Endothelin-1 a glaukom: Průtok krve, astrocyty a terapie
Endothelin-1 (ET-1) je velmi silný vasokonstriktor (způsobuje zúžení krevních cév), který se přirozeně vyskytuje v těle. V oku byly hladiny ET-1 a jeho signalizace spojovány s poškozením při glaukomu, onemocnění zrakového nervu. Glaukom často zahrnuje vysoký nitrooční tlak (NOT), ale mohou přispívat i další faktory – zejména snížený průtok krve a kyslíku (ischemie) v hlavici zrakového nervu. ET-1 může zúžit malé cévy kolem zrakového nervu a v sítnici, což vede ke špatnému zásobování kyslíkem. Ovlivňuje také astrocyty, podpůrné buňky zrakového nervu, které se mohou při stresu stát hyperaktivními. V tomto článku vysvětlujeme, jak se ET-1 a jeho receptory (nazývané ETA a ETB) podílejí na glaukomu, jak ET-1 interaguje s oxidem dusnatým (uvolňovačem krevních cév), důkazy, že hladiny ET-1 jsou vyšší u pacientů s glaukomem, a nakonec, jak by blokování receptorů ET-1 mohlo pomoci ochránit oko (spolu s výzvami takových léčeb).
Jak ET-1 ovlivňuje průtok krve v oku
ET-1 je produkován mnoha očními tkáněmi (sítnicí, řasnatým tělískem, trabekulární síťovinou atd.). Za normálních okolností pomáhá regulovat průtok krve a odtok komorové vody. Avšak vysoká hladina ET-1 způsobuje nadměrnou vasokonstrikci. Například lidské laboratorní studie zjistily, že injekce ET-1 do oka rychle snižuje průtok krve v sítnici a hlavici zrakového nervu (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Zúžení krevních cév vede k lokální ischemii (nedostatek kyslíku), která může poškodit axony gangliových buněk sítnice (RGC). ET-1 má dokonce přímý toxický účinek: může vyvolat apoptózu (buněčnou smrt) RGC (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Astrocyty – hvězdicovité gliové buňky ve zrakovém nervu – také reagují na ET-1. Když je ET-1 vysoký, astrocyty se mohou množit a měnit tvar (proces nazývaný astroglióza). Tato reaktivní glióza může dále poškodit prostředí zrakového nervu. V laboratorních kulturách ET-1 způsobuje proliferaci astrocytů zrakového nervu a tento účinek je blokován inhibitory receptorů ETA nebo ETB (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). U glaukomových zrakových nervů (od lidí a zvířat) výzkumníci pozorovali větší proliferaci astrocytů a GFAP (stresový protein), když je ET-1 zvýšen (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Oxid dusnatý a ET-1: Vyvažování cévního tonu
Ve zdravých očích se oxid dusnatý (NO) a ET-1 navzájem vyvažují. NO je vazodilatátor (rozšiřuje cévy), zatímco ET-1 je zužuje. Endoteliální buňky lemující krevní cévy uvolňují NO za normálních podmínek a uvolňují cévní stěny (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Jakékoli narušení této rovnováhy – například příliš mnoho ET-1 nebo příliš málo NO – může narušit průtok krve. V lidské oční tepně experimenty ukázaly, že blokování NO způsobuje zúžení cév a že přidání ET-1 způsobuje silnou konstrikci (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Konstrikce cév způsobená ET-1 tak může překonat dilatační účinek NO. Skutečně, u glaukomu se předpokládá, že narušená produkce NO (často v důsledku endoteliální dysfunkce) zhoršuje ischemii vyvolanou ET-1. V některých studiích podávání ET-1 lidem nebo zvířatům významně snížilo NO-zprostředkovaný průtok krve a ETA-blokátor (jako BQ-123) mohl tomuto snížení zabránit (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Tato křížová komunikace znamená, že vysoká hladina ET-1 narušuje normální NO-řízenou relaxaci, což podporuje škodlivý cyklus špatného prokrvení.
Receptory ET-1: ETA a ETB signalizace
ET-1 působí vázáním na dva hlavní receptory na buňkách, ETA (ET_A) a ETB (ET_B), které se nacházejí na krevních cévách a mnoha očních buňkách (včetně neuronů, gliových buněk a buněk trabekulární síťoviny). ETA se nachází převážně na buňkách hladké svaloviny cév a jeho aktivace silně způsobuje kontrakci cév. ETB se nachází jak na hladké svalovině, tak na endoteliálních buňkách; může také způsobovat konstrikci (jako ETA), ale v endotelu stimuluje uvolňování NO a odstraňování ET-1.
-
ETA receptor (ET_A): Když se ET-1 váže na ETA na buňkách hladké svaloviny cév nebo trabekulární síťoviny, způsobuje kontrakci. V drenážním systému oka (trabekulární síťovina) kontrakce zprostředkovaná ETA stahuje síťovinu, což zvyšuje nitrooční tlak (NOT) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Studie na zvířatech ukazují, že většina účinku ET-1 na zvýšení NOT probíhá prostřednictvím ETA: například přidání ET-1 do přední komory zvyšuje NOT, pokud není podán blokátor ETA. V kultivované hovězí trabekulární síťovině byla kontrakce vyvolaná ET-1 téměř úplně zastavena inhibitorem ETA BQ-123, zatímco blokování ETB (s BQ-788) kontrakci neovlivnilo (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Podobně u králíků umělé zvýšení ET-1 způsobilo oční hypertenzi (vysoký NOT), které bylo zabráněno antagonistou ETA (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Tyto nálezy znamenají, že ETA řídí blokádu odtoku a zvýšení NOT z ET-1. Blokování ETA tedy může snížit NOT a zlepšit perfúzi.
-
ETB receptor (ET_B): ETB má složitější roli. V krevních cévách může pomáhat odstraňovat ET-1 a indukovat lokální uvolňování NO (které rozšiřuje cévy). Avšak v gangliových buňkách sítnice a astrocytech zrakového nervu může ETB skutečně podporovat buněčný stres. Laboratorní studie zjistily, že ET-1 vyvolalo apoptózu RGC prostřednictvím ETB, nikoli ETA (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). RGC vykazovaly ET-1–indukovanou smrt, která byla snížena u zvířat postrádajících ETB receptory, a aplikace ETB blokátoru (BQ-788) chránila kultivované RGC před apoptózou vyvolanou ET-1 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). ET-1 také narušilo rychlý axonální transport v axonech RGC prostřednictvím ETB (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Zdá se tedy, že ETB zprostředkovává přímé neurotoxické účinky ET-1. ETB na astrocytech také přispívá k glióze: ET-1 způsobuje proliferaci astrocytů prostřednictvím kombinované ETA/ETB signalizace a smíšený antagonista ji může zastavit (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Překřížená komunikace ETA/ETB a oxidu dusnatého
Vasokonstrikce ET-1 prostřednictvím ETA/ETB může potlačit NO dráhy. Vysoké hladiny ET-1 mohou snížit aktivitu syntázy oxidu dusnatého, snížit produkci NO a eliminovat vaskulární relaxaci. U modelů aterosklerózy blokování ETA obnovilo uvolňování endoteliálního NO (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Ačkoli přímé studie u glaukomu jsou omezené, obecně v cévních řečištích ET-1 snižuje NO a naopak. V lidském oku, jak bylo uvedeno, injekce ET-1 způsobila zúžení cév, které mohlo být blokováno antagonisty ETA (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Naopak, donory NO mohou působit proti ET-1 – v buňkách trabekulární síťoviny oka donory NO uvolnily buňky a zvrátily kontrakci ET-1 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Celkově, ET-1 a NO působí jako protichůdné regulátory očního krevního toku: příliš mnoho ET-1 naklání rovnováhu k zúžení a ischemii (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Zvýšený endothelin-1 u pacientů s glaukomem
Mnoho studií měřilo hladiny ET-1 v komorové vodě (čiré tekutině v přední části oka) a v krvi pacientů s glaukomem. Důkazy ukazují vyšší ET-1 u glaukomu. V nedávné rozsáhlé studii dosahoval ET-1 v komorové vodě průměrně asi 7,8 pg/mL u pacientů s primárním glaukomem s otevřeným úhlem (POAG) a 6,1 pg/mL u glaukomu s normálním tlakem (NTG), oproti pouhým 4,0 pg/mL u kontrolních osob bez glaukomu (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Zvýšení u POAG bylo statisticky významné. Metaanalýzy podobně nacházejí zvýšené plazmatické hladiny ET-1 u NTG a POAG ve srovnání se zdravými kontrolami (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Například jedna analýza více studií uvádí, že pacienti s NTG měli v průměru o ~0,60 pg/mL vyšší plazmatickou hladinu ET-1 než kontroly a pacienti s POAG o ~0,63 pg/mL vyšší (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Další systematický přehled shromáždil data o více než 1500 pacientech s glaukomem a také zjistil významně vyšší ET-1 jak v krvi, tak v oční tekutině případů glaukomu ve srovnání s normálními očima (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Avšak ne všechny studie se dokonale shodují. Některé starší práce nenašly žádný rozdíl v plazmě, možná kvůli malým vzorkům nebo variacím pacientů (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Celkově je však trend jasný: ET-1 je zvýšen u glaukomu, alespoň v oku (a často i v krvi) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Tyto vyšší hladiny ET-1 by mohly odrážet systémovou vaskulární dysfunkci pozorovanou u pacientů s glaukomem, zejména u těch s vaskulární dysregulací nebo migrénami. Důležité je, že zvýšený ET-1 v oku by mohl snížit perfúzi zrakového nervu a vyvolat aktivaci astrocytů přesně tam, kde dochází k poškození glaukomem.
Antagonisté endothelinových receptorů: Laboratorní modely a účinky
Protože se ET-1 jeví jako škodlivý u glaukomu, výzkumníci testovali léky, které blokují receptory ETA a ETB na zvířecích modelech. Tyto antagonisty endothelinových receptorů mohou být peptidové léky (jako BQ-123, BQ-788) nebo nepeptidové malé molekuly (jako bosentan, ambrisentan, macitentan).
-
Peptidové antagonisty (např. BQ-123, BQ-788): Jednalo se o první generaci a často se používají experimentálně. BQ-123 je selektivní pro ETA a BQ-788 pro ETB. V laboratorních modelech glaukomu potvrzují výše uvedené role: BQ-123 (blokátor ETA) zabránil ET-1–indukovaným nárůstům NOT (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) a zastavil ET-1–vyvolanou kontrakci trabekulární síťoviny (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). BQ-788 (blokátor ETB) měl v těchto modelech malý vliv na NOT (což je v souladu s menší rolí ETB v odtoku), ale snížil úmrtí RGC z ET-1 v buněčných studiích (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Jedna studie zjistila, že systémové podání BQ-123 zablokovalo ET-1–snížení průtoku krve zrakovým nervem u lidí, což ukazuje, že ET-1 bylo příčinou této konstrikce (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
-
Nepeptidové antagonisty (např. bosentan, macitentan, ambrisentan): Tyto léky byly vyvinuty pro plicní hypertenzi a lze je užívat perorálně nebo injekčně. V očních studiích se jeví slibně. Například macitentan, duální blokátor ETA/ETB, byl podáván perorálně potkanům s glaukomem (model s vysokým NOT). Významně chránil gangliové buňky sítnice a jejich axony, i když dále nesnižoval NOT (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). To naznačuje přímý neuroprotektivní účinek, oddělený od tlaku. Podobně bosentan (další duální blokátor) zabránil poškození zrakového nervu při systémovém podání u myších modelů glaukomu (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). U diabetických potkanů se topické oční kapky bosentanu skutečně dostaly do sítnice (pravděpodobně přes skléru) a zabránily gliální aktivaci a buněčné smrti (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Tyto výsledky naznačují, že nepeptidové blokátory mohou proniknout do oka a pomoci.
Shrnuto, v preklinických modelech bylo prokázáno, že ETA-selektivní antagonisté snižují reakce NOT na ET-1 a snižují poškození vyvolané tlakem (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), zatímco ETB-selektivní nebo duální antagonisté pomáhají předcházet přímé neurotoxicitě ET-1 (ochrana RGC) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Duální blokáda se celkově ukázala jako nejvíce ochranná.
Terapeutické vyhlídky a výzvy
Cílení na ET-1 je atraktivní jako terapie glaukomu, protože by mohlo pomoci nad rámec pouhého snižování NOT. Zlepšením průtoku krve v hlavici zrakového nervu a uklidněním astrocytů mohou blokátory ET-receptoru zpomalit neurodegeneraci. Skutečně, jak bylo uvedeno, systémový bosentan nebo macitentan byly neuroprotektivní u zvířecích modelů glaukomu (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Pokud se tyto nálezy potvrdí, přidání antagonisty ET-receptoru by mohlo chránit zrak i v případě, že jsou léky snižující tlak již maximálně využity.
Existují však výzvy. Systémové vedlejší účinky blokátorů endothelinu jsou značné. Léky jako bosentan a ambrisentan mohou způsobit systémovou hypotenzi, zvýšení jaterních enzymů, zadržování tekutin, bolesti hlavy a zejména závažné vrozené vady, pokud se užívají v těhotenství (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Tyto účinky vznikají, protože ET-1 je důležitý v krevních cévách po celém těle. Pro pacienty s glaukomem (kteří mohou být starší nebo mít kardiovaskulární problémy) jsou takové vedlejší účinky závažné. Například dávkově závislá toxicita jater omezuje množství, které může pacient užít (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Pro snížení systémových rizik výzkumníci zkoumají cílené oční podání. Ideálně by ET-blokátor mohl být podáván jako oční kapka nebo implantát, který zůstává převážně v oku. Existují rané náznaky, že by to mohlo fungovat: u myšího modelu diabetického očního onemocnění denní oční kapky bosentanu pronikly do oka přes skléru a chránily sítnicové buňky (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), což naznačuje, že lze dodávat i velké molekuly. Další strategie zahrnují oční implantáty s pomalým uvolňováním nebo genovou terapii pro lokální potlačení ET-1. Pokud se podaří vyvinout oční specifický ET antagonista, mohl by se vyhnout účinkům na krevní tlak, ale přesto zlepšit perfúzi zrakového nervu a snížit gliózu.
Závěr
Shrnuto, endothelin-1 je silný peptid, který může zhoršovat glaukom zúžením krevních cév v oku a aktivací astrocytů. Vysoké hladiny ET-1 byly zjištěny v očích a krvi pacientů s glaukomem (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). ET-1 působí hlavně prostřednictvím receptorů ETA, aby zvýšil oční tlak a omezil průtok krve, a prostřednictvím receptorů ETB, aby přímo poškodil gangliové buňky sítnice a vyprovokoval gliózu. Ačkoli je zapotřebí dalšího výzkumu, blokování této dráhy nabízí slibnou cestu. Ve studiích na zvířatech antagonisté endothelinových receptorů zlepšili průtok krve a chránili sítnicové neurony nezávisle na snižování NOT (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Jakákoli budoucí terapie musí pečlivě zabránit systémovým účinkům. Nové návrhy léků a cílené metody očního podání jsou předmětem výzkumu, aby léčba působila specificky v oku. Pokud budou úspěšné, léky blokující endothelin – možná ve formě očních kapek nebo implantovatelných zařízení – by mohly doplnit stávající léčbu glaukomu tím, že by chránily zrakový nerv prostřednictvím lepšího průtoku krve a sníženého zánětu. Pokračující výzkum může tuto dráhu proměnit v praktickou neuroprotektivní terapii pro pacienty s glaukomem.