Стратегия экспериментального изучения возможностей и эффективности современных способов лечения заболеваний сетчатки направлена на тщательный выбор экспериментальной модели заболевания и анализ ее адекватности поставленным задачам исследования. На это ориентированы программы поиска новых технологий, лекарств и способов их доклинического изучения.

В обзоре рассматриваются существующие подходы к экспериментальному моделированию дегенеративно-дистрофических заболеваний сетчатки человека. Здесь представлена наиболее интересная часть материалов, накопленных к настоящему времени по методическим приемам экспериментального моделирования дегенеративно-дистрофических заболеваний сетчатки человека на животных. Многочисленность этих приемов отражает популярность, востребованность и дальнейшее совершенствование моделей, широко применяющихся при тестировании искомой активности среди лекарственных средств и для изучения механизма их действия.

Экспериментальные модели дегенеративно-дистрофических заболеваний сетчатки человека на животных можно разделить на генетические и индуцированные. Данная часть обзора посвящена генетическим моделям дегенеративно-дистрофических заболеваний сетчатки человека, позволяющим изучать механизмы дегенерации сетчатки.

Генетические экспериментальные модели на животных моделируют наследственные и врожденные дистрофии сетчатки человека, которые весьма многообразны.

Наследственные дистрофии сетчатки, такие как пигментный ретинит (ПР), врожденный амавроз Лебера, болезнь Штаргардта, синдром Ушера, пока неизлечимы [13]. В настоящее время связанная с возрастом макулярная дистрофия (ВМД) считается заболеванием, в этиопатогенезе которого участвуют генетические и эпигенетические факторы, а также факторы окружающей среды. Все они взаимодействуют между собой и вносят вклад в риск развития заболевания, хотя в отличие от ПР и болезни Штаргардта гены, отвечающие за это развитие, еще не выявлены.

К настоящему времени секвенировано более 100 генов, мутации в которых ответственны за развитие этих заболеваний. Знание в каждом случае генетической причины патологии дает возможность выбрать или создать генетически модифицированное животное для модельных детальных исследований, а также предполагает возможность генной терапии.

Генетические экспериментальные модели на животных являются сильным инструментом для изучения развития и функционирования глаза и различных зрительных патологий. Известно, что за развитие тех или иных наследственных заболеваний сетчатки отвечает более 150 генов. Изменения, затрагивающие работу этих генов, в ряде случаев были воспроизведены на животных. В результате получены разнообразные линии мышей и крыс, которые можно подразделить на естественные/спонтанные и трансгенные/разработанные.

В таблице

Большинство нуль-мутаций в естественных популяциях проявляются снижением зрения у гомозигот и обычно имеют сходство с рецессивными формами заболеваний глаз у человека. Для изучения ВМД и ПР человека используются животные с наследственной ретинальной патологией, такие как rd и rds мыши и различные линии крыс.

Гомозиготные по rd мутации мыши, отражающие наследственную дегенерацию сетчатки, служат моделью для изучения ПР человека. У этих мышей дегенерация палочек сетчатки начинает развиваться на 8-й день после рождения и приводит к полной гибели фоторецепторов к концу 4-й недели после рождения.

Пигментная атрофия сетчатки у крыс линии Campbell с наследственной пигментной дистрофией сетчатки, описанных М. Bourne и соавт. [3] в 1938 г. в Шотландии, начинает развиваться спустя 17—20 сут после рождения и приводит к полной слепоте животных к концу 2-го месяца после рождения.

Из крыс линии Campbell были выведены крысы линии RCS с наследственной дегенерацией сетчатки. В результате первоначального скрещивания крыс Campbell с альбиносами и последующих скрещиваний по определенной схеме были выведены конгенные линии мутантных и генотипически нормальных крыс RCS чернокапюшонных, розовокапюшонных (окраска как у исходных крыс Campell) и альбиносов [2]. Крысы линии RCS имеют аутосомно-рецессивную дегенерацию, проявляющуюся в 2-недельном возрасте наличием нерегулярных наружных сегментов. Полная гибель фоторецепторов происходит к 3 мес жизни. Генетический дефект у этих крыс был идентифицирован А. Gal и соавт. [9] в 2000 г., им оказалась мутация в гене Mertk. Эта мутация приводит к нарушенному (пониженному) фагоцитозу клетками ретинального пигментного эпителия (РПЭ) наружных сегментов фоторецепторов, что ведет к накоплению дебриса в субретинальном пространстве. Обнадеживающие результаты по трансплантациям крысам линии RCS клеток РПЭ, полученных из эмбриональных стволовых клеток человека, инициировали в 2012 г. в центре офтальмологии в Moorfields Eye Hospital в Лондоне клинические испытания таких клеток у пациентов с болезнью Штаргардта, рецессивно наследуемой формой макулярной дегенерации с ранним началом [23].

Линия преждевременно стареющих крыс OXYS, полученная в 70-е годы XX века в Институте цитологии и генетики СО РАН селекцией и инбридингом крыс Вистар, чувствительных к катарактогенному эффекту галактозы, является не только универсальной моделью преждевременного старения и сенильной катаракты человека, но и моделью ВМД [1]. Признаки макулярной дегенерации у крыс OXYS появляются к 6-недельному возрасту, в этот период жизни у животных в заднем полюсе глаза офтальмоскопически выявляются друзы различной формы и размеров, являющиеся характерным признаком «сухой» формы ВМД. К 4—6 мес у этих крыс визуализируется экссудативная отслойка РПЭ или определяются обширные кровоизлияния в макулярную область, что характерно для «влажной» формы ВМД.

Модели аутосомно-доминантных глазных болезней человека были смоделированы на трансгенных животных^[1], у которых косинтезируются измененные и нормальные белки. Так, мутации в гене родопсина чрезвычайно распространены при ПР, и они составляют большую часть известных генетических форм аутосомно-доминантных ПР, поэтому было приложено много усилий для создания моделей, у которых происходит экспрессия дефектного родопсина. Мутации могут касаться как C-, так и N-конца родопсина, приводя к различным фенотипическим проявлениям, наблюдаемым при аутосомно-доминантных формах ПР.

Т. Wang и соавт. [27] в 1996 г. описали модель жировой дистрофии хориоидеи и сетчатки с атрофией РПЭ у генно-модифицированных мышей, с дефицитом орнитин-дельта-аминотрансферазы. Этот фермент отвечает за переработку и усвояемость липидов разной плотности и молекулярной массы.

Некоторые модели не соответствуют известным клиническим дефектам, но они образуют платформу для исследования последствий одновременной гибели палочек и колбочек. Созданная J. Chen [6] в Университете Utah модель мышиной линии TG9N имеет гиперэкспрессию N-концевого домена RGS9, retina-specific GTPase accelerator protein, и это приводит к быстрой и полной гибели палочек и колбочек на 60-е постнатальные сутки, имитируя колбочково-палочковые дистрофии.

Следует сказать, что трансгенные модели в основном созданы на мышах, поскольку нокаут генов у крыс не был экономически или технически возможен до 2008 г.

Генетические модели дегенеративно-дистрофических заболеваний сетчатки человека позволяют изучать механизмы дегенерации сетчатки. Е. Pierce (2001) [20] выделяет четыре основных пути дегенерации сетчатки. Во-первых, это мутации, ведущие к нарушению образования наружных сегментов фоторецепторов (rds мыши, экспрессирующие человеческий мутантный pro347Ser родопсин и TULP1 нокаутные мыши), и мутации, вызывающие неправильное распределение фоторецепторных белков (как это происходит у мутантов по гену родопсина и у RPGR нокаутных мышей), что также ведет к неправильному образованию дисков. Нарушение морфогенеза дисков приводит к гибели фоторецепторов, механизм которого полностью неясен.

Вторым механизмом дегенерации сетчатки является метаболическая перегрузка, как это имеет место у rd мышей, rcd1 собак и мышей, дефицитных по γ-PDE. У этих животных и у пациентов с мутацией в PDE6B предполагается открытие цГМФ-контролируемых каналов плазматических мембран фоторецепторных клеток, ведущее к метаболической перегрузке из-за постоянной повреждающей активности Na⁺/K⁺-ATФазы для поддержания электрохимических градиентов. Предполагается, что повышенные уровни кальция могут активировать апоптоз.

Третьим механизмом дегенерации сетчатки является дисфункция РПЭ из-за внутренних дефектов или нарушения зрительного цикла, ведущего к нарушению РПЭ (ABCR и RPE65). Предполагается, что накопление полностью-транс-ретиналя или его метаболитов в наружных сегментах фоторецепторов и последующее повреждение клеток РПЭ ведут к гибели фоторецепторов.

Четвертый механизм повреждения фоторецепторов связан с непрерывной активацией трансдукции, как это происходит у Arrestin и RhoK нокаутных мышей. У пациентов с болезнью Огучи и с рецессивным ПР, обусловленным α-субъединицей PDE, и у пациентов с врожденным амаврозом Лебера, обусловленным мутациями в сетчатой гуанилатциклазе, как полагают, происходит хроническая активация зрительного каскада. Пока неясно, как это ведет к дегенерации сетчатки. Однако знания, полученные в ходе доклинических испытаний на мышах и собаках с использованием вирусной конструкции, кодирующей ген RPE65, позволили провести успешные клинические испытания на пациентах с врожденным амаврозом Лебера, в которых получены потрясающие инновационные результаты сохранения и восстановления зрения [24]. Эти результаты служат хорошей отправной точкой для нынешних и будущих подходов генной терапии к другим наследственным заболеваниям сетчатки человека.

Знание о существующих генетических экспериментальных моделях дегенеративно-дистрофических заболеваний сетчатки человека на животных позволяет исследователю подобрать для решения своей задачи наиболее адекватную.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 11-04-00510).