В координации взаимодействия различных метаболических систем организма наряду с центральной нейрогуморальной регуляцией большую роль играют локальные факторы, которые работают на аутокринном и паракринном уровне. К таким факторам относятся эндотелины. Исследования роли эндотелиновой системы (ЭС) в глазной патологии дают все большее основание рассматривать эту метаболическую систему в качестве потенциальной мишени для терапевтического воздействия при лечении целого ряда глазных болезней.

Эндотелиновая система. История открытия ЭС началась в 80-е годы прошлого столетия, когда стало ясно, что клетки эндотелия кровеносных сосудов выделяют некие факторы, способные регулировать тонус сосудов. Фактор, расширяющий сосуды, был идентифицирован как монооксид азота (NO); за это открытие была присуждена Нобелевская премия. В 1988 г. японские ученые опубликовали статью в Nature об открытом ими пептиде и кодирующем его гене, которые содержатся в эндотелии [1]. Этот пептид был назван эндотелином, и он оказался самым сильным и продолжительным по действию из известных в организме, по крайней мере у человека, вазоконстрикторов. Его действие превосходит таковое норадреналина примерно в 100 раз.

В последующие годы интенсивное изучение ЭС обнаружило, что помимо регуляции тонуса сосудов она участвует в регуляции множества других физиологических процессов. Эндотелин считается маркером повреждения эндотелия сосудов [2].

Семейство эндотелинов состоит из трех очень сходных по строению пептидов, состоящих из 21 аминокислоты, за продукцию которых отвечают разные гены [3]. Все эндотелины содержат по два дисульфидных мостика между остатками цистеина. Сильное вазоконстрикторное действие оказывает только эндотелин-1 (ЭТ-1). Его синтез, так же, как и синтез ЭТ-2 и ЭТ-3, проходит несколько стадий. Первоначально синтезируется пептид, состоящий из 212 аминокислот. От этого предшественника путем ферментативного протеолиза отделяется сначала один, а потом и другой фрагмент молекулы и образуется так называемый big-эндотелин, который уже оказывает вазоконстрикторное действие, но менее сильное, чем у ЭТ-1. Далее в основном при участии эндотелин-превращающего фермента (ЭПФ), а также других ферментов (химаза и, вероятно, другие металлопротеиназы) образуется ЭТ-1.

Биологическое действие эндотелинов осуществляется при связывании их с рецепторами. Известны два типа рецепторов к эндотелинам – ЭТ_А и ЭТ_В. Оба рецептора ассоциированы с G-белками, которые опосредуют передачу сигнала внутрь клетки. ЭТ_В оказывает двоякое действие: ЭТ_В, находящийся на поверхности гладкомышечных клеток, действует как вазоконстриктор, а ЭТ_В, расположенный на поверхности эндотелиальных клеток, вызывает вазодилятацию путем увеличения продукции NO.

Таким образом, в регуляции сосудистого тонуса важную роль играет баланс между ЭТ_А и ЭТ_В. Эффект ЭТ-1 также зависит от его концентрации. При низкой концентрации он предпочтительнее связывается ЭТ_В-рецепторами на эндотелии, что оказывает сосудорасширяющее действие, а при высокой – с ЭТ_А-рецепторами на гладкомышечных клетках, вызывая сужение сосудов.

Помимо регуляции тонуса сосудов, ЭС оказывает влияние на клеточную пролиферацию и миграцию, ангиогенез, апоптоз, на все звенья свертывающей системы крови, синтез коллагена, обеспечение нейроваскулярных взаимодействий и многие другие процессы, что определяет участие ЭС в патогенезе различных заболеваний, в том числе заболеваний глаза.

Помимо гладкомышечных клеток сосудистой стенки эндотелины могут оказывать контрактильное действие и на другие гладкомышечные клетки, в том числе радужки. Предполагается, что в этом процессе играет роль способность эндотелинов модулировать высвобождение ацетилхолина из клеток радужки [4]. Из семейства эндотелинов наиболее изучена роль ЭТ-1 в различных физиологических процессах. ЭТ-2 и ЭТ-3 во многом обладают сходными функциями, связываются с теми же рецепторами, показано их присутствие во многих тканях глаза, однако только единичное количество работ посвящено их роли в глазной патологии, о чем будет сказано ниже.

Роль эндотелиновой системы в патогенезе глаукомы. Компоненты Э.С. имеются в тканях переднего отрезка глаза, принимающих участие в регуляции уровня внутриглазного давления (ВГД). ЭТ-1 обнаружен в радужке, непигментном эпителии цилиарного тела, в трабекулярной сети, эндотелиальных клетках, выстилающих шлеммов канал [5]. ЭТ-1присутствует в водянистой влаге. Предполагается, что он секретируется в нее непигментным эпителием цилиарного тела [6].

Имеется много данных, указывающих на роль ЭТ-1 в повышении уровня ВГД при глаукоме. У больных глаукомой в водянистой влаге содержание ЭТ-1 повышено [7]. Концентрация ЭТ-1 и его предшественника big-эндотелина увеличена у больных глаукомой и в слезной жидкости [8]. Эти данные являются подтверждением важной роли эндотелиальной дисфункции и нарушения сосудистой регуляции в патогенезе глаукомы, о чем также свидетельствует изменение содержания фактора Виллебранда в крови и монооксида азота в водянистой влаге у больных глаукомой [9–11].

Данные о содержании ЭТ-1 в крови при глаукоме противоречивы. Ряд авторов не обнаружили его изменения [7, 12]. В то же время имеются сведения о том, что у пациентов с прогрессирующей глаукомой содержание ЭТ-1 в плазме крови выше, чем у пациентов со стабильными полями зрения [13]. Однако повышенная концентрация ЭТ-1 в плазме крови, которая отмечается при многих других заболеваниях, не влияет на уровень ВГД [14].

Интересно, что после индуцированного холодом вазоспазма у больных глаукомой в крови отмечено повышение содержания ЭТ-1, тогда как у лиц без глаукомы его уровень не изменяется [15].

Известно, что на значения ВГД оказывает влияние контрактильная способность гладкомышечных клеток цилиарного тела и трабекулярного аппарата, где обнаружены рецепторы к ЭТ – ЭТ_А и ЭТ_В. Исследование действия антагонистов этих рецепторов выявило, что ЭТ_А обладает контрактильной способностью в большей степени, чем ЕТ_В [16]. На культуре клеток трабекулярной сети человека было показано, что ЭТ₁ вызывает дозозависимое сокращение этих клеток [17]

Введение ЭТ-1 в глаз экспериментальным животным оказывает влияние не только на отток водянистой влаги, но и на ее продукцию [18,19], вызывая увеличение уровня ВГД. В то же время в целом ряде работ отмечается двухфазность изменения величины ВГД после введения ЭТ-1: за повышением значений ВГД следует их снижение, последнее возможно и без повышения.

В этих работах были использованы разные дозы ЭТ-1, что свидетельствует о том, что действие ЭТ-1 на уровень ВГД зависит от концентрации ЭТ-1, которая влияет на предпочтение связывания его с рецепторами – ЭТ_А или ЭТ_В [20].

После лазерной трабекулопластики у кроликов, которая вызывает повышение значений ВГД, в водянистой влаге происходит увеличение концентрации ЭТ-1 [21].

Обнаружена взаимосвязь между ЭС и индуцированной глюкокортикоидами глазной гипертензией. Известно, что глюкокортикоиды увеличивают уровень ВГД вследствие уменьшения оттока водянистой влаги. Предполагается, что это действие глюкокортикоидов опосредуется ЭТ-1, так как глюкокортикоиды увеличивают выход ЭТ-1 в водянистую влагу и подавляют экспрессию ЭТ_В, что приводит к снижению продукции NO, который расслабляет трабекулярную сеть [22].

Имеются доказательства участия ЭТ-1 в механизме гипотензивного действия простагландинов и агонистов простагландиновых рецепторов, применяемых для лечения глаукомы, которые могут повышать отток водянистой влаги благодаря своей способности препятствовать контрактильному действию ЭТ-1 [23, 24].

В настоящее время накоплено много данных, свидетельствующих о том, что препараты, снижающие концентрацию эндотелина или препятствующие его действию, могут быть эффективны для лечения глаукомы [25].

Помимо влияния на уровень ВГД ЭС участвует и в других процессах, лежащих в основе патогенеза глаукомы. Это нарушение местного кровообращения, повреждение зрительного нерва, ремоделирование решетчатой пластинки и гибель ганглиозных клеток сетчатки.

Введение ЭТ-1 в стекловидное тело вызывает снижение кровотока в сетчатке и в головке зрительного нерва, приводит к гибели ганглиозных клеток сетчатки без выявленного повышения уровня ВГД [26]. Это может быть вызвано как ишемией, так и прямым апоптотическим действием ЭТ-1.

Повышение содержания ЭТ-1 является одной из главных причин увеличения давления в ретинальных венах, приводящего к снижению перфузионного давления, развитию гипоксии тканей глаза при глаукоме [27].

ЭТ-1 участвует в пролиферации астроцитов, которая имеет место при глаукомной оптической нейропатии у человека и животных при повышении значений ВГД. На культуре клеток астроцитов головки зрительного нерва человека показано, что ЭТ-1 индуцирует пролиферацию астроцитов путем активации рецепторов ЭТ_А и ЭТ_В, при этом происходит увеличение внутриклеточного содержания кальция [28].

В астроцитах, а также в моноцитах головки зрительного нерва экспрессируется ЭТ-2. Показано, что у мышей линии DBA/2J, у которых развивается глаукома, увеличение экспрессии ЭТ-2 происходит на самых ранних стадиях заболевания – еще до появления признаков повреждения аксонов ганглиозных клеток [29].

Увеличение содержания рецепторов ЭТ_А и ЭТ_В при повышении уровня ВГД обнаружено в слоях нервных волокон, ганглиозных клеток, внутреннем плексиформном и внутреннем ядерном слоях сетчатки крыс [30].

После однократного интравитреального введения ЭТ-1 крысам отмечали его сильное воздействие на антероградный аксональный транспорт, которое носило двухфазный характер: после значительного усиления транспорта следовал период его снижения [31].

Показано, что интравитреальное введение животным ЭТ-1 приводит к апоптозу ганглиозных клеток сетчатки, что используется для моделирования оптической нейропатии у приматов [32].

Доказано профиброгенное действие ЭТ-1, включающее стимуляцию синтеза коллагена I и III типов, ингибирование продукции матриксных металлопротеиназ, индукцию профиброгенных цитокинов и факторов роста [33]. При многих фиброзных заболеваниях усиливается продукция ЭТ-1 [34], поэтому возник интерес к исследованию роли ЭС в изменении структуры решетчатой пластинки при глаукоме.

GFAP-негативные клетки решетчатой пластинки человека экспрессируют пре-про ЭТ-1 и ЭТ_А— и ЭТ_В-рецепторы [35]. Показано, что ЭТ-1 увеличивает синтез коллагена в этих клетках путем активации обоих рецепторов и таким образом может повышать плотность и ригидность коллагеновых волокон решетчатой пластинки, что приводит к повреждению проходящих через нее волокон зрительного нерва [36].

Известна модель глазной гипертензии, создаваемая путем введения химазы – фермента, который превращает малоактивный big-эндотелин в эндотелин. При введении антагониста ЭТ_В повышения уровня ВГД на фоне введения химазы не происходит [37].

В связи с тем, что роль ЭС во всех звеньях патогенеза глаукомы вполне доказана, встал вопрос о возможных путях регуляции функционирования этой системы для разработки новых методов лечения глаукомы. Рассматриваются две возможности угнетения действия ЭТ-1: снижение его синтеза и блокировка рецепторов, через которые он действует.

В зрительном нерве, хориоидее, непигментном эпителии цилиарного тела и сетчатке быка обнаружена активность ЭПФ, что указывает на то, что снизить индуцированные ЭТ-1 патологические процессы в этих тканях можно путем использования ингибиторов этого фермента [38].

К настоящему времени производятся селективные и неселективные (смешанные) антагонисты ЭТ_А— и ЭТ_В-рецепторов для клинического и экспериментального применения. При системном использовании эти ингибиторы могут оказывать гепатотоксическое действие, поэтому применять их следует под контролем активности трансаминаз в сыворотке крови. Перспективным представляется разработка глазной лекарственной формы этих препаратов, что позволит избежать системных осложнений.

Закапывание в глаз селективного антагониста ЭТ_А-рецепторов авозентана приматам, у которых моделировали глаукому, вызывало дозозависимое снижение уровня ВГД [39].

После лазерного воздействия на роговицу кролика в водянистой влаге увеличивается содержание ЭТ-1 и повышаются показатели ВГД, но при предварительном введении антагониста ЭТ_А-рецепторов BQ-485 увеличения уровня ВГД не происходит. Это говорит о том, что ингибирование этого рецептора предотвращает повышение значений ВГД под действием ЭТ-1 [40].

У здоровых людей системное введение антагониста рецепторов к ЭТ-1 BQ-123 восстанавливало ретинальный кровоток после его снижения, вызванного внутривенным введением ЭТ-1 [41]. У больных глаукомой с контролируемым ВГД прием внутрь бозентана не вызывал дальнейшего снижения уровня ВГД, однако кровоток в сетчатке, хориоидее и в головке зрительного нерва существенно возрастал [42].

На культуре ганглиозных клеток сетчатки крыс показано, что добавление в культуральную среду ЭТ-1 вызывает апоптоз этих клеток, который сопровождается значительным увеличением экспрессии ЭТ_В-рецепторов и предотвращается антагонистом этих рецепторов BQ788 [43].

Вышеприведенные сведения свидетельствуют о перспективности разработки препаратов для лечения глаукомы, подавляющих действие ЭТ-1 в глазу. Эти препараты, вероятно, смогут не только снижать уровень ВГД, но и оказывать нейропротекторное действие.

Эндотелиновая система и патология сетчатки. В сетчатке присутствуют все компоненты ЭС, и изменение их содержания наблюдается практически при всех патологических процессах в сетчатке.

ЭС играет важную роль в ауторегуляции сосудов сетчатки и нейроваскулярных взаимодействиях, необходимых для обеспечения этого процесса. Получены данные о существовании в сетчатке по крайней мере трех эндотелинергических осей: 1) между клетками пигментного эпителия сетчатки и капиллярами хориоидеи; 2) во внешнем плексиформном слое и 3) между кровеносными сосудами, астроглией и ганглиозными клетками [44].

На участие ЭС в межклеточных взаимодействиях в сетчатке указывает резкое возрастание содержания рецептора ЭТ в клетках Мюллера в ответ на острое световое воздействие на фоторецепторы. Предполагается, что таким образом клетки Мюллера могут принимать сигнал о повреждении фоторецепторов [45].

Часто отмечаемое повышение содержания ЭТ-1 при многих патологических процессах в сетчатке приводит к увеличению уровня давления в ретинальных венах, что снижает перфузионное давление и вызывает гипоксию [27]. Увеличение содержания ЭТ-1 вызывает усиленную продукцию супероксид-аниона и NO, которые реагируют между собой с образованием токсичного пероксинитрита, что приводит к апоптозу нейронов [46]. Помимо этого, ЭТ-1 увеличивает индуцированную глутаматом гибель нейронов сетчатки в условиях гипоксии [47].

Таким образом, повышение содержания ЭТ-1 при многих патологических процессах в сетчатке является одним из важнейших патогенетических факторов, вызывающих апоптоз ганглиозных клеток сетчатки.

Эндотелиновая система и диабет. Гипергликемия усиливает секрецию ЭТ-1 эндотелием, что способствует развитию при диабетических ангиопатиях эндотелиальной дисфункции [48]. При диабете возрастает как системное (в крови), так и локальное (в тканях глаза и в слезной жидкости) содержание эндотелина [8, 49]. ЭТ-1 через рецептор ЭТ_А вызывает уменьшение кровотока в сетчатке и способствует гибели перицитов [50]. У пациентов с диабетом 1-го типа уровень ЭТ-1 в плазме крови коррелирует с выраженностью микроангиопатии в сетчатке [51].

Получены доказательства участия ЭТ-1 в развитии пролиферативной витреоретинопатии при диабете. ЭТ-1 участвует в формировании эпиретинальной мембраны за счет способности усиливать пролиферацию фибробластов [52], а также секрецию молекул межклеточного матрикса (коллагена I типа и фибронектина) в клетках пигментного эпителия сетчатки [53].

Предполагается, что медикаментозное снижение содержания ЭТ-1 может стать способом предотвращения тракционной отслойки сетчатки при пролиферативной диабетической ретинопатии.

В регуляции гемодинамики в сетчатке участвует и ЭТ-3, содержание которого увеличивается при диабете. Предполагается, что ЭТ-3, так же, как и ЭТ-1, участвует в развитии микроангиопатий в сетчатке [54, 55].

Эндотелиновая система и ангиогенез в сетчатке. Компоненты Э.С. принимают участие в регуляции ангиогенеза в сетчатке. Так, на модели кислородиндуцированной ретинопатии у мышей показано, что в сетчатке на ишемической стадии ретинопатии увеличивается экспрессия ЭТ-2 и рецептора ЭТ_А. Ингибирование рецептора ЭТ_А усиливает физиологический ангиогенез и подавляет патологическую неоваскуляризацию [56].

ЭТ-1 влияет на различные процессы при неоваскуляризации, включая пролиферацию эндотелиальных клеток, миграцию, инвазию, продукцию протеаз, формирование сосудистой трубки. ЭТ-1 воздействует на васкуляризацию и за счет способности увеличивать экспрессию гена эндотелиального фактора роста VEGF, особенно в условиях гипоксии, так как способствует накоплению фактора, индуцируемого гипоксией HIF-1α, который в свою очередь запускает синтез VEGF, а также самого ЭТ-1 [57].

ЭС реагирует на анти-VEGF-терапию. Так, имеются данные, свидетельствующие, что у пациентов с неоваскуляризацией, вызванной возрастной макулярной дегенерацией, интравитреальное введение бевацизумаба повышает содержание ЭТ-1 в водянистой влаге [58]. В плазме крови больных с окклюзией ретинальных вен после интравитреального введения бевацизумаба при хорошем результате лечения содержание ЭТ-1 снижалось, тогда как при отсутствии эффекта – увеличивалось [59]. Экспериментально показано, что блокаторы ЭТ-1 восстанавливают кровообращение в сетчаке при окклюзии ретинальных сосудов [60].

Таким образом, в сетчатке ЭС контролирует кровоток, принимает участие в регуляции взаимодействия отдельных клеточных структур сетчатки, нейроваскулярного взаимодействия, участвует в передаче сигнала от фоторецепторов при различных стрессовых воздействиях, а также в ангиогенезе.

Эндотелины – пептидные гормоны, локально экскретируемые эндотелием сосудов, играют одну из ключевых ролей в развитии очень многих патологических процессов в глазу. Дальнейшее изучение роли ЭС в глазной патологии перспективно в плане не только понимания патогенеза глазных болезней, но и открытия новых возможностей их прогнозирования и лечения.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

Сведения об авторах

Чеснокова Н.Б. – д-р биол. наук, профессор, начальник отдела патофизиологии и биохимии – https://orcid.org/0000-0002-7856-8005

Безнос О.В. – научный сотрудник отдела патофизиологии и биохимии –

Павленко Т.А. – канд. мед. наук, старший научный сотрудник отдела патофизиологии и биохимии – https://orcid.org/0000-0001-8032-4248

Григорьев А.В. – канд. мед. наук, научный сотрудник отдела патофизиологии и биохимии, e-mail: op62-64@yandex.ru

Автор, ответственный за переписку: Чеснокова Наталья Борисовна – e-mail: nchesnokova2012@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0002-7856-8005