SPHINGOLIN® за здравето на мозъка - свойства и приложение на пероралния миелинов базичен протеин

Предистория. Структура на миелиновите обвивки и на миелиновия базичен протеин.

Миелиновата обвивка е важен компонент на централната и периферната мозъчна тъкан, покриваща подобно на кабелна обвивка дългите окончания (аксони) на нервните клетки и допринасяща за характерния цвят на бялото мозъчно вещество. Наличието ѝ е забелязано още от брабантския (в съвременната география отговаря на белгийски) анатом и лекар Андреас Везалий през 16. век. Миелиновите фибри са доказано наблюдавани от създателя на микроскопа – нидерландския учен и търговец Антони ван Льовенхук, през 1717 г., но спираловидната им структура, както и самото наименование миелин са свързани с публикациите през 1854 г. от германския лекар Рудолф Вирхоф.

Миелиновите мембрани произхождат от Швановите клетки в периферната нервна система и от олигодендроцитите – в ЦНС. На определени интервали по дължината на невроналните аксони, миелиновият слой е изтънен в точки, известни като прищъпвания/възли на Ранвие. Всеки аксон принадлежи на една нервна клетка и има отделна миелинова обвивка. Една шванова, съответно олигодендроцитна клетка, може да участва в миелинизацията на 30 до 60 аксона.

С развитието на биологичните науки постепенно се изясняват биохимията на миелина и неговите функции. Миелинът (от гр. myelos – костен мозък) е изграден от силно разрастнала се клетъчна мембрана, спираловидно увита около аксоните на нервните клетки в многобройни слоеве, всеки от които е с дебелина около 7.5 микрона и се състои от два липидни и два протеинови мономолекулни слоя (1). Единият от тези слоеве е липопротеинов (PLP – proteolipid protein), а другият е изцяло протеинов с базични (основни) свойства, поради което се означава като миелинов базичен протеин (myelin basic protein) или MBP. Структурата на последния е установена през 1971 г. в САЩ (2). В най-разпространената си форма, MBP е изграден от 170 аминокиселинни остатъка и молекулата му тежи 18.5 kDa.

Функция на миелиновата обвивка

Миелинът играе важна роля като ускорител на предаването на нервните импулси по хода на дългите израстъци – аксоните, на нервните клетки. При възбуждане на съответния неврон, в началния сегмент на аксона се заражда аксонен потенциал, който представлява електрически ток, образуван от потенциалната разлика в концентрацията на натриевите йони между външната и вътрешната страна на аксоналните мембрани – натрият е в многократно по-високи концентрации отвън (положителен + заряд), отколкото е отвътре (отрицателен – заряд). Когато под действието на невромедиатор или друг стимул в аксоналната мембрана се отворят йонните канали, натриевите йони нахлуват във вътрешността на аксона, зарядите се променят рязко (локална деполяризация на мембраната) и по дължината на аксона протича нервен импулс – подобно на металните проводници, по които протича електричество. Скоростта, с която протича този нервен импулс, определя бързината на съответния рефлекс (при невромускулните синапси) или  на предаването на информация (между два неврона), и е толкова по-голяма, колкото е по-дебела миелиновата обвивка. Миелинът намалява капацитета на тези импулси, но между прищъпванията на Ранвие се наблюдава „прескачане“ на импулса по хода на аксона  – т.нар. салтаторна проводимост. Този механизъм позволява бързото предаване на импулсите при максимална протекция на самия аксон, и поради него миелинизираните аксони провеждат нервните импулси много по-бързо от немиелинизираните. Нормалната скорост на сензорните и моторните сигнали в периферините нерви е от порядъка на 50-60 m/s (1).

Нарушения в структурата и функцията на миелиновите обвивки. 

От казаното дотук става ясно, че всяко увреждане на миелиновите обвивки води до забавяне или дори до пълно предотвратяване на импулсната сигнализация между невроните и мускулните клетки, както и между две нервни клетки, които са свързани с аксони. Уврежданията на миелина се означават като миелинопатии или демиелинизационни нарушения. Според своите причини, тези заболявания се делят на няколко вида – токсични (увреждания от химикали), инфекциозни (от неврологични вирусни инфекции – остър дисеминиращ енцефаломиелит), автоимунни (като множествената склероза), исхемични (поради нарушения в кръвоснабдяването на мозъка), генетични (левкодистрофии, болест на Пелицеус-Мерцбахер) и др. Най-висока чесота сред тези нарушения има множествената склероза (МС). Други демиелинизационни нарушения в ЦНС са оптичният неврит (може да бъде усложнение на МС), адренолевкодистрофията, невромиелитис оптика, а от периферните може да се откроят хроничната възпалителна демиелинизираща полиневропатия и синдромът на Гилен-Баре.

Демиелинизацията предизвиква следните симптоми, чиято сила напредва пропорционално на процеса: отслабване до загуба на зрението, мускулна слабост и скованост, спазми на скелетната мускулатура, нарушения в контрола върху тазовите резервоари, нарушения в сетивността. Могат да се появят хронична невралгична болка, мускулен тремор, нарушения в концентрацията, трудности в придвижването и равновесието, депресия (у 50% от болните с МС) и дизартрия (нарушения в произношението).

Роля на миелиновия базичен протеин

Миелиновият базичен протеин е вторият най-разпространен протеин в миелиновите обвивки на мозъчните неврони. Първата му описана изоформа датира от 1962 г., когато е изолиран от говежди гръбначен мозък (5). Той участва в редица биохимични взаимодействия – с полианионните (отрицателно заредени) протеини като актин, тубулин, Ca(2+)-калмодулин и клатрин, както и негативно заредени липиди, с които образува специфични надмолекулни структури (4). Чрез свързването си с мултифункционалния протеин актин, MBP участва в предаването на извънклетъчни сигнали към цитоскелета на олигодендроцитите и към прищъпванията на Ранвие. Някои от изоформите на MBP се пренасят към ядрата на невроните, където могат да се свързват с полинуклеотиди и така да регулираг генната експресия.

Миелиновият базичен протеин (MBP), както и миелиновия олигодендроцитен гликопротеин (MOG), са главни антигенни мишени (таргети) на антителата, образуващи се в хода на множествената склероза (3). Повишени титри на антителата срещу MBP се наблюдават в серума и гръбначно-мозъчната течност на болните от МС.

В по-ранните проучвания върху МС, MBP се описва като енцефалитогенен и автоимуногенен протеин, изолиран от ликвора на болните от заболяването. Оказва се, че в хода на това автоимунно заболяване този нормален структурен протеин се превръща в антиген-мишена за дисрегулираната и свръхактивна, поради все още не напълно изяснени причини, имунна система.

Диагностична стойност на повишените МВР стойности

Миелиновият базичен протеин е класически лабораторен маркер за демиелинизация. В гръбначномозъчната течност на здрави лица, концентрацията на MBP е до 4 ng/ml. Повишените нива на MBP са характерни за травматичните мозъчни увреждания, множествената склероза и другите демиелинизационни нарушения  При травматичните състояния и отравянията, високите стойности се характеризират с по-тежко протичане и по-висока смъртност, особено през първите две седмици след инцидента. Когато става дума за хронично протичаща демиелинизация, както е при МС, стойностите се движат между 4 и 8 ng/ml в по-ранните стадии, и над 9 ng/ml с напредване на заболяването (5).

Особености на пероралния MBP (SPHINGOLIN®)

Миелиновият базичен протеин, както всеки друг протеин, почти не се усвоява в своята молекулна цялост от 170 аминокиселинни остатъка през стомашната или чревната лигавица, понеже храносмилателните ензими го разграждат до по-малки фрагменти, наречени олигопептиди, изградени от 2-10 или малко повече аминокиселини. Олигопептидите са с достатъчно ниска молекулна маса, за да преминат през кръвно-мозъчната бариера – нещо, което е почти невъзможно за цялата молекула на MBP. Освен това, самият MBP би проявил имуногенни свойства в мозъчната тъкан, ако се намира извън структурата на миелиновите обвивки, докато олигопептидите му лесно се разпознават като градивен материал на MBP в аксоните на невроните и се включват в новоизградения миелинов протеин – така, както например колагеновите пептиди стават част от новия колаген след перорален прием. В резултат, Sphingolin® не засилва автоимунния процес, а позволява постигането на имунна толерантност, докато се регенерира миелиновият протеинов комплекс на аксоните.

Sphingolin проявява невропротективна и имуномодулираща активност в централната и периферната нервна система, като противодейства на симптомите, предизвикани от аксоналната миелинова дегенерация.

Лабораторни данни

Още през 1999 г. е доказано (6), че пероралният прием на миелиновия базичен протеин превъзхожда приема на самия миелин в потискането на експериментално предизвикания рецидивиращ автоимунен енцефалит у плъхове. Орално приетият MBP предизвика имунологична толерантност и липса на имунен отговор, облекчавайки състоянието. Понеже по това време вече е било установено, че пероралният миелин няма достатъчно висока активност срещу симптоматиката на множествената склероза, експериментът е проведен с MBP. За разлика от резултатите след приложението на цялостния миелин, при третирането с MBP се постига потискане на Т-специфичния клетъчен отговор и отделянето на провъзпалителните цитокини интерлевкин-2 (IL-2), IL-5 и интерферон-гама (IFN-γ), което показва, че той предизвиква анергия и делеция като механизми на пероралната толерантност към изолирания антиген (MBP).

Други автори (7) също отбелязват, че пероралният MBP понижава активността на IFN-γ  продуциращите клетки, а повишава експресията на противовъзпалителните интерферони IL-4 и IL-10 и активността на TNF-β, предизвиквайки имунен толеранс и облекчаване на автоимунния експериментален енцефалит.

Според екипа на Monsonego (10), правилният контрол върху автоимунитета е защитен механизъм на нервната система срещу неинфекциозните инсулти, свързани с нарушеното снабдяване с кислород (исхемия) поради травма. Авторите доказват, че в миши модел на остра дегенерация на централната нервна система, петдневният перорален прием на MBP действа като имунизационна мярка срещу аксонално увреждане и увеличава посттравматичното оцеляване на невроните.

Нови данни (9) показват, че в областта на плазмените мембрани MBP се съдържа заедно с адхезионните протеини оклудин и миелиновия протеин „нула“ (myelin protein zero)-подобния протеин 1, транспортерите ZIP6 и SNAT1 и други транспортни протеини в невроналните клетки, поддържащи хомеостазата в невроналните аксони. Установено е, че MBP реагира с протеини, участващи в метаболизма на железните йони (Fe2+) и липидния метаболизъм, и понеже фероптозата (разрушаване на живата материя поради натрупването в нея на железни йони и окислени липиди) е в основата на  автоимунната невродегенерация, ускорената регенерация на MBP може да противодейства на процеса.

Ценна мярка за подобряване на успеха от приема на Sphingolin® e намаляването на консумацията на алкохол до минимум – установено е, че въздържанието от етанол води до ускоряване експресията на миелиновия базичен протеин и на олигодендроцитите в медиалния префронтален кортекс (в сравнение с употребяващите алкохол), който играе важна роля в когнитивните процеси, регулацията на емоциите, мотивацията и социализацията на индивида, а също така интегрира информацията от различни корови и подкорови структури в мозъка (8).  

ЛИТЕРАТУРА

1. Mumenthaler, M., Mattle, H., Taub, E. Fundamentals of Neurology – an Illustrated Guide. Georg Thieme Verlag, 2006.
2. Eylar, E.H. et al. Basic A1 protein of the myelin membrane – the complete amino acid sequence. The Journal of biological chemistry, vol. 246, №18, Issue of September 25, 1971, pp. 5770-5784.
3. Yamamura T., Gran B. (Ed.) Multiple sclerosis immunology – A foundation for current and future treatments. Springer Science + Business Media New York 2013.
4. Boggs JM. Myelin basic protein: a multifunctional protein. Cell Mol Life Sci. 2006 Sep;63(17):1945-61. doi: 10.1007/s00018-006-6094-7. PMID: 16794783.
5. https://www.mountsinai.org/health-library/tests/csf-myelin-basic-protein
6. Benson JM, Stuckman SS, Cox KL, Wardrop RM, Gienapp IE, Cross AH, Trotter JL, Whitacre CC. Oral administration of myelin basic protein is superior to myelin in suppressing established relapsing experimental autoimmune encephalomyelitis. J Immunol. 1999 May 15;162(10):6247-54.
7. Chen Y, Inobe J, Weiner HL. Induction of oral tolerance to myelin basic protein in CD8-depleted mice: both CD4+ and CD8+ cells mediate active suppression. J Immunol. 1995 Jul 15;155(2):910-6.
8. Xu P, Chen A, Li Y, Xing X, Lu H. Medial prefrontal cortex in neurological diseases. Physiol Genomics. 2019 Sep 1;51(9):432-442.
9. Smirnova, E.V.; Rakitina, T.V.; Ziganshin, R.H.; Saratov, G.A.; Arapidi, G.P.; Belogurov, A.A., Jr.; Kudriaeva, A.A. Identification of Myelin Basic Protein Proximity Interactome Using TurboID Labeling Proteomics Cells 2023, 12, 944
10. Monsonego A, Beserman ZP, Kipnis J, Yoles E, Weiner HL, Schwartz M. Beneficial effect of orally administered myelin basic protein in EAE-susceptible Lewis rats in a model of acute CNS degeneration. J Autoimmun. 2003 Sep;21(2):131-8.