CC BY
92
G
пишут молодые
роль системы комплемента в патогенезе возрастной макулярной дегенерации. методы медикаментозного воздействия (литературный обзор)
© А. А. Егорова, П. А. Нечипоренко
Кафедра офтальмологии с клиникой СПбГМУ им. акад. И. П. Павлова, Санкт-Петербург
ф В статье представлены обобщенные сведения о роли системы комплемента в защите тканей глаза от чужеродных агентов, причинах чрезмерной активности системы комплемента в организме. Рассмотрено значение этой особенности как фактора риска развития возрастной макулярной дегенерации. Приведены сведения о разработке лекарственных средств, способных подавлять избыточную активность системы комплемента.
ф Ключевые слова: возрастная макулярная дегенерация; патогенез; система комплемента; активация комплемента.
УДК 617.7 ГРНТИ 76.29.56 ВАК 14.01.07
введение
Возрастная макулярная дегенерация (ВМД) в развитых странах является одной из главных причин слепоты среди населения старше 50 лет [1]. При этом заболевании прогрессирующая деструкция макулы приводит к потере центрального зрения. В России заболеваемость ВМД в последние годы достигла 15 на 1000 населения [1]. По данным ВОЗ, доля населения старшей возрастной группы в экономически развитых странах составляет около
20 %, а к 2050 г. возрастёт, вероятно, до 33 % [25]. Соответственно, в связи с ожидаемым увеличением продолжительности жизни, неуклонным ростом распространённости атеросклероза и сопутствующей патологии проблема ВМД остается актуальной. В структуре первичной инвалидности по ВМД больные в трудоспособном возрасте составляют
21 %, а в пенсионном возрасте — 32 % [6].
ВМД подразделяется на «сухую» и «влажную» форму. При «сухой» форме друзы — небольшие желтоватые отложения — формируются между пигментным эпителием сетчатки (ПЭС) и мембраной Бруха. «Влажная» форма характеризуется появлением новообразованных сосудов в субретинальном пространстве — хориоидальной неоваскуляризацией (ХНВ). [19, 26, 34]
Факторы риска ВМД хорошо известны [1]. К ним относят:
• возраст
• курение
• атеросклероз сосудов
• уровень холестерина в крови
• избыточная масса тела
• генетическая предрасположенность.
В последнее время высказываются предположения о значении для развития ВМД системы комплемента (СК). [7, 24, 25, 29]. Разные исследователи доказали участие комплемента в образовании друз при неэкссудативной форме ВМД у человека [6, 14, 19, 24, 28, 29]. Компоненты комплемента, продукты активации системы комплемента, белки-регуляторы были обнаружены в составе друз у пациентов с ВМД [25].
роль системы комплемента в защите здорового глаза
СК является частью иммунной системы человека, защищает глаз и другие ткани от патогенных возбудителей инфекции. Она участвует в воспалительных реакциях, вызывая дегрануляцию тучных клеток и базофилов. СК выполняет цитотоксическую функцию посредством мембраноатакующего комплекса, который перфорирует мембрану бактериальной клетки и вызывает ее лизис. А также облегчает фагоцитоз, участвуя в опсонизации (процесс адсорбции опсонинов на поверхности микроорганизмов и других инородных частиц, который стимулирует и облегчает их фагоцитоз). Наконец, СК разрушает циркулирующие в крови иммунные комплексы.
Для выполнения своих функций система комплемента требует активации. В организме система комплемента постоянно активна в небольшой степени и защищает глаз от возбудителей инфекции [10, 11, 17, 30, 37, 38]. Уровень активности контролируется белками регуляторами [32, 38]. Они не допускают чрезмерной активации или ослабления
Рис. 1. Пути активации системы комплемента (по M. J. Walport, 2001, К С Issaetal., 2011).
АГ — антиген; АТ — антитело; МВР — манноза-связывающий пептид; РАМР — патоген-ассоциированные молекулярные паттерны. Их комплексы распознаются системой комплемента и запускают иммунный ответ, активируя СК по классическому и лектиновому пути. Спонтанный гидролиз компонента 3 (С3) запускает альтернативный путь активации. С4Ь2а, СЗ-конвертаза (компонент 4Ь2а) — фермент, гидролизующий компонент 3. С3ВЬ,С5-конвертаза (компонент ЗВЬ) — фермент, гидролизующий компонент 5. С1, С2,С3, С4, С5, С6, С7, С8, С9 — компоненты комплемента 1—9, СЗа, СЗЬ, С5а, С5Ь — анафилотоксины, компоненты комплемента За, ЗЬ, 5а, 5Ь. С5Ь9 — компонент 5Ь9, мембраноатакующий комплекс. CFB — фактор комплемента В. Ва — компонент комплемента Ва. ВЬ — компонент комплемента ВЬ; CFD — фактор комплемента D
СК, поддерживая ее постоянную готовность к иммунному ответу.
Известны классический, альтернативный, лек-тиновый пути (см. рис. 1) активации СК. В каждом случае протеолитический каскад запускает активацию центрального белка СЗ (компонент комплемента З). Следующим этапом образуют-
ся биологически активные молекулы: опсонины, облегчающие фагоцитоз; анафилотоксины (СЗ а, С5 а — компоненты комплемента З а и 5 а), ведущие к воспалению; мембраноатакующий комплекс (МАК), вызывающий лизис клетки.
Классический и лектиновый пути запускаются при взаимодействии факторов комплемента и им-
Рис. 2. Препараты, ингибирующие систему комплемента, точки приложения их действия. (по К ^ Issaetal., 2011)
С4Ь2а, СЗ-конвертаза (компонент 4Ь2а) — фермент, гидролизующий компонент 3; С3ВЬ, С5-конвертаза (компонент 3ВЬ) — фермент, гидролизующий компонент 5; СЗ, С5, С6, С7, С8, С9 — компоненты комплемента 3, 5, 6, 7, 8, 9; СЗЬ, С5а — анафилотоксины, компоненты комплемента ЗЬ, 5а; С5Ь9 — компонент 5Ь9, мембраноатакующий комплекс. В — фактор комплемента В; Ва — компонент комплемента Ва; FD — фактор комплемента D; РОТ-4 — пептид, блокирует образование компонентов За и ЗЬ из компонента 3 [З4]; Анти^ — антагонист фактора D — рекомбинантное гуманизированное моноклональное антитело, дозозависимо блокирует альтернативный путь активации СК в сыворотке крови животных и человека. [26]. Экулизумаб — Солирис, рекомбинантное гуманизированное моноклональное антитело IgG. Специфически связывается с компонентом комплемента 5 (С5), ингибируя его расщепление С5-конвертазой[ЗЗ]
мунных комплексов. Альтернативый путь не требует присутствия иммунных комплексов для своей активации и запускается при спонтанном гидролизе СЗ (компонента З).
роль системы комплемента в патогенезе вмд
Патологическую роль СК начинает играть в случае своей гиперактивности в организме, когда нарушается регуляция системы. Доказательством может служить повышенная концентрация компонентов комплемента в крови и в составе друз у пациентов с ВМД [14, 42].
Нарушение регуляции может быть следствием генетической особенности данного человека.
Согласно последним данным, повышенная активность СК объясняется присутствием особого аллеля гена, кодирующего фактор комплемента Н ^Н ^402Н)) [З6, 18, 27, З9]. Дефектный фактор Н не может эффективно связываться с гликозами-ногликанами в пределах мембраны Бруха. Плохое связывание вызывает избыточную активацию системы комплемента [1З]. Постепенно развивается хроническое воспаление, еще не имеющее никаких клинических проявлений. Его опасность состоит в том, что развивается локальная ишемия тканей.
Хроническое субклиническое воспаление приводит к ишемизации и дистрофии пигментного эпителия, отложению друз, постепенному росту очагов атрофии с образованием географической атрофии, а также вызывает развитие неоваскуля-ризации и фиброза на поздних стадиях. Пути воздействия на систему комплемента Клинические испытания препаратов, призванных блокировать систему комплемента
Учитывая последние данные о том, что гиперактивность системы комплемента может играть роль в развитии ВМД, многие исследователи задались целью синтезировать средства, которые могли бы блокировать избыточную активность системы комплемента.
Пути активации системы комплемента и весь каскад реакций были подробно изучены ранее, поэтому ведутся разработки биологически активных веществ, способных блокировать СК на различных уровнях. Каждое вещество способно блокировать одну из реакций, таким образом останавливая весь каскад.
Приведём некоторые примеры таких препаратов (см. рис. 2). Данные средства проходят клинические испытания на базах медицинских университетов в Соединенных Штатах по заказу отдельных фармкомпаний.
Белок CD59
Проводилось исследование на животных, целью которого было понять роль комплемент-регулирующего белка CD59, который контролирует образование и функцию МАК. ХНВ была вызвана у мышей под воздействием аргонового лазера. Мыши, заведомо были лишены гена белка CD59 и не могли его продуцировать. Назначение интравитреально данного белка, рекомбинантно-го иммуноглобулина CD59a-IgG2a (rsCD59a-Fc), останавливало развитие ХНВ путем блокирования образования МАК и угнетения экспрессии факторов эндотелиального роста. Результаты данного исследования указывают на непосредственную роль CD59 в ограничении активации комплемента. Возможно, впоследствии это свойство может быть использовано в терапии ВМД [12].
Пептид POT-4
Компания Potentia Pharmaceuticals, Inc. начала в 2007 году клиническое исследование по применению РОТ-4 в лечении ВМД. РОТ-4 это синтетический пептид, который способен блокировать систему комплемента, вызывающую местное воспаление, повреждение тканей (при «сухой» форме ВМД) и развитие новообразованных сосудов (при «влажной» форме ВМД). Блок осуществляется на уровне образования С3 а, С3Ь из С3. Путь введения, наиболее вероятно, интравитреальный, как самый эффективный. В сентябре 2008 г. компания сообщила об успешном завершении первой фазы клинических испытаний [34].
Антагонист фактора D, FCFD4514S
FCFD4514S это рекомбинантное гуманизированное моноклональноеантитело, Fab-фрагмент, направленный против фактора D, сериновая протеаза в альтернативном пути активации комплемента. Анти-фактор D рассматривается как терапевтический агент для интравитреального введения у пациентов с географической атрофией сетчатки. Проводились исследования на животных и на людях. Анти-фактор D дозозави-симо блокировал альтернативный путь активации комплемента в пробах с сывороткой крови животных и человека. Вводимый интравитре-ально животному, этот фактор также ингиби-ровал альтернативный путь, но частично или на небольшой срок. При этом доза составляла 10 мг на один глаз. Эффект внутриглазного введения не был напрямую связан с концентрацией в сыворотке, предположительно восстановление активности альтернативного пути зависело от синтеза фактора D de novo (60 % его полностью замещается за 1 час), нейтрализовавшего антагонист FD [26].
Экулизумаб, Солирис
Экулизумаб это рекомбинантное гуманизированное моноклональное антитело IgG2/4. Препарат специфически связывается с компонентом комплемента С5, ингибируя его расщепление С5-конвертазой, таким образом блокируется формирование комплекса C5b-9, мембрано-атакующего комплекса. Эффективность Экулизумаба была выявлена в лечении пароксиз-мальной ночной гемоглобинурии. В 2007 г. препарат был одобрен FDA (Food and Drug Administration) в США [21]. В настоящее время проводятся исследования способности Экулизумаба препятствовать образованию друз и географической атрофии макулы при «сухой» форме ВМД [33].
Испытания этих препаратов начаты недавно, пока результаты исследования положительные. Однако до внедрения их в практику требуются дополнительные исследования, которые подтвердили бы их эффективность и безопасность.
здключение
Система комплемента является важной составляющей иммунной системы человека. Однако в некоторых случаях ее избыточная активация может становиться причиной хронического субклинического воспаления. Ряд исследований указывают на роль системы комплемента в патогенезе возрастной макулярной дегенерации. Имеет значение как локальная активность СК, так и генерализованная. В последнее время идут разработки и испытания препаратов, специфических иммунных агентов, которые были бы способны угнетать патологическую избыточную активность СК. Для подтверждения безопасности и эффективности их действия требуются дополнительные клинические исследования.
список литердтуры
1. Астахов Ю. С., Лисочкина А. Б., Шадричев Ф. Е. Возрастная макулярная дегенерация // Офтальмология. Клинические рекомендации / Под ред. Л. К. Мошетовой и др. — М., ГЭОТАР-Медиа, 2006. — 165-238 с.
2. Гветадзе А. А., Виноградова Е. П., Егоров Е. А. Рациональные подходы к ведению больных с «сухой» формой возрастной макулярной дегенерации. РМЖ. 2010. http://rmj. ru/articles_7463.htm
3. Ермакова Н. А., Рабданова О. Ц. Основные этиологические факторы и патогенетические механизмы развития возрастной макулярной дегенерации // Клиническая офтальмология. — 2007. — Т. 8, № 3. — С. 125-128.
4. Кацнельсон Л. А., Лысенко В. С., Балишанская Т. И. Клинический атлас патологии глазного дна.—3-е изд., стер. — М.: ГЭОТАР-МЕД, 2004. — 152 с
5. Клинические рекомендации. Офтальмология // Под ред. Л. К. Мошетовой, А. П. Нестерова, Е. А. Егорова. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2007. — 256 с
6. Anderson D. H., Mullins R. F., Hageman G. S., Johnson L. V. A role for local inflammation in the formation of drusen in the aging eye // Am. J. Ophthalmol. — 2002. — Vol. 134. — P. 411-431
7. Anderson D. H., Radeke M. J., Gallo N. B. et al. The pivotal role of the complement system in aging and age-related macular degeneration: hypothesis re-visited // Prog. Retin. Eye Res. — 2009. — Vol. 29. — P. 95-112
8. AREDS report No. 19. Age-Related Eye Disease Study Research Group. Risk factors for the incidence of advanced age-related macular degeneration in the Age-Related Eye Disease Study (AREDS) // Ophthalmology. — 2005. — Vol. 112. — Р. 533-539
9. AREDS report no. 9. Age-Related Eye Disease Study Research Group. A randomized, placebo-controlled, clinical trial of high-dose supplementation with vitamins C and E and beta carotene for age-related cataract and vision loss // Arch Ophthalmol. — 2001. — Vol. 119. — № 10. — Р. 1439-1452
10. Bardenstein D. S., Cheyer C., Okada N. et al.Cell surface regulators of complement, 5I2 antigen, and CD59, in the rat eye and adnexal tissues // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. — 1999. — Vol. 40. — Р. 519-524
11. Bora N. S., Gobleman C. L., Atkinson J. P. Differential expression of the complement regulatory proteins in the human eye // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. — 1993. — Vol. 34, N 13. — Р. 3579-3584
12. Bora N. S., Kaliappan S., Jha P. et al. J CD59, a complement regulatory protein, controls choroidal neovascularization in a mouse model of wet-type age-related macular degeneration // Immunol. — 2007. — Vol. 178, N 3. — Р. 1783-1790
13. Clark S. J., Higman V. A, Mulloy B. et al. His-384 allotypic variant of factor H associated with age-related macular degeneration has different heparin binding properties from the non-disease-associated form // J. Biol. Chem. — 2006. — Vol. 281. — Р. 24713-24720.
14. Crabb J. W., Miyagi M., Gu X. et al. Drusen proteome analysis: an approach to the etiology of age-related macular degeneration // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2002. — Vol. 99. — Р. 14682-14687.
15. Dunkelberger J. R., Song W. C. Complement and its role in innate and adaptive immune responses // Cell Res.—2010.—Vol. 20. — Р. 34-50.
16. Ferris F. L., Fine S. L., Hyman L. Age-related macular degeneration and blindness due to neovascularmaculopathy // Arch. Ophthalmol. — 1984. — Vol. 102. — Р. 1640-1642.
17. Funabashi K., Okada N., Matsuo S. et al. Tissue distribution of complement regulatory membrane proteins in rats // Immunology. — 1994. — Vol. 81. — Р. 444-451.
18. Haddad S., Chen C. A., Santangelo S. L., Seddon J. M. The genetics of age-related macular degeneration: a review of progress to date // Surv. Ophthalmol. — 2006. — Vol. 51. — Р. 316-363.
19. Hageman G. S., Luthert P. J., Chong N. H. V. An integrated hypothesis that considers drusen as biomarkers of immune-mediated processes at the RPEBruch's membrane interface in aging and age-related macular degeneration // Prog. Retin. Eye Res. — 2001. — Vol. 20. — Р. 705-732.
20. Hecker L. A., Edwards A. O., Ryu E. et al. Genetic control of the alternative pathway of complement in humans and age-related macular degeneration // Hum. Mol. Genet. — 2010. — Vol. 19. — P. 209215.
21. Hillmen P., Young N., Schubert J. et al. The complement inhibitor eculizumab in paroxysmal nocturnal hemoglobinuria // N. Engl. J. Med. — 2006. — Vol. 355, N 12. — P. 1233-1243.
22. Holz F. G., Pauleikhoff D., Klein R., Bird A. C. Pathogenesis of lesions in late age-related macular disease // Am. J. Ophthalmol. — 2004. — Vol. 137, N 3. — P. 504-510.
23. Husain D, Ambati B., Adamis A. P., Miller J. W. Mechanisms of age-related macular degeneration // Ophthalmol. Clin. North. Am. — 2002. — Vol. 15. — P. 87-91.
24. Johnson L. V, Leitner W. P., Staples M. K., Anderson D. H. Complement activation and inflammatory processes in drusen formation and age related macular degeneration // Exp. Eye. Res. — 2001. — Vol. 73. — P. 887-896.
25. Johnson L. V., Ozaki S., Staples M. K. et al. A potential role for immune complex pathogenesis in drusen formation // Exp Eye Res. —
2000. — Vol. 70. — P. 441-449.
26. Loyet K., Good J., Sturgeon L. et al. Anti-factor D Fab Specifically Inhibits the Alternative Complement Pathway: in vitro characterization and in vivo effects following administration to cynomolgus monkeys // AAPSJ. — 2010. — URL: http://www.aapsj.org/abstracts/ NBC_2010/NBC10-000313.PDF (дата доступа 18.02.2012).
27. Katta S., Kaur I., Chakrabarti S. The molecular genetic basis of age-related macular degeneration: an overview // J. Genet. — 2009 — Vol. 88. — P. 425-449.
28. Mullins R. F., Aptsiauri N., Hageman G. S. Structure and composition of drusen associated with glomerulonephritis: implications for the role of complement activation in drusen biogenesis // Eye. —
2001. — Vol. 15. — P. 390-395.
29. Mullins R. F., Russell S. R., Anderson D. H., Hageman G. S. Drusen associated with aging and age-related macular degeneration contain proteins common to extracellular deposits associated with atherosclerosis, elastosis, amyloidosis, and dense deposit disease // FASEB J. — 2000. — Vol. 14. — P. 835-846.
30. Nalini S. Bora &PurushottamJha&Puran S. Bora Semin. The role of complement in ocular pathology // Immunopathol. — 2008. — Vol. 30. — P. 85-95.
31. Nowak J. Z. Age-related macular degeneration (AMD): pathogenesis and therapy // Pharmacol Rep. — 2006. — Vol. 58, N 3. — P. 353-363.
32. Charbellssa P., Chong, Hendrik P. N. Scholl. The significance of the complement system for the pathogenesis of age-related macular degeneration — current evidence and translation into clinical application // Graefes. Arch. Clin. Exp. Ophthalmol. — 2011. — Vol. 249. — P. 163-174.
33. RosenfeldP. J. Eculizumab for the Treatment of Non-Exudative Age-Related Macular Degeneration: An Exploratory Study to Evaluate the Effects of C5 Inhibition on Drusen and Geographic Atrophy University of Miami. — 2012.
34. POT-4 for Treatment of AMD. Dan Roberts. Potentia Pharmaceuticals, Inc. 2008
35. Scholl H. P. N, Charbellssa P., Walier M. et al. Systemic complement activation in age-related macular degeneration // PLoS One 2008. — Vol. 3, N 7. — e2593. — URL: http://www. plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0002593 (дата доступа: 10.03.2012).
36. Scholl H. P. N, Fleckenstein M., Charbellssa P. et. al. An update on the genetics of age-related macular degeneration // Mol. Vis. — 2007. — Vol. 13. — P. 196-205.
37. Sohn J. H., Kaplan H. J., Suk H. J. et al. Chronic low level complement activation within the eye is controlled by intraocular complement regulatory proteins // Invest Ophthalmol Vis Sci. — 2000. — Vol. 41, N 11. — P. 3492-3502.
38. Sohn J. H., Kaplan H. J., Suk H. J. et al. Complement regulatory activity of normal human intraocular fluid is mediated by MCP, DAF, and CD59 // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. — 2000. — Vol. 41, N 13. — P. 4195-4202.
39. Thakkinstian A., Han P., McEvoy M. et al. Systematic review and meta-analysis of the association between complement factor H Y402H polymorphisms and age-related macular degeneration // Hum. Mol. Genet. — 2006. — Vol. 15. — P. 2784-2790.
40. Willcox M. D., Morris C. A, Thakur A. et al. Complement and complement regulatory proteins in human tears // Invest Ophthalmol Vis Sci. — 1997. — Vol. 38, N 1. — P. 1-8.
41. Wang Y., Wang V. M., Chan C-C. The role of anti-inflammatory agents in age-related macular degeneration (AMD) treatment // Eye (Lond). — 2011. — Vol. 25, N 2. — P. 127-139.
42. Yuan X., Gu X., Crabb J. S. et al. Quantitative proteomics: comparison of the macular Bruch membrane / choroid complex from age-related macular degeneration and normal eyes // Mol. Cell. Proteomics. — 2010. — Vol. 9. — P. 1031-1046.
COMPLEMENT SYSTEM ROLE IN THE PATHOGENESIS AGE -RELATED MACULAR DEGENERATION. POSSIBLE WAYS OF MEDICAL TREATMENT
Nechiporenko P. A., Egorova A. A.
G Summary. The article briefly summarises data on the complement system and its role in immune protection of ocular tissue. It overviews several reasons of hypernormal activity of complement system in organism that results in increased risks of AMD. Authors introduce some investigations and clinical trials of drugs aimed to decrease hypernormal activity of complement system.
G Key words: age-related macular degeneration; pathogenesis; complement system; activation.
Сведения об авторах:
Нечипоренко Павел Андреевич — кандидат медицинских наук, ассистент. Кафедра офтальмологии. Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. Павлова. 197089, Санкт-Петербург, ул. Л. Толстого, д. 6—8, корпус 16. E-mail: paul_because@mail.ru.
Егорова Анна Алексеевна — студентка. Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. Павлова. 197089, Санкт-Петербург, ул. Л. Толстого, д. 6—8, корпус 16. E-mail: karjalla@rambler.ru.
Nechiporenko Pavel Andreevich — candidate of medical science, assistant professor. Department of Ophthalmology of the I. P. Pavlov State Medical University. 197089, Saint-Petersburg, Lev Tolstoy st., 6—8, building 16. E-mail: paul_because@mail.ru.
Egorova Anna Alekseevna — medical student. I. P. Pavlov State Medical University. 197089, Saint-Petersburg, Lev Tolstoy st., 6—8, building 16. E-mail: karjalla@rambler.ru.
