Колагенові пептиди та трабекулярна сітка: Механістичні зв'язки з внутрішньоочним тиском

Глаукома та внутрішньоочний тиск: Роль відтокового шляху

Глаукома — це група очних захворювань, які можуть спричинити втрату зору через пошкодження зорового нерва. Високий внутрішньоочний тиск (ВОТ) – тиск рідини всередині ока – є основним фактором ризику розвитку глаукоми. Зазвичай рідина, що утворюється всередині ока (водяна волога), виводиться через трабекулярну сітку (ТС) та шлеммовий канал (ШК) у передній частині (передній сегмент) ока. Коли цей дренаж блокується або обмежується, рідина накопичується, і тиск підвищується. При багатьох формах глаукоми лікарі спостерігають накопичення додаткового позаклітинного матриксу (ПКМ) – мережі білків та структурних компонентів поза клітинами – у ТС та ШК. Цей потовщений ПКМ діє як додаткове «сміття» в дренажних каналах, що ускладнює вихід рідини. З часом цей збільшений опір відтоку призводить до зростання ВОТ, що може пошкодити зоровий нерв і спричинити втрату зору (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

У здоровому оці ТС та ШК працюють разом, як водопровідна система. ТС — це губчаста, пориста тканина, вистелена ендотеліальними клітинами, і вона розташована безпосередньо перед шлеммовим каналом (див. ілюстрацію нижче). Рідина витікає через пори в ТС та внутрішній стінці ШК у канал, схожий на кровоносну судину (шлеммовий канал), щоб вийти з ока. Дослідження показують, що більша частина нормального опору відтоку рідини походить від юкстаканалікулярної області ТС (найглибшої частини ТС, що розташована безпосередньо біля шлеммового каналу) та від базальної мембрани внутрішньої стінки шлеммового каналу (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). При глаукомі базальна мембрана ТС та ШК стає аномально потовщеною та жорсткою, заповнюючись додатковим колагеном, фібронектином та іншими білками ПКМ (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Ці зміни звужують шляхи відтоку, як засмічення дренажу, що підвищує ВОТ.

(pmc.ncbi.nlm.nih.gov) Рисунок: Рідина стікає з передньої камери через трабекулярну сітку (ТС) та внутрішню стінку шлеммового каналу (ШК). Більша частина опору відтоку – «вузьке місце» – знаходиться в глибокій ТС та внутрішній стінці ШК (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Перебудова ПКМ у трабекулярній сітці

При глаукомі клітини ТС (які поводяться дещо подібно до фібробластів, клітин сполучної тканини, що знаходяться в шкірі та інших органах) виробляють додатковий матрикс і не руйнують його належним чином. Баланс матриксних металопротеїназ (ММП) та їх інгібіторів (ТІМП) зміщується таким чином, що відкладається більше ПКМ. Одночасно задіяні потужні сигнальні білки. Ключовим винуватцем є трансформуючий фактор росту-бета (ТФР-β). Як ТФР-β1, так і ТФР-β2 є факторами росту, які зазвичай допомагають тканинам загоюватися та регулювати ПКМ, але при глаукомі рівень ТФР-β2 у рідині ока (водяній вологі) є аномально високим (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Експерименти показують, що ТФР-β2 стимулює клітини ТС виробляти більше колагену та інших молекул матриксу, а також утворювати поперечні зв'язки між волокнами (за допомогою ферментів лізил оксидази) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Це створює фібротичний фенотип (як рубець), де ТС заповнюється твердим матриксом і стає жорсткішою.

Іншим важливим фактором є фактор росту сполучної тканини (ФРСТ), також відомий як CCN2. ФРСТ індукується ТФР-β і додатково сприяє виробленню матриксу. Дослідження на клітинах ТС людини показали, що ТФР-β збільшує ФРСТ, а додавання ФРСТ до клітин ТС призводить до значно більшого відкладення ПКМ (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Блокування ФРСТ (наприклад, за допомогою антитіла) запобігає цим фіброзоподібним змінам (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). У пацієнтів з глаукомою рівень ФРСТ підвищений у ТС, і дослідження припускають, що ФРСТ може створювати позитивний зворотний зв'язок: у міру накопичення колагену ФРСТ стимулює вироблення ще більшої кількості колагену (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Іншими словами, тонша, нормальна ТС стає товщою та рубцевою.

Інтегрини – це поверхневі рецептори, які дозволяють клітинам ТС відчувати та зв'язуватися з навколишнім ПКМ. Коли інтегрини зв'язуються з колагенами або фібронектином, вони надсилають сигнали всередину клітини, які впливають на її форму, виживання та функцію. У клітинах ТС та шлеммового каналу багато інтегринів з'єднуються з білками ПКМ, такими як колаген та ламінін (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Ця сигналізація «зовні-всередину» може, наприклад, активувати ферменти, такі як FAK (кіназа фокальної адгезії), що впливають на актиновий цитоскелет. Аномальний ПКМ (наприклад, додатковий фібронектин або колаген) може, таким чином, також викликати сигнали «всередину-назовні». Наприклад, коли рівень фібронектину високий при глаукомі, він може зв'язуватися з RGD-розпізнавальними інтегринами на клітинах ТС, змінюючи їхню поведінку (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Однак, як фрагменти колагену або пептиди можуть безпосередньо впливати на інтегрини саме в клітинах ока, досі досліджується.

Загалом, ТС та шлеммовий канал стають більш фібротичними при глаукомі через поєднання надлишку ПКМ, збільшення поперечних зв'язків та профібротичних сигналів (ТФР-β, ФРСТ, цитокіни) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Це фібротичне ремоделювання збільшує опір відтоку та ВОТ. (Докладніше про патофізіологію ТС див. в оглядах Vranka et al. та інших (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).)

Колагенові пептиди: Вплив на фібробласти та ПКМ

Колагенові пептиди — це короткі ланцюжки амінокислот (невеликі фрагменти білка), отримані з колагену. Їх зазвичай приймають як дієтичні добавки для здоров'я шкіри, суглобів або кісток. У лабораторії вчені тестували колагенові пептиди на різних типах клітин (особливо на фібробластах шкіри), щоб побачити, що вони роблять на молекулярному рівні. Недавні дослідження показують, що колагенові пептиди можуть стимулювати фібробласти та впливати на ключові шляхи, такі як інтегрини, ТФР-β, ФРСТ та ММП. Хоча дані щодо очних клітин обмежені, висновки з шкіри та інших тканин дають підказки.

• Проліферація фібробластів та виробництво матриксу. Численні дослідження виявили, що колагенові пептиди можуть змушувати фібробласти шкіри розмножуватися та виробляти більше колагену. Наприклад, Brandão-Rangel et al. (2022) показали, що додавання колагенових пептидів до фібробластів дерми людини спричинило значне збільшення проліферації клітин та експресії проколагену типу I (основного колагену шкіри) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Аналогічно, інше дослідження in vitro виявило, що колагенові пептиди в помірних концентраціях посилювали гени колагену типу I (COL1A1), еластину (ELN) та протеоглікану версікану (VCAN) у фібробластах дерми (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). В обох випадках фібробласти виробляли більше будівельних блоків матриксу сполучної тканини. Систематичний огляд досліджень гідролізованого колагену повідомив, що доз близько 50–500 мкг/мл колагенових пептидів достатньо для стимуляції активності фібробластів та синтезу колагену в клітинах людини (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Коротше кажучи, колагенові пептиди, схоже, допомагають відновлювати та зміцнювати позаклітинний каркас, спонукаючи фібробласти рости та виробляти більше матриксу.

• Протизапальні ефекти та ТФР-β. Дивно, але колагенові пептиди також мають протизапальну дію. У дослідженні Brandão-Rangel колагенові пептиди не тільки стимулювали вироблення колагену, але й пригнічували запальні маркери. Коли клітини шкіри піддавалися впливу бактеріального токсину (ЛПС), додавання колагенових пептидів значно знижувало індуковані рівні цитокінів IL-6, IL-8, TNF-α та інших (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Водночас пептиди підвищували рівні ТФР-β (та VEGF) у фібробластах (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Іншими словами, колагенові пептиди діяли як сигнал для заспокоєння запалення та переведення клітин у режим росту/відновлення. Оскільки ТФР-β є як протизапальним, так і профібротичним, це може бути палицею з двома кінцями: більша кількість ТФР-β може допомогти загоєнню, але також може спричинити фіброз, якщо її не контролювати. Дійсно, в тому ж дослідженні найвища доза колагенових пептидів (10 мг/мл) була необхідна для підвищення регуляції проколагену та ТФР-β (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Інший звіт про клітини шкіри виявив, що певні дипептиди, отримані з колагену (наприклад, іле-гідроксипролін), активували шлях ТФР-β/Smad, сприяючи синтезу колагену (documentsdelivered.com). Таким чином, колагенові пептиди можуть задіювати ті самі шляхи (сигналізація ТФР-β, Smad), які зазвичай контролюють вироблення ПКМ.

• Інтегринова сигналізація. Колаген є природним лігандом для певних інтегринів (зокрема, інтегрин α2β1 зв'язує колаген). Недавні роботи на моделях шкіри показують, що колагенові пептиди можуть збільшувати експресію колаген-зв'язуючих інтегринів та активувати пов'язані сигнали. Mistry et al. (2024) виявили, що пептиди свинячого колагену, застосовані до клітин шкіри, значно підвищували рівні інтегрину α2β1 та запускали подальшу сигналізацію через шляхи ERK та FAK (eprints.ncl.ac.uk). (Ці шляхи зазвичай реагують на зв'язування клітини з ПКМ.) У цих експериментах блокування субодиниці інтегрину β1 запобігало ефектам колагенового пептиду в кератиноцитах, хоча фібробласти все ще реагували, що свідчить про множинні шляхи активації (eprints.ncl.ac.uk). Висновок полягає в тому, що колагенові пептиди можуть «готувати» клітини до відчуття та прилипання до колагену. У контексті трабекулярної сітки інтегрин α2β1 присутній і опосередковує зв'язування колагену (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Якщо колагенові пептиди аналогічно підвищують α2β1 на клітинах ТС, це може збільшити адгезію до навколишнього матриксу, потенційно впливаючи на відтік.

• ММП та ТІМП (ремоделювання матриксу). Матриксні металопротеїнази (ММП) та їх інгібітори (ТІМП) контролюють швидкість розщеплення ПКМ. Надмірна активність ММП призводить до деградації ПКМ, тоді як занадто велика кількість ТІМП може зберігати ПКМ і призводити до фіброзу. У моделях шкіри колагенові пептиди, схоже, зменшують експресію деяких ММП. Liu et al. (2019) показали, що певні метаболіти колагенових пептидів у культурі пригнічували активацію AP-1, знижували рівні білків ММП-1 та ММП-3, і тим самим пригнічували деградацію колагену (documentsdelivered.com). Інше дослідження відзначило, що збільшення накопичення колагену у фібробластах було пов'язано не тільки з більшим синтезом колагену, але й з меншою деградацією, причому колагенові пептиди пригнічували активність ММП-1 та ММП-2 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Отже, колагенові пептиди, як правило, нахиляють баланс до накопичення матриксу шляхом зменшення розщеплення колагену. Щодо впливу на ТІМП, дослідження обмежені, але можна уявити, що пептиди також можуть впливати на вироблення або активність ТІМП як частину регуляції матриксу.

Порівняння клітин ока з моделями фіброзу шкіри, сухожиль та легень

Як ці ефекти колагенових пептидів порівнюються між клітинами ока та іншими фібротичними тканинами? У всіх цих тканинах ТФР-β та ФРСТ є відомими рушіями фіброзу. Наприклад, у шкірі та легенях хронічна травма запускає стійку сигналізацію ТФР-β, активуючи фібробласти (або міофібробласти) для вироблення надлишку колагену та ПКМ (як зазначено в огляді Grafanaki et al.) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). При захворюваннях легень, таких як ідіопатичний легеневий фіброз, колаген-продукуючі альвеолярні клітини та фібробласти прискорюють вироблення колагену I та III типу під впливом ТФР-β. При розладах сухожиль ТФР-β та ФРСТ аналогічно запускають фіброзне відкладення матриксу (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). У цих системах часто накопичуються фрагменти колагену та поперечні зв'язки, і жорсткість тканини збільшується.

На сьогоднішній день немає прямих досліджень дієтичних колагенових пептидів на клітинах трабекулярної сітки. Але ми можемо провести паралелі: дермальні фібробласти шкіри та клітини ТС є мезенхімальними клітинами, які реагують на ТФР-β. В обох ТФР-β індукує гени колагену, фібронектину та протеогліканів. ФРСТ також є поширеним медіатором. Наприклад, дослідження фібробластів рогівки (типу очних клітин, споріднених з клітинами ТС) показало, що ТФР-β індукував значно більше вироблення ФРСТ+колагену, коли клітини вирощували на колагеновому матриксі (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Це свідчить про те, що багаті на колаген середовища готують очні фібробласти до фіброзу, не так вже й відрізняючись від шкіри. Аналогічно, фібробласти сухожиль секретують ФРСТ та колаген під впливом сигналізації ТФР-β (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), і легеневі фібробласти роблять те саме (легеневий фіброз лікують анти-ТФР-β в експериментальних моделях).

Коротше кажучи, шляхи фібротичного ушкодження збережені: ТФР-β та ФРСТ підвищують регуляцію генів матриксу та знижують регуляцію ММП (часто через шлях AP-1), тоді як інтегринова сигналізація може додатково активувати ТФР-β та вироблення матриксу (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Колагенові пептиди в шкірі та інших моделях, як правило, посилюють ці про-загоювальні/про-фібротичні сигнали (більше ТФР-β, більше колагену, менше ММП (pmc.ncbi.nlm.nih.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)). Це свідчить про те, що дія колагенових пептидів на шкіру (сприяння накопиченню ПКМ) може бути схожою в інших сполучних тканинах. Однак ТС/ШК ока має унікальну динаміку рідини, тому ми повинні бути обережними в екстраполяції.

Чи можуть колагенові пептиди підвищувати або знижувати ВОТ?

Враховуючи цю інформацію, чи можуть добавки колагенових пептидів впливати на очний тиск? Ми можемо окреслити дві протилежні гіпотези:

• Збільшення опору відтоку (підвищення ВОТ): Колагенові пептиди явно стимулюють вироблення колагену та проліферацію фібробластів в інших тканинах. Якби клітини ТС реагували аналогічно, вони могли б виробляти додатковий ПКМ у сітці, ефективно ще більше засмічуючи її. Індукована пептидами сигналізація ТФР-β та вивільнення ФРСТ (як спостерігалося в клітинах шкіри) могли б посилити фібротичні зміни ТС, вже присутні при глаукомі. Крім того, пригнічуючи ММП (як показують деякі дослідження), колагенові пептиди можуть зменшити обіг матриксу, дозволяючи ПКМ накопичуватися. У контексті загоєння ран шкіри ФРСТ викликає рубцювання; за аналогією, більша кількість ФРСТ у ТС може збільшити «рубцювання» шляху відтоку. Отже, одним імовірним результатом є те, що добавки колагену можуть збільшити опір відтоку шляхом потовщення матриксу ТС/ШК, тим самим підвищуючи ВОТ. Це може бути особливо актуально для людей, схильних до глаукоми або очної гіпертензії.

• Зменшення опору відтоку (зниження ВОТ): З іншого боку, колагенові пептиди мають протизапальну дію і можуть сприяти здоровому ремоделюванню тканин. Якби колагенові пептиди допомогли клітинам ТС підтримувати нормальний ПКМ (наприклад, шляхом посилення регенерації належним чином організованого матриксу), вони могли б покращити відтік. Збільшення інтегринової сигналізації (α2β1) потенційно може допомогти клітинам ТС реорганізувати колагенові фібрили таким чином, щоб полегшити потік (оскільки клітинно-матриксна адгезія та напруга цитоскелета можуть впливати на розмір пор). Крім того, посилюючи VEGF та шляхи загоєння, існує теоретична ймовірність, що пептиди покращують відновлення ТС та відведення рідини. Нарешті, колагенові пептиди іноді несуть невеликі фрагменти, які можуть зв'язувати та нейтралізувати ТФР-β або ФРСТ (деякі дослідження ендостатинових пептидів показують антифібротичні ефекти). У моделях сухожиль, наприклад, контрольована доставка ФРСТ (з колагеном) покращувала загоєння без надмірного рубцювання (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Якщо добавки колагену в оці призвели до більш нормальної структури ТС або протидіяли патологічному фіброзу, вони могли б зменшити опір.

Реалістично, чистий ефект колагенових пептидів на око невідомий і може бути складним. Жодне клінічне випробування не перевіряло добавки колагену на очний тиск. Дані з інших тканин схиляються до профібротичної дії (більше матриксу, більше колагену), що свідчить про те, що колагенові пептиди можуть мати тенденцію до підвищення ВОТ у сприйнятливих очах. Але оскільки пептиди також модулюють запалення та сигнали росту, результат може відрізнятися. Це може залежати від дози, розміру пептиду та індивідуального стану ока.

На закінчення, наукові дані показують, що колаген-похідні пептиди впливають на фібробласти, змушуючи їх проліферувати та виробляти більше матриксу (через інтегринову, ТФР-β, ФРСТ сигналізацію), водночас зменшуючи запальну активність ММП. При глаукомі, де фіброз ТС вже підвищує ВОТ, такі дії можуть посилити блокування відтоку. Однак збалансований погляд повинен враховувати також протизапальні та репаративні аспекти цих пептидів. Доки не будуть проведені прямі дослідження на очних клітинах або пацієнтах, ми можемо лише гіпотезувати. Наразі кожному, хто стурбований глаукомою, слід бути обережним і проконсультуватися з офтальмологом перед прийомом добавок, призначених для впливу на сполучну тканину, оскільки вони теоретично можуть впливати на очний тиск.