Мазок из носа позволяет определить болезнь Альцгеймера до появления симптомов

Для болезни Альцгеймера (БА) характерно развитие аносмии, потери обоняния, однако механизм этого эффекта неясен. Обонятельный эпителий (ОЭ), расположенный в верхней части носовой полости, содержит обонятельные сенсорные нейроны (ОСН), аксоны которых проецируются в клубочки обонятельной луковицы, где они образуют синапсы с дендритами митральных/пучковых клеток, посылающих вторичные проекции в первичную обонятельную кору, включая участки энторинальной коры — одной из первых областей мозга, поражаемых при болезни Альцгеймера. ОСН тоже накапливают амилоидные бляшки и клубки тау. Предположительно, по ОЭ также можно отслеживать нейровоспалительные процессы, характерные для БА.

Гистология биопсии из обонятельной щели показала, что при нейродегенерации и вызванной ею аносмией происходят локальные клеточные изменения. Однако анализ обычно проводят на поздних стадиях БА. Исследователи из США проанализировали транскриптомы единичных клеток ОЭ, чтобы изучить ранние стадии тоже.

Авторы работы собрали биопсию трех когорт людей: с нормальными когнитивными функциями и типичным уровнем Aβ42/Aβ40 в спинномозговой жидкости (контрольная группа), с атипичными когнитивными функциями и атипичным уровнем Aβ42/Aβ40 (клиническая стадия болезни Альцгеймера) и с нормальными когнитивными функциями и атипичным уровнем Aβ42/Aβ40 (доклиническая стадия болезни Альцгеймера). Они выявили молекулярные сдвиги, происходящие при прогрессировании болезни.

Образцы из обонятельной щели отбирали с помощью эндоскопа и цитологической щетки у 22 человек. В биоптате присутствовали T-клетки, макрофаги, дендритные клетки, ОСН и другие виды клеток.

У людей с клинической формой БА ранее были обнаружены энцефалитогенные CD8+ T-клетки памяти, «патрулирующие» спинномозговую жидкость. ОЭ напрямую взаимодействует со спинномозговой жидкостью, и авторы предположили, что аналогичный профиль воспалительных Т-клеток может также присутствовать в обонятельном эпителии у пациентов с БА.

По результатам анализа транскриптомов единичных иммунных клеток, в ОЭ и спинномозговой жидкости наблюдались схожие субпопуляции Т-клеток, при этом в OЭ содержалась большая доля CD8+ Т-клеток памяти и более низкое соотношение CD4/CD8 по сравнению со спинномозговой жидкостью. У людей с клинической БА по сравнению с контролями была выше доля CD8+ T-клеток памяти с антигенспецифической активацией. Примечательно, что схожая картина наблюдалась у людей на доклинической стадии.

Для подтверждения этих результатов на белковом уровне авторы оценили количество CD38+HLA-DR+CD8+ Т-клеток методом проточной цитометрии (установленный фенотип активации Т-клеточного рецептора под действием антигена) и снова обнаружили признаки воспаления в CD8+ Т-клетках в ОЭ людей на доклинической стадии БА по сравнению с контрольной группой. Авторы предположили, что активация Т-клеток в ОЭ может возникать на ранних стадиях БА и отражать иммунные изменения, обнаруженные в спинномозговой жидкости.

При оценке миелоидных клеток ОЭ авторы выявили несколько характерных функциональных состояний. На клинической стадии БА они наблюдали обогащение функциональных программ воспалительных микроглиальных клеток среди всех типов миелоидных клеток. Эта тенденция сохранялась и на доклинической стадии БА, при этом эффект нарастал и становился значимым с прогрессированием заболевания. Анализ дифференциальной экспрессии на уровне отдельных пациентов выявил 15 генов, экспрессия которых была значительно повышена или понижена как на доклинической, так и на клинической стадиях БА по сравнению с контрольной группой.

Ранние исследования показали, что ОЭ отражает центральную нейропатологию БА. У людей на доклинической и клинической стадиях БА значительно менялся транскриптом ОСН. Так, ген AKR1B1 сильнее экспрессируется при БА, его продукт связан с усилением окислительного и воспалительного сигналинга, а также регулируют активацию микроглии, вызванную бета-амилоидом.

Было одобрено несколько тестов для детекции БА по плазме, но пока только для клинической стадии. Эти тесты позволяют количественно определить биохимические продукты патологии (амилоида и тау-белка), но имеют ограниченный доступ к нервной ткани и могут быть менее способны выявить клеточные процессы, предшествующие этим изменениям. Анализ дифференциально экспрессированных генов в иммунных и нейрональных клетках OE позволил идентифицировать людей на клинической и доклинической стадиях БА с AUC 0,81.

Таким образом, биопсия обонятельной щели позволяет выявить скоординированные изменения в транскриптомах нейронов и клеток иммунной системы, связанные с болезнью Альцгеймера. Авторы предполагают, что изучать ранние механизмы заболевания можно в доступных тканях человека.

«Большая часть наших знаний о болезни Альцгеймера получена из образцов тканей, собранных при вскрытии», — сказал Винсент Д’Аннибалле, первый автор исследования и студент программы подготовки медицинских ученых в Университете Дьюка. «Теперь мы можем изучать живую нервную ткань, что открывает новые возможности для диагностики и лечения».

Микробиота кишечника влияет на угасание когнитивных функций при старении