Прогностическая и профилактическая роль различных факторов в отторжении роговицы после кератопластики

    

    Актуальность

    Патология роговицы, возникающая в результате травм, ожогов, дистрофических и дегенеративных заболеваний, является на сегодняшний день значительной проблемой в офтальмологии. Основным решением данной проблемы служит хирургическая операция – кератопластика, при которой поврежденный участок роговицы пациента заменяется трансплантатом донора. Известно, что результаты кератопластики в значительной степени зависят от этиологии патологии роговицы. Так, у пациентов с кератоконусом и с некоторыми формами дистрофии роговицы вероятность успешного приживления трансплантата довольно высока и составляет почти 90% [1].

    Особо сложным случаем является кератопластика «высокого риска», когда у реципиента имеются васкуляризированное бельмо роговицы, вторичный иммунодефицит, а также системные или гормонозависимые заболевания. У пациентов данной группы в 18–79% случаев кератопластика заканчивается помутнением или отторжением трансплантата, что может быть связано с качеством трансплантата, интра- или послеоперационными осложнениями (увеитом, васкуляризацией трансплантата), с развитием иммунного конфликта [2–4]. Следствием недостаточности трансплантата роговицы является необратимая потеря его оптимальных рефракционных свойств. Особую актуальность приобретают разработка методов прогнозирования риска отторжения трансплантата и поиск предикторов послеоперационных осложнений у пациентов, перенесших кератопластику [5]. Известно, что результат приживления кератотрансплантата примерно в 80% случаев зависит от исходного состояния иммунитета и динамики его показателей после операции: количества циркулирующих иммунных комплексов, уровней антител и цитокинов в слезной жидкости и сыворотке крови, соотношения размеров популяций иммунокомпетентных клеток, а также от наличия сенсибилизации к антигенам роговицы [6]. Именно поэтому в последние годы в зарубежной и отечественной литературе активно обсуждается прогностическая роль составляющих иммунной системы при реакциях отторжения кератотрансплантата [7]. На основании этих данных можно утверждать, что понимание иммунологических и патофизиологических механизмов, лежащих в основе послеоперационных осложнений при пересадке роговицы, позволит разработать оптимальные схемы профилактической терапии реакции отторжения у пациентов группы высокого риска.

    Цель

    Обобщение современных данных об иммунологических и неиммунологических предикторах послеоперационных осложнений после кератопластики.

    Иммунологические и патофизиологические особенности недостаточности трансплантата роговицы

    Успех кератопластики относительно трансплантаций других органов и тканей заключается в особом механизме, реализуемом посредством локальной и системной иммунорегуляции, – иммунной привилегии глаза. Тем не менее идея изоляции глаза от иммунной системы в настоящее время рассматривается на основе феномена, известного как иммунное отклонение, связанное с передней камерой глаза (Anterior Chamber Associated Immune Deviation – ACAID). Данное состояние поддерживается антигенпрезентирующими клетками (АПК), мигрирующими из глаза в лимфатические узлы и индуцирующими специфические регуляторные Т-лимфоциты, которые системно подавляют отторжение трансплантата. Кроме того, одна из стратегий сохранения иммунной привилегии глаза заключается в существовании иммуносупресcивной внутриглазной микросреды [8, 9].

    Основным механизмом иммунологического распознавания является система HLA (Human Leukocyte Antigens – человеческие лейкоцитарные антигены), осуществляющая контроль трансплантационных антигенов, синтез поверхностных клеточных молекул и формирование иммунного ответа. К I классу относятся классические антигены – A, B и C (Ia), и неклассические, включающие HLA-E, HLA-F и HLA-G (Ib) молекулы. В ряде исследований было показано, что антигены HLA-G способны регулировать баланс провоспалительных (TNF-α) и противовоспалительных (IL-10) цитокинов путем сдвига в сторону последних. В то же время установлено, что IL-10 повышает уровень транскрипции гена HLA-G в клеточных культурах трофобластов и положительно регулирует клеточную поверхностную экспрессию HLA-G в моноцитах периферической крови, а экзогенно введенный IL-10 индуцирует секрецию растворимого HLA-G мультипотентными мезенхимными стволовыми клетками (ММСК) [10-12].

    В основе иммуноопосредованного отторжения трансплантата лежит сложная взаимосвязь между лимфангиогенезом (афферентным звеном), гемангиогенезом (эфферентным звеном) и воспалением, что в конечном итоге приводит к потере иммунной привилегии роговицы. Аваскулярная природа роговицы, уникальная физиология передней камеры, низкая или отсутствующая экспрессия антигенов гистосовместимости I и II класса в клетках роговицы, покоящиеся АПК и присутствие апоптотических факторов Т-клеток, таких как Fas-лиганды, являются критериями высокой выживаемости аллотрансплантатов роговицы. Процесс отторжения кератотрансплантата включает фазу индукции, которая начинается с сенсибилизации хозяина к донорским антигенам и активации АПК, которые, в свою очередь, сенсибилизируют и индуцируют пролиферацию Т-клеток в дренирующих лимфатических узлах. Эфферентная фаза, опосредованная доставкой иммунных эффекторов кровеносными сосудами к участку трансплантата, ответственна за конечную атаку донорского материала через эффекторный механизм CD8+- и CD4+-T-клеток, которые вырабатывают воспалительные цитокины (IL-2, IFN-γ, IL-4 и IL-10), что впоследствии приводит к отторжению трансплантата [13].

    Исследование уровня цитокинов в слезной жидкости и/или в сыворотке крови может быть одним из способов прогнозирования характера течения послеоперационного периода и своевременной диагностики осложнений. Известно, что в ответ на хирургическое вмешательство при кератопластике происходит выброс цитокинов IL-1β, TNF-α, IL-4, IL-0, а также наблюдается повышение уровня IL-2 и/или IFN-γв сыворотке крови в раннем послеоперационном периоде [14].

    На долю иммунного отторжения приходится более 50% случаев нарушений его нормального функционирования. К неиммунным причинам недостаточности кератотрансплантата относят глаукому (10%), воспалительные заболевания глаза (10%), эндотелиальную клеточную недостаточность (8%) и герпетическую инфекцию (7%). Причины оставшихся случаев нередко остаются невыясненными. Данные о частоте отторжения роговичного трансплантата в различных исследованиях варьируют от 2,3 до 68% [15–17].

    Снижение плотности эндотелиальных клеток роговицы, которое может возникнуть через несколько лет после трансплантации роговицы, также опосредовано факторами иммунной системы. В многочисленных исследованиях было показано, что на поверхности эндотелия трансплантированной роговицы присутствуют клетки иммунной системы: дендритные, CD4+-T-хелперные клетки, CD8+-цитотоксические T-клетки, CD20+-B-лимфоциты, CD68+-макрофаги и нейтрофилы [18–19]. В эксперименте на кроликах с помощью конфокальной сканирующей микроскопии было описано, что главной причиной поздней эндотелиальной недостаточности являлись иммунные клетки, которые продуцировали провоспалительные цитокины TNF-α и IFN-γ. При этом некоторые эндотелиальные клетки роговицы, расположенные рядом с этими иммунными клетками, проявляли признаки апоптоза [18].

    Факторы риска отторжения роговицы после кератопластики

    При подготовке пациентов к кератопластике, а также в послеоперационном периоде необходимо учитывать факторы риска формирования несостоятельности трансплантата роговицы. На функциональную состоятельность кератотрансплантата значительное влияние оказывает несовместимость донора и реципиента по системе АВ0 и генотипу HLA. Анализ 199 сквозных кератопластик показал, что в группе высокого риска «выживаемость» трансплантата была выше в AB0-совместимой подгруппе (p=0,0002). В группе низкого риска «выживаемость» трансплантата в обеих подгруппах была сходной [20].

    Совместимость по генотипу HLA может положительно влиять на приживление роговичного трансплантата. Однако необходимость соответствия HLA-антигенов ставится под сомнение: в экспериментах с использованием мышиных моделей было показано, что «минорные» (H) антигены HLA могут быть более значимыми при отторжении трансплантата, чем основной комплекс гистосовместимости [8].

    Такие факторы, как метод консервации донорской роговицы, причина смерти донора, не оказывают значительного влияния на результат кератопластики. Однако в исследовании M. Simon и соавт. (2004) анализ 210 случаев аллотрансплантации роговиц показал, что хранение ткани роговицы в среде при температуре 37 °C (тепловая консервация) может снизить частоту отторжения аллотрансплантата [21].

    Другими исследованиями было отмечено, что при гендерной несовместимости трансплантация роговицы связана с более высоким риском отторжения кератотрансплантата [22]. При этом время между различными этапами подготовки кератотрансплантата не влияет на риск отторжения, но может повлиять на его качество.

    Одним из основных факторов риска отторжения роговичного аллотрансплантата является степень васкуляризации воспринимающего ложа реципиента. У пациентов с кератопластикой «низкого риска» разрастание кровеносных и лимфатических сосудов после трансплантации быстро ингибируется, и ангиогенное привилегированное состояние роговицы восстанавливается. При кератопластике «высокого риска» наблюдается утрата данной ангиогенной привилегии: по лимфатическим сосудам происходит транспорт антигенов трансплантата для антигенпрезентации Т-клеткам в лимфоузлах; по кровеносным сосудам осуществляется доставка иммунных эффекторных клеток в место имплантации, что индуцирует иммунное отторжение. При этом степень и глубина васкуляризации прямо пропорциональны увеличению риска отторжения аллотрансплантата [23].

    Повторные пересадки роговицы также неблагоприятно влияют на состоятельность кератотрансплантата. Вероятность отторжения трансплантата после первой пересадки составляет около 40%, после второй – 68%, после третьей – 80%. К возможным причинам несостоятельности роговицы в этом случае относят пресенсибилизацию, формирование иммунологической памяти, воспаление и васкуляризацию, вызванные предыдущими хирургическими вмешательствами.

    В значительной степени к отторжению аллотрансплантата роговицы или его недостаточности по неиммунологическим причинам предрасполагает острое интраоперационное инфекционное воспаление, так называемая «горячая трансплантация». Кроме того, риск возникновения иммунных реакций увеличивает наличие таких заболеваний, как атопический дерматит и экзема, герпетический кератит, увеит, глаукома, синдром «сухого глаза», а также предыдущие операции на переднем отрезке глаза [24, 25].

    Кроме того, у кандидатов на трансплантацию важно учитывать низкое количество лимбальных стволовых клеток из-за деградации лимбальных палисадов Фогта, поскольку это может привести к плохой реэпителизации в послеоперационном периоде и развитию хронического воспаления, рецидивирующей эрозии и конъюнктивизации [26]. С целью профилактики отторжения в данном случае необходимо своевременно выявлять бокаловидные клетки в роговице методом цитологического анализа отпечатков. Тотальную сквозную кератопластику связывают с более высоким риском отторжения трансплантата из-за его большего диаметра и увеличения доступности к лимбальной сосудистой сети. Послойная кератопластика, при которой заменяется только пораженная часть роговицы, обеспечивает достоверно лучшую выживаемость трансплантата [27–29].

    Эндотелиальная кератопластика – одно из современных направлений трансплантации роговицы, заключается в трансплантации задних (эндотелиальных) слоев донорской роговицы. Операции такого типа показывают значительное преимущество, в том числе, в плане риска развития реакции иммунного отторжения (<1%), по сравнению со стандартной сквозной кератопластикой [28, 30].

    Потенциальные мишени для таргетной иммунотерапии кератопластики «высокого риска»

    В настоящее время применяются различные хирургические и терапевтические подходы по снижению риска отторжения аллотрансплантатов роговицы при кератопластике. Предлагаются варианты малой иммуносупрессивной терапии посредством сотрансплантации аллогенных фрагментов лимба с иммуносупрессивными свойствами [8, 12].

    Одним из методов иммуносупрессивной терапии является применение глюкокортикоидов и селективных препаратов [31]. Большой интерес представляют препараты, действие которых направлено на регуляцию или блокаду иммунологических процессов воспаления и отторжения. Например, Такролимус – макролидный антибиотик, член семейства ингибиторов кальциневрина. Препарат супрессирует начальную фазу активации Т-лимфоцитов, что приводит к ингибированию транскрипции IL-2, а также влияет на высвобождение цитокинов (TNF-α, IFN-γи др.).

    Успешно применяются для профилактики и лечения неоваскуляризации роговицы некоторые анти-VEGF-A-препараты. Клинические исследования бевацизумаба продемонстрировали безопасность и многообещающие результаты у пациентов после сквозной кератопластики [32].

    Вышесказанное позволило выявить потенциальные мишени для иммунотерапии кератопластики «высокого риска», которые могут послужить основой для разработки новых стратегий ведения пациентов данной группы.

    Известно, что при трансплантации различных органов у пациентов с признаками воспаления ингибирование продукции интерлейкина 1 (IL-1) помогает подавлять симптомы воспалительного процесса [33]. Особое значение имеет IL-1β, индуцирующий синтез других провоспалительных цитокинов (например, TNF-α и IL-6), медиаторов воспаления (NO и простагландины) и хемокинов [34]. Высокий уровень IL-1β в сыворотке крови (более 30 пкг/мл) и/или в слезной жидкости может служить прогностическим признаком отторжения кератотрансплантата [3]. В исследовании M. Tahvildari и соавт. (2016) показано, что системное введение низких доз IL-2 увеличивает количество регуляторных Т-лимфоцитов и способствует приживлению трансплантата [35]. Интелейкин 6 (IL-6) в присутствии TGF-βингибирует дифференцировку Treg-клеток, способствуя развитию Th17 в реакциях отторжения кератотрансплантата [36]. Интерлейкин 17А (IL-17A) влияет на индукцию IL-6, IL-8 и простагландина E2 (PGE2), а также усиление экспрессии молекулы межклеточной адгезии ICAM-1 в фибробластах и кератиноцитах [37]. IL-17A индуцирует секрецию макрофагами TNF-α, IL-1 и стромелизина [38].

    Известна прогностическая роль маркера активации T-лимфоцитов (CD30) при оценке послеоперационных осложнений пересадки почки: острое отторжение аллотрансплантата наблюдалось у реципиентов с высоким уровенем sCD30 в плазме в течение первых 3–5 дней после трансплантации [39].

    В исследовании P. Maier и соавт. (2011) у 18 пациентов перед сквозной кератопластикой были определены уровни 6 цитокинов в водянистой влаге. Достоверными предикторами иммунной реакции отторжения в послеоперационном периоде стали IL-4, IL-2, IL-5 и IFN-γ[40].

    В экспериментальной модели реакции отторжения (сквозная ксенотрансплантация роговицы) наиболее значимыми биомаркерами для прогнозирования отторжения были уровни C3a, CD8 (корецепторов Т-киллеров) и интерферона IFN-γ (фактора врожденного и адаптивного иммунитета) в водянистой влаге. С3а является эффектором системы комплемента, выполняющим функции Т-клеточной и макрофагальной активации, стимуляции ангиогенеза, хемотаксиса, дегрануляции тучных клеток [41]. Интерфероны способны усиливать экспрессию молекул системы HLA, стимулировать продукцию IL-1βи IL-2, активировать клетки-киллеры, тем самым приводя к развитию аутоиммунных реакций и отторжению трансплантата [42].

    Отдельного внимания заслуживает генная терапия, направленная на модуляцию Т-клеточного иммунного ответа, развивающегося при трансплантации роговицы. Созданы модифицированные аллогенные композитные трансплантаты для ограничения экспрессии p35. В результате уменьшение числа праймированных CD4+ T-лимфоцитов было подтверждено значительное снижение пролиферации и более низкий уровень секреции IFN-γв сравнении с контрольными группами [43].

    Заключение

    Разработка точной стратификации риска отторжения для каждой отдельной кератопластики может стать первым шагом к созданию индивидуального алгоритма, приводящего к достижению оптимальных результатов при трансплантации роговицы у пациентов с кератопластикой «высокого риска». Поиск новых периоперационных терапевтических стратегий, а также потенциальных молекулярных мишеней для таргетной иммунотерапии осложнений кератопластики является важной задачей в настоящее время.

    

    

    Вклад авторов в работу:

    С.Н. Сахнов: существенный вклад в концепцию и дизайн работы, сбор, анализ и обработка материала, написание текста, редактирование, окончательное утверждение версии, подлежащей публикации.

    В.В. Мясникова: существенный вклад в концепцию и дизайн работы, сбор, анализ и обработка материала, написание текста, редактирование.

    А.О. Марцинкевич: написание текста, редактирование.

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

    Т.В. Русинова: сбор, анализ и обработка материала, написание текста.

    Я.А. Юцкевич: сбор, анализ и обработка материала.

    

    Author's contribution:

    S.N. Sakhnov: significant contribution to the concept and design of the work, collection, analysis and processing of the material, writing of the text, editing, final approval of the version to be published.

    V.V. Myasnikova: significant contribution to the concept and design of the work, collection, analysis and processing of the material, writing of the text, editing.

    A.O. Martsinkevich: writing the text, editing.

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

    T.V. Rusinova: collection, analysis and processing of the material, writing of the text.

    Ya.A. Yutskevich: collection, analysis and processing of the material.

    

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

    Авторство: Все авторы подтверждают, что они соответствуют действующим критериям авторства ICMJE.

    Согласие пациента на публикацию: Письменного согласия на публикацию этого материала получено не было. Он не содержит никакой личной идентифицирующей информации.

    Конфликт интересов: Отсутствует.

    ORCID ID: Мясникова В.В. 0000-0003-1748-7962

    

    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.

    Authorship: All authors confirm that they meet the current ICMJE authorship criteria.

    Patient consent for publication: No written consent was obtained for the publication of this material. It does not contain any personally identifying information.

    Conflict of interest: Тhere is no conflict of interest.

    ORCID ID: Myasnikova V.V. 0000-0003-1748-7962