Обзор современных патогенетических путей развития ретинопатии недоношенных

    Ретинопатия недоношенных (РН) пролиферативное заболевание глаз недоно шенных детей, в основе которого лежит незре – это вазо-- - лость структур глаза, в частности сетчатки, во время преждевременных родов ребенка. РН – основная причина слепоты у детей в развитых странах [1–4].

    Благодаря достижениям неонатологии за последние десятилетия вырос удельный вес выживших глубоко недоношенных детей. Вместе с тем растет удельный вес тяжелых форм РН. Несмотря на то что было проведено множество исследований патогенеза РН, он еще не до конца изучен. Патогенез РН представляется как двухэтапный процесс, который имеет место в жизни недоношенного ребенка. Первая фаза происходит между 22–30-й неделей постконцептуального возраста, а вторая фаза начинается между 31–34-й неделей постконцептуального возраста.

    Первая фаза наступает, когда недоношенный ребенок рождается (между 22-й и 30-й неделями постконцептуального возраста) и начинает дышать, развивающаяся сетчатка становится относительно гипероксической. Из-за повышенного содержания кислорода в сетчатке, снижения выработки фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) и инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF-1) прекращается рост ретинальных кровеносных сосудов. Вторая фаза патогенеза характеризуется неорганизованным ростом сосудов сетчатки из-за большого количества факторов роста, секретируемых ишемической сетчаткой, и окислительного повреждения эндотелиальных клеток [1–3, 5–7]. В результате окислительного повреждения в сетчатке глаза происходят морфологические изменения. Во-первых, образуется видимая линия между сосудистой и бессосудистой сетчаткой, за которой следует гребень ткани. По мере прогрессирования заболевания аномальные сосуды разрастаются по гребню и распространяются в полость стекловидного тела. Затем прогрессирующее рубцовое сокращение аномальных кровеносных сосудов и стекловидного тела вызывает тракционное отслоение сетчатки [2, 3]. Хотя представление о двухэтапном развитии РН принесло большой успех в лечении этой патологии, существуют определенные недостатки, которые вызваны неполным пониманием патогенетического процесса и причинных факторов развития РН. Некоторые из этих проблем заключаются в том, что офтальмологи не обращают внимания на доклиническую стадию заболевания, а также в недоступности генетического консультирования по поводу риска развития РН, в снижении эффективности скрининга РН из-за отсутствия понимания причинных факторов и недоступности множественных модальностей для лечения и профилактики РН. Поэтому каждый год проводится множество исследований, направленных на расширение понимания патогенетических путей развития РН.

    Одна из самых распространенных проблем, связанных с РН, заключается в том, что офтальмологи обычно обращают внимание только на активную и рубцовую стадию заболевания, но не на доклиническую. Это связано с тем, что долгое время не было однозначно определено, в какие сроки и какими процессами формируется реальный патогенез ретинопатии. Если не уделять внимания точному периоду, когда патология РН развивается, это может привести к снижению эффективности профилактики заболевания, снижению эффективности мероприятий, направленных на уменьшение тяжести заболевания, и отсутствию потенциальных методов лечения, которые могут применяться до манифестации РН. Новый прорыв в понимании патогенеза РН, совершенный российскими исследователями (Сидоренко Е.И., Николаева Г.В., 2010–2021), дал ответ на эту дилемму, установив точный период времени и патогенез, в результате которого развивается РН [5–9]. В развитии РН задействованы две системы гомеостаза. Показано, что гипероксия и циркуляторная гипоксия воздействуют на незрелую сетчатку недоношенных детей с противоположным эффектом [5–7]. Эти два процесса происходят одновременно. Баланс системы контроля гипероксии и системы контроля циркуляторной гипоксии поддерживает гомеостаз тканей. Доминирование одного из этих процессов направляет ангиогенез в разные стороны. В тех случаях, когда гипоксия в бессосудистой части сетчатки становится доминирующей, циркуляторная гипоксия приводит к накоплению и увеличению фактора, индуцированного гипоксией (HIF-1a, 1b), который стимулирует выработку фактора роста эндотелия сосудов (VEGF-xxx). Когда VEGF-xxx вступает в контакт с эндотелиальными рецепторами, трансаминаза блокируется, что приводит к деполяризации сосудистой стенки и увеличению активности эндотелиальных клеток, которые выходят за пределы сосуда и образуют новые сосуды. В бессосудистой зоне сосуды разрастаются, устраняя гипоксию кровообращения. Фактор VEGFxxxb останавливает ангиогенез [5, 6].

    Выделено значение 2 типов гипоксии: гипоксия в результате снижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе и гипоксия, вызванная соматической патологией. Заболевания организма вызывают 5 типов гипоксии: респираторную, сердечно-сосудистую, гемическую, тканевую и смешанную [10]. Когда в сосудистой части сетчатки присутствует гипероксия, патологический ангиогенез сетчатки недоношенных начинается с запуска системы, которая борется с гипероксией. Исследователи обнаружили, что первая доклиническая фаза РН запускается сосудистой частью сетчатки, стимулирующей систему, которая борется с гипероксией, с помощью механизма, контролируемого 5 различными факторами. Первый фактор возникает, когда много кислорода попадает в сосудистую часть сетчатки, этот избыток кислорода в сосудистой части сетчатки разрушает кислородозависимый гипоксический фактор (HIF-1) ангиогенеза и подавляет систему борьбы с гипоксией кровообращения в сетчатке. Вторым фактором считается агрессивная роль стекловидного тела, депонирующего избыток кислорода, а третьим – интенсивная кислородная помощь (дополнительная оксигенация, искусственная вентиляция легких, пребывание в кувезе). Четвертый фактор определяется незрелой ауторегуляцией кровеносных сосудов в сосудистой части сетчатки, которая неправильно и неадекватно сильно реагирует на кислород, вызывая тяжелый ангиоспазм и нарушения кровообращения. Сопутствующая патология недоношенного ребенка считается пятым фактором [5– 8]. Также было замечено, что чем более недоношенный ребенок, тем чаще отмечаются спазмы сосудов, и были определены сроки созревания ауторегуляции сосудов сетчатки, приближающиеся к 30 неделям постконцептуального возраста [5–9].

    Таким образом, благодаря данному исследованию, стали очевидными понимание процесса развития патогенеза РН и точный период времени, в течение которого этот процесс происходит, а также важность внимания к доклинической стадии.

    Вышеназванные авторы дали ответ и на другую важную проблему в скрининге и лечении РН – влияние сопутствующей патологии на патогенетический процесс развития РН. Если сопутствующие заболевания, которые вносят вклад в патогенез РН, определены, это сделает скрининг РН гораздо более точным. Также можно утверждать, что эффективное и своевременное лечение этих сопутствующих заболеваний снизит тяжесть РН у недоношенных новорожденных [5–9]. Около 40 различных заболеваний у недоношенных детей могут вызвать нарушение ауторегуляции кровеносных сосудов. Обнаружено, что незрелая ауторегуляция, нарушение реакции сосудов на кислород приводят к тяжелому ангиоспазму, нарушениям кровообращения, запустению кровеносных сосудов, задержке ангиогенеза в бессосудистой сетчатке, которая погибает от циркуляторной гипоксии [6–9].

    За прошедшие годы исследований внесен значительный вклад в расширение понимания того, как определенные сопутствующие заболевания влияют на патогенез РН. В последнее время роль инфекции в пренатальный, перинатальный и постнатальный период была определена как один из вероятных механизмов развития РН, а исследование, проведенное в Германии и опубликованное в 2018 г., показало, что инфекции, вызванные эпидермальным стафилококком (Staphylococcus epidermidis), вносят важный вклад в патогенез РН. Несбалансированное воспаление, вызванное St. epidermidis, считается основным механизмом, вызывающим РН. Обычно стафилококк считается безвредным комменсалом для кожи человека, но вместе с особенностями врожденного иммунитета новорожденных и факторами нозокомиальной среды St. epidermidis становится значимым внутрибольничным патогеном при РН. Ответ врожденного иммунитета новорожденных на St. epidermidis и повреждение органов и тканей, вызванных этой инфекцией, в настоящее время считаются одним из основных патогенетических механизмов развития РН [11]. В 2019 г. китайские ученые провели систематический обзор и метаанализ литературы о роли сепсиса в развитии РН с использованием баз данных PubMed, Embase и Cochrane Library. В этот обзор были включены 34 когортных исследования и исследования «случай–контроль», в которых сообщалось о связи сепсиса и РН. Исследователи подтвердили, что как ранний, так и поздний сепсис увеличивают риск развития тяжелой РН, а бактериальный и грибковый сепсис связаны с тяжелым течением РН [12].

    В исследовании, проведенном марокканскими учеными в 2019 г., были также выявлены воспалительные факторы, которые опосредованно влияют на патологический процесс развития РН на фоне различных инфекций. Они обнаружили что, такие факторы, как интерлейкин 1 бета (IL-1β), фактор некроза опухоли альфа (TNF-α) и интерлейкин 6 (IL-6) являются первичными инициаторами воспаления. Эти факторы опосредуют активацию цитокиновых рецепторов, что индуцирует регуляцию нижестоящих эффекторных молекул, таких как интерлейкин 8 (IL-8), и вызывает воспаление и ангиогенез [13].

    Другие исследования, проведенные группой ученых канадского, норвежского и немецкого происхождения, помогли расширить понимание воспалительного, опосредованного инфекцией патогенного механизма развития РН. В когортном исследовании глубоко недоношенных новорожденных (ELGAN) такие воспалительные стимулы, как бактерии в плаценте и поздняя бактериемия, были факторами риска развития РН. Более того, на животных моделях было показано, что системное воспаление у новорожденных нарушает развитие сосудов сетчатки и вызывает развитие РН. Воспалительные факторы (такие, как цитокины, хемокины), факторы, индуцируемые гипоксией, гормоны, оксид азота, факторы роста или воспалительные клетки (такие, как лейкоциты, моноциты или макрофаги/микроглия) участвуют в контроле ангиогенеза и играют пагубную роль для развивающихся сосудов сетчатки.

    Цитокины, такие как IL-1β, TNF-α и IL-6, действуют как первичные инициаторы воспаления после инфекции или повреждения тканей. Эти инициаторы воспаления могут опосредовать активацию цитокиновых рецепторов, что приводит к положительной регуляции эффекторных молекул, таких как хемокины (например, IL-8, RANTES) и молекулы адгезии (например, ICAM-1). Хемокины, представляющие особый интерес для патофизиологии развития РН, представляют собой IL-8, RANTES, моноцитарный хемотаксический белок 1 (MCP-1) и индуцируемый интерфероном Т-клеточный альфа-хемоаттрактант (I-TAC). Факторами роста, которые играют основную роль в развитии РН, являются VEGF, IGF-1, MMP-1 и 9. RANTES (Regulated upon Activation, Normal T Cell Expressed and Presumably Secreted) кретируемый тромбоцитами, который способствует клеточной инфильтрации в очагах воспаления.

    МСР-1 – это фактор, который может привлекать множество иммунных клеток, которые будут способствовать разрушению гематоретинального барьера. Было обнаружено, что цитокины – инициаторы воспаления также активируют проапоптотические факторы, которые делают возможной дезинтеграцию сосудов и формируют химический барьер, тем самым выталкивая новообразования в стекловидное тело, что позволяет прогрессировать РН [14].

    Недавно обнаруженные связи между РН и сопутствующими заболеваниями открывают новые возможности для профилактики и улучшения скрининга развития РН.

    Еще одна важная проблема, которая возникает из-за ограниченности знаний о патогенезе РН, – это отсутствие потенциальных новых методов лечения. За последние 5 лет исследователи определили множество возможностей для новых методов лечения, хотя эти методы еще требуют дальнейшей работы. Группа исследователей из США определила патогенетический путь развития РН, опосредованный свободными радикалами. Они обнаружили, что развитие РН связано с активацией тромбоцитов и происходит за счет активации эндотелия сетчатки кислородсодержащими свободными радикалами, образующимися у недоношенных новорожденных. Это приводит к экзоцитозу гранул тромбоцитов, содержащих лиганд кластерной дифференцировки 40 (CD40L), который будет перемещаться в мембрану. Объединение CD40L и его рецептора тромбоцитов CD40 активирует сигнальные пути, что приводит к реорганизации клеточного цитоскелета, что, в свою очередь, приводит к усилению экзоцитоза гранул тромбоцитов, содержащих кластер дифференциации 40 (CD40L). Растворимый или мембранный CD40L активирует эндотелий сетчатки (REC) после взаимодействия с их рецептором CD40, что позволяет активировать TRAF-зависимые и TRAF-независимые сигнальные пути. Это приводит к транскрипции провоспалительных генов, таких как IL-1β, NOS2 и TNF-α, и ангиогенных генов, которые кодируют факторы роста сосудов, такие как VEGF, а также сверхэкспрессию молекул клеточной адгезии, таких как ICAM, VCAM и E-селектин, играют важную роль в клеточной инфильтрации [15]. На данный момент нейтрализующее моноклональное антитело против IL-1β канакинумаб было одобрено для лечения таких состояний, как сердечная недостаточность, и, кроме того, моноклональное антитело, направленное против рецептора IL-1, и нейтрализующее антитело против IL-1α проходят клинические испытания как потенциальные противовоспалительные средства для лечения различных заболеваний [15]. С генетической точки зрения было обнаружено, что процесс патогенеза РН связан с GTPase RhoB (член семейства гомологичных генов Ras) на моделях мышей. Генетические исследования на мышах показывают, что вызванная стрессом малая GTPase RhoB не обязательна для нормальной физиологии, но необходима для патологического ангиогенеза. Доказана эффективность этой теории на мышиных моделях с пролиферативным ангиогенезом сетчатки или кислород-индуцированной ретинопатией путем введения моноклонального антитела RhoB (7F7), которого было достаточно для блокирования неоангиогенеза или бессосудистой патологии соответственно. Исследователи полагают, что множество регуляторных механизмов, доступных для контроля активности GTPase, от регулирования субклеточной локализации до доступности партнеров по связыванию, предоставляет почти бесконечные возможности для модуляции и потенциального терапевтического нацеливания на определенный тип клеток [16].

    Еще одна многообещающая идея метода лечения РН была открыта группой исследователей из США и Китая.

    Они сообщили, что ангиогенный фактор плейотропин активируется в стекловидном теле пациентов с пролиферативной ретинопатией. Было продемонстрировано, что плейотропин индуцирует ангиогенез in vivo на моделях мышей. Чтобы исследовать патологическую роль плейотропина, нейтрализующие плейотропин антитела использовали для блокирования его функции на множестве in vivo моделей глазных сосудистых заболеваний. На модели РН суррогатных мышей было продемонстрировано, что интравитреальная инъекция антител против плейотропина предотвращает индуцированную кислородом ретинопатию, патологическую неоваскуляризацию сетчатки и аберрантные пучки сосудов.

    Плейотропин-нейтрализующие антитела улучшили индуцированную лазером хориоидальную неоваскуляризацию (модель nAMD у мышей), что позволяет предположить, что плейотропин участвует в сосудистом заболевании хориоидеи. Эти данные свидетельствуют о том, что плейотропин играет важную роль в развитии неоваскуляризации сетчатки при РН и с хориоидальной неоваскуляризацией nАМД [17]. Эти исследователи заявляют, что результаты эксперимента подтверждают проангиогенное действие плейотропина (Ptn) на проницаемость сосудов и проницаемость сосудов на множественных моделях глазных заболеваний у мышей и предоставляют первое свидетельство того, что плейотропин может быть важной мишенью для терапии антителами (Ab) в качестве единственного агента.

    Одни из последних, но не менее важных проблем, связанных с развитием РН, – вопрос, можно ли предсказать заболевание с помощью исследования генетической предрасположенности, а также важность учета генетических факторов в скрининге этого заболевания.

    Группа исследователей из Индии достигла определенного прогресса в понимании генетического аспекта развития РН. Благодаря достижениям в картировании генов с использованием частот аллелей и генотипов, неравновесия по сцеплению и анализа гаплотипов было выявлено, что варианты в генах CFH, CFB, FBLN5, CETP и CXCR4 имеют значительную связь с развитием РН.

    Эти гены были идентифицированы путем комплексного скрининга генов-кандидатов у недоношенных с РН и без РН. Кроме того, была проведена количественная оценка 27 белков-кандидатов и цитокинов в образцах стекловидного тела и слезной жидкости детей с тяжелой формой РН с помощью мультиплексных массивов гранул, вестерн-блоттинга и зимографии. Было установлено, что воспалительные факторы MMP-9, CFH, C3, C4, IL-1ra, белки эндотелия сосудов и G-CSF также играют роль в патогенезе развития РН и эти факторы влияют на отдельные стадии развития РН. Авторами сделан вывод, что повышенная активация комплемента в сетчатке/стекловидном теле, в свою очередь, активирует микроглию, что приводит к усилению воспаления. Этот патогенетический механизм можно использовать для количественной оценки маркеров воспаления в слезе, чтобы помочь в раннем прогнозировании прогрессирования РН и облегчить эффективное лечение заболевания [18].

    Группа исследователей из Японии провела исследование генетических мутаций как причинного фактора и детерминанты тяжести РН. Из-за сходства клинических проявлений семейной экссудативной витреоретинопатии (FEVR) и РН, исследователи проверили группу пациентов с тяжелой РН на генетические мутации трех генов, связанных с сигнальным путем рецептора wingless/int1 (Wnt) – FZD4. Так, 17 пациентов исследуемой группы были обследованы методами полимеразной цепной реакции (ПЦР) и прямого секвенирования генов ND, FZD4 и LRP5. У одного пациента была обнаружена мутация в гене LRP5, в то время как у другого пациента была мутация в гене ND. Исследователи определили, что эти результаты предполагают, что генетические мутации в сигнальном пути рецептора Wnt во время развития сетчатки могут быть связаны с развитием тяжелой формы РН.

    Эти данные предполагают, что тяжелая РН может быть полигенетической и что сравнение генетических изменений между тяжелыми и легкими случаями может помочь прояснить этиологию развития РН. Авторы также предполагают, что необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, являются ли эти генетические изменения de novo или унаследованы.

    Таким образом, успехи в генетических исследованиях дают возможность раннего выявления случаев высокого риска и прогнозирования тяжести течения болезни [19].

    Последние исследования патогенеза РН помогли приблизить офтальмологов к решению проблем, которые с ней связаны. В последние годы исследователям удалось идентифицировать определенный период времени и механизмы, которые запускают патогенез РН, и, таким образом, сосредоточить внимание на доклинической стадии развития РН, открывая возможности для раннего выявления и профилактики данного заболевания. Обнаружив сопутствующие заболевания, которые влияют на патогенетический путь развития РН и поняв механизмы их действия, исследователи потенциально повысили эффективность скрининга и профилактики развития РН. Те, кто идентифицировал различные компоненты в патогенетических путях развития РН, в последние годы приблизили мир к открытию новых методов лечения РН. Наконец, обнаружив корреляцию между генетикой и развитием РН, исследования открыли будущую возможность генетического консультирования по профилактике развития РН или выявления потенциальных групп риска.

    Таким образом, в последние годы на пути к полному пониманию патогенетических методов и патогенных факторов развития РН было сделано много, что дает надежду на решение проблем, связанных с лечением и профилактикой РН, но очевидно, что дальнейшие исследования патогенеза РН крайне необходимы для решения проблем лечения и ее профилактики.

    © Виджияпала К.Ш., Николаева Г.В., 2022

    

    Информация об авторах

    Калугалаге Шехари Виджияпала, аспирант, shehari@mail. ru, https://orcid.org/0000-0003-2940-4386

    Галина Викторовна Николаева, к.м.н., доцент, galina. nicolaeva@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-1894-132X

    Author’s information

    Wijayapala Kalugalage Shehari, Postgraduate Ph.D., shehari@ mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-2940-4386

    Galina V. Nikolaeva, Doctor of Philosophy, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Ophthalmology of the Pediatric Faculty, galina.nicolaeva@mail.ru, http://orcid.org/0000-0003-1894-132X

    Вклад авторов в работу:

    К.Ш. Виджияпала: существенный вклад в концепцию и дизайн работы, сбор, анализ и обработка материала, написание текста

    Г.В. Николаева: существенный вклад в концепцию работы, написание текста, редактирование, окончательное утверждение версии, подлежащей публикации.

    Author’s contribution:

    K.S. Wijayapala: significant contribution to the concept and design of the work, collection, analysis, and processing of material, writing the text

    G.V. Nikolaeva: significant contribution to the concept of work, writing the text, editing, final approval of the version to be published.

    Финансирование: Авторы не получали конкретный грант на это исследование от какого-либо финансирующего агентства в государственном, коммерческом и некоммерческом секторах.

    Конфликт интересов: Отсутствует.

    Funding: The authors have not declared a specific grant for this research from any funding agency in the public, commercial or not-for-profit sectors.

    Conflict of interest: There is no conflict of interest.

    Поступила: 30.08.2021

    Переработана: 21.02.2022

    Принята к печати: 10.03.2022

    Originally received:: 30.08.2021

    Final revision: 21.02.2022

    Accepted: 10.03.2022