Атькова Е.Л.

ФГБНУ «НИИ глазных болезней», Москва, Россия

Рейн Д.А.

ФГБНУ «НИИ глазных болезней», ул. Россолимо, 11, А, Б, Москва, 119021, Российская Федерация

Ярцев В.Д.

ФГБНУ «НИИ глазных болезней», Москва, Россия

Суббот А.М.

ФГБУ "НИИ глазных болезней" РАМН, Москва

Влияние цитокина TGF-β и других факторов на процесс регенерации

Журнал: Вестник офтальмологии. 2017;133(4): 89-96

Просмотров : 262

Загрузок : 10

Как цитировать

Атькова Е. Л., Рейн Д. А., Ярцев В. Д., Суббот А. М. Влияние цитокина TGF-β и других факторов на процесс регенерации. Вестник офтальмологии. 2017;133(4):89-96.
At’kova E L, Reyn D A, Yartsev V D, Subbot A M. Influence of TGF-β cytokine and a number of other biochemical factors on regenerative process. Vestnik Oftalmologii. 2017;133(4):89-96.
https://doi.org/10.17116/oftalma2017133489-96

Авторы:

Атькова Е.Л.

ФГБНУ «НИИ глазных болезней», Москва, Россия

Все авторы (4)

Общепринятым методом лечения первичной приобретенной облитерации вертикального отдела слезоотводящих путей является дакриоцисториностомия (ДЦР) [1, 2].

По данным S. Leong [3], проанализировавшего 73 научные работы, в которых были представлены результаты 4921 ДЦР, доля положительных результатов составила от 65 до 100% при наружной ДЦР и от 84 до 94% при эндоскопической эндоназальной ДЦР (ЭЭДЦР).

Одной из основных причин неудачных исходов оперативного лечения является фиброз в области дакриостомы [4]. В настоящее время не существует надежной методики прогнозирования и предотвращения данного процесса.

Известно, что заживление ран у человека происходит в несколько стадий, переходящих друг в друга. Порядок этих стадий и их характеристики мало отличаются в различных тканях организма. A. Beule [5], по данным гистологического исследования, выделяет фазу коагуляции и гемостаза (до нескольких часов после ранения), фазу воспаления (1—5-й день), фазу пролиферации (6—14-й день) и фазу ремоделирования (от 15 сут до 6 мес). Необходимо отметить, что сроки начала и окончания фаз весьма условны и зависят от многих факторов.

Особое место в развитии фиброза занимает повышенное образование грануляционной ткани, а также течение последней фазы процесса заживления ран — фазы ремоделирования [6]. В течение последней грануляционная ткань заменяется рубцом. В.В. Серов [7] описывает ремоделирование во время заживления ран как процесс стабилизации коллагеновых волокон и уплотнения их в содружественно ориентированные тяжи. Данный процесс необходим для восполнения объема поврежденной ткани и обеспечивается действием особых клеток, сочетающих в себе способность к сокращению, подобную клеткам гладкой мускулатуры, и секреторную активность, присущую фибробластам. Эти клетки впервые были обнаружены G. Gabbiani в 1971 г. в грануляционной ткани кожных ран и названы миофибробластами [8]. Характерной особенностью миофибробластов является их наличие только во время процесса заживления ран и их отсутствие в неповрежденных тканях [9]. Данные клетки возникают в результате трансформации клеток-предшественников. Миофибробласты отличаются от «обычных» фибробластов экспрессией α-актина гладких мышц (α-smooth muscle actin, α-SMA), фактора, придающего миофибробластам сократительную активность. В норме, по достижении заживления ткани, миофибробласты подвергаются апоптозу [10].

Фиброз обусловлен активностью миофибробластов, продолжающейся и после завершения нормальной регенерации, характеризуется накоплением и сокращением бесклеточного коллагенового матрикса и регулируется множеством физико-химических факторов, оказывающих влияние на жизнедеятельность миофибробластов.

Одним из направлений изучения процесса фиброза является выяснение роли цитокинов, факторов роста и физических факторов, задействованных в этом процессе.

В настоящее время основным белковым фактором, стимулирующим процесс фиброза в органах и тканях человека, считаются белки суперсемейства TGF-β (transforming growth factor, трансформирующий фактор роста), включающие в себя три изоформы. Действие изоформ TGF-β на клетки реализуется посредством семейства внутриклеточных белков Smad, главным образом Smad2/3, которые активируются при связывании TGF-β1, TGF-β2 или TGF-β3 с соответствующими рецепторами TGF-βR на поверхности клетки [11]. В ядре клетки активированная сигнальная система Smad играет роль транскрипционного фактора для ряда генов, обес-печивая продукцию соответствующих белков-эффекторов. Одним из таких белков, экспрессию которого стимулирует воздействие TGF-β, является упомянутый выше α-SMA. V. Kumar и соавт. [12] обнаружили, что добавление к культуре фибробластов слизистой полости носа активного TGF-β1 в концентрации 5 или 10 нг/мл индуцирует их трансформацию в миофибробласты.

Все изоформы TGF-β являются регуляторами фиброза, но в глазной патологии особое внимание ученых привлек TGF-β2. Исследуя концентрацию TGF-β2 в водянистой влаге, P. Maier и соавт. [13] выявили статистически достоверное увеличение концентрации этого фактора роста в группе пациентов с кератоконусом. Похожие результаты получили C. Engler и соавт. [14], исследуя эпителий роговицы больных кератоконусом. Кроме того, ряд авторов выявили повышение уровня TGF-β2 в водянистой влаге больных с первичной открыто-угольной глаукомой [15, 16]. Известно, что больные с кератоконусом не имеют повышенного риска развития глаукомы. Причины этого противоречия в настоящее время остаются неясными, однако вероятным представляется то, что появление TGF-β2 в водянистой влаге не является фактором патогенеза этих заболеваний, а лишь выступает в качестве следствия.

Воздействие изоформы TGF-β3 на миофибробласты остается спорным и недостаточно изученным вопросом: существуют мнения, указывающие на его как профибротический, так и антифибротический эффект. Сложно обосновать антагонизм TGF-β3 к TGF-β1 и TGF-β2, так как их строение совпадает на 70% и они связываются с одними и теми же мембранными рецепторами [17]. В трехмерной модели регенерации с использованием фибробластов роговицы человека добавление TGF-β3 оказывало подавляющее действие на миофибробласты [18]. В то же время I. Bettahi и соавт. [19] наблюдали противоположный эффект в эксперименте на лабораторных животных, больных сахарным диабетом, с медленно заживающими дефектами роговицы: добавление TGF-β3 ускоряло заживление и усиливало активность миофибробластов. Ряд авторов связывают замедленное или неполное заживление ран, присущее больным сахарным диабетом, с подавлением экспрессии гена TGF-β3 при гипергликемии [20, 21]. По всей видимости, TGF-β3 оказывает иной эффект на последовательность активации «клетка—предшественник—фибробласт—миофибробласт», чем другие изоформы TGF-β.

Изоформы TGF-β секретируются клетками в неактивном виде в ассоциации с пропептидом латентности (latency-associated pro-peptide, LAP) [22]. Активация TGF-β происходит при разрыве его связи с LAP, что может быть достигнуто при помощи механического усилия — интегринзависимый путь — или посредством протеолиза в области связи — интегриннезависимый путь. Кроме того, к разрыву связи могут приводить сдвиг pH в кислую сторону и гидроксильные радикалы активных форм кислорода — характерные признаки воспаления. Таким образом, можно условно выделить третий — «воспалительный» — путь активации TGF-β. Перечисленные механизмы представлены на рисунке. Многие аспекты активации TGF-β остаются невыясненными, в том числе потому, что механизм активации может отличаться для различных тканей и клеток-предшественников.

Механизм активации TGF-β и его воздействия на процесс фиброза.

Наиболее изученным в настоящее время является интегринзависимый путь активации TGF-β, реализуемый посредством связывания неактивного комплекса с αV-интегринами [22]. Данные трансмембранные белки, отвечающие за адгезию, «отрывают» активный TGF-β от LAP, связываясь с неактивным комплексом и передавая на него механическое напряжение, характерное для регенерирующей или фибротической ткани [23]. Механическое напряжение трансформируется в биохимический сигнал, индуцируя конформационные изменения белка. Эффективность активации TGF-β в данном случае прямо пропорциональна силе механического напряжения ткани, передаваемого на неактивный комплекс [24].

Интегриннезависимый путь активации TGF-β менее изучен. Имеющиеся данные указывают на то, что идентифицированы далеко не все факторы, способные активировать TGF-β. К известным факторам относятся матриксные металлопротеиназы (matrix metalloproteinase, MMP) и тромбоспондин-1 (thrombospondin-1, TSP-1).

MMP — большое семейство кальцийзависимых и цинксодержащих эндопептидаз, которые играют ключевую роль в деградации коллагена и ремоделировании межклеточного матрикса [25]. MMP секретируются клетками в виде комплекса под названием зимоген и могут активироваться большим количеством различных факторов и ферментов, включая химазу, плазмин и гепарин, а также хаотропными агентами и ртутьорганическими соединениями [26]. MMP-2 и MMP-9 участвуют в интегриннезависимом пути активации TGF-β, оказывая протеолитическое действие и отделяя LAP от TGF-β [27].

Кроме того, считается, что интегрины αVβ6 и αVβ3 могут связываться как с неактивным TGF-β, так и с MMP, облегчая протеолитическое взаимодействие между ними [28]. Последний способ, впрочем, нельзя отнести к интегриннезависимому пути активации.

ММР оказывают и самостоятельное влияние на межклеточный матрикс заживающей раны. J. Daniels и соавт. [29] продемонстрировали, что ингибирование MMP снижает деградацию матрикса и продукцию коллагена in vitro. Препараты, воздействующие на MMP, были предложены в качестве терапии многих заболеваний, в том числе онкологических и сердечно-сосудистых. Кроме того, было выявлено достоверное повышение ММР-9 в слезной жидкости пациентов с синдромом «сухого глаза» и разработана тест-система, позволяющая быстро определять у таких пациентов концентрацию ММР-9 с диагностической целью [30].

TSP-1 — гликопротеин, содержащийся в плазме крови. Его концентрация увеличивается в ответ на травматическое воздействие [31]. TSP-1 способен связываться с LAP внутриклеточно и препятствовать его ассоциации с TGF-β [32]. Помимо участия в активации TGF-β, TSP-1 играет роль в ангиогенезе и агрегации тромбоцитов, т. е. задействован в различных фазах заживления ран. Кроме того, M. Matsuba и соавт. [33] предположили, что TSP-1 индуцирует фиброз и другим путем: активацией латентного TGF-β посредством стимуляции клеточной адгезии, в том числе посредством связи с αV-интегринами.

Значительный сдвиг pH в кислую сторону (pH≤1,5) приводит к активации TGF-β, что обусловлено денатурацией LAP [34]. Меньшие значения кислотности (pH ≤4,5) также способны активировать TGF-β, но на 70—80% менее эффективно. Гидроксильные радикалы активных форм кислорода и азота также могут активировать TGF-β, делая его связь с LAP невозможной [35]. Данные явления, характерные для воспалительного процесса, можно отнести к воспалительному пути активации TGF-β. Медиаторами воспаления, чье влияние на фиброз было исследовано, являются фактор некроза опухоли (tumor necrosis factor, TNF) и интерлейкины (IL-1).

Блокирование TNF уменьшает фиброз органа зрения и положительно влияет на апоптоз миофиб-робластов [36]. TNF, воздействуя на соответствующий рецептор, активирует сигнальные системы ядерного фактора κB (NF-κB), c-Jun-N-терминальной киназы (JNK) и митоген-активируемой протеинкиназы p38 (p38MAPK) [37]. TNF также в некоторой степени индуцирует апоптоз, активируя каспазу-8 [38]. Профибротическое действие TNF, вероятнее всего, обусловлено особым взаимодействием перечисленных факторов. Необходимо отметить, что активация сигнальной системы NF-κB также приводит к транскрипции генов ряда MMP, что может опосредованно влиять на активацию TGF-β [39].

Интерлейкины семейства IL-1 воздействуют на клетки путем активации ряда сигнальных систем, в том числе NF-κB, AP-1, JNK и p38 MAPK [40]. Воздействуя на сходные с TNF сигнальные системы, IL-1 оказывают противоположный TNF эффект, т. е. подавляют активность миофибробластов и даже индуцируют их апоптоз, что было продемонстрировано в исследованиях на культуре дермальных фибробластов и миофибробластов роговицы [41].

Помимо перечисленных, следует отметить ряд факторов, чье влияние на активацию TGF-β не доказано, но они имеют большое значение как самостоятельные регуляторы фиброза. Кроме того, многие из них обладают синергизмом с TGF-β, а также могут влиять на его синтез. К ним относятся фактор роста соединительной ткани (connective tissue growth factor, CTGF), фактор роста эндотелия сосудов (vascular endothelial growth factor, VEGF), тромбоцитарный фактор роста (platelet-derived growth factor, PDGF).

CTGF — один из важнейших регуляторов фиброза. C нарушением экспрессии гена CTGF связаны различные заболевания, обусловленные процессом фиброза, в том числе диабетическая нефро- и ретинопатия, злокачественные новообразования и заболевания сердечно-сосудистой системы [42]. Известно, что CTGF обладает синергизмом с TGF-β1, по всей видимости, благодаря взаимодействию с αV-интегринами [43]. В отсутствие TGF-β1 CTGF не влияет на активность миофибробластов, но оказывает стимулирующий эффект на пролиферацию фибробластов [44]. Для мышей с выключенным геном CTGF характерно отсутствие явлений выраженного фиброза при заживлении нанесенной экспериментально раны [42].

VEGF — фактор роста, стимулирующий неоангиогенез. По мнению S. Barrientos и соавт. [45], VEGF может являться пусковым фактором всего процесса фиброза, так как увеличенная концентрация VEGF стимулирует депонирование коллагена в образующемся рубце. Это подтверждается также исследованием H. Park и соавт. [46], которые показали, что VEGF индуцирует образование TGF-β1 и, соответственно, трансформацию клеток-предшественников в миофибробласты. Однако S. Noh и соавт. [47] отметили, что добавление anti-VEGF-препарата к культуре фибробластов теноновой капсулы приводит к значительному снижению экспрессии гена TGF-β1, но не TGF-β2. Кроме того, несмотря на изменение экспрессии генов, препарат практически не оказал влияния на концентрацию обеих изоформ TGF-β в культуре клеток. Таким образом, до настоящего времени влияние и механизм воздействия VEGF на изоформы TGF-β остаются невыясненными.

PDGF, содержащийся в α-гранулах тромбоцитов и высвобождаемый в плазму крови при их активации, индуцирует активацию миофибробластов напрямую или в синергизме с TGF-β1 [48]. Блокирование действия PDGF ингибировало активацию миофибробластов в эксперименте на тканях роговицы in vivo [49, 50]. В частности, в опыте H. Kaur и соавт. [49] инстилляция препарата, блокирующего PDGF, уменьшила активацию миофибробластов и явления помутнения роговицы у кроликов, которым была проведена фоторефракционная кератэктомия.

Гиалуроновая кислота — один из основных компонентов межклеточного матрикса — стимулирует активацию миофибробластов [51]. Ее повышенная экспрессия приводит к увеличению маркеров фиброза, таких как α-SMA и коллагена типа 3 [52]. Тем не менее механизм воздействия гиалуроновой кислоты на процесс фиброза остается неизвестным.

Остеонектин, или SPARC (secreted protein, acidic and rich in cysteine), — один из ключевых белков, отвечающих за ремоделирование межклеточного матрикса путем воздействия непосредственно на коллаген типа I и MMP [53]. L. Seet и соавт. [54] обнаружили, что мыши с выключенным геном SPARC имеют лучшие послеоперационные результаты сохранности фильтрационной подушки и стабилизации внутриглазного давления, чем мыши дикого типа.

Основной фактор роста фибробластов (basic fibroblast growth factor, bFGF, FGF-2) подавляет активацию миофибробластов, являясь прямым антагонистом TGF-β1 [55]. Большое количество фибробластов, имеющих низкую сократительную активность, по всей видимости, способно обеспечить нормальную регенерацию тканей, не приводя к образованию фиброзного стягивания. FGF-2 усиливает пролиферацию фибробластов, что несовместимо с высокой сократительной активностью миофибробластов [56].

В опытах на животных было выявлено, что интерферон-γ (IFN-γ) подавляет воспаление, депонирование коллагена и его сокращение [57]. Действие IFN-γ в глазу менее изучено, и имеющиеся данные противоречивы. Так, K. Hori и соавт. [58] выявили профибротическое действие IFN-γ на эпителиальные клетки хрусталика.

Помимо воздействия перечисленных факторов, помещение клеточной культуры кератоцитов в гипоксические условия также ингибирует трансформацию кератоцитов в миофибробласты, что доказали в своем исследовании D. Xing и J. Bonanno [59].

Основные факторы, влияющие на процесс заживления ран, представлены в таблице.

Основные биохимические факторы, влияющие на процессы регенерации

Несмотря на то что вышеперечисленные исследования не рассматривают явления фиброза при ДЦР, полученные в их ходе данные можно считать применимыми для всех случаев заживления ран, так как механизмы фиброза не отличаются для большинства тканей организма. Для изучения цитокинового профиля и явлений фиброза при ДЦР различные авторы использовали слезную жидкость или биопсийный материал из полости носа.

Изменение цитокинового профиля слезной жидкости было описано при различных заболеваниях и условиях: при синдроме «сухого глаза» [60], в том числе при синдроме Шегрена [61], ношении контактных линз [62], консервативной терапии глаукомы [63] и диабетической ретинопатии [64]. Исследования цитокинового профиля больных с хроническим дакриоциститом, которым проводится хирургическое лечение, в настоящее время единичны. J. Lee и T. Kim [65] изучили уровень TGF-β2 в слезной жидкости пациентов, которым была проведена ЭЭДЦР по поводу хронического дакриоцистита, до операции и в послеоперационном периоде. Был выявлен более высокий уровень TGF-β2 у больных с неблагоприятным исходом оперативного вмешательства, однако слишком малая выборка не позволила сделать какие-либо выводы.

L. Heindl и соавт. [6] изучали биопсийный материал, взятый из среднего носового хода в месте предполагаемой дакриостомы у пациентов, которым была проведена ДЦР наружным доступом. Из 350 прооперированных пациентов положительный результат операции наблюдали в 92% случаев. Из исследования были исключены пациенты с выявленной патологией полости носа. На основании гистологического анализа биопсийного материала, взятого у пациентов с неблагоприятным исходом операции (8% случаев), авторы обнаружили наличие явлений подслизистого рубцевания. G. Smir-nov и соавт. [66] установили связь между признаками фиброза, кальцификации и метаплазии в слизистой полости носа и неудачным исходом ЭЭДЦР на основании исследования биоптатов, взятых из среднего носового хода периоперационно. E. Penttilä и соавт. [67] изучали экспрессию цитокинов воспаления в полости носа больных с хроничес-ким дакриоциститом и выявили ее значительное увеличение по сравнению с данными контрольной группы. Тем не менее экспрессия перечисленных выше про- и антифибротических факторов в слизистой полости носа и ее влияние на исход данного вмешательства до настоящего времени изучены не были.

Остается нерешенным вопрос, какая среда является более информативной (слезная жидкость или ткань слизистой оболочки полости носа) для изучения вышеперечисленных про- и антифибротических факторов при патологии системы слезоотведения. С целью лучшего понимания механизмов фиброза и разработки терапии, позволяющей эффективно его предотвращать при операциях на слезоотводящих путях, целесообразно изучение профибротических и антифибротических факторов, а также механизмов их действия и взаимодействия друг с другом.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

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