Ученые Международного томографического центра СО РАН занимаются исследованием катаракты. Они выдвинули свою версию причин помутнения хрусталика глаза, которое приводит к снижению остроты зрения вплоть до полной его потери. Научная группа считает, что одним из источников окислительного стресса — основного условия развития катаракты — являются фотохимические реакции под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца.

По данным Всемирной организации здравоохранения, в большинстве стран катаракта является главной причиной слепоты. Несмотря на то, что заболевание известно с древних времен, до сих пор нет полного понимания: какие процессы происходят в организме и почему возникает болезнь. Известно, что возраст является основным фактором риска для развития катаракты. Тем не менее офтальмологи отмечают: заболевание внезапно может наступить у кого-то в 40 лет, а у кого-то и в 90 сохраняется отличное зрение. Исследователи пытались найти связь между образованием катаракты и употреблением алкоголя и табака, а также искали влияние генетических факторов. Несмотря на некоторую корреляцию в отдельных работах, вышеперечисленные причины оказались не основными при развитии этого заболевания.  

Пока учёные сошлись во мнении, что катаракта, как и рак, — болезнь мультифакторная, то есть её появление обусловлено воздействием многих показателей. Но, в отличие от онкологии, с помутнением хрусталика глаза можно относительно легко справиться с помощью хирургических методов. Операция в большинстве случаев становится спасением для больного, однако такие меры всё равно не стоит считать панацеей: во время любого оперативного вмешательства есть риск осложнений. 

Помочь исправить данную ситуацию, приблизиться к пониманию механизмов развития недуга и продлить здоровье глаз пытаются сибирские учёные. на исследования фотоиндуцируемых реакций хромофоров хрусталика глаза, приводящих к повреждению белковых молекул, они получили грант Президента РФ:

Известно, что основная причина возникновения катаракты — это окислительный стресс, то есть нарушение баланса между прооксидантами («атакующими») и антиоксидантами («защитниками»). Когда прооксидантов становится больше антиоксидантов, начинаются необратимые структурные изменения белков, что приводит к образованию больших водонерастворимых светорассеивающих агрегатов, и в результате хрусталик мутнеет. Причины возникновения окислительного стресса в здоровом хрусталике в настоящее время остаются во многом неясными. Мы считаем, что ультрафиолетовое излучение Солнца является одной из важнейших причин развития окислительного стресса и, соответственно, катаракты, — рассказывает научный сотрудник МТЦ СО РАН кандидат физико-математических наук Пётр Сергеевич Шерин.

Ранее предполагали, что окислительный стресс может быть вызван достаточно жестким  излучением в диапазоне длин волн 280–320 нм (УФ-Б диапазон). Оно напрямую поглощается белками и может приводить к их фотоионизации. Однако прямой связи между дозой УФ-Б излучения и появлением катаракты не обнаружили. Учёные МТЦ выдвинули гипотезу, что в окислительный стресс гораздо больший вклад вносит излучение ближнего УФ диапазона, 320–400 нм (УФ-А диапазон). Такой свет самый интенсивный в общем УФ излучении солнца, около 95 %, и легко проникает в хрусталик, в отличие от УФ-Б света, который преимущественно поглощается в роговице. Это подтверждается недавними эпидемиологическими исследованиями, показывающими прямую связь между заболеванием катарактой и УФ индексом (показателем уровня УФ излучения, учитывающим весь диапазон УФ излучения солнца). УФ-А свет в хрусталике поглощается малыми молекулами. Они, с одной стороны, выполняют роль защиты от этого излучения, а с другой — с небольшой вероятностью переходят в реакционно активные состояния, которые и реагируют с белками.

Идея исследователей МТЦ СО РАН заключается в том, что именно под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца в хрусталике происходит постоянное образование реакционно активных молекул в небольших количествах. Пока мы молоды и здоровы, антиоксиданты успешно защищают белки от этих реакционно активных молекул. Однако с возрастом защита от негативных фотохимических реакций существенно ослабевает. Учёные предполагают, что сбой в защитной системе хрусталика происходит из-за многочисленных химических изменений и накопления критического количества «опасных» модификаций в структуре белков и клеток хрусталика. 

 

Хрусталик глаза является уникальной тканью, где отсутствует система обновления белков, которые находятся в клетках от формирования человека на стадии эмбриона до самой смерти. По этой причине хрусталик рассматривается многими исследователями в качестве идеальной модели старения, поскольку его белки на протяжении всей жизни аккумулируют различные модификации, — отмечает Шерин.

Исследователи пытаются на молекулярном уровне выяснить, какие именно фотохимические реакции могут приводить к необратимым изменениям в структуре белков и хрусталика и что отвечает за развитие катаракты, чтобы знать, на какой стадии её можно замедлить или даже остановить. Учёные уже провели цикл экспериментов, одним из значительных результатов оказалась возможность предотвращения агрегации белков с помощью природных антиоксидантов хрусталика.

В его среде содержатся значительные количества аскорбиновой кислоты и глутатиона — соединений, которым приписывается роль антиоксидантов в живых системах. Оказалось, что аскорбиновая кислота эффективно перехватывает реакционные состояния хромофоров хрусталика, образующиеся под действием света, тем самым предотвращая прямые реакции последних с белками, — объясняет Пётр Шерин. — Глутатион практически не реагирует с фотовозбужденными молекулами, однако эффективно нейтрализует радикалы —  первичные продукты фотореакций. Необходимо отметить, что простое увеличение концентрации антиоксидантов в хрусталике не является универсальным способом предотвращения катаракты. Антиоксидантный эффект любого соединения основан на оптимальном количестве последнего в клетке или ткани и его превышение может приводить к обратному процессу — превращению антиоксиданта в прооксидант. Таким образом, природа создала многоступенчатую защиту хрусталика от фотоповреждений, но остается неясным, почему столь эффективная защита способна давать сбои, что может приводить к помутнению хрусталика.

Для своих экспериментов ученые берут белки хрусталиков у животных. Структурно они очень похожи на человеческие, что позволит с хорошей точностью перенести полученные результаты на людей. Грант Президента РФ рассчитан на два года. За это время исследователи должны разобраться в механизмах агрегации белков в результате фотохимических реакций и ответить на другие поставленные вопросы, чтобы суметь делать предсказания и дать рекомендации для разработки новых методов диагностики, профилактики и лечения катаракты.

Нам бы хотелось, чтобы исследование в идеале помогло обратить катаракту. Но это труднодостижимая цель. Надеемся найти критическую точку когда начинается проблема — и постараться воздействовать на неё как можно раньше, — говорит Пётр Шерин.

Также результаты, полученные сибирскими учёными, могут быть применены в разработке методов бесшовного закрытия ран, что перспективно для медицины и косметологии.

Агрегация белков в результате фотохимических реакций приводит к образованию прочных связей между белковыми молекулами, так называемому «сшиванию» белков. Некоторое время назад была озвучена идея: если соединить края раны и нанести водный раствор с красителем, то под действием света белки кожи очень быстро соединятся. Получается, что рана закроется без привлечения чужеродного материала, а дальше система регенерации организма всё доделает сама, — поясняет Пётр Шерин. — В научной литературе сообщалось, что эту идею уже удалось претворить в жизнь на мышах. Поскольку механизмы фотохимических реакций, приводящих к агрегации различных белков, во многом общие, то полученные нами результаты могут быть полезны для разработки таких методов бесшовного закрытия ран.

**Марина Москаленко **

Фото: из открытых источников (анонс), предоставлено Петром Шериным (1)