Щороку приблизно шість тисяч осіб чують від лікаря діагноз «бічний аміотрофічний склероз» (БАС). Це означає, що їхні тіла стануть в буквальному сенсі гробницею, стіни якої будуть поступово стискатися: зрештою параліч пошириться настільки, що людина більше не зможе дихати. Так померли Лу Геріг, Мао Цзедун і Стівен Гокінг. За останні сто років ми пройшли шлях від повного нерозуміння того, чому таке відбувається, до клінічних випробувань препаратів: вчора були опубліковані попередні звіти про нові успіхи - поки, правда, все ще сумнівних - але вже вони дозволяють вченим говорити про «початок генної терапії БАС». розбирається, що саме намагаються «лагодити» нові ліки і пояснює, який був прок медицині від того, що кілька років тому весь світ весело перекидав на себе відра з крижаною водою.
"Лікування не існує. Шанси зберегти мене таким, який я є, 50 на 50. Можливо, років через 10 мені знадобиться тростина ", - писав 1939 року" Залізний кінь ", легенда американського бейсболу, своїй дружині з клініки Мейо. Спортсмену було всього 36, а через два роки він помер, втративши здатність не тільки ходити, але навіть підписувати документи без допомоги дружини. Тоді вже було відомо, що справа в прогресуючій загибелі рухових (моторних) нейронів головного і спинного мозку, але причина її залишалася незрозуміла. "Справа, напевно, в якомусь мікробі, - розповідав він у тому ж листі. - Але ніхто не чув, щоб це передавалося між подружжям ".
Через 35 років той самий діагноз отримав 80-річний диктатор. На той час версію про мікробів-збудників всерйоз вже не розглядали, а нейродегенерацію вважали одним з проявів старіння нервової системи. Було зрозуміло, що в тканині мозку з'являються якісь бляшки - як при хворобі Альцгеймера або Паркінсона - які і викликають прогресуючий параліч. Саме ці бляшки, тоді ще неясної природи, за десять років перетворили бадьорого старого, який і в 72 роки перепливав Янцзи, - на безнадійного пацієнта, який міг дихати, тільки лежачи на боці. Від діагнозу до смерті, як і у випадку з бейсболістом, пройшло близько двох років.
Британському астрофізику пощастило більше. Свій вирок він почув ще до того, як його побратим нещастя перетнув Янцзи востаннє, але хвороба зупинилася за півкроку від летального фінішу. Повільно втрачаючи рухливість голови, вчений прожив ще 55 років, став іконою научпопа і новим символом своєї хвороби. За цей час стало зрозуміло, що агрегати в мозку складаються з білків, у цих білків з'явилися імена, а на горизонті замаячили можливі гени-винуватці. Півсотні клінічних випробувань ліків стартували і зійшли з дистанції достроково. Мільйони людей вилили на себе відра крижаної води, збираючи гроші на дослідження хвороби. Але ніхто так і не зрозумів, як її лікувати.
Бічний аміотрофічний склероз (БАС), який погубив Лу Геріга, Мао Цзедуна і Стівена Гокінга, - лише одне з безлічі нейродегенеративних захворювань, проти яких людство досі безсиле. І хоча далеко не завжди БАС закінчується деменцією, з хворобами Альцгеймера і Паркінсона його порівнювали не дарма. Перешкоди, які відокремлюють нас від ліків, у всіх цих випадках приблизно одні й ті самі: передбачити хворобу неможливо, діагностувати на ранніх стадіях вдається не завжди, причини багатоподібні, а список їх не повний.
До того ж пошкодження швидко стають незворотними, оскільки нейрони, на відміну від безлічі інших клітин, не так просто замінити на нові.
Як і у випадку з хворобами Альцгеймера і Паркінсона, єдині ліки, які існують від бічного аміотрофічного склерозу, допомагають лише компенсувати симптоми. У разі БАС вони блокують або надлишкове виділення глутамату, ненадовго віддаляючи загибель нейронів, або придушують окислювальний стрес - але як це працює, не знають навіть у FDA (американському МОЗ), де схвалили відповідний препарат. Зупинити нейродегенерацію не вдалося поки нікому.
І ось в останньому номері журналу з'явилися результати двох нових клінічних випробувань і огляд, який відзначає початок нової ери в сутичці з непокірною хворобою. На думку авторів огляду, ми нарешті змогли прицілитися в самий корінь аміотрофічного склерозу. А, значить, забрізжила надія на успіх. Тим дивніше, що і мішень, і зброя для її ураження давно відомі: перша була відкрита більше 25 років тому, друге - відомо більше півстоліття. Але зустрітися вони змогли тільки зараз.
Винайти зброю
Передача інформації в клітині будується за принципом липучки. Двунітева липучка-ДНК розділяється на дві половини, а копіюючі ферменти добудовують до однієї з половин парну (комплементарну) липучку-РНК. Виходить РНК-копія гена, яка відправляється з ядра в цитоплазму для синтезу білка. До інформаційної РНК-липучки по черзі підпливають транспортні РНК, що несуть амінокислоти. Прилипання в правильній послідовності дозволяє побудувати з амінокислот білковий ланцюг.
«Заблокувати» ген або зупинити його експресію можна безліччю різних способів, але найпростіше - комплементарно заклеїти, щоб ніхто інший до нього вже не прилип. Так вміють робити навіть бактерії, і цей спосіб регулювати експресію у них виявили ще в 1967 році, через всього кілька років після відкриття інформаційної РНК. Тоді виявилося, що в клітинах кишкової палички проводиться некодуюча РНК, яка прилипає до певних ділянок інформаційної РНК і заважає їм передавати інформацію далі.
Через 10 років так навчилися чинити і люди, вже в своїх цілях. Гарвардські вчені створили короткий ланцюжок (олігонуклеотид) ДНК, який був комплементарний ділянці вірусу саркоми Рауса. Прилипаючи до вірусної РНК, олігонуклеотид заважав вірусу розмножуватися, а клітинам, зараженим вірусом, - перетворюватися на пухлинні. Так з'явилася технологія антисмислових олігонуклеотидів - коротких ланцюжків, які комплементарні «осмисленим» частинам гена і завдяки цьому можуть і зупиняти його роботу.
Відтоді наше уявлення про «липучки» і «антиліпучки» сильно ускладнилося. Серед некодуючих РНК виділили безліч різних типів - вони відрізняються за довжиною, походженням і функціями. Виявилося, що діяти вони можуть на різних рівнях: блокувати створення РНК, її дозрівання і подальший синтез білка або просто змушувати клітинні ферменти розрізати її на шматки. І все це можна було використовувати для антисенс-терапії - навчитися будувати комплементарні ДНК - або РНК-нитки до потрібного гену, щоб керувати його роботою.
Справа залишалася за малим - знайти, куди стріляти.
Знайти мішень
Перші ліки, до складу яких увійшли антисмислові олігонуклеотиди, з'явилися 1998 року. Воно експлуатувало ту саму ідею, з якої почалася історія антисенс-терапії - заблокувати розмноження вірусу. Ліки полювали на цитомегаловірус, який здоровим людям зазвичай не страшний, а от по організму хворих на СНІД поширюється безконтрольно.
Однак досить швидко виявилося, що простіше запобігти сам СНІД, ніж боротися з його наслідками - і в 2006 році цитамегаловірусні ліки зникли з ринку, поступившись місцем антиретровірусним препаратам. Випробування олігонуклеотидів проти інших вірусів почалися, але успіхом досі не увінчалися. І настало затишшя.
По вірусу стріляти відносно нескладно - досить прочитати його, як правило, невеликий геном і підібрати потрібну ділянку гена. З людиною в цьому сенсі набагато складніше. Серед двадцяти тисяч його генів непросто прицілитися в потрібний, особливо якщо не знати достовірно, який з них доставляє проблеми - а саме так йде справа з більшістю нейродегенеративних хвороб.
До того моменту, коли з'явилися антисенс-ліки проти цитомегаловірусу, геном людини ще навіть не був прочитаний цілком. А до першого повногеномного пошуку асоціацій (GWAS-дослідження), за допомогою якого сьогодні шукають генетичні причини чого завгодно (від хвороб до їх можливого зв'язку з поведінкою), залишалося ще чотири роки.
Технологія антисмислової терапії випередила свій час. Зброя з'явилася раніше, ніж знайшлася мішень - цитомегаловірус у цьому сенсі був просто розминкою.
З бічним аміотрофічним склерозом у цьому сенсі нам пощастило трохи більше, ніж з іншими хворобами - про нього ми щось знали ще до перших повногеномних пошуків. Незважаючи на те, що далеко не завжди він передається у спадок (а значить, не всі його випадки можна співвіднести з конкретною мутацією), приблизно кожен п'ятий випадок пов'язаний з мутацією в гені. Він кодує білок супероксиддисмутазу, один з головних клітинних антиоксидантів. Однак участь у розвитку БАС ніяк не пов'язана з його основними функціями: судячи з усього, білок-мутант поводиться як прион - у рухових нейронах спинного мозку він утворює білкові агрегати, які ростуть, подібно сніговому кому. Вони порушують внутрішньоклітинний транспорт у рухових нейронах, поступово призводячи до їхньої загибелі.
Звинувачення на адресу вчені висунули ще в 1993 році. Справа за малим: залишилося тільки прочитати ген, зібрати антисмислову нитку і заблокувати його роботу. Але в процесі виникли нові труднощі. Наприклад, з'ясувалося, що мутацій в існує не менше двох сотень і не всі вони в рівній мірі пов'язані з розвитком БАС. Крім того, антисмислові РНК виявилися досить нестабільними: у клітці їх швидко розщеплюють РНКази, а в крові імунні клітини приймають їх за віруси - і все закінчується запаленням і руйнуванням ліків.
Щоб підібрати потрібний антисмисловий ланцюжок, зробити його стійким і відпрацювати на мишах, знадобилося ще двадцять років. За цей час в області антисенс-терапії з'явилися обнадійливі приклади - препарати проти спинальної м'язової атрофії і деяких форм міодистрофії Дюшенна. Тепер виходити на клінічні випробування з антисмисловою РНК набагато простіше - ми знаємо напевно, що таке лікування може спрацювати.
Попереджувальний постріл
Дві дослідницькі групи, які опублікували свої результати в NEJM, зробили одне і те ж, але різними способами. Перша група, з Массачусетсу, пішла шляхом генної терапії, тобто помістила нитку РНК всередину аденовірусу, щоб «заразити» їй мотонейрони. У випробуванні взяли участь тільки двоє пацієнтів - перший крок на шляху до більш серйозних перевірок - з підтвердженими мутаціями в гені SOD1.
Один з них отримав експериментальну терапію через кілька місяців після постановки діагнозу. Лікування не викликало значущого клінічного поліпшення, і через 15 місяців він помер. Однак на розтині дослідники виявили, що в його спинному мозку кількість мутантного SOD1 на 90 відсотків нижче, ніж в середньому у пацієнтів з БАС. Це може означати, що терапія працює, хоча і не рятує на тій стадії нейродегенерації, на якій випробовуваний був на момент початку лікування. Другий пацієнт після терапії стабілізувався і досі живий, тому кількість SOD1 в його спинному мозку залишається невідомою.
Інша дослідницька група представляє велику фармацевтичну компанію Biogen, яка, серед іншого, виробляє антисенс-олігонуклеотиди проти спинальної м'язової атрофії. Це не перше їх дослідження антисенс-терапії БАС, результати відображають 1-2 фазу випробування, а результати 3 фази вони очікують через рік.
У цьому випробуванні взяли участь 50 пацієнтів з мутаціями в SOD1: чотири групи отримували різні дози препарату, п'ята служила контролем. У першу чергу вчених цікавила безпека: виявилося, що багато побічних ефектів пов'язані з уколом у спинний мозок і не залежать від того, вводили в нього плацебо чи олігонуклеотид. Крім того, вони вимірювали концентрацію SOD1 у спинномозковій рідині (вона служить непрямим маркером того, наскільки активно білок утворюється в нейронах) - найвищі дози препарату знизили її в середньому на 32 відсотки. При цьому коли дослідники постфактум розділили пацієнтів на групи зі швидким і повільним розвитком хвороби, то виявилося, що для перших лікування могло виявитися ефективнішим: зовнішні ознаки дегенерації у них стали виникати повільніше, а в спинномозковій рідині стало менше маркерів загибелі нейронів.
Що принесли у відрі води
Автори обох статей намагаються уникати гучних тверджень і прогнозів - особливо враховуючи, що до кінця вилікувати нікого не вдалося, і навіть мети такої не стояло (як це зазвичай буває в перших фазах досліджень). Але давайте на хвилину уявимо собі, що третя фаза пройде успішно і руйнування нейронів у пацієнтів вдасться якщо не звернути, то хоча б зупинити. Чи означатиме це, що бічний аміотрофічний склероз переможений, і на черзі Паркінсон і Альцгеймер?
На прикладі навіть цих скромних випробувань видно, наскільки прицільно б'є олігонуклеотидну рушницю. Навіть у тому випадку, коли пацієнти спеціально відібрані так, що несуть мутацію в одному і тому ж гені, група все одно розпадається на дві з різним ефектом від лікування. Але мутації в SOD1 - це не більше 20 відсотків випадків спадкового БАС.
У 2014 році фейсбук заповнили мільйони роликів з людьми, які виливають на себе крижану воду. Флешмоб Ice Bucket Challenge за пару місяців зібрав понад 200 мільйонів доларів на дослідження бічного аміотрофічного склерозу, підтримку пацієнтів і пошук ліків. На ці гроші, серед іншого, вдалося провести GWAS і поповнити список мішеней трьома новими мутаціями, і тепер він «закриває» майже всі випадки спадкового БАС. Для кожної з мутацій знадобиться свій антисмисловий олігонуклеотид, і, можливо, не один.
З точки зору «одна мутація - одна таблетка» можна сказати, що ми маємо справу не з однією хворобою, а з безліччю. Тепер ми не можемо навіть бути впевненими, що три найвідоміших жертви БАС хворіли одним і тим же. Судячи з того, що у Лу Геріга хвороба проявилася рано, у Мао Цзедуна - пізно, а у Стівена Гокінга призупинилася на десятки років, вони могли нести в своїх генах різні мутації. Але тоді нікому не спадало на думку це перевірити, і тепер ми не дізнаємося, чи могли б ми зараз когось із них врятувати.
Ця ж проблема постане перед нами і в разі інших нейродегенеративних патологій. Ні у хвороби Альцгеймера, ні у хвороби Паркінсона, ні у багатьох інших менш відомих синдромів досі не знайдений єдиний ген-винуватець. Списки множаться, ставки зростають. І незважаючи на те, що ми знаємо напевно, що антисмислова терапія працює, а індивідуальні ліки можливі, страшно уявити, скільки відер крижаної води доведеться на себе вилити, перш ніж ми знайдемо таблетку для кожного.