Роль белков мейбума в патогенезе дисфункции мейбомиевых желез

Мейбомиевы железы (МЖ) — это видоизмененные голокриновые сальные железы, расположенные в тарзальных пластинках верхних и нижних век. Их секреторный продукт — мейбум — образует наружный липидный слой слезной пленки [1]. Мейбум — вещество с разнообразным и уникальным по своей природе составом. Его компоненты отличаются от других липидных и белковых пулов человеческого организма [2].

Любые изменения МЖ, влияющие на синтез мейбума, играют ключевую роль в дестабилизации слезной пленки, приводя в конечном итоге к нарушению гомеостаза глазной поверхности и развитию синдрома «сухого глаза» [3].

Согласно определению Международной экспертной группы, дисфункция мейбомиевых желез (ДМЖ) представляет собой хроническую диффузную патологию желез, характеризующуюся обструкцией их выводных протоков и/или качественным/количественным изменением секреции [4]. Термин «дисфункция мейбомиевых желез» объединяет различные функциональные нарушения желез. За последние несколько лет были предложены две основные гипотезы патогенеза ДМЖ: «протокоцентрическая» и «мейбоцитцентрическая» [5—7]. Согласно первой гипотезе, предполагается, что гиперкератинизация является основной причиной обструктивной ДМЖ. Гиперкератинизация протокового эпителия начинается с окклюзии терминальных протоков, что приводит к каскаду изменений: стазу мейбума в протоках, нарастанию давления, кистозному расширению, атрофии ацинусов и в конечном итоге выпадению желез [8, 9]. Противоположное мнение высказали J. Jester и соавторы, которые считают, что ключевую роль в формировании ДМЖ играет нарушение регенерации ацинарных клеток [5]. К развитию гипосекреторной функции железы приводит аномальная пролиферация и дифференцировка мейбоцитов, не сопровождающаяся обструкцией устьев [10, 11]. Но, вероятнее всего, ДМЖ является результатом сочетания гиперкератинизации протоков и аномальной регенерации ацинарных базальных клеток [12—14].

Представляет интерес изучение патогенеза ДМЖ, ассоциированной с различными соматическими состояниями организма.

Потенциальной причиной ДМЖ считают процесс старения организма, часто называемый возрастной дисфункцией (ассоциированная с возрастом ДМЖ). В этом случае ДМЖ вызвана снижением количества дифференцирующихся мейбоцитов и, как следствие, атрофией желез с аномальной экскрецией липидов [11, 15].

Прогрессирующая атрофия МЖ (выпадение) сопровождается снижением качества и количества мейбума [16—18].

В поперечном исследовании с участием 177 пациентов (средний возраст — 57±1,6 года) зафиксировано, что ДМЖ коррелирует с возрастом и не зависит от пола [19]. Однако в перекрестном исследовании в азиатской популяции было установлено большее количество патоморфологических изменений МЖ у пожилых мужчин по сравнению с женщинами [20]. Несмотря на имеющиеся к настоящему времени данные, патогенез ДМЖ, и в частности ассоциированной с возрастом ДМЖ, остается не до конца ясным, его изучение является развивающейся областью исследований.

Многочисленными работами установлена ассоциация развития ДМЖ с системными факторами, такими как дефицит андрогенов, гиперлипидемия и сахарный диабет (СД) [21—23]. Установлено, что СД является весомым фактором риска развития ДМЖ [24]. Клинически зафиксировано увеличение частоты ДМЖ у больных СД [25]. Эта взаимосвязь подтверждена проведенным метаанализом на более чем 2,5 млн пациентов [26]. Авторами было высказано предположение, что изменение продукции инсулина, развитие рецепторной резистентности к нему и гипергликемия являются ключевыми факторами патогенеза ДМЖ у пациентов с СД. Гипергликемия стимулирует липолиз в адипоцитах, что отражается на качественном составе мейбума [27, 28]. Подтверждением этих патологических механизмов служит выявленная способность инсулина стимулировать пролиферацию иммортализованных эпителиальных клеток МЖ человека, тогда как гипергликемия обладает токсическим эффектом [29]. Установлено, что концентрация глюкозы в слезной жидкости пациентов с ДМЖ на фоне СД значительно выше, чем у здоровых людей [30]. В то же время уровень ацетата — метаболита глюкозы — в слезной пленке пациентов с ДМЖ значительно снижен по сравнению со здоровыми людьми [31]. Ацетат — это молекула, которая поддерживает метаболизм ацетил-коэнзима A, липогенез и ацетилирование белков мейбума [32]. Снижение уровня ацетата в слезной жидкости при ДМЖ может усиливать метаболизм глюкозы в клетках глазной поверхности и приводить к нарушению ее гомеостаза.

ДМЖ при СД 2 типа и ассоциированный с ним синдром «сухого глаза» с повышенной испаряемостью слезы сопровождаются развитием воспаления на глазной поверхности и ростом популяций бактерий, который поддерживается за счет субстратов липидов с аномальным строением [33—35]. Но, несмотря на полученные в процессе исследований результаты, в 2017 г. эксперты TFOS DEWS II сообщили об отсутствии достаточных данных, касающихся влияния соматического статуса, пола, возраста и других факторов на развитие ДМЖ [36]. В настоящее время необходимы дальнейшие исследования для выявления взаимосвязи между метаболическим статусом пациента и наличием ДМЖ. Всемирной организацией здравоохранения дано определение метаболическому синдрому как патологическому состоянию, характеризующемуся абдоминальным ожирением, резистентностью к инсулину, гипертензией, дислипидемией (высокий уровень триглицеридов и/или низкий уровень холестерина липопротеинов высокой плотности) и гипергликемией [37, 38]. Доказано, что пациенты с метаболическим синдромом подвержены высокому риску развития СД 2 типа, который, в свою очередь, идентифицирован как ведущий системный фактор риска формирования ДМЖ [39—41].

Наука метаболомика изучает уникальные химические низкомолекулярные метаболические профили, специфичные для процессов, протекающих в живых клетках [42]. Метаболом представляет собой совокупность всех метаболитов, являющихся конечным продуктом обмена веществ в клетке, ткани, органе или организме [43]. В то время как сведения об экспрессии мРНК генов и данные протеомного анализа не раскрывают полностью всего, что может происходить в клетке, метаболические профили могут дать мгновенный снимок физиологических процессов в клетке, в том числе и в мейбоцитах.

В норме около 22% мейбума составляют белки. В настоящее время идентифицировано более 90 белков: кератины (-1, -5, -6, -7, -9, -10, -13, -16), белки поверхностно-активных веществ (-B, -C), липокалины, лактоферрин, белки переноса фосфолипидов, липофиллины, цитохром C, фарнезоид X, ламинин α-3, лизоцим C и протеогликаны [44].

Белки мейбума имеют особенность: они частично или полностью денатурированы, что обнажает больше гидрофобных аминокислотных остатков и увеличивает их общую липофильную способность. Такие белки оказываюет конденсирующее действие на липиды. При повышении температуры плавления мейбума происходит стаз секрета в протоках и закупорка устьев МЖ [45].

Одной из задач данного обзора является характеристика таких первичных метаболитов МЖ, как кератины, лактоферрины и липокалины для получения более целостного представления о патогенезе ДМЖ при метаболических нарушениях.

Как было сказано выше, подтверждением протокоцентрической теории служит наличие гиперкератинизации, которая является основным фактором развития обструктивной ДМЖ и делает кератины потенциальным объектом исследования. Присутствие кератинов в мейбуме впервые было обнаружено на экспериментальной модели животного с индуцированной гиперкератинизацией МЖ [46]. Анализ главных компонентов мейбума в норме и при ДМЖ с использованием инфракрасной спектроскопии позволил выявить изменения содержания кератинов, которые могут влиять на вязкость липидов мейбума [47]. А с помощью протеомного анализа мейбума было установлено наличие кератинов, которые играют роль в липидном обмене, защите поверхностного эпителия, развитии воспаления [48]. Кератины преимущественно образуются в результате слущивания ороговевших эпителиальных клеток, выстилающих протоки МЖ [49]. В мейбуме наблюдали увеличение протоковых цитокератинов на 10% у пациентов с ДМЖ [50]. Кератин, смешиваясь с липидным слоем слезной пленки in vitro, способен дестабилизировать его [51]. Кератин-10 и кератин-1 считаются маркерами кератинизации, поскольку они были обнаружены в конечной стадии дифференцировки кератиноцитов. Для подтверждения гипотезы о том, является ли гиперкератинизация протокового эпителия основополагающей в развитии обструкции протоков МЖ, был изучен характер экспрессии кератина-10 и -1 в МЖ доноров. Результаты исследования показали: аномальная дифференцировка и пролиферация эпителия центральных протоков может быть причиной обструкции МЖ. Это позволило авторам считать снижение пролиферации и обновления ацинарных клеток основной причиной атрофии МЖ с возрастом. По их предположению, наличие сверхэкспрессии гиперпролиферативных кератинов в мейбуме может стать потенциальным биомаркером обструктивной ДМЖ [52]. O. Tektaş и соавторы показали роль кератинов-1, -10, -13, -14 и -19 в процессе кератинизации протоков МЖ [53]. Избыточные концентрации кератина нарушают нормальную структуру липидного слоя, что может сократить время разрыва слезной пленки у пациентов с ДМЖ [49]. Интересно отметить, что все ацинусы МЖ имеют высокое процентное соотношение кератина и липидов, которое постепенно уменьшается по мере продвижения секрета к устью железы [5]. Это открытие позволяет сделать вывод: в процессе созревания секрета, синтезируемого МЖ, и его экскреции из устья происходит отщепление кератина от липида. Известно, что при метаболическом синдроме, в особенности при СД 2 типа, происходит дислипидемия мейбума. Но при этом роль кератина как патогенетического фактора обструктивной ДМЖ у таких пациентов остается не ясной.

Изучение белок-липидных взаимодействий в составе мейбума с применением протеомных технологий являются активно развивающейся областью науки. Благодаря методам липидомики возросло количество данных, подтверждающих наличие белков в составе липидного слоя слезной пленки [54].

Одним из белков, идентифицированных в мейбуме, является иммунологический медиатор контроля воспаления лактоферрин [49]. Ранее считалось, что 33 % лактоферрина слезной жидкости экскретируется слезной железой, но в работе J. Su и соавторов было показано наличие в МЖ мыши и человека микроРНК, взаимодействующих с лактоферрином (данные микроРНК доступны в NCBI’s Gene Expression Omnibus под серийным номером GSE1582) [55].

Подтверждением этому служит протеомный анализ мейбума и обнаружение в нем лактоферрина [56]. Нарушение секреции мейбума приводит к снижению концентрации лактоферрина в слезе, поскольку не весь обнаруженный лактоферрин синтезируется слезными железами. Существует мнение, что уровень лактоферрина в слезной жидкости связан с ДМЖ, но не зависит от атрофии МЖ. Авторами была выдвинута гипотеза об отрицательном влиянии ДМЖ на состояние глазной поверхности с инициацией воспаления добавочных слезных желез, следствием которого является нарушение секреции лактоферрина [57]. Однако необходимы дополнительные исследования для выявления взаимосвязи между ДМЖ и уровнем лактоферрина в мейбуме.

Современные протеомные технологии позволяют выявить закономерности качественных изменений непосредственно секрета МЖ. Анализ состава секрета мейбума изучали с использованием жидкостной хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией [58].

Для достижения точности исследования использовали различные варианты масс-спектрометрического анализа, в частности, с ионными ловушками и мечеными атомами [59, 60].

Следует отметить, что на полученные результаты влияет применение различных модификаций, отсутствие стандартизации методик. Кроме того, изучение секрета МЖ у человека представляет определенные трудности из-за сложностей сбора биоматериала. Определение количественного и качественного компонентов мейбума и их точной локализации возможно также с помощью флуоресцентной микроскопии [61].

Одним из основополагающих белковых компартментов мейбума является липокалин, идентифицированный с помощью флуоресцентного анализа. Главным источником липокалина являются слезные железы, хотя его присутствие было установлено и в мейбуме [44]. Липокалин слезы относится к низкомолекулярным белкам, действующим внеклеточно. Липокалин благодаря наличию лигандов способен образовывать связи с различными липофильными молекулами, а также макромолекулами, включая такие белки, как лактоферрин и лизоцим. Функция липокалина заключается в регуляции вязкости слезы, связывании и высвобождении липидов, инактивации эндонуклеаз вирусной ДНК, связывании микробных сидерофоров (хелатов железа, используемых для доставки незаменимого железа к бактериям). Белок служит биомаркером синдрома «сухого глаза» и обладает противовоспалительной активностью [62, 63].

Пространственная конформация липидов в слезах имеет решающее значение для поддержания их функциональной активности. Липиды в слезах человека могут замедлять испарение, образуя поверхностный барьер на границе с воздухом. Липиды, образующие комплексы с основным липидсвязывающим белком в слезах, липокалином слезы, находятся в водном слое и могут выполнять функции, не связанные с образованием поверхностного барьера. При относительно небольших концентрациях в слезах все керамиды образуют комплекс с липокалином.

Установлено отсутствие связывания ди- и триглицеридов, сквалена, O-ацил-омега-гидроксижирных кислот, а также сложных эфиров воска и холестерина с липокалином из-за присутствия этих липидов вблизи границы раздела воздух–воздух [64].

Анализ литературных источников показал недостаток сведений о белках в составе мейбума и об их влиянии на функциональное состояние слезной пленки. Также отсутствуют данные об изменении качественного и количественного состава белков при ДМЖ или заболеваниях, ассоциированных с поражением МЖ. Эти аргументы указывают на необходимость поиска чувствительного и объективного метода для характеристики качественного состава мейбума и определения изменений соотношения липидов и белков. К таким методам относятся флуоресцентная спектроскопия в видимом оптическом диапазоне и спектроскопия ядерного магнитного резонанса. СД 2 типа, наряду с системными метаболическими нарушениями, ассоциирован с диспротеинемией, что может существенно влиять на экспрессию белков мейбума, усугубляя течение ДМЖ. Изучение химических и молекулярных изменений, к которым приводят качественные и количественные модификации классов липидов и белков, будет способствовать пониманию влияния различных соматических состояний на функцию МЖ.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.