Stożek rogówki – czy badania polskich naukowców otworzą drogę do nowych metod leczenia?

Polscy naukowcy wskazali na cząsteczki mikroRNA, które mogą być zaangażowane w patogenezę choroby zwanej stożkiem rogówki, powodując zakłócanie kluczowych procesów molekularnych, w tym organizacji macierzy zewnątrzkomórkowej i przekazywania sygnałów.

Nie taka rzadka przypadłość

Stożek rogówki (keratoconus, KTCN) jest postępującym schorzeniem degeneracyjnym, w przebiegu którego dochodzi do ścieńczenia, czyli zmniejszenia grubości, oraz uwypuklenia tej części oka. Powstające zniekształcenia prowadzą do znacznego pogorszenia ostrości widzenia. Choroba jest najczęściej obustronna i zaczyna się w okresie dojrzewania lub we wczesnej dorosłości. Nie jest też wcale rzadka – pojawia się średnio u 1 na 2000 osób.

– KTCN o niskim czy nawet średnim stopniu zaawansowania często rozpoznawany jest przypadkiem, gdyż rogówka na tym etapie może wyglądać prawidłowo w badaniu okulistycznym z wykorzystaniem lampy szczelinowej. Wczesne objawy nie są specyficzne, obejmują niewielkie rozmycie w polu widzenia, podwójne lub zamglone widzenie, którego nie da się skorygować za pomocą okularów czy soczewek kontaktowych. Dopiero kompleksowe badanie obejmujące tomografię rogówki oraz przedniego odcinka oka umożliwiają rozpoznanie KTCN – wyjaśniła w rozmowie z serwisem Nauka w Polsce prof. dr hab. Marzena Gajęcka z Instytutu Genetyki Człowieka Polskiej Akademii Nauk.

Jeśli chodzi o metody walki ze stożkiem rogówki, to ani terapie chirurgiczne, ani niechirurgiczne nie leczą jego przyczyny. Nie są też w stanie odwrócić powstałych uszkodzeń. Spowalniają jedynie lub zatrzymują dalszy postęp choroby oraz polegają na korygowaniu ostrości wzroku pacjenta.

– Wśród metod leczenia wyróżnić można m.in. stosowanie soczewek kontaktowych, implantację pierścieni śródrogówkowych, zabieg sieciowania włókien kolagenowych i wreszcie keratoplastykę, czyli przeszczep rogówki – wymieniła dr Katarzyna Jaśkiewicz-Rajewicz z grupy badawczej prof. Gajęckiej.

Jak dodała, KTCN jest zresztą drugą najczęstszą przyczyną przeszczepów rogówki na świecie, ale – tak, jak w przypadku innych narządów – lista oczekujących na przeszczep jest bardzo długa.

– Pokładamy wielkie nadzieje w terapiach komórkowych i genowych, które na ten moment pozostają w sferze badań naukowych i nielicznych badań klinicznych – podkreśliła dr Jaśkiewicz-Rajewicz.

Także dokładna przyczyna powstania stożka rogówki nie jest na razie poznana. Wiadomo, że jest to choroba wieloczynnikowa: może mieć zarówno podłoże genetyczne, jak i środowiskowe (m.in. intensywne pocieranie oczu czy astma).

Okulistyka wymaga dalszych zmian. Nowe schorzenia do programów lekowychPrzez ostatnie lata polska okulistyka przeszła ogromną zmianę. Zamiast długich hospitalizacji pacjenci leczeni są w trybie jednodniowym, mają dostęp do wszystkich najnowszych terapii, zmniejszyły się kolejki do zabiegów m.in. zaćmy. Jak podkreśla prof. Marek Rękas, konsultant krajowy w dziedzinie okulistyki, kierownik Kliniki Okulistyki WIM, teraz czas na kolejne kroki w przebudowie tej dziedziny medycyny.

Podłoże genetyczne

Zespół z Instytutu Genetyki Człowieka PAN skupił się na podłożu genetycznym. Jak wyjaśniła prof. Gajęcka, wcześniejsze badania zidentyfikowały wiele genów mogących odpowiadać za to schorzenie. Były wśród nich m.in. rozpoznane przez ten sam zespół geny VSX1, DOCK9, STK24, IPO5 i TGFBI, a nawet dłuższe fragmenty genomu (tzw. loci chromosomowe).

– Niestety, w przypadku tych wyników często brakuje powtarzalności w obrębie różnych rodzin czy też grup etnicznych. Trudno więc znaleźć aspekty spójne dla populacji światowej – powiedziała rozmówczyni serwisu Nauka w Polsce.

I właśnie ze względu na trudności w znalezieniu przyczyn genetycznych powstania stożka naukowcy postanowili połączyć różne metody badawcze, analizujące różne elementy informacji genetycznej, w celu pełnego rozszyfrowania tła molekularnego KTCN.

– Staramy się łączyć różne aspekty biologiczne i dane pochodzące z analiz wysokoprzepustowych. Wykonaliśmy już badania z poziomu genomu, transkryptomu oraz proteomu, czyli mówimy tu o zmianach w DNA, RNA i w białkach. W zeszłym roku jako pierwszy zespół na świecie opublikowaliśmy pracę na podstawie wykonanego sekwencjonowania całego genomu pacjentów z KTCN – whole genome sequencing, WGS – powiedziała prof. Gajęcka.

– Dodatkowo uzyskujemy również dane epigenetyczne, które pomogą nam zrozumieć, jakie inne elementy poza sekwencją DNA wpływają na zmianę ekspresji genów w przebiegu KTCN. W tym aspekcie badamy m.in. metylację DNA, mikroRNA czy otwarcie struktury chromatyny – dodała dr Jaśkiewicz-Rajewicz.

Zespół opracował także nowy model badawczy ludzkiej rogówki, obejmujący wszystkie jej warstwy, a dodatkowo do literatury naukowej wprowadził termin „region topograficzny", aby lepiej określać lokalizację zmian patologicznych w obrębie każdej warstwy.

Czynniki sprzyjające rozwojowi stożka rogówki

W efekcie swoich badań Polacy zaproponowali schemat mechanizmu przebudowy nabłonka rogówki w przebiegu KTCN, w którym wskazali na indukcję procesu apoptozy (czyli śmierci komórki) i cechy przejścia epitelialno-mezenchymalnego wynikające z nagromadzenia czynników wzrostu, cytokin i produktów degranulacji neutrofilów, które zmieniają oddziaływania między komórkami i promują ich migrację.

– W takim układzie pojawia się zapalenie, które w perspektywie krótkoterminowej jest istotne i potrzebne, gdyż działa ochronnie, ale na dłuższą metę jest szkodliwe. I tak dzieje się w przypadku pacjentów z KTCN, u których pojawiają się dodatkowe czynniki, takie jak nałogowe/intensywne pocieranie oczu czy zaburzenia odpowiedzi immunologicznej, sprawiające, że zapalenie i proces gojenia się ran stają się permanentne – wytłumaczyła ekspertka z IGC PAN.

Jeśli chodzi o inne czynniki sprzyjające rozwojowi stożka rogówki, to wiedza na ich temat nadal nie jest pełna. Np. wciąż nie ma jasności, czy pocieranie oczu jest kluczowe dla powstania choroby.

– Nie ma jednoznacznej odpowiedzi na to pytanie. Wiemy, że pocieranie działa negatywnie i nasila trwający proces. A jednocześnie skłaniamy się ku opinii, że samo, jakkolwiek intensywne by nie było, nie jest wystarczające, by wywołać kaskadę zdarzeń prowadzącą do powstania stożka rogówki – wyjaśniła prof. Gajęcka.

W swojej najnowszej analizie czynników środowiskowych i behawioralnych dla KTCN (10.1371/journal.pone.0284454) jej zespół wykazał, że obok pocierania oczu najistotniejszymi czynnikami ryzyka są: płeć męska, czas spędzany przed komputerem po pracy/szkole oraz obecność kurzu/zapylenia w środowisku pracy.

Dodatkowo badacze wskazali geny, których ekspresja w nabłonku rogówki jest skorelowana ze sposobem i intensywnością pocierania oka. Były to geny powiązane z procesami apoptozy, adhezji komórkowej czy stresu komórkowego, ale żaden z nich nie miał powiązania z alergią, która we wcześniejszych badaniach innych zespołów była przedstawiana jako jeden z głównych czynników ryzyka rozwoju KTCN.

Wyniki prac naukowców z IGC PAN dotyczące czynników środowiskowych, a w szczególności charakterystyki sposobów pocierania oczu przez pacjentów z KTCN, zyskały aprobatę amerykańskiej Narodowej Fundacji Stożka Rogówki oraz zostały przedrukowane w biuletynie fundacji.

Proces zapalny

Nowe badania wykazały też, że to właśnie proces zapalny jest jednym z głównych elementów obrazu molekularnego KTCN. Jak wyjaśniły rozmówczynie PAP, historycznie choroba ta nazywana była niezapalnym ścieńczeniem rogówki i do dziś taki pogląd wciąż funkcjonuje w niektórych środowiskach, chociaż jest podważany przez wielu klinicystów i badaczy.

– Ostatnio wielokrotnie odnotowano powiązanie KTCN ze znaczącymi zmianami w zakresie mediatorów stanu zapalnego i tym samym wskazywano na utrzymujący się stan zapalny – przypomniały.

– W naszych badaniach, obejmujących sekwencjonowanie całogenomowe – 10.1167/iovs.64.2.22 – wskazaliśmy na liczne warianty sekwencji kodujących i niekodujących genów, które mogą mieć znaczenie w procesach wrodzonej i adaptacyjnej odpowiedzi układu odpornościowego. Wynik ten wskazuje na genetyczne aspekty w podłożu zapalnym KTCN. Zaburzenia układu odpornościowego, w tym procesów prezentacji antygenu i degranulacji neutrofilów, wpływają na hemostazę rogówki, co może skutkować ścieńczeniem i osłabieniem tkanki – powiedziała dr Jaśkiewicz-Rajewicz.

Dodała, że choć pojedyncze warianty sekwencji mogą wpływać na fenotyp KTCN w niektórych rodzinach, to uzyskane dane genomowe pozwalają przypuszczać, że stożek w dużej mierze może być efektem wzajemnego oddziaływania wielu wariantów, które zaburzają procesy fizjologiczne rogówki.

Profilaktyczna diagnostyka chorób siatkówki pozwala zachować wzrok ►Zwyrodnienie plamki związane z wiekiem (AMD) i cukrzycowy obrzęk plamki (DME) to choroby, które mogą powodować utratę wzroku. Są jednak technologie pozwalające na wykrywanie chorób siatkówki na wczesnym etapie, dzięki czemu możliwe jest szybkie leczenie i zachowanie widzenia. Jakie? O tym rozmawialiśmy z optometrystą Dawidem Cabanem, prowadzącym podczas XXXIII Forum Ekonomicznego w Karpaczu badania w ramach kampanii „Zachowaj wzrok”. Badania były wykonywane dzięki technologii AI.

Nowe metody diagnozowania

Zdaniem prof. Gajęckiej przełożenie badań prowadzonych w IGC PAN na praktykę byłoby niezwykle cenne, ponieważ odkrycie specyficznego dla tej choroby i wysoce czułego biomarkera poprawiłoby diagnostykę, która obecnie jest utrudniona ze względu na ograniczony dostęp pacjentów do specjalistycznego sprzętu okulistycznego. Ważne jest również znalezienie markerów prognozujących, czy progresja choroby będzie szybka oraz czy warto od razu wdrożyć leczenie z interwencją chirurgiczną.

Zespół ma już swojego kandydata mogącego pełnić takie funkcje – jest nim cząsteczka mir-184. Należy ona do rodziny mikroRNA (miRNA), czyli wysoce konserwatywnej klasy małych, niekodujących RNA, które odgrywają istotną rolę w regulacji ekspresji genów.

– W naszej ostatniej publikacji rozpoznaliśmy kilka miRNA, charakteryzujących się zmienionym poziomem ekspresji u pacjentów z KTCN. Konkretnie: były to pre-miRNA, czyli cząsteczki z których powstają później dojrzałe miRNA. Pośród nich znalazła się cząsteczka mir-184, o której wcześniej donoszono, że jest zaangażowana w KTCN i inne choroby rogówki. W poprzednich badaniach znaleziono mutacje sprawcze w genie mir-184 w brytyjskiej, irlandzkiej i australijskiej rodzinie ze stożkiem rogówki. Dane te, jak również fakt, że mir-184 ulega ekspresji w rogówce, sugerują jego rolę jako ważnego regulatora rozwoju i homeostazy tej części oka – wyjaśniła specjalistka.

Poszukiwanie metody leczenia

Poza poszukiwaniem biomarkerów badania Polaków mają na celu znalezienie białka, cząsteczki lub szlaku sygnałowego, które mogłyby stać się celem interwencji medycznej w postaci terapii genowej czy komórkowej. Jednak, co podkreślają naukowcy, droga do tego jest bardzo długa, gdyż na razie brakuje nawet odpowiedniego modelu badawczego, np. mikrofizjologicznego modelu rogówki 3D (tj. modelu „rogówki na chipie”).

– Modele stworzone i opublikowane do tej pory nie są w pełni funkcjonalne, zazwyczaj zawierają wyłącznie komórki nabłonka i śródbłonka, czyli brakuje istoty właściwej, która w największym stopniu odpowiada za biomechanikę rogówki. Zatem najpierw należałoby opracować adekwatny model, z wykorzystaniem którego można by zbadać wpływ wybranych substancji na rogówkę – powiedziała prof. Gajęcka, dodając, że ona i jej współpracownicy są jednak nastawieni optymistycznie.

– Wierzymy, że dzięki współpracy pomiędzy IGC PAN a jednostkami klinicznymi przysłużymy się wciąż raczkującym badaniom nad terapiami komórkowymi. A równolegle do prowadzonych przez nas badań staramy się zwiększać społeczną świadomość na temat KTCN – podsumowała.

Badania podstawowe nad stożkiem rogówki prowadzone są dzięki środkom finansowym pozyskanym z Narodowego Centrum Nauki.