Бактерии из кишечника могут проникать в глаза
Сетчатка состоит из фоторецепторов, множества других нейронов, защитных и структурных мембран, но заболевания сетчатки могут нарушить эту тонкую систему.
Мутации в гене Crumbs homolog 1 (CRB1) нарушают целостность мембран сетчатки, что приводит к постепенной потере фоторецепторов. Мутации CRB1 ассоциируются с множеством заболеваний сетчатки, включая врожденный амавроз Лебера и пигментный ретинит. Однако, поскольку у каждого пациента болезнь проявляется по-разному, с различными типами, количеством и расположением поражений сетчатки, некоторые ученые подозревают, что факторы окружающей среды взаимодействуют с геном CRB1, влияя на проявление заболевания.
Новое исследование, опубликованное в журнале Cell, продемонстрировало один из способов изменения фенотипа мышей с мутацией CRB1. Исследователи показали, что деградация CRB1 приводит к нарушению эпителиального барьера толстой кишки и барьера пигментного эпителия сетчатки (RPE) у мышей, что позволяет бактериям проникать из кишечника в кровь, а затем в глаза, повреждая сетчатку.
Преобразование фотонов в электрические сигналы требует сложной анатомии сетчатки. Внутренняя ограничительная мембрана сетчатки отделяет стекловидное тело глаза от аксонов первого слоя нейронов. Еще глубже наружная ограничительная мембрана, нарушенная у мутантов CRB1, разделяет ядра фоторецепторов и их светопоглощающие наружные и внутренние сегменты. Наконец, RPE отделяет внешние сегменты фоторецепторов от ткани, называемой хороидом, в которой наблюдается высокий кровоток. «Кишечная составляющая - это новое открытие», - отмечает Питер Куинн, исследователь заболеваний сетчатки из Колумбийского университета США, не участвовавший в этом исследовании. «То, что пигментный эпителий сетчатки также разрушается, - совершенно новое наблюдение».
Авторы исследования Лай Вэй, исследователь сетчатки из Университета Сунь Ятсена, и Ричард Ли, врач-ученый из Национального института глаза Китая, изучающий воспалительные заболевания глаз, предположили, что причиной или обострением некоторых глазных болезней является инфекционный фактор - бактерии или вирусы. Они хотели тщательно исследовать глаза на наличие бактерий, поэтому взяли внутриглазную жидкость из глаз пациентов, перенесших операцию по удалению катаракты, и проанализировали ее с помощью дробного метагеномного секвенирования. В 2021 году они опубликовали в журнале Cell Discovery работу, в которой показали, что в глазах пациентов присутствовал целый ряд видов бактерий, но не было вирусов или грибков. Виды бактерий различались в зависимости от того, были ли у пациентов другие заболевания глаз, такие как глаукома или возрастная макулярная дегенерация.
Вэй и Ли задались вопросом, откуда берутся бактерии. Хороид, часть глаза с очень интенсивным кровотоком, находится рядом с RPE и остальной сетчаткой; исследователи подумали, что, возможно, в процессе старения небольшое количество бактерий попадает в глаз через эту ткань. «В качестве первого шага, чтобы просто проверить принцип редкого попадания бактерий в глаз из хороидальной циркуляции... мы использовали мышей-мутантов Rd8 CRB1», - сообщил Ли. Они знали, что у пациентов с CRB1-ассоциированными наследственными заболеваниями глаз внешняя сетчатка, часть глаза, расположенная рядом с хороидом, часто бывает аномальной. Авторы предположили, что это может быть связано с тем, что бактерии попадают в кровь и просачиваются из кровеносных сосудов хороида в сетчатку. Это могло вызвать иммунный ответ, который повреждает ткань.
Ученые уже многое знали о мышах с мутациями CRB1. Поскольку CRB1 - это трансмембранный белок, который помогает поддерживать эпителиальные барьеры и способствует нормальному развитию фоторецепторов, у мышей с мутациями наблюдаются поражения сетчатки, а также другие проблемы с глазами. Чтобы выяснить, играют ли бактерии роль в поражении сетчатки, Вэй вырастил мышей с мутировавшим CRB1 в безмикробных условиях и обнаружил, что у этих мышей нормальная сетчатка. «Мы поняли, что у нас что-то намечается», - вспоминает Ли.
Исследователи решили поискать бактерии в поражениях сетчатки мутантных мышей CRB1, содержащихся в нестерильных условиях. Используя метатранскриптомный анализ, они обнаружили низкий уровень семи видов бактерий в поражениях сетчатки мутантных мышей. С помощью флуоресцентной гибридизации in situ и трансмиссионной электронной микроскопии они обнаружили бактерии в поражениях, но не в нормальной ткани сетчатки этих мутантных мышей.
Чтобы определить, откуда взялись бактерии и как они попали из кровотока в сетчатку, исследователи использовали иммуноокрашивание. Они обнаружили, что у нормальных мышей CRB1 экспрессируется в соединениях между клетками RPE, а также в соединениях, соединяющих эпителиальные клетки толстой кишки. Но у CRB1-мутантных мышей в этих местах было гораздо меньше белка CRB1 и оба барьера были негерметичны. Используя анализ проницаемости с помощью флуоресцентной метки, авторы сообщили, что бактерии просачивались из толстой кишки в кровоток, попадали в глаз и через негерметичный барьер RPE проникали в сетчатку.
Они лечили мутантных мышей коктейлем антибиотиков широкого спектра действия и обнаружили, что поражения сетчатки становились все меньше и меньше. Затем они ввели адено-ассоциированный вирусный вектор, содержащий функциональный CRB1, в нижний отдел желудочно-кишечного тракта мышей. Это вмешательство восстановило целостность кишечного барьера, и хотя барьер сетчатки оставался негерметичным, бактерии не транслоцировались в глаз, и поражений сетчатки было гораздо меньше. «Вы можете защитить глаза, восстановив кишечник», - говорит Ли. «Для меня это... кульминационный результат эксперимента».
Куинн предостерегает, что меньшее количество поражений «не означает, что они предотвратили дегенерацию сетчатки, которая является отдельной вещью». Он считает, что поражения у мутантных мышей типичны для дисплазии сетчатки, которая может привести или не привести к прогрессирующей потере фоторецепторов в процессе старения. Ли возразил, приведя результаты исследования 2011 года, в котором потеря фоторецепторов и дегенерация сетчатки происходят только в тех участках сетчатки, где есть поражения.
Исследователи изучали только молодых мышей, и Куинн отметил, что для возникновения дегенерации требуется много времени. Он хотел бы, чтобы исследователи проверили функцию сетчатки у более взрослых мышей с помощью оптокинетического следящего рефлекса, или пупиллометрии, а также определили, улучшается ли функция после антибиотикотерапии. «Мы не знаем, насколько это применимо к людям», - говорит Куинн. «Пациентам не стоит думать, что это какое-то волшебное лечение, которое они могут получить».
В планах ученых - исследование на людях пациентов с CRB1-ассоциированной дистрофией сетчатки. Они надеются определить, являются ли эпителиальные барьеры кишечника пациентов неповрежденными или негерметичными, как у мутантных мышей. «Если мы обнаружим, что эпителиальный барьер у пациентов не нарушен, то это не имеет никакого значения, - говорит Ли. Однако если он негерметичен и у людей, Ли надеется, что когда-нибудь пациентам с заболеваниями сетчатки глаза, усугубляемыми бактериями, смогут помочь такие методы лечения, как «генная терапия кишечника, которая может стать одноразовой большой процедурой, которую стоит рассмотреть». Кроме того, существуют всевозможные имплантаты антибиотиков с медленным высвобождением в глаз, что вполне осуществимо».
