Endoteliinireitin peptidit ja näköhermon pään iskemia glaukoomassa

Endoteliini-1 ja glaukooma: Verenkierto, astrosyytit ja hoito

Endoteliini-1 (ET-1) on erittäin voimakas verisuonia supistava aine (kiristää verisuonia), jota esiintyy luonnostaan kehossa. Silmässä ET-1-tasot ja -signalointi on yhdistetty glaukooman, näköhermon sairauden, aiheuttamiin vaurioihin. Glaukoomaan liittyy usein korkea silmänpaine (IOP), mutta muut tekijät – erityisesti vähentynyt verenkierto ja hapenpuute (iskemia) näköhermon päässä – voivat myötävaikuttaa siihen. ET-1 voi kaventaa pieniä verisuonia näköhermon ympärillä ja verkkokalvolla, mikä johtaa heikkoon hapensaantiin. Se vaikuttaa myös astrosyytteihin, näköhermon tukisoluihin, jotka voivat ylikuormittua stressin alaisena. Tässä artikkelissa selitämme, miten ET-1 ja sen reseptorit (nimeltään ETA ja ETB) liittyvät glaukoomaan, miten ET-1 vuorovaikuttaa typpioksidin (verisuonia rentouttavan aineen) kanssa, todisteita siitä, että ET-1-tasot ovat korkeampia glaukoomapotilailla, ja lopuksi miten ET-1-reseptorien estäminen voisi auttaa suojaamaan silmää (sekä tällaisten hoitojen haasteita).

Kuinka ET-1 vaikuttaa silmän verenkiertoon

ET-1:tä tuottavat monet silmän kudokset (verkkokalvo, sädekehä, traabekkeliverkosto jne.). Se auttaa normaalisti säätelemään verenkiertoa ja kammionesteen virtausta. Kuitenkin korkea ET-1 aiheuttaa liiallista verisuonten supistumista. Esimerkiksi ihmisillä tehdyissä laboratoriotutkimuksissa havaittiin, että ET-1:n ruiskuttaminen silmään vähentää nopeasti verenkiertoa verkkokalvolla ja näköhermon päässä (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Verisuonten kapeneminen johtaa paikalliseen iskemiaan (alhainen happipitoisuus), joka voi vaurioittaa verkkokalvon ganglionisolujen (RGC) aksoneja. ET-1:llä on jopa suora toksinen vaikutus: se voi laukaista RGC-soluissa apoptoosin (solukuoleman) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Astrosyytit – tähdenmuotoiset gliasolut näköhermossa – reagoivat myös ET-1:een. Kun ET-1-tasot ovat korkeat, astrosyytit voivat lisääntyä ja muuttaa muotoaan (prosessia kutsutaan astrogioosiksi). Tämä reaktiivinen glioosi voi edelleen vahingoittaa näköhermon ympäristöä. Laboratorioviljelmissä ET-1 saa näköhermon astrosyytit lisääntymään, ja tämän vaikutuksen estävät joko ETA- tai ETB-reseptori-inhibiittorit (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Glaukoomaattisissa näköhermoissa (ihmisiltä ja eläimiltä) tutkijat ovat havainneet lisääntyvää astrosyyttien lisääntymistä ja GFAP:ta (stressiproteiini), kun ET-1 on koholla (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Typpioksidi ja ET-1: Verisuonten jännityksen tasapainottaminen

Terveissä silmissä typpioksidi (NO) ja ET-1 tasapainottavat toisiaan. NO on verisuonia laajentava aine, kun taas ET-1 supistaa niitä. Verisuonten sisäpintaa peittävät endoteelisolut vapauttavat NO:ta normaaliolosuhteissa rentouttaen verisuonten seinämiä (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Mikä tahansa tämän tasapainon häiriintyminen – esimerkiksi liikaa ET-1:tä tai liian vähän NO:ta – voi heikentää verenkiertoa. Ihmisen silmävaltimossa tehdyt kokeet osoittivat, että NO:n estäminen aiheuttaa verisuonten supistumista ja että ET-1:n lisääminen aiheuttaa voimakasta supistumista (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Siten ET-1:n verisuonia supistava vaikutus voi voittaa NO:n laajentavan vaikutuksen. Glaukoomassa heikentyneen NO:n tuotannon (usein endoteelin toimintahäiriön vuoksi) ajatellaan pahentavan ET-1:n aiheuttamaa iskemiaa. Joissakin tutkimuksissa ET-1:n antaminen ihmisille tai eläimille vähensi merkittävästi NO-välitteistä verenkiertoa, ja ETA-salpaaja (kuten BQ-123) pystyi estämään tämän vähenemisen (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Tämä ristivaikutus tarkoittaa, että korkea ET-1 häiritsee normaalia NO-vetoista rentoutumista, edistäen haitallista heikon verenkierron kierrettä.

ET-1-reseptorit: ETA- ja ETB-signalointi

ET-1 toimii sitoutumalla kahteen pääreseptoriin soluissa, ETA (ET_A) ja ETB (ET_B), joita on verisuonissa ja monissa silmän soluissa (mukaan lukien hermosolut, gliasolut ja traabekkeliverkostosolut). ETA:ta löytyy enimmäkseen verisuonten sileän lihaksen soluista, ja sen aktivaatio aiheuttaa voimakkaasti verisuonten supistumista. ETB:tä on sekä sileissä lihassoluissa että endoteelisoluissa; se voi myös aiheuttaa supistumista (kuten ETA), mutta endoteelissa se stimuloi NO:n vapautumista ja ET-1:n puhdistumista.

• ETA-reseptori (ET_A): Kun ET-1 sitoutuu ETA:han verisuonten sileän lihaksen soluissa tai traabekkeliverkostosoluissa, se aiheuttaa supistumista. Silmän poistojärjestelmässä (traabekkeliverkosto) ETA-välitteinen supistuminen kiristää verkostoa nostaen silmänpainetta (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Eläinkokeet osoittavat, että suurin osa ET-1:n vaikutuksesta silmänpaineen nostamiseen kulkee ETA:n kautta: esimerkiksi ET-1:n lisääminen silmän etukammioon nostaa silmänpainetta, ellei ETA-salpaajaa anneta. Viljellyssä naudan traabekkeliverkostossa ET-1:n aiheuttama supistuminen estettiin lähes kokonaan ETA-inhibiittori BQ-123:lla, kun taas ETB:n estäminen (BQ-788:lla) ei vaikuttanut supistumiseen (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Samoin kaneilla ET-1:n keinotekoinen nostaminen aiheutti okulaarista hypertensiota (korkea silmänpaine), jonka ETA-antagonisti esti (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Nämä havainnot tarkoittavat, että ETA ohjaa ET-1:n aiheuttamaa virtauksen tukkeutumista ja silmänpaineen nousua. ETA:n estäminen voi siis alentaa silmänpainetta ja parantaa perfuusiota.

• ETB-reseptori (ET_B): ETB:llä on monimutkaisempi rooli. Verisuonissa se voi auttaa puhdistamaan ET-1:tä ja indusoimaan paikallista NO:n vapautumista (mikä laajentaa verisuonia). Verkkokalvon ganglionisoluissa ja näköhermon astrosyyteissä ETB voi kuitenkin itse asiassa edistää solustressiä. Laboratoriotutkimuksissa havaittiin, että ET-1 laukaisi RGC-solujen apoptoosin ETB:n, ei ETA:n, kautta (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). RGC-soluissa havaittiin ET-1:n aiheuttamaa kuolemaa, joka oli vähentynyt ETB-reseptoreita vailla olevilla eläimillä, ja ETB-salpaajan (BQ-788) käyttö suojasi viljeltyjä RGC-soluja ET-1:n aiheuttamalta apoptoosilta (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). ET-1 myös häiritsi nopeaa aksonaalista kuljetusta RGC-aksoneissa ETB:n kautta (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Siten ETB näyttää välittävän ET-1:n suoria hermotoksisia vaikutuksia. Astrosyyttien ETB vaikuttaa myös glioosiin: ET-1 saa astrosyytit lisääntymään yhdistetyn ETA/ETB-signaloinnin kautta, ja sekoitettu antagonisti voi pysäyttää sen (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

ETA/ETB ja typpioksidin ristivaikutus

ET-1:n verisuonia supistava vaikutus ETA/ETB:n kautta voi tukahduttaa NO-reittejä. Korkeat ET-1-tasot voivat vähentää typpioksidisyntaasin aktiivisuutta, alentaen NO:n tuotantoa ja poistaen verisuonten rentoutumista. Ateroskleroosimalleissa ETA:n estäminen palautti endoteelin NO:n vapautumisen (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Vaikka suorat tutkimukset glaukoomassa ovat rajallisia, yleisesti verisuonistoissa ET-1 vähentää NO:ta ja päinvastoin. Ihmisen silmässä, kuten todettiin, ET-1:n ruiskuttaminen aiheutti verisuonten supistumista, jonka ETA-antagonistit pystyivät estämään (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Toisaalta NO-luovuttajat voivat torjua ET-1:tä – silmän traabekkeliverkostosoluissa NO-luovuttajat rentouttivat soluja ja käänsivät ET-1:n supistumisen (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Kaiken kaikkiaan ET-1 ja NO toimivat vastakkaisina säätelijöinä silmän verenkierrossa: liiallinen ET-1 kallistaa tasapainoa supistumisen ja iskemiaan suuntaan (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Kohonnut endoteliini-1 glaukoomapotilailla

Monet tutkimukset ovat mitanneet ET-1-tasoja glaukoomapotilaiden kammionesteessä (kirkas neste silmän etuosassa) ja veressä. Todisteet osoittavat korkeammat ET-1-tasot glaukoomassa. Tuoreessa laajassa tutkimuksessa kammionesteen ET-1-pitoisuus oli keskimäärin noin 7,8 pg/ml primaarisessa avokulmaglaukoomassa (POAG) ja 6,1 pg/ml normaalipaineglaukoomassa (NTG), kun taas vertailuryhmän ei-glaukoomapotilailla se oli vain 4,0 pg/ml (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). POAG:n nousu oli tilastollisesti merkittävä. Meta-analyysit löytävät samoin kohonneita plasman ET-1-tasoja NTG:ssä ja POAG:ssa verrattuna terveisiin kontrolliryhmiin (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Esimerkiksi yksi useiden tutkimusten analyysi raportoi, että NTG-potilaiden keskimääräinen plasman ET-1-taso oli noin ~0,60 pg/ml korkeampi kuin kontrolliryhmän, ja POAG-potilaiden ~0,63 pg/ml korkeampi (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Toinen systemaattinen katsaus kokosi tietoja yli 1500 glaukoomapotilaasta ja havaitsi myös merkittävästi korkeampia ET-1-tasoja sekä veressä että silmän nesteessä glaukoomatapauksissa verrattuna normaaleihin silmiin (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Kaikki tutkimukset eivät kuitenkaan ole täysin yksimielisiä. Jotkut vanhemmat työt eivät löytäneet plasmasta eroja, mahdollisesti pienten näytteiden tai potilasvaihteluiden vuoksi (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Mutta yleinen suuntaus on selvä: ET-1 on koholla glaukoomassa, ainakin silmässä (ja usein myös veressä) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Nämä korkeammat ET-1-tasot voivat heijastaa glaukoomapotilailla havaittua systeemistä verisuonten toimintahäiriötä, erityisesti niillä, joilla on verisuonten toimintahäiriö tai migreeniä. Tärkeää on, että lisääntynyt ET-1 silmässä voi heikentää näköhermon perfuusiota ja laukaista astrosyyttien aktivaation juuri siellä, missä glaukoomavaurioita tapahtuu.

Endoteliinireseptoriantagonistit: Laboratoriomallit ja vaikutukset

Koska ET-1 näyttää olevan haitallinen glaukoomassa, tutkijat ovat testanneet lääkkeitä, jotka estävät ETA- ja ETB-reseptoreja eläinmalleissa. Nämä endoteliinireseptoriantagonistit voivat olla peptidilääkkeitä (kuten BQ-123, BQ-788) tai ei-peptidisiä pienmolekyylejä (kuten bosentaani, ambrisentaani, masitentaani).

• Peptidiantagonistit (esim. BQ-123, BQ-788): Nämä olivat ensimmäisen sukupolven lääkkeitä ja niitä käytetään usein kokeellisesti. BQ-123 on selektiivinen ETA:lle ja BQ-788 ETB:lle. Laboratorion glaukoomamalleissa ne vahvistavat edellä mainitut roolit: BQ-123 (ETA-salpaaja) esti ET-1:n aiheuttamia silmänpaineen piikkejä (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) ja pysäytti ET-1:n aiheuttaman traabekkeliverkoston supistumisen (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). BQ-788:llä (ETB-salpaaja) oli vähän vaikutusta silmänpaineeseen näissä malleissa (mikä on johdonmukaista ETB:n pienemmän roolin kanssa virtauksessa), mutta se vähensi RGC-solujen kuolemaa ET-1:stä solututkimuksissa (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Yksi tutkimus havaitsi, että BQ-123:n systeeminen antaminen esti ET-1:n vähentävän vaikutuksen näköhermon verenvirtaan ihmisillä, osoittaen ET-1:n olevan supistumisen syy (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

• Ei-peptidiantagonistit (esim. bosentaani, masitentaani, ambrisentaani): Nämä lääkkeet kehitettiin keuhkoverenpainetaudin hoitoon ja ne voidaan ottaa suun kautta tai injektiona. Silmätutkimuksissa ne osoittavat lupausta. Esimerkiksi masitentaani, kaksois-ETA/ETB-salpaaja, annettiin suun kautta rotille, joilla oli glaukooma (korkean silmänpaineen malli). Se suojasi merkittävästi verkkokalvon ganglionisoluja ja niiden aksoneja, vaikka se ei alentanut silmänpainetta enempää (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Tämä viittaa suoraan hermoja suojaavaan vaikutukseen paineesta riippumatta. Samoin bosentaani (toinen kaksoissalpaaja) esti näköhermovaurion, kun sitä annettiin systeemisesti hiiren glaukoomamalleissa (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Diabeettisilla rotilla paikallisesti annosteltavat bosentaani-silmätipat itse asiassa saavuttivat verkkokalvon (todennäköisesti kovakalvon kautta) ja estivät gliaalisen aktivaation ja solukuoleman (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Nämä tulokset vihjaavat, että ei-peptidiantagonistit voivat päästä silmään ja auttaa.

Yhteenvetona, prekliinisissä malleissa ETA-selektiivisten antagonistien on osoitettu alentavan ET-1:n aiheuttamia silmänpainevasteita ja vähentävän paineen aiheuttamia vaurioita (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), kun taas ETB-selektiiviset tai kaksoisvaikutteiset antagonistit auttavat estämään ET-1:n suoraa hermotoksisuutta (RGC-solujen suojaaminen) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Kaksoissalpaus oli yleisesti ottaen tehokkain.

Terapeuttiset näkymät ja haasteet

ET-1:n kohdentaminen on houkutteleva glaukoomaterapia, koska se voisi auttaa pelkän silmänpaineen alentamisen lisäksi. Parantamalla verenkiertoa näköhermon päässä ja rauhoittamalla astrosyyttejä, ET-reseptorien salpaajat voivat hidastaa hermosolujen rappeutumista. Kuten todettiin, systeeminen bosentaani tai masitentaani oli hermoja suojaava eläinten glaukoomamalleissa (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Jos nämä havainnot siirtyvät käytäntöön, ET-reseptoriantagonistin lisääminen voisi suojata näköä silloinkin, kun painetta alentavat lääkkeet ovat saavuttaneet maksimivaikutuksensa.

Haasteita kuitenkin on. Endoteliinisalpaajien systeemiset sivuvaikutukset ovat merkittäviä. Bosentaanin ja ambrisentaanin kaltaiset lääkkeet voivat aiheuttaa systeemistä hypotensiota, maksaentsyymien kohoamista, nestepysähtelyä, päänsärkyä ja erityisesti vakavia synnynnäisiä vikoja, jos niitä käytetään raskauden aikana (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Nämä johtuvat siitä, että ET-1 on tärkeä verisuonissa koko kehossa. Glaukoomapotilaille (jotka voivat olla iäkkäämpiä tai joilla on sydän- ja verisuoniongelmia) tällaiset sivuvaikutukset ovat vakavia. Esimerkiksi annosriippuvainen maksatoksisuus rajoittaa sitä, kuinka paljon potilas voi ottaa (pmc.ncbi.nlm.nih.nih.gov).

Systeemisten riskien vähentämiseksi tutkijat tutkivat kohdennettua annostelua silmään. Ihanteellisesti ET-salpaaja voitaisiin antaa silmätippana tai implanttina, joka pysyy enimmäkseen silmässä. On olemassa varhaisia merkkejä siitä, että tämä voi toimia: diabeettisen silmäsairauden hiirimallissa päivittäiset bosentaani-silmätipat tunkeutuivat silmään kovakalvon kautta ja suojelivat verkkokalvon soluja (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), mikä viittaa siihen, että jopa suuria molekyylejä voidaan annostella. Muita strategioita ovat hitaasti vapauttavat okulaariset implantit tai geeniterapia ET-1:n paikalliseen vaimentamiseen. Jos silmäkohtainen ET-antagonisti voidaan kehittää, se voisi välttää verenpainevaikutuksia mutta silti parantaa näköhermon perfuusiota ja vähentää glioosia.

Johtopäätös

Yhteenvetona, endoteliini-1 on voimakas peptidi, joka voi pahentaa glaukoomaa supistamalla verisuonia silmässä ja aktivoimalla astrosyyttejä. Korkeita ET-1-tasoja on havaittu glaukoomapotilaiden silmissä ja veressä (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). ET-1 vaikuttaa pääasiassa ETA-reseptorien kautta nostaen silmänpainetta ja estäen verenkiertoa, ja ETB-reseptorien kautta suoraan vahingoittaen verkkokalvon ganglionisoluja ja laukaisten glioosin. Vaikka lisätutkimusta tarvitaan, tämän reitin estäminen tarjoaa lupaavan mahdollisuuden. Eläinkokeissa endoteliinireseptoriantagonistit paransivat verenkiertoa ja suojasivat verkkokalvon hermosoluja riippumatta silmänpaineen alenemisesta (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Kaikkien tulevien hoitojen on huolellisesti vältettävä systeemisiä vaikutuksia. Uusia lääkemalleja ja okulaarisia annostelumenetelmiä tutkitaan, jotta hoito vaikuttaisi nimenomaan silmässä. Jos onnistutaan, endoteliinia estävät lääkkeet – ehkä silmätippoina tai istutettavina laitteina – voisivat täydentää nykyisiä glaukoomahoitoja säilyttämällä näköhermon parannetun verenkierron ja vähentyneen tulehduksen avulla. Jatkuva tutkimus voi muuttaa tämän reitin käytännölliseksi hermoja suojaavaksi terapiaksi glaukoomapotilaille.