Entsyymien ja sytokiinien rooli osteoartriitin patogeneesissä

Viime vuosina paljon tutkimusta on keskittynyt identifioimaan proteaaseja, jotka ovat vastuussa nivelruston ECM: n hajoamisesta nivelrikkoon. Nykyaikaisten ideoiden mukaan tärkeä osuus osteoartriitin patogeneesissä on matriisimetalloproteaaseilla (MMP). Nivelrikkopotilailla havaita kohonneet kolme edustajaa IMF - kollagenaaseihin, stromelysiinit ja gelatinaasit. Kollagenaasi vastaa hajoamista natiivin kollageenin, stromelysiini - tyypin IV kollageenilla, laminiini ja proteoglykaanien, azhelatinaza - hajoamisesta gelatiini, kollageeni IV, Vh XI tyypit elastiini. Lisäksi toisen entsyymi - aggrekaanin läsnäolo, jolla on MMP: n ominaisuudet ja joka on vastuussa cartilaginisten proteoglykaaniaggregaattien proteolyysistä.

Nivelruston Ihmisen kollagenaasien tunnistettu kolme tasoa, jotka ovat koholla potilailla, joilla on nivelrikko - kollagenaasi-1: n (MMP-1), kollagenaasi-2: n (MMP-8), kollagenaasi-3 (MMP-13). Kolmen erilaisen kollageenin tyypin rinnakkaiselon esiintyminen nivelrustossa osoittaa, että kummallakin on oma erityinen roolinsa. Todellakin, kollagenaasi-1 ja -2 ovat paikallisia pääasiassa pinnallinen ja ylempi välivyöhykkeessä nivelruston, kun taas kollagenaasi-3 löytyy pohjaan väli- ja syvä alueilla. Lisäksi tulokset immunohistokemiallinen tutkimukset ovat osoittaneet, että etenemisen aikana nivelrikon tason kollagenaasi-3 saavuttaa tasanteen tai jopa laskee, kun taas taso kollagenaasi-1 kasvaa vähitellen. On olemassa näyttöä siitä, että nivelrikon kollagenaasi-1 liittyy pääasiassa tulehduksellinen prosessi nivelruston, kun taas kollagenaasi-3 - kudosten uudelleen muotoutumisen. Ilmaistuna rusto OA-potilaat kollagenaasi 3 suorittaa hajoamista tyypin II kollageenin intensiivisemmin kuin kollagenaasi-1.

Edustajien toisen ryhmän metalloproteaasien Human stromelizinovu tunnistettu kolme - stromelysiini-1 (MMP-3), stromelysiini-2 (MMP-10) ja stromelysiini-3 (MMP-11). Nykyään tiedetään, että vain stromelysin-1 on mukana patologisessa prosessissa nivelrikkoon. Nivelkalvon kalvo nivelrikkopotilaista ei ole määritelty stromelysiini-2, mutta se löytyy hyvin pieniä määriä nivelkalvon fibroblasteissa potilailla, joilla on nivelreuma. Stromelysin-3 esiintyy myös nivelreuman potilailla, joilla on niveltulehdus lähellä fibroblasteja, erityisesti fibroosialueilla.

Ryhmässä gelatinaasien ihmisen rustokudoksessa tunnistaa vain kaksi - 92 kDa: n gelatinaasi (gelatinaasi B, tai MMP-9) ja 72 kDa: n gelatinaasi (gelatinaasi A, tai MMP-2); osteoartriittipotilailla määritetään 92 kD: n gelatinaasin pitoisuuden nousu.

Ei niin kauan sitten tunnistettiin toinen ryhmä MMP: itä, jotka ovat paikallisesti solumembraanien pinnalla ja joita kutsutaan MMP-kalvotyypiksi (MMP-MT). Tähän ryhmään kuuluvat neljä entsyymiä - MMP-MT1-MMP-MT-4. MMP-MT-ekspressiota esiintyy ihmisen nivelrustossa. Vaikka MMP-MT-1: llä on ominaisuuksia kollagenaasin, molemmat entsyymit MMP MT-MMP-1: n ja MT-2 kykenee aktivirovatzhelatinazu-72 kD: n ja kollagenaasi-3. Tämän MMP: n ryhmän rooli OA: n patogeneesissä edellyttää hienostuneisuutta.

Proteinaasit erittävät zymogeenin muodossa, jota aktivoituvat muut proteinaasit tai orgaaniset elohopeayhdisteet. MMP: n katalyyttinen aktiivisuus riippuu sinkin läsnäolosta entsyymin aktiivisessa vyöhykkeessä.

MMP: n biologista aktiivisuutta kontrolloidaan erityisillä TIMP: issä. Tähän mennessä on tunnistettu kolme TIMP-tyyppiä, jotka löytyvät ihmisen nivelkudoksista, TIMP-1-TIMP-3. Neljäs TIMP-tyyppi tunnistetaan ja kloonataan, mutta sitä ei ole vielä havaittu ihmisen nivelkudoksissa. Nämä molekyylit sitoutuvat spesifisesti aktiivisen MMP, vaikka jotkin niistä pystyvät sitoutumaan aktiiviseen kohtaan 72 kDa progelatinaasin (TIMP-2, -3, -4) ja 92 kDa: n progelatinaasin (TIMP-1 ja -3). Tiedot osoittavat, että OA nivelruston väliseen epätasapainoon MMP ja TIMP, joka johtaa suhteellisen puute inhibiittoreita, joita voidaan osittain jotka liittyvät lisääntyneeseen MMP aktiivisuuden kudoksessa. TIMP-1 ja -2 löytyvät nivelrustosta, ne syntetisoivat kondrosyytit. Osteoartriitin synovial membraanissa ja synovial-nesteessä on havaittu vain ensimmäinen TIMP-tyyppi. TIMP-3 havaitaan yksinomaan ECM: ssä. TIMP-4: llä on identtinen aminohapposekvenssi TIMP-2: n ja ZIN: n kanssa lähes 38% -STIMP-1: n kanssa lähes 50%: lla. Muut kohdesoluja TIMP-4 vastaa modulaation aktivoinnin progelatinaasin 72 kD solun pinnalla, mikä viittaa siihen, on tärkeä rooli säätelijänä kudosspesifisiä ECM remodeling.

Toinen mekanismi MMP: n biologisen aktiivisuuden kontrolloimiseksi on niiden fysiologinen aktivoituminen. Uskotaan, että seriinin ja kysteiiniproteaasien, kuten AP / plasmiinin ja katepsiini B: n, entsyymit ovat vastaavasti MMP: n fysiologisia aktivaattoreita. Osteoartriittipotilaiden nivelrustossa todettiin kohonnut urokinaasipitoisuus (UAP) ja plasmiini.

Huolimatta siitä, että yhteinen kudokset osoittavat useita katepsiineista, todennäköisesti rusto MMP aktivaattori uskovat katepsiini-B. Ihmisen nivelten kudoksissa havaittiin seriinin ja kysteiiniproteaasien fysiologiset estäjät. Inhibiittori AP-1: n (IAP-1) aktiivisuus samoin kuin kysteiiniproteaasit vähenevät osteoartriittipotilailla. Vastaavasti, MMP / TIMP - nimittäin epätasapaino seriini- ja kysteiini- proteaasit ja niiden inhibiittorit voivat selittää lisääntynyttä aktiivisuutta MMP nivelruston hryashe nivelrikkopotilailla. Lisäksi MMP: t kykenevät aktivoimaan toisiaan. Esimerkiksi stromelysin-1 aktivoi kollagenaasi-1: n, kollagenaasi-3: n ja gelatinaasin 92 kD: n; Kollagenaasi-3 aktivoi 92 kD: n gelatinaasin; MMP-MT aktivoi kollagenaasi-3, ja gelatinaasi-72 kD tehostaa tätä aktivaatiota; MMP-MT myös aktivoi 72 kD gelatinaasia. Sytokiinit voidaan jakaa kolmeen ryhmään - tuhoisat (proinflammatoriset), säätelevät (mukaan lukien anti-inflammatoriset) ja anaboliset (kasvutekijät).

Sytokiinityypit (van den Berg WB et ai.)

Tuhoisa	Interleukiini-1 TNF-alfa Leukemian inhibiittori tekijä Interleukiini-17
Sääntelyn	Interleukiini-4: Interleukiini-10 Interleukiini-13 Entsyymi-inhibiittorit
Anaboliset	Msulin-kaltaiset kasvutekijät TFR-b Luun morfogeneettiset proteiinit Rustoista peräisin olevat morfogenetiset proteiinit

Tuhoisa sytokiinien, erityisesti IL-1 indusoi vapautumisen lisääntyminen proteaasien ja estävät proteoglykaanien synteesiä ja kollageeneja kondrosyytit. Sääntely Sytokiinit, erityisesti IL-4 ja -10, inhiboivat IL-1-reseptorin antagonisti, lisätä IL-1 (IL-1 RA), ja alentaa ja NO-syntaasin aktiivisuuden kondrosyyteissä. Siten, IL-4 antagonisoi IL-1 kolmella tavalla: 1) vähentää tuotannon ja estää sen vaikutuksia, 2) lisää tuotantoa perus "scavenger" IL-1Pa ja 3) vähentää primaaristen toissijainen "Messenger» NO. Lisäksi IL-4 vähentää entsymaattisen kudoksen hajoamista. In vivo -olosuhteissa optimaalinen terapeuttinen vaikutus saavutetaan IL-4: n ja IL-10: n yhdistelmällä. Anaboliset tekijät, kuten kakTFR-p, ja IGF-1, ei oikeastaan häiritse tuotantoa tai vaikutusta IL-1, mutta osoittaa päinvastaista toimintaa, esimerkiksi, stimuloivat synteesi proteoglykaanin ja kollageenin, estävät proteaasiaktiivisuutta ja TGF (3, myös estää entsyymien vapautuminen ja stimuloi niiden inhibiittoreita.

Proinflammatoriset sytokiinit ovat vastuussa MMP: n lisääntyneestä synteesistä ja ilmentymisestä nivelkudoksissa. Ne syntetisoidaan synovial membraanissa ja sitten diffundoituvat nivelrustoksi synovial-nesteen läpi. Proinflammatoriset sytokiinit aktivoivat kondrosyyttejä, jotka vuorostaan kykenevät myös tuottamaan proinflammatorisia sytokiineja. Osteosartroosin vaikutuksista kärsivät nivelet vaikuttavat pääasiassa synovial membraanin soluihin. Se on makrofagityypin synoviitti, joka erittää proteaaseja ja tulehduksellisia välittäjiä. Niistä, patogeneesissä Nivelrikon suuressa määrin "työtä" IL-f, TNF-a, IL-6, leukemiaa inhiboiva tekijä (LIF) ja IL-17.

Biologisesti vaikuttavat aineet, jotka stimuloivat niveltulehduksen nivelrustetta

• Interleukiini-1
• Interleukiini-3
• Interleukiini-4:
• TNF-alfa
• Kolonia stimuloivat tekijät: makrofagi (monosyyttinen) ja granulosyytti-makrofaagi
• Aine P
• PGE ₂
• Plasminogeenin aktivaattorit (kudos- ja urokinaasityypit) ja plasmiini
• Metalloproteaasit (kollagenaasit, ellastaasit, stromelysiinit)
• Katepsiinit A ja B
• trilleri
• Bakteerien lipopolysakkaridit
• Fosfolipaasi Ag

Kirjallisuudessa viittaa siihen, että IL-ip ja mahdollisesti TNF-a: - päävälittäjiä tuhoaminen nivelkudoksia nivelrikko. Kuitenkin ei ole vielä tiedossa, toimivatko ne toisistaan riippumatta vai onko niiden välillä toiminnallinen hierarkia. Malleihin nivelrikon eläimissä on osoitettu, että IL-1 salpaus estää tehokkaasti tuhoaminen nivelruston, kun taas salpaaminen TNF-alfan johtaa heikentymiseen tulehduksen yhteisiä kudoksissa. Nivelkalvon, nivelnesteessä ja ruston potilaiden havaittu kohonneita molempien sytokiinien. Kondrosyyttien voivat lisätä synteesiä ei vain proteaasien (MMP ja pääasiassa AP), mutta myös pieniä kollageenit, kuten tyyppien I ja III, sekä vähentää kollageenin tyyppien II ja IX ja proteoglykaanien. Nämä sytokiinit stimuloivat myös aktiivisen hapen lajien ja tulehduksellisten välittäjäaineiden, kuten PGE ₂. Tällaisesta makromolekyylisten muutoksia nivelruston nivelrikko on tehoton korjaus prosesseja, mikä johtaa edelleen ruston hajoamiseen.

Edellä mainitut proinflammatoriset sytokiinit moduloivat MMP: n inhibition / aktivaation prosesseja nivelrikkoon. Esimerkiksi, epätasapaino tasojen TIMP-1 ja MMP ruston nivelrikko voi välittää IL-ip, koska tutkimus in vitro osoittivat, että kasvavien pitoisuuksien IL-1-beetan vähentää pitoisuus TIMP-1 ja MMP lisääntynyt synteesi, kondrosyytit. AP: n synteesiä moduloi myös IL-1beta. Stimulaatio in vitro kondrosyyteissä nivelruston IL-1 vyzyvet annoksesta riippuva nousu synteesin ja terävä AP lasku synteesin PAI-1. Kyky IL-1 vähentää synteesi PAI-1 synteesi ja edistää AP on tehokas mekanismi sukupolven plasmiinin aktivaation ja MMP. Lisäksi plasmiinin ei ole ainoastaan entsyymiä aktivoivan muita entsyymejä, se myös osallistuu ruston suoraan proteolyysin.

IL-ip syntetisoidaan inaktiivisena esiasteena massa 31 kD (pre-IL-ip), Azat, katkaisun jälkeen signaalipeptidin, muunnetaan aktiivisen sytokiinin painosta 17,5 kD. Kudoksissa nivelten, kuten nivelkalvon ja nivelnesteessä nivelruston, IL-ip havaitaan aktiivisessa muodossa, ja tutkimukset in vivo osoittivat, että käytettäessä nivelkalvon nivelrikon erittää tämän sytokiinin. Jotkut seriiniproteaasit kykenevät muuntamaan pre-IL-ip: n bioaktiiviseksi muotoonsa. Nisäkkäillä, tällaisia ominaisuuksia löytyy vain yksi proteaasi, joka kuuluu perheeseen kysteiinin aspartatspetsificheskih entsyymejä, joita kutsutaan IL-1p-konvertoivan entsyymin (IKF tai kaspaasi-1). Tämä entsyymi kykenee spesifisesti muuntaa ennalta IL-ip biologisesti aktiivinen "kypsä" IL-ip, jonka massa on 17,5 kD. IKF - proentsyyminä, jonka molekyylipaino on 45 kDa: n (p45), joka on lokalisoitu solukalvon. Jälkeen proenzima p45 proteolyyttisen pilkkoutumisen muodostamiseksi kahden alayksikön, joka tunnetaan nimellä p10 ja p20, joka on tunnusomainen entsymaattiselle aktiivisuudelle.

TNF-a syntetisoidaan myös membraaniin sidotuksi prekursoriksi 26 kD: n massalla; proteolyyttisellä katkaisulla, se vapautuu solusta aktiivisena liukoisena muodossa, jonka massa on 17 kD. Proteolyyttinen pilkkominen suorittaa TNF-a-konvertoivan entsyymin (TNF-KF), joka kuuluu adamalysiinien perheeseen. AR Amin ja kirjailijat (1997) havaitsivat lisääntyneen TNF-CF-mRNA: n ekspressiota niveltulehduspotilaiden nivelrustossa.

Biologinen Kondrosyyttien aktivoituminen ja sinovitsitov IL-1 ja TNF-a: välittää sitoutuminen spesifisiin reseptoreihin solun pinnalla - IL-R: n ja TNF-R. Kullekin sytokiinille on tunnistettu kaksi tyyppistä reseptoria: tyypit I ja II IL-IP ja TNF-P I (p55) ja II (p75) tyypit. Signaalien lähettämiseksi nivelkudosten soluissa IL-1PI ja p55 vastaavat. IL-1P-tyypin I IL-1beta on hieman korkeampi affiniteetti kuin IL-1a: lla; IL-1P-tyypin II päinvastoin, sillä on suurempi affiniteetti IL-1a: lle kuin IL-ip: lle. Ei ole selvää, voi- daan IL-IP II -tyyppi II välittää IL-1-signaaleja tai se toimii vain IL-1PI-tyyppisen IL-1-sitoutumisen kilpailukykyiseen inhibointiin. In hondroiitah ja nivelkalvon fibroblastien nivelrikkopotilaista löytää suuri määrä IL-1PI ja p55, joka puolestaan selittää suuren herkkyyden näiden solujen Sytokiinien aiheuttaman stimulaation merkitystä. Tämä prosessi johtaa sekä proteolyyttisten entsyymien erityksen lisääntymiseen että nivelruston tuhoamiseen.

IL-6: n osallistumista osteoartriitin patologiseen prosessiin ei ole suljettu pois. Tämä oletus perustuu seuraaviin havaintoihin:

• IL-6 lisää tulehdussolujen määrää synovial membraanissa,
• IL-6 stimuloi kondrosyyttien proliferaatiota,
• IL-6 parantaa IL-1: n vaikutuksia MMP: n synteesin lisäämiseen ja proteoglykaanien synteesin inhibointiin.

Kuitenkin, IL-6 pystyy indusoimaan TIMP, mutta ei vaikuta tuotannon MMP vuoksi katsotaan, että tämän sytokiinin on mukana prosessissa hillitsemisen proteolyyttisen hajoamisen nivelruston, joka suoritetaan palautemekanismin kautta.

Toinen tyypillinen IL-6 perhe on LIF - sytokiini, joka tuotetaan kondrosyytit saatu potilailta, joilla nivelrikko, vasteena stimulaatiolle proinflammatoristen sytokiinien IL-ip ja TNF-a. LIF stimuloi rustoglukaanien resorptiota sekä MMP- ja NO-tuotannon synteesiä. Tämän sytokiinin rooli nivelrikkoon ei ole täysin ymmärretty.

IL-17 on 20-30 kD: n homodimeeri, jolla on IL-1: n kaltainen vaikutus, mutta paljon vähemmän voimakasta. IL-17 stimuloi lukuisten proinflammatoristen sytokiinien, mukaan lukien IL-ip, TNF-a, IL-6 ja MMP, synteesin ja eristämisen kohdesoluissa, esimerkiksi ihmisen makrofageissa. Lisäksi IL-17 stimuloi NO-tuotantoa kondrosyyttien kanssa. Kuten LIF: llä, IL-17: n roolia OA: n patogeneesissä on vähän tutkittu.

Epäorgaanisella vapaalla radikaalilla NO: lla on tärkeä rooli nivelruston hajoamisessa OA: n kanssa. Kondrosyyttien saatiin potilailta, joilla oli nivelrikko, tuottaa suuremman määrän NO kuin sponatanno ja jälkeen stimulaation proinflammatoristen sytokiinien verrattuna normaaleihin soluihin. Korkeita pitoisuuksia NO havaittu nivelnesteessä ja potilaiden seerumista nivelrikko - on lisääntyneen ilmentymisen ja synteesi indusoitiin NO-syntaasin (hNOC) - entsyymi, joka vastaa NO-tuotantoa. Äskettäin kondrosyyttispesifisen hNOC: n DNA kloonattiin, määritettiin entsyymin aminohapposekvenssi. Aminohapposekvenssi osoittaa 50%: n identtisyyden ja 70%: n samankaltaisuuden hNOC: n kanssa, joka on spesifinen endoteelille ja hermokudokselle.

NO estää nivelruston makromolekyylien synteesiä ja stimuloi MMP: n synteesiä. Lisäksi NO-tuotannon lisääntymiseen liittyy se, että kondrosyytit vähentävät antagonistin IL-IP: n (IL-1RA) synteesiä. Näin ollen IL-1: n tason nousu ja IL-1 RA: n väheneminen johtavat NO-kondrosyyttien hyperstimulaatioon, mikä puolestaan johtaa rustomatriisin lisääntyneeseen hajoamiseen. On havaittu selektiivisen hNOC-estäjän terapeuttista vaikutusta in vivo kokeellisen osteoartriitin etenemiseen.

Luonnolliset sytokiini-inhibiittorit voivat suoraan inhiboida sytokiinien sitoutumista solukalvojen reseptoreihin vähentämällä niiden proinflammatorista aktiivisuutta. Sytokiinien luonnolliset estäjät voidaan jakaa kolmeen luokkaan niiden toimintatavan mukaan.

Ensimmäisen luokan inhibiittoreihin kuuluvat reseptoriantagonistit, jotka estävät ligandin sitoutumisen reseptoriinsa kilpailemalla sitoutumiskohtaa. Tähän mennessä tämä estäjä on löydetty vain IL-1 - on yli kilpaileva estäjä IL-1 / IL-1 ILIP PA-järjestelmä. IL-1 RA estää monia vaikutuksia, joita havaitaan kudosten nivelten nivelrikko, mukaan lukien prostaglandiinien synoviaalisolujen, kollagenaasin kondrosyyttien ja nivelruston rappeutumisen Kaappi.

IL-1PA: ta havaitaan eri muodoissa - yksi liukoinen (rIL-1PA) ja kaksi solunsisäistä (μIL-lPAI ja μIL-1APAP). IL-1RA: n liukoisen muodon affiniteetti on 5-kertainen verrattuna solunsisäisiin muotoihin. Intensiivisestä tieteellisestä etsinnästä huolimatta jälkimmäisen tehtävä ei ole tiedossa. Eksperimety in vitro ovat osoittaneet, että IL-1-beetan aktiivisuus tarvittavaan konsentraatioon IL-1Pa 10-100 kertaa suurempi kuin raja olosuhteissa in vivo edellyttää tuhatkertaisesti pitoisuuden kasvu IL-1Pa. Tämä tosiasia voi osittain selittää IL-1 RA: n ja IL-1: n suhteellisen puutteen osteoartriittipotilaiden synoviaan.

Sytokiinien luonnollisten estäjien toista luokkaa edustavat sytokiinien liukoiset reseptorit. Esimerkki tällaisista estäjistä ihmisissä, jotka liittyvät osteoarthroosin patogeneesiin, on pIL-1P ja pp55. Liukoiset sytokiinireseptorit ovat lyhennetyt muodot normaalin reseptorien sitomalla sytokiiniin, ne estävät niiden sitoutuminen kalvoon liittyneitä reseptoreita kohdesolujen, jotka toimivat mekanismilla, kilpailukykyinen antagonismi.

Liukoisten reseptorien pääasiallinen prekursori ovat membraaniin sitoutunut IL-1PP. RIL-IP: n affiniteetti IL-l: n ja IL-1 PA: n suhteen on erilainen. Siten pIL-1PH: lla on suurempi affiniteetti IL-1p: lle kuin IL-1 PA: lle, ja pIL-1PI osoittaa suurempaa affiniteettia IL-1RA: lle kuin IL-ip: lle.

TNF: lle on myös olemassa kahden tyyppisiä liukoisia reseptoreita - pp55 ja pp75, kuten liukoiset IL-1-reseptorit, ne muodostetaan "silmällä" (polkumyynnillä). In vivo molemmat reseptorit löytyvät asianomaisten nivelen kudoksista. Keskustellaan liukoisten TNF-reseptorien roolista niveltulehduksen patogeneesissä. Uskotaan, että pieninä pitoisuuksina ne stabiloivat kolmiulotteisen rakenteen TNF: n ja lisäävät puoli-elämän bioaktiivisten sytokiinien, kun taas suuret pitoisuudet PP55 ja PP75 voi vähentää TNF-aktiivisuutta kompetitiivisella antagonismin. Ilmeisesti pp75 voi toimia TNF: n kantajana, mikä helpottaa sen sitoutumista membraaniin liittyvään reseptoriin.

Sytokiinien luonnollisten estäjien kolmas luokka on anti-inflammatoristen sytokiinien ryhmä, joka sisältää TGF-beetan, IL-4: n, IL-10: n ja IL-13: n. Anti-inflammatoriset sytokiinit vähentävät proinflammatoristen ja joidenkin proteaasien tuotantoa, stimuloivat IL-1RA: n ja TIMP: n tuotantoa.