The role of complement system and other inflammatory factors in the development of age-related macular degeneration

Full Text

Возрастная макулярная дегенерация (ВМД) — хроническое прогрессирующее многофакторное заболевание, поражающее макулярную область сетчатки и становящееся основной причиной потери центрального зрения у людей старшей возрастной группы [1]. По данным Всемирной организации здравоохранения, ВМД — одна из основных причин слепоты в мире [2].

Клинически ВМД проявляется образованием друз, изменениями в пигментном эпителии сетчатки, такими как гипопигментация или гиперпигментация, атрофией пигментного эпителия и хориокапиллярного слоя в области центральной ямки сетчатки, развитием хориоидальной неоваскуляризации. Развитие новообразованных сосудов с неполноценной сосудистой стенкой приводит к кровоизлияниям, отёку сетчатки, отслойке пигментного эпителия, фиброзированию и, как следствие, — значительному снижению зрительных функций у пациентов [3–5].

Генетические факторы играют значительную роль в определении риска развития ВМД [6]. Первый серьёзный прорыв в изучении генетики ВМД произошёл в 2005 г., когда в серии публикаций была продемонстрирована взаимосвязь между полиморфизмом в гене фактора комплемента Н (CFH — от англ. Complement Factor H), в результате которой происходит замещение аминокислоты Y402H в FH, и ВМД [7–9].

Этот полиморфизм выявляют у 30–35% представителей европейской популяции, а метаанализ 26 независимых исследований показал, что вариант 402H сопровождается увеличением частоты развития поздней ВМД [10].

После открытия взаимосвязи с CFH в ходе дальнейших широкомасштабных генетических исследований удалось выявить серию генетических локусов, связанных с ­повышенным ­риском ВМД [11]. Если эти локусы ранжировать по их значимости в европейской популяции, двумя наиболее важными будут хромосома 1 (1q32), включающая CFH, а также гены, связанные с фактором комплемента Н (CFHR) 1–5 в кластере RCA (указанный регион содержит полиморфизм Y402H, упомянутый выше), и хромосома 10 (10q31) вблизи генов ARMS2/HTRA1.

Варианты, взаимосвязанные с умеренным влиянием на риск ВМД, были выявлены в регионе C3, генах фактора комплемента I (CFI), а также фактора комплемента B (CFB)/C2 [12–14]. Выявлен ряд других взаимосвязей, однако значимость большинства из них требует подтверждения [11]. Недавно были обнаружены редкие, ассоциированные с ВМД варианты в генах, кодирующих факторы альтернативного пути комплемента, включая CFH, C3, и CFI [15–19]. Также была выявлена ассоциация с ВМД варианта С9, который участвует на заключительном этапе активации системы комплемента.

Таким образом, многие из генов, которые обладают выраженной или умеренной взаимосвязью с риском ВМД, кодируют компоненты альтернативного пути комплемента, с одним большим исключением — ARMS2/HTRA1. Локус ARMS2/HTRA1 достаточно плохо изучен, и до сих пор неясно, какое влияние оказывает этот ген. В одном из исследований была обнаружена взаимосвязь между генотипом ARMS2 и повышенной системной активацией комплемента [20], однако нужны дополнительные исследования для понимания роли этого локуса в развитии ВМД.

Несмотря на то обстоятельство, что генетические изменения локуса хромосомы 1, содержащего кластер RCA, обладают доказанным значением в определении риска развития ВМД, биохимические основы этой ­взаимосвязи ­намного менее изучены. Идентифицировано несколько гаплотипов, включающих гены CFH и CFHR, которые модифицируют риск ВМД [16, 17].

Одиночный нуклеотидный полиморфизм rs1061170, приводящий к полиморфизму Y402H фактора H комплемента, представляет собой распространённый гаплотип, который сопровождается повышенным риском ВМД [8]. Одиночный нуклеотидный полиморфизм rs800292 содержится в гаплотипах, которые обладают относительно протективными свойствами, и этот полиморфизм приводит к замещению аминокислоты V62I в факторе H [21]. Гаплотипы, содержащие распространённую делецию CFHR1 и CFHR3, являются протективными, однако неясно, насколько изменение уровней FHR-1 и FHR-3 обеспечивает этот эффект [8, 22]. Необходимы дополнительные исследования для установления функциональных последствий этих разнообразных гаплотипов.

Сравнительно недавно были разработаны алгоритмы для прогнозирования риска развития поздней ВМД, которые основаны преимущественно на генетическом анализе, а в некоторые модели включены средовые и генетические параметры. В одном из исследований оценивали риск развития неоваскулярной ВМД только на основе генетических маркёров (панель для выявления 13 одиночных полиморфизмов), и такой подход характеризовался 82% чувствительностью и 63% специфичностью [23].

Наблюдения демонстрируют, что генетический анализ полиморфизмов генов, кодирующих локус ARMS2/HTRA1, обладает высокой способностью к прогнозированию [24]. Можно предполагать, что в будущем появится возможность выявлять пациентов с высоким риском, а также разрабатывать стратегии предотвращения развития поздней ВМД.

С учётом того, что одиночные нуклеотидные полиморфизмы в генах комплемента, влияющие на риск развития ВМД, преимущественно участвуют в альтернативном пути активации системы комплемента, очевидно, что этот путь является основным предметом изучения в области исследований ВМД.

Из трёх путей активации системы комплемента, в отличие от классического и лектинового путей, альтернативный путь имеет низкий уровень базовой активности, поэтому он требует постоянного контроля со стороны регуляторных молекул на клеточных мембранах, в экстрацеллюлярном матриксе и жидкой фазе с целью предотвращения опсонизации поверхностей C3b. При нарушении регуляции происходит амплификация комплемента (по механизму положительной обратной связи альтернативного пути), сопровождающаяся увеличением синтеза таких провоспалительных медиаторов, как C3a и C5a, которые привлекают лейкоциты (например, макрофаги).

Анафилотоксины C3a и C5a представляют собой белки небольшого размера, которые обладают рядом важных эффектов, включая медиацию хемотаксиса и воспаления, а также стимулируют образование цитотоксических радикалов кислорода, сокращение гладкомышечных клеток, выброс гистамина из тучных клеток и увеличение проницаемости сосудов [25]. Кроме того, активация комплемента приводит к формированию его терминального комплекса, состоящего из компонентов комплемента C5b–9. Tерминальный комплекс может существовать как в растворённой (SC5b–9), так и в связанной с мембранами форме, где он связывается с разнообразными белками C9, в результате чего образуется мембраноатакующий комплекс, опосредующий клеточное повреждение [26].

Существует ряд регуляторов комплемента, связанных с клеточными мембранами (например, рецептор комплемента 1 или мембранный кофакторный белок), однако белок FH в плазме крови может регулировать активацию комплемента в экстрацеллюлярном матриксе. Фактор H, синтезируемый в печени, а также в глазу человека клетками пигментного эпителия [27], состоит из 20 доменов белков, контролирующих комплемент [28]. Важным механизмом, за счёт которого фактор H локализуется в тканях, которые он защищает, служит его связывание с гликозаминогликанами с помощью двух основных связывающих участков. При отсутствии достаточного связывания фактора Н и его защитных свойств ткани могут подвергаться воздействию комплемента, в результате чего формируются иммунные и воспалительные реакции [29, 30].

Фактор Н-подобный белок 1 (FHL-1) образуется путём альтернативного сплайсинга гена CFH [28]. FHL-1 обладает практически всеми регуляторными функциями FH, однако не имеет локусов для связывания с гликозаминогликанами и сиаловыми кислотами в CCPs19–20, что, как предполагают, является важным фактором, обусловливающим фиксацию FH на некоторых тканях, например в почках [29, 31].Ещё до открытия генетических взаимосвязей между генами системы комплемента и ВМД анализ донорских тканей глаз демонстрировал наличие белков комплемента в глазах с ВМД. Было показано, что мягкие друзы содержат C3 и C5. Мембраноатакующий комплекс (C5b–9) был выявлен в хориокапиллярах и мембране Бруха, однако он редко содержится в неповреждённых клетках пигментного эпителия сетчатки.

Дальнейшие исследования позволили установить, что мембраноатакующий комплекс очень часто присутствует в хориокапиллярах (особенно в межкапиллярных зонах) и мембране Бруха в глазах без ВМД, а также что количество мембраноатакующих комплексов увеличивается с возрастом [32]. Хориокапилляры и мембраны Бруха у людей с ВМД содержат более высокие концентрации этого комплекса по сравнению со здоровыми лицами, сопоставимыми по возрасту [33].

Антитела, позволяющие дифференцировать фактор H и FHL-1, подтвердили присутствие фактора H в хориоидее (собственно сосудистой оболочке глаза), а также в зоне между пигментным эпителием сетчатки и мембраной Бруха, однако непосредственно в мембране Бруха фактор Н не определялся [29]. FHL-1, напротив, был обнаружен в мембране Бруха и вокруг хориокапилляров, но маркёры не выявили его наличия в наружных слоях хориоидеи. Также было установлено, что фактор H покрывает поверхность друз, тогда как FHL-1 присутствует в их центральной части. Некоторая часть этого FHL-1, вероятно, поступает из хориоидальной циркуляции. Однако FHL-1 также синтезируется пигментным эпителием, и в этом случае он может проникать через мембрану Бруха и поступать в экстрацеллюлярный матрикс, окружающий хориокапилляры. Клетки пигментного эпителия синтезируют полноразмерный фактор Н, однако он обладает слишком большой молекулярной массой, чтобы проникать через мембрану Бруха, поэтому он «застревает» между базальной поверхностью пигментного эпителия сетчатки и мембраной Бруха [26]. Фактор H, а также с большей степенью вероятности FHL-1, — единственные члены системы комплемента, которые обладают способностью подавлять активацию комплемента через альтернативный путь в экстрацеллюлярном клеточном матриксе и функционировать в комбинации с другими ингибиторами на клеточных поверхностях [26].

Таким образом, генетические и другие исследования подтверждают ключевую роль нарушений регуляции альтернативного пути комплемента в патогенезе ВМД. В патоморфологических исследованиях было установлено, что начальной локализацией патологического процесса при ВМД является комплекс, включающий пигментный эпителий сетчатки, мембрану Бруха, хориокапилляры с последующей потерей функции фоторецепторов. Остаются вопросы относительно того, как объединить все существующие данные и создать общую гипотезу патогенеза ВМД.

Полученные недавно данные свидетельствуют о том, что основным регулятором активации комплемента в мембране Бруха служит FHL-1, и именно этот белок, вероятно, вносит основной вклад в защиту хориокапилляров. Возможно, что уменьшение содержания FHL-1 в мембране Бруха способно приводить к снижению её способности противостоять отложению C3b в экстрацеллюлярном матриксе как за счёт нарушения связывающей способности (полиморфизм Y402H), так и за счёт изменений синтеза белков клетками пигментного эпителия сетчатки, опосредуемых генетическими факторами или факторами окружающей среды [26].

Существует ряд исследований системных воспалительных биомаркёров в периферической крови, сыворотке или плазме крови. К примеру, в крови пациентов с ВМД был выявлен повышенный уровень компонентов комплемента [34, 35]. Высокое содержание в крови таких регуляторных белков, как CD21 (рецептор комплемента 2), CD35 (рецептор комплемента 1), CD46 (мембранный кофакторный протеин), СD55 (фактор, ускоряющий диссоциацию) или CD59 (протектин), может свидетельствовать об активации комплемента [36]. Однако отсутствие взаимосвязи между развитием ВМД и одиночными нуклеотидными полиморфизмами в генах CD46, CD55 и CD59 указывает на то обстоятельство, что генетические варианты данных регуляторных протеинов не повышают индивидуальную предрасположенность к ВМД [37].

У пациентов с ВМД и гомозиготным СС-вариантом Y402Н замещения в гене фактора Н комплемента отмечена повышенная системная экспрессия таких цитокинов, как интерлейкин-6 (ИЛ-6) и фактор некроза опухоли α (ФНОα), по сравнению с гетерозиготным вариантом СТ или вариантом ТТ [38]. Оба этих цитокина могут запускать патологические изменения в пигментном эпителии сетчатки [39].

Повышенный уровень ФНОα также отражает активность Т-лимфоцитов и макрофагов, участвующих в патофизиологии ВМД [40]. Кроме того, синтезируемые макрофагами ФНОα и ИЛ-1b могут служить биомаркёрами ­хориоидальной неоваскуляризации. Активация макрофагов способна сопровождаться высвобождением матриксных металлопротеиназ, повышенный плазменный уровень которых определяют у пациентов с ВМД [41]. Существуют данные как о взаимосвязи повышенного системного уровня ИЛ-6 и ВМД, так и об её отсутствии [42, 43].

С-реактивный белок (СРБ) — белок острой фазы, служит одним из системных биомаркёров, взаимосвязь которого с ВМД активно изучают. К примеру, в метаанализе Hong и соавт. (2011), включавшем 11 исследований (9 с перекрёстным дизайном и 2 проспективных) приблизительно с 42 тыс. участников, было выявлено, что у людей с концентрацией СРБ в плазме крови выше 3 мг/л риск поздней ВМД повышен в 2 раза по сравнению с лицами с уровнем СРБ, не превышающим 1 мг/л [44].

Предположение о взаимосвязи повышенного системного уровня СРБ и ВМД было подтверждено в обобщённом анализе 5 крупных проспективных исследований [45]. В исследовании, включавшем 5000 пожилых людей из Великобритании, при продольном (лонгитюдном) анализе была обнаружена взаимосвязь повышенного уровня СРБ крови и ВМД, однако при перекрёстном анализе эти результаты подтверждены не были [46].

Выраженное и умеренное повышение в плазме крови концентраций соответственно ИЛ-18 и ИЛ-1b, обладающих провоспалительными характеристиками, у пациентов с СС-аллелями Y402Н варианта может указывать на активацию воспаления при сухой ВМД [10]. Наряду с упомянутыми выше существуют и другие факторы, которые рассматривают в качестве системных биомаркёров ВМД. К ним относятся эотаксин, фибриноген, воспалительный белок-10 (IP-10), пентраксин 3, растворимый Fas-лиганд (sFasL), растворимая межклеточная молекула адгезии-1 (sICAM-1), рецептор II ФНОα (sTNFRII) [40, 43]. Таким образом, несмотря на многочисленные исследования, какого-либо надёжного системного биомаркёра ВМД выявлено не было.

В исследование Y. Yu и соавт. [47] были включены 37 пациентов с неоваскулярной ВМД, 33 пациента с полипоидной хориоидальной васкулопатией (ПХВ) и 18 здоровых человек, сопоставимых по полу и возрасту. Определяли экспрессию интерферона γ (ИФНγ), ИЛ-17 и ИЛ-4 в периферических мононуклеарных клетках крови. Уровень ИФНγ и ИЛ-4 был статистически значимо выше у пациентов с ПХВ и неоваскулярной ВМД по сравнению с контролем (р=0,038 и р=0,014, соответственно) с отсутствием значимых различий между ПХВ и неоваскулярной ВМД (р >0,05). Каких-либо значимых отличий в уровне ИЛ-17 обнаружено не было. Таким образом, полученные результаты могут свидетельствовать о том, что в патогенезе ПХВ и неоваскулярной ВМД принимают участие ИФНγ и ИЛ-4-синтезирующие Т-хелперные клетки 1-го и 2-го типов, при этом ПХВ, вероятно, имеет сходный с неоваскулярной ВМД иммунный ответ.

Исследования воспалительных биомаркёров в слёзной жидкости немногочисленны. В.В. Нероев и соавт. [48] представили данные исследования содержания фактора роста эндотелия сосудов (VEGF — от англ. vascular endothelial growth factor) в слёзной жидкости 28 пациентов с односторонней влажной ВМД на фоне (до и после) терапии ранибизумабом. Была обнаружена взаимосвязь между исходными параметрами, изменениями уровня VEGF в слёзной жидкости и визо-функциональными параметрами на фоне терапии.

Те же авторы [49] провели мультиплексный анализ цитокинов в сыворотке крови и слёзной жидкости при начальной и промежуточной стадиях ВМД. Было выявлено, что начальная стадия ВМД ассоциировалась с повышением уровня ИЛ-17 в слёзной жидкости и дисбалансом между локальной (повышение) и системной (снижение) секрецией трансформирующего фактора роста-β1 (ТФР-β1). При промежуточной стадии ВМД определялось повышение в крови и слёзной жидкости уровней большинства исследованных цитокинов (кроме ТФР-β1), что, по мнению авторов, может отражать стимуляцию не только провоспалительных и ангиогенных реакций, но и активацию противовоспалительных и противоинфекционных факторов.

Ряд исследований посвящён оценке содержания цитокинов и факторов роста в водянистой влаге при различных стадиях и формах ВМД. В водянистой влаге пациентов с неоваскулярной ВМД выявлены значительно повышенная концентрация VEGF и сниженное содержание тромбоцитарного фактора роста (р=0,033 и р=0,038 по сравнению с контролем). Снижение уровня VEGF после инъекции ранибизумаба (р <0,001) коррелировало с изменениями остроты зрения и центральной толщины сетчатки (соответственно р=0,039 и р <0,001), а стойкое повышение уровня VEGF на фоне продолжающейся терапии было ассоциировано с персистирующим или рецидивирующим макулярным отёком.

Повышенный уровень VEGF в водянистой влаге пациентов с экссудативной ВМД был выявлен и в других исследованиях [50–52]. Однако существуют данные и об отсутствии различий в концентрации VEGF при экссудативной ВМД и у пациентов без ВМД при значимо (р <0,05) повышенном уровне МСР-1, а также растворимых молекул адгезии (sICAM и sVCAM) на фоне ВМД [53].

У пациентов с неоваскулярной ВМД выявляют значимое повышение уровня в водянистой влаге целой группы цитокинов. Примером может служить исследование J.B. Jonas, где зарегистрировано повышение уровней EGF, HGF, ICAM-1, ИЛ-12р40, ИЛ-1а2, ИЛ-3, ИЛ-6, ИЛ-8, МСР-1, MIG, MMP-9 и PAI-1 по сравнению с контролем (18 глаз с экссудативной ВМД и 20 глаз в контроле). Определена взаимосвязь толщины сетчатки с концентрациями большинства из перечисленных цитокинов — EGF (p=0,001), HGF (p=0,02), ICAM-1 (p=0,001), ИЛ-12p40 (p=0,006), ИЛ-1a2 (p=0,002), MIG (p=0,001), MMP-9 (p <0,001) и PAI-1 (p=0,01), а уровень ИЛ-6 и МСР-1 был значимо ассоциирован с высотой отслойки ретинального пигментного эпителия [54]. При ВМД также выявлен существенно повышенный уровень протеина-2, связывающего инсулиноподобный фактор роста (IGFBP-2), и инсулиноподобного фактора роста-1 (IGF-1) [50].

P.S. Muether и соавт. изучали уровень ряда цитокинов в водянистой влаге у пациентов с различными стадиями ВМД. Уровень VEGF был повышен у больных промежуточной ВМД, имел тенденцию к повышению при неоваскулярной ВМД и был сходным при ранней ВМД и у пациентов контрольной группы, на основании чего авторы сделали вывод об отсутствии взаимосвязи концентрации VEGF и активности ХНВ у пациентов с неоваскулярной ВМД [51].

Это заключение не подтверждают результаты другой группы исследователей [44], по мнению которых уровень VEGF, напротив, отражает активность ХНВ при ВМД. Авторы выделили несколько групп пациентов с ВМД: нелеченые («наивные») пациенты (n=5), пациенты с рецидивирующей ХНВ после анти-VEGF-терапии (n=14) и с регрессом ХНВ на фоне терапии (n=17). Уровень VEGF у «наивных» пациентов (66,8±35,1 пг/мл) и больных рецидивирующей ХНВ (55,7±63,0 пг/мл) был существенно выше, чем у пациентов с регрессом ХНВ (9,8±12,8 пг/мл; соответственно р=0,036 и р=0,019). Кроме того, уровень ИЛ-6 и ИЛ-8 коррелировал с размером очага ХНВ, а содержание ФНОα и ИЛ-2 было ­значительно ниже у пациентов с рецидивирующей ХНВ.

В исследовании Y. Sakurada и соавт. [55] было выделено две группы «наивных» пациентов, то есть ранее не получавших какой-либо терапии, — с ПХВ (22 глаза) и неоваскулярной ВМД (18 глаз). Контрольную группу составили 20 человек без патологии сетчатки, оперированных по поводу катаракты. Исследовали содержание 14 цитокинов в жидкости передней камеры глаза. Было выявлено, что ПХВ и ВМД характеризовались повышенным уровнем четырёх цитокинов (СРБ, IP-10, ИЛ-1α и ИЛ-15) по сравнению с контрольной группой. При этом содержание ни одного из 14 цитокинов значимо не различалось при ПХВ и ВМД. С помощью мультивариантного регрессионного анализа было подтверждено значение СРБ и IP-10 в патогенезе ПХВ и ВМД, а также взаимосвязь повышения уровня IP-10 с площадью поражения сетчатки при ПХВ и ВМД (р <0,05).

В проспективное исследование случай-контроль T. Agawa и соавт. были включены 37 человек (37 глаз; с ВМД — 25 пациентов, с ПХВ — 12 человек) и 28 представителей контрольной группы (перенёсших операцию хирургии катаракты) [52]. Образцы жидкости передней камеры глаза были получены после инъекции анти-VEGF-препарата (37 глаз) и в 10 случаях — ещё через 2 дня после инъекции во время катарактальной хирургии.

С помощью проточной цитометрии определялся уровень 23 цитокинов. Интраокулярное содержание VEGF, ангиогенина, IP-10, MIP-1β, MIG и МСР-1 было значимо выше (р <0,0022) при ВМД по сравнению с контролем. При этом с помощью мультивариантного анализа было показано, что именно повышенный уровень ангио­генина — важный фактор, характеризующий группу ВМД (р=0,0004). В данном исследовании, в отличие от предыдущего, были выявлены различия в цитокиновом профиле жидкости передней камеры глаза, в частности уровень MIP-1β и МСР-1 был значимо выше у пациентов с ПХВ по сравнению с неоваскулярной ВМД (р <0,05).

Таким образом, изучение генетических полиморфизмов системы комплемента, иммунологических характеристик биологических жидкостей пациентов с различными формами и стадиями ВМД, как исходно, так и на фоне терапии, может способствовать более глубокому пониманию патогенеза ВМД, выявлению паттернов ответа на терапию, прогнозированию её эффективности и разработке индивидуализированных схем терапии.

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов по представленной статье.

About the authors

E A Abdulaeva

Author for correspondence.
Email: abd@inbox.ru
Kazan, Russia

References

Supplementary files