Маркеры сосудистой ауторегуляции при первичной открытоугольной глаукоме | Фомин Н.Е., Куроедов А.В.

Общая характеристика сосудистого эндотелиального фактора роста (VEGF)

В 1989 г. французским медиком Наполеоном Феррара выделен сосудистый эндотелиальный фактор роста (Vascular endothelial growth factor — VEGF) [1]. VEGF был открыт как неидентифицированный, полученный из опухоли фактор, способный увеличивать проницаемость микрососудов для жидкости, сначала он именовался сосудистым фактором проницаемости (Vascular permeability factor — VPF) [2]. Спустя некоторое время было показано, что этот белок способен оказывать митогенное действие на эндотелиальные и моноцитарно-макрофагальные клетки вследствие наличия на поверхности данных клеток рецепторов к нему [3]. В настоящее время VEGF признан мультифункциональным цитокином, представляющим собой гомодимерный гликопротеин с молекулярной массой 45 кДа, содержащий 26 аминокислот.

VEGF обнаружен в яичниках человека, плаценте, почках, печени и мозге эмбриона, сыворотке крови и синовиальной жидкости. Этот цитокин продуцируется различными типами клеток: макрофагами, фибробластами, лимфоцитами, полиморфноядерными клетками, остео­бластами, эндотелиальными и гладкомышечными клетками, мезангиальными клетками клубочков почек, тромбоцитами и кератиноцитами [5]. VEGF является основным ангиогенным фактором, принимающим участие в ново­образовании сосудов [8, 9].

В состав данного семейства входят 6 факторов роста: VEGF-A, VEGF-B, VEGF-C, VEGF-D, VEGF-E и плацентарный фактор роста (Placental growth factor, PLGF) [10]. Большинство авторов сходятся во мнении, что наиболее важную роль в организме человека играет VEGF-A, который участвует в таких этапах ангиогенеза, как митоз и миграция клеток эндотелия, формирование просветов в кровеносных сосудах и пор в клетках эндотелия, а также хемотаксис макрофагов и гранулоцитов, вазодилатация [7]. VEGF-A существует в различных изоформах: VEGF110, VEGF121, VEGF165, VEGF189 и VEGF206. VEGF165 преимущественно стимулирует неоангиогенез, VEGF189 способствует образованию фибробластов, а для VEGF121 характерны оба эффекта [11, 12]. Факторы семейства VEGF способны взаимодействовать с клеткой опосредованно с использованием тирозинкиназных рецепторов. Экспрессия рецептора VEGF 1-го типа (VEGFR-1, Flt-1) осуществляется гемопоэтическими стволовыми клетками, моноцитами, макрофагами и эндотелиальными клетками сосудов [13], рецептор VEGF 2-го типа (VEGFR-2, Flk-1/KDR) — эндотелиальными клетками кровеносных и лимфатических сосудов, рецептор VEGF 3-го типа (VEGFR-3, Flt-4) экспрессируется только эндотелиальными клетками лимфатических сосудов [3]. VEGF-A связывается с VEGFR-1 и VEGFR-2. Взаимодействие между ними активируется остатком тирозина, находящегося в интрацитоплазматической части рецептора и запускающего различные сигнальные каскады в эндотелиальных клетках, среди которых пролиферация, миграция и увеличение сосудистой проницаемости [14, 15].

Таким образом, семейство VEGF в качестве проангиогенных веществ является весьма эффективным регулятором новообразования капилляров во всем организме в целом. Все механизмы воздействия данных факторов на клетки эндотелия сложны (VEGF функционирует в динамическом сочетании с цитокинами, их растворимыми рецепторами и антагонистами, протеолитическими ферментами, регулирующими их освобождение из внеклеточного матрикса). Самое главное, они происходят во всем организме, играя важную роль в процессе гипоксической инициации пролиферации и миграции эндотелиальных клеток в рамках
постгипоксического ангиогенеза.

Роль VEGF в развитии сосудистой системы сетчатки и хориоидеи

Большинством исследователей отмечен тот факт, что нормальное развитие сосудистой и нервной систем глаза возможно только в присутствии различных концентраций разных изоформ VEGF [16].

Роль данного ростового фактора важна не только на ранних стадиях развития глаза, но и во взрослом состоянии организма — для поддержания жизнеспособности сетчатки. Это связано прежде всего с тем, что VEGF обладает прямым антиапоптотическим действием на фоторецепторы, клетки Мюллера и ганглионарные клетки сетчатки, обеспечивая формирование адекватной функционирующей сосудистой системы уже в период эмбриогенеза и в ранний постнатальный период. Отмечена его важная роль в нормальном развитии сосудистой системы сетчатки и хориоидеи в эмбриональном периоде и у новорожденных [1].

В норме VEGF присутствует в конъюнктиве, сетчатке и хориоидее [7]. R.H. Foxton et al. отметили наличие обоих типов рецепторов VEGFR-1 и VEGFR-2 на поверхности ганглионарных клеток сетчатки [5]. В сетчатке человека и крысы VEGF обнаружен в одних и тех же слоях. К ним относятся: стенка сосудов, слой ганглионарных клеток, их отростки, клетки внутреннего ядерного слоя (особенно его дистальная часть), синаптические терминали фоторецепторов в наружном плексиформном слое и в дистальной части, а также базальная часть пигментного эпителия сетчатки [3].

М. Saint-Geniez et al. было выявлено, что ядра мюллеровских клеток, располагающиеся во внутреннем ядерном слое, способны активно синтезировать VEGF и рецепторы к нему [6]. A.G. Marneros et al. в экспериментальных исследованиях, проводимых на мышах, была продемонстрирована необходимость присутствия VEFG для развития сосудов хориоидеи как таковых [18].

Также отмечено, что VEGF принимает участие в развитии зрительного нерва и нервных клеток сетчатки, способствуя пролиферации нейронов и стимулируя эндотелиальные клетки, которые выделяют мозговой нейротрофический фактор (brain-derived neurotrophic factor — BDNF) для обеспечения выживания и интеграции новообразованных нейронов [20, 22]. Крайне важно, что уровень экспрессии VEGF в сыворотке человека прогрессивно уменьшается после рождения и минимален в большинстве тканей взрослых, за исключением мест активного ангиогенеза, таких как яичники, матка и кожа (например, рост волос). Однако экспрессия VEGF реиндуцируется во время патологического ангиогенеза (ишемия миокарда, сетчатки, воспаление, прогрессирование атеросклеротических бляшек и опухолей) [21].

Биохимические маркеры гипоксии сетчатки

Поскольку основной причиной глаукомной оптической нейропатии (ГОН) является атрофия нервных волокон, а минимальные изменения все еще сложно определяются при помощи классических методов диагностики, значительное внимание уделяется биохимическим маркерам этого сложного многоуровневого процесса.

Одним из активаторов VEGF является гипоксия-индуцированный фактор-1 (Hypoxia-inducible factor, HIF-1) [23, 24]. HIF-1 — димерный белковый комплекс, играющий важнейшую роль в реакциях организма при пониженной концентрации кислорода [25].

Данный транскрипционный фактор был визуализирован в качестве регулятора экспрессии эритропоэтина G. Semenzoi и другими сотрудниками Университета Джона Хопкинса в Балтиморе в 1992 г. [26]. HIF-1 является ключевым регулятором, отвечающим за индукцию генов, которые способствуют адаптации и выживанию клеток, а также всего организма при гипоксии (~1% O₂) [7]. Это один из основных факторов, участвующих в иммунологических реакциях, а также гомеостатических процессах, способных увеличивать васкуляризацию в гипоксических областях [24, 27]. Усиление его экспрессии у пациентов с ишемией может способствовать пролиферации сосудов, необходимых для насыщения тканей кислородом [28]. HIF-1 индуцирует нео­васкуляризацию сетчатки, сосудистый стаз и воспаление, а его избыточная экспрессия обнаружена в сетчатке и головке зрительного нерва глаукомных глаз, по сравнению со здоровыми глазами. Данная находка свидетельствует о наличии гипоксических процессов в сетчатке и головке зрительного нерва и подтверждает факт причастности гипоксии к патогенетическим механизмам глаукомной нейродегенерации [21, 29].

В работе С.В. Ляминой (2015) было отмечено, что в ретинальных клетках вследствие гипоксии повышается внутриклеточная концентрация HIF-1, способствующая усилению транскрипции гена VEGF, который, выделяясь в межклеточный матрикс, действует непосредственно на пигментный эпителий, обеспечивая регенерацию и стимулируя пролиферацию, образование новых сосудов [28]. При развитии ГОН основным моментом является гибель ганглиозных клеток сетчатки и их аксонов (преимущественно в результате апоптоза вследствие дефицита нейротрофических факторов) [27]. Выявлено, что нейротрофические факторы секретируются как самой сетчаткой, так и головным мозгом и ретроградно поступают к телам клеток и их аксонам [30]. Особое значение среди нейротрофических факторов, по мнению большинства авторов, имеет фактор роста нервов (Nerve growth factor, NGF) и BDNF. NGF является димером, содержащим две идентичные субъединицы по 118 аминокислотных остатков, молекулярный вес которых составляет около 26 кДа [20, 31]. NGF относится к ключевым нейротрофинам, нарушение регуляции которых отмечено в патогенезе различных нейродегенеративных заболеваний, среди которых болезнь Альцгеймера и рассеянный склероз [32, 33]. К основным эффектам NGF относится ретроградный транспорт молекулы по аксону, представляющий собой путь от синаптической мишени-рецептора до ядра соответствующего нейрона. C.V. Borlongan (2012) установил, что применение NGF в животных моделях нейродегенеративных заболеваний предотвращает дегенерацию нейронов [33]. Клинические исследования, по результатам О.А. Гомазкова (2008), показали, что использование NGF у пациентов с болезнью Альцгеймера приводит к нормализации данных электроэнцефалографии и повышению когнитивных функций [31]. Экспериментальные исследования позволили установить выраженный защитный эффект NGF при его внутриглазном применении [34]. В литературе имеются отдельные данные о клиническом применении NGF у больных первичной открытоугольной глаукомой (ПОУГ). В рамках работы, проведенной А. Lambiase et al. (2012), на протяжении 3 мес. наблюдаемым пациентам с далеко зашедшей стадией ПОУГ проводились инстилляции глазных капель, содержащих NGF (200 мкг/мл), полученные результаты свидетельствуют об улучшении клинических показателей [34]. BDNF также представляет собой димер, молекулярный вес которого составляет 27,2 кДа и структурно сходен с NGF. Он был идентифицирован в контралатеральной коре переднего мозга, латеральном гипоталамусе и других отделах мозга. Основным свойством BDNF является нейропротекция, позволяющая предупреждать развитие апоптоза нервных клеток [35].

В работе А.Ф. Габдрахмановой и соавт. (2018) было изучено соотношение специфических биохимических маркеров нейротрофики (BDNF) и нейродегенерации (Neuron-specific enolase, NSE) у пациентов с ПОУГ и выявлено, что при данной патологии наблюдается смещение уровней нейротрофического фактора головного мозга и маркера нейродегенерации в слезной жидкости относительно контроля в сторону превалирования маркеров нейродегенерации, более выраженного у пациентов при далеко зашедшей стадии заболевания [22]. К похожим выводам пришли Х.М. Камилов и соавт. при изучении оптического неврита. У пациентов в стадию перехода заболевания в атрофию зрительного нерва отмечалось увеличение концентрации NSE в слезной жидкости, что может соотноситься с началом гибели нервных клеток при нейродегенерации [36].

Исследование, выполненное А.А. Shpak et al. (2018), демонстрирует снижение содержания BDNF в слезной жидкости у пациентов с ПОУГ [37].

А. Ghaffariyeh et al. (2011) было отмечено, что уровни BDNF в сыворотке пациентов с впервые выявленной ПОУГ и слезы у пациентов с глаукомой нормального давления значительно ниже, чем у лиц контрольной группы, что указывает на то, что BDNF может быть биомаркером глаукомы [38]. А. Kimura et al. (2016) в своей работе высказали предположение, что применение нейротрофических факторов позволит замедлить прогрессирование нейродегенеративных заболеваний, а нейропротекция станет новой терапевтической стратегией глаукомы [22].

Таким образом, актуальность изучения нейротрофических факторов обусловлена их способностью препятствовать окислительному стрессу, предотвращать образование свободных радикалов и оказывать влияние на процессы апоптоза, принимая участие в контроле физиологического развития и сохранения структурной и функциональной целостности нейронов.

Изменение концентрации VEGF вследствие гипоксии

Данные экспериментальных исследований W. Huang et al. (2015) свидетельствуют о том, что ишемия и аксонотомия активизируют производство VEGF ганглиозными клетками сетчатки [39]. Возникновение ишемии и гипоксии переднего и заднего отрезков, а также ишемические повреждения других тканей глаза обеспечивают вероятный механизм, способствующий усилению экспрессии VEGF в глазах [8, 40].

Выявленные в результате исследования Е.А. Дроздовой и соавт. максимальные уровни VEGF-A и эндотелина-1 как в сыворотке крови, так и в слезе у пациентов с ишемическим типом окклюзии могут свидетельствовать о зависимости их содержания от выраженности ишемии [41]. В случаях неконтролируемой гипоксии снижение парциального давления кислорода влечет за собой повышение экспрессии VEGF эндотелиальными клетками, перицитами, гладкомышечными клетками сосудов [5].

Во многих исследованиях было выявлено увеличение уровня VEGF в субретинальной жидкости, мембранах и стекловидном теле у больных глаукомой [9, 42].

По данным Е.В. Тикуновой и М.И. Чурносова (2014), повышение уровня VEGF стимулирует каскад, ведущий к активации апоптоза ганглиозных клеток сетчатки [43]. При изучении ассоциаций генетических полиморфизмов факторов роста, способствующих возникновению ПОУГ (Кириленко М.Ю. и соавт., 2017), было проведено типирование генетических полиморфизмов цитокинов, среди которых был отмечен VEGF-A с.—958C>T вследствие его возможной вовлеченности в этиопатогенез ПОУГ [10]. Это связано с тем, что генетический вариант С локуса c.—958C>T VEGF-А (rs 833061) отвечает за повышенную продукцию VEGF, приводящего к нарушению сосудистой ауторегуляции в сетчатке и зрительном нерве. Зафиксирована более высокая распространенность аллеля T IGFR-1 (rs 35767) (63,06%) у больных с ПОУГ по сравнению с аналогичным показателем в группе контроля. При проведении комплексного биоинформатического анализа носительства генотипов авторами было установлено, что частота сочетания генетических вариантов С VEGF-A (rs 833061) и Т IGFR-1 (rs 4965425) среди больных с ПОУГ выше, чем среди лиц контрольной группы.

Определено, что продукция VEGF опосредована значительным числом клеток: кератиноцитами, фибробластами, гепатоцитами, эпителиальными, тучными клетками, мезангиальными, среди которых важную роль отводят макрофагам. Это связано с тем, что макрофаги продуцируют высокие уровни цитокинов, в основном фактора некроза опухолей (Tumor necrosis factor, TNF) (TNF-α) [44–46]. W. Sawada (2010) обнаружил повышение уровня провоспалительного цитокина — TNF во влаге передней камеры у пациентов с глаукомой [47].

Многие исследования свидетельствуют о важной роли провоспалительных цитокинов, являющихся медиаторами нейродегенерации при глаукоме [9, 12, 14, 48].

Заключение

Эффективным регулятором новообразования капилляров во всем организме является семейство VEGF. Все механизмы воздействия перечисленных в статье факторов на клетки эндотелия представляют собой сложный процесс — VEGF функционирует в динамическом сочетании с цитокинами, их растворимыми рецепторами и антагонистами, протеолитическими ферментами, регулирующими их освобождение из внеклеточного матрикса. Стоит подчеркнуть, что данные механизмы занимают важное место в процессе гипоксической инициации пролиферации и миграции эндотелиальных клеток в рамках постгипоксического ангиогенеза и представляются нам актуальным ввиду их способности препятствовать окислительному стрессу, предотвращать образование свободных радикалов и оказывать влияние на процессы апоптоза, принимая участие в контроле физиологического развития и сохранения структурной и функциональной целостности нейронов. Так, согласно изученной нами научной и методической литературе, определение уровня VEGF во внутриглазной жидкости при ПОУГ на разных стадиях заболевания представляется целесообразным для определения активности патологического процесса и прогнозирования течения заболевания.

Сведения об авторах:

^1,2Фомин Николай Евгеньевич — врач-офтальмолог консультативного отдела, ассистент кафедры офтальмологии, ORCID iD: 0000-0002-7738-1839;

^1,2Куроедов Александр Владимирович — д.м.н., начальник офтальмологического отделения, профессор кафедры офтальмологии, ORCID iD: 0000-0001-9606-0566.

¹ФКУ «ЦВКГ им. П.В. Мандрыка» Минобороны России. 107014, Россия, г. Москва, ул. Б. Оленья, д. 8а.

² ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России. 117997, Россия, г. Москва, ул. Островитянова, д. 1.

Контактная информация: Фомин Николай Евгеньевич, e-mail: nikolay.fomin2608@yandex.ru. Прозрачность финансовой деятельности: никто из авторов не имеет финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует. Статья поступила 13.06.2019.

About the authors:

^1,2Nikolay E. Fomin — MD, ophthalmologist of the Consultative Department, Assistant of the Department of Ophthalmology, ORCID iD 0000-0002-7738-1839;

^1,2Alexandr V. Kuroyedov — MD, PhD, Head of Ophthalmological Department, Professor of the Department of Ophthalmology, ORCID iD 0000-0001-9606-0566.

¹Mandryka Central Military Clinical Hospital. 8A, Bol’shaya Olen’ya str., Moscow, 107014, Russian Federation.

²Pirogov Russian National Research Medical University. 1, Ostrovityanov str., Moscow, 117997, Russian Federation.

Contact information: Nikolay E. Fomin, e-mail: nikolay.fomin2608@yandex.ru. Financial Disclosure: no author has a financial or property interest in any material or method mentioned. There is no conflict of interests. Received 13.06.2019.