Midkine pret amiloidu: smadzeņu attīstības proteīns pārsteidzoši kavē Aβ montāžu un plāksnes veidošanos

Milzīgajos Alcheimera smadzeņu proteomikas katalogos atkal un atkal parādās viens nenovērtēts spēlētājs: midkine (MDK). Šī proteīna līmenis slimības sākumā ir ievērojami paaugstināts un cieši korelē ar amiloīdu-β (Aβ), taču tā loma patoloģijā jau sen ir palikusi noslēpums. St. Jude komanda un partneri pārgāja "no molekulas uz dzīvnieku modeli" un parādīja, ka MDK vājina Aβ fibrilu veidošanos un ietekmē amiloīda plāksnīšu veidošanos. Būtībā tas ir dabisks Aβ "antitrombocītu" līdzeklis, kura līmenis smadzenēs pašās palielinās slimības laikā.

Pētījuma pamatojums

Alcheimera slimību pašlaik ārstē, izmantojot "antiamiloido paradigmu": antivielas pret amiloīdu-β (Aβ) iznīcina plātnītes un mēreni palēnina kognitīvo spēju pasliktināšanos agrīnās stadijās. 2023. gadā Pārtikas un zāļu pārvalde (FDA) apstiprināja lekademabu, 2024. gadā - donanemabu; paralēli notiek debates par ieguvumu un risku līdzsvaru (ARIA - tūska/asiņošana), pieejamību un izmaksām, ko var redzēt no EMA/NICE lēmumiem un diskusijām klīniskajā presē. Terapeitiskā aina uzlabojas, bet joprojām ir "šaura": ir nepieciešami papildu mērķi un pieejas, kas ne tikai noņem jau izveidojušās plātnītes, bet arī novērš pašu Aβ agregātu rašanos un augšanu.

Viens no daudzsološajiem veidiem ir paļauties uz smadzeņu endogēnajiem antitrombocītu mehānismiem. Ir aprakstīts, ka cilvēkiem piemīt savi proteīni, "šaperoni", kas in vitro un modeļos var traucēt Aβ montāžas agrīnās stadijas: klasterīns, apolipoproteīns E, transtiretīns, BRICHOS domēns utt. Situācija ir divdomīga: daži proteīni fizioloģiskā koncentrācijā aizkavē fibrilloģenēzes sākumu, savukārt citi noteiktos kontekstos, gluži pretēji, var veicināt fibrilāciju vai "sēklu" uztveršanu šūnās - tāpēc rodas interese par tiem endogēnajiem moderatoriem, kuru loma Aβ ir stabila un reproducējama.

Ņemot vērā iepriekš minēto, uzmanība tika pievērsta midkine (MDK) — heparīnu saistošam augšanas faktoram, kas pazīstams ar savu lomu nervu sistēmas attīstībā, reģenerācijā un iekaisumā. Alcheimera slimības smadzeņu proteomiskajās daļās MDK līmenis jau agrīnā stadijā ir pastāvīgi paaugstināts un korelē ar Aβ, taču ilgu laiku nebija skaidrs, vai tas ir vienkārši "problēmu marķieris" vai aktīvs procesa dalībnieks. Midkine bioloģija liecina par abām iespējām: tas ir stresa izraisīts proteīns, kas mainās, radot dažādus bojājumus gan centrālajā nervu sistēmā, gan perifērijā, mijiedarbojoties ar vairākām receptoru sistēmām.

Jauns raksts žurnālā Nature Structural & Molecular Biology novērš šo "zināšanu plaisu", pārejot no novērošanas uz mehānisku pieeju: tas parāda, ka MDK fiziski saistās ar Aβ un kavē fibrilloģenēzi daudzleņķu metožu panelī (ThT, CD, EM, NMR), un 5xFAD modelī Mdk izslēgšana palielina amiloīda daudzumu un mikrogliju aktivāciju. Citiem vārdiem sakot, šķiet, ka pašas smadzenes rada "dabisku antitrombocītu" līmeni, un tā zudums saasina patoloģiju – tēze, kas padara MDK par pievilcīgu asi gan riska/progresēšanas biomarķieriem, gan terapeitiskiem mimetikiem, kas spēj atbalstīt endogēno aizsardzību līdzās antivielām.

Kā viņi testēja: no mēģenēm un spektriem līdz transgēnām pelēm

Vispirms pētnieki pētīja ķīmisko sastāvu: kā rekombinants MDK ietekmē Aβ40 un Aβ42 fibrilloģenēzi. Lai to izdarītu, viņi paralēli veica fluorescences testus ar tioflavīnu T, cirkulāro dihroismu, negatīvā kontrasta elektronmikroskopiju un NMR. Visas metodes bija vienisprātis: MDK kavē fibrilu veidošanos un saistās ar Aβ pavedieniem, kas izolēti no cilvēka AD smadzenēm. Pēc tam sekoja fizioloģija: 5xFAD amiloidozes modelī Mdk ģenētiskā izslēgšana izraisīja lielāku Aβ uzkrāšanos, palielinātu mikrogliju aktivāciju un plātnīšu augšanu; gluži pretēji, midkine klātbūtne "uzturēja" patoloģiju zemākā līmenī. Visbeidzot, masas spektrometriskā proteomikas analīze (pilnīgs un mazgāšanas līdzekļos nešķīstošs proteoms) apstiprināja, ka bez Mdk peļu smadzenēs aug Aβ un saistītie olbaltumvielu tīkli, kā arī mikrogliju komponenti. Kopā tas viss rada priekšstatu par MDK aizsargājošo lomu pret amiloidozes patoloģiju.

Ko tieši viņi darīja un mērīja?

• In vitro: Aβ40/Aβ42 + MDK → ThT fluorescence, CD, negatīvs CEM un NMR Aβ monomēru signālu “glābšana”, kurus parasti “apklusina” agregācija.
• MDK asociācijas ex vivo/in situ demonstrēšana ar Aβ pavedieniem no AD pacientu smadzenēm.
• In vivo: Mdk izslēgšana 5xFAD klātbūtnē → vairāk plātnīšu un mikrogliju aktivācija; tālāk - visu audu un "nešķīstošās" frakcijas proteomika, kur uzkrājas agregāti.
• Atvērtie dati: NMR nobīdes ir augšupielādētas BMRB 17795, neapstrādāti proteomikas faili ir augšupielādēti PRIDE (PXD046539, PXD061103, PXD045746, PXD061104).

Galvenie secinājumi

Galvenais rezultāts ir tāds, ka midkine neļauj Aβ apvienoties stabilās fibrilās, un tā neesamība dzīvās smadzenēs saasina amiloīda patoloģiju. Midkine kolokalizējas ar Aβ cilvēku paraugos un fiziski mijiedarbojas ar pavedieniem, kas atbilst idejai par "dabisku bremzi" agregācijā. Pelēm bez Mdk aug ne tikai pats Aβ, bet arī tā tīkla "pavadošie" proteīni un mikrogliju aktivitātes pazīmes - drošs indikators patoloģijas iekaisuma komponenta pieaugumam.

Kāpēc tas ir svarīgi "antiamiloido ēras" kontekstā?

Esam iegājuši anti-Aβ antivielu laikmetā, taču tās nebūt nav "sirds brīnumlīdzeklis": mērena efektivitāte, ARIA risks un stingri atlases kritēriji ierobežo to izmantošanu. Endogēna fibrilloģenēzes moderatora parādīšanās paver alternatīvu ceļu: atbalstīt smadzeņu pašu antitrombocītu mehānismus. Ir daudz iespēju, sākot no MDK domēna mimētiķiem un stabilizējošiem savienojumiem līdz bioloģiskām stratēģijām tā aktivitātes palielināšanai pareizajās zonās. Taču pirms runāt par terapiju, ir nepieciešama stingra drošības un ilgtermiņa iedarbības pārbaude lieliem dzīvniekiem un cilvēkiem.

Kā tas var būt noderīgi jau pētniecības stadijā

• Biomarķieru ass: MDK līmenis/lokalizācija kā stratifikācijas marķieris, kas norāda uz straujas amiloīda slodzes pieauguma risku (kopā ar PET-Aβ un cerebrospinālā šķidruma parametriem).
• Kombinētas pieejas: “viegls” antitrombocītu fons, izmantojot MDK ceļu + mērķtiecīga esošā Aβ (antivielas) eliminācija teorētiski var nodrošināt aditivitāti.
• Strukturālas norādes: NMR/CEM dati liecinās par MDK-Aβ mijiedarbības vietām mazo molekulu/peptīdu dizainam.

Kā metodes to “redz”: nedaudz tehnikas

Spektroskopiskā triangulācija ir svarīga, jo katra metode uztver atšķirīgu agregācijas aspektu: ThT ir jutīgs pret fibrilu β-loksnēm; cirkulārais dihroisms izseko konformācijas pārejas; CEM parāda filamentu morfoloģiju; NMR uztver monomēru signālu "pazušanu", kompleksiem kļūstot lielākiem. Šeit MDK samazināja ThT signālu, nobīdīja CD spektrus, mainīja CEM filamentu modeli un atgrieza Aβ NMR signālus, kas atbilst agregācijas ceļa palēnināšanai un/vai pārvirzīšanai. 5xFAD smadzenēs bez Mdk aina ir spoguļattēls: vairāk Aβ un satelītproteīnu, kā arī mikroglijas "uz robežas".

Svarīgi ierobežojumi — nejauciet "efektu" ar "zālēm"

Šis ir fundamentāls darbs: mēģene + peles. Tas parāda MDK lomu amiloīda bioloģijā, bet nepierāda, ka midkine palielināšana ir droša un labvēlīga ilgstošai terapijai cilvēkiem. MDK ir plaša bioloģija (attīstība, reģenerācija, iekaisums), tāpēc sistēmiskām intervencēm var būt neskaidras sekas; patiesais "devas-mērķa nodalījums" smadzenēs joprojām ir atklāts jautājums. Visbeidzot, 5xFAD ir spēcīgs, bet specifisks amiloīda patoloģijas modelis; klīniskai nozīmei ir nepieciešams apstiprinājums citos modeļos un cilvēkiem.

Kas ir loģiski jādara tālāk?

• Lai kartētu MDK-Aβ mijiedarbības domēnus un pārbaudītu mimetiskos/antiagregācijas peptīdus in vivo.
• Lai pārbaudītu MDK ilgtermiņa paaugstināšanās devas-atbildes reakciju un drošību lielu dzīvnieku smadzenēs.
• Salīdzināt CSF/plazmas MDK līmeņus ar PET-Aβ dinamiku un kognitīvajām trajektorijām cilvēkiem (longitudinālās kohortas).

Īsumā - trīs fakti

• Midkine (MDK) ir endogēns proteīns, kas vājina Aβ40/Aβ42 fibrilloģenēzi un ir saistīts ar amiloīdu pavedieniem no AD smadzenēm.
• Mdk izslēgšana 5xFAD modelī noved pie vairāk plāksnīšu veidošanās, ar Aβ saistītu olbaltumvielu uzkrāšanās un mikrogliju aktivācijas.
• Šī ir kandidāta aizsardzības ass, ko var attīstīt kā biomarķieri un terapeitisko virzienu, taču pirms tās nonākšanas klīnikā vēl ir jāveic vairāki testēšanas posmi.

Avots: Zaman M. et al. Midkine vājina amiloīda-βfibrilu veidošanos un plātnīšu veidošanos. Nature Structural & Molecular Biology, 2025. gada 21. augusts. DOI: https://doi.org/10.1038/s41594-025-01657-8