(когнитивные способности, память, стресс, депрессия, нейровоспаление, нейропротекция, ЧМТ, ишемия мозга, болезнь Альцгеймера)

FGL (Swiss Prot p13596, FGL peptide) – синтетический пентадекапептид, имитирующий участок из 15 аминокислот области петли невральной молекулы межклеточной адгезии (NCAM, Neural Сell Adhesion Molecule). Благодаря такой аналогии, пептид получил название «FG loop» (англ. петля). NCAM — мембранный белок из группы молекул клеточной адгезии суперсемейства иммуноглобулинов. Молекулы межклеточной адгезии — это связанные с плазматической мембраной белки, которые обеспечивают механическое взаимодействие клеток друг с другом, в частном случае нервных клеток.

Пептиду FGL соответствует следующая аминокислотная последовательность:

Glu-Val-Tyr-Val-Val-Ala-Glu-Asn-Gln-Gln-Gly-Lys-Ser-Lys-Ala.

Особенности биологической активности FGL обусловлены его сходством с NCAM. Молекула адгезии нервных клеток экспрессируется на поверхности большинства нервных клеток и играет важную роль в синаптической пластичности. NCAM участвует в межклеточной адгезии, в частности – регулирует взаимодействия нейрон-нейрон и нейрон-миоцит, и действует как лиганд для рецептора фактора роста фибробластов (FGFR), экспрессируемого на поверхности взаимодействующей клетки, способствуя ее активации и, таким образом, запуская связанные с FGFR сигнальные механизмы. Также, белок стимулирует тирозинкиназную активность рецептора, что индуцирует рост отростков нейрона [1].

В связи с именно этими функциями обусловлен высокий интерес к молекуле NCAM и её биомиметику FGL, поскольку очевидны перспективы их применения при нейродегенеративных заболеваниях. В нескольких исследованиях было показано, что FGL является фармакологическим стимулятором познавательной деятельности благодаря его способности усиливать различные типы памяти у грызунов.

Пептид FGL идентифицировали в 2003 году [2]. Уже в 2004 году пептид был синтезирован и исследован на биологическую активность in vivo. На животной модели (крысы-самцы линии Wistar) было показано, что введение FGL путём подзатылочной инъекции в дозировке 5 мкг сразу после обучения крыс, в условиях выработки условного рефлекса, в связи с переживанием чувства страха или при обучении в водном лабиринте, вызывало длительное улучшение памяти. В первичных культурах нейронов гиппокампа крыс FGL усиливает пресинаптическую функцию посредством активации FGFR1 и способствует образованию синапсов. Эти результаты являются доказательством улучшения памяти в результате введения препарата, который имитирует функцию NCAM. Полагают, что повышенная эффективность синаптической передачи и образования новых синапсов, вероятно, опосредует улучшение когнитивных способностей пептидом [3] и оказывает положительное влияние на нормальное функционирование памяти [4]. Также, FGL стимулирует доставку рецепторов глутамата к синапсам, приводящие к долговременному усилению синаптической передачи в нейронах гиппокампа [5].

FGL быстро проникает в кровь и спинномозговую жидкость после интраназального введения также, как и при инъекционном введении. Пептид легко преодолевает гематоэнцефалический барьер и остаётся на детектируемом уровне в биологических жидкостях до 5 часов [6]. Как показали эксперименты на новорожденных крысах, при интраназальном введении FGL (0,9 мг/кг, 2,7 мг/кг или 8 мг/кг) ускоряется раннее постнатальное развитие координационных навыков. У взрослых животных введение FGL привело к длительному сохранению социальной памяти [6].

Пептид FGL действует как противовоспалительный агент в гиппокампе пожилых крыс in vivo, способствуя экспрессии лиганда CD200, ослабляя активацию глиальных клеток и последующую выработку провоспалительных цитокинов, уменьшая, таким образом, воспаление [7]. Введение пептида осуществляли подкожно через день в дозе 8 мг/кг в течение 3 недель. В целом, результаты показывают, что FGL исправляет возрастной дисбаланс уровней IGF-1 и IFNc в гиппокампе, что ослабляет активацию глиальных клеток, связанную со старением.

FGL предотвращает структурные изменения – агрегирование – в синапсах и ослабляет связанную с возрастом потерю иммунореактивности синаптофизина. Ультраструктурный морфометрический анализ показал, что введение FGL предотвращало возрастную потерю астроцит-синаптических контактов, уменьшало микроглиа-синаптические контакты в лучистом слое CA3, но не оказывало влияния на среднее количество синапсов в этом регионе. Эти данные свидетельствуют о том, что FGL опосредует свои нейропротективные эффекты путём регуляции глиально-синаптического взаимодействия [8]. Эффект наблюдается в гиппокампе как у молодых (4 месяца), так и у пожилых (22 месяца) крыс при подкожном введении 10 доз по 8 мг/кг через день.

В исследовании возможности применения FGL при хроническом стрессе, самцов крыс Wistar в возрасте 12 месяцев подвергали хроническому непредсказуемому стрессу, а затем каждую неделю повторно подвергали воздействию стрессового стимула. При оценке в водном лабиринте на ранних стадиях старения (18 месяцев) хронический непредсказуемый стресс ускорял ухудшение пространственно-когнитивной функции, что сопровождалось снижением выживаемости новых клеток и числа гранулярных клеток взрослого организма в гиппокампе. Отметим, что эффективность пространственной памяти в водном лабиринте Морриса положительно коррелирует с количеством новообразованых клеток. Введение FGL по 6,6 мг/кг подкожно два раза в неделю в течение 28 дней непрерывного стресса не только предотвращало вредное воздействие хронического стресса на пространственную память, но также восстанавливало выживаемость вновь образованных клеток гиппокампа у стареющих животных. Однако лечение FGL не предотвратило уменьшение общего числа гранулярных нейронов, вызванного длительным воздействием стресса. Эти данные свидетельствуют о том, что разработка новых лекарств типа FGL, имитирующих активность молекулы адгезии нервных клеток, может иметь терапевтическое значение для лечения когнитивных нарушений, вызванных стрессом [9].

В исследовании in vivo FGL (10 мг⁄кг каждый второй день в течение 20 дней) вызывал облегчение депрессивного поведения у NCAM-нокаутных мышей, не оказывая влияния на нормальных однопометных мышей. Повторное введение FGL увеличивало выживаемость новых нейронов. Депрессивное поведение у мышей было обусловлено дефицитом NCAM, который можно обратить путём разового или многократного введения FGL [10].

FGL оказывает нейропротекторное действие после ишемического инсульта как в опытах in vitro, так и in vivo. Нейропротекторную активность FGL тестировали in vitro на диссоциированных нейронах гиппокампа крыс и культурах срезов гиппокампа, используя протокол кислородно-глюкозной депривации (OGD). FGL защищал нейроны гиппокампа от повреждения и поддерживал или восстанавливал их метаболическую и пресинаптическую активность, как при использовании только в качестве предварительной обработки OGD, так и при применении сразу же после инсульта. В опытах in vivo предварительное введение за 24 часа одной подзатылочной инъекции FGL (5 мкг) значительно защищала от гибели нейроны СА1 гиппокампа в модели транзиторной глобальной ишемии у мышей-песчанок. Это позволяет сделать вывод, что FGL способствует выживанию нейронов после ишемического повреждения головного мозга [11]. FGL уменьшает воспаление, мобилизует эндогенные нейральные стволовые клеток после фокальной ишемии, усиливает регенерацию и ремиелинизацию посредством воздействия на микроглию [12].

Церебральные реакции на черепно-мозговые травмы (ЧМТ) включают разнонаправленную регуляцию огромного количества белков, участвующих в эндогенных воспалительных процессах и защитных механизмах, развивающихся после травмы. В исследовании in vivo был проанализирован глобальный профиль экспрессии генов в ответ на криоиндуцированную ЧМТ и возможность коррекции травматических процессов с помощью FGL. Крыс-подростков подвергали ЧМТ и вводили пептид FGL (подкожные инъекции в дозе 10 мг/кг). Анализ результатов подтвердил, что FGL проявляет нейропротекторную активность при ЧМТ [13].

В животной модели болезни Альцгеймера (AD) на крысах введение пептида Abeta 25-35 вызывает AD. Животным с индуцированной невропатологией вводили 5,0 мкл раствора FGL (1,2 мкг/мкл) путём подкожной инъекции в затылочную область. Для интраназального введения через каждую ноздрю вводили по 25 мкл пептидного раствора (8 мкг/мкл). Введенный подкожно пептид оказался способен предотвратить или сильно уменьшить признаки Abeta25-35-индуцированной невропатологии и когнитивных нарушений. Также, лечение с помощью FGL улучшает память и приводит к меньшему числу амилоидных бляшек по сравнению с плацебо [14]. FGL надежно индуцирует мобилизацию нейральных стволовых клеток in vitro и in vivo и поддерживает олигодендроглиальную дифференцировку [15]. Эта способность делает FGL многообещающим средством для облегчения ремиелинизации, что может быть использовано для лечения демиелинизирующих неврологических расстройств.

В клинических испытаниях на людях (Фаза I) провели определение переносимости, безопасности и фармакокинетики FGL, применяемого возрастающими однократными интраназальными введениями в дозировке 25, 100 и 200 мг у здоровых добровольцев (24 мужчины; средний возраст 42 года; продолжительность – 8 дней). Препарат переносился хорошо, не показал проблем с безопасностью и фармакокинетическим профилем при всех испытанных дозах [16].

В 2011 году стартовала Фаза II клинических испытаний FGL для лечении болезни Альцгеймера, проводимых биотехнологической компанией ENKAM Pharmaceuticals, на которые было выделено 6 млн. евро [17]. Промежуточные результаты не опубликованы, но неконфиденциально распространяются среди заинтересованных групп в поиске финансирования дальнейшего развития Фазы II проекта, целью которой является сделать препарат FGL доступным для пациентов с болезнью Альцгеймера [18].

В целом, пептид FGL показал себя эффективным нейропротекторным соединением, которое может найти применение в лечении различных заболеваний нервной системы. Инсульт является основной причиной смерти и долгосрочной инвалидности. Предполагается, что ишемический инсульт является распространенным фактором риска развития болезни Альцгеймера и может привести к сосудистой деменции, наиболее распространенной форме деменции у пожилых людей после болезни Альцгеймера. Болезнь Альцгеймера является неизлечимым нейродегенеративным заболеванием, которое в конечном итоге приводит к смерти. В настоящее время нет эффективной терапии сосудистой деменции, и существует большая неудовлетворенная потребность в разработке инновационных стратегий нейропротекции против ишемических повреждений головного мозга. Пептид FGL имеет все предпосылки для того, чтобы стать лекарством для лечения этих заболеваний, а также для улучшения когнитивных функций, памяти и устранения последствий стрессовых состояний. Данный препарат требует тщательного изучения и проведения дальнейших клинических испытаний.

1. Asua, D., Bougamra, G., Calleja-Felipe, M., Morales, M., Knafo, S., Peptides Acting as Cognitive Enhancers. Neuroscience, 2018. 370: p. 81-87. doi: 10.1016/j.neuroscience.2017.10.002
2. Kiselyov, V. V., Skladchikova, G., Hinsby, A. M., Jensen, P. H., Kulahin, N., Soroka, V., Pedersen, N., Tsetlin, V., Poulsen, F. M., Berezin, V., Bock, E., Structural Basis for a Direct Interaction between FGFR1 and NCAM and Evidence for a Regulatory Role of ATP. Structure, 2003. 11(6): p. 691-701. doi: 10.1016/S0969-2126(03)00096-0
3. Cambon, K., Hansen, S. M., Venero, C., Herrero, A. I., Skibo, G., Berezin, V., Bock, E., Sandi, C., A Synthetic Neural Cell Adhesion Molecule Mimetic Peptide Promotes Synaptogenesis, Enhances Presynaptic Function, and Facilitates Memory Consolidation. The Journal of Neuroscience, 2004. 24(17): p. 4197. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0436-04.2004
4. Dallérac, G., Zerwas, M., Novikova, T., Callu, D., Leblanc-Veyrac, P., Bock, E., Berezin, V., Rampon, C., Doyère, V., The neural cell adhesion molecule-derived peptide FGL facilitates long-term plasticity in the dentate gyrus in vivo. Learning memory, 2011. 18(5): p. 306-313. doi: 10.1101/lm.2154311
5. Knafo, S., Venero, C., Sánchez-Puelles, C., Pereda-Peréz, I., Franco, A., Sandi, C., Suárez, L. M., Solís, J. M., Alonso-Nanclares, L., Martín, E. D., Merino-Serrais, P., Borcel, E., Li, S., Chen, Y., Gonzalez-Soriano, J., Berezin, V., Bock, E., DeFelipe, J., Esteban, J. A., Facilitation of AMPA Receptor Synaptic Delivery as a Molecular Mechanism for Cognitive Enhancement. PLOS Biology, 2012. 10(2): p. e1001262. doi: 10.1371/journal.pbio.1001262
6. Secher, T., Novitskaia, V., Berezin, V., Bock, E., Glenthøj, B., Klementiev, B., A neural cell adhesion molecule–derived fibroblast growth factor receptor agonist, the FGL-peptide, promotes early postnatal sensorimotor development and enhances social memory retention. Neuroscience, 2006. 141(3): p. 1289-1299. doi: 10.1016/j.neuroscience.2006.04.059
7. Downer, E. J., Cowley, T. R., Cox, F., Maher, F. O., Berezin, V., Bock, E., Lynch, M. A., A synthetic NCAM-derived mimetic peptide, FGL, exerts anti-inflammatory properties via IGF-1 and interferon-γ modulation. Journal of Neurochemistry, 2009. 109(5): p. 1516-1525. doi: 10.1111/j.1471-4159.2009.06076.x
8. Ojo, B., Rezaie, P., Gabbott, P. L., Davies, H., Colyer, F., Cowley, T. R., Lynch, M., Stewart, M. G., Age-related changes in the hippocampus (loss of synaptophysin and glial–synaptic interaction) are modified by systemic treatment with an NCAM-derived peptide, FGL. Brain, Behavior, and Immunity, 2012. 26(5): p. 778-788. doi: 10.1016/j.bbi.2011.09.013
9. Borcel, É., Pérez-Alvarez, L., Herrero, A. I., Brionne, T., Varea, E., Berezin, V., Bock, E., Sandi, C., Venero, C., Chronic stress in adulthood followed by intermittent stress impairs spatial memory and the survival of newborn hippocampal cells in aging animals: prevention by FGL, a peptide mimetic of neural cell adhesion molecule. 2008. 19(1): p. 41-49. doi: 10.1097/FBP.0b013e3282f3fca9
10. Aonurm-Helm, A., Jurgenson, M., Zharkovsky, T., Sonn, K., Berezin, V., Bock, E., Zharkovsky, A., Depression-like behaviour in neural cell adhesion molecule (NCAM)-deficient mice and its reversal by an NCAM-derived peptide, FGL. European Journal of Neuroscience, 2008. 28(8): p. 1618-1628. doi: 10.1111/j.1460-9568.2008.06471.x
11. Skibo, G. G., Lushnikova, I. V., Voronin, K. Y., Dmitrieva, O., Novikova, T., Klementiev, B., Vaudano, E., Berezin, V. A., Bock, E., A synthetic NCAM-derived peptide, FGL, protects hippocampal neurons from ischemic insult both in vitro and in vivo. European Journal of Neuroscience, 2005. 22(7): p. 1589-1596. doi: 10.1111/j.1460-9568.2005.04345.x
12. Klein, R., Mahlberg, N., Ohren, M., Ladwig, A., Neumaier, B., Graf, R., Hoehn, M., Albrechtsen, M., Rees, S., Fink, G. R., Rueger, M. A., Schroeter, M., The Neural Cell Adhesion Molecule-Derived (NCAM)-Peptide FG Loop (FGL) Mobilizes Endogenous Neural Stem Cells and Promotes Endogenous Regenerative Capacity after Stroke. Journal of Neuroimmune Pharmacology, 2016. 11(4): p. 708-720. doi: 10.1007/s11481-016-9694-5
13. Pedersen, M. V., Helweg-Larsen, R. B., Nielsen, F. C., Berezin, V., Bock, E., Penkowa, M., The synthetic NCAM-derived peptide, FGL, modulates the transcriptional response to traumatic brain injury. Neuroscience Letters, 2008. 437(2): p. 148-153. doi: 10.1016/j.neulet.2008.03.070
14. Klementiev, B., Novikova, T., Novitskaya, V., Walmod, P. S., Dmytriyeva, O., Pakkenberg, B., Berezin, V., Bock, E., A neural cell adhesion molecule–derived peptide reduces neuropathological signs and cognitive impairment induced by Aβ25-35. Neuroscience, 2007. 145(1): p. 209-224. doi: 10.1016/j.neuroscience.2006.11.060
15. Rogall, R., Blaschke, S., Neumaier, B., Endepols, H., Graf, R., Keuters, M., Hucklenbroich, J., Albrechtsen, M., Rees, S., Fink, G., Schroeter, M., Rueger, M., The synthetic NCAM mimetic peptide FGL mobilizes neural stem cells in vitro and in vivo. Stem cell reviews, 2014. 10. doi: 10.1007/s12015-014-9512-5
16. Anand, R., Seiberling, M., Kamtchoua, T., Pokorny, R., Tolerability, Safety and Pharmacokinetics of the FGLL Peptide, a Novel Mimetic of Neural Cell Adhesion Molecule, Following Intranasal Administration in Healthy Volunteers. Clinical Pharmacokinetics, 2007. 46(4): p. 351-358. doi: 10.2165/00003088-200746040-00007
17. Albrechtsen, M. ENKAM consortium wins €6.0 million EU grant to fund novel Alzheimer’s studies. 2011; Available from: https://www.investegate.co.uk/article.aspx?id=201112080700475661T.
18. Final Report Summary — NEUROFGL (Development of a novel FGL therapy and translational tests for regenerative treatment of neurological disorders). 2016; Available from: https://cordis.europa.eu/project/rcn/102442/reporting/en.