Особенности ремоделирования сетчатки при ее физиологическом старении и возрастной макулярной дегенерации

Старение является главным фактором риска развития всех возраст-ассоциированных заболеваний центральной нервной системы и сетчатки, таких как возрастная макулярная дегенерация (ВМД) и глаукома. Отсутствие эффективных методов лечения этих заболеваний в определенной степени связано с недостаточным пониманием влияния нормального физиологического старения на ремоделирование нейронных сетей, которое отражает адаптивную нейропластичность и направлено на сохранение и поддержание нормальной функции нейронов стареющей сетчатки, а также различий в признаках ремоделирования сетчатки при нормальном и патологическом старении. Характерным признаком старения являются тонкие пластические изменения, реструктурирование связей между нейронами в наружной сетчатке и ослабление функциональной активности сетчатки, зависящей от структуры нейронных сетей. Во внутренней сетчатке локализация контактов биполярных клеток с амакриновыми и ганглиозными клетками не изменяется, однако с возрастом происходит упрощение и сужение дендритных ветвлений у большинства ганглиозных клеток сетчатки. Ремоделирование контактов нейронов в глазах с ВМД отличается от нормально стареющей сетчатки степенью выраженности нейропластических изменений, бурным ростом и ремоделированием дендритного ветвления биполярных клеток и формированием множества тангенциальных контактов, которые обеспечивают соединение дендритов биполяров с отдаленными фоторецепторами. В продвинутых стадиях ВМД и других возрастных заболеваний на структурное ремоделирование сетчатки существенно влияют клеточные потери (фоторецепторов и других нейронов сетчатки), обрыв и упрощение ветвления дендритов, модификация отростков глиальных клеток Мюллера и ослабление их функционального симбиоза с нейронами сетчатки.

1. Owsley C, Jackson GR, White M, Feist R, Edwards D. Delays in rod-mediated dark adaptation in early age-related maculopathy. Ophthalmology. 2001; 108 (7): 1196–202. doi: 10.1016/s0161-6420(01)00580-2

2. Sugita Y, Yamamoto H, Maeda Y, Furukawa T. Influence of aging on the retina and visual motion processing for optokinetic responses in mice. Front Neurosci. 2020; 14: 586013. doi: 10.3389/fnins.2020.586013

3. Campello L, Singh N, Advani J., et al. Aging of the retina: molecular and metabolic turbulences and potential interventions. Annu Rev Vis Sci. 2021; 7: 633–64. doi: 10.1146/annurev-vision-100419-114940

4. Zhu JD, Tarachand SP, Abdulwahab Q, Samuel MA. Structure, function, and molecular landscapes of the aging retina. Annu Rev Vis Sci. 2023; 9: 177–99. doi: 10.1146/annurev-vision-112122-020950

5. Gierke K, Lux UT, Regus-Leidig H, Brandstätter JH. The first synapse in vision in the aging mouse retina. Front Cell Neurosci. 2023; 17: 1291054. doi: 10.3389/fncel.2023.1291054

6. Weale RA. Senile changes in visual acuity. Trans Ophthalmol Soc UK. (1962). 1975 Apr;95(1):36-8. PMID: 1064207.

7. Jackson GR, Ortega J, Girkin C, Rosenstiel CE, Owsley C. Aging-related changes in the multifocal electroretinogram. J Opt Soc Am A Opt Image Sci Vis. 2002 Jan; 19 (1): 185–9. doi: 10.1364/josaa.19.000185

8. Kolesnikov AV, Fan J, Crouch RK, Kefalov VJ. Age-related deterioration of rod vision in mice. J Neurosci. 2010; 30: 11222–31. doi: 10.1523/JNEUROSCI.4239-09.2010

9. Dickstein DL, Kabaso D, Rocher AB, et al. Changes in the structural complexity of the aged brain. Aging Cell. 2007; 6: 275–84. doi: 10.1111/j.1474-9726.2007.00289.x

10. Samuel MA, Zhang Y, Meister M, Sanes JR. Age-related alterations in neurons of the mouse retina. J. Neurosci. 2011; 31: 16033–44. doi: 10.1523/JNEUROSCI.3580-11.2011

11. Gao H, Hollyfield JG. Aging of the human retina. Differential loss of neurons and retinal pigment epithelial cells. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1992 Jan; 33 (1): 1–17. PMID: 1730530.

12. Aggarwal P, Nag TC, Wadhwa S. Age-related decrease in rod bipolar cell density of the human retina: an immunohistochemical study. J Biosci. 2007; 32 (2): 293–8. doi: 10.1007/s12038-007-0029-9

13. Harman A, Abrahams B, Moore S, Hoskins R. Neuronal density in the human retinal ganglion cell layer from 16–77 years. Anat Rec. 2000 Oct 1; 260 (2): 124–31. doi: 10.1002/1097-0185(20001001)260:23.0.CO;2-D

14. Burke SN, Barnes CA. Neural plasticity in the ageing brain. Nat Rev Neurosci. 2006; 7:30–40. https://doi.org/10.1038/nrn1809

15. Morrison JH, Baxter MG. The ageing cortical synapse: hallmarks and implications for cognitive decline. Nat Rev Neurosci. 2012; 13: 240–50. doi: 10.1038/nrn3200

16. Jorge L, Canário N, Quental H, Bernardes R, Castelo-Branco M. Is the retina a mirror of the aging brain? Aging of neural retina layers and primary visual cortex across the lifespan. Front Aging Neurosci. 2020; 11: 360. doi: 10.3389/fnagi.2019.00360

17. Terzibasi E, Calamusa M, Novelli E, et al. Age-dependent remodelling of retinal circuitry. Neurobiol Aging. 2009; 30: 819–28. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2007.08.017

18. Samuel MA, Voinescu PE, Lilley BN, et al. LKB1 and AMPK regulate synaptic remodeling in old age. Nat Neurosci. 2014; 17: 1190–7. doi: 10.1038/nn.3772

19. Gresh J, Goletz PW, Crouch RK, Rohrer B. Structure-function analysis of rods and cones in juvenile, adult, and aged C57bl/6 and Balb/c mice. Vis Neurosci. 2003; 20: 211–20. doi: 10.1017/s0952523803202108

20. Williams GA, Jacobs GH. Cone-based vision in the aging mouse. Vis Res. 2007; 47: 2037–46. doi: 10.1016/j.visres.2007.03.023

21. Cunea A, Powner MB, Jeffery G. Death by color: differential cone loss in the aging mouse retina. Neurobiol Aging. 2014; 35: 2584–91. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2014.05.012

22. Sullivan R, Penfold P, Pow DV. Neuronal migration and glial remodeling in degenerating retinas of aged rats and in nonneovascular AMD. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2003; 44: 856–65. doi: 10.1167/iovs.02-0416

23. Croll SD, Ip NY, Lindsay RM, Wiegand SJ. Expression of BDNF and trkB as a function of age and cognitive performance. Brain Res. 1998; 812: 200–8. doi: 10.1016/s0006-8993(98)00993-7

24. Silhol M, Bonnichon V, Rage F, Tapia-Arancibia L. Age-related changes in brain-derived neurotrophic factor and tyrosine kinase receptor isoforms in the hippocampus and hypothalamus in male rats. Neuroscience. 2005; 132: 613–24. doi: 10.1016/j.neuroscience.2005.01.008

25. Gupta V, You Y, Li J, et al. BDNF impairment is associated with age-related changes in the inner retina and exacerbates experimental glaucoma. Biochi m Biophys Acta. 2014; 1842: 1567–78. doi: 10.1016/j.bbadis.2014.05.026

26. Михалицкая Е.В., Левчук Л.А. Нейропластичность мозга: мозговой нейротрофический фактор и протеинкиназные сигнальные пути (обзор литературы). Сибирский вестник психиатрии и наркологии. 2022; 3 (116): 44–53. https://doi.org/10.26617/1810-3111-2022-3(116)-44-53

27. Lom B, Cogen J, Sanchez AL, Vu T, Cohen-Cory S. Local and target-derived brain-derived neurotrophic factor exert opposing effects on the dendritic arborization of retinal ganglion cells in vivo. J Neurosci. 2002; 22: 7639–49. doi: 10.1523/JNEUROSCI.22-17-07639.2002

28. Zagrebelsky M, Tacke C, Korte M. BDNF signaling during the lifetime of dendritic spines. Cell Tissue Res. 2020; 382: 185–99. https://doi.org/10.1007/s00441-020-03226-5

29. Tran NM, Shekhar K, Whitney IE, et al. Single-cell profiles of retinal ganglion cells differing in resilience to injury reveal neuroprotective genes. Neuron. 2019; 104: 1039–55.e1012. doi: 10.1016/j.neuron.2019.11.006

30. Burkewitz K, Zhang Y, Mair WB. AMPK at the nexus of energetics and aging. Cell Metab. 2014; 20: 10–25. doi: 10.1016/j.cmet.2014.03.002

31. Ramamurthy S, Chang E, Cao Y, Zhu J, Ronnett GV. AMPK activation regulates neuronal structure in developing hippocampal neurons. Neuroscience. 2014; 259:13–24. doi: 10.1016/j.neuroscience.2013.11.048

32. Gwinn DM, Shackelford DB, Egan DF, et al. AMPK phosphorylation of raptor mediates a metabolic checkpoint. Mol Cell. 2008; 30: 214–26. doi: 10.1016/j.molcel.2008.03.003

33. Morquette B, Morquette P, Agostinone J, et al. REDD2-mediated inhibition of mTOR promotes dendrite retraction induced by axonal injury. Cell Death Differ. 2015; 22: 612–25. doi: 10.1038/cdd.2014.149

34. Belforte N, Agostinone J, Alarcon-Martinez L, et al. AMPK hyperactivation promotes dendrite retraction, synaptic loss, and neuronal dysfunction in glaucoma. Mol Neurodegener. 2021; 16: 43. doi: 10.1186/s13024-021-00466-z

35. Schmidt TM, Alam NM, Chen S, et al. A role for melanopsin in alpha retinal ganglion cells and contrast detection. Neuron. 2014; 82: 781–88. doi: 10.1016/j.neuron.2014.03.022

36. Sondereker KB, Stabio ME, Renna JM. Crosstalk: The diversity of melanopsin ganglion cell types has begun to challenge the canonical divide between image-forming and non-image-forming vision. J Comp. Neurol. 2020; 528: 2044–67. doi: 10.1002/cne.24873

37. Esquiva G, Lax P, Perez-Santonja JJ, Garcia-Fernandez JM, Cuenca N. Loss of melanopsin-expressing ganglion cell subtypes and dendritic degeneration in the aging human retina. Front Aging Neurosci. 2017; 9: 79. doi: 10.3389/fnagi.2017.00079

38. Зуева М.В., Нероева Н.В., Катаргина Л.А. и др. Модифицирующее лечение дегенеративных заболеваний сетчатки. Часть 1. Адаптивная и неадаптивная пластичность сетчатки. Российский офтальмологический журнал. 2023; 16 (2): 160–15. https://doi.org/10.21516/2072-0076-2023-16-2-160-165

39. Sullivan RK, Woldemussie E, Pow DV. Dendritic and synaptic plasticity of neurons in the human age-related macular degeneration retina. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2007; 48 (6): 2782–91. doi: 10.1167/iovs.06-1283

40. Shelley EJ, Madigan MC, Natoli R, Penfold PhL, Provis JM. Cone degeneration in aging and age-related macular degeneration. Arch Ophthalmol. 2009; 127 (4): 483–92. doi:10.1001/archophthalmol.2008.622

41. Reichenbach A, Bringmann A. Glia of the human retina. Glia. 2020; 68 (4) (Special issue on Human Glia): 768–96. https://doi.org/10.1002/glia.23727

42. Morillas AG, Besson VC, Lerouet D. Microglia and neuroinflammation: What place for P2RY12? Int J Mol Sci. 2021; 22: 1636. https://doi.org/10.3390/ijms22041636

43. Karlstetter M, Langmann T. Microglia in the aging retina. Adv Exp Med Biol. 2014; 801: 207–12. doi: 10.1007/978-1-4614-3209-8_27

44. Karg MM, Moorefield M, Hoffmann E, et al. Microglia preserve visual function in the aging retina by supporting retinal pigment epithelial health. Immun Ageing. 2023; 20: 53 (1): 53. https://doi.org/10.1186/s12979-023-00358-4

45. Hanitzsch R, Lichtenberger T. Two neuronal retinal components of the electroretinogram c-wave. Doc Ophthalmol. 1997; 94 (3): 275–85. doi: 10.1007/BF02582985

46. Reichenbach A, Bringmann A. New functions of Müller cells. Glia. 2013; 61 (5): 651–78. doi: 10.1002/glia.22477

47. Tworig JM, Feller MB. Muller glia in retinal development: from specification to circuit integration. Front. Neural Circuits. 2021; 15: 815923. doi: 10.3389/fncir.2021.815923

48. Jorstad NL, Wilken MS, Grimes WN, et al. Stimulation of functional neuronal regeneration from Muller glia in adult mice. Nature. 2017; 548: 103–7. doi: 10.1038/nature23283

49. Yao K, Qiu S, Wang YV, et al. Restoration of vision after de novo genesis of rod photoreceptors in mammalian retinas. Nature. 2018; 560: 484–8. doi: 10.1038/s41586-018-0425-3

50. Martins RR, Zamzam M, Tracey-White D, et al. Muller glia maintain their regenerative potential despite degeneration in the aged zebrafish retina. Aging Cell. 2022; 21:e13597. doi: 10.1111/acel.13597