ÖZET
Oksidatif stres prematüre retinopati etiyolojisinde önemli rol oynamaktadır. Prematüre bebeklerde henüz gelişmesini tamamlayamamış antioksidan sistem ve artan oksidatif stres hastalığın ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Oksidatif ve antioksidatif mekanizma ile sinyal yolakları ile ilgili çalışmalar, prematüre retinopati tanı ve tedavisine yönelik seçenekler elde edilmesini sağlamaktadır. Bu derlemede, son yıllarda önemi çok daha iyi anlaşılan oksidatif stres ile prematüre retinopati arasındaki ilişkiyi irdelemeyi ve güncel bir bakış ortaya çıkarmayı amaçladık.
Giriş
Prematüre retinopatisi (PR), erken doğan bebeklerde görülen ve ilerlediğinde körlüğe kadar gidebilen anormal damar gelişimi ile karakterize ciddi bir retina hastalığıdır. Yenidoğan yoğun bakımlardaki son teknolojik gelişmeler nedeniyle hastalık daha sık görülmektedir. Güncel tedavi metodların (kriyoterapi, fotokoagülasyon) uzun dönem etkileri açısından yetersiz kalması, hastalığın etiyopatogenezinin anlaşılmasına yönelik çalışmalara yönlendirmiştir.
Prematüre bebeklerin yüksek seviyedeki oksijene maruz kalmaları ile PR arasındaki ilişki uzun zamandır bilinmektedir. Bu bebekler, antioksidatif cevap mekanizmalarındaki yetersizlik sebebiyle normal bebeklere göre daha fazla oksidatif strese ve hasara maruz kalmaktadır.
Oksidatif streste rol oynayan çeşitli serbest oksidan radikallerin ve bunların rol oynadığı yolakların ortaya çıkarılması, PR fizyopatolojisini daha iyi anlamamızı sağlayacaktır. Bu derleme, son yıllarda önemi çok daha iyi kavranılmaya başlanılan oksidatif stres, antioksidatif savunma mekanizması ve bunlarda rol oynayan sinyal yolakları ile PR gelişimi arasındaki ilişkiyi irdelemeyi amaçlamaktadır.
Oksijenle İndüklenmiş Retinopatili (OIR) Hayvan Modelleri ve PR Fazları
PR gelişim süreci, hastalığın oluşum mekanizması ve tedavisine yönelik çalışmalar genellikle OIR hayvan modelleri ile yapılmaktadır. Bu hayvan modelleri günümüzde daha da geliştirilmekte ve yeni moleküllerin denenmesi imkanını oluşturmaktadır.1,2 OIR hayvan modellerinin geliştirilmesinde farklı oksijen seviyeleri ve sürelerinde çalışmalar yapılmaktadır. Özellikle Penn ve ark.’nın3 geliştirdikleri 50/10 OIR modelleri PR’ye çok benzemektedir. 50/10 OIR modellerine göre O2 seviyesindeki dalgalanmalar reaktif oksijen radikalleri (ROR) üretimine neden olarak PR gelişiminde rol oynamaktadır.4 Oksijenin PR üzerindeki etkisi oldukça karışıktır. Çok yüksek veya çok düşük oksijen seviyeleri retinopati gelişimine daha az neden olmaktadır. OIR hayvan modellerinde yapılan STOP-ROP çalışması, hiperoksi sonrası oda seviyesindeki oksijen yerine biraz daha fazla (%28) oksijene maruz kalanlarda retinopatiye ilerlemenin daha az olduğunu gösteren önemli bir çalışmadır.5
PR iki faz şeklinde gelişmektedir.1 PR’nin ilk fazında (hiperoksi) oksijene oldukça duyarlı olan retina damarlarında daralma ve vasküler endotelyal büyüme faktörü (VEGF) gibi vazoproliferatif faktörlerde azalma olmaktadır. Hiperoksiye yanıt olarak serbest radikaller, endotel hasarına neden olmaktadır.6 İkinci fazında (hipoksi) ise göreceli olarak hipoksik kalan retina damarlarında artan metabolik ihtiyaç nedeniyle vazoproliferasyon ve neovaskülarizasyon gelişmektedir. Ayrıca bu fazda büyüme faktörlerinde, hormonlarda ve adezyon moleküllerde artış meydana gelmektedir. Her iki fazda da oksidatif streste rol oynayan jack/stat sinyal yolakları uyarılmakta ve serbest radikaller artmaktadır.7
Prematüre Retinopatisi’nde Rol Oynayan Oksidatif Radikaller
Serbest radikaller, eşleşmemiş elektronu olan atom, molekül veya iyonlardır. Serbest elektronu olan bu radikaller kimyasal olarak reaktif ve kararsızdır. Kararlı duruma gelmek için indirgenme ve yükseltgenme olaylarına katılır ve zincirleme şeklinde diğer radikallerin oluşmasına neden olurlar.8 Eğer bu radikaller oksijen molekülünden oluşursa ROR olarak adlandırılırlar. ROR oksidatif stres oluşumunda büyük katkı oluşturmaktadır. Superoksid (O2-) ve hidroperoksil (HO2) önemli ROR’lerdir. Superoksid, enzimatik indirgenme ile nikotinamid adenin dinükleotid fosfat oksidaz (NADPH oksidaz) ve enzimatik olmayan mitokondriyal solunum olayları ile meydana gelmektedir. Superoksid kararlı duruma gelmek için enzimatik olarak superoksid dismutaz (SOD) veya enzimatik olmayan yollar ile hidrojen peroksite (H2O2) ve tekli oksijene dönüşmektedir.9 Tekli oksijen oldukça oksidan olup lipit, protein ve nükleik asitleri okside eder. Superoksidden türeyen bu radikaller, protein ve karbonhidrat kovalent bağları yıkarak ve lipit peroksidasyonuna neden olarak hücrenin fizyolojik durumunu bozmaktadır.9 Ayrıca, retinadaki fotoreseptörlere ve fotoreseptörlerdeki çoklu doymamış yağ asitlere zarar vererek PR’ye neden olmaktadır.10
Hiperoksi durumunda superoksid oluşumu artarken hipokside ise NADPH oksidaz enzimi aktive olmakta ve ROR üretimine neden olarak oksidatif streste esas rolü oynamaktadır.11,12 Hipoksi tarafından indüklenen başka bir enzim de nitrik oksid sentetaz (NOS) enzimi olup L-arjinin’den güçlü bir oksidan radikal olan nitrik oksid (NO) oluşumunu sağlamakta ve nitrooksidatif strese yol açmaktadır. NOS, nitrooksidan radikallerin oluşmasının yanında dolaylı olarak bu radikallerin gen ekspresyonun tetiklemesine de neden olur.13 Böylece NOS enzimi, nitrooksidatif stresi oluşturan reaktif nitrojen ürünlerin (RNÜ) üretiminde esas rol oynamaktadır.
NO sinyalizasyonu, oldukça karmaşık bir biyokimyasal mekanizmaya sahip olup diğer radikallerden oldukça farklıdır. NO’nun hem koruyucu hem de proanjiyogenik özelliği mevcut olup bu özellikleri retinanın indirgenme ve yükseltgenme durumuna göre değişmektedir.14 Retinanın durumu oksidatif çerçeveye doğru kaydığı zaman NOS aktivasyonu artmakta ve böylece NO, ROR ile tepkimeye girerek peroksinitrit, nitrojen dioksid (NO2) ve dinitrojen trioksid (N2O3) gibi faklı RNÜ oluşturmaktadır. Nitrooksidatif stresi oluşturan bu ürünler, hücre fonksiyonlarına büyük zarar vermektedir. Ayrıca eNOS, PR’de eşik hastalık için önemli bir kriter olan arteriollerde kıvrım artışına ve genişlemeye neden olmaktadır.4
Oksidatif Stres ve Sinyal Yolakları
Retinadaki oksijen koroidden sağlanmaktadır. Prematüre bebeklerde koroid ile retina arasındaki otoregülasyonun yokluğu ve yetersiz antioksidan savunma nedeniyle retinada hiperoksijenasyon görülmektedir. Hiperoksijenasyon retinada oksidatif strese yol açmaktadır. Oksidatif stres ile ortaya çıkan ROR, iskemik hasara neden olup PR gelişiminde önemli rol oynamaktadır.
Apoptozis ve anjiyogenezis, vasküler retinada gerekli olup gangliyon hücre kaybı ve damar oluşumu için doğal bir süreç iken, PR’de avasküler alanlar ve düzensiz anormal vaskülarizasyonlar ile ilişkilidir.15 PR’de tekrarlayan oksijen dalgalanmaları ile oluşan ROR, apoptozise sebebiyet vererek avasküler retinaya yol açmakta ve anormal damar gelişiminde anahtar rol oynayan VEGF ve sinyal yolağını uyarmaktadır.4,16
ROR, sinyal yolakları üzerinde fizyolojik ve patolojik etkilere sahiptir.7 Sinyal yolakları PR de apoptozis ve anjiyogenezisi etkilemektedir (Şekil 1). Oksidatif streste rol oynayan en önemli yolaklardan biri olan jack/stat sinyal yolağı, PR’de artan VEGF tarafından uyarılmaktadır.17 Uyarılan jack/stat sinyal yolağı retinada Müller hücrelerinden eritropoetin (EPO) üretimini engellemekte ve fizyolojik vasküler gelişimi bozmaktadır. VEGF’den bağımsız olarak NADPH oksidaz da jack/stat sinyal yolağını uyarmakta ve anormal vaskülarizasyona yol açmaktadır.16 Ayrıca NADPH oksidaz PR gelişiminde neden olan önemli faktörlerden biri olan hipoksi ile indüklenen faktöre (HIF-1) etki ederek VEGF üretimine sebep olmaktadır.13
Nitrooksidasyon, tirozin nitrasyonunu artırarak ve MAPK sinyal yolağını uyararak endotelyal hücre apoptozisine neden olur.18 NO’dan türeyen RNÜ de VEGF reseptörlerini artırarak vazoproliferasyonda rol oynamaktadır.19 Çoklu doymamış yağ asitleri, RNÜ eşlik ettiği nitrasyon reaksiyonlarına oldukça duyarlıdır. Nitrooksidatif stres sonrası transaraşidonik asit seviyesi artar. Transaraşidonik aside bağımlı olarak artan trombospandin-1 (TSP-1) mikrovasküler endotelyal hücre apoptozisine neden olur. TSP-1 bir matriselüler protein ve antianjiyogenik faktör olup transmembran reseptör CD36 aktivasyonu ile apoptozisi gerçekleştirmektedir. OIR hayvan modellerinde denenen TSP-1 antagonistleri ise damar kaybına yol açan apoptozisi azalttığı belirtilmektedir.20 Nitrooksidatif streste rol oynayan transaraşidonik asit mekanizması halen kesin olarak bilinmemekte ve araştırmalar devam edilmektedir.
Prematüre Bebeklerde Antioksidan Sistem
Fizyolojik şartlarda ROR ve RNÜ hücre metabolizmasında üretilmektedir. Radikallerin dönüştürülmesinde, manganaz superoksid dismutaz (MnSOD), bakır-çinko superoksid dismutaz (Cu-ZnSOD), katalaz, glutatyon peroksidaz (GPx) gibi enzimatik ve askorbik asit (vitamin C), α-tokoferol (vitamin E), glutatyon (GSH) gibi enzimatik olmayan antioksidanlar önemli rol oynar. Superoksit radikallerini hidrojen peroksit ve suya dönüştürmede SOD enzimi, hidrojen peroksitin suya dönüştürülmesinde ise katalaz, SOD ve glutatyon redüktaz enzimleri rol alır.21 Vitamin C ve vitamin E, lipit peroksit radikallerin peroksidasyonunu yapmaktadır. Hücresel yükseltgenme ve indirgenme reaksiyonlarında tampon görevini GSH ve GPx yapmaktadır. Bunun dışında bir glikoprotein hormon olan eritropoetin deneysel iskemik retina modellerinde antioksidan etki göstermektedir. Eritropoetin, anjiopoetin-2 salınımı ile perisit kaybını azaltarak ve ısı şok protein-27 seviyesini arttırarak, hem oksidatif hem de nitrooksidatif stresi engellemektedir.22
Normal şartlar altında, oksidatif stres ile antioksidan savunma arasında hassas bir denge vardır. Bu denge, oksidatif radikallerin aşırı üretimi veya antioksidan savunmanın yetersiz olması ile bozulabilir. Prematüre bebeklerde hem hipoksi, inflamasyon gibi durumların sonucunda artan oksidatif stres hem de yetersiz antioksidan savunma sistemi, bu bebeklerde görülen oksidatif değişikliklerin temelini oluşturmaktadır. Fetal dokularda, gestasyonel haftanın artmasına bağlı olarak antioksidan enzimlerin arttığı ve lipid peroksidasyonunun azaldığı bilinmektedir.23 Ayrıca, oksidatif stres göstergesi olan 8-hidroksi 2-deoksi guanozin düzeyi, preterm bebeklerde term bebeklere göre daha fazla bulunmaktadır.24 Buna göre, prematüre bebeklerde gestasyon haftasının düşmesine bağlı olarak oksidatif strese karşı savunma azalmaktadır. Bu durum, bebekleri PR gelişimine yatkın kılmakta ve hastalığın daha da agresif seyretmesine neden olmaktadır.
Preeklampsi, intrauterin gelişme geriliği gibi oksidatif stresle ilişki olan hastalıklar postnatal dönemde prematüre bebeklerde oksidatif hasara yol açabilmektedir.25 Annenin antioksidanlar için gerekli besin eksikliğinin bu yatkınlığa yol açabileceği düşünülmektedir.25 Prenatal olarak takviye edilen vitamin C,E, koenzim Q10 gibi antioksidanlar, annede oksidatif strese yol açabilecek hastalıkları azaltmakla birlikte ciddi bazı yan etkilere de sebebiyet verebilirler.26
PR’de Oksidatif Strese Karşı Geliştirilen Tedavi Seçenekleri
Prematüre bebeklerde antioksidatiflerin güçlü tedavi edici yönleri ile ilgili pek çok sayıda çalışma mevuttur. Hem enzimatik (SOD), hem de enzimatik olmayan antioksidatif vitamin, protein ve iyonlarla ilgili araştırmalar yapılmaktadır.27,28
ROR dönüştürücüsü vitamin E, α-tokoferolden oluşup oküler iskemik hastalıklarda rol oynayan önemli bir antioksidandır. OIR havyan modellerinde vitamin E’nin vazoobliterasyonu azalttığı, retina fonksiyonunu koruduğu ve dış pleksiform kalınlığın azalmasını engellediği tespit edilmiştir.29 Bu etkileri nedeniyle çok düşük doğum ağırlıklı bebeklere 1970’den 1990’lara kadar PR tedavisinde profilaktik olarak besinsel takviye yapılmıştır.30 Bu bebeklerde, evre 3 PR gelişme insidansında %50’lere varan oranlarda çok önemli bir düşüş sağlamıştır.31 Ancak sepsis ve nekrotizan enterokolit gibi ciddi yan etkilerinden dolayı profilaktik olarak verilmesi durdurulmuştur.32
Apocynin PR de umut vadeden güncel ilaçlardandır. Oksidatif streste anahtar rol oynayan NADPH oksidaz inhibitörü apocyninle yapılan hayvan çalışmasında anormal retina damarlanmasının azaldığı ve merkezi vazoobliterasyonun gerilediği gösterilmiştir.33
Hayvan çalışmalarında intravitreal neovaskülarizasyonda azalma yapan Jak2 protein tirozin kinaz inhibitörü AG490,34 PR gelişimine karşı koruyucu etki gösteren ve NO düzenleyicisi olan bitkisel kaynaklı resveratrol,35 peroksinitrit oluşumunu engelleyen epicatechin36 ile Pon 3 protein37 PR tedavisinde gelecekte alternatif olarak düşünülen antioksidatif tedavilerdir.
Oksidatif stres esnasında protein ve nükleik asitler gibi lipitler de zarar görerek fonksiyon kaybına uğramaktadır. Retina yağları, uzun zincirli çoklu doymamış yağ asitlerinden (PUFA) meydana gelir. Özellikle dokosahekzoanoik asit (DHA) ve cis-araşidonik asit hem retina hücre duvarının hem de rod ve kon reseptörlerinin dış kısmının çoğunu oluşturur. Bu yağlar, esansiyel yağlar olup insan vücudunda sentezlenemez. Dışarıdan verilen omega-3 çoklu doymamış yağ asitleri PR gelişme fazlarında gözlenen neovaskülarizasyonda ve vazoobliterasyonda gerileme yapmıştır.38 Amerika Birleşik Devletleri’ndeki tüm bebek formül mamalarına 2002’den itibaren PUFA ve DHA eklenmiştir.39 Ancak bu yağların PR üzerindeki etkileri için yeterli klinik çalışma mevcut değildir.
Anne sütü prematüre bebeklerde görülen oksidatif stresle ilişkili hastalıklarda koruyucu etki göstermektedir.40 Anne sütünde çok sayıda antioksidan mevcut olup en önemlisi karotenoiddir. Manzoni ve ark.’nın41 yaptıkları randomize kontorollü bir çalışmada karotenoid ile tedavi edilen prematüre bebeklerde erken evre PR’nin eşik PR’ye ilerlemesinde %50 oranında azalma olduğu tespit edilmiştir.
Melatonin biyolojik ritim düzenleyicisi olup aynı zamanda güçlü bir antioksidan hormondur. Yenidoğan bebeklerde oksidatif hasarla ilişkili sepsis benzeri hastalıklara karşı olumlu etkileri mevcuttur. Ancak PR üzerine doğrudan etkileri henüz tespit edilememiştir.42
Sonuç
Oksijenin PR gelişimi üzerindeki rolü oldukça karmaşıktır. Yüksek seviyedeki oksijenin damar gelişimi üzerinde hem yararlı hem de zararlı etkileri mevcuttur. Hayvan modellerinde de gösterildiği gibi, hastalık gelişiminde esas rolü yüksek oksijen seviyesinden ziyade, oksijen seviyesindeki dalgalanmalar oynamaktadır.
Prematüre bebeklerde yetersiz antioksidan sistem ve artmış oksidatif stres PR gelişmesine neden olmaktadır. Bu mekanizmanın bilinmesi PR patofizyolojisinin doğrudan anlaşılmasına imkan vermektedir. Özellikle son iki dekatta geliştirilen OIR hayvan modelleri PR’nin mekanizma ve tedavisine yönelik önemli katkıda bulunmaktadır. OIR farelerde yeni ilaç moleküllerin geliştirilmesi ile antioksidanların, PR’nin durdurulması ya da iyileştirmesi üzerine olan etkileri incelenmektedir. Bir sonraki dekatta yeni geliştirilmekte olan antioksidan ilaçların PR’deki mevcut güncel tedavilere alternatif olabileceği düşünülmektedir.