Архив офтальмологии Украины Том 12, №3, 2024

Актуальність. Вивчення механізмів діабетичної ретинопатії (ДР) має бути комплексним та включати оцінку різних взаємопов’язаних клітинних та молекулярних процесів, що ініціюються гіперглікемією. Мета дослідження: вивчити механізми розвитку початкової стадії ДР в експерименті з метою визначення основних та другорядних патологічних процесів у сітківці. Матеріали та методи. У щурів-самців лінії Wistar моделювали цукровий діабет і ДР шляхом одноразового введення стрептозотоцину (50 мг/кг; Sigma-Aldrich, Co, China). На 28-му добу експерименту проводили імуногістохімічне дослідження з використанням моноклональних антитіл проти гліального фібрилярного кислого протеїну (GFAP), нейронспецифічної енолази (NSE), тяжких нейрофіламентів, каспази-3 (ThermoFisher Scietific, США), протеїну S100 (Master Diagnostica, США) і васкулоендотеліального фактора росту (VEGF; Invitrogen, США). Результати. До ранніх проявів ДР відносилися набряк та розпушення шарів сітківки, дилатація венозного русла з явищами мікротромбозу, утворення дифузних зон ішемії, вогнища патологічного ангіогенезу (мікроаневризми), дегенерація гангліонарних клітин, розрідження ядерних шарів сітківки. Астроцити, клітини Мюллера та їх відростки активно експресували GFAP і протеїн S100, що свідчило про розвиток реактивного гліозу. Перенавантаження цих клітин кальцієм могло сприяти їх загибелі через апоптоз, що було підтверджено збільшенням експресії каспази-3. Суттєве збільшення експресії VEGF макроглією, відростки якої утворювали щільні муфти навколо капілярів сітківки, могло стимулювати патологічний ангіогенез. Розвиток нейродегенерації було підтверджено суттєвим зниженням експресії нейрофіламентів у шарах нервових волокон та збільшенням нейронального маркера пошкодження NSE. Висновки. Надмірна активація макроглії (реактивний гліоз) може вважатися першочерговою ланкою патогенезу ДР, корекція якої може доповнити анти-VEGF-терапію або застосовуватися окремо задля попередження розвитку ДР на ранніх етапах.

Background. The study of the diabetic retinopathy (DR) mechanisms should be comprehensive and include the assessment of various interconnected cellular and molecular processes initiated by hyperglycemia. The purpose was to study the mechanisms for the development of the initial stage of DR in an experiment in order to determine the main and secondary pathological processes in the re­tina. Materials and methods. Diabetes mellitus and DR were modeled in male Wistar rats by a single injection of streptozotocin (50 mg/kg; Sigma-Aldrich Co, China). On the 28th day of the experiment, immunohistochemical studies were performed using monoclonal antibodies to glial fibrillary acidic protein (GFAP), neuron-specific enolase (NSE), heavy neurofilaments, caspase-3 (Thermo Fisher Scientific, USA), S100 protein (Master Diagnostica, USA) and vascular endothelial growth factor (VEGF; Invitrogen, USA). Results. Early manifestations of DR included edema and detached retinal layers, dilation of the venous bed with microthrombosis, formation of diffuse zones of ischemia, foci of pathological angiogenesis (microaneurysms), degeneration of ganglion cells, retinal nuclear layer thinning. Astrocytes, Müller cells and their processes actively expressed GFAP and S100 protein, which indicated the development of reactive gliosis. Calcium overload in these cells could contribute to their death through apoptosis, which was confirmed by an eleva­ted caspase-3 expression. A significant increase in the VEGF expression by macroglia whose processes formed tight couplings around the retinal capillaries could stimulate pathological angiogenesis. The development of neurodegeneration was confirmed by a significant decrease in the expression of neurofilaments in the nerve fiber layers and an increase in the neuronal damage marker, NSE. Conclusions. Excessive activation of macroglia (reactive gliosis) can be considered a primary link in the pathogenesis of DR whose correction can complement anti-VEGF therapy or be used separately to prevent the development of DR in the early stages.

діабетична ретинопатія; реактивний гліоз; астроцити; клітини Мюллера; S100; GFAP; VEGF; NSE; нейрофіламенти; каспаза-3

diabetic retinopathy; reactive gliosis; astrocytes; Müller cells; S100; GFAP; VEGF; NSE; neurofilaments; caspase-3

1. Al Zabadi H, Taha I, Zagha R. Clinical and Molecular Cha–racteristics of Diabetic Retinopathy and Its Severity Complications among Diabetic Patients: A Multicenter Cross-Sectional Study. J Clin Med. 2022 Jul 7;11(14):3945. doi: 10.3390/jcm11143945.
2. Saeedi P, Petersohn I, Salpea P, Malanda B, Karuranga S, Unwin N, et al. IDF Diabetes Atlas Committee. Global and regional diabetes prevalence estimates for 2019 and projections for 2030 and 2045: Results from the International Diabetes Federation Diabetes Atlas, 9th edition. Diabetes Res Clin Pract. 2019 Nov;157:107843. doi: 10.1016/j.diabres.2019.107843.
3. Wong TY, Sabanayagam C. Strategies to Tackle the Global Burden of Diabetic Retinopathy: From Epidemiology to Artificial Intelligence. Ophthalmologica. 2020;243(1):9-20. doi: 10.1159/000502387.
4. Duh EJ, Sun JK, Stitt AW. Diabetic retinopathy: current understanding, mechanisms, and treatment strategies. JCI Insight. 2017 Jul 20;2(14):e93751. doi: 10.1172/jci.insight.93751.
5. Simó R, Stitt AW, Gardner TW. Neurodegeneration in diabetic retinopathy: does it really matter? Diabetologia. 2018 Sep;61(9):1902-1912. doi: 10.1007/s00125-018-4692-1.
6. Dabbs D. Diagnostic Immunohistochemistry, 4th Edition. The–ranostic and genomic applications. 2014. 960 p.
7. Spencer BG, Estevez JJ, Liu E, Craig JE, Finnie JW. Pericytes, inflammation, and diabetic retinopathy. Inflammopharmacology. 2020 Jun;28(3):697-709. doi: 10.1007/s10787-019-00647-9.
8. Rübsam A, Parikh S, Fort PE. Role of Inflammation in Diabetic Retinopathy. Int J Mol Sci. 2018 Mar 22;19(4):942. doi: 10.3390/ijms19040942.
9. Sundstrom JM, Hernández C, Weber SR, Zhao Y, Dunklebar–ger M, Tiberti N, et al. Proteomic Analysis of Early Diabetic Retinopa–thy Reveals Mediators of Neurodegenerative Brain Diseases. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2018 May 1;59(6):2264-2274. https://doi.org/–10.1167/iovs.17-23678.
10. Зябліцев С.В, Жупан Д.Б, Дядик О.О. Вплив бензодіазепінових рецепторів на стан глії при розвитку діабетичної ретинопатії. Фізіологічний журнал. 2023;69(6):33-42. https://doi.org/–10.15407/fz69.06.033.
11. Xu J, Chen LJ, Yu J, Wang HJ, Zhang F, Liu Q, et al. Involvement of Advanced Glycation End Products in the Pathogenesis of Diabetic Retinopathy. Cell Physiol Biochem. 2018;48(2):705-717. doi: 10.1159/000491897.
12. Ren J, Zhang S, Pan Y, Jin M, Li J, Luo Y, et al. Diabetic re–tinopathy: Involved cells, biomarkers, and treatments. Front Pharmacol. 2022 Aug 9;13:953691. doi: 10.3389/fphar.2022.953691.
13. Shukal D, Bhadresha K, Shastri B, Mehta D, Vasavada A, Johar K Sr. Dichloroacetate prevents TGFβ-induced epithelial-mesenchymal transition of retinal pigment epithelial cells. Exp Eye Res. 2020 Aug;197:108072. doi: 10.1016/j.exer.2020.108072.
14. Newman EA. Functional hyperemia and mechanisms of neurovascular coupling in the retinal vasculature. J Cereb Blood Flow Metab. 2013 Nov;33(11):1685-95. doi: 10.1038/jcbfm.2013.145.
15. Arboleda-Velasquez JF, Valdez CN, Marko CK, D’Amore PA. From pathobiology to the targeting of pericytes for the treatment of diabetic retinopathy. Curr Diab Rep. 2015 Feb;15(2):573. doi: 10.1007/s11892-014-0573-2.
16. Wang W, Lo ACY. Diabetic Retinopathy: Pathophysiology and Treatments. Int J Mol Sci. 2018 Jun 20;19(6):1816. doi: 10.3390/ijms19061816.
17. Van de Kreeke JA, Darma S, Chan Pin Yin JMPL, Tan HS, Abramoff MD, Twisk JWR, et al. The spatial relation of diabetic retinal neurodegeneration with diabetic retinopathy. PLoS One. 2020 Apr 16;15(4):e0231552. doi: 10.1371/journal.pone.0231552.
18. Völgyi B, Bloomfield SA. Axonal neurofilament-H immunolabeling in the rabbit retina. J Comp Neurol. 2002 Nov 18;453(3):269-79. doi: 10.1002/cne.10392.
19. Sieber M, Dreßler J, Franke H, Pohlers D, Ondruschka B. Post-mortem biochemistry of NSE and S100B: A supplemental tool for detecting a lethal traumatic brain injury? J Forensic Leg Med. 2018 Apr;55:65-73. doi: 10.1016/j.jflm.2018.02.016.
20. Grigsby JG, Cardona SM, Pouw CE, Muniz A, Mendiola AS, Tsin AT, et al. The role of microglia in diabetic retinopathy. J Ophthalmol. 2014:705783. doi: 10.1155/2014/705783.