Регенерация сетчатки
Почему сетчатка у человека не восстанавливается?
Биолог Алексей Ердяков о стволовых клетках сетчатки, клетках Мюллера и способностях к регенерации сетчатки у разных организмов
Один из важных и интересных вопросов в области патофизиологии зрения – почему у некоторых животных способность к регенерации сетчатки после ее травмы сохранилась, а у человека такая способность отсутствует? Способность к регенерации сетчатки, то есть к ее полному функциональному восстановлению, давно изучается на различных видах животных, как-то: рыбки данио-рерио (zebrafish), шпорцевые лягушки и тритоны. После повреждения сетчатка у этих животных полностью восстанавливается и структурно, и функционально. А если у человека в сетчатке реализуется какой-то воспалительный процесс, он, как правило, заканчивается процессами глиоза, то есть пролиферации и фиброза глиальной ткани.
Один из важных и интересных вопросов в области патофизиологии зрения – почему у некоторых животных способность к регенерации сетчатки после ее травмы сохранилась, а у человека такая способность отсутствует? Способность к регенерации сетчатки, то есть к ее полному функциональному восстановлению, давно изучается на различных видах животных: рыбки данио рерио (zebrafish), шпорцевые лягушки и тритоны. После повреждения сетчатка у этих животных полностью восстанавливается и структурно, и функционально. А если у человека в сетчатке реализуется какой-то воспалительный процесс, он, как правило, заканчивается процессами глиоза, то есть пролиферации и фиброза глиальной ткани.
Не так давно были опубликованы результаты экспериментов, проводимых на мышах. Существует особый пронейрональный транскрипционный фактор, который у мышей, млекопитающих и человека в норме находится в молчащем состоянии, то есть неактивен. А у рыбок данио-рерио он находится в активном состоянии, при повреждении сетчатки он позволяет клеткам Мюллера дедифференцироваться, давать практически все возможные типы нейронов сетчатки: фоторецепторы, биполярные клетки, амакриновые клетки, которые обрабатывают первичную зрительную информацию на уровне сетчатки.
Этот пронейрональный транскрипционный фактор в клетках Мюллера удалось активировать, когда у мышей искусственно травмировали сетчатку, вносили повреждения. Клетки Мюллера подвергались дедифференциации и формировали пулы функционально активных нейронов в сетчатке. К сожалению, не получилось до конца восстановить сетчатку, и клетки Мюллера давали исключительно биполярные клетки. Никакие другие типы нейронов в результате своей дедифференцировки они больше не давали.
Возникает вопрос: что еще может влиять на регенераторный потенциал сетчатки у млекопитающих? Дело не только в одном транскрипционном факторе, хотя эти регуляторные механизмы на уровне клеток сейчас активно изучаются и многие исследователи этим занимаются. Нельзя говорить о том, что речь может идти о каких-то отдельных, индивидуальных транскрипционных факторах. Сетчатка – это сложно устроенная ткань, речь идет о большом количестве различных регуляторных факторах как на клеточном уровне, так и на тканевом уровне. Это очень большая, сложная система. Изучать ее нужно комплексно, не заострять свое внимание только на генетическом аппарате клетки и ее транскрипционных факторах.
Но, как и бывает в биологии, сведения накапливаются постепенно, поэтому единая концепция может вызревать позднее. Через 10–15 лет мы больше узнаем о факторах транскрипционных и о макрофакторах, которые регулируют воспалительные процессы уже на уровне ткани. Поймем, как это все совместно работает и как нам сделать так, чтобы заставить клетки Мюллера у человека регенерировать.
Почему в процессе эволюции так произошло, что некоторые организмы сохранили способность к регенерации сетчатки, а некоторые организмы утратили ее? В настоящее время рассматривают концепцию, заключающуюся в том, что существует два подхода к восстановлению сетчатки. Первая концепция – регенераторная, когда сетчатка полностью функционально восстанавливается из стволовых клеток и из аналогов стволовых клеток сетчатки. Это еще называется непролиферативный глиоз, то есть глиальные клетки, к которым клетки Мюллера тоже относятся, активируются на фоне развития местной воспалительной реакции. Но эта активация глиальных клеток приводит к дедифференциации клеток Мюллера и к тому, что сетчатка из этих клеток Мюллера может восстанавливаться.
А у человека и млекопитающих эволюция пошла по другому пути, и реализуется стратегия нейропротекции. Она хороша на коротких сроках, то есть тактически это хорошая стратегия, а вот стратегически – неудачная. Эта стратегия называется пролиферативным глиозом. С ее помощью реализуется замещение функциональных нейронов, которые осуществляют обработку зрительной информации в сетчатке, глиальной тканью – это и называется глиозом. То есть глия пролиферирует, и формируется глиозный рубец, который замещает область погибших нейронов. Эта стратегия реализуется не только для сетчатки, но для всей нервной ткани и головного мозга в том числе.
Помимо глиоза, над сетчаткой, под сетчаткой или внутри сетчатки образуются фиброзно-клеточные мембраны. Замещение происходит не только глиальными клетками, но и соединительной тканью. Если рассматривать регуляторные процессы, вырабатывается большое количество нейротрофических факторов. Это, например, мозговой нейротрофический фактор BDNF, фактор роста нервов NGF. Это различные нейротрофины – третий и четвертый. Благодаря воздействию нейротрофических факторов наши нейроны какое-то время могут просуществовать как можно дольше. Они обеспечивают сохранность нейронов на коротком промежутке времени. Однако в дальнейшем все заканчивается развитием тотального глиоза – замещением глиальными клетками и формированием соединительнотканных мембран. Такая стратегия реализуется у человека.
В дальнейшем понимание этих процессов и выстраивание более полноценной патофизиологической концепции того, что происходит на фоне развития внутриглазного воспаления, при травмах сетчатки и сопоставление этих данных с тем, что происходит у классических организмов, на которых изучают регенераторные возможности сетчатки, позволит прийти к тому, чтобы заставить наши потенциально стволовые клетки сетчатки регенерировать, а из них сетчатка восстанавливалась бы не только структурно, но и функционально.
Об авторе:
Алексей Ердяков – кандидат биологических наук, МГУ имени М.В. Ломоносова, факультет фундаментальной медицины.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru