Пептиды эндотелинового пути и ишемия головки зрительного нерва при глаукоме

Эндотелин-1 и глаукома: кровоток, астроциты и терапия

Эндотелин-1 (ЭТ-1) является очень сильным вазоконстриктором (вызывает сужение кровеносных сосудов), естественным образом присутствующим в организме. В глазу уровни ЭТ-1 и его сигнальная активность были связаны с повреждением при глаукоме, заболевании зрительного нерва. Глаукома часто сопровождается высоким внутриглазным давлением (ВГД), но другие факторы – особенно снижение кровотока и кислорода (ишемия) в головке зрительного нерва – также могут способствовать ее развитию. ЭТ-1 может сужать мелкие кровеносные сосуды вокруг зрительного нерва и в сетчатке, что приводит к недостаточному снабжению кислородом. Он также влияет на астроциты, вспомогательные клетки зрительного нерва, которые могут стать гиперактивными при стрессе. В этой статье мы объясняем, как ЭТ-1 и его рецепторы (называемые ETA и ETB) участвуют в развитии глаукомы, как ЭТ-1 взаимодействует с оксидом азота (расслабляющим кровеносные сосуды), приводим доказательства того, что уровни ЭТ-1 выше у пациентов с глаукомой, и, наконец, как блокирование рецепторов ЭТ-1 может помочь защитить глаз (наряду с проблемами таких методов лечения).

Как ЭТ-1 влияет на кровоток в глазу

ЭТ-1 вырабатывается многими тканями глаза (сетчатка, цилиарное тело, трабекулярная сеть и т.д.). В норме он помогает регулировать кровоток и отток водянистой влаги. Однако высокий уровень ЭТ-1 вызывает чрезмерную вазоконстрикцию. Например, исследования in vitro на людях показали, что инъекция ЭТ-1 в глаз быстро уменьшает кровоток в сетчатке и головке зрительного нерва (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Сужение кровеносных сосудов приводит к местной ишемии (недостатку кислорода), которая может повредить аксоны ганглиозных клеток сетчатки (ГКС). ЭТ-1 даже оказывает прямое токсическое действие: он может вызывать апоптоз (гибель клеток) ГКС (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Астроциты – звездчатые глиальные клетки зрительного нерва – также реагируют на ЭТ-1. При высоком уровне ЭТ-1 астроциты могут размножаться и изменять форму (процесс, называемый астроглиозом). Этот реактивный глиоз может дополнительно повредить среду зрительного нерва. В лабораторных культурах ЭТ-1 вызывает пролиферацию астроцитов зрительного нерва, и этот эффект блокируется ингибиторами рецепторов ETA или ETB (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). В глаукоматозных зрительных нервах (у людей и животных) исследователи наблюдали усиление пролиферации астроцитов и увеличение GFAP (стрессового белка) при повышенном уровне ЭТ-1 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Оксид азота и ЭТ-1: балансирование тонуса сосудов

В здоровых глазах оксид азота (NO) и ЭТ-1 уравновешивают друг друга. NO является вазодилататором (он расширяет сосуды), тогда как ЭТ-1 сужает их. Эндотелиальные клетки, выстилающие кровеносные сосуды, выделяют NO в нормальных условиях, расслабляя стенки сосудов (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Любое нарушение этого баланса – например, слишком много ЭТ-1 или слишком мало NO – может нарушить кровоток. В артерии глаза человека (глазной артерии) эксперименты показали, что блокирование NO вызывает сужение сосудов, а добавление ЭТ-1 вызывает сильное сужение (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Таким образом, вазоконстрикция, вызванная ЭТ-1, может преодолевать расширяющий эффект NO. Действительно, при глаукоме нарушение выработки NO (часто из-за эндотелиальной дисфункции), как считается, ухудшает ишемию, вызванную ЭТ-1. В некоторых исследованиях введение ЭТ-1 людям или животным значительно снижало кровоток, опосредованный NO, и блокатор ETA (например, BQ-123) мог предотвратить это снижение (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Это взаимодействие означает, что высокий уровень ЭТ-1 нарушает нормальное NO-опосредованное расслабление, способствуя вредоносному циклу плохого кровоснабжения.

Рецепторы ЭТ-1: сигнальная активность ETA и ETB

ЭТ-1 действует путем связывания с двумя основными рецепторами на клетках, ETA (ET_A) и ETB (ET_B), которые находятся на кровеносных сосудах и многих клетках глаза (включая нейроны, глию и клетки трабекулярной сети). ETA находится в основном на клетках гладкой мускулатуры сосудов, и его активация сильно вызывает сокращение сосудов. ETB находится как на гладкой мускулатуре, так и на эндотелиальных клетках; он также может вызывать сужение (как ETA), но в эндотелии он стимулирует высвобождение NO и клиренс ЭТ-1.

• Рецептор ETA (ET_A): Когда ЭТ-1 связывается с ETA на клетках гладкой мускулатуры сосудов или трабекулярной сети, это вызывает сокращение. В дренажной системе глаза (трабекулярной сети) ETA-опосредованное сокращение сужает сеть, повышая ВГД (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Исследования на животных показывают, что большая часть влияния ЭТ-1 на повышение ВГД происходит через ETA: например, добавление ЭТ-1 в переднюю камеру повышает ВГД, если не вводится блокатор ETA. В культивированной трабекулярной сети крупного рогатого скота вызванное ЭТ-1 сокращение было почти полностью остановлено ингибитором ETA BQ-123, в то время как блокирование ETB (с помощью BQ-788) не влияло на сокращение (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Аналогично у кроликов искусственное повышение ЭТ-1 вызывало глазную гипертензию (высокое ВГД), что было предотвращено антагонистом ETA (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Эти данные означают, что ETA является причиной блокировки оттока и повышения ВГД от ЭТ-1. Таким образом, блокирование ETA может снизить ВГД и улучшить перфузию.

• Рецептор ETB (ET_B): ETB играет более сложную роль. В кровеносных сосудах он может способствовать очистке ЭТ-1 и вызывать местное высвобождение NO (который расширяет сосуды). Однако в ганглиозных клетках сетчатки и астроцитах зрительного нерва ETB фактически может способствовать клеточному стрессу. Лабораторные исследования показали, что ЭТ-1 вызывал апоптоз ГКС через ETB, а не ETA (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). ГКС показали вызванную ЭТ-1 гибель, которая была снижена у животных с отсутствием рецепторов ETB, а применение блокатора ETB (BQ-788) защищало культивированные ГКС от апоптоза, вызванного ЭТ-1 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). ЭТ-1 также нарушал быстрый аксональный транспорт в аксонах ГКС через ETB (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Таким образом, ETB, по-видимому, опосредует прямые нейротоксические эффекты ЭТ-1. ETB на астроцитах также способствует глиозу: ЭТ-1 вызывает пролиферацию астроцитов через комбинированную сигнализацию ETA/ETB, и смешанный антагонист может остановить ее (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Взаимодействие ETA/ETB и оксида азота

Вазоконстрикция, вызванная ЭТ-1 через ETA/ETB, может подавлять пути NO. Высокие уровни ЭТ-1 могут снижать активность синтазы оксида азота, уменьшая выработку NO и устраняя расслабление сосудов. В моделях атеросклероза блокирование ETA восстанавливало высвобождение эндотелиального NO (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Хотя прямые исследования при глаукоме ограничены, в целом в сосудистых руслах ЭТ-1 снижает уровень NO, и наоборот. В человеческом глазу, как отмечалось, инъекция ЭТ-1 вызывала сужение сосудов, которое могло быть заблокировано антагонистами ETA (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). И наоборот, доноры NO могут противодействовать ЭТ-1 – в клетках трабекулярной сети глаза доноры NO расслабляли клетки и обращали вспять сокращение, вызванное ЭТ-1 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). В целом, ЭТ-1 и NO действуют как противоположные регуляторы глазного кровотока: слишком много ЭТ-1 смещает баланс в сторону сужения и ишемии (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Повышенный уровень эндотелина-1 у пациентов с глаукомой

Многие исследования измеряли уровни ЭТ-1 в водянистой влаге (прозрачной жидкости в передней части глаза) и в крови пациентов с глаукомой. Данные показывают повышенный уровень ЭТ-1 при глаукоме. В недавнем крупном исследовании средний уровень ЭТ-1 в водянистой влаге составил около 7,8 пг/мл у пациентов с первичной открытоугольной глаукомой (ПОУГ) и 6,1 пг/мл у пациентов с глаукомой нормального давления (ГНД), по сравнению с всего лишь 4,0 пг/мл у контрольных групп без глаукомы (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Повышение при ПОУГ было статистически значимым. Метаанализы также выявляют повышенные уровни ЭТ-1 в плазме крови у пациентов с ГНД и ПОУГ по сравнению со здоровыми контрольными группами (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Например, один анализ множества исследований показал, что у пациентов с ГНД уровень ЭТ-1 в плазме был в среднем на ~0,60 пг/мл выше, чем у контрольной группы, а у пациентов с ПОУГ – на ~0,63 пг/мл выше (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Другой систематический обзор скомпилировал данные более 1500 пациентов с глаукомой и также обнаружил значительно более высокий уровень ЭТ-1 как в крови, так и в глазной жидкости у пациентов с глаукомой по сравнению с нормальными глазами (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Однако не все исследования полностью согласуются. Некоторые более ранние работы не обнаружили различий в плазме, возможно, из-за небольших выборок или вариаций у пациентов (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Но в целом тенденция ясна: уровень ЭТ-1 повышен при глаукоме, по крайней мере, в глазу (и часто в крови) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Эти более высокие уровни ЭТ-1 могут отражать системную сосудистую дисфункцию, наблюдаемую у пациентов с глаукомой, особенно у тех, кто страдает сосудистой дисрегуляцией или мигренью. Важно отметить, что повышенный ЭТ-1 в глазу может снижать перфузию зрительного нерва и вызывать активацию астроцитов именно там, где происходит повреждение при глаукоме.

Антагонисты эндотелиновых рецепторов: лабораторные модели и эффекты

Поскольку ЭТ-1, по-видимому, вреден при глаукоме, исследователи протестировали препараты, блокирующие рецепторы ETA и ETB, на животных моделях. Эти антагонисты эндотелиновых рецепторов могут быть пептидными препаратами (такими как BQ-123, BQ-788) или непептидными малыми молекулами (такими как бозентан, амбризентан, мацитентан).

• Пептидные антагонисты (например, BQ-123, BQ-788): Это были препараты первого поколения, часто используемые в экспериментах. BQ-123 селективен к ETA, а BQ-788 – к ETB. В лабораторных моделях глаукомы они подтверждают вышеуказанные роли: BQ-123 (блокатор ETA) предотвращал вызванные ЭТ-1 скачки ВГД (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) и останавливал вызванное ЭТ-1 сокращение трабекулярной сети (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). BQ-788 (блокатор ETB) мало влиял на ВГД в этих моделях (что согласуется с меньшей ролью ETB в оттоке), но уменьшал гибель ГКС от ЭТ-1 в клеточных исследованиях (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Одно исследование показало, что системное применение BQ-123 блокировало вызванное ЭТ-1 снижение кровотока зрительного нерва у людей, демонстрируя, что ЭТ-1 был причиной этого сужения (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

• Непептидные антагонисты (например, бозентан, мацитентан, амбризентан): Эти препараты были разработаны для лечения легочной гипертензии и могут приниматься перорально или инъекционно. В исследованиях на глазах они показывают многообещающие результаты. Например, мацитентан, двойной блокатор ETA/ETB, вводился перорально крысам с глаукомой (модель высокого ВГД). Он значительно защищал ганглиозные клетки сетчатки и их аксоны, хотя при этом не снижал ВГД дальше (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Это предполагает прямой нейропротекторный эффект, не зависящий от давления. Аналогично, бозентан (еще один двойной блокатор) предотвращал повреждение зрительного нерва при системном введении в моделях глаукомы у мышей (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). У крыс с диабетом топические глазные капли бозентана фактически достигали сетчатки (вероятно, через склеру) и предотвращали активацию глии и гибель клеток (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Эти результаты намекают на то, что непептидные блокаторы могут проникать в глаз и оказывать лечебное действие.

Таким образом, в доклинических моделях селективные антагонисты ETA показали способность снижать реакции ВГД на ЭТ-1 и уменьшать вызванные давлением повреждения (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), в то время как селективные или двойные антагонисты ETB помогают предотвращать прямую нейротоксичность ЭТ-1 (защита ГКС) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Двойная блокада, как правило, была наиболее защитной в целом.

Терапевтические перспективы и проблемы

Нацеливание на ЭТ-1 привлекательно в качестве терапии глаукомы, поскольку оно может помочь помимо простого снижения ВГД. Улучшая кровоток в головке зрительного нерва и успокаивая астроциты, блокаторы ET-рецепторов могут замедлить нейродегенерацию. Действительно, как отмечалось, системное введение бозентана или мацитентана обладало нейропротекторным действием в животных моделях глаукомы (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Если эти открытия подтвердятся, добавление антагониста ET-рецепторов может защитить зрение даже тогда, когда препараты, снижающие давление, достигли максимальной дозы.

Однако существуют и проблемы. Системные побочные эффекты блокаторов эндотелина значительны. Такие препараты, как бозентан и амбризентан, могут вызывать системную гипотензию, повышение уровня ферментов печени, задержку жидкости, головную боль и, особенно, серьезные врожденные дефекты при использовании во время беременности (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Это связано с тем, что ЭТ-1 важен для кровеносных сосудов по всему телу. Для пациентов с глаукомой (которые могут быть старше или иметь сердечно-сосудистые проблемы) такие побочные эффекты серьезны. Например, дозозависимая гепатотоксичность ограничивает количество препарата, которое может принимать пациент (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Чтобы снизить системные риски, исследователи изучают целенаправленную доставку в глаз. В идеале, блокатор ЭТ-1 можно было бы вводить в виде глазных капель или имплантата, который остается преимущественно в глазу. Есть ранние признаки того, что это может сработать: в мышиной модели диабетической болезни глаз ежедневные глазные капли бозентана проникали в глаз через склеру и защищали клетки сетчатки (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), что позволяет предположить возможность доставки даже крупных молекул. Другие стратегии включают медленно высвобождающиеся глазные имплантаты или генную терапию для местного подавления ЭТ-1. Если будет создан специфичный для глаза антагонист ЭТ-рецепторов, он может избежать влияния на артериальное давление, но при этом улучшить перфузию зрительного нерва и уменьшить глиоз.

Заключение

Таким образом, эндотелин-1 является мощным пептидом, который может усугублять глаукому, сужая кровеносные сосуды в глазу и активируя астроциты. Высокие уровни ЭТ-1 были обнаружены в глазах и крови пациентов с глаукомой (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). ЭТ-1 действует в основном через рецепторы ETA, повышая глазное давление и перекрывая кровоток, а также через рецепторы ETB, напрямую повреждая ганглиозные клетки сетчатки и провоцируя глиоз. Хотя необходимы дополнительные исследования, блокирование этого пути предлагает многообещающее направление. В исследованиях на животных антагонисты эндотелиновых рецепторов улучшали кровоток и защищали нейроны сетчатки независимо от снижения ВГД (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Любая будущая терапия должна тщательно избегать системных эффектов. Разрабатываются новые конструкции препаратов и методы доставки в глаз, чтобы лечение действовало конкретно в глазу. В случае успеха препараты, блокирующие эндотелин – возможно, в виде глазных капель или имплантируемых устройств – могли бы дополнить существующие методы лечения глаукомы, сохраняя зрительный нерв за счет улучшения кровотока и уменьшения воспаления. Продолжающиеся исследования могут превратить этот путь в практическую нейропротекторную терапию для пациентов с глаукомой.