Бойко Э.В.

Кафедра офтальмологии Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова, Санкт-Петербург

Чурашов С.В.

Кафедра офтальмологии Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова, Санкт-Петербург

Камилова Т.А.

Кафедра офтальмологии Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова, Санкт-Петербург

Молекулярно-генетические основы возрастной макулярной дегенерации

Журнал: Вестник офтальмологии. 2013;129(2): 81-85

Просмотров : 15

Загрузок : 1

Как цитировать

Бойко Э. В., Чурашов С. В., Камилова Т. А. Молекулярно-генетические основы возрастной макулярной дегенерации. Вестник офтальмологии. 2013;129(2):81-85.

Авторы:

Бойко Э.В.

Кафедра офтальмологии Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова, Санкт-Петербург

Все авторы (3)

Патофизиология ВМД. Возрастная макулярная дегенерация (ВМД) ассоциирована с целым спектром клинических фенотипов, но все они включают в себя гибель фоторецепторов в макуле. В 90% случаев тяжелая потеря зрения происходит при экссудативной (неоваскулярной) ВМД, которая характеризуется хориоидальной неоваскуляризацией (ХНВ). Вновь образованные хориоидальные сосуды, растущие под или в сетчатку, формируют неоваскулярную мембрану, пропускающую жидкость, которая подвергает опасности нормальную архитектуру фоторецепторов и, следовательно, функцию сетчатки. С развитием ХНВ неоваскулярный комплекс превращается в рубец.

Атрофическая или «сухая» ВМД характеризуется пятнами хориоретинальной («географической») атрофии (ГА) пигментного эпителия сетчатки (ПЭС) и нейросенсорных клеток макулы. Поздние стадии обеих форм могут обнаруживаться у одного и того же пациента либо в одном глазу — ГА, либо в другом — ХНВ. Некоторые патофизиологические изменения межклеточного матрикса (МКМ) макулы предрасполагают к развитию обеих форм ВМД, поэтому нет единого мнения о том, являются они субтипами одной болезни или имеют разную этиологию.

Ключевые факторы повреждения ПЭС — митохондриальная дисфункция, оксидантный стресс, активация комплемента, воспаление и аномальная структура МКМ. Сетчатка является идеальной средой для генерации свободных кислородных радикалов по причине активного метаболизма, высокого потребления кислорода, подверженности облучению, присутствия фотосенсибилизаторов, фотохимического повреждения хромофоров, больших количеств полиненасыщенных жирных кислот во внешних сегментах фоторецепторов, перекисного окисления липидов и постоянного фагоцитоза ПЭС в процессе самообновления [17]. В последние 10 лет достигнуто понимание того, что ВМД представляет собой дегенеративное расстройство, главным патогенетическим механизмом которого, как и других дегенеративных расстройств, является хронический воспалительный процесс.

При ХНВ клетки ПЭС продуцируют цитокин MCP-1 (monocyte chemoattractant protein 1) — хемоаттрактант для моноцитов/макрофагов и лимфоцитов, причем его концентрация коррелирует со степенью отека макулы [15]. Макрофаги и нейтрофилы мигрируют в область ХНВ и продуцируют фактор VEGF (vascular endothelial growth factor) и другие ангиогенные факторы, а дендритные клетки — рецептор VEGFR (VEGF receptor) [24]. Гипоксический, токсический и/или оксидантный стресс индуцирует экспрессию VEGF клетками ПЭС, что помогает им пережить атаку стрессогенных агентов, однако хронический стресс вызывает воспалительную реакцию и развитие ВМД. Таким образом, VEGF — аутокринный фактор выживания ПЭС в условиях оксидантного стресса, однако, если клетки ПЭС не в состоянии выдержать стресс, они претерпевают апоптоз, что ведет к развитию ГА. Поэтому анти-VEGF терапия при ВМД может не только вызвать регресс новых сосудов, но и ингибировать восстановление барьера ПЭС, который ставит предел неоваскуляризации, а пролонгированная анти-VEGF терапия может повреждать фоторецепторы. Хотя анти-VEGF терапия высокоэффективна, у некоторых пациентов она может иметь негативные последствия [7].

Общий признак всех форм ВМД — образование друз, которые представляют собой накапливающийся в сетчатке, мембране Бруха и хориоидальной оболочке коллоидный материал, состоящий из липидов, фосфолипидов, липофусцина, коллагена, структурных белков ПЭС и других компонентов. В друзах обнаружены компоненты комплемента, комплементактивирующие молекулы и ингибиторы активации комплемента, острофазовые белки, клетки иммунной системы, иммуноглобулины и иммунные комплексы, что свидетельствует о роли воспаления в формировании друз [17].

Генетика ВМД. ВМД — генетически гетерогенная болезнь. Ключевую роль в патогенезе ВМД играют гены компонентов комплемента, митохондрий и МКМ. Исследования, основанные на анализе генетических ассоциаций, очень сложны при таких комплексных болезнях, как ВМД, тем не менее идентифицировано более 30 локусов предрасположенности к ВМД. Самая сильная ассоциация характерна для локусов 1q32 и 10q26.

Стабильно низкий уровень активации комплемента в глазу служит первой линией защиты от патогенов. Главный ингибитор альтернативного пути активации комплемента, фактор CFH (complement factor H), ограничивает избыточную активацию комплемента. В генах, кодирующих компоненты комплемента CFH, CFB, C2 и C3, обнаружены мутации, нарушающие регуляцию и функции комплемента и ассоциированные с формированием друз [34]. Полиморфизм генов CFH, CFB, СC2 и СC3 ответственен за 75% случаев ВМД у представителей европеоидной расы [3, 17, 30].

Оксидантный стресс вызывает фагоцитоз окисленных внешних сегментов фоторецепторов и подавляет синтез и секрецию CFH клетками ПЭС, что подтверждает связь между оксидантным стрессом и активацией комплемента при ВМД. У больных ВМД наблюдается системная активация альтернативного пути комплемента [29]. В норме фактор CFH защищает собственные клетки и ткани от повреждающего избыточного воспаления [9], но мутация Y402H (rs1061170, С/Т, замена тирозина-402 на гистидин) в гене CFH (локус 1q32) превращает его в фактор развития и прогрессирования ВМД. Мутантный генотип ускоряет иммунологическое старение и увеличивает риск возрастных болезней, таких как ВМД. Редуцированная функция мутантного CFH не справляется с оксидантным стрессом на фоне недостаточной антиоксидантной защиты, что приводит к тканевому повреждению и неоваскуляризации [18]. У пациентов c ВМД, гомозиготных по мутации Y402H, чаще развивается ХНВ в контралатеральном глазу, чем у пациентов с другими генотипами по CFH [26].

Мутация Y402H локализована в сайте связывания фактора CFH c C-реактивным белком (СРБ) [16]. Взаимодействие между нормальными CFH и СРБ стимулирует комплементопосредованный невоспалительный клиренс продуктов клеточного распада. Гомозиготность по полиморфизму CFH Y402H нарушает взаимодействие с СРБ и фагоцитарный клиренс клеточных отходов, провоцируя этим воспаление [12]. Мутантный аллель гена CFH влияет на связывающие свойства CFH и приводит к аберрантной активации комплемента и деструкции клеток [17]. Кроме того, эта мутация редуцирует способность CFH связывать гликозаминогликаны и защищать от их повреждающего действия клетки мембраны Бруха и ПЭС, а также подавлять активацию альтернативного пути комплемента [6]. Присутствие в генотипе человека хотя бы одного гистидинового аллеля полиморфизма CFH Y402H повышает риск ВМД почти в 3 раза [28], особенно на фоне курения [17]. Ассоциация полиморфизма CFH Y402H с ВМД воспроизводится в многочисленных популяциях разных этнических групп [6, 19].

Фактор CFВ (фактор комплемента В) — активатор альтернативного пути комплемента. Мутации 26T/A (замена лейцина-9 гистидином) и 95G/A (замена аргинина-32 глутамином) гена СFB (локус 6p21.3) детерминируют низкий риск ВМД [22]. Функциональная основа протекции, придаваемой этими мутациями, заключается в снижении аффинитета мутантной формы к C3b и редуцированной способности активировать комплемент [17].

Компонент комплемента 2 (C2) — активатор классического пути комплемента. Мутации в гене СC2 (6p21.3) ассоциированы с ВМД. Мутация C/G в сайте rs9332739 гена CС2 снижает риск ВМД [22], тогда как замена аспарагина-32 триптофаном, синонимичная мутация в позиции аргинин-150 молекулы C2 и полиморфизм в сайте rs547154 (Т/А) некодирующей части гена СC2 ассоциированы с повышенным риском ВМД. Анализируя гаплотипы, идентифицировали гаплотип риска Н1 и два протективных гаплотипа Н10 [(СFB L9H (26A)/СС2 E318D (G)] и Н7 [СFB R32Q (95A)/СС2 int10 (Т)], ассоциированные с низким риском ВМД. Протективный эффект, вероятно, обусловлен сниженной ферментативной активностью при активации комплемента.

Компонент комплемента С3 участвует в образовании мембраноатакующих иммунных комплексов, что ведет к клеточному лизису. Продукты расщепления С3 обнаружены в друзах. Показана ассоциация функционального полиморфизма C/G в сайте rs2230199 гена CС3 (19p13), ослабляющего связывание с другими факторами комплемента и патогенными клетками [11], с ВМД у гомо- и гетерозиготных носителей [36].

В локусе 10q26 идентифицированы гены предрасположенности к ВМД ARMS2/LOC387715, PLEKHA1 и HTRA1, высокодостоверно ассоциированные с риском развития и прогрессирования всех форм ВМД [10].

Ген HTRA1 (high temperature requirement serine peptidase A1) кодирует серинпептидазу теплового шока, которая конститутивно экспрессируется в сетчатке и ПЭС, но экспрессия резко усиливается при ВМД, особенно экссудативной. Интенсивное иммуноокрашивание на белок HTRA1 обнаруживается в мембране Бруха и друзах. Мутация –512G/A (сайт rs11200638) усиливает экспрессию гена и является одним из звеньев патогенеза ВМД [8]. Полиморфизм HTRA1 625G/A влияет на аффинитет к транскрипционным факторам. А-аллель полиморфизма 625G/A повышает риск ВМД, особенно экссудативной, у гетерозигот в 2—3 раза, а у гомозигот в 7 раз [33].

Ген PLEKHA (pleckstrin homology domain containing family A) кодирует адапторный протеин — компонент множества сигнальных путей, регулирующих клеточную пролиферацию, выживание и подвижность. Хотя гомозиготность по мутантному А-аллелю сайта rs4146894 (G/A) в гене PLEKHA ассоциирована с экссудативной ВМД, нет доказательств того, что этот эффект не вызван неравновесным сцеплением с генами HTRA1 и ARMS2 [21].

Ген ARMS2 (age-related maculopathy susceptibility 2, ранее LOC387715) расположен в локусе 10q26 между генами PLEKHA1 и HTRA1. Он экспрессируется в сетчатке глаза и кодирует протеин ARMS2 с неизвестной функцией, локализованный на внешней мембране митохондрий, молекула которого не содержит известных функциональных доменов [20]. ARMS2 связывается и взаимодействует с белками МКМ и мембраны Бруха, вовлеченными в патогенез макулярной дистрофии (редкие наследственные формы ВМД). Полиморфный сайт rs10490924 (G/Т, замена аланина-69 серином) гена ARMS2 высокодостоверно ассоциирован с тяжелыми формами ВМД [10] и двусторонней ХНВ [32]. Курение резко повышает риск ВМД у гомозиготных носителей этой мутации в разных этнических группах [17].

Полиморфизм гена ARMS2 типа InDel (инсерция/делеция 443 пар оснований в нетранслируемой части гена) также ассоциирован с повышенным риском ВМД. Мутация нарушает структуру элемента, контролирующего деградацию транскрипта. Гомозиготы лишены белка ARMS2 из-за нестабильности мРНК и имеют нарушения митохондриального гомеостаза [13].

Поскольку, во-первых, белок ARMS2 взаимодействует с компонентами мембраны Бруха, во-вторых, сывороточное содержание пептидов из белков эластичной сети повышено у пациентов с ВМД, в-третьих, потеря эластичности есть признак старения, в-четвертых, старение является главным фактором риска ВМД, предложен гипотетический механизм патогенеза, который состоит в том, что мутации гена ARMS2 нарушают взаимодействие белка ARMS2 с белками эластичной сети и тем самым провоцируют развитие болезни [20]. Кроме того, учитывая, что локализация ARMS2 ограничена главным образом матриксом межкапиллярных пространств хориоидеи и наиболее сильное иммуногистохимическое окрашивание на ARMS2 соответствует сайтам формирования друз, а гомозиготные носители гаплотипа риска (с Т-аллелем в сайте rs10490924 и мутантным вариантом InDel), высокодостоверно повышающего риск ВМД, не экспрессируют ARMS2 [13], можно считать, что этот протеин защищает сетчатку от формирования друз. Соответственно пациенты, лишенные ARMS2, предрасположены к образованию друз и развитию ВМД.

Индивиды, гомозиготные по аллелям риска в сайтах rs1061170 (CFH), rs10490924 (ARMS2) и rs11200638 (HTRA1), имеют многократно повышенный риск ВМД по сравнению с гомозиготными носителями аллелей риска в одном из этих локусов [17].

Фактор VEGF является основным фактором ангиогенеза при ВМД. Но повышения экспрессии VEGF недостаточно, чтобы вызвать субретинальную неоваскуляризацию. ХНВ развивается при нарушении баланса про- и антиангиогенных факторов. Фактор PEDF (pigment epithelium derived factor) имеет антиангиогенные и нейротрофические свойства, поддерживает состояние глаза, свободное от неоваскуляризации, подавляя миграцию и пролиферацию эндотелиоцитов и снижая тем самым уровень VEGF. Он всегда присутствует в тканях глаза, особенно в ПЭС, снижение его уровня приводит к ХНВ и ВМД. Слезная жидкость больных ВМД с активной ХНВ проявляет ангиогенные свойства, так как уровень PEDF в ней снижен на порядок [28]. Соотношение VEGF/PEDF в сетчатке при неоваскуляризации повышается по мере прогрессирования болезни. В поздней стадии ВМД уровень PEDF непосредственно связан с уровнем кислорода в глазу и снижается в условиях ишемии и оксидантного стресса. Полиморфизм сайтов rs12150053 (–5736T/C) и rs12948385 (–5304C/T) в промоторе, а также сайта rs1136287 (311T/C) в кодирующей части гена PEDF ассоциирован с экссудативной ВМД [23].

Рецепторы врожденного иммунитета TLR (Toll-like receptor) — трансмембранные гликопротеины, распознающие патогенассоциированные молекулярные паттерны. В тканях глаза рецепторы TLR экспрессируются на фоторецепторах ПЭС и распознают продукты деградации межклеточного матрикса. Активация TLR специфическими лигандами инициирует экспрессию и секрецию многочисленных медиаторов воспаления, провоспалительных цитокинов и ангиогенных хемокинов, молекул клеточной адгезии, регулирует созревание фагосом, связывание, интернализацию и фагоцитоз кислородных радикалов, лизосомальную деградацию белков. Полиморфизм гена TLR3 — фактор риска обеих форм ВМД. TLR3 является сенсором двухцепочечной вирусной РНК. Полиморфный сайт TLR3 rs3775291 (С/Т, замена лейцина-412 фенилаланином) ассоциирован с ГА. Мутантный вариант TLR3 высокодостоверно снижает риск ГА (но не от экссудативной неоваскуляризации). Активация TLR3 (более сильная в лейциновом варианте) индуцирует апоптоз клеток ПЭС, поэтому протективный эффект Т-аллеля может быть связан с супрессией гибели клеток ПЭС, индуцированной вирусной РНК. В пользу этой гипотезы свидетельствует наблюдение in vitro, что индукция апоптоза в гетерозиготных по мутации клетках ПЭС редуцирована по сравнению с клетками, гомозиготными по лейциновому аллелю [2, 35].

Полиморфный мультифункциональный белок аполипопротеин Е (АроЕ) экспрессируется в сетчатке глаза и всегда присутствует в друзах у пациентов с ВМД. Полиморфизмы в сайтах rs429358 (замена цистеина-112 аргинином) и rs7412 (замена аргинина-158 цистеином) гена ApoE (1q13.2) кодируют три основные изоформы: E2 (цистеин-112, цистеин-158), самая распространенная E3 (цистеин-112, аргинин-158) и E4 (аргинин-112, аргинин-158). Вариант Е4 (ε4) АроЕ является протективным относительно ВМД, а Е2 (ε2) связан с наибольшим риском ее развития. АроЕ4 снижает риск ВМД, подавляя экспрессию VEGF в ПЭС, меньше накапливается в ПЭС и мембране Бруха. У носителей аллелей ε2 и ε3 наблюдается повышенное содержание АроЕ в сетчатке [5]. Протективное влияние варианта АроЕ4 объясняется тем, что его положительный заряд уменьшает гидрофобность мембраны Бруха и способствует клиренсу отходов метаболизма [22].

Лечение ВМД. Арсенал средств лечения ВМД включает в себя антиоксидантную, лазерную, анти-VEGF и комбинированную (лазер + анти-VEGF) терапию. Лечение антиангиогенными лекарствами эффективно в большинстве случаев неоваскулярной ВМД, но неэффективно при ГА [18]. В настоящее время самым эффективным лечением ВМД считается ингибирование фактора VEGF при помощи анти-VEGF антител, которое предотвращает неоваскуляризацию. Для лечения ВМД также используют кортикостероиды как монотерапию или в комбинации с фотодинамической терапией (ФДТ). Иммуносупрессия несет риск воспалительных осложнений, таких как эндофтальмит [34]. К новым методам относится введение нормального CFH и анти-С5а-антител (eculizumab). Генная терапия вряд ли применима для лечения ВМД, так как связанные с нею риски перевешивают возможную пользу [6].

Фармакогенетика. Комбинация высоких доз антиоксидантов (β-каротин, витамины С и Е) и цинка (ингибитора С3-конвертазы) значительно замедляет прогрессирование экссудативной ВМД и на 20% снижает потерю зрения у пациентов группы высокого риска развития поздней стадии ВМД [1, 4]. Этот вид терапии является американским стандартом лечения «сухой» ВМД. Индивидуальный ответ на антиоксидантную терапию больных ВМД зависит от генотипа по CFH. Лечение приводит к 70% уменьшению прогрессирования ВМД у носителей генотипа низкого риска (CFH ТТ) и 11% — у носителей генотипа высокого риска (CFH СС) по сравнению с плацебо [18].

Полиморфизм CFH Y402H влияет на результаты интравитреального введения анти-VEGF моноклонального антитела бевацизумаба больным экссудативной ВМД. Показано, что мутантный CFH не только повышает риск экссудативной ВМД, но и снижает эффективность лечения бевацизумабом по критерию остроты зрения. Авторы объясняют это более высоким фоновым уровнем воспаления, так как замена 402-й аминокислоты в молекуле фактора F нарушает его функцию ингибитора комплемента [26].

ФДТ с фотосенсибилизатором вертепорфином направлена на разрушение новых кровеносных сосудов и сохранение окружающих здоровых тканей пациентов с экссудативной ВМД. Чтобы замедлить потерю зрения, некоторым пациентам требуется повторное лечение. Выявлена фармакогенетическая связь между эффективностью ФДТ и полиморфизмами протромбина (фактора коагуляции FII) F2 G20210A и метилентетрагидрофолатредуктазы (фермента метаболизма фолата и биосинтеза метионина) MTHFR C677T. Мутация G20210A гена F2, кодирующего протромбин, приводит к усилению образования тромбина, повышению свертываемости крови и риска венозной тромбоэмболии. Полиморфизм MTHFR C677T является фактором риска гипертензии, атеросклероза, окклюзивных сосудистых расстройств, оксидантного стресса, дисфункции сосудистого эндотелия, диабетический ретинопатии. Присутствие в генотипе пациента аллелей F2 20210A и MTHFR 677T увеличивает вероятность терапевтического фототромбоза под действием ФДТ [27, 31].

Генетические варианты гена CRP (C-reactive protein, 1q23), детерминирующие сниженный сывороточный уровень СРБ, повышают риск ВМД. Полиморфные сайты CRP rs2808635 (Т/G) и rs876538 (G/A) ассоциированы с ответом на ФДТ при неоваскулярной ВМД. Гомозиготность по мутантным аллелям обоих полиморфизмов увеличивает вероятность позитивного ответа на лечение (повышения остроты зрения) [12].

Сильными детерминантами ответа на ФДТ у пациентов с ВМД являются полиморфные сайты rs699947 (–2578G/А) и rs2146323 (6112С/А) в гене VEGF [14]. Полиморфизм –2578G/А ассоциирован с отеком макулы, предрасположенностью к диабетической ретинопатии и ответом на лечение у больных неоваскулярной ВМД. Гомозиготность по мутантному аллелю снижает эффективность интравитреального введения бевацизумаба, ФДТ с интравитреальным введением кеналога, а также комбинированной терапии бевацизумаб + ФДТ + кеналог. Аллель –2578G может служить маркером благоприятного прогноза после лечения пациентов с неоваскулярной ВМД [25].

Следует отметить, что в лекарственном метаболизме и детерминации ответа на терапию участвуют десятки генов, которые содержат множество функциональных полиморфизмов, поэтому моногенный подход дает не очень информативный усредненный результат. Кроме того, сопутствующие болезни, прием других препаратов по их поводу, образ жизни и факторы среды вносят свой вклад в вариабельность ответа на лекарства. Все эти факторы характеризуются популяционной и индивидуальной изменчивостью. Для прогноза терапевтических и побочных эффектов лекарств важен анализ всех полиморфизмов генома, влияющих на взаимодействие между генетическими и средовыми факторами. Накопление информации в этой области и прогресс лабораторных технологий способствуют внедрению фармакогенетики в клиническую практику в целях персонализации и оптимизации терапии, повышения ее безопасности и эффективности.

Заключение

Хроническое воспаление (системное и локальное) и активация альтернативного пути комплемента предрасполагают к накоплению токсичных продуктов и образованию друз в макуле, которая особенно чувствительна к этому типу повреждений [6]. Ассоциации генетических полиморфизмов (гены CFH, CFB, CС2, CС3, ARMS2, HTRA1) с предрасположенностью к ВМД воспроизводятся в разных популяциях. Знание молекулярно-генетических механизмов патогенеза ВМД дает возможность составить целостное представление об этой патологии и вести поиск более специфичных мишеней и средств терапии.

Генетические факторы способствуют развитию болезни и предопределяют ответ на лечение. В идеале ведение больного должно включать в себя всеобъемлющее прогностическое тестирование с целью адекватной, своевременной и даже превентивной терапии. Каждый пациент имеет уникальный генетический фон и специфический набор ассоциированных с заболеванием факторов, поэтому необходим персонализированный подход к диагностике и лечению, ориентированный на скрининг факторов риска и прогноз результатов терапии. Хотя генетическая паспортизация остается отдаленной перспективой, достигнут определенный прогресс в применении генетический информации для решения клинических вопросов, в том числе в офтальмологии. Индивидуальный подход к лечению пациента, основанный на его генотипе, уже сейчас позволяет в ряде случаев оптимизировать терапевтический выбор во избежание неэффективного лечения и осложнений.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail