Зрение - один из важнейших органов чувств человека, напрямую влияющий на качество жизни. Регенерация клеток сетчатки, повреждённых вследствие различных дегенеративных процессов или травм, долгое время считалась невозможной в организме млекопитающих. Именно эта ограниченность приводит к необратимой потере зрения при таких заболеваниях, как пигментный ретинит, глаукома и возрастная макулярная дегенерация. Однако в природе существуют организмы, обладающие удивительной способностью к восстановлению сетчатки, что стимулировало учёных к поискам потенциальных терапевтических способов активации подобных механизмов у человека. Особое внимание уделяется клеткам Мюллера - специализированным глиальным клеткам, выполняющим структурную и метаболическую поддержку нейронов сетчатки.
В холоднокровных животных, например, в рыбах и амфибиях, клетки Мюллера обладают уникальной возможностью превращаться в ретинальные прогениторные клетки, способные делиться и дифференцироваться в различные типы нейронов сетчатки после повреждения. В отличие от них, клетки Мюллера млекопитающих, включая человека, не реализуют такой регенеративной функции, оставаясь зрелыми и неактивными после травмы. Раскрытие молекулярных факторов, ограничивающих этот процесс, становится ключом к открытию новых стратегий лечения заболеваний сетчатки. Одним из центральных препятствий в восстановлении способности клеток Мюллера к регенерации оказался белок Prox1 (prospero-related homeobox 1) - транскрипционный фактор, который регулирует дифференцировку и подавляет пролиферацию нейрональных прогениторных клеток. Prox1 неизменно участвует в процессе развития центральной нервной системы, способствуя специализации нейронов и блокируя повторное вхождение клеток в циклы деления.
Исследования показали, что в повреждённых тканях сетчатки мышей Prox1 улавливается не только в типичных донорских нейронах, таких как горизонтальные, биполярные и аминоцитарные клетки, но и обнаруживается в клетках Мюллера, где он не синтезируется самостоятельно. Выявлен уникальный механизм межклеточного переноса Prox1 от нейронов к клеткам Мюллера, препятствующий последним к переходу в состояния прогениторных клеток. Данный межклеточный перенос Prox1 основан на свойствах домашодоменных белков, способных перемещаться между клетками, что было подтверждено на множестве моделей. В повреждённой сетчатке мышей блокирование этого переноса, например с помощью генетических методов удаления Prox1 в донорских биполярных клетках или применения специально разработанных антител, которые захватывают Prox1 в внеклеточном пространстве, обеспечивает значительный рост пролиферативных способностей клеток Мюллера. При этом клетки Мюллера могут быть перепрограммированы в ретинальные прогениторные клетки (MGPCs), которые способны воспроизводить новые нейрональные клетки сетчатки.
Данный феномен был доказан инъекциями рекомбинантного белка Prox1 в глазное яблоко моделей мышей и рыб: у последних, в отличие от млекопитающих, изначально отсутствует накопление Prox1 в клетках Мюллера при повреждении, что способствует высокой регенерации. Интравитреальное введение Prox1 у рыб подавляло образование новых прогениторных клеток и контрибуцию к регенерации, что подтверждает роль Prox1 как негативного регулятора. Эффективный способ терапевтического вмешательства связан с использованием адено-ассоциированных вирусов (AAV), несущих гены односторонне связываемых фрагментов антител (scFv), направленных на связывание Prox1 в межклеточном пространстве. Интраувеальное введение такого вируса приводит к экспрессии антител, которые ограничивают доступ Prox1 к клеткам Мюллера, тем самым расширяя их способность к переходу в клеточный цикл и дальнейшей дифференцировке в нейроны сетчатки. В различных моделях ретинальной дегенерации, в том числе в генетических моделях пигментного ретинита у мышей, применение AAV-αProx1 улучшает регенеративные процессы.
У таких животных фиксируется повышенное количество вновь образованных клеток фоторецепторов, что обратно коррелирует с сохранением функционального зрения, оцененного через визуальную остроту и электро-рецептомографию. Однако временный характер улучшения указывает на необходимость оптимизации выражения анти-Prox1 антител для более длительного действия и стабильной регенерации. Также удалось выявить, что у пациентов с пигментным ретинитом, как и в мышиных моделях, клетки Мюллера накапливают Prox1, что подчеркивает актуальность данного механизма и его потенциал для клинических применений. В запущенных стадиях дегенеративных заболеваний, когда повреждение распространяется и возникает дефицит клеток и пространства, регенерация может быть недостаточной, что требует комплексного подхода и, возможно, сочетания ингибирования Prox1 с дополнительно поддерживающими факторами. На молекулярном уровне блок Prox1 способствует активации множества генов, характерных для циклических и пролиферативных состояний клеток Мюллера, таких как Notch1, Hes1, Hbegf, Gadd45a и циклины (Ccnd1).
Эти гены участвуют в регуляции перехода к ретинальным прогениторным клеткам и их последующей дифференцировке. Однако, в отличие от рыб, у млекопитающих активация Ascl1 - одного из ключевых генов нейрогенеза - не происходит при блокировании Prox1, указывая на альтернативные пути регуляции. Активируются другие транскрипционные факторы, например Neurod1, поддерживающие прогениторное состояние и нейрональную дифференцировку. Это вызывает необходимость дальнейших исследований для полного понимания регуляторных сетей и выявления синергетических факторов, которые могут повысить эффективность регенеративных стратегий. Интерклеточный перенос Prox1 в клетки Мюллера связан с особенностями внеклеточной среды в сетчатке.
Клетки Мюллера специализированы для взаимодействия с внеклеточным матриксом через высокосульфатированные гликозаминогликаны, что способствует специфическому захвату Prox1. Подобные механизмы связаны также с переносом других домашних белков, таких как Otx2, известный своей способностью к межклеточному маркерному переносу. Возможность модификации и управления этими процессами открывает перспективы для более направленного воздействия на клетки Мюллера. Понимание роли Prox1 не только расширяет фундаментальные знания о регуляции нейрорегенерации в сетчатке, но и раскрывает новую стратегию лечения глазных заболеваний, связанных с атрофией нейронных слоёв. Разработка эффективных лекарственных средств, способных временно либо постоянно блокировать межклеточный перенос Prox1, вместе с методами перезапуска эпигенетических и транскрипционных механизмов, обещает значительные шаги вперёд в восстановлении зрения.
Подводя итог, стоит отметить, что исследование регенеративного потенциала клеток Мюллера и ограничений, накладываемых на него Prox1, показывает путь от понимания базовых биологических процессов к практическим клиническим решениям. Блокирование межклеточного переноса Prox1 открывает возможность перепрограммирования глиальных клеток сетчатки млекопитающих в состояние, позволяющее восстанавливать поврежденные типы нейронов с потенциалом замедления или даже остановки прогрессирования таких заболеваний, как пигментный ретинит и другие нейродегенеративные состояния глазного дна. Совместные усилия молекулярной биологии, генной терапии и клинической офтальмологии создают основу для будущих революционных подходов к лечению слепоты и ухудшения зрения. .
