Ролята на ензимите и цитокините в патогенезата на остеоартрита

През последните години много изследвания са фокусирани върху идентифицирането на протеази, отговорни за разграждането на ЕСМ на ставния хрущял при остеоартрит. Според съвременните идеи важна роля в патогенезата на остеоартрита играят матричните металопротеази (ММР). Пациентите с остеоартрит имат повишено ниво от трима представители на ММР - колагенази, стромелизини и желатинази. Колагеназа е отговорен за разграждането на природен колаген, стромелизин - колаген тип IV, ламинин и протеогликани, azhelatinaza - за разграждането на желатин, колаген IV, Vh видове XI еластин. Освен това, предполага наличието на друг ензим - агреканаза който има свойства, ММР и е отговорна за протеолизата на хрущялни протеогликан агрегати.

Хрущяла на ставния на човешки колагенази идентифицирани три вида нива, които са повишени при пациенти с остеоартрит - колагеназа-1 (ММР-1), колагеназа-2 (ММР-8), колагеназа-3 (ММР-13). Съвместното съществуване на три различни вида колагенази в ставния хрущял показва, че всеки от тях играе своята специфична роля. Действително, колагеназа-1 и -2 са локализирани главно в повърхностни и горната междинната зона на ставния хрущял, като колагеназа-3 се намира в долната част на междинните и дълбоките зони. Освен това, резултатите от имунохистохимични изследвания са показали, че по време на развитието на остеоартрит ниво на колагеназа-3 достига плато или дори намалява, докато нивото на колагеназа-1 се увеличава постепенно. Има доказателства, че за остеоартрит колагеназа-1 е основно участват във възпалителния процес в ставния хрущял, като колагеназа-3 - в тъканно ремоделиране. Карлатизин-3, експресиран в хрущяла на пациенти с ОА, извършва колагеново разграждане тип II по-интензивно от колагеназа-1.

На представителите на втората група металопротеази Human stromelizinovu идентифицирани като три - стромелизин-1 (ММР-3), стромелизин-2 (ММР-10) и стромелизин-3 (ММР-11). Днес е известно, че само стромелизин-1 участва в патологичния процес при остеоартрит. В синовиалната мембрана на пациенти с остеоартрит не се определят стромелизин-2, но се среща в много малки количества в синовиалните фибробласти на пациенти с ревматоиден артрит. Стромелизин-3, също така, в синовията на пациенти с ревматоиден артрит до фибробласти, особено в областта на фиброза.

В групата на желатинази в човешката хрущялна тъкан идентифициран само две - 92 Ша желатиназа (желатиназа В, или ММР-9) и 72 Ша желатиназа (желатиназа А, или ММР-2); при пациенти с остеоартрит се определя повишаване на нивото на 92 kD желатиназа.

Не много отдавна беше идентифицирана друга група от ММР, които са локализирани на повърхността на клетъчните мембрани и се наричат тип ММР мембрана (ММР-МТ). Към тази група принадлежат четири ензима - ММР-МТ1-ММР-МТ-4. Изразяването на ММР-МТ се открива в човешкия ставен хрущял. Въпреки че ММР-МТ-1 има свойствата на колагеназа, двата ензима ММР МТ-ММР-1 и МТ-2 способен aktivirovatzhelatinazu-72 кД и колагеназа-3. Ролята на тази група от ММР в патогенезата на ОА изисква усъвършенстване.

Протеиназите се секретират под формата на зимоген, който се активира от други протеинази или органични съединения на живак. Каталитичната активност на ММР зависи от наличието на цинк в активната зона на ензима.

Биологичната активност на ММР се контролира от специфични TIMPs. Към днешна дата са идентифицирани три типа TIMP, които се намират в човешките ставни тъкани, TIMP-1-TIMP-3. Четвъртият тип TIMP се идентифицира и клонира, но все още не е открит в човешките ставни тъкани. Тези молекули се свързват специфично с активното място на ММР, въпреки че някои от тях са в състояние да се свързва активното място на 72 Ша progelatinase (TIMP-2, -3, -4) и 92 Ша progelatinase (TIMP-1 и -3). Данните показват, че ОА ставния хрущял в дисбаланс между MMPs и TIMPs, което води до относителна недостатъчност на инхибитори, които могат да бъдат частично свързани с повишена активност на ММР в тъканта. TIMP-1 и -2 се намират в ставния хрущял, синтезират се от хондроцити. При остеоартрит в синовиалната мембрана и синовиалната течност е открит само първият тип ТИМП. TIMP-3 се открива изключително в ECM. TIMP-4 има почти идентична аминокиселинна последователност с TIMP-2 и-ZINA от около 38% -STIMP-1 с почти 50%. В други целеви клетки TIMP-4 отговаря за модулиране на активирането на 72 kD прогестогеназа върху клетъчната повърхност, което показва важна роля като тъканно специфичен регулатор на ECM ремоделирането.

Друг механизъм за контролиране на биологичната активност на ММР е тяхното физиологично активиране. Смята се, че ензимите от семейството на серин и цистеин протеази, като АР / плазмин и катепсин В, съответно, са физиологични активатори на ММР. В ставния хрущял на пациентите с остеоартрит се открива повишено ниво на урокиназа (UAP) и плазмин.

Въпреки факта, че няколко типа катепсини се намират в ставните стави, катепсин-В се счита за най-вероятния активатор на ММР в хрущяла. В тъканите на човешката връзка се откриват физиологични инхибитори на серин и цистеин протеази. Активността на инхибитора AP-1 (IAP-1), както и цистеин протеазите, е намалена при пациенти с остеоартрит. По същия начин, ММР / TIMP - а именно дисбаланс между серин и цистеинови протеази и техните инхибитори може да обясни повишена активност на ММР в ставния hryashe пациенти с остеоартрит. В допълнение, ММП могат да се активират взаимно. Например, стромелизин-1 активира колагеназа-1, колагеназа-3 и желатиназа 92 kD; Колагеназа-3 активира 92 kD желатиназа; ММР-МТ активира колагеназа-3, а желатиназа-72 kD потенцира тази активация; ММР-МТ също активира 72 kD желатиназа. Цитокините могат да бъдат разделени на три групи - деструктивни (провъзпалителни), регулаторни (включително противовъзпалителни) и анаболни (растежни фактори).

Типове цитокини (според van den Berg WB et al)

Разрушителна	Интерлевкин-1 TNF-алфа Инхибиторен фактор на левкемията Интерлевкин-17
Регулаторен	Интерлевкин-4 Интерлевкин-10 Интерлевкин-13 Ензимни инхибитори
Анаболен	Мсулин-подобни растежни фактори ТФР-Ь Костни морфогенни протеини Морфогенни протеини, получени от хрущял

Разрушителните цитокини, по-специално IL-1, индуцирани увеличение в освобождаването на протеази и инхибират синтеза на протеогликани и колагени хондроцити. Регулаторни цитокини, особено IL-4 и -10, инхибират производството на IL-1 рецепторен антагонист, за увеличаване на производството на IL-1 (IL-1 RA), и намаляване на активността на ниво и NO-синтаза в хондроцити. По този начин, IL-4 антагонизира IL-1 в три начина: 1) намалява производството и предотвратява неговото въздействие, 2) се увеличава производството на базови "чистач" IL-1Ра и 3) намалява производството на първичен вторичен "пратеник» NO. В допълнение, IL-4 намалява разграждането на ензимните тъкани. При условия ин виво оптимален терапевтичен ефект се постига с комбинация от IL-4 и IL-10. Анаболните фактори, като kakTFR-р и IGF-1, наистина не пречат на производството или действието на IL-1, но показващ срещу активност, например, да стимулират синтеза на протеогликан и колаген, инхибират протеазна активност и TGF (3, също инхибира освобождаването на ензими и стимулира техните инхибитори.

Проинфламаторните цитокини са отговорни за повишената синтеза и експресията на ММР в тъканите на ставите. Те се синтезират в синовиалната мембрана и след това се дифузират в ставния хрущял през синовиалната течност. Проинфламаторните цитокини активират хондроцитите, които на свой ред също са способни да продуцират провъзпалителни цитокини. В ставите, засегнати от остеоартроза, ролята на ефектора на възпалението се играе главно от клетките на синовиалната мембрана. Това е синовитът от типа на макрофага, който отделя протеази и възпалителни медиатори. Сред тях, в патогенезата на остеоартроза най-голяма степен "зает" IL-F, TNF-а, IL-6, левкемия инхибиторен фактор (LIF) и IL-17.

Биологично активни вещества, които стимулират разграждането на ставния хрущял при остеоартрит

• Интерлевкин-1
• Интерлевкин-3
• Интерлевкин-4
• TNF-алфа
• Колонии стимулиращи фактори: макрофаги (моноцити) и гранулоцит-макрофаги
• Вещество P
• PGE ₂
• Активатори на плазминоген (типове тъкани и урокинази) и плазмин
• Металопротеазите (колагенази, еластази, стромелизини)
• Катепсини А и В
• Трилър
• Бактериални липополизахариди
• Фосфолипаза Аг

Данните от литературата показват, че IL-ip и евентуално TNF-a са основните медиатори на разрушаването на ставните тъкани при остеоартрит. Въпреки това все още не е известно дали те работят независимо един от друг или има функционална йерархия между тях. При модели на остеоартрит при животни е показано, че IL-1 блокада ефективно предотвратява разрушаването на ставния хрущял, като блокиране на TNF-алфа води до отслабване на възпаление в ставните тъкани. В синовиалната мембрана, синовиалната течност и хрущяла на пациентите се откриват повишени концентрации на двата цитокини. Хондроцитите са в състояние да увеличат синтеза не само протеази (MMPs и главно AP), но също незначителни колагени, като например типове I и III, както и намаляване на синтеза на колаген тип II и IX и протеогликани. Тези цитокини стимулират също активни кислородни видове и възпалителни медиатори като PGE ₂. Резултатът от такива макромолекулни промени в ставния хрущял с остеоартрит е неефективността на ремонтните процеси, което води до по-нататъшно разграждане на хрущяла.

Гореспоменатите провъзпалителни цитокини модулират процесите на депресия / активиране на MMPs в остеоартрит. Например, дисбаланса между нивата на TIMP-1 и ММР в хрущяла в остеоартрит може да се медиира от IL-интраперитонеално, защото изследването ин витро показа, че нарастващи концентрации на IL-1 бета намалява концентрацията на TIMP-1 и ММР повишен синтез от хондроцити. Синтезата на АР също се модулира от IL-1бета. Стимулиране ин витро хондроцити на ставния хрущял с IL-1 vyzyvet зависимо от дозата увеличаване на синтеза и рязък спад AP на синтез на PAI-1. Способността на IL-1 да намали синтезата на PAI-1 синтез и стимулира AP е мощен механизъм за генериране на плазмин активиране и ММР. В допълнение, плазмин е не само ензим активиране други ензими, също така участва в разграждането на хрущял чрез директно протеолиза.

IL-интраперитонеално се синтезира като неактивен прекурсор маса 31 кД (предварително IL-интраперитонеално), Azat, след разцепване на сигналния пептид, се превръща в активен цитокин от теглото на 17,5 кД. В тъканите на ставите, включително синовиалната мембрана и синовиалната течност на ставния хрущял, IL-интраперитонеално открива в активна форма, и в проучвания ин виво демонстрира способността на синовиалната мембрана при остеоартрит секретират този цитокин. Някои серин протеази са способни да превърнат пре-IL-ip в неговата биоактивна форма. При бозайниците, такива свойства са открити само в една протеаза, който принадлежи към семейството на цистеин aspartatspetsificheskih ензими, наречен IL-1p-конвертиращия ензим (IKF или каспаза-1). Този ензим е способен на специфично превръщане предварително IL-интраперитонеално биологично активен "узреят" IL-интраперитонеално с маса 17,5 кД. IKF е проензим с молекулна маса 45 kD (p45), който се локализира в клетъчната мембрана. След proenzima p45 протеолитично разцепване за да образуват две субединици, известни като р10 и р20, който е характерен за ензимна активност.

TNF-a също се синтезира като мембранно свързан прекурсор с маса 26 kD; чрез протеолитично разцепване се освобождава от клетката като активна разтворима форма с маса 17 kD. Протеолитичното разцепване се осъществява от TNF-a-конвертиращия ензим (TNF-KF), който принадлежи към семейството на адамализини. AR Amin и съавторите (1997) установяват повишена експресия на TNF-CF mRNA в ставния хрущял при пациенти с остеоартрит.

Биологичното активиране на хондроцити и синовитоцити IL-1 и TNF-a се осъществява чрез свързване със специфични рецептори на повърхността на клетките - IL-R и TNF-R. За всеки цитокин са идентифицирани два типа рецептори: IL-IP на типове I и II и TNF-P I (р55) и II (р75) типове. За предаването на сигнали в клетките на ставните тъкани, IL-1PI и р55 отговарят. IL-1P тип I има малко по-висок афинитет към IL-1 бета, отколкото за IL-la; IL-1P тип II - напротив, има по-голям афинитет към IL-1a, отколкото към IL-ip. Остава неясно дали IL-IP II тип II може да медиира IL-1 сигнали или да служи само за конкурентно инхибиране на свързването на IL-1 към тип IL-1PI. В hondroiitah и синовиалните фибробласти от пациенти с остеоартрит намери голямо количество IL-1PI и р55, което от своя страна обяснява високата чувствителност на тези клетки за стимулиране на цитокини свързани. Този процес води както до повишаване на секрецията на протеолитичните ензими, така и до разрушаване на ставния хрущял.

Не е изключено участието на IL-6 в патологичния процес при остеоартрит. Това предположение се основава на следните наблюдения:

• IL-6 увеличава броя на възпалителните клетки в синовиалната мембрана,
• IL-6 стимулира пролиферацията на хондроцити,
• IL-6 повишава ефектите на IL-1 в увеличаването на синтеза на ММР и инхибиране на синтезата на протеогликаните.

Въпреки това, IL-6 е в състояние да индуцира производството на TIMP, но не засяга следователно производството на ММР се счита, че този цитокин участва в процеса на ограничаване на протеолитично разграждане на ставния хрущял, което се извършва чрез механизъм за обратна връзка.

Друг представител на семейството на IL-6 е LIF - цитокин, който се произвежда от хондроцити, получени от пациенти с остеоартрит, в отговор на стимулация с про-възпалителни цитокини IL-IP и TNF-а. LIF стимулира резорбцията на протеогликани на хрущяла, както и синтеза на продукцията на ММР и NO. Ролята на този цитокин в остеоартрозата не е напълно разбрана.

IL-17 е 20-30 kD хомодимер, имащ действие подобно на IL-1, но много по-слабо изразено. IL-17 стимулира синтеза и изолирането на редица провъзпалителни цитокини, включително IL-ip, TNF-a, IL-6 и ММР в прицелни клетки, например, в човешки макрофаги. В допълнение, IL-17 стимулира продукцията на NO с хондроцити. Подобно на LIF, ролята на IL-17 в патогенезата на ОА е малко проучена.

Неорганичният свободен радикал НО играе важна роля в разграждането на ставния хрущял с ОА. Хондроцитите, получени от пациенти с остеоартрит, произвеждат повече NO както спонтанно, така и след стимулиране с провъзпалителни цитокини в сравнение с нормалните клетки. Високите концентрации на NO открит в синовиалната течност и серум от пациенти с остеоартрит - е резултат от повишена експресия и синтез индуцирана NO-синтаза (hNOC) - ензим, отговорен за NO производство. Напоследък се клонира ДНК от специфичен за хондроцит hNOC, се определя аминокиселинната последователност на ензима. Аминокиселинната последователност показва 50% идентичност и 70% сходство с hNOC, специфично за ендотела и нервната тъкан.

NO подтиска синтеза на макромолекули на ЕСМ на ставния хрущял и стимулира синтеза на ММР. Освен това, увеличаването на производството на NO е придружено от намаляване на синтеза на антагонист IL-IP (IL-1RA) от хондроцити. По този начин, повишаването на нивото на IL-1 и намаляването на IL-1 RA води до хиперстимулация на NO хондроцити, което на свой ред води до повишено разграждане на хрущялната матрица. Има съобщения за терапевтичен ефект in vivo на селективен hNOC инхибитор върху прогресията на експерименталния остеоартрит.

Естествените инхибитори на цитокини могат директно да инхибират свързването на цитокините с рецепторите на клетъчните мембрани, като намаляват тяхната провъзпалителна активност. Естествените инхибитори на цитокините могат да бъдат разделени на три класа според начина им на действие.

Първият клас инхибитори включват рецепторни антагонисти, които предотвратяват свързването на лиганда към неговия рецептор чрез конкуренция за мястото на свързване. Досега такъв инхибитор се намира само за IL-1 - това е гореспоменатият конкурентен инхибитор на IL-1 / ILIP IL-1 PA системата. IL-1 RA блокове много от ефектите, които се наблюдават в тъканите на ставите при остеоартрит, включително синтеза на простагландини от синовиални клетки, производството на колагеназа от хондроцити и разграждане на ставния хрущял в кабинета.

IL-1RA се открива в различни форми - един разтворим (rIL-1PA) и два междуклетъчни (mlL-lPAI и uLL-1APAP). Афинитетът на разтворимата форма на IL-1RA е 5 пъти по-висок от този на междуклетъчните форми. Въпреки интензивното научно изследване, функцията на последното остава неизвестна. Eksperimety ин витро показват, че инхибирането на IL-1 бета активност изисква концентрация на IL-1Ра 10-100 пъти над ограничението в условията на ин виво изисква хиляди пъти повишаване на концентрацията на IL-1Ра. Този факт може частично да обясни относителния дефицит на IL-1 RA и излишъка на IL-1 в синовията на пациентите с остеоартрит.

Втората група естествени инхибитори на цитокини е представена от разтворими рецептори на цитокини. Пример за такива инхибитори при хора, свързани с патогенезата на остеоартрозата, е pIL-1P и pp55. Разтворими цитокинови рецептори са скъсени форми на нормални рецептори чрез свързване с цитокин, те предотвратяват тяхното свързване с мембранно-свързани рецептори на целевите клетки, с механизъм конкурентен антагонизъм.

Основният предшественик на разтворимите рецептори е мембранно свързан IL-1PP. Афинитетът на rIL-IP по отношение на IL-1 и IL-1 РА е различен. По този начин pIL-1PH има по-голям афинитет към IL-1p отколкото към IL-1РА, а pIL-1PI показва по-голям афинитет към IL-1RA, отколкото за IL-ip.

За TNF съществуват и два вида разтворими рецептори - pp55 и pp75, като разтворими IL-1 рецептори, те се формират чрез "оперение" (дъмпинг). In vivo и двата рецептора се намират в тъканите на засегнатите стави. Ролята на разтворимите TNF рецептори в патогенезата на остеоартрита се обсъжда. Смята се, че в ниски концентрации те стабилизиране на триизмерна структура на TNF и увеличаване на полуживота на биоактивното цитокин, че високи концентрации на PP55 и PP75 може да намали активността на TNF чрез конкурентен антагонизъм. Очевидно, рр75 може да действа като носител на TNF, улеснявайки неговото свързване към свързания с мембраната рецептор.

Третият клас естествени инхибитори на цитокините е представен от група от противовъзпалителни цитокини, които включват TGF-бета, IL-4, IL-10 и IL-13. Противовъзпалителните цитокини намаляват производството на провъзпалителни, както и някои протеази, стимулират производството на IL-1RA и TIMP.