Ensüümide ja tsütokiinide roll osteoartriidi patogeneesis

Viimastel aastatel on suur hulk uuringuid keskendunud proteaaside tuvastamisele, mis vastutavad osteoartriidi liigese kõhre ECM degradeerumise eest. Vastavalt kaasaegsetele ideedele mängib olulist rolli osteoartriidi patogeneesis maatriksi metalloproteaasid (MMP). Osteoartriidi põdevatel patsientidel on MMP-de kolagenaaside, stromelüsiinide ja želatinaaside sisalduse tõus kolm. Kollagenaas vastutab lagunemise native kollageen, stromelüsiin - IV tüüpi kollageeni, laminiini ja proteoglükaanid azhelatinaza - lagundamiseks želatiin, kollageen IV, Vh XI liiki elastiin. Peale selle on teise ensüüm-agrekanaasi olemasolu, millel on MMP-de omadused ja mis vastutab kõhrkoe proteoglükaanagregaatide proteolüüsi eest.

Liigesekõhre inimese kollagenaasid eristab kolme liiki, mille tase on oluliselt tõusnud patsientidel osteoartroosi - kollagenaas-1 (MMP-1), kollagenaas-2 (MMP-8), kollagenaas-3 (MMP-13). Kolme erineva kollagenaasi tüüpi kooseksisteerimine liigesekõhre näitab, et neil on oma eriline roll. Tõepoolest, kollagenaas-1 ja -2 on lokaliseeritud peamiselt pindmistes ja ülemiste vahevööndis liigesekõhre, samas Kollagenaasiga 3 leidub põhjas vahe- ja sügava tsoone. Lisaks tulemused immuunhistokeemiliseks uuringud on näidanud, et progresseerumise ajal osteoartriit tase Kollagenaasiga 3 saavutab platoo või isegi väheneb, samas kui tase Kollagenaasiga 1 suureneb järkjärgult. On tõendeid, et osteoartroosi kollagenaas-1 on peamiselt seotud põletikulise protsessi liigesekõhre, samas Kollagenaasiga 3 - kudede struktuursed muutused. OA-ga patsientidel ekspresseeritud kariidiin-3 muudab II tüüpi kollageeni degradatsiooni intensiivsemalt kui kollagenaas-1.

Esindajate teise rühma metolloproteaasid Human stromelizinovu tuvastatud kolm - stromelüsiin-1 (MMP-3), stromelüsiin-2 (MMP-10) ja stromelüsiin-3 (MMP-11). Täna on teada, et osteoartriidi patoloogilises protsessis osaleb ainult stromelüsiin-1. Sünoviaalmembraani patsientide osteoartriit ei määrata stromelüsiin-2, kuid seda leidub väga väikestes kogustes sünoviaalfibroblastides patsientide reumatoidartriit. Stromelüsiin-3 leitakse ka fibroblastide lähedal, eriti fibroosi tsoonides, reumatoidartriidiga patsientide sünoviaalmembraanis.

Rühmas Želatinaaside inimese kõhrekoe eristab vaid kaks - 92 kDa želatinaas (želatinaas B, või MMP-9) ja 72 kDa želatinaas (želatinaas A või MMP-2); osteoartriidiga patsientidel määratakse 92 kD želatinaasi taseme tõus.

Hiljuti tuvastati veel üks rühm MMP-dest, mis paiknevad rakumembraanide pinnal ja mida nimetatakse MMP-membraanideks (MMP-MT). Sellesse rühma kuuluvad neli ensüümi - MMP-MT1-MMP-MT-4. MMP-MT ekspressioon leitakse inimese liigesekõhre. Kuigi MMP-MT-1 omab kollagenaasi omadusi, on nii MMP-MT-1 kui ka MMP-MT-2 võimelised aktiveerima želatiinaasi-72 kD ja kollagenaas-3. Selle MMP rühma roll OA patogeneesis vajab täpsustamist.

Proteiineaasid sekreteeritakse zymogeni kujul, mis aktiveeritakse teiste proteinaaside või elavhõbeda orgaaniliste ühenditega. MMP katalüütiline aktiivsus sõltub tsingi olemasolust ensüümi aktiivses tsoonis.

MMP bioloogilist aktiivsust kontrollivad spetsiifilised TIMP-id. Praeguseks on tuvastatud kolme tüüpi TIMP, mis on leitud inimese liigesekudedes TIMP-1-TIMP-3. TIMP neljas tüüp on identifitseeritud ja kloonitud, kuid seda ei ole veel inimese naha kudedes tuvastatud. Need molekulid seonduvad spetsiifiliselt aktiivse saidiga MMP, kuigi mõned neist on võimeline siduma aktiivse saidiga 72 kDa progelatinase (TIMP-2, -3 -4) ja 92 kDa progelatinase (TIMP-1 ja -3). Andmed näitavad, et liigesekõhre OA puhul on tasakaalus MMP ja TIMP vahel, mille tagajärjeks on inhibiitorite suhteline puudulikkus, mis võib olla osaliselt tingitud aktiivse MMP taseme suurenemisest koes. TIMP-1 ja -2 leitakse liigesekõhjust, neid sünteesitakse kondrotsüütidega. Osteoartriidiga sünoviaalmembraanis ja sünoviaalvedelikus on tuvastatud ainult esimene tüüpi TIMP. TIMP-3 tuvastatakse ainult ECMis. TIMP-4-l on identne aminohappejärjestus TIMP-2 ja -ZIN-iga peaaegu 38% -stIMP-1-ga. Teistes sihtmärkrakutes on TIMP-4 vastutav 72 kD progestageen-agaasi aktiveerimise modulatsiooni eest rakupinnal, mis näitab olulist rolli ECM-i remodelleeriva koe-spetsiifilise regulaatorina.

Teine mehhanism MMP bioloogilise aktiivsuse kontrollimiseks on nende füsioloogiline aktiveerimine. Arvatakse, et seriini ja tsüsteiinproteaaside nagu AP / plasmiini ja katepsiin B perekonna ensüümid on MMP füsioloogilised aktivaatorid. Osteoartriidiga patsientide liigesekõhjust avastati urokinaasi (UAP) ja plasmiini kõrgenenud tase.

Vaatamata asjaolule, et liigesekudedes leitakse mitut tüüpi katepsiine, peetakse katepsiin-B kõige tõenäolisemaks MMP aktivaatoriks kõhre. Inimese ühendi kudedes tuvastati seriini ja tsüsteiini proteaasi füsioloogilised inhibiitorid. Osteoartriidiga patsientidel on inhibiitori AP-1 (IAP-1) ja tsüsteiini proteaaside aktiivsus vähenenud. Sarnaselt MMP / TIMP-ga on seriin- ja tsüsteiini proteaaside ja nende inhibiitorite tasakaalustamatus, mis võib selgitada osteoartriidiga patsientide liigese kõhre suurenenud MMP aktiivsust. Lisaks võivad MMPd üksteist aktiveerida. Näiteks aktiveerib stromelüsiin-1 kollagenaas-1, kollagenaas-3 ja želatinaasi 92 kD; Kollagenaas-3 aktiveerib 92 kD želatinaasi; MMP-MT aktiveerib kollagenaas-3 ja želatinaas-72 kD võimendab seda aktiveerimist; MMP-MT aktiveerib ka 72 kD želatinaasi. Tsütokiine võib jagada kolmeks rühmaks - destruktiivseks (põletikuvastaseks), regulatiivseks (sealhulgas põletikuvastaseks) ja anaboolseks (kasvufaktoriks).

Tsütokiinide tüübid (vastavalt van den Bergi WB jt. Kirjeldusele)

Destruktiivne	Interleukiin-1 TNF-a Leukeemia inhibeeriv faktor Interleukiin-17
Reguleeriv	Interlekin-4 Interleukiin-10 Interleukiin-13 Ensüümi inhibiitorid
Anaboolsed	Msulin-tüüpi kasvufaktorid TGF-b Luu morfogeneetilised valgud Kõhrega saadud morfogeneetilised proteiinid

Destruktiivne tsütokiinide, eelkõige IL-1 indutseeritud vabanemise suurenemise proteaaside ja pärsivad proteoglükaanide sünteesi ja kollageenid kondrotsüüdist. Regulatory tsütokiinid, eriti IL-4 ja -10, inhibeerida IL-1 retseptori antagonist, toodangu suurendamiseks IL-1 (IL-1 RA) ja aurutada taset ja NO süntaasi aktiivsust kondrotsüüdist. Seega, IL-4 antagoniseerib IL-1 kolmel viisil: 1) vähendab tootmist ja takistab selle mõju, 2) suurendab tootmist basic "neelaja" IL-1 Pa ja 3) vähendab tootmist primaarne sekundaarne "messenger» NO. Lisaks vähendab IL-4 ensümaatilist koe lagunemist. In vivo tingimustes saavutatakse optimaalne terapeutiline toime IL-4 ja IL-10 kombinatsiooniga. Anaboolsed teguritest, nagu kakTFR-p ja IGF-1, ei ole tegelikult segada teket või toimet IL-1, näidates aga vastupidine toime, näiteks sünteesi stimuleerimiseks proteoglükaani ja kollageeni, pärsivad proteaasi aktiivsuse ja TGF (3, pärsib samuti vabanemist ensüümid ja stimuleerib nende inhibiitoreid.

Propõletikulised tsütokiinid vastutavad MMP suurema sünteesi ja ekspressiooni eest liigesekudedes. Need sünteesitakse sünoviaalmembraanis ja seejärel süstiline vedeliku kaudu liiguvad liigesekõhre. Proalumiselised tsütokiinid aktiveerivad kondrotsüüte, mis omakorda on võimelised proinflammatoorseid tsütokiine tekitama. Osteoartroosi kahjustatud liigestel mängib põletiku efektori rolli peamiselt sünoviaalmembraani rakud. Makrofaagide tüüpi sünoviit, mis sekreteerib proteaase ja põletikulisi vahendajaid. Nende seas on osteoartriidi, IL-f, TNF-a, IL-6, leukeemilise inhibeeriva faktori (LIF) ja IL-17 patogenees kõige suurem.

Bioloogiliselt aktiivsed ained, mis stimuleerivad liigesekõhre lagunemist osteoartriidi korral

• Interleukiin-1
• Interlekin-3
• Interlekin-4
• TNF-a
• Koloonia-stimuleerivad faktorid: makrofaagid (monotsüütidest) ja granulotsüütide-makrofaagid
• Aine P
• PGE ₂
• Plasminogeeni (koe- ja urokinaasitüübid) ja plasmiini aktivaatorid
• Metalloproteaasid (kollagenaasid, ellastased, stromelüsiinid)
• Katepsiinid A ja B.
• triller
• Bakteriaalsed lipopolüsahhariidid
• Fosfolipaas Ag

Kirjanduse et IL-ip ja võimalusel TNF-a - peamine vahendajateks hävitamise liigeskudede osteoartriidi. Siiski pole veel teada, kas nad töötavad teineteisest sõltumatult või on nende vahel funktsionaalne hierarhia. On mudelite osteoartriit loomadel on näidatud, et IL-1 blokaadi takistab efektiivselt hävitamine liigesekõhre, arvestades blokaadi TNF-alfa viib nõrgenemine põletiku liigesekudedes. Sünoviaalmembraanis, sünoviaalvedelikus ja patsientidel kõhred tuvastati mõlema tsütokiinide kontsentratsiooni suurenemine. Kondrotsüüte suudavad suurendada sünteesi mitte ainult proteaasid (MMP ning peamiselt AP), vaid ka väiksemaid kollageenid nagu I ja III, samuti vähendada kollageeni sünteesi tüüpi II ja IX proteoglükaanidele. Need tsütokiinid stimuleerivad samuti aktiivsed hapnikuosakeste ja põletikuliste vahendajate nagu PGE ₂. Selliste makromolekulaarsete muutuste tulemus osteoartriidiga liigesekõhre on parandusprotsesside ebaefektiivsus, mis põhjustab kõhre edasist degradatsiooni.

Ülalmainitud tsütokiini moduleerida protsesside pärssimise / aktiveerimist MMP osteoartroosi. Näiteks tasakaalustamatust tasemete TIMP-1 ja MMP kõhre osteoartriidi võib vahendada IL-ip, sest uuringu in vitro tõestatud, et kasvavate kontsentratsioonide IL-1 beeta vähendab kontsentratsiooni TIMP-1 ja MMP suurenenud sünteesi kondrotsüüdist. AP-i sünteesi moduleerib ka IL-1beta. Stimulatsiooni in vitro kondrotsüüdist liigesekõhre IL-1 vyzyvet annusest sõltuv suurenemine süntees ja teravad AP vähenemine sünteesi PAI-1. Võime IL-1 vähendamiseks sünteesi PAI-1 sünteesi ja stimuleerib AP on võimas tekkemehhanism Plasmiiniga aktiveerimise ja MMP. Lisaks plasmiin mitte ainult ensüüm aktiveerides teisi ensüüme, siis osaleb ka kõhre degradeerumise otsesel proteolüüsi.

IL-ip sünteesitakse inaktiivse eellase mass 31 kD (pre-IL-ip), Azat pärast lõhustumist signaalpeptiidi konverteeritakse aktiivseks tsütokiini kaal 17,5 kD. Kudedes liigestes, sealhulgas sünoviaalmembraani ja sünoviaalvedelik liigesekõhre, IL-ip tuvastasime aktiivsel kujul ning uuringud in vivo demonstreerinud võimet sünoviaalmembraani osteoartriidi eritavad selle tsütokiini. Mõned seriinproteaasid on võimelised muutma pre-IL-ip selle bioaktiivseks vormiks. Imetajatel selliseid omadusi leidub ainult üks proteaas, mis kuulub perekonda tsüsteiini aspartatspetsificheskih ensüüme nimetatakse IL-1p konverteeriva ensüümi (IKF või kaspaas-1). See ensüüm on võimeline spetsiifiliselt muundades pre-IL-ip bioloogiliselt aktiivseid "küps" IL-ip massiga 17,5 kD. IKF on proksüüm, mille molekulmass on 45 kD (p45), mis paikneb rakumembraanis. Pärast proenzima p45 proteolüütilise lõikamise moodustamaks kahest subühikust, mida tuntakse p10 ja p20, mis on iseloomulik ensümaatiline aktiivsus.

TNF-a sünteesitakse ka membraaniga seotud prekursorina massiga 26 kD; proteolüütilise lõhustamise teel vabaneb rakk aktiivse lahustuva vormina massiga 17 kD. Proteolüütilist lõhustamist teostab adamalüsiinide perekonda kuuluv TNF-a muundav ensüüm (TNF-KF). AR Amin ja kaasautorid (1997) leidis, et TNF-CF mRNA ekspressioon osteoartriidiga patsientide liigesekõhjus oli suurem.

Kondrotsüütide ja sünovitotsüütide IL-1 ja TNF-a bioloogiline aktivatsioon vahendab seondumist spetsiifiliste retseptoritega rakkude pinnal - IL-R ja TNF-R-ga. Iga tsütokiini jaoks on kindlaks tehtud kahte tüüpi retseptorid: I ja II tüübi IL-IP ja TNF-P I (p55) ja II (p75) tüübid. Koerakkude rakkude signaalide edastamiseks vastavad IL-1PI ja p55. IL-1P tüüp I omab veidi IL-1beeta afiinsust kui IL-1a puhul; IL-1P tüüp II - vastupidi, sellel on IL-1a suhtes suurem afiinsus kui IL-ip suhtes. Ei ole selge, kas IL-II II tüüp II võib vahendada IL-1 signaale või et see toimib ainult IL-1PI tüüpi IL-1 sidumiseks konkurentsivõimeliseks inhibeerimiseks. In hondroiitah ja sünoviaalfibroblastides patsientide osteoartriit leida suurel hulgal IL-1PI ja p55, mis omakorda selgitab suure tundlikkusega nende rakkude stimuleerimist tsütokiinide asjakohane. See protsess toob kaasa nii proteolüütiliste ensüümide sekretsiooni suurenemise kui ka liigese kõhre hävitamise.

IL-6 osalemine osteoartriidi patoloogilises protsessis ei ole välistatud. See eeldus põhineb järgmistel tähelepanekutel:

• IL-6 suurendab põletikurakkude arvu sünoviaalmembraanis,
• IL-6 stimuleerib kondrotsüütide proliferatsiooni,
• IL-6 võimendab IL-1 toimet MMP sünteesi suurendamisel ja proteoglükaanide sünteesi inhibeerimisel.

Siiski, IL-6 on võimelised esile kutsuma tootmiseks TIMP, kuid ei mõjuta tootmise MMP seetõttu peetakse seda tsütokiini osaleb protsessi ohjeldamine proteolüütilise lagundamise liigesekõhre, mis viiakse läbi tagasiside mehhanismi.

Teine esindaja IL-6 perekond on LIF - tsütokiini, mida toodetakse kondrotsüüdist patsientidelt saadud osteoartriit, vastuseks stimulatsioonile põletikustimulaatorid tsütokiinide IL-ip ja TNF-a. LIF stimuleerib kõhre proteoglükaanide resorptsiooni, samuti MMP ja NO produktsiooni sünteesi. Selle tsütokiini osteoartriidi roll pole täielikult mõistetav.

IL-17 on 20-30 kD homodimeer, millel on IL-1-sarnane toime, kuid palju vähem väljendunud. IL-17 stimuleerib sünteesi ja vabanemist mitme tsütokiini sealhulgas IL-ip, TNF-a, IL-6 ja MMP sihtrakkudes, näiteks inimese makrofaagid. Lisaks stimuleerib IL-17 NO tootmist kondrotsüütidega. Nagu LIF, on IL-17 rolli OA patogeneesis vähe uuritud.

Anorgaaniline vaba radikaal NO mängib olulist rolli liigesekõhre degradatsioonil OA-ga. Osteoartriidiga patsientidel saadud kondrotsüüdid tekitavad rohkem NO-d nii spontaanselt kui ka pärast stimuleerimist põletikueelsete tsütokiinidega võrreldes normaalsete rakkudega. Kõrgetes kontsentratsioonides NO sünooviumivedelikust ja patsientide seerumis osteoartriit - on tingitud suurenenud ekspressiooni ja sünteesi indutseeritud NO süntaasi (hNOC) - ensüüm, mis vastutab NO tootmist. Hiljuti klooniti kondrotsüüt-spetsiifilise hNOC-i DNA, määrati ensüümi aminohappejärjestus. Aminohappejärjestus näitab 50% identsust ja 70% sarnasust hNOC-ga, mis on spetsiifiline endoteeli ja närvikoore jaoks.

NO inhibeerib liigesekõhre ECM makromolekulide sünteesi ja stimuleerib MMP sünteesi. Lisaks suurendab NO tootmist antagonisti IL-IP (IL-1RA) sünteesi vähenemine kondrotsüütide poolt. Seega põhjustab IL-1 taseme tõus ja IL-1 RA vähenemine kondrotsüütide NO hüperstimulatsiooni, mis omakorda viib kõhremaatriksi halvenemise suurenemiseni. Kombineeritud osteoartriidi progresseerumisel on teatatud selektiivse hNOC inhibiitori terapeutilisest efektist in vivo.

Looduslikud tsütokiini inhibiitorid võivad otseselt inhibeerida tsütokiinide sidumist rakumembraanide retseptoritega, vähendades nende põletikuvastast aktiivsust. Tsütokiinide looduslikke inhibiitoreid võib vastavalt nende toimemehhanismidele jagada kolmeks klassiks.

Esimeseks inhibiitorite klassiks on retseptori antagonistid, mis takistavad ligandi sidumist selle retseptoriga konkureerides seondumiskoha suhtes. Sellist inhibiitorit on siiani leitud ainult IL-1-le - see on ülalmainitud IL-1 / ILIP IL-1 PA süsteemi konkureeriv inhibiitor. IL-1 RA plokid mitmed toimed, mida täheldati kudedega liigeste osteoartriit, sealhulgas prostaglandiinide poolt sünoviaalrakke, tootmiseks kollagenaasis kondrotsüüte ja lagunemise liigesekõhre kapis.

IL-1RA tuvastatakse mitmesugustes vormides - üks lahustuv (rIL-1PA) ja kaks rakuvälist (μIL-lPAI ja μIL-1APAP). IL-1RA lahustuva vormi afiinsus on 5 korda suurem kui rakuvälistel vormidel. Vaatamata intensiivsele teaduslikule otsingule jääb viimase funktsioon teadmata. Eksperimety in vitro on näidatud, et IL-1 beeta aktiivsust vajalikus kontsentratsioonis IL-1 Pa 10-100 korda üle piiri tingimustes in vivo nõuab tuhatkordistab kontsentratsiooni suurenemine IL-1 Pa. See fakt võib osaliselt seletada ka IL-1 RA ja IL-1 liigse osteoartriidiga patsientide sünoviaatilisest defitsiidist.

Teiste tsütokiinide looduslike inhibiitorite klassi esindavad tsütokiinide lahustuvad retseptorid. Osteoartroosi patogeneesiga seotud selliste inhibiitorite näide inimestel on pIL-1P ja pp55. Lahustuvad Tsütokiiniretseptorid kärbitakse vormid normaalse retseptorid, seostudes tsütokiini, need takistavad nende seostumine membraaniseoselislt retseptorite sihtmärkrakkc määrab mehhanismi konkureeriv antagonism.

Lahustuvate retseptorite peamine prekursor on membraaniga seotud IL-1PP. RIL-IP-i afiinsus IL-1 ja IL-1 PA suhtes on erinev. Seega on pIL-1PH-l suurem IL-1p-i afiinsus kui IL-1 PA-le, ja pIL-1PI-l on IL-1RA-le suurem afiinsus kui IL-ip-le.

TNF-i jaoks on ka lahustuvate retseptorite kahte tüüpi - pp55 ja pp75, nagu lahustuvad IL-1 retseptorid, need moodustuvad "hemastamisega" (dumping). In vivo on mõlemad retseptorid kahjustatud liigeste kudedes. Arutatav on lahustuvate TNF-retseptorite osteoartriidi patogeneesi roll. Usutakse, et väikestes kontsentratsioonides stabiliseerivad kolmemõõtmelist struktuuri TNF ja suurendada selle poolestusaeg bioaktiivse tsütokiini, arvestades kõrgetes kontsentratsioonides PP55 ja PP75 võivad vähendada aktiivsust TNF konkureeriv antagonism. Tõenäoliselt võib pp75 toimida TNF-i kandjana, hõlbustades selle seostumist membraaniga seotud retseptoriga.

Kolmandat tsütokiinide looduslike inhibiitorite klassi esindab põletikuvastaste tsütokiinide rühm, mille hulka kuuluvad TGF-beeta, IL-4, IL-10 ja IL-13. Põletikuvastased tsütokiinid vähendavad pro-põletikuliste ja mõnede proteaaside tootmist, stimuleerivad IL-1RA ja TIMP produktsiooni.