Микробиом глазной поверхности, инфламэйджинг и здоровье поверхности глаза

Введение

Наши глаза покрыты тонкой слезной пленкой и сообществом безвредных микробов – микробиомом глазной поверхности – которые помогают защищать их. Обычно этот микробиом находится в равновесии, но с возрастом это равновесие нарушается. Старение сопровождается хроническим вялотекущим воспалением (часто называемым «инфламэйджинг» (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)), которое может поражать все ткани, включая глаза. В результате повышается риск таких состояний, как сухость глаз и дисфункция мейбомиевых желез (ДМЖ) – когда сальные железы в веках работают некорректно. Эти состояния вызывают нестабильность слезной пленки и раздражение. В последние годы исследователи обнаружили, что возрастные изменения в микробном сообществе глаза связаны с этим воспалением и заболеваниями поверхности глаза. Понимание этих изменений важно для поддержания здоровья глаз в пожилом возрасте.

Например, исследование здоровых добровольцев показало, что слезы и бактерии век становились «более воспалительными» с возрастом – у пожилых людей после 60 лет наблюдались более высокие уровни воспалительных молекул (таких как ICAM-1 и IL-8) на конъюнктиве (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). С годами пожилые глаза часто вырабатывают меньше и более тонких слез (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov) и реже моргают, что может приводить к накоплению большего количества раздражителей и микробов. В то же время ферменты и токсины некоторых бактерий век (например, Staphylococcus aureus) могут стимулировать воспаление и повреждать слезную пленку (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). В совокупности стареющая глазная поверхность может стать хронически раздраженной.

Недавние исследования подтверждают, что состав микробов на глазу меняется с возрастом. Используя секвенирование ДНК, ученые показали, что глаза «молодых» и «пожилых» взрослых имеют различные бактериальные сообщества и функции генов (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Иными словами, старение, по-видимому, изменяет состав бактерий, которые процветают на глазу. Эти изменения, похоже, благоприятствуют некоторым типам микробов, которые могут усугублять воспаление. (Пожилые пациенты часто также используют глазные капли при таких состояниях, как глаукома; эти капли – особенно если они содержат консерванты – дополнительно изменяют глазную флору (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).) Короче говоря, стареющие глаза часто демонстрируют микробные изменения, которые сопровождаются утомленной слезной пленкой и вялотекущим воспалением век.

Возрастные изменения микробиома и воспаление глазной поверхности

Сухость глаз и дисфункция мейбомиевых желез (ДМЖ)

Синдром сухого глаза (ССГ) очень распространен среди пожилых людей. Он возникает, когда слезы больше не могут поддерживать поверхность глаза влажной и питаемой. ССГ имеет две основные формы: одна, когда слезные железы вырабатывают слишком мало воды, и другая, когда слезы слишком быстро испаряются (часто из-за низкого качества липидного слоя). Липидный слой слез образуется в мейбомиевых железах в веках. С возрастом эти железы чаще закупориваются или изменяют свой нормальный состав липидов. Эта дисфункция мейбомиевых желез (ДМЖ) приводит к очень жирным слезам или полному отсутствию липидного слоя, что делает глаза сухими и воспаленными. Фактически, около 70% пациентов с сухим глазом имеют ДМЖ (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Недавние исследования показали, что бактерии, обитающие в мейбомиевых железах и вокруг них, отличаются при ДМЖ. Дробовое секвенирование ДНК мейбума (жира желез) показало, что люди с ДМЖ имеют «отличную микробиоту» в своих вековых секретах (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Например, потенциально вредные бактерии, такие как Campylobacter coli, Campylobacter jejuni и Enterococcus faecium, были обильны в железах при ДМЖ, но почти отсутствовали у здоровых контрольных групп (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Эти бактерии несут гены, отвечающие за сильные факторы вирулентности (такие как белки уклонения от иммунитета и системы секреции), которые могут подпитывать хроническое воспаление век (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Напротив, здоровый мейбум в основном содержал обычные кожные бактерии, такие как Staphylococcus epidermidis. Другие исследования показали, что коагулазонегативные стафилококки и Corynebacterium часто ассоциируются с сухостью глаз и ДМЖ (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Короче говоря, закупоренный, застоявшийся жир желез в пожилых глазах может способствовать размножению нежелательных микробов, что, в свою очередь, может ухудшить качество слезной пленки и усилить воспаление век.

Сама сухость глаз также коррелирует с более низким микробным разнообразием на глазу. Один обзор сообщает, что пациенты с тяжелой формой сухого глаза с дефицитом водной фазы (например, синдромом Шегрена) имеют значительно меньше различных бактерий на поверхности глаза, чем здоровые люди (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). В целом, нормальные глаза обычно очищаются слезами и антимикробными белками. Но при сухости глаз повреждение поверхности и изменения в гелеобразных муцинах позволяют различным бактериям легче прикрепляться или расти. Например, исследователи обнаружили, что у людей с сухим глазом было уменьшено количество Proteobacteria (распространенный тип в здоровых глазах) и Pseudomonas, и относительно больше грамположительных бактерий (таких как Staphylococcus) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Эти изменения могут дополнительно стимулировать воспаление и замедлять заживление.

Инфламэйджинг и иммунитет глаза

Старение характеризуется инфламэйджингом – постоянным вялотекущим воспалением во всем организме (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Это состояние усиливает воспалительные сигналы даже в здоровых тканях. На поверхности глаза это означает, что пожилым глазам труднее справляться с раздражением. Например, исследование добровольцев, сгруппированных по возрасту (молодые: 19–40, средний возраст: 41–60, пожилые: 61–93), показало, что признаки сухости глаз и воспалительные маркеры неуклонно увеличивались с возрастом (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Слезная пленка становилась менее стабильной (время разрыва слезной пленки снизилось с ~11 с у молодых до ~9 с у пожилых), а объем слезы уменьшался (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). В то же время конъюнктивальные клетки вырабатывали больше белков, связанных с воспалением (ICAM-1 и IL-8), у пожилых субъектов (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Женщины в среднем сообщали о более выраженных симптомах сухости глаз, но возрастная тенденция наблюдалась у всех. Эти данные показывают, что клинически здоровый пожилой глаз уже демонстрирует большее воспаление и худшую смазку, чем молодой глаз.

Изменения в микробиоме, по-видимому, связаны с этим глазным инфламэйджингом. Обычно некоторые резидентные бактерии помогают поддерживать здоровый иммунный баланс. Например, у мышей комменсальный Corynebacterium на поверхности глаза стимулирует локальные Т-клетки к секреции IL-17, который затем усиливает выработку антимикробных факторов в слезах (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Это сдерживает неприятных захватчиков (таких как Pseudomonas или грибковые Candida). Аналогично, безмикробные мыши (выращенные без микробов) имеют более слабые роговичные барьеры и значительно меньше слезных антител (IgA), чем обычные мыши (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Короче говоря, здоровый микробиом фактически тренирует передовые защитные силы глаза. Но если микробиом истощен или нарушен (например, из-за старения или чрезмерной очистки), защитные силы ослабевают, и может возникнуть хроническое воспаление.

В пожилых глазах с сухостью глаз или ДМЖ микробный сдвиг, по-видимому, способствует воспалению. Граммотрицательные бактерии вырабатывают липополисахариды (ЛПС), которые запускают Толл-подобные рецепторы, стимулируя воспаление. Фактически, Чанг и соавт. обнаружили, что у пациентов с глаукомой, использующих консервированные капли (часто пожилые люди), на глазах наблюдалось увеличение разнообразия грамотрицательных бактерий (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Микробиом их обработанных глаз имел высокую прогнозируемую выработку ЛПС. Это коррелировало с меньшей высотой слезного мениска и более коротким временем разрыва слезной пленки (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Проще говоря, глаза с большим количеством этих бактерий имели более сухие показатели поверхности и больше маркеров воспаления. Действительно, пациенты с глаукомой часто сообщают о жжении и слезотечении от своих капель (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), и это исследование предполагает, что часть этого эффекта может быть как микробиологической, так и химической.

Взгляд пациента с глаукомой

Глаукома обычно является заболеванием пожилых людей, и ее лечение часто включает длительное применение глазных капель. Многие капли от глаукомы содержат консерванты (например, бензалкония хлорид), которые токсичны для поверхностных клеток. Крупные исследования показали, что консервированные капли от глаукомы вызывают гораздо большее раздражение и сухость глаз, чем версии без консервантов (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Наш обзор предполагает, что это также ухудшает микробиом глаза. В исследовании Чанга и соавт. даже нелеченый глаз у пациентов с глаукомой показал микробные изменения, что подразумевает системные эффекты или перекрестное загрязнение (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Таким образом, пациент с глаукомой может столкнуться с усугубляющимся циклом: капли раздражают глаз, снижая слезную защиту, а возникающий сдвиг микробиома затем подпитывает дальнейшее воспаление. С точки зрения пациента, это означает дополнительные симптомы и необходимость в большем количестве вспомогательных методов лечения (таких как заменители слезы и лечение век).

Целенаправленные вмешательства, ориентированные на микробиом, для здоровья поверхности глаза

Поскольку измененные микробы могут вызывать воспаление, исследуются методы лечения, направленные на «восстановление баланса» микробиома. Вот несколько научно обоснованных стратегий:

• Гигиена век: Тщательная очистка краев век является основным подходом при блефарите и ДМЖ. Простое протирание разбавленным детским шампунем или коммерческими салфетками для век может физически удалить мусор, жиры и клещей. Более целенаправленные продукты включают салфетки с хлорноватистой кислотой (HOCl). HOCl – это мягкий антисептик на основе солевого раствора (продается под торговыми марками, такими как Avenova). Клинические исследования показывают, что он безопасен для использования вокруг глаз и убивает многие бактерии. Например, Менкуччи и соавт. обнаружили, что 4 недели двукратного ежедневного очищения HOCl значительно снизили бактериальную нагрузку на веках по сравнению с мягкими солевыми салфетками (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Время разрыва слезной пленки и показатели симптомов улучшились только в группе HOCl. Другое исследование с использованием салфеток HOCl для лечения внутренних ячменей (гордеолума) показало, что они значительно снижают количество стафилококков и нейссерий на веках, при этом увеличивая количество некоторых полезных бактерий кишечного происхождения (таких как Bifidobacterium и Faecalibacterium), обладающих противовоспалительными свойствами (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Короче говоря, антисептическая очистка век может сместить микробиом век от патогенов и помочь уменьшить воспаление. Это безопасно для ежедневного использования и часто рекомендуется везде, где подозревается блефарит или ДМЖ.

• Термальная терапия (теплые компрессы): Применение тепла к векам помогает разблокировать затвердевшие жиры и восстановить нормальный состав липидного слоя слезы. Теплые компрессы (горячее полотенце или маска для глаз при температуре ~40°C в течение 5–10 минут) являются краеугольным камнем лечения ДМЖ. Недавний обзор клинических исследований подтверждает, что даже однократное применение в течение 5–20 минут может улучшить качество слезы (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Многократное ежедневное использование (особенно увлажняющих тепловых масок) не только растапливает жиры, но также может успокоить воспаление и даже уменьшить количество клещей Demodex (микроскопический паразитический клещ век, связанный с блефаритом). Хотя само тепло не добавляет и не убивает бактерии напрямую, восстанавливая более нормальный отток жиров, оно помогает среде глаза благоприятствовать его естественной защите. Пациент, регулярно использующий теплые компрессы, часто отмечает меньшую зернистость и лучшее увлажнение.

• Пробиотики и пребиотики: Это «дружественные» бактерии или питательные вещества, которые их поддерживают, принимаемые перорально или (в экспериментальных исследованиях) местно. Идея состоит в том, что здоровый микробиом кишечника может ослаблять общее воспаление в организме (через так называемую ось кишечник–глаз) и, возможно, даже влиять на микробы поверхности глаза. Несколько небольших исследований намекают на пользу. В одном рандомизированном контролируемом исследовании пациенты с сухим глазом принимали пероральную пробиотическую/пребиотическую добавку в течение 4 месяцев. Средний балл симптомов (OSDI) в группе лечения значительно улучшился по сравнению с плацебо (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Время разрыва слезной пленки и объем слезы оставались стабильными в группе лечения, но ухудшились в группе плацебо, что указывает на некоторую защиту. Другие пилотные исследования показали, что пробиотические смеси (например, Enterococcus faecium и Saccharomyces boulardii) увеличивали выработку и стабильность слезы у пациентов с сухим глазом (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Исследователи также тестировали прямые пробиотические глазные капли: одно небольшое исследование при аллергическом конъюнктивите показало, что глазные капли с Lactobacillus уменьшали симптомы по сравнению с отсутствием лечения. Доказательства предварительны, но они указывают на роль полезных микробов. В случае подтверждения, пероральные пробиотики или специально разработанные глазные капли когда-нибудь смогут помочь восстановить микробиом глаза или системный иммунитет. (В настоящее время пациентам следует использовать пробиотики для здоровья кишечника по рекомендации врача; глазные пробиотические терапии являются экспериментальными.)

• Антимикробные / противовоспалительные капли: В некоторых случаях врачи назначают антибиотические мази (например, эритромицин или азитромицин на края век) или короткие курсы стероидных капель, чтобы разорвать цикл воспаления. Они действуют в основном путем уничтожения или подавления местных бактерий и иммунных клеток. Они могут быть эффективными, но это грубый инструмент – удаляющий все микробное сообщество. Антибиотики широкого спектра действия могут временно улучшить симптомы, но они также уничтожают полезные организмы. Например, длительное использование антибиотических мазей или стероидных капель может сделать глаз более восприимчивым к грибковому или устойчивому бактериальному разрастанию. Поэтому это обычно краткосрочные решения, пока начинаются другие виды терапии (например, теплые компрессы или гигиена век). Пациенты также должны сообщать врачам об истории использования капель, поскольку формулы без консервантов могут уменьшить вред.

• Контактные линзы и другие факторы: Хотя это не лечение как таковое, некоторые привычки влияют на микробиом. Ношение контактных линз, например, делает флору глаза более похожей на кожную (с большим количеством Pseudomonas и Acinetobacter) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), что увеличивает сухость и риск инфекции. Пациентам следует время от времени снимать линзы и использовать ежедневные очистители. Чрезмерное трение глаз или макияж в области глаз также могут нарушить естественную флору. Поэтому общая гигиена глаз – чистые наволочки, чистые руки, избегание просроченной косметики – является частью сохранения здорового микробиома.

Трудности в измерении микробиома глазной поверхности

Изучение микробного сообщества глаза затруднительно. Во-первых, поверхность глаза является участком с низкой биомассой – на глазу обитает не так много бактерий по сравнению с кишечником или кожей. Это означает, что образцы (слезы или мазки) содержат очень мало ДНК. Даже малейшее загрязнение (из воздуха, с кожи или от реагентов) может заглушить истинный сигнал (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Например, исследователи предупреждают, что обычные ватные тампоны могут занести бактерии из окружающей среды. Одно техническое исследование показало, что специализированные губчатые тампоны собирают больше бактериальной ДНК, чем ватные или полиэстеровые тампоны (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Еще одна проблема – жизнеспособность: тампон может собрать фрагменты мертвых бактерий, которые на самом деле не колонизируют глаз (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Различные лаборатории используют разные протоколы для отбора проб. Некоторые аккуратно касаются края нижнего века и конъюнктивы; другие промывают глаз физиологическим раствором и собирают жидкость. Некоторые исследования используют местный анестетик (который может влиять на бактерии), другие – нет. Даже влажность в помещении или недавнее применение слезозамещающих препаратов (например, стероидных капель) могут изменить количество бактерий. Без стандартизированных методов результаты могут сильно различаться. Недавний обзор методов изучения микробиома глаза заключает, что область срочно нуждается в стандартизации: согласованных способах сбора образцов, проведения контроля и отфильтровывания загрязнителей (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Например, каждое исследование должно включать отрицательные контроли (пустые тампоны и реагенты для экстракции) для проверки на наличие внешней ДНК (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Только тогда исследователи смогут уверенно сравнивать «профили микробиома» между исследованиями или отслеживать изменения после вмешательства.

В заключение, измерение микробиома глаза требует особой осторожности. Получить вводящие в заблуждение данные легче, чем, скажем, для образцов кишечника. Но появляются улучшенные методы (например, полногеномное «дробовое» секвенирование, визуализация бактерий на месте и улучшенные биоинформатические инструменты), которые помогут подтвердить и воспроизвести результаты.

На пути к долгосрочным преимуществам – приоритеты исследований

Мы все еще находимся на ранних этапах применения науки о микробиоме для долгосрочного здоровья глаз. Ключевые исследовательские цели включают:

• Лонгитюдные исследования: Нам нужны крупные, долгосрочные исследования людей по мере их старения, чтобы увидеть, как естественным образом развивается их микробиом глазной поверхности, и какие изменения предсказывают проблемы с глазами. Например, отслеживание когорты из 100 взрослых в течение 20 лет может показать, приводят ли определенные ранние микробные паттерны к сухости глаз или заболеванию мейбомиевых желез позже. Такие исследования также могут оценить, как такие факторы, как диета, системное здоровье или медикаменты (особенно у пациентов с глаукомой), влияют на глазную флору со временем.

• Контролируемые испытания терапий, направленных на микробиом: Пилотные испытания пробиотиков/пребиотиков обнадеживают, но они невелики. Нам нужны более крупные, хорошо спланированные клинические испытания, чтобы проверить, могут ли такие вмешательства, как пероральные пробиотики или специально разработанные глазные капли, предотвратить или обратить вспять старение поверхности глаза. Испытания должны включать объективные результаты (выработка слезы, здоровье роговицы) и сообщаемые пациентами показатели качества жизни. Аналогично, исследования могли бы проверить, приводит ли регулярная гигиена век с хлорноватистой кислотой в среднем возрасте к уменьшению числа случаев хронического блефарита или ДМЖ десятилетие спустя. Механистические исследования (например, отбор проб микробиома до и после лечения век) должны быть включены в эти испытания, чтобы подтвердить, как изменяются сообщества.

• Интеграция с системным здоровьем: Глаз не существует изолированно. Появляется все больше доказательств существования оси кишечник–глаз при таких заболеваниях, как увеит и дегенерация желтого пятна. Нам нужны исследования, связывающие микробиоту поверхности глаза с микробиомами кишечника и кожи. Для пожилых людей было бы ценно узнать, помогают ли общие антивозрастные вмешательства (правильное питание, физические упражнения, контроль диабета), которые приносят пользу микробиому кишечника, также поддерживать здоровье глаз. Иными словами, можем ли мы помочь «улучшить» поверхность глаза, улучшив общее иммунное и микробное здоровье? Некоторые исследования уже предполагают, что трансплантация фекальной микробиоты или созданные пробиотики могут модулировать воспаление глаза в животных моделях. Тестирование таких стратегий в контексте возрастных заболеваний глаза является новым направлением.

• Стандартизированные методы измерения: Как уже упоминалось, приоритетом исследований является установление общих протоколов. Это включает определение того, какие участки глаза отбирать (например, край века против конъюнктивы), в какое время суток и как обрабатывать образцы. Международные рабочие группы (возможно, при офтальмологических обществах) могли бы публиковать рекомендации. Они должны рекомендовать отрицательные контроли и пороговые значения для определения последовательности как «истинного» резидентного микроба. При использовании стандартных методов данные из разных исследований станут сопоставимыми, ускоряя открытия.

• Результаты, ориентированные на продолжительность здоровой жизни: В конечном итоге, мы хотим знать, приводит ли модуляция микробиома к устойчивым улучшениям комфорта и зрения глаз. Например, можно было бы изучить, сохраняют ли пожилые люди, ежедневно ухаживающие за веками и принимающие пробиотики, лучшее состояние слезной пленки и зрение до 70 лет по сравнению с теми, кто этого не делает. Или уменьшает ли агрессивное лечение раннего блефарита долгосрочную частоту повреждений роговицы. Мы также должны следить за непреднамеренными эффектами: уничтожение слишком большого количества микробов может сделать глаза склонными к инфекциям, поэтому исследования должны балансировать риски и выгоды.

В заключение, микробиом глазной поверхности является многообещающим направлением в сохранении здоровья поверхности глаза по мере старения. Растущие доказательства связывают возрастные микробные изменения с хроническим воспалением, сухостью глаз и ДМЖ. Ранние испытания целенаправленных вмешательств (гигиена век, тепловая терапия, селективные антимикробные средства, пробиотики) показывают потенциал для восстановления баланса этой экосистемы. Однако эта область нуждается в более надежных испытаниях, лучших методах отбора проб и интеграции с общими стратегиями здравоохранения. В случае успеха, будущие методы лечения могли бы помочь продлить качество зрения и комфорт для пожилых людей – поддерживая «волшебную глазную камеру» в плавной работе до глубокой старости.