напади, що ще більше посилить процес запалення, отже, й епілептогенез.

Інтерлейкін‑1β (IL‑1β)

У ЦНС прозапальний цитокін IL‑1β зазвичай виявляється в низьких кількостях. Однак за певних умов, як-от активний напад чи інфекція, він ­підвищується в головному мозку [27]. В мишей, які отримували IL‑1Ra (антагоніст рецептора IL‑1), спостерігалася схильність до зниження розвитку як судом, так і когнітивних порушень [28]. Коли цитокіни IL‑1 конститутивно експресуються при дуже низьких рівнях у ЦНС людини, вони часто підвищені в головному мозку за певних патологічних станів, наприклад під час активного нападу, гіпоксичного ушкодження та в процесі інфекції [29]. У нещодавніх клінічних дослідженнях повідомлялося про зміни рівня IL‑1β у крові, спинномозковій рідині та тканині мозку. Істотну різницю рівня IL‑1β виявлено в СМР; його вміст був підвищений у хворих із генералізованими тонікоклонічними судомами порівняно з контрольною групою. Підвищення рівня також свідчить про значну позитивну кореляцію із тривалістю і частотою нападів [30]. Повідомлялося про зниження співвідношення IL‑1ra/IL‑1β після нападу, що спричиняє посилення впливу прозапального IL‑1β та може свідчити про прозапальний стан у головному мозку.

Інтерлейкін‑6 (ІL‑6)

IL‑6 – ​основний прозапальний цитокін, що бере участь у гострій фазі імунної відповіді. Напади спричиняють зміни рівнів IL‑6 як у СМР, так і в периферійній крові. Величини цих змін пов’язані з тяжкістю нападів. Рівні IL‑6 значно підвищені після GTCS‑рецидиву (генералізований тонікоклонічний напад, раніше відомий як великий судомний, визначається як напад, що має тонічну фазу, за котрою спостерігаються клонічні м’язові скорочення), тоді як після поодиноких тонікоклонічних або тривалих парціальних нападів рівень IL‑6 підвищений меншою мірою [31, 32]. Це свідчить про позитивну кореляцію між ступенем активації IL‑6 і тяжкістю активності церебральної епілепсії. Метааналіз рівнів IL‑6 у сироватці пацієнтів зі скроневою епілепсією виявив значне його підвищення [33]. Рівень IL‑6 збільшений у хворих на епілепсію, проте неможливо пояснити, чи це є причиною або наслідком хвороби. Дослідження цих випадків показало, що після блокування IL‑6R моноклональним антитілом тоцилізумабом може бути досягнута ремісія епілептичних симптомів. Це свідчить про ефективність тоцилізумабу в лікуванні синаптичних захворювань, що потребує подальшого підтвердження контрольованими дослідженнями [34].

Інтерлейкін‑8 (ІL‑8)

Прозапальний цитокін IL‑8 сприяє зростанню нейронів після травми, стимулює продукцію факторів росту нервів (є як ушкоджувальними, так і репаративними функціями), що беруть участь у патогенезі ЧМТ. Рівень IL‑8 значно підвищений у сироватці крові в пацієнтів із парціальними нападами [35]. Повідомляється, що IL‑8 пов’язаний з тяжкістю нападів (вимірюється за частотою нападів, оцінка VA або NHS3) при скроневій та позаскроневій епілепсії, а також ідіопатичній генералізованій епілепсії [36].

Фактор некрозу пухлини (TNF)

Хоча TNF є відомим прозапальним маркером, існують обмежені повідомлення про його значення в хворих на епілепсію. Істотних відмінностей не виявлено в сироватці хворих із генералізованими судомами [37].

Вільні радикали

Прозапальні цитокіни беруть участь в інгібуванні нейрогенезу шляхом прямої індукції загибелі нейронів реактивною генерацією форм кисню (ROS), що включають токсичні механізми. Завдяки високому рівню метаболізму та низькому рівню захисних антиоксидантів, мозок дуже сприйнятливий до вільнорадикального ушкодження нейронів. Генерація ROS при запаленні може спричинити прогресувальне окисне ушкодження, руйнування клітин і нейропрогресію [38]. Було показано, що прозапальні цитокіни, включаючи IL‑1β, TNF та IFN‑γ, посилюють дію цих вільних радикалів [39]. Отже, механізми нейропрогресії, у т. ч. нейродегенерація та зниження нейрогенезу, відіграють істотну роль і лежать в основі патофізіології епілепсії.

Високочутливий С‑реактивний білок (Hs-CRP)

Hs-CRP – ​корисний біомаркер для виявлення хронічного малопомітного запалення, яке не визначається звичайним методом під час дослідження СРБ. Значення Hs-CRP є значно вищими при генералізованих судомах порівняно з контролем.

C-C motif ligand 2 (CCL2)

Хемокіни, що експресуються в мікроглії, астроцитах та ендотеліальних клітинах, відіграють важливу роль як медіатори, що беруть участь в активації лейкоцитів [40]. CCL2 – ​один з основних запальних хемокінів, який виявляється в пацієнтів із фармакорезистентною епілепсією. Особливий інтерес становлять результати досліджень на тваринах, що демонструють його підвищену експресію на додаток до збільшення частоти нападів як результат індукованого системного запалення. І навпаки, екзогенне введення антиCCL2-антитіл пригнічує LPS‑опосередковане посилення судом у тварин із хронічною епілепсією. Хоча результати досліджень на людях обмежені, ці спостереження можуть свідчити про те, що CCL2 на молекулярному рівні пов’язаний із периферійним запаленням і підвищеною збудливістю нейронів [41].

У таблиці 3 наведено характеристики факторів запалення за епілепсії.

Висновки

Епілепсія належить до аномальної активності мозку, що зумовлює тимчасову втрату контролю над поведінкою та рухами. Цей стан може бути вродженим, спричиненим пухлиною, інсультом або інфекцією головного мозку, що проявляється різними симптомами (залежно від ураженої ділянки мозку). Діагностика епілепсії є складним та ресурсомістким процесом, і часто складно відрізнити її від інших станів. Отже, існує гостра необхідність у розробці досконаліших діагностичних інструментів, особливо для використання на ранніх стадіях після підозри на напад. Генетична неоднорідність, етнічна приналежність та стать мають значний вплив на експресію біомаркера. Крім того, лікарські препарати (протисудомні тощо) або супутні захворювання можуть впливати на профілі біомаркерів. Ще одним важливим джерелом змінності є вік пацієнтів. Так, досі дослідження зосереджувалися на ідентифікації біомаркерів у дорослих. Однак початок епілепсії часто припадає на дитячий вік, що варто брати до уваги.

Одна з важливих умов застосування біомаркерів – ​доступність для лікарів, тобто обов’язковою умовою є використання цільної крові як зразка, а не СМР або тканини мозку. Це дозволить проводити забір біологічного матеріалу в будь-який час, а також скоротить цей процес. Дослідниками виявлено підвищені рівні імунних білків у крові до та після епілептичного нападу, які можуть бути можливими біомаркерами, що дозволять точно діагностувати епілепсію за допомогою простого аналізу крові. Вартість аналізу біомаркерів залежатиме від того, як широко ці біомаркери можуть бути використані в клінічній практиці.

Медична газета «Здоров’я України 21 сторіччя» № 16 (552), 2023 р