Роль нейропептидов в развитии нейродегенерации сетчатки при диабетической ретинопатии

Диабетическая ретинопатия (ДР) – сосудистое и нейродегенеративное заболевание, является одним из основных осложнений сахарного диабета (СД), повышает риск развития слепоты и слабовидения в несколько раз [1]. Нейрональные изменения, снижающие функциональную активность сетчатки, начинаются до клинических проявлений ДР и могут быть выявлены при помощи спектральной оптической когерентной томографии (ОКТ) [2]. Изменения метаболизма, вызванные СД, нарушают гомеостаз во всех тканях организма, в том числе и в структурах глаза [3]. Основными клетками, обеспечивающими нормальное функционирование и жизнедеятельность нейронов сетчатки, являются клетки Мюллера и микроглия, которые в физиологических условиях выделяют различные цитокины, факторы роста и нейробелки. Хроническая гипергликемия вызывает дисбаланс этих молекул, что индуцирует процессы нейродегенерации сетчатки [4].

Нейроспецифические белки – это группа веществ, которые выделяются преимущественно в нервной ткани и регулируют процессы жизнедеятельности нейронов [5]. Многочисленные исследования показывают, что нейротрофические факторы (НТФ) играют важную роль в защите нервной ткани при различных повреждениях. Механизм гибели нейронов зависит не только от выработки нейротоксических веществ, но и от дефицита нейротрофической поддержки [6]. Недостаток синтеза НТФ способствует гибели нервных клеток в результате некроза и запускает процессы апоптоза. Этот факт определяет актуальность изучения роли данных белков в нейродегенеративных процессах в сетчатке.

Цель исследования – определить сывороточный уровень белка S100b, мозгового нейротрофического фактора (BDNF) и фактора роста нервов (NGF) у пациентов с сахарным диабетом 2-го типа и выявить характер взаимосвязей с нейродегенеративными изменениями сетчатки.

Материалы и методы

В основную группу исследования были включены 80 пациентов с верифицированным у эндокринолога СД 2-го типа, которые после первичного осмотра были разделены на две подгруппы: подгруппа I включала 40 пациентов без клинических признаков ДР, подгруппа II включала 40 пациентов с признаками, характерными для непролиферативной ДР. Распределение по полу и возрасту в основной группе: женщин 57,5% (n = 46), мужчин 42,5% (n = 34), средний возраст 60,8 года. Во всех случаях проводилось стандартное офтальмологическое обследование, которое включало визометрию, тонометрию, биомикроскопию и офтальмоскопию в условиях медикаментозного мидриаза. Контрольная группа состояла из 30 практически здоровых лиц, сопоставимых по полу и возрасту с участниками основной группы. Все лица, участвующие в исследовании, давали добровольное информированное согласие. Проведение исследования одобрено этическим комитетом ФГБОУ ВО «Тихоокеанский государственный медицинский университет» от 16.12.2019 протокол № 4.

Для определения морфофункциональных признаков нейродегенерации сетчатки всем участникам исследования проводили ОКТ (аппарат RTVue-100, США) и компьютерную микропериметрию (аппарат MAIA, Италия).

Уровень белка S100b, BDNF и NGF в сыворотке крови определяли с помощью специфических реактивов фирмы R&D Diagnostics Inc. (США) методом сэндвичварианта твердофазного иммуноферментного анализа согласно прилагаемым инструкциям. Учет результатов производили с помощью иммуноферментного анализатора Multiscan (Финляндия). Полученные параметры выражали в пг/мл.

Статистическая обработка полученных результатов проводилась при помощи программы SPSS Statistics 23 (IBM, США). Показатели представлены в виде медиан (Me), нижнего и верхнего квартилей (Q₂₅;Q₇₅). Сравнение количественных величин в несвязанных выборках осуществлялось с использованием U-критерия Манна – Уитни, для корреляционного анализа применяли ранговый коэффициент Спирмена. Различия считались достоверными при p ≤ 0,05.

Результаты исследования

В основной группе уровень сывороточной концентрации белка S100b был достоверно (p = 0,001) выше и составил 56,86 (31,12–104,02) пг/мл в сравнении с контрольной группой 45,19 (37,27–51,79) пг/мл. Анализ уровня BDNF наоборот показал достоверное (p = 0,02) его снижение у представителей основной группы 27,38 (25,15–29,12) пг/мл (в контрольной группе 30,19 (27,38–32,14) пг/мл). Уровень NGF в основной группе был значимо (p = 0,02) выше 7,53 (5,63–10,54) пг/мл (в контрольной группе 5,96 (4,77–8,13) пг/мл).

При анализе ОКТ существенная (p = 0,0001) разница между группами была выявлена в объеме фокальных потерь ганглиозных клеток сетчатки. У пациентов с СД 2-го типа этот показатель составил 1,42 (0,44–2,56)%, в контрольной группе 0,09 (0,01–0,24)%. Функциональное состояние сетчатки у пациентов основной группы отличалось (p = 0,005) снижением средней светочувствительности до 25,52 (24,92–27,2) дБ (в контрольной группе 27,5 (27–28,2) дБ).

При сравнении между собой результатов подгруппы I и подгруппы II мы не обнаружили достоверных различий в инструментальных и лабораторных показателях. Анализ взаимосвязей этих показателей демонстрирует положительную корреляцию между объемом фокальных потерь ганглиозных клеток сетчатки и сывороточным уровнем белка S100b (r = 0,442, p = 0,003). Также положительно коррелировали между собой уровни белка S100b и NGF (r = 0,371, p = 0,016).

Обсуждение полученных данных

В настоящей работе показан высокий уровень белка S100b у пациентов с сахарным диабетом 2-го типа, который коррелировал с объемом фокальных потерь ганглиозных клеток сетчатки. Данный факт может указывать на высокую роль этого нейропептида в патогенезе нейродегенерации сетчатки. В других исследованиях также обнаружены высокие уровни S100b в сыворотке крови и в стекловидном теле у пациентов с диабетической ретинопатией, однако авторы не проводили взаимосвязи с морфофункциональными параметрами [7]. В литературе имеются данные, свидетельствующие о роли S100b в патогенезе нейродегенеративных заболеваний [8]. В низких концентрациях белок действует как нейропротектор и повышает выживаемость нейронов и глии [5]. При сахарном диабете хроническая гипергликемия ведет к повышенной экспрессии рецепторов к конечным продуктам гликозилирования на клеточной поверхности. Это явление приводит к излишней активации микроглии, провоцирует гиперпродукцию провоспалительных цитокинов и активацию апоптоза нейронов [8].

НТФ – секретируемые ростовые факторы, регулируют процессы дифференцировки нейронов и их выживание, активируют рост аксонов и формирование синапсов. Все НТФ синтезируются в виде предшественников, которые в последующем под действием протеаз (плазмин, фурин, матриксные металлопротеиназы) конвертируются в зрелые формы [6]. Влияние НТФ на нервные клетки реализуется через тирозинкиназные рецепторы и рецептор р75NTR [9]. Взаимодействуя с первым типом рецепторов, НТФ повышают выживаемость, стимулируют рост и дифференцировку нейронов. При активации р75NTR возникает сигнал для запуска апоптоза. Зрелые формы НТФ обладают большей аффинностью к Trk-рецепторам, в то время как их предшественники, напротив, обладают большим сродством к p75-рецептору [9].

В 1995 г. H. Hammes и соавт. [10] обнаружили, что у крыс с индуцированным диабетом экзогенное введение NGF предотвращает раннюю гибель ганглиозных нейронов, активацию мюллеровских клеток и развитие капиллярной гипоперфузии. Однако в последующих исследованиях было показано парадоксальное увеличение уровня NGF в сыворотке пациентов с СД 1-го типа, а также в сыворотке крови и слезной жидкости у пациентов с ДР. Повышенные уровни NGF имели положительную корреляцию со стадией ДР и тяжестью СД [11]. В нашем исследовании мы выявили повышенный уровень NGF, что можно рассматривать как компенсаторную реакцию на гиперпродукцию белка S100b. У данных пациентов также выявляется снижение активности матриксной металлопротеиназы-7, которая участвует в формировании зрелых форм NGF [12]. Нарушение баланса proNGF/ NGF в этой ситуации может провоцировать апоптоз нейронов [9].

Следует отметить, что при сравнении между собой результатов у пациентов без клинических проявлений ДР и пациентов с признаками, характерными для непролиферативной ДР, мы не обнаружили достоверных различий в инструментальных и лабораторных показателях. Можно полагать, что процесс нейродегенерации сетчатки запускается до клинических проявлений ДР и на начальных этапах не зависит от сосудистых изменений. Вероятно, микрососудистые нарушения оказывают негативное влияние на нейроны сетчатки в более поздних стадиях ДР по мере нарастания капиллярной гипоперфузии.

В настоящем исследовании установлено снижение сывороточного уровня BDNF у пациентов с СД 2-го типа. Данные литературы по значению нейротрофина в патогенезе ДР довольно противоречивы. Так, X. Liu и соавт. [13] выявили высокий уровень BDNF в сыворотке крови у больных с ДР в сравнении с пациентами без СД [13]. В других исследования показаны низкие уровни BDNF в сыворотке крови и во влаге передней камеры у пациентов с ДР, которые коррелировали с тяжестью ДР [14]. Нейропротективные эффекты BDNF при интравитреальном введении у крыс с индуцированным СД дозозависимы и не достигаются при низких концентрациях из-за ограниченного количества Trk-рецепторов в нейронах сетчатки. При этом однократное введение BDNF повышает выживаемость ганглиозных клеток. Этот эффект продолжается всего несколько недель. Его можно пролонгировать при повторных инъекциях, но при этом повышается риск воспаления, катаракты и ишемии сетчатки [15].

Заключение

В исследовании установлен дисбаланс в сывороточном уровне S100b, BDNF и NGF у пациентов с сахарным диабетом 2-го типа и признаками нейродегенерации сетчатки. Выявленные изменения требуют дальнейшего комплексного изучения с целью определения возможности их использования в качестве дополнительных критериев прогнозирования развития нейродегенерации сетчатки у данной категории пациентов.

Конфликт интересов: авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования: авторы заявляют о финансировании проведенного исследования из собственных средств.