Пептиди ендотелінового шляху та ішемія головки зорового нерва при глаукомі

Ендотелін-1 і глаукома: кровотік, астроцити та терапія

Ендотелін-1 (ЕТ-1) — це дуже сильний вазоконстриктор (викликає звуження кровоносних судин), який природним чином зустрічається в організмі. В оці рівні ЕТ-1 та його сигналізація були пов'язані з пошкодженням при глаукомі, захворюванні зорового нерва. Глаукома часто супроводжується високим внутрішньоочним тиском (ВОТ), але інші фактори — особливо знижений кровотік і кисень (ішемія) у голівці зорового нерва — можуть сприяти її розвитку. ЕТ-1 може звужувати дрібні кровоносні судини навколо зорового нерва та в сітківці, що призводить до недостатнього постачання кисню. Він також впливає на астроцити, допоміжні клітини зорового нерва, які можуть ставати надмірно активними під впливом стресу. У цій статті ми пояснюємо, як ЕТ-1 та його рецептори (називані ETA та ETB) беруть участь у розвитку глаукоми, як ЕТ-1 взаємодіє з оксидом азоту (речовиною, що розслабляє кровоносні судини), докази підвищених рівнів ЕТ-1 у пацієнтів з глаукомою, і, нарешті, як блокування рецепторів ЕТ-1 може допомогти захистити око (разом із проблемами таких методів лікування).

Як ЕТ-1 впливає на кровотік в оці

ЕТ-1 виробляється багатьма тканинами ока (сітківка, циліарне тіло, трабекулярна сітка тощо). Зазвичай він допомагає регулювати кровотік і відтік водянистої вологи. Однак високий ЕТ-1 викликає надмірну вазоконстрикцію. Наприклад, лабораторні дослідження на людях показали, що ін'єкція ЕТ-1 в око швидко знижує кровотік у сітківці та голівці зорового нерва (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Звуження кровоносних судин призводить до місцевої ішемії (недостатнього надходження кисню), що може пошкодити аксони гангліозних клітин сітківки (ГКС). ЕТ-1 навіть має прямий токсичний ефект: він може викликати апоптоз (загибель клітин) ГКС (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Астроцити — зіркоподібні гліальні клітини в зоровому нерві — також реагують на ЕТ-1. Коли рівень ЕТ-1 високий, астроцити можуть розмножуватися і змінювати форму (процес, що називається астрогліозом). Цей реактивний гліоз може додатково пошкодити середовище зорового нерва. У лабораторних культурах ЕТ-1 викликає проліферацію астроцитів зорового нерва, і цей ефект блокується інгібіторами рецепторів ETA або ETB (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). У глаукомних зорових нервах (людей і тварин) дослідники спостерігали більшу проліферацію астроцитів і GFAP (стресового білка) при підвищенні ЕТ-1 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Оксид азоту та ЕТ-1: балансування тонусу судин

У здорових очах оксид азоту (NO) та ЕТ-1 взаємно врівноважують одне одного. NO є вазодилататором (розширює судини), тоді як ЕТ-1 їх звужує. Ендотеліальні клітини, що вистилають кровоносні судини, вивільняють NO за нормальних умов, розслабляючи стінки судин (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Будь-яке порушення цього балансу — наприклад, занадто багато ЕТ-1 або занадто мало NO — може погіршити кровотік. В очній артерії людини експерименти показали, що блокування NO викликає звуження судин, а додавання ЕТ-1 викликає сильне звуження (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Таким чином, вазоконстрикція, викликана ЕТ-1, може переважати над дилатаційним ефектом NO. Дійсно, при глаукомі порушення вироблення NO (часто через ендотеліальну дисфункцію) вважається фактором, що погіршує ішемію, викликану ЕТ-1. У деяких дослідженнях введення ЕТ-1 людям або тваринам значно знижувало NO-опосередкований кровотік, і блокатор ETA (наприклад, BQ-123) міг запобігти цьому зниженню (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Ця взаємодія означає, що високий ЕТ-1 порушує нормальне розслаблення, спричинене NO, сприяючи шкідливому циклу поганого кровопостачання.

Рецептори ЕТ-1: сигналізація ETA та ETB

ЕТ-1 діє, зв'язуючись з двома основними рецепторами на клітинах, ETA (ET_A) та ETB (ET_B), які знаходяться на кровоносних судинах та багатьох клітинах ока (включаючи нейрони, глію та клітини трабекулярної сітки). ETA зустрічається переважно на клітинах гладкої мускулатури судин, і її активація сильно викликає скорочення судин. ETB знаходиться як на гладких м'язах, так і на ендотеліальних клітинах; вона також може викликати звуження (як ETA), але в ендотелії стимулює вивільнення NO та кліренс ЕТ-1.

• Рецептор ETA (ET_A): Коли ЕТ-1 зв'язується з ETA на клітинах гладкої мускулатури судин або трабекулярної сітки, це викликає скорочення. У дренажній системі ока (трабекулярній сітці) ETA-опосередковане скорочення стискає сітку, підвищуючи ВОТ (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Дослідження на тваринах показують, що більша частина ефекту ЕТ-1 на підвищення ВОТ відбувається через ETA: наприклад, додавання ЕТ-1 до передньої камери підвищує ВОТ, якщо не застосовувати блокатор ETA. У культивованій трабекулярній сітці великої рогатої худоби скорочення, викликане ЕТ-1, було майже повністю зупинене інгібітором ETA BQ-123, тоді як блокування ETB (за допомогою BQ-788) не впливало на скорочення (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Аналогічно у кроликів штучне підвищення ЕТ-1 спричиняло очну гіпертензію (високий ВОТ), яка була запобігана антагоністом ETA (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Ці висновки означають, що ETA викликає блокування відтоку та підвищення ВОТ від ЕТ-1. Блокування ETA може, отже, знизити ВОТ та покращити перфузію.

• Рецептор ETB (ET_B): ETB відіграє більш складну роль. У кровоносних судинах він може сприяти кліренсу ЕТ-1 та індукувати місцеве вивільнення NO (що розширює судини). Однак у гангліозних клітинах сітківки та астроцитах зорового нерва ETB може фактично сприяти клітинному стресу. Лабораторні дослідження показали, що ЕТ-1 запускав апоптоз ГКС через ETB, а не ETA (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). ГКС демонстрували ЕТ-1-індуковану загибель, яка була знижена у тварин без ETB-рецепторів, а застосування блокатора ETB (BQ-788) захищало культивовані ГКС від апоптозу, спричиненого ЕТ-1 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). ЕТ-1 також порушував швидкий аксональний транспорт в аксонах ГКС через ETB (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Таким чином, ETB, схоже, опосередковує прямі нейротоксичні ефекти ЕТ-1. ETB на астроцитах також сприяє гліозу: ЕТ-1 викликає проліферацію астроцитів через комбіновану сигналізацію ETA/ETB, і змішаний антагоніст може це зупинити (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Перехресна взаємодія ETA/ETB та оксиду азоту

Вазоконстрикція, спричинена ЕТ-1 через ETA/ETB, може пригнічувати шляхи NO. Високі рівні ЕТ-1 можуть знижувати активність синтази оксиду азоту, зменшуючи вироблення NO та усуваючи судинне розслаблення. У моделях атеросклерозу блокування ETA відновлювало ендотеліальне вивільнення NO (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Хоча прямі дослідження при глаукомі обмежені, загалом у судинних руслах ЕТ-1 знижує NO, і навпаки. В оці людини, як зазначено, ін'єкція ЕТ-1 викликала звуження судин, яке могло бути блоковане антагоністами ETA (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Навпаки, донори NO можуть протидіяти ЕТ-1 – у клітинах трабекулярної сітки ока донори NO розслабляли клітини та обертали скорочення, викликане ЕТ-1 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Загалом, ЕТ-1 та NO діють як протилежні регулятори очного кровотоку: занадто багато ЕТ-1 схиляє баланс до звуження та ішемії (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Підвищений ендотелін-1 у пацієнтів з глаукомою

Багато досліджень вимірювали рівні ЕТ-1 у водянистій волозі (прозорій рідині в передній частині ока) та крові пацієнтів з глаукомою. Докази свідчать про вищий ЕТ-1 при глаукомі. У недавньому великому дослідженні середній рівень ЕТ-1 у водянистій волозі становив близько 7,8 пг/мл у пацієнтів з первинною відкритокутовою глаукомою (ПВКГ) та 6,1 пг/мл при глаукомі нормального тиску (ГНТ), порівняно з лише 4,0 пг/мл у контрольних групах без глаукоми (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Збільшення при ПВКГ було статистично значущим. Мета-аналізи аналогічно виявляють підвищені рівні плазмового ЕТ-1 при ГНТ та ПВКГ порівняно зі здоровими контролями (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Наприклад, один аналіз кількох досліджень показав, що пацієнти з ГНТ мали в середньому приблизно на 0,60 пг/мл вищий плазмовий ЕТ-1, ніж контрольні групи, а пацієнти з ПВКГ – приблизно на 0,63 пг/мл вищий (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Інший систематичний огляд зібрав дані про понад 1500 пацієнтів з глаукомою та також виявив значно вищий ЕТ-1 як у крові, так і в очній рідині випадків глаукоми порівняно з нормальними очима (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Однак не всі дослідження ідеально збігаються. Деякі старіші роботи не виявили різниці в плазмі, можливо, через малі вибірки або варіації пацієнтів (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Але загалом тенденція зрозуміла: ЕТ-1 підвищений при глаукомі, принаймні в оці (і часто в крові також) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Ці вищі рівні ЕТ-1 можуть відображати системну судинну дисфункцію, що спостерігається у пацієнтів з глаукомою, особливо у тих, хто має судинну дисрегуляцію або мігрені. Важливо, що підвищений ЕТ-1 в оці може знижувати перфузію зорового нерва та викликати активацію астроцитів саме там, де відбувається пошкодження при глаукомі.

Антагоністи ендотелінових рецепторів: лабораторні моделі та ефекти

Оскільки ЕТ-1 здається шкідливим при глаукомі, дослідники випробовували препарати, що блокують рецептори ETA та ETB, на тваринних моделях. Ці антагоністи ендотелінових рецепторів можуть бути пептидними препаратами (як BQ-123, BQ-788) або непептидними малими молекулами (як бозентан, амбризентан, мацітентан).

• Пептидні антагоністи (наприклад, BQ-123, BQ-788): Це було перше покоління, і вони часто використовуються в експериментах. BQ-123 є селективним для ETA, а BQ-788 — для ETB. У лабораторних моделях глаукоми вони підтверджують вищезгадані ролі: BQ-123 (блокатор ETA) запобігав пікам ВОТ, викликаним ЕТ-1 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) та зупиняв скорочення трабекулярної сітки, спричинене ЕТ-1 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). BQ-788 (блокатор ETB) мав незначний вплив на ВОТ у цих моделях (що відповідає меншій ролі ETB у відтоку), але зменшував загибель ГКС від ЕТ-1 у клітинних дослідженнях (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Одне дослідження показало, що системне застосування BQ-123 блокувало зменшення кровотоку в зоровому нерві, спричинене ЕТ-1, у людей, демонструючи, що ЕТ-1 був причиною цього звуження (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

• Непептидні антагоністи (наприклад, бозентан, мацітентан, амбризентан): Ці препарати були розроблені для лікування легеневої гіпертензії і можуть прийматися перорально або шляхом ін'єкції. У дослідженнях ока вони демонструють багатообіцяючі результати. Наприклад, мацітентан, подвійний блокатор ETA/ETB, вводили перорально щурам з глаукомою (модель високого ВОТ). Він значно захищав гангліозні клітини сітківки та їх аксони, хоча не знижував ВОТ далі (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Це свідчить про прямий нейропротекторний ефект, незалежний від тиску. Аналогічно, бозентан (інший подвійний блокатор) запобігав пошкодженню зорового нерва при системному введенні у моделях глаукоми на мишах (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). У щурів з діабетом місцеві очні краплі бозентану фактично досягали сітківки (ймовірно, через склеру) та запобігали активації гліальних клітин та загибелі клітин (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Ці результати натякають, що непептидні блокатори можуть потрапляти в око та допомагати.

Підсумовуючи, у доклінічних моделях ETA-селективні антагоністи показали здатність знижувати реакцію ВОТ на ЕТ-1 та зменшувати пошкодження, спричинені тиском (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), тоді як ETB-селективні або подвійні антагоністи допомагають запобігати прямій нейротоксичності ЕТ-1 (захист ГКС) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Подвійна блокада, як правило, була найбільш захисною загалом.

Терапевтичні перспективи та виклики

Цілеспрямована дія на ЕТ-1 є привабливою як терапія глаукоми, оскільки вона може допомагати більше, ніж просто знижувати ВОТ. Покращуючи кровотік у голівці зорового нерва та заспокоюючи астроцити, блокатори ЕТ-рецепторів можуть уповільнити нейродегенерацію. Дійсно, як зазначалося, системний бозентан або мацітентан був нейропротекторним у тваринних моделях глаукоми (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Якщо ці результати підтвердяться, додавання антагоніста ЕТ-рецептора може захистити зір навіть тоді, коли препарати для зниження тиску вже не можуть бути ефективнішими.

Однак існують виклики. Системні побічні ефекти блокаторів ендотеліну є значними. Такі препарати, як бозентан та амбризентан, можуть викликати системну гіпотензію, підвищення рівня печінкових ферментів, затримку рідини, головний біль, а особливо серйозні вроджені вади, якщо їх використовувати під час вагітності (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Це пов'язано з тим, що ЕТ-1 відіграє важливу роль у кровоносних судинах по всьому тілу. Для пацієнтів з глаукомою (які можуть бути старшими або мати серцево-судинні проблеми) такі побічні ефекти є серйозними. Наприклад, дозозалежна гепатотоксичність обмежує можливу дозу препарату для пацієнта (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Щоб зменшити системні ризики, дослідники вивчають цільову очну доставку. В ідеалі, блокатор ЕТ міг би бути введений у вигляді очних крапель або імплантату, який залишається переважно в оці. Існують ранні ознаки того, що це може спрацювати: у мишачій моделі діабетичного захворювання очей щоденні очні краплі бозентану проникали в око через склеру та захищали клітини сітківки (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), припускаючи, що навіть великі молекули можуть бути доставлені. Інші стратегії включають очні імплантати повільного вивільнення або генну терапію для локального зниження ЕТ-1. Якщо вдасться створити специфічний для ока антагоніст ЕТ, він може уникнути впливу на артеріальний тиск, але при цьому покращити перфузію зорового нерва та зменшити гліоз.

Висновок

Отже, ендотелін-1 — це потужний пептид, який може погіршувати глаукому, звужуючи кровоносні судини в оці та активуючи астроцити. Високі рівні ЕТ-1 були виявлені в очах та крові пацієнтів з глаукомою (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). ЕТ-1 діє переважно через рецептори ETA, щоб підвищувати очний тиск та обмежувати кровотік, а також через рецептори ETB, щоб безпосередньо шкодити гангліозним клітинам сітківки та провокувати гліоз. Хоча потрібні додаткові дослідження, блокування цього шляху пропонує багатообіцяючий напрямок. У дослідженнях на тваринах антагоністи ендотелінових рецепторів покращували кровотік та захищали нейрони сітківки незалежно від зниження ВОТ (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Будь-яка майбутня терапія повинна ретельно уникати системних ефектів. Розробляються нові лікарські засоби та методи очної доставки, щоб лікування діяло виключно в оці. У разі успіху препарати, що блокують ендотелін – можливо, у вигляді очних крапель або імплантованих пристроїв – могли б доповнити існуючі методи лікування глаукоми, зберігаючи зоровий нерв завдяки покращенню кровотоку та зменшенню запалення. Подальші дослідження можуть перетворити цей шлях на практичну нейропротекторну терапію для пацієнтів з глаукомою.