Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,578

BIOMARKERS OF DESTRUCTIVE PROCESSES IN SERUM OF SCHIZOPHRENIC PATIENTS

Boiko A.S. 1 Ivanova S.A. 1 Ivanova S.A. 2 Semke A.V. 1 Bokhan N.A. 1 Bokhan N.A. 3
1 Mental Health Research Institute
2 National Research Tomsk Polytechnic University
3 Siberian State Medical University
1357 KB
The aim is the investigation of biological markers in the serum of patients with schizophrenia. The study involved 155 schizophrenic patients receiving treatment in a psychiatric hospital and 50 healthy people matched for sex and age. It was determined the spectrum of molecules medium mass, as an indicator of endogenous toxicity, concentration of antibodies to native and denatured DNA, cortisol, dehydroepiandrosterone sulfate (DHEA-S) and glutamate in blood serum. We found an increase in the concentrations of all biomarkers in the serum of schizophrenic patients compared with healthy persons. This indicates a pronounced imbalance in homeostatic processes and the development of destructive processes in schizophrenia. Increasing the concentration of neurosteroid DHEA-S is probably a protective compensatory reaction to increased levels of cortisol. Detection of the complex neurohormonal biomarkers can contribute to the understanding of the metabolic abnormalities associated with the pathogenesis of the disease and allow the use of the identified features for a personalized approach to therapy.
schizophrenia
biological markers
destructive processes
oxidative stress
excitotoxicity
endogenous intoxication

Шизофрения – это заболевание неустановленной этиологии и патогенеза, протекающее с полиморфной симптоматикой и приводящее к особому дефекту личности [5]. В основе распространенной нейрохимической концепции патогенеза шизофрении лежит нарушение обмена в дофаминергической и глутаматергической системах. Специфических тестов (биомаркеров) для диагностики шизофрении в настоящее время не существует [1].

При шизофрении наблюдается активация деструктивных процессов, что может проявиться в изменении внутренних механизмов гомеостаза и в свою очередь отрицательно отражается на состоянии организма. Деструктивные процессы, лежащие в основе неспецифического синдрома эндогенной интоксикации, как правило, связаны с активацией окислительного стресса и сопровождаются нарушениями структуры и функции мембран и в целом рассматриваются как реакции «метаболического полома» [6, 10]. Изучение изменения количества и спектра фракций МСМ в сыворотке крови пациентов с психическими и неврологическими расстройствами позволяет расширить представление о роли и функции эндогенной интоксикации в патогенезе этих состояний и показать их клиническое и диагностическое значение [2].

При ряде заболеваний выявляются антиядерные антитела к ДНК. Патогенетическое и клиническое значение этих антител (АТ) изучено недостаточно [3]. Антинуклеарные антитела – гетерогенная группа аутоантител к нуклеопротеидам, гистонам и негистоновым белкам клеточного ядра. Уровни антинуклеарных антител различаются в зависимости от индивидуальной иммунореактивности и характера заболевания. Необходимо учитывать то, что аутоиммунный ответ может отличаться на нативную ДНК (dsDNA) и денатурированную (ssDNA).

Особое внимание в биологических исследованиях психических расстройств уделяют гормонам гипоталямо-гипофизано-надпочечниковой оси и, в частности, кортизолу. Повышенную концентрацию эндогенного и экзогенного кортизола в организме человека связывают с повышенным риском развития психозов [9]. Нейростероиды дегидроэпиандростерон и его сульфат (ДГЭА-С) воздействуют на возбудимость нейронов и пластичность, обладают нейропротекторными свойствами и могут быть вовлечены в патофизиологические процессы при шизофрении.

Глутамат, являясь возбуждающей аминокислотой пирамидного тракта и интернейронов, в определенных условиях может становиться эксайтотоксином. Эксайтотоксичность – цитотоксичность, свойственная возбуждающим нейротрансмиттерам. В настоящее время считается, что в механизмах гибели нейронов при ряде психических и нейродегенеративных заболеваниях принимают участие процессы эксайтотоксичности.

Целью работы является выявление и исследование биологических маркеров деструктивных процессов в сыворотке крови у больных шизофренией.

Материалы и методы исследования

Было проведено комплексное клинико-биологическое обследование 155 больных шизофренией (диагноз F20 согласно МКБ-10), проходивших курс лечения в психиатрическом стационаре. Включение пациентов в исследование проводилось с учетом этических норм и в соответствии с требованиям Хельсинской декларации Всемирной медицинской ассоциации об этических принципах проведения медицинских исследований с участием людей в качестве субъектов (2000 г.). Группу сравнения для биохимических исследований составили 50 психически и соматически практически здоровых лиц, соответствующих по полу и возрасту обследуемым пациентам.

В качестве исследуемого материала для биохимических исследований использовалась сыворотка крови, получаемая по стандартной методике отделением эритроцитов центрифугированием. Оценку параметров эндогенной интоксикации у обследуемых лиц проводили по спектру молекул средней массы с помощью скрининг-метода в нашей модификации [2]. Данный метод позволяет выделить три фракции МСМ, регистрируемые при различных длинах волн: при 230 нм – нуклеарная фракция (белки-гистоны, продукты разрушения ДНК); при 254 нм – токсическая фракция (гидрофобные токсины, продукты неполного распада белков); при 280 нм – ароматическая фракция (ароматические аминокислоты). Результаты представлены в условных единицах (экстинкции) с вычислением нескольких коэффициентов: коэффициент ароматичности (КА = Е230/Е280), коэффициент распределения (КР = Е280/Е254) и пептидарно-нуклеарный коэффициент (ПНК = Е230/Е254).

Для количественного определения иммуноглобулина G к dsДНК и ssДНК использовали наборы реагентов для иммуноферментного анализа «Векто-dsДНК-IgG» и «Векто-ssДНК-IgG» (ЗАО «Вектор-Бест», Россия). Концентрацию кортизола и ДГЭА-С определяли с использованием ИФА-наборы реагентов СтероидИФА-кортизол-01 и СтероидИФА-ДГЭА-сульфат («АлкорБио», Россия) соответственно. Уровень глутамата определяли спектрофотометрическим методом с использованием набора Glutamate Assay Kitt (BioVision, США).

Статистическая обработка результатов проводилась с помощью программы SPSS 20.0, для Windows. Выборки проверялись на нормальность распределения по критерию Шапиро-Уилка. Достоверность различий определялась по t-критерию Стьюдента при нормальном распределении для независимых выборок с вычислением среднего и ошибки среднего. Для независимых выборок при распределении, отличающемся от нормального, достоверность различий определяли по U-критерию Манна-Уитни с вычислением медианы и квартилей. Различия считали достоверными при степени значимости р < 0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

У больных шизофренией на фоне выраженной клинической симптоматики было обнаружено достоверное увеличение токсической фракции и снижение коэффициента распределения (Е254 = 0,321 ± ± 0,048 усл.ед., p = 0,005; КР = 0,909 ± ± 0,013, p < 0,001) по сравнению с группой контроля (Е254 = 0,287 ± 0,015 усл.ед., КР = 1,235 ± 0,103) (рис. 1, 2).

Выявлено достоверное повышение содержания нуклеарной фракции, коэффициента ароматичности, как и самой ароматичекской фракции. Изменение спектра средних молекул в сторону нуклеарной фракции связано с увеличением в крови остатков нуклеиновых кислот, что может быть следствием усиления апоптоза клеток крови при шизофрении.

Физиологические значения концентрации антител к ДНК здоровых лиц не превышают 25 МЕ/мл, значения больных были разделены на два диапазона: до 25 МЕ/мл и выше. В группе больных шизофренией наблюдается повышенное содержание АТ к денатурированной ДНК (30,278 ± 3,457 МЕ/мл) по сравнению с физиологической нормой (< 25 МЕ/мл). Уровень АТ к нативной ДНК практически не отличается от значений здоровых лиц (27,622 ± 3,788 МЕ/мл). У 28 % больных наблюдается повышенный уровень АТ к dsDNA, у 72 % их содержание в пределах физиологической нормы. АТ к ssDNA повышены у 40 % пациентов (рис. 3).

boik1.wmf

Рис. 1. Спектр молекул средней массы у больных шизофренией и здоровых лиц (М ± m). Примечание: Е280 – коэффициент экстинции при длине волне 280 нм – ароматическая фракция; Е254 – коэффициент экстинции при длине волне 254 нм – токсическая фракция; Е230 – коэффициент экстинции при длине волне 230 нм – нуклеарная фракция.* – р = 0,029, ** – р = 0,005, *** – р = 0,02 – уровень статистически значимых различий при сравнении показателей пациентов и контрольной группы

boik2.wmf

Рис. 2. Спектр молекул средней массы в пересчёте на коэффициенты у больных шизофренией и здоровых лиц (М ± m). Примечание: КА – коэффициент ароматичности; КР – коэффициент распределения; ПНК – пептидарно-нуклеарный коэффициент. * – р = 0,01, ** – р < 0,0001 – уровень статистически значимых различий при сравнении показателей пациентов и контрольной группы

boik3.wmf

Рис. 3. Распределение пациентов ( %) в зависимости от уровня антиядерных антител к денатурированной и нативной ДНК относительно физиологической нормы (25 МЕ/l)

boik4.tif

Рис. 4. Концентрация ДГЭА-С (мкг/мл) в сыворотке крови больных шизофренией и здоровых лиц (Me [Q1;Q3]). Примечание: р = 0,015 – уровень статистической значимости различий при сравнении показателей пациентов и контрольной группы

В результате проведенного иммуноферментного анализа было выявлено достоверное (р = 0,048) повышение уровня кортизола в сыворотке крови больных шизофренией (610,27 ± 15,58 нмоль/л) по сравнению с группой контроля (540,73 ± 22,94 нмоль/л). Аналогичная ситуация наблюдается относительно концентрации ДГЭА-С в сыворотке крови (рис.4). Было обнаружено достоверное (р = 0,015) повышение содержания нейростероида у пациентов (3,426 [1,749; 5,788] мкг/мл), сравнивая со значением здоровых лиц (2,199 [1,619; 3,273] мкг/мл).

В результате спектрофотометрического исследования было обнаружено статистически значимое повышение уровня глутамата у больных шизофрений (21,106 ± 0,428 нмоль/мкл) относительно содержания этой аминокислоты у лиц контрольной группы (10,566 ± 0,507) (рис. 5).

boik5.wmf

Рис. 5. Концентрация глутумата (нмоль/мкл) в сыворотке крови у больных шизофренией и здоровых лиц (М ± m). Примечание: * – р < 0,0001 – уровень статистической значимости различий при сравнении показателей между собой

Увеличение содержания МСМ у пациентов находится в соответствии с изменением уровня антител к ДНК. Повышение уровня МСМ и содержания АТ к ДНК у больных шизофренией, вероятно, обусловлено усилением их образования в тканях и патологией их элиминации из организма.

Высокий уровень кортизола у больных шизофренией свидетельствует об активации гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси, как одного из регуляторов стресс-системы организма. Гиперсекреция кортизола вызывает сдвиг метаболизма в сторону катаболических процессов, т.е. процессы распада и высвобождения энергии начинают преобладать над анаболическими. В тоже время, выявлено повышение концентрации ДГЭА-С, что вероятно является компенсаторной реакцией организма. Повышение концентрации кортизола усугубляет нарушения дофаминергической системы, наблюдаемые при шизофрении, особенно на фоне длительной антипсихотической терапии. Применение психотропных соединений прямо или опосредованно приводит к изменению концентрации гормонов в организме пациентов и основных видов обмена веществ и, как следствие этого, к сдвигу в деятельности ключевых энзиматических систем.

Нарушение глутаматергической трансмиссии считается ключевым компонентом патогенеза шизофрении [8, 7]. Согласно теории экстайтотоксичности, происходит избыточный выброс в постсинаптическую щель возбуждающих нейромедиаторов, что приводит к гиперактивации постсинаптических глутаматных рецепторов и, как следствие, к нарушению проницаемости ионных каналов. Избыточное накопление внутриклеточного кальция запускает каскад реакций с активацией протеолитических ферментов и разрушением клеточных структур, ведет к увеличению синтеза оксида азота, возрастанию ПОЛ с последующим развитием окислительного стресса, нарушением синтеза нейротрофических факторов и к апоптозу [4].

Заключение

Выявление комплекса биомаркеров, которые связаны с развитием деструктивных процессов или недостаточностью функционирования нейропротективных систем (нейростероидов и нейротрофинов) может внести вклад в понимание метаболических нарушений, связанных с патогенезом заболевания и позволит использовать выявленные особенности для коррекции лечения и подбора соответствующей терапии с точки зрения персонализированного подхода к пациентам.

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 14-15-00480 «Поиск ключевых биомаркеров патогенеза социально значимых эндогенных психических расстройств».