THE ROLE OF VARIOUS REGULATORY FACTORS IN PATHOLOGICAL VASOPROLIFERATION IN THE RETINOPATHY OF PREMATURITY

Full Text

Ретинопатия недоношенных (РН) продолжает занимать одну из лидирующих позиций в структуре детской инвалидности по зрению [1, 2]. Вопрос оптимизации прогнозирования ее течения, ранней диагностики и лечения остается крайне актуальным и неразрывно связан с углублением понимания патогенеза заболевания. Известно, что в основе развития РН лежит дисбаланс регулирующих ретинальный ангиогенез факторов, развивающийся на фоне биохимических и иммунологических нарушений гомеостаза ребенка вследствие общесоматической патологии, а также воздействия факторов «внешней» среды, в частности повышенных концентраций кислорода, применяющихся при выхаживании недоношенных детей, системного применения глюкокортикостероидов и др. [3]. Для грамотного построения исследовательских работ, посвященных изучению патогенеза заболевания, и адекватной интерпретации получаемых результатов необходимо помнить об условной двухфазности развития РН, поскольку роль различных факторов, их уровень и взаимодействие в разные периоды заболевания могут значительным образом отличаться, что, в свою очередь, не может не отражаться на стратегии разработки новых подходов к лечению РН. Стандартная схема, объясняющая патогенез РН с позиции динамики содержания ангиогенных факторов, может быть представлена следующим образом. После рождения недоношенный ребенок попадает в условия относительной гипероксии по сравнению с внутриутробной средой, степень которой возрастает в результате проводимой кислородотерапии. При этом, в силу целого ряда особенностей функционирования незрелых сердечно-сосудистой и легочной систем недоношенных детей парциальное давление кислорода и углекислого газа в крови отличается нестабильностью и широкими колебаниями. В условиях гипероксии происходит снижение экспрессии ангиогенных факторов, приводящее к развитию первой фазы РН - замедлению или прекращению роста ретинальных сосудов. Последующее повышение метаболических потребностей развивающейся сетчатки и нарастающая относительная гипоксия становятся стимулом к повышенной выработке ангиогенных факторов, что приводит к развитию второй, вазопролиферативной, фазы. Спонтанный регресс заболевания проявляется запустеванием новообразованных сосудов. В случае прогрессирования РН наблюдается прорастание новообразованных сосудов в стекловидное тело (интравитреальная неоваскуляризация), что при отсутствии адекватного и своевременного лечения, либо при агрессивном атипичном течении РН, наблюдающемся у выхаживаемых в современных условиях глубоко недоношенных детей [4, 5], является причиной развития отслойки сетчатки и необратимого нарушения зрительных функций, вплоть до слепоты [6, 7]. Важно отметить, что процесс ангиогенеза как в период внутриутробного развития организма, так и в постнатальном периоде регулируется сложной системой взаимодействующих ростовых факторов, компонентов межклеточного матрикса, нейроэндокринной системы и цитокинов, причем, последние способны оказывать как анти-, так и проангиогенное действие в зависимости от ткани-мишени, дозы, времени и продолжительности воздействия. Изучение роли различных агентов в инициации нарушения процессов развития сосудов при РН представляет собой перспективное направление исследований, учитывая сложный плейотропный характер их свойств и зачастую противоречивость имеющихся на сегодняшний день данных [8]. Наиболее изучена роль фактора роста эндотелия сосудов (VEGF-А) и инсулиноподобного фактора роста-1 (IGF-1) в развитии патологической вазопролиферации при РН. Доказано, что в период задержки нормального роста сосудов сетчатки, то есть в первую фазу заболевания, определяется низкий уровень VEGF-A в сыворотке крови и внутриглазных структурах недоношенных детей, в то время как фаза патологической вазопролиферации (вторая фаза) сопровождается его значительным повышением, что дало патогенетическое обоснование возможности применения анти-VEGF препаратов в лечении определенных форм РН во вторую фазу заболевания [9, 10]. IGF-1 является мощным фактором роста плода во внутриутробном периоде, поступая от матери через плаценту и амниотическую жидкость [11]. Имеются работы, в которых показано, что низкий уровень IGF-1 в течение первых недель и месяцев после рождения тесно коррелирует с дальнейшим развитием тяжелых форм РН, что нашло свое отражение в создании алгоритма WIN-ROP (weight, IGF-I, neonatal, ROP) для прогнозирования течения заболевания [12]. Также было показано, что во вторую фазу РН IGF-1 стимулирует развивающуюся неоваскуляризацию, действуя как фактор амплификации для VEGF [7]. У IGF-1-нокаутированных мышей отмечается значительная задержка развития сетчатки, несмотря на нормальный уровень VEGF [13]. Более того, у пациентов с генетическим нарушением продукции IGF-1 наблюдается замедление ретинальной васкуляризации [14], которое не нивелируется введением VEGF, а у недоношенных детей, у которых наблюдается быстрое повышение уровня IGF-1 (после снижения при рождении), не отмечается развития РН. На основании имеющихся данных было высказано предположение о том, что применение рекомбинантного человеческого IGF-1 (rhIGF-1) в период первой фазы РН может уменьшать степень последующей неоваскуляризации [7, 15]. В связи с описанными свойствами IGF-1, внимание ученых обратил на себя гранулоцитарный колониестимулирующий фактор (GCSF) - цитокин, увеличивающий количество лейкоцитов, который способен также повышать уровень IGF-1 [16]. В ряде работ было показано, что GCSF может вызывать развитие кровеносных сосудов в ишемизированной сетчатке без какого-либо отрицательного влияния на уровень и свойства VEGF [17-19]. В ретроспективном обзоре историй болезни недоношенных детей, которые получали GCSF, R. Bhola с коллегами [17] сообщили о том, что частота развития пороговой стадии РН, требующей проведения лазеркоагуляции аваскулярных зон сетчатки, у детей, получавших GCSF, была ниже по сравнению с детьми, не получавших указанное лечение, однако наблюдаемые различия не были статистически достоверными. Потенциальная роль GСSP в профилактике РН безусловно требует дальнейшего изучения в плане оценки дозировки, побочных эффектов и безопасности его применения. К широко изучаемым ангиогенным факторам относится также гипоксией индуцированный фактор HIF-1. Важнейшим свойством HIF-1 является способность к опосредованию транскрипции VEGF. Экспрессия HIF-1a снижается в условиях гипероксии и повышается при возврате в условия нормоксии, что коррелирует с экспрессией VEGF. В период внутриутробного развития низкие концентрации кислорода подавляют активность пролилгидроксилазы, инактивирующей HIF-1а, одновременно увеличивая локальный уровень HIF-1a и VEGF, что, в свою очередь, способствует нормальному васкулогенезу [20]. Вероятно, снижение HIF-1 может играть одну из ключевых ролей в инициировании и развитии первой фазы РН, тогда как повышение может иметь важное значение для второй фазы заболевания. Блокирование активности HIF-1а или его экспрессии путем применения методов генной инженерии или медикаментозных препаратов именно во вторую фазу РН может представлять собой новую терапевтическую стратегию [21, 22]. Сегодня в литературе широко обсуждается роль трансформирующего фактора роста-β (TGF-β) в развитии целого ряда патологий человека. Данный фактор представляет собой полифункциональный цитокин. Его свойства в значительной степени зависят от взаимодействия с другими цитокинами и биологически активными молекулами в определенных тканях и органах. Мнения о его роли в регуляции ангиогенеза противоречивы. В серии исследований было продемонстрировано, что в низкой концентрации TGF-β1 способствует пролиферации и миграции эндотелиальных клеток, однако в высокой концентрации оказывает ингибирующий эффект на данные процессы [23]. В одной из работ на мышиной модели кислород-индуцированной ретинопатии (КИР) было показано, что плацентарные мезенхимальные стволовые клетки при интраперитонеальном введении мигрируют в сетчатку и предотвращают развитие избыточной неоваскуляризации путем экспрессии TGF-β1 [24]. Вместе с тем, другие исследователи выявили, что сывороточная концентрация TGF-β1 может быть одним из дополнительных прогностических параметров развития другого вазопролиферативного заболевания сетчатки - диабетической ретинопатии у несовершеннолетних пациентов с сахарным диабетом 1 типа [25]. В работе, посвященной изучению иммунопатогенеза РН, было показано, что низкие значения концентрации TGF-β1 в сыворотке крови недоношенных детей до развития заболевания являются прогностически неблагоприятными в плане последующего развития тяжелой РН. При этом в процессе развития РН TGF-β1, тесно взаимодействуя с VEGF-A, проявляет проангиогенные свойства: относительный «недостаток» его концентрации на доклинической стадии заболевания, вероятно, способствует продлению периода существования аваскулярных зон сетчатки у детей с развивающейся впоследствии тяжелой РН, а последующая однонаправленность изменений его концентрации с изменениями уровня VEGF-A может указывать на синергичный характер участия данных ростовых факторов в процессе патологической вазопролиферации при РН. Определение точного механизма выявленного взаимодействия TGF-β1 и VEGF-A требует проведения дальнейших исследований [3]. Предметом ряда исследований, посвященных изучению патогенеза РН, явился также плацентарный фактор роста (PlGF). Данный фактор играет важную роль в обеспечении хемотаксиса моноцитов, развитии коллатеральных сосудов, патофизиологической неоваскуляризации у взрослых и в пролиферации и миграции эндотелиальных клеток [26]. Он также выступает в качестве важного кофактора при развитии неоваскуляризации сетчатки путем увеличения активности и экспрессии VEGF [27, 28]. Точный механизм влияния PlGF на процесс ангиогенеза до сих пор не ясен. В серии исследований было показано, что VEGF и PlGF образуют гетеродимер, который активирует рецептор VEGF FLT-1, что приводит к индукции ангиогенеза [29, 30]. Другие исследователи утверждают, что PlGF димеризуется с VEGF, приводя к ограничению связывания последнего с рецептором KDR [31, 32], тем самым снижая миграцию и пролиферацию эндотелиоцитов, индуцированную VEGF. Однако еще в одной работе было показано, что связывание PlGF с рецептором FLT-1 повышает уровень циркулирующего VEGF, доступного для активации рецептора KDR [33, 34]. Описано повышение уровня PlGF в процессе ангиогенеза [34, 35]. S.C. Shih с коллегами [36] на модели КИР выявили антиапоптозную активность PlGF в отношении эндотелиальных клеток в условиях гипероксии. H. Akrami и соавт. [37] показали, что PlGF действует как проангиогенный фактор для ретинальных эндотелиальных клеток. Авторы предположили, что подавление гена PlGF может уменьшать патологический ангиогенез, что потенциально отрывает новый терапевтический подход в лечении глазных неоваскулярных заболеваний. Активно обсуждается роль эритропоэтина (Epo) в развитии патологической вазопролиферации при РН. Есть работы, в которых было продемонстрировано, что экспрессия Epo увеличивается в условиях ишемии, а его ингибирование уменьшает ретинальный кислород-индуцированный ангиогенез. D. Watanabe и соавт. [38] наблюдали повышенный уровень Еро в стекловидном теле пациентов с диабетической ретинопатией по сравнению со здоровыми людьми. Механизмы, с помощью которых Epo индуцирует ангиогенез, изучены не полностью. В одной из работ были получены данные о том, что уровень Epo в стекловидном теле был выше, чем витреальный уровень VEGF и уровень Еро в сыворотке крови, демонстрируя, что увеличение Epo не связано с VEGF и синтез Еро способен осуществляться в ткани сетчатки. Есть свидетельства того, что он увеличивает производство NO путем прямой стимуляции эндотелиальной синтазы NO (eNOS), а также путем стимуляции пролиферации, дифференцировки, мобилизации и адгезии эндотелиальных клеток-предшественников [39-41]. J. Chen с коллегами [42] изучали роль Еро в разные фазы КИР и обнаружили, что дефицит Еро во время первой фазы ретинопатии способствует развитию болезни и его введение предотвращает потерю сосудов и развитие ишемии на этом этапе. Эти результаты позволили авторам предположить, что лечение пациентов на ранней стадии ретинопатии может сократить степень и последствия последующей неоваскуляризации сетчатки, в то время как его применение на поздних стадиях может усугубить течение заболевания вследствие увеличения пролиферации эндотелиальных клеток. Вместе с тем, мета-анализ, проведенный S.M. Aher и A. Ohlsson [43], показал увеличение частоты развития III стадии РН у пациентов, которые получали рекомбинантный человеческий Epo, по сравнению с контрольной группой пациентов, и увеличение частоты развития всех стадий в случае начала терапии в течение первых 8 дней жизни. Однако в другом ретроспективном анализе, проведенном J. Figueras-Aloy и соавт. [44] на 718 детях, рожденных с очень низкой массой тела, было показано, что раннее использование Epo не повышает риск развития тяжелой РН. Авторы заключили, что тяжелое течение РН было в большей степени обусловлено более низкой массой тела и гестационным возрастом при рождении. Интересным представляется изучение роли β-адренергических рецепторов (β-АР) в развитии РН. Известно, что β-АР широко экспрессируются в эндотелиальных клетках сосудов [45] и могут участвовать в регуляции неоангиогенеза в условиях хронической ишемии. Взаимосвязь между адренергической системой и ангиогенезом подтверждается рядом исследований, в которых нор-адреналин способствует опухолевой прогрессии путем повышения уровня VEGF [46, 47]. Высказано предположение, что повышенная экспрессия VEGF во вторую фазу развития РН индуцируется посредством стимуляции β-АР, что, в свою очередь, позволяет рассматривать β-блокаторы в качестве перспективных агентов в лечении РН [48]. Однако данные о роли β-АР в патогенезе различных видов пролиферативных ретинопатий достаточно противоречивы. Так, например, было показано, что агонист β-АР изопротеренол в хориоидальных эндотелиальных клетках повышает уровень факторов роста, вовлеченных в патогенез глазных заболеваний [49]. В другой работе сообщалось, что изопротеренол ингибирует диабетические изменения в сетчатке крыс, подтверждая, что потеря функции β-АР может быть ключевым фактором развития ранней диабетической ретинопатии [50]. На мышиной модели КИР наблюдали, что применение изопротеренола приводило к снижению уровня VEGF и торможению образования неоваскулярных пучков [51]. В то же время, другими исследователями было показано, что β-адреноблокатор пропранолол не влияет на уровень VEGF в сетчатке крыс с диабетической ретинопатией [52]. Одновременно с этим, еще одна группа ученых при применении антагониста β-АР тимолола в сетчатке крысят с КИР наблюдала снижение VEGF параллельно со снижением тяжести КИР [53]. В 2010 году было начато пилотное рандомизированное исследование эффективности применения пропранолола в профилактике прогрессирования РН [48]. Результаты этого исследования могут открыть новые возможности лечения и профилактики РН и других пролиферативных ретинопатий. Помимо перечисленных, наиболее изученных факторов, предметом многочисленных исследований этиопатогенетических основ развития РН являются фактор роста пигментного эпителия (PEDF), семафорин, нейропилин, простагландин Е2, аденозин, грелин, фосфолипаза А2, JAK/STAT сигнальный путь, ингибитор активатора плазминогена-1, НАДФ-оксидаза, кавеолин-, оксид азота, апелин, фактор роста фибробластов (FGF), тромбоцитарный фактор роста (PDGF), фактор роста гепатоцитов и другие биологически активные молекулы [54]. В настоящее время большое внимание уделяется изучению роли нарушений иммунологического статуса недоношенных детей в этиопатогенезе РН. Активно изучается вклад воспаления в развитии заболевания, учитывая инфекционную отягощенность общесоматического статуса данной категории детей. Было показано, что сепсис часто сопровождается гипотензией, приводящей к снижению тканевой перфузии, что стимулирует высвобождение ангиогенных факторов в ответ на гипоксический стресс. O. Dammann с коллегами [55] показали, что многочисленные точки воздействия перинатального воспаления и инфекции могут способствовать значительному возрастанию риска РН. M. Chen и соавт. [56] подтвердили, что неонатальный сепсис, воздействие кислорода и малый гестационный возраст оказывают мультипликативный эффект на развитие РН. Логичным продолжением данного направления исследований стало изучение роли про- и противовоспалительных цитокинов в патогенезе РН. Так, в одной из работ было показано, что существует взаимосвязь между высоким уровнем IL-6, IL-8 и TNF-α в плазме крови в первые дни жизни младенцев с дальнейшим развитием тяжелых форм РН [57]. Также было продемонстрировано, что уровень целого ряда цитокинов, измеренный в динамике в течение первых трех недель после рождения, значительно отличается у недоношенных детей с разными типами РН, подтверждая, что перинатальное воспаление может являться фактором, опосредующим патогенез РН [58]. Другие исследователи на доклинической стадии РН выявили превалирование провоспалительных факторов в сыворотке крови детей с развившейся впоследствии «пороговой» стадией РН по сравнению с детьми в группе без РН или с РН с самопроизвольным регрессом. У детей данной группы была выявлена тенденция к повышению в сыворотке крови уровня ростовых факторов VEGF и IGF-II, провоспалительных цитокинов IL-18, IL-8, IL-5, IL-1β, TNF-α с одновременной тенденцией к более частому обнаружению провоспалительных цитокинов IL-2, IL-1β, а также IFN-α [8]. Однако в целом ряде работ не обнаружена взаимосвязь изменений цитокинового статуса с развитием РН, и роль цитокинов в патогенезе заболевания остается до конца невыясненной и требует дальнейшего исследования. Так, T. Sato с коллегами [59] проанализировали уровень цитокинов в стекловидном теле 19 пациентов с IV стадией РН и пришли к выводу, что уровень VEGF в значительно большей степени коррелирует с сосудистой активностью в глазах детей с РН, чем про- и противовоспалительные цитокины. Изучается также роль нарушений клеточного звена иммунной системы в нарушениях ангиогенеза сетчатки при РН. В одной из работ отношение нейтрофилы/лимфоциты в сыворотке крови недоношенных детей, взятой в течение первых 24 часов жизни, было достоверно выше у детей с развившейся впоследствии РН. При этом в данной группе детей определялось достоверно более низкое количество лимфоцитов и в мультивариантном анализе данный показатель явился независимым фактором риска развития заболевания [60]. Предметом исследований является также роль аутоиммунных реакций в развитии РН, а также значимость оценки уровня аутоиммунизации в прогнозировании течения РН. Описана взаимосвязь определенного специфического гуморального ответа на S-антиген сетчатки с развитием заболевания. Пик IgM-антител был обнаружен у младенцев группы риска развития РН на доклинической стадии, что коррелировало с плохим прогнозом развития заболевания. Было продемонстрировано, что показатель относительной плотности антител класса IgG и IgM к S-антигену сетчатки > 0,1 при иммуноферментном анализе сыворотки крови недоношенных детей в сроки 29-40 недель постконцептуального возраста позволяет прогнозировать развитие РН [61]. Завершая анализ данных литературы о роли различных ангиогенных агентов в патогенезе РН, следует еще раз подчеркнуть важность проведения подобных исследований в открытии новых терапевтических возможностей для профилактики и лечения данного заболевания. Кроме того, данное направление научного поиска может стать основой совершенствования существующего протокола скрининга РН, делая ставку на возможность использования определенных лабораторных тестов, что позволит снизить частоту офтальмологических осмотров, оказывающих стрессовое действие на детей и сопряженных с рядом возможных осложнений в связи с развитием окуло-кардиальных и окуло-пульмональных рефлексов. Долевое участие авторов: Катаргина Л.А. - 50%; Осипова Н.А. - 50%.

About the authors

L. A Katargina

The Helmholtz Moscow Research Institute of Eye Diseases, Russian Ministry of Health

Moscow, 105062, Russian Federation

Natal’ya Anatol’evna Osipova

The Helmholtz Moscow Research Institute of Eye Diseases, Russian Ministry of Health

Email: natashamma@mail.ru
ophthalmologist for the Ophthalmological Department of Pediatric Surgery, The Helmholtz Moscow Research Institute of Eye Diseases, Russian Ministry of Health, Moscow, 105062, Russian Federation. Moscow, 105062, Russian Federation

References

Supplementary files