1.2 Патогенетические механизмы развития ДМО

    Патогенетические механизмы развития ДМО являются сложными и многофакторными, и на сегодняшний день до конца не изучены. Основой патологического процесса принято считать нарушение функции внутреннего и наружного гематоретинального барьеров (ГРБ) как следствие разобщения нейрональных и сосудистых клеточных взаимодействий в условиях хронической гипергликемии [51]. Нормальная физиология работы данных барьеров заключается в избирательном обмене жидкостью, электролитами, питательными веществами и продуктами обмена между сетчаткой и сосудистым руслом. Главным структурным компонентом наружного ГРБ является монослой клеток ретинального пигментного эпителия, а внутреннего - эндотелиальные клетки ретинальных сосудов, перициты и глия (клетки Мюллера и астроциты) [179]. Основная часть кровоснабжения сетчатки (85%) осуществляется посредством сосудов хориоидеи, тогда как меньшая часть (15%) приходится на ретинальную сосудистую сеть [79]. Несмотря на такое соотношение, ряд авторов считают основной причиной возникновения ДМО нарушение работы именно внутреннего ГРБ. Тем не менее, Tso M.O. с соавторами (1980) показали в эксперименте на крысах наличие просачивания жидкости через слой РПЭ без сопутствующего просачивания из ретинального капиллярного русла [191].

    Поддержание механических свойств данных барьеров, а также динамическая регуляция их проницаемости осуществляются посредством белков "плотных контактов" ("tight junction proteins") [54, 104, 191]. Существование таких белков, к которым относятся трансмембранные белки окклюдин, клаудины и молекулы адгезии (JAMs), было подтверждено работами Shakib J.G. и Cunha-Vaz M. еще в 1966 году [49]. Дальнейшее изучение свойств этих белков позволило установить их роль в регуляции работы ГРБ в условиях гипергликемии. В частности, повышение проницаемости барьеров связано со снижением экспрессии окклюдина и клаудинов, их фосфорилированию при участии сосудистого эндотелиального фактора роста (VEGF) [24, 30, 31, 62, 81, 85]. JAMs, в свою очередь, также участвуют во взаимодействии с лейкоцитами и вовлечены в процессы воспалительного ответа.

    Нарушение нормального функционирования работы гематоретинальных барьеров ведет к патологическому просачиванию жидкости, превышающему нормальный отток, и ее накоплению в ткани сетчатки [23, 117, 128].

    Дальнейшее изучение патогенетических механизмов привело к тому, что в настоящее время ДМО рассматривается как нейроваскулярное заболевание, при котором процессы нейродегенерации и сосудистые изменения тесно взаимосвязаны. Развитие макулярного отека при СД возникает вследствие длительно повышенного уровня глюкозы в крови и обусловлено следующими процессами:

    • патологическими изменениями сосудистой стенки;

    • нарушениями функционирования глиальных клеток;

    • альтерацией РПЭ.

    Основными механизмами данных нарушений при ДМО считают накопление так называемых "конечных продуктов гликирования" (AGE), нейрональную дисфункцию вследствие оксидативного стресса и экстрацеллюлярного накопления глутамата, а также процессы воспаления [34].

    Повышенный уровень глюкозы внутри клеток обуславливает неферментные биохимические реакции с аминогруппами белков, липидов и нуклеиновых кислот с образованием AGE, что вызывает дисфункцию ретинальных сосудов [91, 170]. Накопление AGE индуцирует апоптоз клеток эндотелия и перицитов [108, 205]. Вкладом в этот процесс также считают утолщение базальной мембраны капилляров, поскольку было показано, что ее повреждение при накоплении AGE препятствует выживаемости перицитов, а ингибирование AGE предотвращает утолщение базальной мембраны [72]. В то же время, накопление продуктов гликирования усиливает сосудистую проницаемость вследствие потери белков плотных контактов (посредством активации протеинкиназа С - зависимого пути) [98].

    Глутамат является одним из основных нейротрансмиттеров в сетчатке. В норме глутамат метаболизируется в сетчатке клетками Мюллера. Избыточное его накопление в межклеточном пространстве в результате нарушения функции мюллеровской глии при СД было показано в экспериментах на животных и в ряде клинических исследований [22, 109, 110, 111, 151]. В условиях хронической гипергликемии повышение концентрации глутамата в сетчатке объясняется снижением его метаболизма клетками глии [110, 111]. Повреждающее действие ("эксайтотоксичность") глутамата при его избыточном накоплении в межклеточном пространстве и в синапсах выражается в гибели нейронов сетчатки [132, 159] и усилении процессов оксидативного стресса [46].

    Оксидативный стресс, наблюдаемый при развитии ДМО связан с накоплением в сетчатке активных форм кислорода (АФК). Образование АФК необходимо для поддержания нормального функционирования клетки. Тем не менее, при СД, в условиях хронической гипергликемии, происходит избыточное накопление АФК. Это ведет к активации рецептора AGE и протеинкиназа С - зависимого пути, дезорганизации метаболических процессов и, в дальнейшем, к усилению проницаемости сосудов. Наиболее выражены данные изменения в фоторецепторах, ганглиозных и мюллеровских клетках как наиболее энергетически активных. Согласно целого ряда исследований, оксидативный стресс в условиях повышенного уровня глюкозы приводит к нарушению функции монослоя РПЭ и, как следствие, к повреждению наружного ГРБ и повышению его проницаемости [25, 74]. В то же время, по данным авторов, оксидативный стресс также приводит к повреждению нейронов сетчатки (в частности, ганглиозных клеток) [203] и, в свою очередь, способствует накоплению глутамата в межклеточном пространстве [142].

    Таким образом, оксидативный стресс, возникающий в условиях хронической гипергликемии, многие авторы считают своего рода связующим звеном между нейродегенерацией и микрососудистыми нарушениями при СД [167].

    Потеря перицитов и апоптоз эндотелиальных клеток ретинального сосудистого русла, появление ацеллюлярных капилляров являются стимулом к пролиферации эндотелиоцитов [78]. Данный процесс может приводить как к появлению микроаневризм, так и закрытию просвета сосуда. В первом случае образуется патологическое выпячивание сосудистой стенки с нарушенной барьерной функцией, что в дальнейшем обуславливает просачивание жидкости в ткань сетчатки. Во втором, закрытие капиллярного русла ведет к образованию зон ретинальной ишемии [1]. Процессам ишемизации и патологической проницаемости ГРБ, по мнению некоторых авторов, также способствует адгезия лейкоцитов к эндотелию капилляров [91]. Лейкостаз в просвете ретинальных сосудов был впервые описан Schroder S. с соавторами (1991) в эксперименте на крысах с индуцированным сахарным диабетом [163]. В дальнейшем данные результаты были подтверждены работами Miyamoto K. и соавторов (1999) [123]. Адгезия лейкоцитов в ретинальном микрососудистом русле является одним из начальных механизмов развития воспаления при ДР. Лейкостаз сопровождается потерей эндотелиальных клеток и перицитов повреждению ГРБ и ишемии [45, 209].

    В настоящее время пристальное внимание исследователей сосредоточено на изучении процессов, происходящих в нейронах сетчатки и клетках глии. В ряде работ было показано, что изменения в этих структурах предшествуют началу клинических проявлений сосудистых нарушений в сетчатке [29, 39]. В эксперименте на крысах с индуцированным диабетом Sakai H. и соавторами (1995) выявлены патологические изменения электроретинографических показателей [158]. В других работах показано усиление апоптоза нейронов сетчатки и активации глиальных клеток [28, 110, 156]. В исследовании Vujosevic S. и Midena E. (2013) выявлено уменьшение толщины слоя нервных волокон сетчатки у больных сахарным диабетом [196]. Авторы связывают это с прогрессирующей потерей ганглионарных клеток и астроцитов вследствие токсического эффекта гипергликемии и активации клеток Мюллера.

    Клетки Мюллера составляют основу глии сетчатки. Отростки этих клеток соединяют наружную и внутреннюю пограничные мембраны сетчатки. В то время как слой РПЭ обеспечивает отток, в основном, субретинальной жидкости [42], мюллеровская глия, являясь регулятором объёма межклеточного пространства и водно-солевого гомеостаза [43], способствует выведению избытка жидкости из внутренних слоев сетчатки [41]. Таким образом данные клетки поддерживают сложную архитектонику сетчатки, обеспечивают структурную взаимосвязь нейронов и сосудов, а, следовательно, и стабильность ГРБ [130, 189]. Кроме того, клетки Мюллера способствуют выживаемости ганглиозных клеток и фоторецепторов посредством регуляции воспалительного процесса и иммунного ответа [40, 41].

    Дисфункция глиальных клеток при ДМО возникает вследствие оксидативного стресса, накопления AGE, а также в условиях хронического воспаления [32, 50, 73, 92, 158]. Исследованиями Pannicke T. и соавторов (2004, 2006) показано, что нарушение трансглиального транспорта жидкости и осмотическое набухание клеток Мюллера, наблюдаемое при СД, приводит к формированию макулярного отека [146, 147].

    Альтерация ретинального пигментного эпителия, наряду с микрососудистыми нарушениями, процессами нейродегенерации и активации глии, является одним из ключевых процессов в патогенезе развития ДМО. Монослой клеток РПЭ расположен между нейросенсорной сетчаткой и хориоидеей. В силу своего нейроэктодермального происхождения, РПЭ считается частью сетчатой оболочки [93]. Апикальная часть клеток обращена к слою фоторецепторов, базолатеральная часть - к мембране Бруха, которая отделяет РПЭ от фенестрированных хориокапилляров. Наличие плотных контактов между соседними пигментными клетками, а также между смежными эндотелиоцитами обуславливает стабильность наружного ГРБ, выведение жидкости в хориоидальное русло, избирательный транспорт ионов и нутриентов и, в то же время, предотвращает проникновение токсических молекул и компонентов плазмы из хориоидеи [26, 83, 121]. Поддержание гомеостаза в субретинальном пространстве клетками РПЭ является неотъемлемой составляющей функционирования фоторецепторов [181]. Помимо барьерной функции клетки РПЭ обеспечивают защиту нейросенсорной сетчатки от повреждающего действия света и образования АФК [48, 120, 141, 184], участвуют в зрительном цикле, отвечая за метаболизм ретиноидов и фагоцитоз мембранных дисков наружных сегментов фоторецепторов [36, 65, 131], а также играют важную роль в иммунных процессах посредством экспрессии молекул адгезии, главного комплекса гистосовместимости и ряда цитокинов [177]. Wong H.C. и соавторы (1988) продемонстрировали, что культура данных клеток способна выделять цитокины, стимулирующие пролиферацию клеток эндотелия капилляров сетчатки и перицитов. Это позволяет судить о наличии функциональной взаимосвязи в работе наружного и внутреннего ГРБ [200].

    Таким образом, альтерация РПЭ в условиях хронической гипергликемии при СД, помимо указанных механизмов нарушения транспортной и барьерной функций, приводит к утрате антиоксидантной защиты и снижению функции фагоцитоза, что ведёт к повреждению слоя фоторецепторов и нейродегенерации [71, 113, 133].

    Несмотря на то, что традиционно СД не рассматривается как воспалительное заболевание, за последние годы накоплено большое количество работ, посвященных изучению воспалительных реакций, происходящих при ДР и ДМО. Описанные выше процессы, связанные с патологической проницаемостью ГРБ, активацией глии, повреждением ретинального пигментного эпителия, происходящие в условиях оксидативного стресса и токсического действия гипергликемии, реализуются вследствие дисбаланса ряда про- и противовоспалительных цитокинов и факторов роста. К наиболее значимым, а потому и наиболее изучаемым медиаторам воспаления относят фактор роста эндотелия сосудов (VEGF), протеинкиназу С (PKC), ангиотензин II, гистамин, тромбоцитарный фактор роста (PDGF), интерлейкины IL-1β и IL-6, пигментный фактор эпителиального происхождения (PEDF), инсулиноподобный фактор роста (IGF-1) и др. Нарушение экспрессии данных факторов и/или биохимических путей их взаимодействия ведет к структурным и функциональным нарушениям ХРК. Характер действия факторов при СД сложен и взаимосвязан. В частности, гипергликемия и тканевая гипоксия приводят к повышению продукции VEGF, что в свою очередь усиливает сосудистую проницаемость через активацию PKС -зависимого пути. В то же время, гипергликемия может напрямую повышать уровни PKC и ангиотензина II, приводя к усилению гипоксии. Повышенный уровень гистамина также усиливает сосудистую проницаемость - напрямую или через повышение PKC [34].

    В настоящее время VEGF считается основным фактором, повышающим проницаемость сосудистой стенки, а также стимулирующим неоангиогенез при СД. Как было показано рядом исследований, усиление продукции данного медиатора или его рецепторов связано с развитием ДМО [79, 93, 126]. VEGF представляет собой семейство гликопротеинов, включающих следующие факторы роста: VEGF-A, VEGF-B, VEGF-C, VEGF-D, плацентарный фактор роста PGF, а также VEGF-E и VEGF-F. Выделяют четыре изоформы VEGF, содержащие, соответственно, 121, 165, 189 и 208 аминокислот. Основной изоформой является VEGF-165, гепарин-связывающий гликопротеин с молекулярной массой 45 кДа. VEGF-165 обладает средней степенью аффинности, поэтому секретируется и как свободно циркулирующий протеин, и в то же время значительная его часть связана с поверхностью клеток и экстрацеллюлярным матриксом [63]. В ходе онтогенеза VEGF, являясь ангиогенным фактором, участвует в нормальном васкулогенезе сетчатки.

    VEGF синтезируется различными клетками ХРК: РПЭ, перицитами, эндотелиальными, ганглионарными и глиальными клетками, фибробластами хориоидеи, клетками Мюллера [166]. Основными источниками данного фактора, как считают авторы, является пигментный эпителий сетчатки и клетки Мюллера, при этом VEGF рассматривается как один из ключевых факторов, обеспечивающих стабильность наружного ГРБ [157]. В условиях физиологической секреции VEGF проявляет нейротрофические свойства, выполняет ряд важнейших функций по защите эндотелиальных клеток от апоптоза, способствует выживаемости нейронов сетчатки в условиях ишемии. Также, было показано, что структурная функция перицитов тесно связана с экспрессией данного фактора [78, 134].

    Патологическое повышение уровня VEGF при СД доказано многочисленными экспериментами на животных, а также в сравнительных клинических исследованиях. Усиление экспрессии сосудистого фактора стимулируется несколькими механизмами, основным из них считают гипоксию. Длительное повышение уровня глюкозы, равно как и острое гипогликемическое состояние приводит к увеличению образования VEGF [21, 77, 82, 88, 148, 165]. Накопление AGE и гипоксия стимулируют экспрессию данного фактора через активацию фактора, индуцируемого гипоксией 1α (HIF-1α), и специфических киназа-зависимых путей [144]. С другой стороны, повышение образования VEGF происходит под действием ряда факторов роста (IGF-1, PDGF) и провоспалительных интерлейкинов (IL-1β, IL-6) [166]. Инсулин, по мнению ряда авторов, является прямым стимулятором экспрессии VEGF, поскольку было показано, что интенсивная инсулинотерапия приводит к преходящему нарушению работы ГРБ посредством активации HIF-1α [80].

    Механизм сосудистых нарушений вследствие активации VEGF при ДМО, помимо неоваскуляризации, связан с изменением структуры белков плотных контактов эндотелия сосудов. VEGF индуцирует фосфорилирование белков плотных контактов, окклюдина и ZO-1, а также повреждение цитоскелета эндотелиоцитов, что приводит к повышению сосудистой проницаемости как ретинальных сосудов, так и хориодиального русла [99, 126].

    Поддержание физиологического уровня VEGF в структурах ХРК осуществляется рядом антиангиогенных и противовоспалитальных факторов. Одним из наиболее важных таких факторов является пигментный фактор эпителиального происхождения. PEDF представляет собой гликопротеин с молекулярной массой 50 кДа и относится к семейству серпинов (ингибиторов сериновых протеаз) [176]. PEDF был впервые выделен в культуре клеток РПЭ и описан Tombran-Tink J. и соавт. в 1987-1989 гг [186, 187]. В дальнейшем в работах Dawson D.W. и соавторами (1999) было показано, что PEDF способен блокировать миграцию эндотелиоцитов in vitro более эффективно, чем ангиостатин, тромбомпондин-1 и эндостатин (группа ингибиторов ангиогенеза) [52]. Данная функция PEDF была подтверждена также в экспериментальном исследовании на мышах [178]. Антиангиогенное действие PEDF, как предполагают авторы, связано с подавлением митогенной активности VEGF и апоптозом активированных эндотелиоцитов.

    Помимо ингибирования неоангиогенеза PEDF [204] обладает нейротрофическим и нейропротекторным эффектами. Данный фактор способствует выживаемости нейронов в условиях ишемии и вследствие фототоксического поражения. Так, было показано, что PEDF ингибирует действие АФК, образующихся в результате оксидативного стресса [204]. По данным Tsao Y.P. и соавторов (2006), предварительное лечение культуры клеток сетчатки при помощи PEDF блокировало митохондриальный сигнальный путь апоптоза и способствовало значительному повышению выживаемости клеток. Впоследствии авторы показали, что интравитреальное введение PEDF защищало фоторецепторный слой сетчатки мышей от повреждающего светового воздействия [190]. В ряде исследований других авторов также было показано, что PEDF в условиях оксидативного стресса и глутаматной эксайтотоксичности препятствует гибели ганглионарных клеток и перицитов, сохраняет нормальное функционирование клеток Мюллера [186, 209]. В то же время установлено, что PEDF снижает экспрессию VEGF и блокирует VEGF-индуцированную повышенную сосудистую проницаемость [210].

    В последние годы активно изучается вопрос о взаимосвязи VEGF и PEDF в патогенезе диабетической ретинопатии и ДМО. Поддержание баланса продукции и экспрессии данных факторов лежит в основе нормальных структурно-функциональных взаимоотношений ретинальных и хориодиальных сосудов и нейроархитектоники сетчатки. В ходе экспериментальных и клинических исследований было доказано, что VEGF и PEDF имеют реципрокную связь [44, 68, 125, 178]. Повышение уровня VEGF наблюдалось в экспериментах на крысах с индуцированной диабетической ретинопатией и на модели ретинальной неоваскуляризации у мышей, в то время как введение PEDF тормозило патологический процесс [69, 118, 125, 137, 139, 176]. В ходе клинических исследований установлено, что в условиях ишемии экспрессия VEGF усиливается, а PEDF - снижается, при этом соотношение VEGF/PEDF возрастает со степенью тяжести диабетической ретинопатии, достигая максимума при ПДР [137]. Funatsu и соавторами в 2006 году проведено исследование, в котором показано, что уровень PEDF в стекловидном теле достоверно ниже среди пациентов с ДМО по сравнению с больными СД без признаков ретинопатии. При этом авторами отмечена достоверная отрицательная корреляционная связь между уровнем PEDF и толщиной сетчатки [67].