Με τον όρο “απόπτωση”, μία ελληνική λέξη, που δόθηκε από τον Kerr, το 1972, περιγράφεται μία διαδικασία κυτταρικού θανάτου. Η απόπτωση αφορά μεμονωμένα κύτταρα, μέσα σε πληθυσμό υγιών κυττάρων, τα οποία στην ουσία αυτοκτονούν. Συνίσταται από την παραγωγή μίας ενδονουκλεάσης (ένα ένζυμο που διασπάει την πυρηνίνη) με αποτέλεσμα τον κατακερματισμό του DNA, τον τεμαχισμό του κυττάρου και τη φαγοκύτωση του από γειτονικά κύτταρα. Στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο η χρωματίνη γίνεται ηλεκτρονικά πυκνότερη και αρχίζει να συσσωρεύεται στην εσωτερική επιφάνεια του πυρηνικού περιβλήματος και τελικά καταλαμβάνει όλο τον πυρήνα. Το κύτταρο τότε αρχίζει να αποσυντίθεται σε κομμάτια περιβαλλόμενα από μεμβράνη, γνωστά σαν αποπτωτικά σώματα, τα οποία συχνά περιέχουν οργανίδια και υπολείμματα του πυρήνα. Αυτά τα κυτταρικά κομμάτια φαγοκυττώνονται γρήγορα από γειτονικά κύτταρα. Τα κύτταρα που πεθαίνουν με τη διαδικασία της απόπτωσης δεν αφήνουν ίχνη της παρουσίας τους και η όλη διεργασία διαρκεί λίγες ώρες. Αυτός ο τύπος κυτταρικού θανάτου δεν συνοδεύεται από φλεγμονή σε αντίθεση με άλλους τύπους κυτταρικού θανάτου, όπως η νέκρωση όπου η παρουσία φλεγμονής είναι τυπική, εξ αιτίας της λύσης του κυττάρου και της απελευθέρωσης των κυτταρικών συστατικών στον εξωκυττάριο χώρο.
Η απόπτωση έχει το δικό της γενετικό πρόγραμμα, το οποίο περιέχεται μέσα στο ίδιο το κύτταρο. Τα γονίδια που ελέγχουν την απόπτωση είναι αντικείμενο εντατικών ερευνών. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη μελέτη μίας ομάδας σχετικών μεταξύ τους γονιδίων, τα οποία λαμβάνουν μέρος στη διαδικασία ζωής και θανάτου αρκετών κυττάρων. Το πρώτο μέλος αυτής της οικογένειας γονιδίων ανακαλύφθηκε σε ανθρώπινα Β-κύτταρα στο λέμφωμα και για το λόγο αυτό ονομάσθηκε bcl-2 (b-cell lymphoma-2). Τώρα είναι γνωστό ότι τα bcl-2 σταματούν την ενεργοποίηση του αποπτωτικού προγράμματος στα κύτταρα. Άλλα μέλη αυτής της ομάδας των γονιδίων (όπως τα bcl-x γονίδια) φαίνεται ότι ενεργούν με τον ίδιο τρόπο όπως τα bcl-2 γονίδια στην ανακοπή της αποπτωτικής διαδικασίας. Έχουν βρεθεί όμως και άλλα γονίδια, όπως το γονίδιο bax, τα οποία φαίνεται ότι έχουν την εντελώς αντίθετη δράση και ενεργοποιούν τον κυτταρικό θάνατο με τη διαδικασία της απόπτωσης. Τα γονίδια αυτά ελέγχουν την παραγωγή κάποιων πρωτεϊνών, όπως για παράδειγμα το γονίδιο bcl-2 που ελέγχει την πρωτεΐνη bcl-2 η οποία σταματάει την απόπτωση και το γονίδιο bax που ελέγχει την πρωτεΐνη bax η οποία ενεργοποιεί την απόπτωση. Στο κύτταρο αυτές οι πρωτεΐνες βρίσκονται σε μία δυναμική ισορροπία η μία με την άλλη. Η συγκέντρωση της bcl-2 είναι ίση με την συγκέντρωση της bax, έτσι αλληλοεξουδετερώνονται μεταξύ τους και το κύτταρο συνεχίζει να ζει. Εάν αυτό το κύτταρο λάβει ένα μήνυμα για να πεθάνει τότε θα αλλάξει την ισορροπία που ελέγχεται από αυτά τα γονίδια και είτε θα αυξήσει την bax πρωτεΐνη, είτε θα μειώσει την bcl-2 πρωτεΐνη, ενεργοποιώντας έτσι την απόπτωση. Αυτή η διαδικασία έχει υποστηριχθεί πειραματικά. Συμπλέγματα από ίσες ποσότητες bcl-2 και bax μπορούν να παρθούν από ζώντα κύτταρα. Εισάγοντας bcl-2 πρωτεΐνη σε κύτταρα διαφόρων τύπων μπορούμε να σταματήσουμε την απόπτωση στα κύτταρα αυτά που βρίσκονται κάτω από συνθήκες που φυσιολογικά την ενεργοποιούν. Επίσης πειραματική αλλαγή της εξίσωσης προς τη κατεύθυνση παραγωγής bax ενεργοποιεί τον κυτταρικό θάνατο. Αν και η αλληλεξουδετέρωση των δύο πρωτεϊνών, των οποίων η παραγωγή ελέγχεται από τα αντίστοιχα γονίδια, καθορίζει την τύχη του κυττάρου φαίνεται ότι υπάρχουν και άλλα γονίδια τα οποία παίζουν ένα σημαντικό ρόλο στη διατήρηση της ισορροπίας ανάμεσα στις δύο αυτές πρωτεΐνες. Ένα τέτοιο γονίδιο που συμμετέχει και στο κύκλο ζωής του κυττάρου και στην διαδικασία της απόπτωσης είναι το p53. Αυτό το γονίδιο φυσιολογικά ελέγχει την G1 φάση της κυτταρικής αναπαραγωγής και είναι υπεύθυνο για την παραγωγή της p53 πρωτεΐνης, που συμμετέχει στην κυτταρική διαίρεση. Η πρωτεΐνη p53 έχει βρεθεί ότι είναι αυξημένη στα αποπτωτικά κύτταρα και ότι η εισαγωγή της σε κύτταρα διαφόρων τύπων ενεργοποιεί την απόπτωση αυτών των κυττάρων. Ο τρόπος δράσης της δεν είναι ακριβώς γνωστός, πρόσφατες μελέτες όμως δείχνουν ότι πιθανά η p53 φαίνεται να παίζει ένα άμεσο ρόλο στην ισορροπία ανάμεσα στην bcl-2 και bax, καταστέλλοντας τον διπλασιασμό του bcl-2 γονιδίου και ενεργοποιώντας τον διπλασιασμό του bax γονιδίου.
O κυτταρικός θάνατος με την διαδικασία της απόπτωσης συμβαίνει άραγε στα γαγγλιακά κύτταρα του αμφιβληστροειδή; Ας κοιτάξουμε λίγο τα υπάρχοντα δεδομένα. Κατ’ αρχήν στον αμφιβληστροειδή του ανθρώπου, κατά την διάρκεια της εμβρυϊκής ζωής, υπάρχει διπλάσιος αριθμός γαγγλιακών κυττάρων από αυτά που τελικά ανευρίσκονται την στιγμή της γέννησης. Όλα τα πρόδρομα λοιπόν γαγγλιακά κύτταρα αναπτύσσονται εκτείνοντας ένα άξονα δια μέσου του οπτικού νεύρου προς τον εγκέφαλο αλλά τελικά επιζούν μόνο αυτά που καταφέρνουν να συνδεθούν σωστά με την περιοχή του εγκεφάλου προς την οποία στοχεύουν. Τα εμβρυϊκά γαγγλιακά κύτταρα του αμφιβληστροειδή που πετυχαίνουν αυτό το στόχο και επιζούν είναι περίπου τα μισά, τα άλλα μισά πεθαίνουν με τον αποπτωτικό μηχανισμό κυτταρικού θανάτου που είναι γενετικά καθορισμένος.
Έρευνες σε πιθήκους με πειραματικό γλαύκωμα έχουν δείξει ότι ο θάνατος των γαγγλιακών κυττάρων συμβαίνει με τον μηχανισμό της απόπτωσης. Παρόμοιες έρευνες έχουν γίνει σε γλαυκωματικά μάτια κουνελιών και ποντικών οι οποίες έχουν δείξει και αυτές ότι τα γαγγλιακά κύτταρα αυτών των πειραματόζωων με πειραματικό γλαύκωμα πεθαίνουν με τον μηχανισμό της απόπτωσης. Η καταστροφή των γαγγλιακών κυττάρων του αμφιβληστροειδή σε ασθενείς που πάσχουν από γλαύκωμα είναι δύσκολο να αποδειχθεί ότι συμβαίνει με την διαδικασία της απόπτωσης αφενός γιατί ο αριθμός των γαγγλιακών κυττάρων που πεθαίνουν στην διάρκεια μίας ημέρας είναι μικρός και αφετέρου όλη η διαδικασία της απόπτωσης διαρκεί μόνο λίγες ώρες, έτσι από ένα εξορυχθέντα οφθαλμό με γλαύκωμα είναι δύσκολο να εντοπίσουμε είτε με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο γαγγλιακά κύτταρα που βρίσκονται σε κάποια φάση της διαδικασίας θανάτωσης τους με απόπτωση, είτε με ιστοχημικές μεθόδους να ανιχνεύσουμε το κατακερματισμένο DNA που βρίσκεται στον αμφιβληστροειδή. Αντίθετα σε μάτια με πρόσθια ισχαιμική οπτικοπάθεια, όπου ο αριθμός των γαγγλιακών κυττάρων που πεθαίνει είναι πολύ μεγαλύτερος σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα, έχει αποδειχθεί ότι ο κυτταρικός θάνατος γίνεται με τον μηχανισμό της απόπτωσης. Απ’ όλα τα παραπάνω φαίνεται ότι υπάρχει πολύ σημαντική πιθανότητα τα γαγγλιακά κύτταρα στο γλαύκωμα να πεθαίνουν με τον μηχανισμό της απόπτωσης και δεν μένει παρά να επιβεβαιωθεί αυτό και στο εργαστήριο.
Η απόπτωση ενεργοποιείται από μία σειρά παραγόντων που είναι γνωστοί, πρέπει λοιπόν να δούμε αν κάποιοι από αυτούς τους παράγοντες υπάρχουν στο γλαύκωμα και εξηγούν την ενεργοποίηση της απόπτωσης.
Όταν γαγγλιακά κύτταρα, καθώς και άλλοι νευρώνες τοποθετηθούν σε καλλιέργεια ιστών, αυτά αποτυγχάνουν να επιζήσουν εκτός και αν εφοδιασθούν με εξωγενείς μικρές πρωτεΐνες, οι οποίες λέγονται νευροτροφικοί παράγοντες. Οι νευροτροφικοί παράγοντες είναι μικρά πεπτίδια και ταξινομούνται σαν νευροτροφίνες, κυτοκίνες και growth factors. Για τα γαγγλιακά κύτταρα του αμφιβληστροειδή ο πιο σπουδαίος ονομάζεται brain-derived neurotrophic factor (BDNF). Αυτός ο παράγων μεταφέρεται στο κυτταρικό σώμα από τα κύτταρα των έξω γονατωδών σωμάτων δια μέσου των νευραξόνων με την αξονική ροή. Πειράματα σε ζώα και παρατηρήσεις σε ανθρώπινα μάτια με γλαύκωμα έχουν δείξει ότι η πιο συνήθης ανωμαλία στα γαγγλιακά κύτταρα πριν το θάνατό τους είναι η διακοπή της αξονικής ροής στην κεφαλή του οπτικού νεύρου στο επίπεδο του σκληρού στην περιοχή του ηθμοειδούς πετάλου. Στο γλαύκωμα η αξονική ροή των υλικών διακόπτεται και από το κύτταρο προς τον εγκέφαλο και από τον εγκέφαλο προς το κύτταρο. Αυτό έχει επιβεβαιωθεί και στο εργαστήριο σε πειραματικές μελέτες των Anderson, Quigley και Minckler. Η νέα υπόθεση για τον μηχανισμό θανάτου των γαγγλιακών κυττάρων στο γλαύκωμα υποστηρίζει ότι η γλαυκωματική βλάβη σταματάει τη μεταφορά των νευροτροφικών παραγόντων και κυρίως της BDNF προς το κυτταρικό σώμα. Τα χαμηλά επίπεδα των νευροτροφικών παραγόντων ενεργοποιούν το γενετικά καθορισμένο πρόγραμμα της απόπτωσης γιατί το γαγγλιακό κύτταρο πιστεύει ότι είναι ένα εμβρυϊκό γαγγλιακό κύτταρο με χαμένο στόχο και έτσι αναπαράγει παθολογικά όμως την οντογένεση.
Η πίεση των οπτικών ινών στην περιοχή του ηθμοειδούς πετάλου δημιουργεί τοπικά ισχαιμία με αποτέλεσμα την αύξηση των επιπέδων της glutamate, τα υψηλά επίπεδα της οποίας τοπικά υπερδιεγείρουν τους υποδοχείς της N-methyl-D-aspartate (NMDA), που βρίσκονται στην επιφάνεια του κυττάρου. Η υπερδιέγερση των NMDA υποδοχέων ανοίγουν τις αντλίες Ca++ στις κυτταρικές μεμβράνες με αποτέλεσμα την έξοδο ιόντων Ca++ από τον ενδοκυττάριο στον εξωκυττάριο χώρο. Η αύξηση αυτή των ιόντων Ca ενεργοποιεί το ένζυμο nitric oxide synthase (NOS), το οποίο προάγει την παραγωγή νιτρικού οξειδίου το οποίο με την σειρά του προκαλεί διάφορες οξειδώσεις με τελική συνέπεια τον κερματισμό του DNA και την ενεργοποίηση του μηχανισμού της απόπτωσης (σχήμα 1).
Η υπόθεση ότι η glutamate τοξικότητα, που δημιουργείται από την ισχαιμία είναι ένας παράγοντας που προκαλεί τον θάνατο των γαγγλιακών κυττάρων στο γλαύκωμα ενισχύεται από την ανεύρεση υψηλών ποσοτήτων glutamate στο υαλοειδές σώμα ματιών με γλαύκωμα και πιθήκων με πειραματικό γλαύκωμα.
Mε βάση τα αναφερθέντα ανοίγονται νέοι θεραπευτικοί ορίζοντες στην αντιμετώπιση του γλαυκώματος. Οι προσπάθειες επικεντρώνονται στις μεθόδους εκείνες οι οποίες θα καθυστερούν και αν είναι δυνατόν θα αναστέλλουν το θάνατο των γαγγλιακών κυττάρων του αμφιβληστροειδή με τον μηχανισμό της απόπτωσης.
Μελέτες in vitro και in vivo έδειξαν ότι η παρουσία γονιδίων, όπως του bcl-2 σταματάει τη διαδικασία της απόπτωσης στα γαγγλιακά κύτταρα του αμφιβληστροειδή. Η εισαγωγή γονιδίων bcl-2 κατευθείαν στα γαγγλιακά κύτταρα του αμφιβληστροειδή πειραματόζωων με πειραματικό γλαύκωμα ανέστειλε τη διαδικασία της απόπτωσης. Το βασικό πρόβλημα της γονιδιακής θεραπείας έγκειται στη δυσκολία της παραμονής επί μακρόν του ξένου DNA μέσα στα κύτταρα. Γίνονται προσπάθειες και έχουν αναφερθεί πρόσφατα ενθαρρυντικά αποτελέσματα για τη μεταφορά και παραμονή των γονιδίων στον αμφιβληστροειδή μέσω ιών στους οποίους έχουν τοποθετηθεί τα γονίδια και τους οποίους με τη σειρά τους τοποθετούν στον οφθαλμό.
Η εισαγωγή κατευθείαν στα γαγγλιακά αμφιβληστροειδικά κύτταρα νευροτροφικών παραγόντων είναι πιο εύκολη και πρακτική. Όπως αναφέρθηκε παρά πάνω η παρουσία νευροτροφινών μπορεί να προστατεύσει τα κύτταρα από την διαδικασία της απόπτωσης σε συνθήκες παρακώλυσης της αξονικής ροής και ισχαιμίας. Πειραματικά έχουν δοθεί νευροτροφικοί παράγοντες με ενδουαλοειδική έγχυση σε μάτια ποντικών μετά από διατομή του οπτικού νεύρου με πολύ καλά αποτελέσματα, ως προς τη διατήρηση ζωντανών των γαγγλιακών κυττάρων του αμφιβληστροειδή. Η συστηματική χορήγηση νευροτροφινών στο άνθρωπο παρουσιάζει ορισμένες επιπλοκές όπως αναφέρουν πρόσφατα δημοσιευμένες μελέτες.
Η δυνατότητα αναστολής της διαδικασίας της απόπτωσης μπορεί να επιτευχθεί φαρμακευτικά με ουσίες οι οποίες ανταγωνίζονται ή αναστέλλουν διάφορα στάδια της παθολογικής αλυσίδας που οδηγεί στην απόπτωση. Οι ανταγωνιστές των NMDA υποδοχέων διακόπτουν την παθολογική αλυσίδα που οδηγεί στην απόπτωση. Η memantine για παράδειγμα μπλοκάρει αυτούς τους υποδοχείς και δεν τους αφήνει να διεγερθούν από τα υψηλά επίπεδα της glutamate που παρατηρούνται στην ισχαιμία. Η φαρμακευτική παρέμβαση μπορεί να γίνει και στο στάδιο της διαταραχής της αντλίας Ca++ με αναστολείς των διαύλων Ca++. Ένα επόμενο στάδιο παρέμβασης στη παθολογική διεργασία είναι αυτό της οξείδωσης που προκαλείται από τα υψηλά επίπεδα νιτρικού οξειδίου με αντιοξειδωτικές ουσίες. Σαν τέτοια αναφέρεται το 21-αμινο-στεροειδές που έχει βρεθεί ότι ελαττώνει σημαντικά τον αριθμό των γαγγλιακών κυττάρων που πεθαίνουν με τον μηχανισμό της απόπτωσης in vitro.
Είναι σημαντικό να αναφέρουμε ότι οι θεραπευτικές προσπάθειες αναστολής του κυτταρικού θανάτου των γαγγλιακών κυττάρων του αμφιβληστροειδή δεν υποκαθιστούν την σημερινή θεραπεία του γλαυκώματος η οποία έγκειται κυρίως στη μέριμνα για τη μείωση της ενδοφθάλμιας πίεσης που προφανώς είναι υπεύθυνη για τις γενεσιουργές αιτίες της γλαυκωματικής βλάβης.
Δημήτρης Σ. Παπακωνσταντίνου
Αναπλ. Καθηγητής Οφθαλμολογίας
Α’ Πανεπιστημιακή Οφθαλμολογική Κλινική Αθηνών