ROLE OF MATRIX METALLOPROTEINASES IN THE PATHOGENESIS OF PRIMARY OPEN-ANGLE GLAUCOMA

Abstract

Matrix metalloproteinases (MMPs) - a family of enzymes, which convert extracellular matrix. Proved the role of MMPs in apoptosis of retinal ganglion cells, tissues remodulition the optic nerve and the change in the form of lattice plate with POAG. MMPs are involved in violations of blood aqueous barrier and the regulation of intraocular fluid. Many papers have focused on the role of these enzymes in the filter pad with scarring antiglaucomatous operations. The study of MMPs offers the prospect of early diagnosis and targeted therapy of POAG pathogenesis.

Full Text

В последнее время все больше исследований посвящается иммунным механизмам развития первичной открытоугольной глаукомы (ПОУГ) [1, 2, 3, 5, 6]. Некоторые недавние публикации касаются роли матриксных металлопротеи-наз в патогенезе ПОУГ [25, 29]. Увеличение их секреции ведет к деградации компонентов внеклеточного матрикса, что приводит к повреждению тканей глаза и изменению их свойств [24]. Матриксные металлопротеиназы объединены в большое семейство цинксодержащих эктрацеллюлярных эндопроте-аз, которые связаны с клеточной мембраной, обладают способностью разрушать экстрацеллюлярный матрикс (ЕСМ), активно участвуют в морфогенезе многих органов и тканей человека. Опорная функция ЕСМ является одной из наиболее важных, но он выполняет и много других функций, обладает способностью модулировать рост клеток и дифференцировку тканей. Баланс между клеточными элементами и окружающим ЕСМ обеспечивает гомеостаз органов и тканей, который нарушается при различных патологиче ских состояниях. Для того чтобы преодолеть ЕСМ, мигрирующие клетки связываются с ним, выделяют и фокусируют на своей поверхности эндопротеазы (в частности, металлопротеиназы) или активаторы протеиназ, разрушают его компоненты и мигрируют за его пределы [47]. MMP сгруппированы в четыре основных подсемейства, основанные на их реакции (специфике) к различным внеклеточным матричным компонентам и включают коллагеназы (MMP-1,-8, и-13), жела-тиназы (MMP-2 и-9), стромелисины (MMP-3,-10, и-11), мембранный тип MMPs и другие типы, включая матрили-син (MMP-7) и металлоэластазу (MMP-12) [34, 47]. Коллагеназы расщепляют типы коллагенов I, II и III; желатиназы расщепляют денатурированные коллагены (желатины) и врожденные типы коллагенов IV, V, и VII, а также эластин и витронектин; тогда как стромелисины расщепляют IV тип коллагена, протеогликаны, фибронек-тин, ламинин, и эластин [30]. Эти ферменты синтезируются как неактивные проферменты и активируются протеолитиче-ским распадом полипептида от молекулы. 136 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 2, 2013 г. Четыре типа ингибиторов ММР (TIMP), которые к настоящему времени были описаны, имеют способность ингибировать все активные ММР [34, 47]. Секрецию ММР стимулируют фактор некроза опухолей [42], фактор роста эндотелия сосудов [45, 46], интерлейкин-1 [31], простогландины [35]. Секреция ингибиторов ММР регулируется на уровне транскрипции (в дополнение к TIMP) трансформирующим фактором TGF- ß и стероидными гормонами [39]. Синтез ММР жестко регулируется на уровнях транскрипции, секреции и проте-олитической активности их предшественников [10, 48]. ММР вовлечены в нормальные процессы модернизации матрицы, например, в эмбриональное развитие, морфогенез, гомеостаз ткани, и заживление раны. Патологическая экспрессия ММР и их ингибиторов (ТIМP) или нарушения в протеолитическом балансе между ММР и ТIМP были связаны со многими патологическими состояниями, включая воспалительные заболевания, рак, сердечно-сосудистые заболевания, неврологические заболевания [30]. Увеличение концентрации интерлейкинов, а также титра антител запускает синтез ММР, усиленная выработка которых приводит к разрушению базальной мембраны сосудисто-эндотелиального барьера и повышает сосудистую проницаемость, приводя к усилению воспалительных реакций и в последующем к увеличению образования коллагена в зоне воспаления [21]. Тот факт, что активность ММР существенно возрастает при глаукоме был доказан во многих работах, начиная с 2001 года. Если в норме активность ММР в головке зрительного нерва невысока, то при глаукоме она возрастает в несколько раз [12]. В ряде работ показано, что синтез ММР в сетчатке и зрительном нерве увеличивается в процессе ишемии и реперфузии, последняя является следствием как колебаний внутриглазного давления, так и перепадов артериального давления [7, 10, 23]. Имеет место быть умеренная и длительно существующая ишемия, при которой значительно возрастает продукция ММР-9, ответст венной за расщепление коллагена IV типа -основного составляющего базальноклеточной мембраны [13]. Важное значение имеет определение активности комплекса ММР с ингибитором TIMP (ММР/TIMP-1) как маркера фиброза, склероза тканей вследствие нарушения баланса между синтезом и деградацией компонентов внеклеточного матрикса [37]. Так, Рукина Д.А. и Кириенко А.В. исследовали в слезной жидкости и сыворотке крови активность ММР-9 и ее тканевого ингибитора у пациентов с ПОУГ и у больных группы риска развития данной патологии (миопия, гипертоническая болезнь, сахарный диабет). Определен высокий уровень исследуемых показателей у больных, особенно на локальном уровне, что свидетельствует о выраженных нарушениях системы тканевых проте-аз/антипротеаз. Изменения локальной концентрации (слезная жидкость) изучаемых показателей оказалось более информативным по сравнению с системным уровнем (сыворотка крови). При анализе показателей ММР-9 у пациентов группы риска, напротив, наиболее высокие и достоверные значения получены в системном кровотоке, что, возможно, свидетельствует о доминировании сосудистых нарушений на начальных стадиях патогенеза [4]. Доказана роль ММР в апоптозе ганглиозных клеток при глаукоме [9, 36]. Hernandez M. определил астроциты в качестве основных типов клеток, участвующих в апоптозе и показал, что они могут быть активированы повышением ВГД [19]. Yan X. с соавторами показали, что активизированные астроциты отвечают за производство ММР, которые влияют на структуру матрицы, а именно изменяется содержание ММР-9 и ламинина [28]. Это подтверждает тот факт, что апоптоз нейронов в ЦНС связан с увеличенной экскрецией ММР-9 [18, 33]. Ламинин - это компонент экстраце-люлярного матрикса. Снижение содержания или его отсутствие делает клетки более восприимчивыми к апоптозу [32]. Клетки сетчатки увеличивают секрецию ММР-9 в качестве прямого ответа на 137 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 2, 2013 г. повышение ВГД, а это, в свою очередь, приводит к ММР-9 - индуцированной потере ламинина и, следовательно, к апопто-зу гаглиозных клеток [36]. У мышей с удаленным геном, кодирующим образование ММР-9 [13], в той же степени, как и у животных, у которых ММР-9 фармакологически ингибирована, ретинальные клетки не погибают от апоп-тоза [27]. Полагают, что главной причиной патологического ремодулирования решетчатой пластинки является избыточный синтез матриксных металлопротеиназ. Следствием является то, что ткань (как невральная так и склеральная) при повреждении не замещается рубцовой тканью. Именно этим обстоятельством можно объяснить, почему при глаукоме происходит потеря невральной ткани и формирование экскавации [15, 19, 44]. Действительно, как было показано в экспериментах на обезьянах, острый подъем внутриглазного давления не вызывает изменений в решетчатой мембране, а хронически действующее высокое давление приводит к повышению растяжимости склеры и, следовательно, ее большей деформации [40]. ММР-9 также участвует в нарушении гематоцеребрального барьера, что в экстремальных случаях может приводить к единичным геморрагиям в диске зрительного нерва [41]. Проведены исследования на животных о влиянии антиглаукомных препаратов (селективные ß-блокаторы, неселективные а и ß-блокаторы, а-1 и а-2 агонисты и производные простагландинов) на уровень ММР и их ингибиторов. Было показано, что все вышеперечисленные препараты, за исключением ß-блокаторов, стимулируют внеклеточный матрикс, усиливая выработку ММР- 2 и ММР-3 и снижая экспрессию ингибитора протеаз (TIMP) [14]. Активация рецепторов цилиарной мышцы под действием простагландинов стимулирует несколько взаимосвязанных реакций, что ведет к увеличению биосинтеза матричных металлопротеиназ, которые могут инициировать изменение коллагена в цилиарной мышце для увеличения пространства между цилиарными мышечными волокнами, тем самым уменьшая гидравлическое сопротивление в увеосклеральном пути оттока [22, 35]. Много работ посвящено роли метал-лопротеиназ в фильтрационной хирургии глаукомы, а именно их участие в рубцевании фильтрационной подушки, что является наиболее частой причиной неудачного исхода оперативного лечения [11, 17, 43, 48]. Раневой процесс, который происходит в глазах после трабекулоэктомии, представляет значительное сходство с кожной раной. После разреза белки плазмы и клетки крови, выпущенные в раневой области, образуют фибриновый сгусток. Затем мигрируют нейтрофилы и макрофаги, которые растворяют сгусток, секретируя различные ферменты, в том числе ММР-8 и -9 [46]. Исследования показали, что иллома-стат (синтетический производный ингибитора ММР) может ингибировать ММР в послеоперационной ране, тем самым предотвращая рубцевание фильтрационной зоны [46]. Предупреждение рубцового процесса в хирургии глаукомы является залогом успеха операции. Для разработки генной терапии, которая может быть применена в оперативном лечении ПОУГ, изучался эффект трансфекции ММР-3 кДНК в конъюнктиву кролика путем электропорации. Вектор, содержащий кДНК ММР-3 трансфицировался в конъюнктиву. Отмечено более длительное функционирование фильтрационной зоны и поддержание внутриглазного давления после операции [8, 26]. Таким образом, глаукома, являясь коварным заболеванием, приводящим к необратимой слепоте, требует патогенетического анализа на молекулярном уровне. Важная роль в деградации внеклеточного матрикса под действием матриксных металлопротеиназ делает актуальной проблему эффективной антиглаукомной терапии и поиск специфических ингибиторов металлопротеиназ. Уровень ММР, роль которых доказана на всех стадиях патогенеза ПОУГ, может служить важным критерием для диагностики заболевания на доклиническом этапе. 138 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 2, 2013 г. Локальную активность ММР можно использовать в качестве дополнительного показателя остроты прогрессирования болезни. Выявленные изменения могут свидетельствовать о нарушении процессов клеточного ремодулирования в различных структурах глаза - трабекулярной сети, решетчатой пластинке, диске зрительного нерва.