Роль цитокинов, нейропептидов и матриксных металлопротеиназ в иммунопатогенезе нейродегенерации сетчатки при диабетической ретинопатии

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

В настоящее время диабетическая ретинопатия (ДР) рассматривается не только со стороны сосудистых поражений, но и как нейродегенративное заболевание. Нормальное функционирование глии и нейронов сетчатки зависит от баланса между системой цитокинов, нейротрофическими факторами и матриксными металлопротеиназами. Нарушениям, возникающим в данных системах, отводят важную роль во многих нейродегенеративных процессах. Цель исследования – определить уровни IL-1β, IL-17A, TNFα, IFNγ, IL-10, TGF-β1, TGF-β2, TGF-β3, MMP-2, MMP-7, MMP-9, TIMP-1, TIMP-2, белка S100b, BDNF и NGF в сыворотке крови пациентов с сахарным диабетом 2 типа с признаками нейродегенерации сетчатки и выявить дополнительные иммунологические маркеры для диагностики и прогноза течения данного состояния. В исследование были включены 80 пациентов с верифицированным у эндокринолога диагнозом сахарный диабет 2 типа. Всем включенным в исследование проводилось обследование на оптическом когерентном томографе RTVue-100 (США), определяли объем фокальных потерь ганглиозных клеток сетчатки (FLV). По его результатам пациентов основной группы разделили на 2 подгруппы. В первую вошли 22 человека (подгруппа 1) у которых показатель FLV не имел достоверных различий с контрольной группой. Во вторую вошли 58 человек с достоверно большим объемом FLV (подгруппа 2). В подгруппе пациентов с высоким уровнем фокальных потерь ГКС выявлено достоверное увеличение уровня IL-1β и дефицит IL-10 в сравнении с контрольной группой и подгруппой без значимых потерь ГКС на протяжении всего периода наблюдения. Выявлен дефицит TGF-β3 у пациентов подгруппы 2 в сравнении с контролем и подгруппой 1. Определен дисбаланс в системе тканевого протеолиза, уровни MMP-9 и TIMP-2 были повышены, уровень MMP-7 был понижен у пациентов обеих подгрупп в сравнении с контролем. При анализе сывороточной концентрации нейроспецефических белков в группе пациентов с ОКТ-признаками нейродегенерации сетчатки выявлены высокие уровни белка S100b и NGF, в отличии от группы контроля и подгруппы 1.

Полный текст

Введение

Постоянный рост заболеваемости сахарным диабетом (СД) во всем мире определяет необходимость изучения механизмов развития как самого сахарного диабета, так и его осложнений [6]. Сетчатая оболочка глазного яблока является одной из мишеней СД и ее поражение может приводить к тяжелой утрате зрительных функций. В настоящее время диабетическая ретинопатия (ДР) рассматривается не только со стороны сосудистых поражений, но и как нейродегенративное заболевание. Нормальное функционирование глии и нейронов сетчатки зависит от баланса между системой цитокинов, нейротрофическими факторами и матриксными металлопротеиназами. Нарушениям, возникающим в данных системах, отводят важную роль во многих нейродегенеративных процессах [3]. В своих прошлых исследованиях мы обнаружили корреляции между морфофункциональными признаками поражения нейронов сетчатки и лабораторными показателями, которые возникают у пациентов с СД 2 типа [2].

Цель исследования – определить уровни IL- 1β, IL-17A, IL-10, TNFα, IFNγ, TGF-β1, TGF-β2, TGF-β3, MMP-2, MMP-7, MMP-9, TIMP-1, TIMP-2, белка S100b, BDNF и NGF в сыворотке крови пациентов с сахарным диабетом 2-го типа с признаками нейродегенерации сетчатки и выявить дополнительные иммунологические маркеры для диагностики и прогноза течения данного состояния.

Материалы и методы

В исследование были включены 80 пациентов с верифицированным у эндокринолога диагнозом сахарный диабет 2-го типа при офтальмологическом осмотре которых не было клинических признаков диабетической ретинопатии, а также пациенты с начальными признаками непролиферативной диабетической ретинопатии. В наших прошлых исследованиях мы не обнаружили достоверной разницы между данными группами в морфо-функциональных признаках нейродегенерации сетчатки [2]. Все пациенты основной группы принимали пероральные сахароснижающие препараты, средний «стаж» СД составил 7,5 лет, уровень гликированного гемоглобина в среднем равнялся 7,7%. Контрольную группу составили 30 практически здоровых добровольцев сопоставимых по полу и возрасту с основной группой. Распределение по полу в основной группе: мужчин 42,5% (n = 34), женщин 57,5% (n = 46), средний возраст 60,8±6 лет. У всех лиц, участвующих в исследовании, получено информированное согласие. Проведение исследования одобрено этическим комитетом ФГБОУ ВО «Тихоокеанский государственный медицинский университет» от 16.12.2019 протокол №4.

Всем включенным в исследование проводилось обследование на оптическом когерентном томографе RTVue-100 (США), определяли объем фокальных потерь ганглиозных клеток сетчатки (FLV). По его результатам пациентов основной группы разделили на 2 подгруппы. В первую вошли 22 человека у которых показатель FLV не имел достоверных различий с контрольной группой. Во вторую вошли 58 человек с достоверно большим объемом FLV. Так как данный показатель может служить диагностическим маркером нейродегенерации сетчатки, подгруппу 1 и 2 мы определили как пациентов без признаков нейродегенерации сетчатки и с ними соответственно.

Уровень IL- 1β, IL-17A, IL-10, TNFα, IFNγ, TGF-β1, TGF-β2, TGF-β3, MMP-2, MMP-7, MMP-9, TIMP-1, TIMP-2, белка S100b, BDNF и NGF в сыворотке крови определяли с помощью специфических реактивов фирмы R&D Diagnostics Inc. (США) методом сэндвич-варианта твердофазного иммуноферментного анализа, согласно прилагаемых инструкций. Учет результатов производили с помощью иммуноферментного анализатора Multiscan (Финляндия). Количественную оценку измеряемых параметров выражали в пг/мл или нг/мл.

Клинико-инструментальное и лабораторное обследование пациентов основной группы проводилось при первичном обращении, а также через 6 и 12 месяцев.

Статистическая обработка полученных результатов проводилась при помощи программы SPSS Statistics 23 (IBM, США). Показатели представлены в виде медиан (Me), нижнего и верхнего квартилей (Q0,25-Q0,75). Сравнение количественных величин в несвязанных выборках осуществлялось с использованием U-критерия Манна–Уитни, в связанных выборках использовали Т-критерий Вилкоксона, для корреляционного анализа применяли ранговый коэффициент Спирмена. Различия считались достоверными при p ≤ 0,05. Чувствительность и специфичность изменений исследуемых показателей оценивались методом линейной регрессии с построением ROC-кривых.

Результаты и обсуждение

При оценке данных ОКТ в динамике, в подгруппе 1 отсутствовало достоверное изменение FLV. При первичном осмотре он составил 0,26 (0,16-0,62) %, через 6 месяцев – 0,25 (0,15-0,62) %, через 12 месяцев – 0,26 (0,15-0,6) %. В подгруппе 2, наоборот, зарегистрировано достоверное (p = 0,0001) увеличение данного показателя, которое составило при первичном осмотре 2,49 (1,56-3,52) %, через 6 месяцев – 2,54 (1,59-3,56) %, через 12 месяцев – 2,59 (1,66-3,59) %. Таким образом нейродегенеративные изменения имели тенденцию к прогрессированию у лиц с изначально большим объемом фокальных потерь ганглиозных клеток. При этом отсутствовала взаимосвязь со стажем диабета, клиническими признаками ДР, уровнем гликированного гемоглобина.

В таблице 1 представлены результаты лабораторного анализа сыворотки крови у пациентов 1 и 2 подгруппы.

 

ТАБЛИЦА 1. СЫВОРОТОЧНЫЕ УРОВНИ ИССЛЕДУЕМЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ У ПАЦИЕНТОВ ПОДГРУППЫ 1, 2 И В ГРУППЕ КОНТРОЛЯ

TABLE 1. SERUM LEVELS OF STUDIED PARAMETERS IN CONTROL GROUP, SUBGROUP 1 AND SUBGROUP 2

No.

Показатель

Index

Контроль

Control

Подгруппа 1

Subgroup 1

Подгруппа 2

Subgroup 2

Базовый

Base

6 месяцев

6 months

12 месяцев

12 months

Базовый

Base

6 месяцев

6 months

12 месяцев

12 months

1

IL-1β, пг/мл

IL-1β, pg/mL

1,61

(1,37-

2,18)

1,42

(1,23-

1,75)

1,46

(1,21-

1,75)

1,42

(1,22-

1,74)

3,46

(2,20-

4,89)a, b

3,35

(2,31-

4,83)a, b

3,42

(2,19-

4,92)a, b

2

IL-17A, пг/мл

IL-17A, pg/mL

5,32

(5,05-

5,89)

5,42

(5,01-

6,23)

5,34

(4,97-

5,90)

5,38

(5,05-

5,92)

5,39

(5,18-

6,25)

5,36

(5,12-

6,01)

5,42

(5,19-

6,06)

3

IL-10, пг/мл

IL-10, pg/mL

16,28

(12,68-

21,95)

14,98

(12,55-

19,36)

15,25

(12,63-

20,01)

16,07

(12,70-

21,39)

13,64

(11,34-

17,87)a, b

13,46

(11,31-

17,86)a, b

14,01

(11,56-

18,18)a, b

4

TNFα, пг/мл

TNFα, pg/mL

2,48

(1,37-

3,47)

3,84

(3,34-

4,97)a

4,02

(3,30-

5,12)a

3,95

(3,29-

5,09)a

3,65

(3,21-

5,48)a

3,85

(3,32-

5,01)a

3,88

(3,34-

5,19)a

5

IFNγ, пг/мл

IFNγ, pg/mL

14,0

(10,91-

15,55)

15,03

(10,42-

17,25)

14,86

(10,39-

16,54)

14,19

(10,72-

16,98)

13,72

(10,43-

20,53)

14,37

(10,35-

15,78)

13,88

(10,56-

17,80)

6

TGF-β1, нг/мл

TGF-β1, ng/mL

36,81

(34,30-

43,01)

35,2

(28,38-

38,50)

34,5

(28,57-

40,81)

36,17

(30,19-

40,55)

36,19

(30,93-

43,22)

36,44

(29,97-

42,21)

36,66

(31,20-

42,36)

7

TGF-β2, пг/мл

TGF-β2, pg/mL

116,9

(103,87-

150,41)

142,86

(127,06-

185,34)a

142,63

(124,96-

181,31)a

138,28

(122,34-

184,67)a

142,75

(122,59-

183,70)a

144,02

(123,23-

182,97)a

140,88

(124,67-

181,03)a

8

TGF-β3, пг/мл

TGF-β3, pg/mL

119,49

(66,09-

196,64)

132,24

(59,14-

191,00)

123,33

(63,23-

190,80)

126,87

(70,02-

195,43)

69,8

(37,54-

118,50)a, b

75,89

(38,23-

122,60)a, b

77,98

(35,09-

119,45)a, b

9

MMP-2, нг/мл

MMP-2, ng/mL

207,65

(155,78-

251,12)

196,51

(152,20-

235,19)

200,18

(154,50-

241,13)

211,13

(161,30-

239,56)

192,32

(158,66-

244,85)

199,59

(156,33-

248,24)

193,32

(155,76-

250,47)

10

MMP-7, нг/мл

MMP-7, ng/mL

2,17

(1,45-

2,85)

1,66

(0,9-

2,7)a

1,64

(0,88-

2,63)a

1,58

(0,91-

2,61)a

1,45

(0,75-

2,38)a

1,49

(0,78-

2,40)a

1,5

(0,77-

2,38)a

11

MMP-9, нг/мл

MMP-9, ng/mL

317,04

(269,89-

363,58)

354,79

(314,45-

427,30)a

361,22

(309,11-

441,61)a

356,25

(312,30-

427,45)a

338,6

(310,50-

409,23)a

348,99

(315,96-

433,18)a

347,83

(312,41-

431,50)a

12

TIMP-1, нг/мл

TIMP-1, ng/mL

191,04

(177,74-

201,97)

189,75

(164,03-

217,27)

188,34

(168,28-

208,44)

189,19

(169,13-

214,33)

197,25

(169,46-

226,60)

192,11

(170,15-

208,45)

193,92

(172,28-

213,44)

13

TIMP-2, нг/мл

TIMP-2, ng/mL

92,18

(86,92-

97,73)

104,61

(95,52-

115,86)a

105,34

(99,24-

111,35)a

103,38

(96,25-

109,67)a

117,14

(109,30-

128,91)a, b

121,43

(109,34-

132,19)a, b

119,7

(105,66-

133,43)a, b

14

белок S100b,

пг/мл

protein S100b,

pg/mL

45,19

(37,27-

51,79)

44,84

(37,52-

53,05)

45,31

(37,19-

52,14)

46,11

(36,67-

55,32)

53,44

(43,82-

75,82)a, b

56,83

(45,43-

75,80)a, b

58,11

(43,26-

77,37)a, b

15

BDNF, нг/мл

BDNF, ng/mL

30,19

(27,38-

32,14)

28,99

(27,18-

31,82)

32,13

(27,11-

33,23)

29,59

(27,12-

32,72)

26,35

(24,51-

29,22)a, b

26,57

(24,31-

29,19)a, b

27,33

(25,29-

30,22)a, b

16

NGF, пг/мл

NGF, pg/mL

5,96

(4,77-

8,13)

5,63

(4,82-

7,58)

5,66

(4,78-

7,73)

5,63

(4,76-

7,19)

7,26

(5,44-

8,17)a, b

7,32

(5,48-

8,02)a, b

7,35

(5,38-

8,25)a, b

Примечание. a – достоверная (p < 0,05) разница в сравнении с контрольной группой; b – достоверная (p < 0,05) разница между подгруппой 1 и 2.

Note. a, significant (p < 0.05) difference compared to the control group; b, significant (p < 0.05) difference between subgroup 1 and 2.

 

Отсутствовала достоверная разница между группами в уровнях IL-17A, IFNγ, TGF-β1, MMP-2, TIMP-1, как при первичном осмотре, так и в динамике. TNFα и TGF-β2 были повышены у пациентов основной группы в сравнении с контролем, однако отсутствовала разница между подгруппами 1 и 2.

В подгруппе пациентов с высоким уровнем фокальных потерь ГКС выявлено достоверное увеличение уровня IL-1β и дефицит IL-10 в сравнении с контрольной группой и подгруппой без значимых потерь ГКС на протяжении всего периода наблюдения. Данный факт говорит о дисбалансе между про- и противовоспалительными цитокинами. Во многих исследованиях, изучающих роль воспаления в патогенезе ДР, выявлен высокий уровень IL-1β и дефицит IL-10 в сыворотке крови, влаге передней камеры и стекловидном теле [3]. Существует предположение, что глиальные клетки сетчатки являются основным источником высокого уровня IL-1β, что может потенцировать гибель ГКС [7]. При помощи построения ROC кривых, мы оценили диагностический потенциал определения уровня данных цитокинов в сыворотке крови для прогнозирования развития нейродегенерации сетчатки у пациентов с СД. Уровень IL-1β показал хорошую прогностическую ценность (AUC = 0,89) (рис. 1), в то время как ROC-кривая уровня IL-10 не показала значимости этого цитокина в прогнозе развития данного состояния (AUC = 0,45).

 

Рисунок 1. ROC-кривая IL-1β у пациентов с нейродегенерацией сетчатки

Figure 1. ROC-curve of IL-1β in patients with neurodegeneration of retina

 

Выявлен дефицит TGF-β3 у пациентов подгруппы 2 в сравнении с контролем и подгруппой 1.В недавнем экспериментальном исследовании на культуре ГКС было показано, что TGF-β3 повышает выживаемость ГКС в условиях гипергликемии [5]. Однако ROC-анализ не показал достоверного влияния сывороточного уровня данного цитокина на проявления нейродегенерации (AUC = 0,33), этот факт требует дальнейшего изучения.

Определен дисбаланс в системе тканевого протеолиза, уровни MMP-9 и TIMP-2 были повышены, уровень MMP-7 был понижен в обеих подгруппах в сравнении с контролем. Многие исследования показывают важную роль матриксных металлопротеиназ в развитии дегенеративных процессов нервной ткани [4]. Достоверная разница между пациентами подгруппы 1 и 2 наблюдалась по сывороточной концентрации TIMP-2. ROC-анализ подтвердил (AUC = 0,74) роль данного ингибитора в индукции нейродегенерации сетчатки при ДР (рис. 2).

 

Рисунок 2. ROC-кривая TIMP-2 у пациентов с нейродегенерацией сетчатки

Figure 2. ROC-curve of TIMP-2 in patients with neurodegeneration of retina

 

При анализе сывороточной концентрации нейроспецефических белков в группе пациентов с ОКТ-признаками нейродегенерации сетчатки выявлены высокие уровни белка S100b и NGF и дифицит BDNF в отличие от группы контроля и подгруппы 1. Белок S100b является одним из маркеров повреждения нервной ткани и его высокие уровни стимулируют нейродегенерацию [1]. NGF является одним из наиболее изученных нейротрофических факторов, его физиологические эффекты направлены на повышение выживаемости нейронов [8]. Его повышение возможно является компенсаторной реакцией в ответ на повреждение нервных структур (в т.ч. сетчатки), которое вызвано нарушением гомеостаза при СД. ROC кривые показали удовлетворительную прогностическую значимость как для белка S100b (AUC = 0,71) (рис. 3), так и для NGF (AUC = 0,6) (рис. 4). Для BDNF ROC-анализ не подтвердил диагносттической значимости (AUC = 0,38).

 

Рисунок 3. ROC-кривая S100b у пациентов с нейродегенерацией сетчатки

Figure 3. ROC-curve of S100b in patients with neurodegeneration of retina

 

Рисунок 4. ROC-кривая NGF у пациентов с нейродегенерацией сетчатки

Figure 4. ROC-curve of NGF in patients with neurodegeneration of retina

 

Выводы

Механизмы нейродегенерации сетчатки, вызванные сахарным диабетом малоизучены и требуют не только клинических, но и фундаментальных исследований. Настоящее исследование показало роль нейровоспаления в развитии данного состояния, что может быть основой для разработки новых диагностических и лечебных мероприятий. Требуется дальнейшее изучение взаимного влияния цитокинов, нейропептидов и матриксных металлопротеиназ на нейродегенеративные процессы в нервной ткани при различных социально значимых заболеваниях.

×

Об авторах

М. П. Ручкин

ФГБОУ ВО «Тихоокеанский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения РФ; ООО «Приморский центр микрохирургии глаза»

Автор, ответственный за переписку.
Email: michaelr-n@mail.ru

заочный аспирант кафедры нормальной и патологической физиологии; врач-офтальмолог 

Россия, Владивосток; Владивосток

Е. В. Маркелова

ФГБОУ ВО «Тихоокеанский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения РФ

Email: michaelr-n@mail.ru

д.м.н., профессор, заведующая кафедрой нормальной и патологической физиологии

Россия, Владивосток

Г. А. Федяшев

ФГБОУ ВО «Тихоокеанский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения РФ; ООО «Приморский центр микрохирургии глаза»

Email: michaelr-n@mail.ru

д.м.н., профессор кафедры офтальмологии и оториноларингологии; главный врач 

Россия, Владивосток; Владивосток

В. Н. Ющук

ФГБОУ ВО «Тихоокеанский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения РФ

Email: michaelr-n@mail.ru

ассистент кафедры общественного здоровья и организации здравоохранения

Россия, Владивосток

Список литературы

  1. Маркелова Е.В., Зенина А.А., Кадыров Р.В. Нейропептиды как маркеры повреждения головного мозга // Современные проблемы науки и образования, 2018. № 5. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://science-education.ru/ru/article/view?id = 28099. [Markelova E.V., Zenina A.A., Kadyrov R.V. Neuropeptides as markers of brain damage. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya = Modern Problems of Science and Education, 2018, no. 5. [Electronic resource]. Access mode: http://science-education.ru/ru/article/view?id = 28099. (In Russ.)]
  2. Ручкин М.П., Еремеева Л.В., Маркелова Е.В., Федяшев Г.А. Роль дисбаланса системы матриксных металлопротеиназ в индукции нейродегенерации сетчатки при диабетической ретинопатии // Современные проблемы науки и образования, 2022. № 1. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://science-education.ru/article/view?id = 31427. [Ruchkin M.P., Eremeeva L.V., Markelova E.V., Fedyashev G.A. The role of imbalance in matrix metalloproteinases system in induction of neurodegeneration of retina in diabetic retinopathy, Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya = Modern Problems of Science and Education, 2022, no. 1. [Electronic resource]. Access mode: https://science-education.ru/article/view?id = 31427. (In Russ.)]
  3. Barber A.J., Lieth E., Khin S.A., Antonetti D.A., Buchanan A.G., Gardner T.W. Neuronal apoptosis in the retina during experimental and human diabetes. Early onset and effect of insulin. J. Clin. Invest., 1998, Vol. 102, no. 4, pp. 783-791.
  4. Behl T., Kaur G., Sehgal A., Bhardwaj S., Singh S., Buhas C., Judea-Pusta C., Uivarosan D., Munteanu M.A., Bungau S. Multifaceted role of matrix metalloproteinases in neurodegenerative diseases: pathophysiological and therapeutic perspectives. Int. J. Mol. Sci., 2021, Vol. 22, no. 3, pp. 1413-1423.
  5. Chen H., Ho Y., Chou H., Liao E., Tsai Y., Wei Y., Lin L., Lin M., Wang Y., Ko M., Chan H. The role of transforming growth factor-beta in retinal ganglion cells with hyperglycemia and oxidative stress. Int. J. Mol. Sci., 2020, Vol. 21, no. 18, 6482. doi: 10.3390/ijms21186482.
  6. Khan A., Hashim M., King J., Govender R., Mustafa H., Al Kaabi J. Epidemiology of type 2 diabetes – global burden of desease and forecasted trendes. J. Epidemiol. Glod. Health, 2020, Vol. 10, no. 1, pp. 107-111.
  7. Mendiola A., Cardona A. The IL-1β phenomena in neuroinflammatory diseases. J. Neural Transm. (Vienna), 2018, Vol. 125, no. 5, pp. 781-795.
  8. Padmakumar S., Taha M., Kadakia E. Delivery of neurotrophic factors in treatment of age-related chronic neurodegenerative diseases. Expert Opin. Drug Deliv., 2020, Vol. 17, no. 3, pp. 323-340.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рисунок 1. ROC-кривая IL-1β у пациентов с нейродегенерацией сетчатки

Скачать (149KB)
3. Рисунок 2. ROC-кривая TIMP-2 у пациентов с нейродегенерацией сетчатки

Скачать (150KB)
4. Рисунок 3. ROC-кривая S100b у пациентов с нейродегенерацией сетчатки

Скачать (146KB)
5. Рисунок 4. ROC-кривая NGF у пациентов с нейродегенерацией сетчатки

Скачать (146KB)

© Ручкин М.П., Маркелова Е.В., Федяшев Г.А., Ющук В.Н., 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № 77 - 11525 от 04.01.2002.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах