Патогенез пигментного ретинита

С 1970 г. изучение патогенеза пигментного ретинита проводили в экспериментах на животных с моделью дистрофии сетчатки. В этих исследованиях выявлены различные механизмы развития заболевания. 

Благодаря работам в области молекулярной биологии было установлено, что клинически неразличимые формы дегенерации сетчатки могут быть следствием мутации различных генов и, наоборот, разные мутации одного гена приводят к различным фенотипическим проявлениям.

На современном этапе развития офтальмологической науки клиницисту для установления правильного диагноза важно знать мутацию гена, приводящую к возникновению пигментного ретинита, и распределение этой мутации в генеалогическом древе. Каждая форма заболевания вызывается одним или несколькими генами. Установлено, что многие мутации гена родопсина и периферина определяют ряд фенотипических проявлений пигментного ретинита и механизмы дегенеративных процессов фоторецепторов.

К настоящему времени известно 11 хромосомных районов, которые содержат гены, мутации которых являются причиной развития пигментного ретинита, и для каждого генетического типа пигментного ретинита имеют место обе разновидности - аллельная и неаллельная.

Наследственные заболевания возникают в результате образования дефектов генетического кода, следствием которых является аномальный аминокислотный состав специфичных белков. Так, дефектный белок, активность которого проявляется только в клетках одного типа, обусловливает первичный дефект именно в этих клетках, хотя вторичные дефекты могут быть и в клетках других типов. И наоборот, системная метаболическая патология может приводить к дегенерации клеток определенного типа, хотя причина локализованной фенотипической экспрессии мутации гена широко распространенного белка неясна. Дегенеративный процесс в сетчатке может быть связан с аномальным геном, определяющим нарушение жизнедеятельности клетки, или недостатком синтеза белка нормальным геном. Современный прогресс в молекулярной генетике человека позволил получить новые данные, имеющие значение для понимания механизмов морфологических и функциональных нарушений при наследственных дистрофиях сетчатки.

В настоящее время известно, что наружные сегменты (НС) фоторецепторов позвоночных, являющиеся первичным участком зрительной трансдукции, содержат пачки упакованных мембранных дисков. Белок RmP -интегральный мембранный гликопротеин с молекулярной массой 210 kDa - локализуется по ободу (краю - rim) дисков НС. Недавно ген RmP клонирован из сетчатки животных и человека. Показано, что он относится к АВС-суперсемейству переносчиков АТФ-связывающих кассет.

Большинство членов этого суперсемейства (у прокариот и эукариот) влияют на АТФ-зависимое перемещение специфических субстратов через клеточные мембраны. У эукариот эти белки являются типично бисимметричными молекулами с общей топологией из 12 покрывающих мембрану сегментов и 2 больших цитоплазматических доменов каждый из которых контактирует с АТФ-связывающим участком и переносчиком прескрипционного мотива. Функция RmP в фоторецепторах окончательно не определена.

Человеческий ген РтР картирован с помощью панели радиационных гибридных клеточных линий в проксимальной части хромосомы 1р между маркерами D1S424 и D1S236. На генетической карте эти маркеры лежат в интервале от 2-сМ для рецессивной болезни Штаргардта до критической области для RP19 - новой обнаруженной формы аутосомно-рецессивного пигментного ретинита.

Некоторые формы пигментного ретинита были определены как следствие дефектов метаболических систем исключительно палочковых фоторецепторов. Поскольку при пигментном ретините часто отмечается нарушение и фотопической колбочковой функции, предполагают, что оно скорее является непрямым следствием первичного метаболического дефекта.

На основе механизмов клеточного функционирования белков (продуктов мутантных генов) A. Bird (1995) сформулировал более общие концепции поведения аномальных белков следующим образом: мутации могут влиять на конформационные свойства молекулы родопсина, что в свою очередь приводит к нарушению функций аномальных белков, их разрушению или накоплению в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме, в результате чего нарушается функционирование клетки.

Таким образом, природа клеточной дисфункции зависит от участка экспрессии аномального протеина: если белок экспрессируется не в наружном сегменте фоторецепторов, причиной заболевания будет уменьшение количества поступающего в него родопсина, если мутантный белок встроен в наружный сегмент, он может вызывать фазическую нестабильность мембраны.

Мутация другого интегрального мембранного протеина наружных сегментов палочковых и колбочковых фоторецепторов - перифирина - также рассматривается как причина развития доминантных палочковых и колбочковых дегенеративных заболеваний. Хотя роль периферина в структуре и функции рецепторов до конца неясна, существующая информация о функции периферина в какой-то степени объясняет различие клинических проявлений заболеваний.

Анализ фенотипических различий при пигментном ретините у человека, связанных с мутацией гена RDS, позволяет лучше понять механизмы развития этих заболеваний. Точно установить связь между генотипом и клиническим фенотипом трудно, однако уже из имеющихся данных известно, что различные клинические фенотипы - пигментныи ретинит, витреоретинальная дистрофия Вагнера,  прогрессирующая колбочковая дистрофия и т.д. - могут определяться одним геротипом (мутацией гена родопсина).Иммунохимические исследования показали что перифрин содержиться только в мембранах наружных сегментов фоторецепторов палочек и колбочек. Этот протеин считают ответственным за структурную стабильность наружных сегментов. 

У гетерозигот выявлены пять точковых мутаций в гене перифрина, что позволило предположить механизм нарушения функций при дистрофии сетчатки, а также возможность взаимодействия определенных доменов с другими молекулами наружных сегментов фоторецепторов. Результаты электрофизиологических исследований, проведенных у гетерозигот с мутациями перифрина, свидетельствуют об одинаковой потере мембран наружных сегментов палочек и колбочек, что обусловлено либо уменьшением длины наружных сегментов, либо исчезновением клеток.

Предварительные рассуждения о механизме нарушения зрительных функций сводятся к тому, что мутации ведут к нестабильности мутантного протеина, а экспрессия или изменение структуры периферина в наружных сегментах являются достаточной причиной потери функции, если молекулы переходят в наружный сегмент.
Недавно было показано, что периферии может связываться нековалентными связями со схожим с ним по структуре белком R0M-1, который локализуется в междисковых щелях наружных сегментов палочек.

Предполагают, что образование и стабильность изгиба дисковой мембраны палочек зависят от ассоциации периферина и R0M-1. Отсутствие белка R0M-1 в колбочках, возможно, определяет различия в механизмах стабилизации периферином мембран дисков наружных сегментов в палочковых и колбочковых фоторецепторах. Нельзя исключить, что в колбочках периферии связывается с другим белком или функционирует самостоятельно в отличие от его функционирования в палочках в ассоциации с R0M-1. Если участки связывания в палочках и колбочках различны, то постоянство аминокислотного остатка молекулы периферина может быть важно только для палочек. Мутация, ведущая к возникновению аномалии этого участка, вызывает развитие пигментного ретинита, при котором первичной мишенью являются палочки, а колбочки остаются относительно сохранными. Иная мутация в гене периферина может нарушить метаболизм или структуру только колбочек либо колбочек и палочек одновременно. Данных, которые позволили бы объяснить преимущественное поражение центральных колбочек по сравнению с периферическими или периферических палочек по сравнению с парацентральными, пока нет.

В экспериментах на гетерозиготных особях мыши линии rds и гомозиготных особях, у которых, как предполагают, дистрофия сетчатки схожа с таковой у человека, обнаружены нестабильные наружные сегменты. Установлено, что пигментный эпителий сетчатки содержит большие и аномальные фагосомы, которые являются свидетельством усиленного обновления наружных сегментов и повышенного метаболизма пигментного эпителия, что может вызывать избыточное накопление липофусцина. Если действительно подтвердится гомологичность пигментного ретинита человека и мыши, то станет очевидным, что избыточные отторжение и образование наружных сегментов фоторецепторов вызывают изменение пигментного эпителия и лишь в незначительной степени дисфункцию фоторецепторов. Отсюда становиться понятным, почему заболевание, при котором первично поражаются фоторецепторы, клинически проявляется на уровне пигментного эпителия сетчатки.

Описание пигментной ретинопатии, патогенетически связанной с мутацией митохондриальной ДНК (mtDNA), появилось вслед за открытием наследственной точковой мутации mtDNA при оптической нейропатии Лебера. Это атипичная пигментная ретинопатия, наблюдаемая, например, при синдроме Керна-Сайн, офтальмологические проявления которой связаны с митохондриальными нарушениями. Она зависит от различных нарушений mtDNA, гистологически характеризуется наличием очагов патологически измененного пигментного эпителия сетчатки и атрофией его клеток. Пигментный эпителий сетчатки содержит большое количество измененных митохондрий, имеющих определенную ультраструктуру. Небольшие изменения в пигментном эпителии протекает бессимптомно и не сопровождаются патологической ЭРГ. Однако при этом в патологический процесс могут быть вовлечены другие структуры глаза, которые должны быть установлены, что облегчит диагностику. Предполагается участие мутаций mtDNA в патогенезе как пигментной ретинопатии, так и связанной с возрастом дистрофии сетчатки.

У больных с пигментным ретинитом и носителей мутации гена обнаружена высокая концентрация флюоресцеина в стекловидном теле, что свидетельствовало о нарушении гематоретинального барьера на уровне ретинальных сосудов либо пигментного эпителия.

Изменение ЭРГ, по мнению E.L. Berson, отражает снижение концентрации зрительного пигмента в некоторых палочках и/или уменьшение количества палочек, принимающих участие в ответе. Снижение же колбочкового ответа и увеличение промежутка времени до пика b-волны подтверждают вовлечение в патологический процесс также колбочковой системы.

Денситометрия и фундусрефлектометрия - методы определения содержания зрительного пигмента в фоторецепторах и степени его регенерации после засвета. У больных с пигментным ретинитом установлена прямая корреляция уменьшения световой чувствительности со снижением уровня родопсина в фоторецепторах, что свидетельствует об уменьшении количества нормальных палочек или, при сохранившемся количестве, укорочении их наружного сегмента. Однако имеются случаи не линейной, а логарифмической зависимости абсолютного порога световой чувствительности от количества родопсина, установленной при дефиците витамина А.

Высказано предположение о существовании двух патогенетических механизмов, соответствующих различным генетическим и клиническим проявлениям пигментного ретинита:

  • первый - снижение концентрации родопсина в каждом фоторецепторе, как при дефиците витамина А,
  • второй - прогрессивное укорочение наружных сегментов или выборочное исчезновение фоторецепторов, что является причиной снижения световой чувствительности.

Предполагают, что кинетика (регенерация) родопсина у больных с пигментным ретинитом может быть нормальной. Однако денситометрические исследования показали, что в темноадаптированных глазах порог световой чувствительности увеличивается непропорционально уменьшению количества родопсина. При денситометрии фове-альной области нарушения в колбочках выявляют уже в ранних стадиях пигментного ретинита, однако плотность колбочковых пигментов находится в пределах нормы у большинства больных с аутосомно-доминантным пигментным ретинитом и значительно редуцирована при аутосомно-рецессивном типе наследования.

При статической периметрии обнаружены высокие пороги в нижненосовых квадрантах по сравнению с верхнетемпоральными. Раннее снижение функций в нижних квадрантах объяснялось поступлением большего количества света в эту область. Значительное снижение и медленное восстановление (несколько часов и дней) ЭРГ после засвета, по мнению исследователей, отражали нарушение механизма восстановления дисков палочковых фоторецепторов.

В более ранних работах у ряда больных с пигментным ретинитом вы явлены нарушения в иммунной системе. При этом отмечался субнормаль ный уровень γ-интерферона и лимфокинов, продуцируемых циркулирующими лимфоцитами. В более поздних работах показано, что продукция лимфоцитами периферической крови лимфокинов, γ-интерферона, интерлейкинов 1 и 2 не отличается от таковой в норме. Противоречие мнений касается также экспрессии гистосовместимости HLA-DR-антигена (класс II антигенов): по данным одних авторов, она патологическая в клетках пигментного эпителия, по материалам других - в пределах нормы в циркулирующих моноцитах.

Биохимические исследования позволяют выявить высокий уровень изо-формы аполипопротеина Е (Е1/Е2, Е2/ЕЗ), снижение уровня докозагексаеновой и арахидоновой кислот. Нарушение метаболизма жирных кислот было показано в плазме больных с пигментным ретинитом аутосомно-доминант-ной формы наследования, Х-сцепленной и синдромом Ушера. Эти две полиненасыщенные жирные кислоты при их нормальном уровне в плазме являются фосфолипидами, необходимыми для образования фоторецепторной мембраны. Значительное повышение уровня изо-формы аполипопротеина Е (Е2/Е2, Е2/ЕЗ) свидетельствует о том, что развитие некоторых форм пигментного ретинита может быть обусловлено аномальным метаболизмом липопротеинов в плазме.

В ранних работах был показан нормальный уровень витамина А и р-каротина в сыворотке крови больных с пигментным ретинитом. Высказано предположение, что увеличение их содержания в плазме, которое может наблюдаться после приема витамина А, может быть обусловлено нарушением механизма обратной связи (регенерации), а именно уменьшением задержки витамина А в печени.

Отмечена также высокая концентрация таурина в плазме и снижение его уровня в тромбоцитах и лимфоцитах. Если содержание меди в сыворотке крови больных с пигментным ретинитом уменьшено, то уровень цинка может быть как выше, так и ниже нормы. Высказано мнение, что при различных типах пигментного ретинита, возможно, происходят разные биохимические нарушения, однако эти данные нуждаются в уточнении.