Патогенетична, діагностична та прогностична роль факторів росту в розвитку та прогресуванні проліферативної діабетичної ретинопатії

Кудриль І.В. Патогенетична, діагностична та прогностична роль факторів росту в розвитку та прогресуванні проліферативної діабетичної ретинопатії. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії за спеціальністю 222 – «Медицина», 22 – «Охорона здоров’я». – ДНП «Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького» МОЗ України, Львів, 2025. Дисертація присвячена вирішенню актуального завдання сучасної офтальмології – визначенню механізмів прогресування діабетичної ретинопатії на підставі вивчення вмісту у внутрішньоочній рідині і крові пацієнтів з цукровим діабетом 2 типу факторів росту (трансформуючого фактора росту-β – TGF-β1 і
фактора росту сполучної тканини – CTGF) та поліморфізму rs1800470 гена TGFB1 і обґрунтуванняметодології діагностики із застосуванням цих біомаркерів. Обґрунтування вибору теми дослідження. Цукровий діабет (ЦД) є серйозною медико-соціальною проблемою та суттєво знижує якість життя хворих (H. Al Zabadi et al., 2022). Некомпенсований або нелікований ЦД призводить до багатьох серйозних діабет-асоційованих ускладнень, серед яких найчастішою є діабетична ретинопатія (ДР), яка супроводжує перебіг захворювання у 26-35% хворих (H. Sun et al., 2022). На даний час ДР вважають прогресуючим тканеспецифічним нейроваскулярним ускладненням ЦД зі складним багатофакторним патогенезом, що включає мікросудинне ураження сітківки та дисфункцію нейронів і призводить до слабобачення або сліпоти (W. Wang & A.C.Y. Lo, 2018). Патогенез ДР був детально охарактеризований у контексті порушення передачі сигналів глюкози, інсуліну та васкулоендотеліального фактора росту (VEGF), хоча зростаюча кількість інших факторів росту та молекул, включаючи TGF-β1 і CTGF визнаються важливими учасниками цих патогенетичних подій (S.E. Wheeler & N.Y. Lee, 2017). Передумовою неоваскуляризації є фіброзноваскулярна проліферація, яка виникає внаслідок гіпоксії сітківки та гліально-мезенхімального переходу клітин Мюллера, що трансдиференціюються у міофібробласти з розростанням сполучної тканини (X. Wang et al., 2022). Ініціатором цього процесу є TGF-β1 (J. Fan et al., 2020). При проліферативній ДР перемикання від неоваскуляризації до фіброзної фази (ангіо-фіброзне перемикання) відбувається за допомогою CTGF на тлі надекспресії VEGF (I. Klaassen et al.,
2015; E.J. Kuiper et al., 2008). Таким чином, дослідження механізмів прогресування ДР та ростових факторів, що безпосередньо беруть участь у цьому процесі, зокрема TGF-β1 і CTGF є актуальним дослідженням, яке дозволить обґрунтувати новий можливий напрямок діагностики та прогнозу прогресування ДР.
Мета дослідження – підвищити рівень діагностики та прогнозування діабетичної ретинопатії при цукровому діабеті 2 типу на підставі визначення вмісту TGF-β1 і CTGF та поліморфізму rs1800470 гена TGFB1.
Відповідно до мети дослідження були поставлені наступні завдання:
1. Визначити вміст у крові та внутрішньоочній рідині TGF-β1 у пацієнтів з ДР і ЦД 2 типу в залежності від стадії ДР.
2. Визначити вміст у внутрішньоочній рідині CTGF у пацієнтів з ДР і ЦД 2 типу в залежності від стадії ДР.
3. Дослідити значення для прогресування ДР змін вмісту TGF-β1 і CTGF та їх зв’язок з клінічними показниками.
4. Дослідити вплив поліморфізму rs1800470 гена TGFB1 на клінікоофтальмологічні показники у пацієнтів з ДР і ЦД 2 типу в залежності від стадії ДР.
5. Дослідити залежність вмісту TGF-β1 і CTGF від поліморфізму rs1800470 гена TGFB1.
6. Визначити незалежні фактори, пов’язані з прогресуванням ДР та побудувати модель прогнозу стадій ДР.
Об’єкт дослідження: діабетична ретинопатія (МКХ10: Н36.0).
Предмет дослідження: стан зорових функцій, зміни очного дна за даними офтальмоскопії і дослідження на фундус камері, дані оптичної когерентної томографії, вміст у крові та внутрішньоочній рідині TGF-β1, вміст
у внутрішньоочній рідині CTGF, поліморфізм rs1800470 гена TGFB1, діагностика та прогнозування ДР.
Методи дослідження: офтальмологічні – візометрія (проектор оптичних знаків (CP-770, Nidek, Japan) та комп’ютеризованого фороптера (Refractor RT5100, Nidek, Japan), рефрактометрія (авторефрактометр (TRK-2P, Topcon, Japan), тонометрія (безконтактний пневмотонопахіметр (NT-530P, Nidek, Japan), біомікроскопія (щілинна лампа Haag-Streit BQ 900, Swiss), офтальмоскопія (лінза Super Pupil XL, Volk Optical, USA), оптична когерентна томографія (Optovue RTVue (США), фотографування очного дна фундускамерою (AFC 210, Nidek, Japan). Аналітичні: глюкозооксидазний (визначення вмісту глюкози у крові), рідинна іонообмінна хроматографія високого тиску (визначення вмісту у крові глікованого гемоглобіну), імуноферментний аналіз
(визначення вмісту TGF-β1 і CTGF), молекулярно-генетичний (визначення поліморфізму rs1800470 гена TGFB1). Статистичні: параметричні та непараметричні методи, параметричний F-критерій Фішера і непараметричний критерій Kruskal-Wallis. Для виявлення зв’язку між ознаками використано кореляційний аналіз з розрахунком показнику рангової кореляції Спірмена () для кількісних ознак і за критерієм χ2 – для якісних. Для
аналізу зв’язку стадії ДР з факторами ризику було використано методи побудови нейромереж та моделей лінійної регресії (GLM). Наукова новизна отриманих результатів Уточнено наукові дані щодо зв’язку поступового збільшення вмісту TGF-β1 і CTGF з прогресуванням ДР за стадіями. Встановлено, що вміст у крові TGF-β1 був збільшеним у порівнянні з контролем у 1,4-1,55 раза (p<0,001). Вміст у ВОР TGF-β1 у
порівнянні з контролем був більшим при НПДР у 1,2 раза, при ППДР – у 2,2 раза та при ПДР – у 5,0 разів (p<0,001). Вміст у ВОР CTGF у порівнянні з контролем був більшим при НПДР у 1,6 раза, при ППДР – у 2,2 раза та при ПДР – у 3,2 раза (p<0,001). Вперше доведено значення для прогресування ДР компенсації ЦД 2 типу та збільшення вмісту у крові і внутрішньоочній рідині ТGF-β1. Методом нейромережевого моделювання було створено трифакторну модель класифікації, яка з точністю 100% прогнозувала ПДР. Вперше встановлено, що поліморфізм rs1800470 гена TGFB1 обумовлював гірший перебіг ДР: носії мутантного генотипу A/A мали нижчу гостроту зору (р=0,016) та більші центральну товщину і об’єм сітківки (р<0,001) у порівнянні з носіями предкового генотипу G/G. Вперше показано, що у пацієнтів з ДР та ЦД 2 типу вміст у
внутрішньоочній рідині TGF-β1 і CTGF був більшим у носіїв генотипів G/A і A/A у порівнянні з предковим генотипом G/G, тобто – за умов носійства мутантного алеля А rs1800470. Гірша гострота зору та більше пошкодження структури сітківки, що спостерігалося у носіїв генотипу А/А, могли бути обумовлені більшим внутрішньоочним вмістом TGF-β1 і CTGF. Вперше визначені прогностичні фактори (біомаркери) прогресування ДР, застосування яких у багатофакторних лінійних моделях (GLM) дозволило прогнозувати стадію ДР із 100% точністю (p<0,001). До цих факторів належали компенсація діабету, вміст у крові глікованого гемоглобіну (HbA1c) і TGF-β1, вміст у внутрішньоочній рідині TGF-β1, а також поліморфізм rs1800470 гена TGFB1. При цьому найбільше значення мали 3 незалежні змінні: компенсація діабету, генотип поліморфізму rs1800470 гена TGFB1 та вміст TGF-β1. Було уточнено механізми розвитку та прогресування ДР з урахуванням значення TGF-β1 і CTGF, а також поліморфізму rs1800470 гена TGFB1. На підставі цього було запропоновано та обґрунтовано методологію діагностики і математичного прогнозування ДР. Практична значущість отриманих результатів. Отримані результати дозволили сформулювати низку практичних рекомендацій з використання для діагностики та прогнозу прогресії ДР вивчених біомаркерів. Позитивний
кореляційний зв'язок з прогресуванням ДР мають тривалість діабету, центральна товщина та об’єм сітківки, а також вміст у крові та внутрішньоочній рідині TGF-β1 і вміст у внутрішньоочній рідині CTGF. Зв'язок з ДР було показано і з компенсацією діабету – при некомпенсованому діабеті прогресія ДР була достеменно вищою. При визначенні груп ризику та цільових груп таргетної терапії необхідно враховувати, що при всіх стадіях ДР гірша гострота зору та більші центральна товщина та об’єм сітківки спостерігалися у носіїв поліморфізму rs1800470 гена TGFB1, що було пов’язане з більшим вмістом TGF-β1 і CTGF. Створено декілька простих та зручних для практичного використання математичних моделей. Застосування програмного калькулятора, створеного у середовищі Microsoft Excel, з урахуванням компенсації діабету та вмісту
ТGF-β1 у крові і внутрішньоочній рідині дозволяє з точністю 100% прогнозувати ПДР. Застосування багатофакторної лінійної моделі за 5 факторами: компенсація діабету, вміст у крові глікованого гемоглобіну і TGFβ1, вміст у внутрішньоочній рідині TGF-β1, а також генотип поліморфізму rs1800470 гена TGFB1 прогнозує стадію ДР із 100% точністю. Застосування програмного калькулятора, створеного у середовищі Microsoft Excel, з урахуванням компенсації діабету, вмісту у внутрішньоочній рідині ТGF-β1 і генотипу rs1800470 гена TGFB1 дозволяє прогнозувати ДР з точністю 97%. Публікації. Основні результати роботи описані в 7 наукових публікаціях, зокрема 5 – статті в журналах відповідно до «Переліку наукових фахових видань України, в яких можуть публікуватися результати дисертаційних робіт на здобуття наукових ступенів доктора наук, кандидата наук та ступеня доктора філософії», всі 5 статей індексовані у наукометричній базі Scopus; 2 праці – тези у матеріалах науково-практичних конференцій.
Ключові слова: діабетична ретинопатія, цукровий діабет 2 типу, діагностика, прогностична модель, TGF-β1, CTGF, поліморфізм rs1800470 гена TGFB1.
Список публікацій здобувача за темою дисертації.
Наукові праці, в яких опубліковані основні результати дисертації:
1. Гудзь АС, Кудриль ІВ. Роль факторів росту (трансформуючого фактора росту β1 та фактора росту сполучної тканини) у прогресуванні діабетичної ретинопатії. Архів офтальмології України. 2024;3(12):143-148.
2. Hudz AS, Serhiyenko VA, Kudryl IV, Guryanov VG, Kovtun MI, Ziablitsev SV. Relationship of transforming growth factor β1 with diabetic retinopathy in type 2 diabetes. Міжнародний ендокринний журнал. 2025;
21(1):38-42. doi: 10.22141/2224-0721.21.1.2025.1489.
3. Гудзь АС, Сергієнко ВО, Кудриль ІВ, Могілевський СЮ, Гуліда АО, Зябліцев СВ. Зв'язок поліморфізму rs1800470 гена TGFB1 з діабетичною ретинопатією при цукровому діабеті 2-го типу. Офтальмологічний журнал. 2025; 2 (523):3-8. doi: 10.31288/oftalmolzh2025238.
4. Кудриль ІВ. Модель прогнозування діабетичної ретинопатії на підставі визначення трансформуючого фактора росту бета 1 і поліморфізму rs1800470 гена TGFB1. Архів офтальмології України. 2025; 13(2):92-99. doi:
10.22141/2309-8147.13.2.2025.409
5. Hudz AS, Kudryl IV, Bushuieva OV, Rafaliuk SY, Ziablitsev SV. Possible role of the TGFB1 polymorphism rs1800470, trophoblastic growth factor β1 (TGF-β1) and connective tissue growth factor (CTGF) in the progression of diabetic retinopathy in type 2 diabetes mellitus. Wiadomosci Lekarskie. Medical
Advances. 2025; 78(10):2088-2094. doi: 10.36740/WLek/210020 Наукові праці, які засвідчують апробацію матеріалів дисертації:
6. Кудриль ІВ, Гудзь АС, Сергієнко ВО. Роль трансформуючого фактора росту β1 у розвитку діабетичної ретинопатії при цукровому діабеті 2 типу. XXIV Міжнародна науково-практична конференція «Latest theories and technologies for the development of scientific research». 2025, Чер 16-18, Сарагоса, Іспанія; 2025, 122-4.
7. Кудриль ІВ. Зв'язок трансформуючого фактора росту бета-1 з прогнозуванням діабетичної ретинопатії. X International Scientific and Theoretical Conference «Sectoral research XXI: characteristics and features». 2025,
Чер 06, Чикаго, США; 2025, 138-140.
ABSTRACT
Kudryl I. V. Pathogenetic, diagnostic and prognostic role of growth factors in the development and progression of proliferative diabetic retinopathy. – Qualification scientific work in the form of a manuscript. Dissertation for the degree of Philosophy Doctor in the specialty 222 – “Medicine”, 22 – “Health Care”. – Danylo Halytsky Lviv National Medical University, Ministry of Health of Ukraine, Lviv, 2025. The dissertation is devoted to solving the urgent task of modern ophthalmology – determining the mechanisms of progression of diabetic retinopathy based on the study of the growth factors (transforming growth factor-β – TGF-β1 and connective tissue growth factor – CTGF) and polymorphism rs1800470 of the TGFB1 gene content in the intraocular fluid and blood of patients with type 2
diabetes mellitus and substantiation of the methodology of diagnostics using these biomarkers. Substantiation of the choice of the research topic. Diabetes mellitus (DM) is a serious medical and social problem and significantly reduces the quality of life of patients (H. Al Zabadi et al., 2022). Uncompensated or untreated DM leads to many
serious diabetes-associated complications, among which the most common is DR, which accompanies the course of the disease in 26-35% of patients (H. Sun et al., 2022). DR is currently considered a progressive tissue-specific neurovascular complication of DM with a complex multifactorial pathogenesis, which includes retinal microvascular damage and neuronal dysfunction and leads to low vision or blindness (W. Wang & A.C.Y. Lo, 2018). The pathogenesis of DR has been extensively characterized in the context of impaired glucose, insulin, and vascular
endothelial growth factor (VEGF) signaling, although an increasing number of other growth factors and molecules, including TGF-β1 and CTGF, are recognized as important participants in these pathogenetic events (S.E. Wheeler & N.Y. Lee, 2017). The prerequisite for neovascularization is fibrovascular proliferation, which occurs as a result of retinal hypoxia and glial-mesenchymal transition of Mьller cells, which transdifferentiate into myofibroblasts with connective tissue proliferation (X. Wang et al., 2022). The initiator of this process is TGF-β1 (J. Fan et al., 2020). In proliferative DR, the switch from neovascularization to the fibrotic phase (angiofibrotic switch) occurs with the help of CTGF against the background of VEGF overexpression (I. Klaassen et al., 2015; E.J. Kuiper et al., 2008). Thus, the study of the mechanisms of DR progression and growth factors that directly participate in this process, in particular TGF-β1 and CTGF, is a relevant study that will allow us to substantiate a new possible direction for the diagnosis and prognosis of DR progression. The aim and objectives of the research. To study the mechanisms of development and progression of diabetic retinopathy in type 2 diabetes based on the determination of the TGF-β1 and CTGF content and the rs1800470 polymorphism of the TGFB1 gene, to substantiate the methodology of diagnosis and prognosis using these biomarkers. In accordance with the aim of the study, the following tasks were set:
1. To determine the TGF-β1 in blood and intraocular fluid in patients with DR and type 2 DM depending on the stage of DR.
2. To determine the CTGF in the intraocular fluid in patients with DR and type 2 DM depending on the stage of DR.
3. To investigate the significance of the TGF-β1 and CTGF content changes for the progression of DR and their relationship with clinical indicators.
4. To investigate the influence of the rs1800470 polymorphism of the TGFB1 gene on clinical and ophthalmological indicators in patients with DR and type 2 DM depending on the stage of DR.
5. To investigate the dependence of the TGF-β1 and CTGF content on the TGFB1 gene polymorphism rs1800470.
6. To identify independent factors associated with the progression of DR and build a model for the of DR stages prediction.
The object of the study: diabetic retinopathy (ICD 10: H36.0). Subject of study: state of visual functions, changes in the fundus according to ophthalmoscopy and fundus camera examination, optical coherence tomography
data, content of TGF-β1 in blood and intraocular fluid, content of CTGF in intraocular fluid, polymorphism of the rs1800470 TGFB1 gene. Research methods: ophthalmological – visometry (an optical sign projector CP770, Nidek, Japan, and a computerized phoropter Refractor RT-5100, Nidek, Japan);
refractometry (autorefractometer TRK-2P, Topcon, Japan); tonometry (non-contact pneumo-tonopachymeter NT-530P, Nidek, Japan); biomicroscopy (slit lamp HaagStreit BQ 900, Switzerland); ophthalmoscopy (Super Pupil XL lens, Volk Optical, USA); optical coherence tomography (Optovue RTVue, USA); and fundus photography (fundus camera AFC 210, Nidek, Japan). Analytical: glucose oxidase (determination of blood glucose content), high-pressure liquid ion-exchange chromatography (determination of blood glycated hemoglobin content), enzyme-linked
immunosorbent assay (determination of TGF-β1 and CTGF content), molecular genetic (determination of rs1800470 polymorphism of the TGFB1 gene). Statistical: parametric and nonparametric methods, Fisher's parametric F-test and Kruskal-Wallis nonparametric test. To identify the relationship between the signs used correlation analysis was used Spearman's rank correlation coefficient () for quantitative characteristics and the χ2 criterion for qualitative characteristics. To analyze the relationship between the stage of DR and risk factors, methods of constructing neural networks and generalized linear regression models (GLM) were used. Scientific novelty of the results obtained. The work clarified scientific data on the relationship between the gradual increase in the content of TGF-β1 and CTGF with the progression of DR by stages. It was established that the blood TGF-β1 content was increased compared to the control by 1.4-1.55 times (p<0.001). The content of TGF-β1 in the intraocular fluid (IOF) compared to the control was higher in nonproliferative DR by 1.2 times, in preproliferative DR by 2.2 times and in
proliferative DR by 5.0 times (p<0.001). The content of CTGF in the IOF compared to the control was 1.6 times higher in nonproliferative DR, 2.2 times higher in preproliferative DR and 3.2 times higher in proliferative DR (p<0.001). For the first time, the importance of diabetes compensation and an increase in the content of TGF-β1 in the blood and IOF for the progression of DR was proven. A three-factor classification model was created using the method of neural network modeling, which predicted proliferative DR with 100% accuracy. For the first time, it was proven that the TGFB1 gene polymorphism rs1800470 caused a worse course of DR: carriers of the mutant A/A genotype had lower visual acuity (p=0.016) and greater central retinal thickness and volume (p<0.001) compared to carriers of the ancestral G/G genotype. It was shown for the first time that in patients with DR and type 2 DM, the content of TGF-β1 and CTGF in the intraocular fluid was higher in G/A and A/A genotypes carriers compared to the ancestral G/G genotype, i.e., under the condition of carrying the mutant A allele of rs1800470. Thus, the worse visual acuity and greater damage to the retinal structure observed in A/A genotype carriers could be
due to the higher intraocular content of TGF-β1 and CTGF. For the first time, prognostic factors (biomarkers) of DR progression were identified, the use of which in multivariate linear models (GLM) allowed predicting the stage of DR with 100% accuracy (p<0.001). These factors included diabetes compensation, blood levels of glycated hemoglobin (HbA1c) and TGF-β1, intraocular levels of TGF-β1, and TGFB1 gene polymorphism rs1800470. At the
same time, 3 independent variables were of the greatest importance: diabetes compensation, genotype of the TGFB1 gene polymorphism rs1800470, and intraocular TGF-β1 content. Thus, the mechanisms of development and progression of DR were clarified, taking into account the values of TGF-β1 and CTGF, as well as the rs1800470
TGFB1 gene polymorphism. On this basis, a methodology for diagnosing and mathematically predicting DR was proposed and substantiated. Practical significance of the results obtained. The results obtained allowed to
formulate a number of practical recommendations for the use of the studied biomarkers for the diagnosis and prediction of DR progression. The duration of diabetes, central retinal thickness and volume, as well as the content of TGF-β1 in the blood and intraocular fluid and the content of CTGF in the intraocular fluid have a positive correlation with the progression of DR. The connection with DR was also shown with the compensation of diabetes – in uncompensated diabetes, the DR progression was significantly higher. When determining risk groups and target groups for targeted therapy, it is necessary to take into account that at all stages of DR, worse visual acuity and greater central retinal thickness and volume were observed in allele A rs1800470 carriers, which was associated with a higher content of TGF-β1 and CTGF. Several simple and convenient for practical use mathematical models have been created. The use of a software calculator created in Microsoft Excel, taking into account diabetes compensation and TGF-β1 content in the blood and intraocular fluid, allows for 100% accuracy in predicting DR. The use of a multivariate linear model based on 5 factors: diabetes compensation, blood glycated hemoglobin and
TGF-β1 content, TGF-β1 content in the intraocular fluid, and the rs1800470 genotype predicts the stage of DR with 100% accuracy. The use of a software calculator created in Microsoft Excel, taking into account diabetes compensation, TGF-β1 content in the intraocular fluid, and the rs1800470 genotype allows for
predicting DR with 97% accuracy.
Publications. The main results of the work were published in 5 scientific publications. Of these, 5 works are articles in journals according to the "List of scientific professional publications of Ukraine in which the results of dissertations for the degree of Doctor and Candidate of Sciences may be published", including 5
in publications included in the Scopus database.
Keywords: diabetic retinopathy, type 2 diabetes mellitus, diagnostics, prognostic model, TGF-β1, CTGF, polymorphism rs1800470 of the TGFB1 gene.