Несмотря на то что первичная открытоугольная глаукома (ПОУГ) является распространенным заболеванием, ее молекулярные механизмы до настоящего времени изучены не полностью. До сих пор не разработано и не внедрено в практику этиотропное и патогенетическое лечение этой болезни. В связи с этим задачей данного обзора стало рассмотрение патогенеза увеличения внутриглазного давления (ВГД) при ПОУГ на молекулярном уровне с целью поиска новых мишеней для терапии.

Выделяют два пути оттока внутриглазной жидкости (ВГЖ): традиционный (он же трабекулярный) и нетрадиционный, который, в свою очередь, можно подразделить на увеосклеральный, увеовортексный и увеолимфатический [1]. Трабекулярный путь обеспечивает основную регуляцию внутриглазного давления (ВГД): на него приходится до 90% всего оттока ВГЖ у взрослых людей [2]. Более того, ведущую роль в патогенезе повышения ВГД при ПОУГ играют изменения в традиционном пути оттока [3] – поэтому далее мы рассмотрим именно этот путь.

В механизме сопротивления оттоку ВГЖ по трабекулярному пути выделяют две составляющие: проксимальную (трабекулярная сеть и внутренняя стенка Шлеммова канала) и дистальную (коллекторные каналы с устьями и интрасклеральные сплетения) [4]. Экспериментально было показано, что при высоких значениях ВГД основная доля (более 70%) от общего сопротивления оттоку приходится на проксимальный компонент сопротивления [5].

В трабекулярной сети выделяют три части: увеальную, корнеосклеральную и юкстаканаликулярную [6]. Увеальная и корнеосклеральная трабекулярные сети организованы в виде множества тяжей, в центре которых имеются коллагеновые и эластические волокна, окруженные базальной мембраной, на которой расположены эндотелиальные клетки. Расстояние между отдельными тяжами велико, что не создает значительного препятствия оттоку, но оно уменьшается по направлению от увеальной к корнеосклеральной сети [6]. Эндотелиальные клетки трабекул способны к фагоцитозу [7]. При ПОУГ количество эндотелиоцитов снижено [8], поэтому частицы, находящиеся в ВГЖ передней камеры, – высокомолекулярные белки, пигментные гранулы – могут вызывать обструкцию трабекулярной сети [6].

Юкстаканаликулярная область представляет собой внеклеточный матрикс, в котором расположены фибробластоподобные клетки [6]. Предполагается, что наибольшая доля сопротивления оттоку ВГЖ сосредоточена в этой зоне, а также во внутренней стенке Шлеммова канала [9], т. к. пространства для оттока ВГЖ здесь малы [4]. При ПОУГ наблюдается избыточное накопление внеклеточного матрикса в юкстаканаликулярной области [10]. Интересно, что морфология этой зоны меняется в зависимости от ВГД: при увеличении ВГД размеры юкстаканаликулярной области увеличиваются за счет того, что ее клетки растягиваются и раскрываются наподобие паруса [6].

Внутренняя стенка Шлеммова канала представлена фенестрированной базальной мембраной и непрерывным монослоем эндотелиоцитов, между которыми имеются плотные контакты. ВГЖ проходит сквозь клетки через поры. Существует два вида пор: I-поры (внутриклеточные) и B-поры (межклеточные) [6]. Предполагается, что они формируются постоянно при прохождении ВГЖ через слой эндотелиоцитов под влиянием градиента гидростатического давления: накапливающаяся под клеткой жидкость деформирует ее, что приводит к истончению слоя цитоплазмы между апикальным и базальным листками клеточной мембраны, их сближению и слиянию с образованием поры. Деформируемость эндотелиальных клеток Шлеммова канала и, следовательно, их способность к формированию пор определяются жесткостью этих клеток, состоянием их сократимости [11]. В глазах пациентов с глаукомой количество пор снижено [12], что приводит к увеличению сопротивления оттоку ВГЖ [13]. Это связано с повышенной экспрессией белков цитоскелета: гладкомышечного актина и α1-цепи тропомиозина в эндотелиоцитах Шлеммова канала человека [14].

При ПОУГ размеры просвета Шлеммова канала меньше, чем в норме [15]. Повышение ВГД вызывает растяжение трабекулярной сети и ее протрузию в просвет Шлеммова канала и в устья коллекторных каналов [6], что приводит к его сдавлению, снижению оттока ВГЖ и дальнейшему нарастанию ВГД [15].

Повышение ВГД при ПОУГ возникает вследствие увеличения сопротивления оттоку трабекулярной сети [3]. При ПОУГ жесткость трабекулярной сети увеличена, при этом существует положительная корреляция между данной величиной и сопротивлением оттоку ВГЖ [16]. Жесткость повышается вследствие избыточного накопления внеклеточного матрикса, кросслинкинга коллагеновых и эластических волокон в трабекулярной сети [17] и увеличения жесткости эндотелия Шлеммова канала [14]. Эти изменения обусловлены взаимодействием цитокинов и других сигнальных молекул, о которых пойдет речь далее.

Трансформирующий фактор роста β (TGF-β) – многофункциональный цитокин, который ингибирует пролиферацию клеток, стимулирует эпителиально-мезенхимальный переход и синтез внеклеточного матрикса. TGF-β увеличивает экспрессию фактора роста соединительной ткани (CTGF), фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), фактора роста фибробластов (FGF) и фактора роста тромбоцитов (PDGF) [18].

Физиологически TGF-β продуцируется в не­больших количествах эпителием ресничного тела, клетками хрусталика [18] и трабекулярной сети [19]. Существуют 3 изоформы этого цитокина: TGF-β1, TGF-β2 и TGF-β3. В ВГЖ у человека преобладает TGF-β2 [18]. В физиологических условиях TGF-β секретируется в неактивной форме, будучи связанным с латентно-ассоциированным белком (LAP) и белком, связывающим латентный TGF-β (LTBP) [18]. Неактивная форма TGF-β ковалентно связана с внеклеточным матриксом и активируется матриксными металлопротеиназами 2 и 9 (MMP-2, MMP-9), плазмином и тромбоспондином (TSP-1) [17].

Активная форма TGF-β2 связывается со своим рецептором на поверхности клетки, в результате чего происходит фосфорилирование факторов транскрипции Smad 2/3 и их связывание с Smad 4. Комплекс Smad 2/3 – Smad 4 проникает в ядро и активирует экспрессию целевых генов, которые описаны далее. Конечный эффект TGF-β2 на трабекулярную сеть – стимуляция фиброза. При ПОУГ количество TGF-β2, а также TGF-β1 и TGF-β3 в ВГЖ увеличено [20][21], причина этому неясна [17].

Wnt-сигналинг (Wnt – wingless related integration site) – важный сигнальный путь, регулирующий пролиферацию, дифференцировку и апоптоз клеток. Wnt-сигналинг включает канонический (Wnt/β-катенин), неканонический и кальций-опосредованный пути [22]. Было показано, что изменения в каноническом Wnt-сигнальном пути могут приводить к увеличению ВГД при глаукоме у человека [23].

Главным эффектором канонического Wnt-сигнального пути является β-катенин. Этот путь может быть в двух состояниях: выключенном и включенном. Когда он находится в выключенном (неактивном) состоянии, β-катенин, будучи связанным с белками – аксином, GSK3 (киназа гликоген-синтазы 3) и APC (adenomatous polyposis coli), – находится в цитоплазме и не может проникнуть в ядро и запустить экспрессию целевых генов. Во включенном (активном) состоянии секретируемый гликопротеин Wnt связывается с рецепторами на поверхности клетки: Fzd (frizzled) и LPR5/6 (белок, связанный с рецепторами липопротеинов низкой плотности 5/6). Этот комплекс путем фосфорилирования активирует белок Dvl (dishevelled), который блокирует белковый комплекс, ингибирующий β-катенин, таким образом приводя к высвобождению β-катенина. β-катенин проникает в ядро, где связывается с фактором транскрипции Т-клеток (TCF/LEF). Комплекс β-катенин/TCF/LEF активирует транскрипцию целевых генов [22]. В клетках трабекулярной сети β-катенин стимулирует экспрессию матриксных металлопротеиназ (MMP) [24] и препятствует опосредованному TGF-β2 накоплению внеклеточного матрикса [25]. У гликопротеина Wnt есть естественный антагонист – sFRP-1 (секретируемый связанный с frizzled белок 1), который блокирует связывание Wnt с Fzd и LPR5/6. Белки Wnt-сигнального пути экспрессируются в клетках трабекулярной сети человека, причем при глаукоме экспрессия sFRP-1 увеличена. В результате Wnt-сигнальный путь блокируется и происходит «растормаживание» TGF-β2 и накопление внеклеточного матрикса в трабекулярной сети [23].

YAP (Yes-ассоциированный белок) и TAZ (транскрипционный ко-активатор с PDZ-связывающим мотивом) – белки-механотрансдьюсеры, которые экспрессируются в клетках трабекулярной сети [26]. Они по-разному действуют на сигнальные пути TGF-β и Wnt: YAP усиливает активность SMAD 7, который ингибирует сигнальный путь с рецепторов TGF-β [27]; TAZ усиливает эффекты TGF-β – он необходим для локализации комплекса SMAD 2/3 в ядре и его транскрипционной активности в ответ на TGF-β [28]. YAP и TAZ ингибируют Wnt-сигналинг путем прямого взаимодействия с β-катенином. Однако YAP также может усиливать Wnt-сигналинг [28]. Таким образом, TAZ оказывает профиброгенное действие на трабекулярную сеть посредством усиления сигнального пути TGF-β, влияние YAP на морфологию этой структуры требует уточнения.

Взаимодействие перечисленных выше сигнальных молекул друг с другом формирует патологический круг, который обусловливает изменения трабекулярной сети, приводящие к увеличению сопротивления оттоку ВГЖ (рис. 1).

Жесткий внеклеточный матрикс стимулирует экспрессию TAZ и подавляет экспрессию YAP в клетках трабекулярной сети человека [26]. Поскольку TAZ увеличивает сигналинг TGF-β и YAP его ослабляет, происходит усиление сигналинга TGF-β [28].

TGF-β2 стимулирует экспрессию генов: лизил-оксидазы (LOX), лизил-оксидаза-подобных белков 1–4 (LOXL1–4) и тканевой трансглутаминазы 2 TGM2. LOX, LOXL1–4 и TGM2 – ферменты, обеспечивающие образование поперечных сшивок (кросс­линкинг) между цепями коллагена и эластина. Кросслинкинг увеличивает жесткость внеклеточного матрикса [17]. Также в клетках трабекулярной сети человека TGF-β2 стимулирует экспрессию версикана [29], ингибитора активатора плазминогена 1 (PAI1) [17] и CTGF [30]. Версикан – крупный протеогликан, являющийся основной молекулой, обеспечивающей сопротивление оттоку ВГЖ в трабекулярной сети [31]. PAI1, являясь ингибитором металлопротеиназ, препятствует разрушению внеклеточного матрикса, поэтому увеличение экспрессии PAI1 может приводить к избыточному его накоплению [30]. CTGF – важный downstream-медиатор TGF-β2, который стимулирует синтез белков: фибронектина, коллагенов I, III, IV и VI [30]. Таким образом, TGF-β2, действуя на клетки трабекулярной сети, стимулирует кросс­линкинг и синтез компонентов внеклеточного мат­рикса и препятствует их деградации. Кроме того, опыты in vitro показали, что TGF-β2 вызывает апоптоз клеток трабекулярной сети у человека – это может объяснить их потерю при ПОУГ [32]. В результате всех вышеперечисленных изменений происходит накопление внеклеточного матрикса и дальнейшее увеличение его жесткости [17]. Так формируется патологический круг (рис. 1).

TGF-β2 имеет положительные обратные связи с тромбоспондином TSP-1, а также гремлином и фоллистатином [17]. TSP-1 – белок, экспрессируемый клетками юкстаканаликулярной трабекулярной сети, который активирует TGF-β2. При этом экспрессия самого TSP-1 увеличивается под влиянием TGF-β2 [17]. Гремлин и фоллистатин – белки, блокирующие естественный антагонист TGF-β2 BMP-4 (морфогенетический белок кости 4) [17]. TGF-β2 стимулирует экспрессию гремлина и фоллистатина [33], таким образом подавляя экспрессию своего ингибитора BMP-4. Описанные положительные обратные связи еще больше усиливают сигнальный путь TGF-β2, приводя к прогрессированию патологических изменений при ПОУГ.

Жесткий внеклеточный матрикс стимулирует экспрессию sFRP-1 [26]. Возникающее вследствие этого ингибирование Wnt-сигналинга в клетках трабекулярной сети приводит к увеличению экспрессии актина и формированию CLANs (cross-linked actin networks), что вызывает увеличение их жесткости и снижение способности к пролиферации и фагоцитозу [24]. В клетках эндотелия Шлеммова канала ингибирование сигнального пути Wnt также приводит к повышению экспрессии гладкомышечного актина, нарастанию их жесткости и снижению способности к образованию пор [14]. В результате этих изменений увеличивается сопротивление оттоку ВГЖ [23]. Ведущий эффектор канонического Wnt-сигнального пути β-катенин является антагонистом Smad 4 – фактора транскрипции сигнального пути TGF-β2 [25]. Поэтому снижение активности β-катенина в результате описанных выше патологических изменений приводит к еще большему усилению эффектов TGF-β2. Интересно, что Smad 4 сам блокирует эффекты β-катенина. Вероятно, оба белка способны связываться друг с другом, что обеспечивает их взаимное ингибирование [25].

Таким образом, изменения структуры и свойств внеклеточного матрикса, клеток трабекулярной сети и Шлеммова канала в совокупности приводят к увеличению сопротивления оттоку ВГЖ и повышению ВГД при ПОУГ. При высоких значениях ВГД происходит сдавливание Шлеммова канала жесткой трабекулярной сетью, что вызывает дополнительное увеличение сопротивления оттоку ВГЖ [15].

Причина возникновения данного патологичес­кого круга неизвестна. Вероятно, в части случаев он формируется из-за изменения структуры белков, снижения/увеличения их функции и/или синтеза в результате врожденных или приобретенных в раннем эмбриональном периоде мутаций. У человека описаны мутации, ассоциированные с ПОУГ, в генах следующих белков: миоциллина, ADAMTS10, ADAMTS17, LTBP2, коллагенов и других [34]. Так, инактивирующая мутация в гене белка LTBP2, описанная в литературе [34], может приводить к снижению количества неактивного TGF-β2, что вызывает увеличение его эффектов.

Итак, описанное выше взаимодействие сигнальных молекул между собой формирует патологический круг, который постоянно поддерживает сигналинг TGF-β2 на высоком уровне и приводит к прогрессированию патологических изменений при ПОУГ. Очевидно, что для остановки этих изменений и эффективного снижения ВГД при ПОУГ этот патологический круг необходимо разрывать. Идеальным будет такое лечение глаукомы, которое сможет восстановить нормальную регуляцию сопротивления оттоку ВГЖ [34]. Исходя из этого, новыми целями в терапии повышенного ВГД при ПОУГ могут стать ингибирование TGF-β2 и его рецептора, Smad 2/3/4, TAZ, тромбоспондина, гремлина, фоллистатина, sFRP-1, CTGF, TGM2, LOX, LOXL, PAI1 и активация эффектов BMP-4, Smad 7, Wnt-сигналинга через β-катенин и YAP. Наиболее перспективными на данный момент методами мы считаем ингибирование TGF-β2 и его рецептора, Smad 2/3/4, TAZ, sFRP-1 и CTGF. Важно, что это лечение будет не симптоматическим, а патогенетическим.

Современные экспериментальные исследования подтверждают потенциальную эффективность применения новых мишеней для терапии. Так, восстановление с помощью антагониста GSK3 канонического Wnt-сигналинга после его ингибирования в клетках трабекулярной сети, полученных от пациентов без глаукомы, приводит к регрессии патологического фенотипа: снижается синтез белков внеклеточного матрикса, ферментов кросслинкинга, ингибиторов матриксных металлопротеиназ (MMP), увеличивается экспрессия MMP, уменьшается жесткость клеток [24]. Антитела против CTGF снижают экспрессию генов белков внеклеточного матрикса в клетках трабекулярной сети, полученных от людей с ПОУГ [35]. Есть исследования, посвященные применению антисенсовых олигонуклеотидов к TGF-β2 на людях [36], однако их результаты, несмотря на то что они демонстрируют эффективность и безопасность данного метода терапии, требуют проверки на выборке с большим числом пациентов и сравнения с контрольной группой [34].

Таким образом, повышение ВГД при ПОУГ возникает вследствие увеличения сопротивления оттоку ВГЖ через трабекулярный путь. Сопротивление возрастает в результате накопления компонентов внеклеточного матрикса, кросслинкинга коллагеновых и эластиновых волокон, повышения жесткости клеток трабекулярной сети и Шлеммова канала. Эти патологические изменения вызваны взаимодействием между собой сигнальных молекул в виде патологического круга, основными звеньями которого являются TGF-β2 и его рецептор, Smad 2/3/4, YAP/TAZ, sFRP-1 и CTGF. Поэтому эти молекулы являются перспективными мишенями для патогенетической терапии повышенного ВГД при ПОУГ.

Вклад авторов: авторы внесли равный вклад в эту работу.Концепция и дизайн, сбор и анализ литературы, написание статьи: А. А. Панов.Критический пересмотр статьи в части значимого интеллектуального содержания, окончательное одобрение варианта статьи для опубликования: В. С. Акопян.Критический пересмотр статьи в части значимого интеллектуального содержания: Н. С. Семенова.

Authors’ contributions: authors contributed equally to this work.Design of the review, literature data collection and analysis, writing the article: A.A. Panov.Critical revision of the article in terms of meaningful intellectual content, final approval of the version of the article for publication: V.S. Akopyan.Critical revision of the article in terms of meaningful intellectual content: N.S. Semenova.