Нейродегенерація за діабетичної ретинопатії

Діабетична ретинопатія (ДР) буває у кожного третього пацієнта з діабетом і є основною причиною сліпоти серед людей працездатного віку. У кожного десятого зір значно погіршується через діабетичний набряк макули (ДНМ) або проліферативну ДР. Крім того, ДР підвищує ризик інших ускладнень – нефропатії, інсульту, серцево-судинних захворювань (ССЗ), а також смертності, особливо за діабету 2 типу. Сучасна терапія впливає здебільшого на пізні стадії ДР. Тому пошук нових ефективних профілактичних та інтервенційних стратегій, спрямованих на ранні етапи патогенезу, дасть змогу зменшити ризик ускладнень і скоротити витрати на лікування.

Хоча ДР вважають мікросудинною хворобою, важливу роль у її патогенезі відіграє нейродегенерація (Simó R. et al., 2018). Нещодавно Американська асоціація з вивчення діабету (ААД) визначила ДР як тканинноспецифічне нервово-судинне ускладнення, що передбачає прогресуюче порушення взаємозв’язків між кількома типами клітин сітківки (Solomon S. et al., 2017). Особливої уваги заслуговує патофізіологія нервово-судинного відділу (НСВ).

Роль НСВ у фізіології сітківки

Пошкодження НСВ вважають первинною подією в патогенезі ДР, а стан НСВ можна дослідити різними методами (рис. 1). Компонентами НСВ є судинні елементи (ендотеліоцити, перицити), базальна мембрана (БМ), клітини глії (астроцити, клітини Мюллера), мікроглія, нейрони (гангліозні, амакринові, горизонтальні й біполярні клітини) та імунні клітини (мікрогліальні й периваскулярні макрофаги). Тісні зв’язки між компонентами НСВ забезпечують реалізацію основних функцій НСВ – підтримання цілісності внутрішнього гематоретинального бар’єра (ГРБ) і динамічну регуляцію кровотоку у відповідь на метаболічні потреби сітківки (Antonetti D. et al., 2012; Gardner T., Davila J., 2017) (рис. 2).

Синаптичне вивільнення АТФ стимулює пуринергічні рецептори на гліальних клітинах, що призводить до утворення інозитолтрисфосфату та вивільнення іонів кальцію із внутрішньоклітинних депо. Останні активують фосфоліпазу А2, що перетворює мембранні фосфоліпіди в арахідонову кислоту, котра метаболізується до вазодилататорів простагландину E2 та епоксіейкозатрієнової кислоти або до вазоконстриктора 20-гідроксіейкозатетраєнової кислоти. Простаноїди-вазодилататори синтезуються за низької концентрації NO, тоді як утворення судинозвужувальних простаноїдів переважає за високих концентрацій NO (Metea M., Newmman E., 2007; Bek T., 2017).

Судини сітківки позбавлені вегетативної іннервації, тож регуляція кровотоку залежить від динамічної авторегуляторної реакції НСВ на циркуляторні й нервові сигнали (Newman E., 2013). За діабету порушується не тільки кровоток у сітківці, а й функція НСВ, про що свідчить зменшення вазодилатації на функціональну гіперемію. Відтак зменшується доставляння кисню і глюкози до активних нейронів внутрішнього і середнього шарів сітківки, причому ці зміни передують клінічним виявам ДР (Lott M. et al., 2012; Gardner T., Davila J., 2017). Імовірно, прогресуюча дисфункція НСВ спричиняє ДР, що мають підтвердити тривалі дослідження авторегуляторних реакцій сітківки.

Чи є мікросудинне ураження первинним за ДР?

На ранніх стадіях ДР порушується внутрішній ГРБ, потовщується БМ судин, відбуваються пошкодження і втрата перицитів і ендотеліальних клітин.

Дисфункція ГРБ. Розрізняють внутрішній і зовнішній ГРБ. Цілісність внутрішнього ГРБ залежить від складних зв’язків між клітинними компонентами НСВ. Зовнішній ГРБ утворюється пігментним епітелієм сітківки. В обох ГРБ пасаж білків та інших макромолекул із крові до сітківки контролюється щільними й адгезивними міжклітинними контактами, а саме оклюдином, клаудинами і зонами злипання‑1, які ефективно блокують парацелюлярну проникність (Díaz-Coránguez M. et al., 2017).

Порушення ГРБ, насамперед внутрішнього, є важливою ланкою патогенезу ДНМ (Klaassen I. et al., 2013). Пошкодження ГРБ спричиняють судинний ендотеліальний фактор росту (VEGF), прозапальні цитокіни (IL‑1β, IL‑6, моноцитний хемоатрактивний білок‑1 (MCP‑1), TNF-α) і компоненти комплементу, які секретують пігментний епітелій, клітини глії та імунні клітини. Циркулюючи, лейкоцити можуть взаємодіяти на поверхні ендотеліальних клітин з молекулами адгезії – ICAM‑1, VCAM та селектинами. Прилипання лейкоцитів до ендотелію спричиняє лейкостаз і закупорювання капілярів. Взаємодія судинних та імунних клітин спричиняє ушкодження мікросудин шляхом вивільнення цитокінів і супероксиду, що порушує цілісність НСВ (Xu Y. et al., 2015). На пізніх стадіях ДР циркулюючі імунні клітини і сироваткові білки можуть інфільтрувати сітківку та склоподібне тіло, призводячи до хронічного запалення й ураження судин і нейронів сітківки (Cantón A. et al., 2004).

Постання і прогресування мікроангіопатії в сітківці тісно пов’язані з контролем глікемії та артеріальної гіпертензії. Хоча вплив цих чинників на нейродегенерацію достеменно не виявлено, в очних тканинах зафіксовано основні компоненти ренін-ангіотензинової системи (РАС) і надмірну активацію цих компонентів за діабету (Wilkinson-Berka J., 2006). Блокада РАС в експериментальних моделях діабету послаблює нейродегенерацію сітківки (Silva K. et al., 2009; Ola M. et al., 2013). Щодо глікемічного контролю, то нагромадження кінцевих продуктів глікування й окиснення ліпідів та апрегуляція рецептора для кінцевих продуктів глікування (RAGE) відіграють ключову роль в індукованій гіперглікемією активації клітин Мюллера з дальшим утворенням цитокінів, що може сприяти ДР (Stitt A. et al., 2016).

Отже, дисфункція ГРБ – це важливий ранній патофізіологічний механізм ДР, який охоплює дисфункцію БМ, утрату перицитів, ушкодження ендотелію, активацію глії та ушкодження НСВ.

Потовщення БМ судин сітківки. Судинна БМ відіграє важливу роль як у підтриманні структурної цілісності НСВ, так і у клітинно-матриксній взаємодії. Потовщення БМ капілярів – рання гістологічна ознака ДР, що погіршує міжклітинні зв’язки між клітинами ендотелію і перицитами, постаючи наслідком посиленого синтезу і/або зниження ферментної деградації компонентів, зокрема колагену IV і ламініну (Roy S. et al., 2015). Зміна білкового складу потовщеної БМ порушує селективність її заряду, тож і міжклітинну взаємодію, спричиняючи дисфункцію НСВ. Крім того, потовщена БМ має знижену бар’єрну функцію, що сприяє витіканню рідини за межі судин (Oshitari T. et al., 2006).

Перицити – це спеціалізовані скоротливі клітини нейронного гребеня, які походять з мезодерми й кісткового мозку, регулюють тонус судин і перфузійний тиск (Trost A. et al., 2016). Утрата перицитів порушує цілісність капілярів, що послаблює внутрішній ГРБ і підвищує проникність судин. Основні механізми втрати перицитів за ДР як слід не з’ясовано, хоч є дані, що цей процес випереджає ураження клітин ендотелію. Попри тісну фізичну й паракринну взаємодію цих двох типів клітин, ураження їх може мати незалежний один від одного механізм (Pfister F. et al., 2008; Hammes H. et al., 2011).

Вирішальною подією за ДР є ушкодження ендотеліоцитів. Загибель їх спричиняє ацелюлярність капілярів. Це явище відоме як вазодегенерація або вазорегресія і постає через хронічну гіперглікемію, ініціюючи прогресуючу ішемію, характерну для ДР (Hammes H., 2018). Концептуально вазорегресію можна поділити на такі етапи: селекція гілок → звуження судин → оклюзія → втягнення ендотелію/апоптоз/реінтеграція → спустошення БМ. Визначальним чинником ушкодження ендотеліоцитів є кровоток, а тривале стійке порушення реакцій авторегуляції значною мірою сприяє вазорегресії. Гадають, що процеси утворення судин і вазорегресія в сітківці визначаються балансом сигнальних систем Wnt, Notch та рецепторів ангіопоетину – Tie‑1 (Korn C., Augustin H., 2015).

Візуалізація ранніх стадій мікроангіопатії: роль оптичної когерентної томографічної ангіографії

ОКТА забезпечує глибинні зображення кровотоку в сітківці з високим рівнем деталізації, що дає змогу чітко побачити шари сітківки, включно з капілярними сплетеннями, увиразнює перегляд судин у режимі 3D і полегшує незалежне оцінювання змін у поверхневих, проміжних та глибоких капілярних сплетеннях. Цей метод виявляє притаманні діабетові мікроаневризми і порушення капілярної перфузії, які фіксуються навіть в осіб без клінічних ознак ДР, коли досліджують очне дно (Spaide R. et al., 2018; Hasegawa N. et al., 2016) (рис. 3).

Чи є нейродегенерація первинною подією в патогенезі ДР?

Типовими виявами діабетичної дегенерації нейроглії є реактивний гліоз, дисфункція та апоптоз нейронів сітківки (рис. 4), які передують явній мікроангіопатії (Carrasco E. et al., 2007; Garcia-Ramírez M. et al., 2009). За діабету апоптоз переважно уражає гангліозні й амакринові клітини сітківки, іноді фоторецептори. Структурним наслідком апоптозу є зменшення товщини внутрішніх шарів сітківки й шару нервових волокон, що можна виявити за допомогою оптичної когерентної томографії (ОКТ). Мультифокальна електроретинографія (мфЕРГ) – золотий стандарт оцінювання функції сітківки – дала змогу виявити функціональні наслідки нейродегенерації, зокрема затримку P1 імпліцитного часу (Simão S. et al., 2017). Клінічними наслідками таких структурно-функціональних змін є порушення диференціації відтінків, знижена контрастна чутливість, затримана адаптація в темряві, порушена чутливість полів зору та зниження гостроти зору, що погіршує якість життя (Wolff B. et al., 2015; Trento M. et al., 2017).

Поки не з’ясовано, що є первинним у нейродегенеративному процесі – апоптоз нейронів чи реактивний гліоз. Проте активація глії може відігравати певну роль в ушкодженні нейронів і мікросудин сітківки. Адже астроцити і клітини Мюллера є вкрай важливими для забезпечення гомеостазу НСВ: вони регулюють кровоток у сітківці й водний баланс у нервовій паренхімі та підтримують бар’єрну функцію (Bringmann A., Wiedeman P., 2012). Реактивний гліоз стосується насамперед клітин Мюллера.

Гліоз асоціюється з активізацією VEGF та імунозалежних шляхів, що призводить до надмірної експресії прозапальних цитокінів і дисфункції ГРБ. Окрім макрогліальних клітин, активується мікроглія та імунні клітини сітківки, виникає моноцитарна інфільтрація і субклінічне запалення. Активація мікроглії супроводжується зміною фенотипу до амебоїдної форми і може відігравати дві протилежні ролі, спричиняючи як прозапальний (М1), так і протизапальний (М2) ефект. На ранніх стадіях ДР трапляються обидві відповіді, але згодом реакція М2 суттєво знижується, що спричиняє хронічну активацію класичних прозапальних сигнальних шляхів (Coorey N. et al., 2012; Arroba A., Valverde A., 2017). Це урухомлює механізми нейротоксичності, а зміни транскрипції в активованій мікроглії через сигнальні шляхи NFκB і позаклітинної сигнальної кінази ERK активують прозапальні цитокіни, хемокіни, каспази і глутамат (Altmann C., Schmidt M., 2018). Ці молекулярні медіатори призводять до загибелі нейронів, ушкодження ГРБ та НСВ.

Механізми, які пов’язують нейродегенерацію і мікроангіопатію

Для виживання нейронів за діабету важить баланс нейропротекторів. На ранніх стадіях ДР погіршення регуляції основних нейротрофічних факторів, як-от пігментний епітеліальний фактор (PEDF), соматостатин, глюкагоноподібний пептид-1 (GLP‑1), урівноважується посиленням регуляції VEGF та еритропоетину (Simó R., Hernández C., 2014, 2015). Згодом баланс порушується, що призводить до нейродегенерації сітківки (рис. 5).

Ці знахідки мають важливе терапевтичне значення. З’являється дедалі більше повідомлень про покращення нейропротекції в різних експериментальних моделях завдяки застосуванню інсуліну, PEDF, соматостатину, GLP‑1, інгібіторів дипептидилпептидази-IV (DPP-IV), еритропоетину та його аналогів (Fort P. et al., 2011; Liu X. et al., 2013; Hernández C. et al., 2013, 2016, 2017; Simó R., Hernández C., 2017; Sullivan T. et al., 2012; Busch S., 2014). Як свідчать результати клінічного дослідження EUROCONDOR (The European Consortium for the Early Treatment of Diabetic Retinopathy), місцеве введення соматостатину зупиняє прогресування початкової нейродисфункції за даними мфЕРГ (Simó R. et al., 2017).

Альтернативною терапевтичною мішенню є ендотелін‑1 (ET‑1), котрий зазнає апрегуляції за діабету (De Juan J. et al., 2000). Подвійний шкідливий вплив ЕТ‑1 на судини і нейрони сітківки визначається здатністю зв’язуватися з ендотеліновими рецепторами A та B, що спричиняє звуження судин і вазорегресію та нейродегенерацію відповідно (Chou J. et al., 2014; Minton A. et al., 2012; Tonari M. et al., 2012). Тому блокада ЕТ‑1 може запобігти як мікроангіопатії, так і нейродегенерації.

Нейрони сітківки, зокрема фоторецептори, можуть бути важливим джерелом окисного стресу, що також спричиняє прозапальні зміни та призводить до вазорегресії (Du Y. et al., 2013; Liu H. et al., 2016). Так, фоторецепторні клітини виділяють запальні продукти, які безпосередньо підвищують проникність ендотелію, а нейрони сітківки секретують молекули, як-от семафорин‑3А, котрі сприяють дисфункції ГРБ і можуть призвести до ДНМ (Tonade D. et al., 2017; Cerani A. et al., 2013).

За даними електроретинографї та інших електрофізіологічних методів, у хворих на діабет без явної мікроангіопатії функцію сітківки порушено. До прикладу, у хворих на діабет 1 типу спостерігається нейроретинальна дисфункція в разі відсутності ушкоджень ГРБ за даними флуорометрії склоподібного тіла (Reis A. et al., 2014). В експериментальних тваринних моделях діабету та у пацієнтів з діабетом 1 типу виявлено прогресуюче витончення внутрішньої сітківки за даними ОКТ, що не супроводжується зниженням щільності капілярів (Bogdanov P. et al., 2014; Sohn E. et al., 2016). Проспективні дослідження з використанням мфЕРГ показали, що подовження імпліцитного часу може бути предиктором явних судинних порушень у період від 1 до 3 років (Harrison W. et al., 2011; Ng J. et al., 2008). Проте цілковито виключити наявність субклінічного початкового ураження в учасників цих досліджень не можна, бо флюоресцеїнової ангіографії на початку дослідження не було. Отже, ці дані підвищують імовірність, але не доводять, що нейродегенерація сітківки випереджає судинні розлади. Сьогодні є обмаль надійних клінічних досліджень, які вивчали б нервово-судинні зв’язки. Нещодавнє рандомізоване плацебоконтрольоване дослідження ІІ-ІІІ фази EUROCONDOR не виявило жодного ефекту двох нейропротекторів (бримонідину і соматостатину у формі очних крапель) у запобіганні мікросудинним порушенням або припиненні таких порушень. Утім, негативні результати можуть зумовлюватися коротким періодом спостереження, відмінностями у метаболічному контролі (середні показники HbA1c 7,1% у всіх досліджуваних групах) і значним відсотком пацієнтів, які не мали мікросудинних змін (Simó R. et al., 2017).

Як поєднано мікросудинні й нейронні компоненти?

Для інтеграції мікроангіопатії і нейропатії сітківки за діабетичного ураження очей термін ДР запропоновано замінити терміном діабетична хвороба сітківки – ДХС (Abramoff M. et al., 2018). Однак поки що немає опублікованих досліджень, які чітко описували б специфічні клітинні дефекти мікросудин або нейронів, що призводять до фенотипу ДР. Хоча декілька досліджень із застосуванням таких нейропротекторів, як агоністи GLP‑1 та інгібітори DPP-IV, продемонстрували здатність зменшувати проникність судин у гризунів, не можна з певністю сказати, чим зумовлено цей ефект – нейропротекцією чи прямим впливом на судини (Hernández C. et al., 2016, 2017; Simó R., Hernández C., 2017). Останні результати дослідження EUROCONDOR показали, що значна частина пацієнтів із діабетом 2 типу мають ранні мікросудинні порушення без ознак нейродисфункції (Simó R. et al., 2017; Santos A. et al., 2017).

Отже, нейродегенерація не завжди є очевидною первинною подією в перебігу ДР. Імовірно, у певних підгрупах пацієнтів нейродегенерація може бути передвісником ДР. Проте нейродегенерацію і мікроангіопатію можуть спричиняти незалежні один від одного механізми. Це нове розуміння ДР наголошує на потребі кращого фенотипування та стратифікації пацієнтів із застосуванням не тільки методів оцінювання мікросудинних змін, а й функції сітківки. Щоб визначити те, які зміни є первинними – дисфункція нейронів чи судин, треба враховувати порівнянну чутливість методів, застосовуваних для оцінки зазначених змін. Тому потрібні перспективні дослідження з використанням нових технологій, як-от мікропериметрія очного дна, ОКТА, оксиметрія на основі ОКТ.

Слід зазначити, що ДР може бути наслідком множинних метаболічних порушень, які залежать від тяжкості й тривалості діабету і модулюються наявністю артеріальної гіпертензії, дисліпідемії, системного запалення та хронічної хвороби нирок. Значна схожість фенотипів діабетичної і променевої ретинопатії свідчить про те, що сітківка має обмежену систему засобів реагування на різні шкідливі впливи. З огляду на докази (здобуті як в експериментальних моделях, так і у хворих на діабет) на користь того, що нейродегенерація є ранньою подією в сітківці, можна припустити, що активація глії та посилення апоптозу нейронів бувають у більшості людей із тривалим перебігом діабету. Очевидно також, що у цієї підгрупи постануть мікросудинні порушення, чинниками яких є активація глії і нейродегенерація. Проте на пізніх стадіях ці два патофізіологічні процеси можуть розвиватися незалежно один від одного.

Нейродегенерація сітківки як біомаркер нейродегенеративних захворювань

Численні епідеміологічні дослідження показали, що люди з діабетом 2 типу мають значно вищий ризик нейродегенеративних захворювань, зокрема хвороби Альцгеймера. Онтогенетично сітківка походить із тканин мозку, що може забезпечити легкодоступний неінвазивний спосіб дослідження патології центральної нервової системи – «око як вікно в мозок». Тож можна стверджувати, що за нейродегенерації мозку аналогічний процес відбувається в сітківці. Відомо, що індукована діабетом нейродегенерація сітківки і хвороба Альцгеймера мають декілька спільних патогенетичних механізмів, як-от порушення посилання інсулінових сигналів, запалення низької активності, нагромадження кінцевих продуктів глікування та посилення окисного стресу (Simó R. et al., 2017). Виявлено також кілька патогенних шляхів, які спрацьовують у мозку в осіб з нейродегенеративними хворобами та в сітківці хворих на діабет 2 типу (Sundstrom J. et al., 2018).

Сучасні методи нейровізуалізації, зокрема МРТ, не можуть виявити тонких субклінічних змін у мозку (роздільна здатність <100-500 мкм); вивченню нейродегенеративних процесів сприяє ОКТ (Cheung C. et al., 2017). Виявлено, що чутливість сітківки, визначена за допомогою мікропериметрії, значно корелює з показниками нейродегенерації мозку та когнітивним статусом (Ciudin A. et al., 2017). Тож оцінка чутливості сітківки може бути корисним біомаркером виявлення осіб із діабетом 2 типу та високим ризиком хвороби Альцгеймера.

Когнітивна дисфункція зменшує прихильність до лікування, погіршує контроль діабету, підвищує ризик тяжкої гіпоглікемії і госпіталізації. Рання діагностика когнітивних порушень є корисною ще й тому, що дає змогу персоналізувати підхід до лікування хворих на діабет 2 типу. За рекомендаціями ААД (2013), лікування діабету потребує індивідуалізації з урахуванням когнітивної здатності пацієнта.

Перспективи дослідження і лікування

Діабет спричиняє не тільки класичну мікроангіопатію сітківки та ДНМ, а й нейродегенерацію. Ці процеси тісно пов’язані з прогресуючим порушенням НСВ сітківки. Дисфункція глії відіграє вирішальну роль у порушенні нервово-судинних зв’язків і сприяє раннім мікросудинним розладам. Нейродегенерація є ранньою подією за ДР, але зв’язок її з виникненням і прогресуванням мікроангіопатії залишається нез’ясованим. Треба тривалих клінічних досліджень із використанням високочутливих нових технологій у поєднанні з удосконаленням стратифікації учасників.

Важливо також вивчити наслідки прогресуючої нейродегенерації сітківки за діабету, навіть коли немає клінічно значущої ДР (Abramoff M. et al., 2018). У хворих на діабет без ознак ДР утрата нейроретинальної товщини (шар нервових волокон, гангліозних клітин та внутрішній плексиформний шар) становить близько 0,54 мкм на рік (Sohn E. et al., 2016). За 10 років це 5,4 мкм, що еквівалентно втратам за тяжкої глаукоми. Утрата нейронів знижує сенсорну здатність і якість життя, тож важливо провадити періодичне оцінювання нейродегенерації/нейродисфункції у хворих на діабет.

Поява нейропротективних препаратів для лікування ДР передбачає обстеження пацієнтів на нейродисфункцію сітківки, щоб визначити осіб, яким цей різновид терапії буде корисним. Оцінка нейродегенерації сітківки може бути важливим показником когнітивного статусу і ризику деменції.

Отже, за діабету відбувається дисфункція глії, нейронів та дрібних судин сітківки, що відіграє важливу роль у постанні ДР. Критичною кінцевою точкою є нейродегенерація сітківки. Це рання подія в патогенезі ДР, а потенційними механізмами її є хронічне запалення, активація імунних клітин, позаклітинне нагромадження глутамату і дисбаланс місцевого утворення нейротрофічних факторів. Відмітними рисами нейродегенерації є активізація глії та апоптоз нейронів, а до потенційних наслідків зараховують ушкодження НСВ та ГРБ, зниження якості життя наслідком характерних порушень зору й ризик хвороби Альцгеймера. Нейродегенерація є мішенню нейропротекції, незалежно від потенційного впливу на мікроангіопатію. Cтарі схеми класифікації ДР, які ґрунтуються виключно на якісному оцінюванні мікросудинних порушень, варто замінити надійними кількісними показниками, що відбивають прогресуючу дисфункцію НСВ. Треба додаткових інтервенційних досліджень, спрямованих на вивчення патогенетичних шляхів, які впливають на НСВ, що забезпечить як вазо-, так і нейропротекцію і дасть змогу запропонувати своєчасний ефективний персоналізований підхід до лікування цієї хвороби.

Підготувала Ольга Королюк

Медична газета «Здоров’я України 21 сторіччя» № 17 (462), вересень 2019 р.