Сосудистая анатомия сетчатки хорошо организована и легко просматривается. Взаимоотношения между сосудистыми и нейральными структурами сетчатки выявляются в виде общей радиальной ориентации кровеносных сосудов и аксонов ганглиолярных клеток, и в плоскостных капиллярных сплетениях, которые располагаются в точном соответствии с горизонтальным слоем нейронов и астроцитов (Рис. 1). Кроме того, васкуляризованный и аваскулярный компартменты строго разграничены в сетчатке; этот признак особенно выражен в центральной части сетчатки или ямка (fovea), которая полностью лишена сосудов (Рис. 1f).

Напротив, патологический ангиогенез в сетчатке - ключевой компонент независимо от причин слепоты - генерирует хаотически ориентированные и физиологически дефектные сосуды, которые не в конформации с нейрональной гистологией, это ведет к повреждающим зрение эксудации и геморрагиям (Рис. 2). Сетчатка, следовательно, является моделью нейрососудистой системы. В последнее время достигнут существенный прогресс в направлении двух целей: определения механизмов, которые индуцируют и формируют паттерн сосудистой системы сетчатки и вычленения болезненных процессов, ведущих ее дизинтеграции.

Васкуляризация сетчатки начинается в наиболее поверхностных (или внутренних) слоях сетчатки с головки зрительного нерва и распространяется кнаружи от этой центральной точки. Она достигает периферии сетчатки непосредственно пред рождением у людей, и во время первой недели жизни у мышей^1,2 (Рис. 3a-c). Дополнительная капиллярная сеть в более глубоких слоях сетчатки возникает затем путем отрастания от образующегося внутреннего сосудистого слоя (Рис. 3d). Т.к. в головном мозге ангиогенное разрастание (sprouting) является преимущественным механизмом васкуляризации сетчатки (rev. 3), хотя не исключены и дополнительные способы роста сосудов, такие как intussusception. Васкулогенез, при котором сосуды образуются посредством каскадного соединения в цепь (concatenation) клеток сосудистых предшественников в плотные тяжи, в которых затем появляются просветы, может вносить вклад в рост поверхностных сплетений, но четкие доказательства этого отсутствуют^3-5.

Более 50 лет назад Michaelson впервые использовал технику перфузии краски для выявления эмбриональной и периферической васкулатуры сетчатки. Он установил, что капилляры растут профузно, если соседствуют с формирующимися венулами и более рыхло вокруг артерий ¹. Благодаря этим простым наблюдениям ранние исследователи постулировали. что чувствительные к кислороду молекулы (названные 'Factor X') контролируют развитие сосудов сетчатки - идея базировалась затем на недавней концепции градиентов морфогена^1,6,7.

Три линии доказательств поддержали идею, что кислород регулирует рост кровеносных сосудов в сетчатке. Во-первых, патологический ангиогенез в сетчатке происходит при некоторых заболеваниях, характеризующихся ишемиею сетчатки. Во-вторых, время и направление от центра к периферии васкуляризации сетчатки совпадают с онтогенетическими процессами, которые преимущественно детерминируют локальное натяжение (tension) кислорода. В частности, во время позднего эмбриогенеза, центробежные волны дифференцировки и пролиферации, а затем и синаптической connectivity и электрической активности, начинаются в центральной части сетчатки и распространяются к периферии. Расширение поверхностных сосудистых сплетений следует по следам этих волн, указывая тем самым, что метаболическая потребность и обслуживание 'physiological hypoxia' управляют ростом сосудов⁸. Снижение вдыхаемого кислорода у новорожденных котят снижает скорость и плотность васкуляризации сетчатки⁹. В третьих, экспрессия некоторых ангиогенных ангио-ингибирующих факторов зависит от кислорода. Vascular endothelial growth factor (VEGF) является гипоксией индуцируемым цитокином, который строго ведет себя как неуловимый Factor X благодаря его абсолютной необходимости для васкуляризации сетчатки, а его экспрессия в пространственном и временном согласии с развивающимися кровеносными сосудами сетчатки^10-13 (Рис. 4). Более того, мыши, у которых экспрессируется только единственная изоформа VEGF, имеют определенный сосудистый фенотип сетчатки, согласующийся с мнением, что каждая изоформа действует в определенных ограниченных, но изменчивых пространственных пределах, чтобы создавать сосудистый паттерн¹⁴. В частности у мышей, экспрессирующих только VEGF120, сосудистое покрытие сетчатки и дифференцировка артериол нарушены, тогда как мыши, экспрессирующие VEGF188 имеют нормальные вены, но абортированную спецификацию артериол (VEGF164/164 сетчатка выглядит нормальной). Считается, что сигналы ведения (guidance) от более связанных с клетками и связанных с матриксом VEGF164 и VEGF188 создают молекулярные пути, вдоль которых растущие сосуды сетчатки соотв. конфигурируются. Более легко диффундирующий VEGF120 не способен создавать такую позиционную информацию, в результате чего и наблюдается пониженное ветвление сосудов¹⁴.

Будучи установленными, капилляры сетчатки по соседству с вновь формирующимися артериолами избирательно сокращаются в числе (Рис. 3e, f). Это ремоделирование коррелирует со снижением продукции мРНК VEGF и апоптозом эндотелиальных клеток в этих областях. По-видимому, относительная гипероксия в окружении артерий негативно регулирует продукцию VEGF и снижает его действие как фактора жизнеспособности эндотелиальных клеток ^15,16. Иммунные клетки, проникающие в глаз из кровообращения также участвуют в ремоделировании формирующейся васкулатуры сетчатки. На наружной стороне волны Т клетки и др. лейкоциты слипаются с эндотелиальными клетками сетчатки посредством межклеточных adhesion molecule-1 и CD18, и вызывают потерю сегментов капилляров с помощью Fas лигандом обусловленного апоптоза эндотелиальных клеток¹⁷. Интересно, что ремоделирование происходит в перинатальных эксплантах сетчатки, так что д. существовать дополнительные механизмы ретракции сосудов, которые не зависят от систематически поставляемого кислорода или иммунных клеток¹⁸.

VEGF и его рецепторы экспрессируются не перекрывающимся способом во время васкуляризации сетчатки, создавая тем самым дополнительные механизмы формирования паттерна сосудов. Хотя сам по себе VEGF широко экспрессируется в развивающейся сетчатке его различные рецепторы (FLK1, FLT1 и neuropilins 1 and 2), по-видимому, имеют разные временной и пространственный паттерны^19,20 (Рис. 4a). Эти рецепторы обеспечивают дискретные функции, такие как пролиферация, миграция, наведение, жизнеспособность и проницаемость, так что внутри областей экспрессии VEGF в развивающейся сетчатке, их действие может быть ограничено экспрессией рецепторов, а также доступностью или субтипом лиганда. Более того, сигналы, инициированные одним и тем же рецептором, могут вызывать разные эффекты в эндотелиальных клетках, расположенных в разных местах растущей васкулатуры сетчатки. Напр., активация FLK или VEGF receptor 2 (VEGFR-2) вызывает миграцию и выпячивание ламеллоподий на delta-like-4-позитивных кончиках эндотелиальных клеток на ведущем крае васкуляризации сетчатки, тогда как он стимулирует пролиферацию в более проксимальных стебельчатых (stalk) клетках²¹ (Рис. 4bв-d).

Следовательно, одиночный ростовой фактор оформляет развивающуюся васкулатуру сетчатки несколькими путями, включая пространственно-временные изменения в распределении VEGF и VEGFR, дифференциальные эффекты изоформ VEGF, разные пространственные пределы действия и функции наведения изоформ VEGF и как результат альтернативную передачу активации VEGFR разным эндотелиальным клеткам. Взаимодействие между VEGF и др. ангиогенными и ангио-ингибирующими факторами создает дальнейшие возможности для генерации сложной сосудистой сети^22-25.

Ключевым вопросом является, как растущие сосуды joelf.n и отвечают на варьирующие уровни тканевого кислорода. Частично ответ получен благодаря наследственному нарушению, болезни von Hippel-Lindau (VHL), при которой возникают эндотелиальные опухоли или гемангиомы в сетчатке и др. органах (Рис. 2b). Белок VHL (pVHL) является опухолевым супрессором и функционирует на пути восприятия (sensing) кислорода. Зависящий от кислорода энзим Egl9 гидроксилирует остаток пролина в hypoxia-inducible factor 1α (HIF1α), это способствует связыванию HIF1α c pVHL. Затем elongin-BC комплекс polyubiquitinates HIF1α, направляя его в протеосомы на деструкцию^26,27. В условиях гипоксии гидроксилирование prolyl падает и HIF1α экономится. Затем он димеризуется с HIF1β, транслоцируется в ядро и соединяется с реагирующими на гипоксию элементами некоторых генов. Генетическая реакция на HIF координирует метаболические и сосудистые сосбытия - включая ангиогенез - которые в целом улучшают приспособленность перед лицом низких концентраций кислорода. У пациентов и животных с болезнью VHL мутации pVHL могут разъединять HIF-индуцированные генетические реакции и тканевой кислород, что делает ангиогенез неподконтрольным кислороду²⁸. Дисфункция VHL, по-видимому, важная ступень при росте ангиогенных опухолей.

Роль HIF-VHL в васкуляризации сетчатки подтверждается с помощью экспрессии Vhl в развивающейся сетчатке²⁹ и с помощью сосудистых аномалий в сетчатке у Hif2α-нокаутных мышей³⁰. Экспериментальный ангиогенез сетчатки коррелирует с уровнями HIF1α и ингибируется с помощью введения с аденовирусом гена Vhl³¹.

Несмотря на косвенные доказательства участия гипоксии в качестве стимула для васкуляризации сетчатки, профили кислорода не могут объяснить едва уловимый сетчатый паттерн ретинальных кровеносных сосудов и его частичную группировку с аксонами ганглиолярных клеток, астроцитов и нейральных элементов (Рис. 1). Как возникают эти сходные распределения клеток?

Предшественники астроцитов вступают в сетчатку через зрительный нерв и распространяются в направлении периферии^32,33. Васкуляризация затем следует вдоль предсуществующей сети астроцитов (Рис. 5a), подтверждая матричную функцию глиальных волокон^32-35.В согласии с этим и тонкие эндотелиальные филоподии на кончиках растущих ретинальных сосудов, часто вытягивающиеся вдоль отростков подлежащих астроцитов. которые секретируют VEGF (Рис. 5b, c). Взаимодействия между эндотелиальными и глиальными отростками зависят от адгезивных молекул клеточной поверхности R-cadherin. Разрушение гомомерных или гетеромерных взаимодействий между эндотелиальными и глиальными кадгеринами с помощью анти-сыворотки, блокирующей функцию, приводи к результате к остановке роста васкулатуры сетчатки, которая оказывается неспособной рекапитулировать паттерна астроцитов и мигрируют в обычно аваскулярную наружную часть сетчатки³⁴.

Если астроциты служат в качестве матрицы для растущих сосудов, то что ведет астроциты? Один фактор мог бы предсуществовать в радиально ориентированных пучках аксонов ганглиолярных клеток, которые являются ретинальными выводящими данные нейронами, что проецируются через зрительный нерв в зрительные центры головного мозга (Рис. 1a, b). Рост астроцитов грубо следует этому радиальному плану^32-34 в процессе, который нуждается в platelet-derived growth factor (PDGF), синтезируемом ганглиолярными клетками сетчатки³⁶. Др. сигналв передается с помощью TLX, который является orphan рецептором с установленной ролью в нейральном развитии. Изучение Tlx-нокаутных мышей показало, что он необходим для нормального роста и дифференцировки глии сетчатки; астроциты менее плотно и более грубо распределены в сетчатке Tlx^-/-, чем в сетчатке дикого типа и не способны нормально экспрессировать VEGF и R-cadherin³⁷. Отметим, что сплетения астроцитов, через которые растут сосуды также разрушены у VEGF120 мышей, указывая тем самым на участие VEGF в формировании паттерна астроцитов¹⁴.

Гармонирующие клеточные паттерны в сетчатке могут быть, следовательно, результатом последовательных реципрокных клеточных взаимодействий: производный нейронов PDGF стимулирует и формирует паттерн инвазии астроцитов, которые в свою очередь индуцируют VEGF-зависимый и cadherin-зависимый рост и наведение сосудов. Врастание сосудов, вообще-то усиливающееся напряжением тканевого кислорода, затем способствует созреванию астроцитов, на это указывает изменение глиальной морфологии и экспрессии генов. Снижение синтеза VEGF астроцитами сопровождается (Рис. 5d, e) и создает локальный механизм обратной связи для ограничения дальнейшего роста сосудов³⁸.

Перициты и гладкомышечные клетки, которые интимно связаны с развивающимися кровеносными сосудами; в сетчатке они рекрутируются и дифференцируются из неизвестного пула клеток предшественников PDGFB-зависимым способом³⁹. Перициты, ассоциированные с продвигающимся фронтом развивающихся сосудов сетчатки способствуют росту сосудов, путем секреции VEGF⁴⁰ и с помощью индукции VEGFR-1 в эндотелиальных клдетках посредством transforming growth factor-β1 (TGF-β1)⁴¹. Контакт между перицитами и эндотелиальными клетками может стабилизировать сосуды путем активации латентного TGF-β (ref. 42). Потеря перицитов происходит при диабетической ретинопатии и др. ишемических нарушенияхЮ а у мышей диабет-подобные ретинопатии развиваются при редуцированной активности PDGF и снижении покрытия перицитами кровеносных сосудов сетчатки^41,43. Дисфункция перицитов может приводить, следовательно, к ряду сосудистых изменений, включая потерю нормально растущих сосудов (из-за редукции VEGF и VEGFR), потерю сформированных сосудов (из-за редукции действия по выживанию эндотелия VEGF) и аномальный ангиогенез (из-за удаления ингибирующего эффекта TGF-α на пролиферацию эндотелиальных клеток). Микроглия, которая является фагоцитирующими дендритными клетками с иммунными функциями, ко-распределеяется вместе с кровеносными сосудами сетчатки во время развития⁴⁴ и активируется при ишемических заболеваниях. Однако, её роль в сосудистом развитии сетчатки едва известна.

В противоположность тонко градированным клеточным взаимодействиям во время развития, чувствительность астроцитов к экспериментально индуцированной гипоксии существенно увеличена и ведет к дегенерации и фокальным разрушениям глиального окружения (ensheathment) кровеносных сосудов сетчатки⁴⁵. Неоваскуляризация, развивающаяся в этих местах, может выходить за границы поверхности сетчатки и проникать в стекловидную полость, указывая тем самым, что астроциты могут стабилизировать уже сформированные сосуды и ограничивать их соответствующими слоями сетчатки. Следовательно, в то время как астроциты и перициты способствуют нормальной васкуляризации, дегенерация глии и потеря перицитов делают возможными состояния патологического ангиогенеза в ишемической сетчатке⁴⁵.

Кровеносные сосуды и глия часто используют притягивающие и отталкивающие сигналы наведения, используемые аксонами²². Сходные конфигурации нейронов, астроцитов и кровеносных сосудов сетчатки могут быть результатом последовательных операций этих процессов на базе общих микроусловий. Если это так, то аномальная локализация или ориентация патологической неоваскуляризации сетчатки частично является отражением использования механизмов наведения (guidance) в уже измененных (болезненных) условиях. Такая перспектива указывает на то, что в условиях, таких как диабетическая ретинопатия, повреждения нейронов, глии и перицитов могут предшествовать ишемии и ангиогенезу и отражать лежащие в основе патологические процессы с широкими клеточными эффектами.

Альтернативное объяснение сходства паттернов глиальной и сосудистой сети сетчатки состоит в том, что оба они возникают в ответ на механические силы в общей структурной среде. Механические давления (stress), генерируемые активностью цитоскелета в культивируемых эндотелиальных клетках передаются подлежащему matrigel посредством клеточно-матриксных соединений и вызывают криволинейные деформации матрикса⁴⁶. Линии этих натяжений, по-видимому, функционируют как 'треки', вдоль которых эндотелиальные клетки могут мигрировать. Сетевой паттерн треков натяжения матрикса in vitro сходен с таковым для растущих ретинальных сосудов и их филоподиями. Описаны кистозные (cystic) пространства внутри поверхностной сетчатки, через которые сосуды и астроциты мигрируют во время развития^3-6. Очевидно, что эндотелиальные клетки и астроциты ведут себя в сетчатке точно также, как они делают это ex vivo, генерируя сосудистую и глиальную сети вдоль треков натяжения, формируемых когда они мигрируют внутри и прикрепляются к этому содержащему мало клеток и богатому белком компартменту.

Дальнейшие сигналы по сосудистой организации сетчатки, особенно удержание кровеносных сосудов во внутреннем слое сетчатки, выявлены при изучении редких болезней. Болезнь Norrie's характеризуется дисплазией сетчатки и аномальной васкуляризацией сетчатки, а мыши с целенаправленным разрушением гена, который кодирует белок norrin лишены глубоких сосудов внутри сетчатки⁴⁷. Интересно, что мыши дефицитные по frizzled-4 обладают дефектами сосудов сетчатки, сходными с теми, что обнаруживаются у norrin мутантов, а мутации frizzled-4 возникают и у пациентов с семейной эксудативной vitreoretinopathy^47-49, которая является аутосомным заболеванием, характеризующимся неполной васкуляризацией периферических частей сетчатки (Рис. 2c). Кроме того, дефектный липопротеин receptor-related protein 5 ассоциирует со сходными сосудистыми дефектами сетчатки у мышей⁴⁹.

Недавно эти находки были унифицированы с с системой передачи сигналов Wnt. Norrin действует как секретируемый активатор канонического пути передачи сигналов Wnt-β-catenin путем связывания frizzled-4 (собственно Wnt рецептора), возможно совместно с lipoprotein receptor-related белками (Wnt ко-рецепторами)^48,50. Описание экспрессии norrin и frizzled-4 в связи с развитием кровеносных сосудов сетчатки могло бы прояснить, почему теряется только периферическая васкулатура у пациентов с семейной эксудативной vitreoretinopathy, или почему глубокие капилляры сетчатки специфически абортируются у мышей с Wnt-свызанными мутациями. Wnt-обусловленные процессы могут быть также связаны с наблюениями, указывающими, что у людей васкулогенный рост происходит в центральной поверхностной сетчатке, тогда как ангиогенные отростки васкуляризируют периферические и глубокие части сетчатки^3-5,51. Norrin-дефектные and frizzled-4-дефектные мыши также обнаруживают дефекты сосудов в улитке⁴⁷, напоминающие sensorineural потерю слуха при болезни Norrie's, при этом мыши с мутациями в frizzled-5 и lipid phosphatase LPP3 (др. регуляторе пути Wnt/β-catenin) обнаруживают дефектный васкулогенез плаценты. Специфические компоненты передачи сигналов Wnt могут , следовательно, функционировать в разных местах развития сосудов (см ref.50).

Эктопический norrin восстанавливает сосуды сетчатки у norrin-мутаантных мышей⁵², открывая возможность новой анти-ангиогенной фармакологии при ретинопатии недоношенных, которая является основной причиной инфантильной слепоты. При этом заболевании у преждевременно рожденных детей, получающих кислородную терапию, васкуляризация неспособна достичь периферии сетчатки (Рис. 2d). Не снабжаемая кровью периферическая часть сетчатки становится гипоксичной и может вызывать неоваскуляризацию с осложняющими геморрагиями, фиброзом и потерей зрения. Широко используемая модель ангиогенеза сетчатки - это новорожденные мыши с признаками человеческой ретинопатии недоношенных⁵³, она может быть пригодна для тестирования, могут ли Wnt сигнальные факторы восстанавливать васкуляризацию периферической сетчатки.

Разные сосудистые фенотипы сетчатки возникают у мышей с дефектом в very-low-density lipoprotein receptor (VLDLR). У таких мышей поверхностные и глубокие кровеносные сосуды сетчатки формируются как и ожидается, но затем эктопические разрастания (sprouting) в виде небольших ангиоматозных выростов проникают в обычно лишенную сосудов наружную часть сетчатки⁵⁴. VLDLR взаимодействует с reelin и apolipoprotein E чтобы провести нейроны к их собственной кортикальаной ламине во время развития головного мозга⁵⁵, и время обсудить, что это дает для соответ. функции наведения ретинальных сосудов⁵⁶. Стратегии наведения нейральных и эндотелиальных клеток недавно рассматривались ²². Неоваскуляризация внутри сетчатки у VLDLR-мутантных мышей напоминает ту, что видна у некоторых пациентов с возраст-зависимой macular дегенерацией, при которой ангиоматозные веточки от внутренних сосудов сетчакти распространяются в наружную сетчатку и в суб-ретинальное пространство.

Популяция клон-негативных клеток в костном мозге мобилизуется в ответ на разные стимулы и инкорпорируется в растущие кровеносные сосуды в местах ишемических и др. повреждений. Если инъецировать систематически взрослым мышам, то эти клетки включаются в экспериментально индуцируемую ретинальную и хороидальную неоваскуляризацию^57,58. Сходным образом, будучи инъецированные в глаза мышей сразу после рождения, клон-негативные клетки костного мозга включаются в развивающиеся сосуды сетчатки, давая в результате мозаичную васкулатуру из нативных и экзогенных клеток⁵⁹ (Рис. 6a). Интересно, что эти клетки могут восстанавливать потерянные капилляры и снижать потерю нейронов у мышей, моделирующих дегенерацию сосудов и нервов сетчатки⁶⁰. Взаимодействия между R-cadherin и происходящими из костного мозга клетками предшественниками и cadherins клеточной поверхности сетчатки необходимы для направления этих клеток в развивающиеся кровеносные сосуды сетчатки⁶¹, это напоминает R-cadherin-обусловленное сцепление ретинальных сосудов с матрицей из астроцитов во время нормального развития³⁴.

Пока неясно, могут ли гематопоэтические стволовые клетки или др. типы клеток предшественников вносить вклад в обычное развитие кровеносных сосудов сетчатки. Определенно начинающаяся доставка циркулирующих клеток, по-видимому, необходима когда происходит васкуляризация в эксплантах сетчатки, отсоединенных от системного кровообращения вскоре после рождения¹⁸. Способность сделать видимой сайт-специфическую и стио-специфическую экспрессию маркеров стволовых клеток может разрешить этот вопрос. Клетки, происходящие из костного мозга, как было показано, ассоциируют со взрослыми кровеносными сосудами сетчатки после сублетального облучения и восстановления костного мозга, хотя возможно скорее в качестве периваскулярной глии, чем эндотелиальных клеток⁶² (Рис. 6b).

Диабетическая ретинопатия остается одной из наиболее частых причин ухудшения зрения у трудоспособного населения в США и Европы, а неоваскуляризация в сетчатке возникает у 20% пациентов с диабетом⁶³. Современное лечение впервые были введено в 1950s, но фундаментальный подход к лечению периферической сетчатки изменился мало за это время. Это хирургической удаление, благадоря эффекту снижения риска тяжелой потери зрения, является единственным пригодным с началом неоваскуляризации и не затрагивает базовой биологической аномалии, которая и приводи к этому осложнению, снижающему периферическое и ночное зрение, оно является некомфортабельным и дорогостоящим.

Патологическая неоваскуляризация у пациентов с диабетом возникает в результате дисбаланса про-ангиогенных и анти-ангиогенных факторов. and anti-angiogenic factors. С открытия накопления VEGF в глазах с диабетической неоваскуляризацией сетчатки^64,65, описаны изменения многочисленных и др. цитокинов, хемокинов, адгезивных молекул, вазоактивных гормонов и иммунных клеток (Table 1). Все эти изменения составляют комплекс воспалительных процессов, которые дают в результате аберрантную реакцию заживления ран. Большинство сообщений подчеркивает про-ангиогенные стимулы, тогда как естественные ингибирующие элементы привлекают мало внимания. Протеомные исследования жидкости стекловидного тела от пациентов диабетической ретинопатией выявили 56 белков: 29 из которых были vitreous-специфическими, а баланс определялся плазмой⁶⁶. TNF-α, endothelin и insulin-подобные ростовые факторы увеличиваются в плазме и накапливаются в vitreous полости как результат прорыва барьера кровь-сетчатка; следовательно, системное воспаление безусловно вносит вклад в болезни глаз. С этой точки зрения, невозможно узнать, какие из этих факторов являются причинными, т.к. временные изменения неизвестны. Более того, липидные или углеводные медиаторы, которые вероятрно играют роль⁶⁷, привлекли мало внимания. Уровни в vitreous ростовых факторов являются инструктивными, но необходимо полное понимание биологических активностей рецепторов, сигнальных путей и взаимодействия для достижения полного понимания неоваскулярных ретинопатий. Напр., interleukin-1α (IL-1α) увеличивается, но также и растворимый IL-1 рецептор, которые ингибирует действие IL-1, так что суммарный эффект неопределенен.

Факторы, приведенные в Table 1 без сомнения действуют на разных стадиях воспалительных/противовоспалительных процессов или связаны больше с фибротическими процессами, которые происходят в диабетических глазах. В дополнение к прямым эффектам на сосудистые клетки воспалительные медиаторы возможно также модифицируют структуру vitreous геля, который заполняет основную массу глаз. Изменения в vitreous структуре могут, в свою очередь, стимулировать рост сосудов и фиброз. К сожалению, трудно исследовать эту проблему, т.к. из сетчатки людей нельзя взять биоптат ткани для анализа, а животные модели диабета не приводят к неоваскуляризации; следовательно, нарушения, экстраполируемые с ретинопатии недоношенных и моделей retinal vein-occlusion могут не аккуратно предсказывать реакции при хронических заболеваниях у людей. Более того, остаётся неясным, какие аспекты процесса неоваскуляризации непосредственно связаны с диабетом, а какие являются неспецифическими реакциями заживления ран, и как процесс может отличаться при ювенильной и взрослой формах диабета. Ясно, т.к. не существует единственного причинного или пермиссивного фактора диабетической ретинопатии у людей, то остается надеяться на выявление комбинации молекул или клеток, которые послужат лучшими мишенями для терапии.

Учитывая фундаментальную роль кровеносных сосудов в доставке питания (кислорода, аминокислот, глюкозы, жирных кислот) и удаления отходов, какие же из тканевых аномалий от патологического ангиогенеза сетчатки необходимо пытаться компенсировать? Большинство исследований подчеркивает роль гипоксии, т.к. клиническая ангиография сетчатки выявляет непроходимые капилляры (Рис. 2); однако, прямые эмпирические доказательства пониженного напряжения кислорода при диабетической ретинопатии у людей ограничены. Насыщение кислородом сетчатки, пониженное у пациентов с диабетом, и при отсутствии ретинопатии указывают на конкуренцию между доставкой и потреблением⁶⁸. В местах chorioretinal рубцов после лазерного лечения, напряжение кислорода в сетчатке повышается по сравнению с не облученными областями⁶⁹. Hyperoxia усиливает контраст чувствительности⁷⁰ и может улучшать некоторые признаки диабетической ретинопатии⁷¹, но pre-retinal oxygenation является эквивалентной у кошек и собак с бенее чем 1 годичным диабетом и в контроле^72,73. В одном исследовании выявлено снижение парциального давления кислорода в сетчатке у кошек с 6-8 летним диабетом⁷⁴. Нет исследований напрямую продемонстрировавших снижение уровней кислорода в сетчатке у людей с диабетом по сравнению с контролем (E. Stefansson, personal communication). Следовательно, т.к. существенные косвенные доказательства, говорящие в пользу ретинальной гипоксии, пока не подтверждены в качестве причинной взаимосвязи между ретинальной гипоксией и закупоркой капилляров и неоваскуляризацией при диабете.

Доказательства гипоксии тканей сетчатки на модельных животных базируются в основном на находках избыточной экспрессии пептидов ростовых факторов, которые регулируются с помощью HIF, и повышенной активности HIF в сетчатке у крыс с диабетом⁷⁵. Однако, VEGF, HIF, PDGF и др. пептиды ростовых факторов также являются частью общей реакции на большинство клеточных стрессов. Недавно было показано, что все типы ретинальных клеток, включая нейроны, глиальные, микроглиальные и сосудистые клетки, участвуют в формировании нейроваскулярных нарушений⁷⁶. Нейроваскулярная дегенерация сетчатки при диабете включает апоптоз нервных и сосудистых клеток⁷⁷, и активацию клеток микроглии и глии, которые создают в сетчатке источники цитокинов и хемокинов^78,79. Если телеологическая цель организма заключается в поддержании нейрон-зависимого зрения в присутствии повреждения, тогода неоваскулярные повреждения д. частично компенсировать метаболические расстройства нервной части сетчатки. Следовательно, VEGF д. увеличиваться первоначально, чтобы создать трофическую поддержку нейронам посредством нейрональных VEGFRs^19,20,22 (Рис. 4a), но ценой увеличения сосудистой проницаемости. Если стресс сохраняется, как при диабете, то компенсаторная реакция может предоминировать и вносить вклад в клиническую картину диабетической ретинопатии, включая неоваскуляризацию и отек, обусловленные протеканием сосудов.

Стрессовая реакция endoplasmic reticulum (ER) является мощной реакцией на различные клеточные повреждения, включая вирусную инфекцию, истощение ростовых факторов и питательных веществ и гипоксию, которые ассоциируют с клеточной гибелью и сосудистыми ответами. Реакции на ER стрессы происходят как результат истощения питательных веществ, избыточное накопление липидов и недостаток глюкозы и скоординированный баланс между сигналами выживания и гибели клеток; сюда входят регуляция экспрессии VEGF и PDGF на уровне трансляции мРНК⁸⁰. Следовательно, независимо от того обусловлено ли это действительно тканевой гипоксией или вообще восприимчивостью нервных клеток сетчатки к клеточному 'плохому питанию' из-за различных метаболических аспектов диабета, ER стрессы может быть разумными кандидатами, помогающими объяснить определенные свойства неоваскулярной диабетической ретинопатии.

Several caveats should be considered in developing treatments for retinopathy. First, angiogenesis in isolation or in normal development is different from that in the context of multiple systemic and local disease-related derangements, or in humans with diverse genetic and cultural backgrounds; pathological retinal angiogenesis does not simply recapitulate developmental mechanisms. Second, anti-VEGF therapies, which are already used to treat ocular neovascularization in age-related macular degeneration, raise concerns for diabetic patients; antagonism of VEGF might interfere with myocardial revascularization in patients who are already at high risk for cardiac ischaemia, for example, and loss of the neurotrophic²² and vasculotrophic¹⁶ actions of VEGF might exacerbate neuronal loss and ischaemia in diabetic eyes. Third, therapies that address the multifactorial nature of retinopathy will probably be more successful than single-molecule-specific approaches.

Not surprisingly, at this point, more questions than answers remain, but the field is poised to move forward rapidly. The diabetes epidemic demands more effective and less expensive biologically based treatments for proliferative diabetic retinopathy. Achieving this goal will require more comprehensive analyses of retinal and vitreous composition, greater understanding of retinal nutrition by oxygen and other substrates, better animal models, and interactions between experts in angiogenesis, immunology, wound-healing and clinical retinal disorders.

The study of diabetic retinopathy and other retinal disorders opens new lines of angiogenesis inquiry, and developmental retinal angiogenesis models are crucial for investigating neurovascular relationships and bringing anti-angiogenic therapies to patients. These complementary approaches have led us from initial theories emphasizing oxygen as a primary determinant of retinal angiogenesis to a large and growing field that explores metabolic, immune, glial, neuronal, gene expression, and perivascular and progenitor cell factors and gives hope to those who suffer from blinding angiogenic diseases.