Введение

Энзим Бета-секретаза 1, также известный как бета-сайт амилоидного предшественника белка расщепляющий фермент 1, бета-сайт APP расщепляющий фермент 1 (BACE1), мембранно-ассоциированная аспартическая протеаза 2, мемапсин 2, аспартилпротеаза 2 и ASP2, – это фермент, кодируемый геном BACE1 у человека. Экспрессия BACE1 наблюдается главным образом в нейронах. BACE1 является аспартической протеазой, важной для формирования миелиновых оболочек в периферических нервных клетках: у мышей экспрессия BACE1 высока в постнатальном периоде, когда происходит миелинизация. Трансмембранный белок содержит два активных аспартатных остатка в своем внеклеточном домене и может функционировать как димер; его цитоплазматический хвост необходим для правильного созревания и эффективного внутриклеточного транспорта, но не влияет на активность. Он синтезируется в виде профермента, эндопротеолитическое удаление происходит после того, как BACE покидает эндоплазматическую сеть, в аппарате Гольджи. Кроме того, пропептид получает дополнительные сахара для увеличения молекулярной массы, а хвост подвергается пальмитоилированию. Экспрессия BACE1 подвержена влиянию воспалительного состояния: при болезни Альцгеймера цитокины снижают уровень PPAR1, ингибитора мРНК BACE1.

Роль в болезни Альцгеймера

BACE1 является основной бета-секретазой, ответственной за генерацию амилоидных β-пептидов в нейронах. Для образования 40- или 42-аминокислотных амилоидных β-пептидов, которые агрегируют в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера, требуется два последовательных расщепления белка-предшественника амилоида (APP). Внеклеточное расщепление APP ферментом BACE1 приводит к образованию растворимого внеклеточного фрагмента и фрагмента, связанного с клеточной мембраной, который называется C99. Расщепление C99 в пределах его трансмембранного домена γ-секретазой высвобождает внутриклеточный домен APP и формирует амилоид β. Поскольку γ-секретаза расщепляет APP ближе к клеточной мембране, чем BACE1, она удаляет часть амилоидного β-пептида. Начальное расщепление APP α-секретазой, а не BACE1, предотвращает последующее образование амилоида β, формируя P3, что демонстрирует конкуренцию BACE1 и α-секретазы за процессинг APP. В отличие от APP и пресенилиновых белков, важных для γ-секретазы, известные мутации в гене, кодирующем BACE1, не вызывают раннее начало семейной болезни Альцгеймера, являющейся редкой формой этого заболевания. Однако было показано, что уровень этого фермента повышен при гораздо более распространенной спорадической болезни Альцгеймера с поздним началом. BACE2 является близким гомологом BACE1, не демонстрирующим расщепления APP in vivo. Физиологическое назначение расщепления APP и других трансмембранных белков BACE остается неизвестным: некоторые исследования показали, что BACE1 участвует в миелинизации (он коэкспрессируется с нейрегулином 1 типа III). Аналогично процессингу APP, β-субъединица VGSC является субстратом для BACE1. Однако одноаминокислотная мутация в APP снижает способность BACE1 расщеплять его с образованием бета-амилоида и уменьшает риск развития болезни Альцгеймера и других когнитивных нарушений.

Ингибиторы BACE

Препараты, блокирующие этот фермент (ингибиторы BACE), теоретически должны предотвращать накопление бета-амилоида и, согласно амилоидной гипотезе, могут помочь замедлить или остановить развитие болезни Альцгеймера.

Для болезни Альцгеймера

Несколько компаний находятся на ранних стадиях разработки и тестирования этого потенциального класса препаратов. В марте 2008 года были опубликованы результаты фазы I для кандидата CTS 21166 компании CoMentis Inc. В апреле 2012 года Merck & Co., Inc сообщила о результатах фазы I для своего кандидата верубецестата (MK 8931). Merck начала клиническое исследование фазы II/III препарата MK 8931 в декабре 2012 года, завершение которого планировалось в июле 2019 года. В феврале 2017 года Merck приостановила исследование верубецестата на поздней стадии для лечения легкой и умеренной болезни Альцгеймера после того, как независимая группа экспертов сообщила о "практически нулевых" шансах на его эффективность. Это произошло всего через три месяца после того, как Eli Lilly & Co. объявила о неудачах в разработке соланезумаба. В сентябре 2014 года AstraZeneca и Eli Lilly and Company объявили о соглашении о совместной разработке ланабецестата (AZD3293). Ключевое клиническое исследование фазы II/III ланабецестата началось в конце 2014 года, но было остановлено в 2018 году до запланированного завершения из-за неудовлетворительных результатов. Другим ингибитором BACE1, достигшим фазы II клинических испытаний, является ингибитор LY2886721 компании Eli Lilly. Данные исследования фазы I были впервые представлены на Международной конференции Ассоциации по изучению болезни Альцгеймера в 2012 году. Ежедневное применение в течение 2 недель снижало активность BACE1 на 50–75%, а уровень Aβ42 в спинномозговой жидкости – на 72% (Willis et al., 2012; Bowman Rogers and Strobel, 2013). Недавно Lilly сообщила о прекращении исследования LY2886721 фазы II из-за выявленных аномалий функции печени у 4 из 45 пациентов (Rogers, 2013). Однако эта токсичность не обязательно связана с механизмом действия ингибитора, а может быть результатом нецелевых эффектов, поскольку печень мышей с нокаутом BACE1 функционирует нормально.

Потенциальные побочные эффекты

Испытания на мышах показали, что BACE-протеазы, в частности BACE1, необходимы для нормальной функции мышечных веретен. Эти результаты позволяют предположить, что препараты, ингибирующие BACE, которые в настоящее время изучаются для лечения болезни Альцгеймера, могут вызывать значительные побочные эффекты, связанные с нарушением двигательной координации, хотя мыши с нокаутом по гену BACE1 остаются здоровыми.

Связь с плазмепсином

BACE1 обладает отдалённым родством с патогенной аспартатной протеазой плазмепсином, который является потенциальной мишенью для будущих противомалярийных лекарств.