Ингибитор гепараназы защищает глаза и почки от осложнений при диабете

У людей с сахарным диабетом часто развивается диабетическая ретинопатия (ДР) и диабетическая болезнь почек (ДБП), которые вызваны нарушением работы микрососудистого русла. Ретинопатия может приводить к серьезным нарушениям зрения и слепоте, а ДБП — к терминальной стадии почечной недостаточности. Ученые из США, Великобритании и Новой Зеландии впервые показали, что при сахарном диабете повышается активность фермента гепараназы, расщепляющей гепарансульфат — компонент эндотелиального гликокаликса сосудов. Это приводит к повышению проницаемости сосудов и развитию осложнений. Путем ингибирования этого фермента ученым удалось восстановить гликокаликс сосудов и нормализовать их проницаемость в сетчатке и почках на мышиных моделях диабета.

Гепарансульфат — важный компонент эндотелиального гликокаликса, обеспечивающий его защиту. В первую очередь исследователи убедились, что он действительно присутствует на поверхности микрососудов сетчатки глаза и почечных клубочков. Для этого срезы тканей здоровых мышей изучали с применением электронной микроскопии, а также окрашивали на наличие гепарансульфата. Оба метода показали, что гепарансульфат выстилает внутреннюю поверхность микрососудов сетчатки глаза и почечных клубочков.

Затем авторы оценили системное влияние ферментативного расщепления гепарансульфата на барьерную функцию эндотелиального гликокаликса. Мышам вводили фермент, расщепляющий гепарансульфат — гепариназу III, — в активной либо неактивной форме. Просвечивающая электронная микроскопия показала, что у мышей, получавших активный фермент, снижалась толщина гликокаликса сосудов сетчатки. С помощью флуоресцентной ангиографии ученые наблюдали за потоком веществ из сосудов в сетчатку, который усиливался у мышей, получавших активный фермент. Это подтверждает барьерную функцию гепарансульфата в составе эндотелиального гликокаликса.

Аналогичный эффект наблюдался в почках: активная гепариназа III способствовала уменьшению толщины гликокаликса эндотелиоцитов сосудов. При этом не наблюдалось изменений в гликокаликсе подоцитов — клеток, покрывающих капилляры почечных клубочков. Тем не менее, уменьшения толщины эндотелиального гликокаликса оказалось достаточно, чтобы повысить проницаемость сосудов для клубочкового альбумина.

Полученные данные подтвердились и на еще одной модели нарушения метаболизма гепарансульфата. Ученые использовали мышей Ext1^(ECKO), которым нокаутировали ген, кодирующий фермент экзотозин, избирательно в эндотелиоцитах сосудов. Экзотозин участвует в синтезе и полимеризации гепарансульфата, и дисфункция этого фермента приводила к уменьшению количества гепарансульфата в эндотелиальном гликокаликсе сосудов. Это способствовало уменьшению толщины гликокаликса в сосудах сетчатки и почечных клубочков. Как и в предыдущей модели, гликокаликс подоцитов остался без изменений, но проницаемость клубочковых сосудов для альбумина все равно возросла.

Затем исследователи проверили, может ли ингибирование гепараназы (эндогенный фермент, расщепляющий гепарансульфат) предотвратить истощение гликокаликса сосудов у мышей db/db (модель сахарного диабета) и защитить сетчатку глаз и почки от осложнений. Для этого мышам внутрибрюшинно вводили соединение OVZ/HS-1638 — ингибитор гепараназы — в течение двух недель. У мышей db/db толщина гликокаликса сосудов сетчатки была снижена по сравнению с контрольными животными, но после введения препарата эта разница не наблюдалась. Эти результаты говорят о том, что при диабете может истощаться гликокаликс сосудов сетчатки за счет снижения содержания гепарансульфата, а лечение ингибитором гепараназы может его восстанавливать.

В норме в сетчатке глаза не содержится альбумин, поэтому анализ на содержание внесосудистого альбумина в сетчатке позволил оценить изменение проницаемости сосудов у мышей db/db до и после лечения ингибитором гепараназы. Было показано, что флуоресцентно-меченый альбумин накапливается в сетчатке мышей db/db и не образует отложений у здоровых животных. При этом лечение мышей с диабетом ингибитором гепараназы способствовало снижению отложений внесосудистого альбумина.

Аналогичные результаты были получены при анализе сосудов почечных клубочков. У мышей db/db снижалась толщина эндотелиального гликокаликса сосудов и увеличивалась проницаемость капилляров для альбумина. Введение соединения OVZ/HS-1638 восстанавливало гликокаликс и снижало проницаемость сосудов почек. Также было показано, что ингибитор гепараназы не оказывал влияния на морфологию подоцитов.

В данном исследовании впервые была показана роль гепарансульфата в развитии нарушений органов зрения и почек, ассоциированных с микрососудистым руслом при сахарном диабете. Ученые продемонстрировали, что повышение активности гепараназы при сахарном диабете способствует уменьшению толщины глиокаликса в сосудах почек и сетчатки глаз, и повышает проницаемость сосудов. Фармакологическое ингибирование гепараназы позволило восстановить гликокаликс сосудов почек и сетчатки и нормализовать их проницаемость у мышей с диабетом.

Найден молекулярный механизм диабетической ретинопатии