Глаукома и внутриглазное давление: Роль дренажного пути
Глаукома — это группа глазных заболеваний, которые могут привести к потере зрения из-за повреждения зрительного нерва. Высокое внутриглазное давление (ВГД) — давление жидкости внутри глаза — является основным фактором риска развития глаукомы. В норме жидкость, вырабатываемая внутри глаза (водянистая влага), оттекает через трабекулярную сеть (ТС) и шлеммов канал (ШК) в переднем (переднем сегменте) отделе глаза. Когда этот отток блокируется или ограничивается, жидкость накапливается, и давление повышается. При многих формах глаукомы врачи наблюдают накопление дополнительного внеклеточного матрикса (ВКМ) — сети белков и структурных компонентов вне клеток — в ТС и ШК. Этот утолщенный ВКМ действует как дополнительный «мусор» в дренажных каналах, затрудняя отток жидкости. Со временем это возросшее сопротивление оттоку приводит к повышению ВГД, что может повредить зрительный нерв и привести к потере зрения (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
В здоровом глазу ТС и ШК работают вместе как дренажная система. ТС представляет собой губчатую, пористую ткань, выстланную эндотелиальными клетками, и располагается непосредственно перед шлеммовым каналом (см. иллюстрацию ниже). Жидкость оттекает через поры в ТС и внутреннюю стенку ШК в канал, похожий на кровеносный сосуд (шлеммов канал), чтобы покинуть глаз. Исследования показывают, что большая часть нормального сопротивления оттоку жидкости исходит из юктканаликулярной области ТС (самой глубокой части ТС, расположенной непосредственно рядом со шлеммовым каналом) и из базальной мембраны внутренней стенки шлеммова канала (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). При глаукоме ТС и базальная мембрана ШК становятся аномально толстыми и жесткими, заполненными дополнительным коллагеном, фибронектином и другими белками ВКМ (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Эти изменения сужают пути оттока, подобно засорению слива, что повышает ВГД.
(pmc.ncbi.nlm.nih.gov) Рисунок: Жидкость оттекает из передней камеры через трабекулярную сеть (ТС) и внутреннюю стенку шлеммова канала (ШК). Большая часть сопротивления оттоку – «узкое место» – находится в глубокой ТС и внутренней стенке ШК (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Ремоделирование ВКМ в трабекулярной сети
При глаукоме клетки ТС (которые ведут себя несколько подобно фибробластам — клеткам соединительной ткани, обнаруживаемым в коже и других органах) производят избыточный матрикс и не могут его должным образом расщепить. Баланс матриксных металлопротеиназ (ММР) и их ингибиторов (TIMP) смещается таким образом, что депонируется больше ВКМ. В то же время в игру вступают мощные сигнальные белки. Ключевым виновником является трансформирующий фактор роста-бета (TGF-β). Как TGF-β1, так и TGF-β2 являются факторами роста, которые в норме помогают тканям заживать и регулируют ВКМ, но при глаукоме уровень TGF-β2 в жидкости глаза (водянистой влаге) аномально высок (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Эксперименты показывают, что TGF-β2 стимулирует клетки ТС к производству большего количества коллагена и других молекул матрикса, а также к сшиванию волокон (через ферменты лизилоксидазы) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Это создает фибротический фенотип (подобный рубцу), при котором ТС заполняется плотным матриксом и становится более жесткой.
Другим важным фактором является фактор роста соединительной ткани (CTGF), также называемый CCN2. CTGF индуцируется TGF-β и дополнительно стимулирует производство матрикса. Исследования клеток ТС человека показали, что TGF-β увеличивает CTGF, и что добавление CTGF к клеткам ТС вызывает отложение значительно большего количества ВКМ (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Блокирование CTGF (например, с помощью антитела) предотвращает эти фиброзоподобные изменения (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). У пациентов с глаукомой уровни CTGF повышены в ТС, и исследования показывают, что CTGF может создавать положительную обратную связь: по мере накопления коллагена CTGF стимулирует выработку еще большего количества коллагена (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Иными словами, тонкая, нормальная ТС становится толще и рубцуется.
Интегрины — это поверхностные рецепторы, которые позволяют клеткам ТС ощущать и связываться с окружающим их ВКМ. Когда интегрины связываются с коллагенами или фибронектином, они посылают сигналы внутрь клетки, которые влияют на ее форму, выживаемость и функцию. В клетках ТС и шлеммова канала многие интегрины связываются с белками ВКМ, такими как коллаген и ламинин (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Эта сигнализация «снаружи-внутрь» может, например, активировать ферменты, такие как FAK (киназа фокальной адгезии), которые влияют на актиновый цитоскелет. Аномальный ВКМ (например, избыток фибронектина или коллагена), следовательно, может также запускать сигналы «изнутри-наружу». Например, когда уровень фибронектина высок при глаукоме, он может связываться с RGD-распознающими интегринами на клетках ТС, изменяя их поведение (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Однако, как фрагменты коллагена или пептиды могут непосредственно влиять на интегрины в клетках глаза, в частности, все еще изучается.
В целом, ТС и шлеммов канал становятся более фиброзными при глаукоме из-за сочетания избытка ВКМ, увеличенного сшивания и профибротических сигналов (TGF-β, CTGF, цитокинов) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Это фибротическое ремоделирование увеличивает сопротивление оттоку и ВГД. (Более подробную информацию о патофизиологии ТС см. в обзорах Vranka и др. (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).)
Коллагеновые пептиды: Влияние на фибробласты и ВКМ
Коллагеновые пептиды — это короткие цепочки аминокислот (небольшие белковые фрагменты), полученные из коллагена. Их обычно принимают в качестве пищевых добавок для здоровья кожи, суставов или костей. В лаборатории ученые тестировали коллагеновые пептиды на различных типах клеток (особенно на фибробластах кожи), чтобы понять их действие на молекулярном уровне. Недавние исследования показывают, что коллагеновые пептиды могут стимулировать фибробласты и влиять на ключевые пути, такие как интегрины, TGF-β, CTGF и ММР. Хотя данные о клетках глаза ограничены, результаты исследований кожи и других тканей дают подсказки.
-
Пролиферация фибробластов и производство матрикса. Многочисленные исследования показали, что коллагеновые пептиды могут стимулировать размножение фибробластов кожи и производство большего количества коллагена. Например, Brandão-Rangel и соавт. (2022) продемонстрировали, что добавление коллагеновых пептидов к дермальным фибробластам человека приводило к значительному увеличению пролиферации клеток и экспрессии проколлагена типа I (основного коллагена кожи) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Аналогичным образом, другое исследование in vitro показало, что коллагеновые пептиды в умеренных концентрациях стимулировали гены коллагена типа I (COL1A1), эластина (ELN) и протеогликана версикана (VCAN) в дермальных фибробластах (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). В обоих случаях фибробласты производили больше строительных блоков матрикса соединительной ткани. Систематический обзор исследований гидролизованного коллагена показал, что дозы около 50–500 мкг/мл коллагеновых пептидов достаточны для стимуляции активности фибробластов и синтеза коллагена в клетках человека (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Короче говоря, коллагеновые пептиды, по-видимому, помогают восстанавливать и укреплять внеклеточный каркас, стимулируя фибробласты к росту и производству большего количества матрикса.
-
Противовоспалительные эффекты и TGF-β. Удивительно, но коллагеновые пептиды также обладают противовоспалительным действием. В исследовании Brandão-Rangel коллагеновые пептиды не только стимулировали выработку коллагена, но и подавляли воспалительные маркеры. Когда клетки кожи подвергались воздействию бактериального токсина (ЛПС), добавление коллагеновых пептидов значительно снижало индуцированные уровни цитокинов IL-6, IL-8, TNF-α и других (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). В то же время пептиды повышали уровни TGF-β (и VEGF) в фибробластах (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Другими словами, коллагеновые пептиды действовали как сигнал для подавления воспаления и переключения клеток в режим роста/восстановления. Поскольку TGF-β является как противовоспалительным, так и профибротическим, это может быть палка о двух концах: большее количество TGF-β может способствовать заживлению, но также может стимулировать фиброз, если его не контролировать. Действительно, в том же исследовании самая высокая доза коллагеновых пептидов (10 мг/мл) требовалась для повышения экспрессии проколлагена и TGF-β (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Другой отчет о клетках кожи показал, что некоторые дипептиды, полученные из коллагена (например, иле-гидроксипролин), активировали путь TGF-β/Smad, способствуя синтезу коллагена (documentsdelivered.com). Таким образом, коллагеновые пептиды могут задействовать те самые пути (сигнализация TGF-β, Smad), которые обычно контролируют производство ВКМ.
-
Сигнализация интегринов. Коллаген является естественным лигандом для определенных интегринов (в частности, интегрин α2β1 связывает коллаген). Недавние работы на моделях кожи показывают, что коллагеновые пептиды могут увеличивать экспрессию интегрин-связывающих коллагена и активировать связанные с этим сигналы. Mistry и соавт. (2024) обнаружили, что пептиды свиного коллагена, применяемые к клеткам кожи, значительно повышали уровни интегрина α2β1 и запускали нисходящую сигнализацию через пути ERK и FAK (eprints.ncl.ac.uk). (Эти пути обычно реагируют на связывание клетки с ВКМ.) В этих экспериментах блокирование субъединицы β1 интегрина предотвращало эффекты коллагеновых пептидов в кератиноцитах, хотя фибробласты все еще реагировали, что указывает на множественные пути активации (eprints.ncl.ac.uk). Вывод заключается в том, что коллагеновые пептиды могут «подготавливать» клетки к восприятию коллагена и прилипанию к нему. В контексте трабекулярной сети интегрин α2β1 присутствует и опосредует связывание коллагена (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Если коллагеновые пептиды аналогичным образом усиливают α2β1 на клетках ТС, это может увеличить адгезию к окружающей матрице, потенциально влияя на отток.
-
ММР и TIMP (ремоделирование матрикса). Матриксные металлопротеиназы (ММР) и их ингибиторы (TIMP) контролируют скорость распада ВКМ. Избыточная активность ММР приводит к деградации ВКМ, в то время как слишком большое количество TIMP может сохранять ВКМ и приводить к фиброзу. В моделях кожи коллагеновые пептиды, по-видимому, снижают экспрессию некоторых ММР. Liu и соавт. (2019) показали, что некоторые метаболиты коллагеновых пептидов в культуре подавляли активацию AP-1, снижали уровни белка MMP-1 и MMP-3 и, таким образом, угнетали деградацию коллагена (documentsdelivered.com). Другое исследование отметило, что увеличенное накопление коллагена в фибробластах было связано не только с увеличением синтеза коллагена, но и с меньшей его деградацией, при этом коллагеновые пептиды ингибировали активность MMP-1 и MMP-2 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). В итоге, коллагеновые пептиды имеют тенденцию смещать баланс в сторону накопления матрикса за счет меньшего расщепления коллагена. Если TIMP также были затронуты, исследования ограничены, но можно предположить, что пептиды могут также влиять на производство или активность TIMP как часть регуляции матрикса.
Сравнение клеток глаза с моделями фиброза кожи, сухожилий и легких
Как эти эффекты коллагеновых пептидов соотносятся между клетками глаза и другими фиброзными тканями? Во всех этих тканях TGF-β и CTGF являются известными стимуляторами фиброза. Например, в коже и легких хроническое повреждение запускает персистирующую сигнализацию TGF-β, активируя фибробласты (или миофибробласты) для производства избыточного коллагена и ВКМ (согласно обзору Grafanaki и соавт.) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). При заболеваниях легких, таких как идиопатический легочный фиброз, коллаген-продуцирующие альвеолярные клетки и фибробласты увеличивают производство коллагена I и III под влиянием TGF-β. При заболеваниях сухожилий TGF-β и CTGF аналогичным образом запускают отложение фиброзного матрикса (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). В этих системах часто накапливаются фрагменты коллагена и поперечные сшивки, а жесткость ткани увеличивается.
На сегодняшний день нет прямых исследований влияния пищевых коллагеновых пептидов на клетки трабекулярной сети. Но мы можем провести параллели: дермальные фибробласты кожи и клетки ТС являются мезенхимальными клетками, которые реагируют на TGF-β. В обоих случаях TGF-β индуцирует гены коллагена, фибронектина и протеогликанов. CTGF также является общим медиатором. Например, исследование фибробластов роговицы (тип клеток глаза, родственный клеткам ТС) показало, что TGF-β индуцировал гораздо большее производство CTGF+коллагена, когда клетки росли на коллагеновом матриксе (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Это предполагает, что богатая коллагеном среда подготавливает фибробласты глаза к фиброзу, подобно коже. Аналогично, фибробласты сухожилий секретируют CTGF и коллаген под сигнализацией TGF-β (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), и фибробласты легких делают то же самое (легочный фиброз лечится анти-TGF-β в экспериментальных моделях).
Короче говоря, пути фибротического повреждения консервативны: TGF-β и CTGF усиливают экспрессию генов матрикса и снижают активность ММР (часто через путь AP-1), в то время как сигнализация интегринов может дополнительно активировать TGF-β и производство матрикса (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Коллагеновые пептиды в моделях кожи и других тканей имеют тенденцию усиливать эти про-заживляющие/про-фибротические сигналы (больше TGF-β, больше коллагена, меньше ММР (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)). Это предполагает, что действие коллагеновых пептидов в коже (стимуляция накопления ВКМ) может быть аналогичным в других соединительных тканях. Однако ТС/ШК глаза обладает уникальной гидродинамикой, поэтому мы должны быть осторожны в экстраполяции.
Могут ли коллагеновые пептиды повышать или понижать ВГД?
Учитывая эту информацию, могут ли добавки коллагеновых пептидов влиять на глазное давление? Мы можем выдвинуть две противоположные гипотезы:
-
Увеличение сопротивления оттоку (повышение ВГД): Коллагеновые пептиды явно стимулируют выработку коллагена и пролиферацию фибробластов в других тканях. Если бы клетки ТС реагировали аналогичным образом, они могли бы производить дополнительный ВКМ в сети, эффективно еще больше забивая ее. Индуцированная пептидами сигнализация TGF-β и высвобождение CTGF (как наблюдается в клетках кожи) могли бы усугубить фибротические изменения ТС, уже присутствующие при глаукоме. Кроме того, подавляя ММР (как показывают некоторые исследования), коллагеновые пептиды могли бы снизить оборот матрикса, позволяя ВКМ накапливаться. В контексте заживления ран кожи CTGF вызывает рубцевание; по аналогии, большее количество CTGF в ТС могло бы увеличить «рубцевание» дренажного пути. Следовательно, один из правдоподобных результатов заключается в том, что коллагеновые добавки могут увеличить сопротивление оттоку за счет утолщения матрикса ТС/ШК, тем самым повышая ВГД. Это может быть особенно актуально для людей, предрасположенных к глаукоме или глазной гипертензии.
-
Снижение сопротивления оттоку (снижение ВГД): С другой стороны, коллагеновые пептиды обладают противовоспалительным действием и могут способствовать здоровому ремоделированию тканей. Если бы коллагеновые пептиды помогали клеткам ТС поддерживать нормальный ВКМ (например, путем усиления регенерации правильно организованного матрикса), они могли бы улучшить отток. Увеличение интегриновой сигнализации (α2β1) потенциально могло бы помочь клеткам ТС реорганизовать коллагеновые фибриллы таким образом, чтобы облегчить отток (поскольку адгезия клеток к матриксу и цитоскелетное напряжение могут влиять на размер пор). Более того, за счет усиления VEGF и путей заживления существует теоретическая вероятность того, что пептиды улучшают восстановление ТС и выведение жидкости. Наконец, коллагеновые пептиды иногда содержат небольшие фрагменты, которые могут связывать и нейтрализовать TGF-β или CTGF (некоторые исследования пептидов эндостатина показывают антифибротические эффекты). В моделях сухожилий, например, контролируемая доставка CTGF (с коллагеном) улучшала заживление без чрезмерного рубцевания (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Если бы добавки коллагена в глазу приводили к более нормальной структуре ТС или противодействовали патологическому фиброзу, они могли бы снизить сопротивление.
Реалистично, чистое влияние коллагеновых пептидов на глаз неизвестно и может быть сложным. Ни одно клиническое исследование не тестировало коллагеновые добавки для контроля глазного давления. Данные из других тканей склоняются к профибротическому действию (больше матрикса, больше коллагена), что предполагает, что коллагеновые пептиды могут иметь тенденцию повышать ВГД в предрасположенных глазах. Но поскольку пептиды также модулируют воспаление и сигналы роста, результат может варьироваться. Это может зависеть от дозы, размера пептида и индивидуального состояния глаза.
В заключение, научные данные показывают, что пептиды, полученные из коллагена, влияют на фибробласты, стимулируя их пролиферацию и производство большего количества матрикса (через интегриновую, TGF-β, CTGF сигнализацию), одновременно снижая воспалительную активность ММР. При глаукоме, где фиброз ТС уже повышает ВГД, такие действия могут усугубить блокаду оттока. Однако сбалансированный взгляд должен также учитывать противовоспалительные и восстановительные аспекты этих пептидов. До тех пор, пока не будут проведены прямые исследования на клетках глаза или пациентах, мы можем только выдвигать гипотезы. На данный момент любому, кто беспокоится о глаукоме, следует проявлять осторожность и проконсультироваться с офтальмологом, прежде чем принимать добавки, предназначенные для воздействия на соединительную ткань, поскольку они теоретически могут влиять на глазное давление.