Úvod
Pseudoexfoliační syndrom (PEX) je oční onemocnění související s věkem, charakterizované hromaděním šupinatého, bílého fibrilárního materiálu na strukturách v přední části oka (jako je pouzdro čočky a zornicový okraj) (www.frontiersin.org) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Tento materiál je bohatý na elastické mikrofibrily a další proteiny extracelulární matrix, proto je PEX často popisován jako elastóza – v podstatě nadprodukce složek elastických vláken v oku (www.frontiersin.org) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Časem může PEX způsobit zvýšený oční tlak a spustit formu glaukomu (nazývaného pseudoexfoliační glaukom), který poškozuje zrakový nerv a pokud se neléčí, může vést ke ztrátě zraku. Pacienti s PEX mají také zřejmě vyšší výskyt cévních onemocnění (například cévní mozkové příhody nebo srdečních chorob), což naznačuje, že mohou být zapojeny systémové faktory.
Vědci si všimli, že pacienti s PEX glaukomem často mají vyšší hladiny aminokyseliny homocysteinu v krvi než lidé bez tohoto onemocnění. Homocystein je vedlejším produktem normálního metabolismu bílkovin – pochází z esenciální aminokyseliny methioninu. Diety s velmi vysokým obsahem bílkovin (zejména živočišných) mohou dodávat hodně methioninu. Pokud tělo nedokáže plně přeměnit homocystein zpět na jiné užitečné sloučeniny, může se homocystein hromadit v krvi. V tomto článku zkoumáme, jak diety s vysokým obsahem bílkovin a metabolismus jednoho uhlíku (který závisí na vitamínech skupiny B, jako je folát a B12) mohou ovlivňovat hladiny homocysteinu, a tím potenciálně ovlivňovat riziko rozvoje pseudoexfoliačního glaukomu. Budeme také diskutovat, jak by abnormální homocystein mohl narušovat enzymy zapojené do tvorby a přestavby pojivové tkáně oka (zejména LOXL1, enzym lysyloxidázy, který zesíťuje elastinová vlákna) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Nakonec navrhneme, jak by budoucí studie mohly být navrženy k testování těchto souvislostí pomocí podrobných dietních údajů, genetického testování, krevních biomarkerů a pokročilého očního zobrazování.
Příjem bílkovin, methionin a homocystein
Když jíte bílkoviny, vaše tělo je rozkládá na aminokyseliny – stavební kameny bílkovin. Jedna aminokyselina, methionin, se hojně vyskytuje v mnoha bílkovinách (zejména v červeném mase, vejcích a mléčných výrobcích). Methionin se v těle přeměňuje na homocystein. Normálně je homocystein buď recyklován zpět na methionin, nebo přeměněn na cystein, a tento proces silně závisí na vitamínech skupiny B – folátu (vitamin B9), vitaminu B12 a vitaminu B6. Pokud jsou tyto vitamíny nedostatečné, nebo pokud je dietní příjem methioninu velmi vysoký, mohou hladiny homocysteinu v krvi stoupnout.
Kontrolované dietní studie na zdravých dobrovolnících ukazují přesně tento vztah: 8denní dieta s vysokým obsahem bílkovin (asi 21 % energie z bílkovin, oproti pouhým 9 % v dietě s nízkým obsahem bílkovin) vedla k výrazně vyšším hladinám homocysteinu po jídle po celý den, i když se homocystein nalačno příliš nezměnil (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov) (www.sciencedirect.com). Jinými slovy, po konzumaci jídel bohatých na bílkoviny jejich plazmatický homocystein stoupl více než po jídlech s nízkým obsahem bílkovin (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov) (www.sciencedirect.com). Výzkumníci poznamenali, že „vysoký příjem bílkovin, a tudíž vysoký příjem methioninu – jediného dietního prekurzoru homocysteinu – může zvyšovat koncentrace plazmatického tHcy“ (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). V praxi to znamená, že diety velmi bohaté na maso, ryby, vejce nebo jiné potraviny s vysokým obsahem methioninu mohou přechodně zvyšovat homocystein, pokud nejsou vyváženy dostatkem folátu a vitamínů skupiny B.
Je důležité zdůraznit roli vitamínů skupiny B. Dokonce i lidé, kteří konzumují hodně bílkovin, mohou udržet homocystein pod kontrolou, pokud jejich strava dodává dostatek folátu, B12 a B6. Naopak někteří lidé na vegetariánských nebo veganských dietách (kteří mohou mít nižší příjem methioninu) mají ve skutečnosti vyšší homocystein pokud trpí nedostatkem vitaminu B12. Například jedna recenze ukázala, že vegetariáni (kteří často nepřijímají B12 z masa) měli vyšší průměrné hladiny homocysteinu než omnivoři (13,2 versus 10,2 μM), z velké části kvůli nedostatku B12 (karger.com). To ilustruje, že nejde jen o samotný protein, ale o rovnováhu živin: bez dostatečného množství vitaminu B12 (a folátu/B6) hladiny homocysteinu stoupají u mnoha různých diet (karger.com) (colab.ws).
Pseudoexfoliační syndrom a hladiny homocysteinu
Několik klinických studií nyní zkoumalo homocystein u pacientů s pseudoexfoliací. Důsledně zjišťují, že lidé s PEX (a zejména ti, u nichž došlo k progresi do glaukomu) mají tendenci mít vyšší hladiny homocysteinu. Například prospektivní studie porovnávala 30 pacientů s PEX glaukomem s kontrolní skupinou odpovídajícího věku. Skupina s PEX glaukomem měla průměrnou hladinu plazmatického homocysteinu asi 16,8 μM, zatímco kontrolní skupina měla průměrně 12,4 μM (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Ještě nápadnější je, že 50 % pacientů s PEX glaukomem mělo homocystein nad 15 μM (běžná hranice pro „hyperhomocysteinemii“), zatímco v kontrolní skupině to bylo pouze 10 % (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Podobně, jiná studie zjistila, že pacienti jak s PEX syndromem, tak s PEX glaukomem měli významně zvýšený plazmatický homocystein ve srovnání s normálními jedinci – ale pacienti s běžným (primárním glaukomem s otevřeným úhlem) nikoli (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Stručně řečeno, pseudoexfoliace se jeví být specificky spojena s vysokou hladinou homocysteinu v krvi (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov) (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov).
Metaanalýza z roku 2012 shrnula mnoho studií a potvrdila tento vzorec. U 485 případů PEX glaukomu a 456 kontrolních subjektů byl průměrný homocystein v PEX skupině asi o 3,4 μM vyšší (db.cngb.org). Pacienti s PEX glaukomem měli také mírně nižší hladiny kyseliny listové než kontroly, i když jejich hladiny B6 a B12 byly podobné (db.cngb.org). Důležité je, že metaanalýza nalezla žádnou jasnou souvislost mezi běžnou genovou mutací MTHFR C677T a rizikem PEX glaukomu (db.cngb.org). To naznačuje, že i když jsou hladiny homocysteinu u PEX vyšší, samotná jednoduchá genetika MTHFR riziko nevysvětluje. (MTHFR je jedním z klíčových enzymů, který pomáhá zpracovávat folát a homocystein.) Nicméně, kombinace diety s vysokým obsahem methioninu a hraničního příjmu vitamínů skupiny B by mohla zhoršit hromadění homocysteinu, zejména u geneticky náchylných jedinců.
Souhrnně tato zjištění naznačují hypotézu, že dietní methionin a homocystein mohou přispívat k rozvoji nebo progresi PEX. Pokud diety s vysokým obsahem bílkovin chronicky zvyšují homocystein, mohlo by to ovlivnit oční tkáně. Pacienti s PEX skutečně často vykazují nejen tyto biochemické změny, ale také změny ve svých pojivových tkáních (jako jsou oslabená zonulární vlákna držící čočku (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), změněná duhovka atd.), které by mohly být citlivé na účinky homocysteinu.
Extracelulární matrix, LOXL1 a metabolismus jednoho uhlíku
Materiál uložený v PEX je silně zesíťovaný a bohatý na složky elastických vláken: obsahuje elastinové mikrofibrily (včetně proteinů jako fibrilin), kolageny, fibronektin a další proteiny extracelulární matrix (ECM) (www.frontiersin.org) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Genetická vada nejsilněji spojená s PEX je v LOXL1 (lysyl oxidáza-like 1), enzymu, který normálně pomáhá zesíťovat elastinová vlákna. LOXL1 patří do rodiny lysyloxidáz, enzymů závislých na mědi, které katalyzují zesíťování kolagenu a elastinu deaminací lysinových zbytků (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Ve skutečnosti odborné recenze poznamenávají, že „LOXL1 se jeví být specificky potřebný pro zesíťování tropoelastinu a bylo prokázáno, že se podílí na tvorbě, udržování a remodelaci elastických vláken…“ (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Jinými slovy, LOXL1 je kritický pro zdravou sestavu elastických vláken.
V očích s PEX je LOXL1 geneticky i fyzicky zapojen. Určité genové varianty LOXL1 dramaticky zvyšují riziko PEX a proteomické analýzy detekovaly samotný protein LOXL1 v exfoliačních depozitech . Například Shiwani Sharma a kolegové použili hmotnostní spektrometrii na chirurgicky získaném PEX materiálu a potvrdili, že peptidy z LOXL1 byly přítomny ve všech testovaných vzorcích . (Také nalezli proteiny jako apolipoprotein E, clusterin, komplement C3, fibulin a další.) To naznačuje, že LOXL1 je podstatnou složkou abnormálních fibril.
Proč by zde byl homocystein důležitý? Vysoký homocystein, nebo jeden z jeho reaktivních derivátů nazývaných homocystein-thiolakton, může chemicky poškozovat proteiny jako LOX/LOXL1. Biochemické studie ukazují, že homocystein-thiolakton je silný ireverzibilní inhibitor aktivity lysyloxidázy (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Konkrétně se homocystein-thiolakton může vázat na aktivní místo enzymu a učinit jej neaktivním (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Pokud k této inhibici dojde v oku, mohla by narušit normální zesíťování kolagenu a elastinu. Nadměrný homocystein by tak mohl přispívat k abnormální homeostáze elastických vláken a k hromadění nekompletních fibril, které charakterizují PEX materiál.
Kromě toho je metabolismus jednoho uhlíku úzce spojen s dodávkou molekul potřebných pro produkci ECM. Například metabolické dráhy jednoho uhlíku (zahrnující folát a vitamíny skupiny B) pomáhají generovat glycin a další aminokyseliny potřebné pro syntézu kolagenu, stejně jako S-adenosylmethionin (SAM), univerzální donor methylových skupin. (Metabolomická studie skutečně zjistila, že hladiny S-adenosylmethioninu byly významně nižší v komorové vodě pacientů s PEX (www.frontiersin.org).) Nižší SAM může vést k celkové hypomethylaci, potenciálně měnící genovou expresi proteinů nebo enzymů extracelulární matrix. Kromě toho metabolomická analýza specificky zdůraznila dráhu metabolismu cysteinu a methioninu jako jednu z nejvíce narušených v očích s PEX (www.frontiersin.org). To silně naznačuje, že změny v metabolismu jednoho uhlíku a zpracování homocysteinu jsou spojeny s patologickým procesem u pseudoexfoliace.
Souhrnně řečeno, existují pravděpodobné biologické dráhy spojující dietu a metabolismus jednoho uhlíku s patologií PEX:
- Diety bohaté na methionin zvyšují hladiny homocysteinu (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov) (www.sciencedirect.com).
- Nedostatek vitamínů (folát, B12, B6) nebo běžné varianty MTHFR mohou dále zvyšovat homocystein.
- Zvýšený homocystein (a jeho toxické metabolity) inhibují aktivitu LOX/LOXL1 (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov), potenciálně narušující zesíťování elastinu v oku.
- PEX tkáň je složena ze zesíťovaných elastických mikrofibril a funkce LOXL1 je známa jako klíčová pro elastogenezi (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Celkově to naznačuje, že pokud je metabolismus jednoho uhlíku nevyvážený (kvůli stravě nebo stavu vitamínů), mohou se v pojivových tkáních oka hromadit abnormální fibrilární materiály.
Navrhovaný design studie
K otestování těchto myšlenek by vědci mohli založit prospektivní kohortovou studii zaměřenou na dietní bílkoviny, homocystein a rozvoj PEX. Dospělí (věk 60+) bez PEX na začátku studie by byli zařazeni. Na začátku by každý účastník poskytl velmi podrobné dietní informace (prostřednictvím potravinových deníků nebo validovaných dotazníků) k odhadu celkového příjmu bílkovin, methioninu a dalších aminokyselin, spolu s příjmem folátu, vitaminu B6, B12 atd. Byly by odebrány vzorky krve k měření plazmatického homocysteinu a hladin vitamínů skupiny B. Účastníci by také byli genotypizováni pro klíčové varianty metabolismu jednoho uhlíku (jako je polymorfismus MTHFR C677T) a pro známé rizikové alely LOXL1.
V průběhu času (například 5–10 let) by účastníci podstupovali pravidelné oční prohlídky, včetně zobrazování předního segmentu oka. Moderní zobrazovací metody – jako je štěrbinová fotografie, vysokorozlišovací OCT (optická koherentní tomografie) předního segmentu, nebo dokonce konfokální mikroskopie – mohou dokumentovat časné pseudoexfoliační depozita na pouzdře čočky, duhovce a dalších strukturách. Klíčovými výsledky by byl rozvoj klinicky zjevného PEX (a PEX glaukomu) a kvantitativní měření zátěže exfoliačního materiálu (například hodnocení plochy čočky nebo zornicových depozit). Analýzou toho, kdo rozvine PEX nebo PEX glaukom, by vyšetřovatelé mohli zjistit, zda vyšší dietní methionin a plazmatický homocystein (zejména u lidí s nízkým obsahem vitamínů skupiny B nebo určitými genotypy MTHFR) předpovídají větší riziko PEX.
Tato kohorta by objasnila, zda ovlivnitelné faktory, jako je strava a stav vitamínů, ovlivňují PEX. Pokud se to potvrdí, mohlo by to naznačovat jednoduché preventivní strategie (například suplementaci vitamíny skupiny B nebo úpravy stravy) ke snížení homocysteinu a potenciálnímu snížení nástupu PEX.
Závěr
Objevující se důkazy spojují vysoký homocystein s pseudoexfoliačním glaukomem (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov) (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Diety velmi bohaté na bílkoviny (vysoký methionin) mohou zvyšovat hladiny homocysteinu (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov), zejména pokud je nedostatek folátu nebo B12. Mezitím je známo, že homocystein interferuje s enzymy lysyloxidázy, které budují elastická vlákna v oku (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Protože pseudoexfoliace je v podstatě patologická elastogeneze v předním oku (www.frontiersin.org) (www.frontiersin.org), nerovnováha methioninu/homocysteinu by mohla pravděpodobně zhoršit nebo vyvolat tento stav. Krevní testy ve skutečnosti ukazují, že mnoho pacientů s PEX má hyperhomocysteinemii a nízký folát (db.cngb.org).
K plnému pochopení těchto souvislostí jsou zapotřebí dobře navržené dlouhodobé studie. Navrhujeme prospektivní kohorty, které pečlivě měří příjem aminokyselin, stav vitamínů a genetiku a používají detailní zobrazování předního segmentu oka ke sledování PEX depozit. Takový výzkum by mohl odhalit, zda dietní intervence nebo suplementace vitamíny mohou jednoho dne pomoci předcházet nebo zpomalit pseudoexfoliační glaukom.
Zdroje: Nedávné klinické a biochemické studie podporují tyto souvislosti (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov) (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov) (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov) (db.cngb.org) (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (www.frontiersin.org).