Prospects for using agonists and antagonists of P2 receptors in clinical ophthalmology

Full Text

Краткие сведения о пуринорецепторах Пуриновые рецепторы делятся на два больших класса: аденозиновые (Р1) рецепторы, универсальным агонистом которых служит аденозин, и Р2-рецепторы с их универсальным агонистом аденозинтрифосфатом (АТФ). АТФ в условиях in vivo - достаточно нестабильное соединение, так как под действием внеклеточных ферментов (эктонуклеотидаз) быстро распадается в несколько этапов до аденозина и фосфатов. При любых повреждениях клеток АТФ может в значительном количестве выделяться во внеклеточное пространство и действовать на Р2-рецепторы. Это обусловливает особую значимость пуринергической передачи при патологических состояниях. Р2-рецепторы представлены двумя большими подсемействами: лиганд-оперирующими P2X-рецепторами и G-протеин-опосредуемыми P2Y-рецепторами. В настоящее время клонировано семь подтипов Р2Х-рецепторов (P2X1-7) и восемь подтипов P2Y-рецепторов (P2Y1, 2, 4, 6, 11-14). Было показано наличие Р2-рецепторов практически во всех тканях организма человека и животных, их участие во многих физиологических и патологических процессах [1]. Распределение подтипов аденозиновых и Р2-рецепторов в различных структурах организма активно изучают. В этом обзоре мы остановимся на роли Р2-рецепторов в органе зрения. Роль агонистов Р2-рецепторов в заживлении ран роговицы и лечении синдрома сухого глаза Первые исследования роли пуриновых соединений и пуринергической нервной передачи в физиологии роговицы появились ещё в начале 70-х годов прошлого века, когда Dikstein и Maurice [8] показали, что закапывание аденозина на повреждённую роговицу приводит к уменьшению отёка. Р2-рецепторы могут принимать участие в нескольких клеточных процессах. Во-первых, это насосная функция эндотелия роговицы. Внеклеточные нуклеотиды, действуя на P2Y-рецепторы, стимулируют ионный транспорт [50]. Во-вторых, агонисты Р2-рецепторов также повышают барьерную роль роговицы, вероятно, за счёт облегчения дефосфорилирования лёгких цепей миозина, что способствует усилению связывания соседних клеток [37]. В-третьих, пуриновые рецепторы влияют на пролиферацию клеток эндотелия роговицы. Данное свойство особенно важно с клинической точки зрения, так как у человека эндотелий роговицы не регенерирует, и в результате его повреждения может необратимо нарушаться прозрачность роговицы. В свете этого очень интересны данные Cha и соавт., которые выяснили, что АТФ, действуя на P2Y2-рецепторы, усиливает пролиферацию бычьего эндотелия роговицы [5]. Отдельное направление - изучение роли Р2-рецепторов в процессе регенерации роговицы. Было показано, что агонист P2Y2-рецепторов диаденозинтетрафосфат (Aф4A) ускоряет, а диаденозинтрифосфат (Aф3A) и диаденозинпентафосфат (Aф5A) задерживают скорость заживления повреждений эпителия роговицы, при этом подавление экспрессии гена P2Y2-рецептора замедляет реэпителизацию [7]. В других работах было продемонстрировано, что P2X7-рецептор тоже влияет на эпителизацию и организацию стромы роговицы. У нокаутных (генетически дефицитных) по P2X7-рецепторам мышей отмечена тенденция к замедлению эпителизации роговичной раны, также у них нарушены ультраструктура роговицы и организация коллагеновых волокон [19]. Необходимо учитывать, что нуклеотиды, агонисты Р2-рецепторов, присутствуют в слезе интактных животных, что может естественным образом способствовать заживлению ран роговицы. Группой авторов под руководством Sissons была обнаружена вовлечённость пуринергической передачи в патогенез инфекционных поражений роговицы. Они сравнили активность экто-АТФазы штаммов простейшего Acanthamoeba, вызывающих и не вызывающих поражение роговицы, и выявили значимо большую активность у экто-АТФазы первых. Данный признак было предложено использовать для определения патогенных штаммов Acanthamoeba. Была обнаружена возможность уменьшения цитотоксичности Acanthamoeba при использовании ингибитора экто-АТФазы и антагониста P2-рецепторов сурамина. Всё это ясно указывает на важную роль экто-АТФазы в патогенезе акантамёбного кератита [39]. Дальше всего в практическом смысле продвинулись исследования об использовании агонистов Р2-рецепторов для лечения синдрома сухого глаза. Было показано, что динуклеотиды в большей степени распространены в качестве естественных составляющих слезы, чем мононуклеотиды, а также, что при синдроме сухого глаза содержание Аф4А и Аф5А значительно повышается [29]. Кроме того, некоторые нуклеотиды и динуклеотиды, применяемые местно, могут стимулировать слезоотделение, и действие их реализуется через P2Y2-рецепторы [23]. В клинических исследованиях на кроличьих моделях синдрома сухого глаза было показано, что синтезированное соединение INS365 [диуридинтетрафосфат, диквафозол (diquafosol) или пролакрия (prolacria)] за счёт активации P2Y2-рецепторов и усиления транспорта ионов хлора стимулирует секрецию водной и гликопротеиновой части слезы [23]. Отметим, что по такому же принципу действует потенциальное лекарственное средство денуфозол, предложенное для лечения муковисцидоза. Оно, как и диквафозол, проходит третью фазу клинических испытаний. Роль Р2-рецепторов в регуляции внутриглазного давления (ВГД) Изучение роли пуринергической передачи в работе структур передней камеры началось в 90-х годах прошлого века, когда было показано, что под действием АТФ снижается количество норэпинефрина (норадреналина), высвобождаемое клетками радужки, а следовательно, становится менее выраженным мидриатический эффект этого медиатора, и что в пигментных и беспигментных эпителиальных клетках цилиарного тела присутствуют P2-рецепторы [12]. Существуют как морфологические, так и функциональные доказательства наличия многих подтипов Р2Y-рецепторов в различных структурах передней камеры глаза и цилиарного тела [40]. Активно изучается способность пуринов изменять ВГД. Исследования нуклеотидов, проводимые Pintor и соавт. [28, 30], позволили разделить их на две основные группы: повышающие и понижающие ВГД. В первую группу входят 2-метил-тиоАТФ, АТФ-γ-тио и собственно АТФ, которые вызывают явное повышение ВГД с максимумом действия 2-3 ч после инстилляции [17]. За их действие, вероятно, ответственны P2Y1- и P2Y2-рецепторы [11]. Повышают ВГД и динуклеотиды диаденозиндифосфат (Aф2A), Aф3A и Aф5A [40]. В дополнение к этому есть данные о том, что подавление экспрессии гена P2Y2-рецепторов вызывает снижение ВГД [17]. Во вторую группу снижающих ВГД нуклеотидов входят β,γ-метиленАТФ и α,β-метиленАТФ. Эти агонисты предположительно действуют на P2X2-рецепторы, активация которых вызывает увеличение высвобождения ацетилхолина, способствующего расслаблению клеток трабекулярного аппарата и оттоку водянистой влаги [28]. Снижает ВГД уридиндифосфат, его действие опосредовано, вероятно, через P2Y6-рецепторы отростков цилиарного тела [16], а также Aф4A [40]. Подтверждают роль нуклеотидов в регуляции ВГД и сведения о физиологических источниках этих веществ. Так, в водянистой влаге кроликов были найдены аденозинмонофосфат, аденозиндифосфат (АДФ), АТФ, Aф4A и Aф5A [29], в эпителии цилиарного тела был найден АТФ в концентрации 4-8 мкМ [22]. Совсем недавно были получены интересные данные о том, что содержание Aф4A во влаге передней камеры больных глаукомой в 15 раз выше такового у здоровых людей [4]. Можно предположить, что Aф4A при глаукоме защищает автономную иннервацию цилиарного тела и трабекулярного аппарата. Также Aф4A может быть биологическим маркёром глаукомы. Терапевтический потенциал эндогенных нуклеотидов в лечении глаукомы весьма ограничен, так как они быстро разлагаются под действием ферментов, что снижает их активность, эффективность и продолжительность действия. Синтезированы устойчивые синтетические аналоги этих веществ, агонисты P2Y1-рецепторов, которые, помимо устойчивости к гидролизу, обладают сильным гипотензивным действием, сопоставимым с таковым у тимолола, дорзоламида и латанопроста [10]. Таким образом, Р2-рецеп-торы - перспективная мишень для действия будущих гипотензивных офтальмологических препаратов. Значение нуклеотидов в развитии катаракты Хрусталик - ткань организма с самым высоким содержанием АТФ [13], однако физиологический смысл этого феномена до сих пор полностью не ясен. В 1973 г. Hovkin показал, что при старении происходит снижение содержания АТФ в хрусталике коров. Он считал это механизмом старения хрусталика и нарушения его прозрачности. Также было продемонстрировано, что содержание АТФ в хрусталике с возрастной катарактой значительно ниже такового в прозрачном хрусталике [3]. Помимо АТФ, в хрусталике содержится большое количество других пуринов: гуанозинтрифосфат, уридинтрифосфат, аденозинтетрафосфат, Аф3А [13, 44]. Ввиду аваскулярности хрусталика и его расположения между водянистой влагой и стекловидным телом очевидно, что основным источником нуклеотидов в хрусталике служат эти жидкости. Конечно, из всех нуклеотидов наиболее подробно изучены функции АТФ. Во-первых, АТФ используется многими транспортными системами, например Na+/K+-АТФазами и Са+2-АТФазами, которые в свою очередь обеспечивают постоянство объёма хрусталика и его прозрачность [38]. Во-вторых, АТФ стабилизирует структуру белков хрусталика, α-кристаллинов, и делает их менее чувствительными к действию протеаз [2]. В-третьих, высвобождаясь во внеклеточное пространство, АТФ участвует в ответе хрусталика на повреждение [6]. Как и в роговице, в хрусталике человека и многих других млекопитающих наиболее распространены P2Y-рецепторы [6, 20]. Что касается Р2Х-рецепторов, Suzuki-Kerr и соавт. обнаружили, что неактивные в нормальных условиях Р2Х-рецепторы хрусталика активируются в условиях гиперосмотического и гипергликемического стресса, что может вносить вклад в развитие диабетической катаракты [43]. Эффекты Р2-рецепторов в основном реализуются посредством повышения уровня Са2+, который модулирует различные ионные каналы, определяющие общий мембранный потенциал хрусталика [35] и регулирующие его объём [45]. Другое практическое приложение заключается в том, что нуклеотиды участвуют в росте хрусталика. Добавляемый даже в минимальных концентрациях АТФ, действующий на P2Y2-рецепторы хрусталика, снижает скорость пролиферации его эпителиальных клеток и последующую их дифференциацию в волокна хрусталика [9]. Эти данные особенно интересны в связи с тем, что изменения в скорости роста хрусталика связаны с развитием катаракты, поэтому АТФ, высвобождаемый после повреждения клеток или воспаления, может быть индуктором катаракты. Таким образом, приведённые данные ясно указывают на то, что P2Y-рецепторы могут быть перспективной мишенью в разработке антикатарактогенных лекарственных препаратов, которые пока не созданы. P2-рецепторы в сетчатке глаза На сегодняшний день показано, что P2-рецепторы экспрессируются нейронами, глиальными клетками, перицитами микрососудов и пигментными эпителиальными клетками сетчатки [46]. Пуриновые соединения, вероятно, вносят вклад в передачу быстрых возбуждающих нервных импульсов путём активации Р2Х-рецепторов и оказывают нейромодулирующую роль, действуя на P2Y-рецепторы. Установлено, что Р2-рецепторы способны модулировать работу нейронов сетчатки: палочек - P2X7-рецепторы [33], а колбочек, амакринных и ганглиозных клеток - P2X2-рецепторы [14, 31]. Пурины регулируют функции глиальных клеток и пигментного эпителия сетчатки. P2Y1- и P2Y2-рецепторы этих клеток, активируемые АТФ, стимулируют абсорбцию избытка жидкости из внеклеточного пространства, обеспечивая таким образом плотное прилегание пигментного эпителия к над- и подлежащим структурам сетчатки [15]. Пуринергическая передача вовлечена в двусторонний диалог между нейрональными и глиальными клетками сетчатки. Это выражается, например, в возбуждении P2Y-рецепторов глиальных клеток молекулой АТФ, которая высвобождается нейронами сетчатки [26], а также в расширении и сужении артериол сетчатки, происходящих в ответ на нейронально-глиальные нервные импульсы [21]. Что касается источников пуринов, в литературе есть данные о хранении и высвобождении АТФ различными клетками сетчатки. Так, Newman продемонстрировал увеличение внеклеточного содержания АТФ в ответ на стимуляцию светом. Источником АТФ, по его предположению, служат амакринные и ганглионарные клетки [26]. АТФ выделяется и ненейрональными клетками, такими как астроциты, клетки Мюллера, пигментный эпителий сетчатки [22, 25]. Отдельно следует остановиться на работах, изучающих роль пуринергической передачи при различных патологических состояниях сетчатки. Интересно, что действие пуринов при патологии двойственное: в разных ситуациях одно и то же соединение может оказывать и защитное, и повреждающее действие. Одно из наиболее частых и серьёзных проявлений хронического повреждения сетчатки - пролиферация глиальных клеток (глиоз). Пролиферативный компонент присутствует при таких распространённых состояниях, как диабетическая ретинопатия, неоваскулярная возрастная макулярная дегенерация, посттромботическая ретинопатия и некоторые другие. В экспериментах in vitro показано, что процесс пролиферации глиальных клеток стимулируется АТФ с участием P2Y-рецепторов и факторов роста [47]. Глиоз сетчатки характеризуется ранним увеличением Р2-рецептор-опосредованных токов Ca2+, следовательно, выброс АТФ может быть сигналом, который инициирует процессы защиты и репарации сетчатки. В процесс нейрональной дегенерации (при механическом повреждении и повышении ВГД) может быть вовлечён избыточный выброс АТФ. Так, длительная активация P2X7-рецепторов (посредством АТФ) вызывает апоптоз ганглиозных клеток сетчатки, и этот механизм, возможно, объясняет гибель клеток при глаукоме [34]. Баланс между концентрацией внеклеточного АТФ и аденозина может определять уровень гибели ганглиозных клеток, так как аденозин ингибирует P2X7-рецептор-опосредованный апоптоз ганглиозных клеток [49]. Ещё одну группу составляют заболевания, ведущие к гибели фоторецепторов, в числе которых пигментный ретинит и возрастная макулярная дегенерация. Puthussery и Fletcher [32] обнаружили, что интравитреальные инъекции АТФ, возбуждающего P2X7-рецепторы, вызывают апоптоз клеток-фоторецепторов, а предварительные инъекции антагониста Р2-рецепторов защищают от действия АТФ и предотвращают их гибель. Более того, авторы показали, что антагонисты Р2-рецепторов на 30% увеличивают выживаемость фоторецепторов на мышиных моделях пигментного ретинита - генетического заболевания, ведущего к необратимой потере зрения. Проводившие похожие исследования Yang и соавт. предположили вклад АТФ-опосредованного апоптоза в патогенез возрастной макулярной дегенерации [48]. Очевидно, что участие Р2-рецепторов в физиологических и патофизиологических процессах сетчатки многогранно, и эта область знаний обладает мощным терапевтическим потенциалом. Роль пуринергической передачи в эмбриогенезе глаза В литературе есть интересные сведения о роли пуринергической передачи в эмбриогенезе глаза. Так, было показано, что опосредованные пуринами нервные импульсы - триггеры экспрессии генов, отвечающих за развитие глаза лягушки Xenopus laevis. Избыточная экспрессия эктонуклеозидтрифосфат-дифосфогидролазы-2 (Э-НТДазы-2), фермента, который превращает АТФ в АДФ, вызывала появление эктопических глазоподобных структур, вплоть до дупликации глаз. Кроме того, гиперэкспрессия Э-НТДазы-2 увеличивает, а гипоэкспрессия - уменьшает трансляцию Pax6 - ключевого гена в развитии глаза. В дополнение были представлены сведения о том, что действие продукта Э-НТДазы-2 АДФ реализуется через P2Y1-рецепторы [18]. Pearson и соавт. выяснили, что развитие куриных эмбрионов в присутствии уридинтрифосфата значительно увеличивает диаметр глаза [27]. Подробно изучается влияние пуринергической передачи на развитие сетчатки. Sugioka с соавт. [41] на эмбриональной куриной нейрональной сетчатке продемонстрировали участие P2Y2- и P2Y4-рецепторов в синаптогенезе сетчатки, а также выявили значимое снижение митотической активности в сетчатке в ответ на инъекцию неселективного антагониста Р2-рецепторов. В дальнейшем было показано, что P2Y-рецепторы, в частности P2Y1-рецепторы, опосредуют дифференциацию клеток-предшественниц в нейроны [42], а также стимулируют пролиферацию биполярных клеток и клеток Мюллера [36]. Таким образом, результаты приведённых исследований демонстрируют новые механизмы, регулирующие эмбриогенез сетчатки и глаза в целом. Суммируя изложенные в данном обзоре сведения, можно сделать вывод о важной роли Р2-рецепторов во многих процессах, протекающих в органе зрения в норме и при патологии, а также перспективности поиска новых лекарственных препаратов, агонистов и антагонистов этих рецепторов. Р2Y2-рецептор настолько важен при регенерации роговицы, что блокирование его гена препятствует восстановлению роговицы после повреждения, сила гипотензивного действия некоторых нуклеотидов превосходит эффект имеющихся антиглаукомных препаратов, а улучшающее образование слёзной жидкости лекарственное вещество, аналог агониста P2Y2-рецептора, уже проходит третью фазу клинических испытаний. Тем не менее, ещё существуют пробелы в знаниях о пуринергической регуляции функций органа зрения, и заполнение этих пробелов - актуальная задача мировой науки.

About the authors

A P Ziganshina

Kazan State Medical University, Kazan, Russia

Email: annaziganshina@gmail.com

B A Ziganshin

Kazan State Medical University, Kazan, Russia

A N Samoilov

Kazan State Medical University, Kazan, Russia

A U Ziganshin

Kazan State Medical University, Kazan, Russia

References

Supplementary files