Rolul enzimelor și citokinelor în patogeneza osteoartritei

În ultimii ani, o mare parte a cercetărilor s-au axat pe identificarea proteazelor responsabile de degradarea ECM a cartilajului articular la osteoartrită. Conform ideilor moderne, rolul important în patogeneza osteoartritei este jucat de metaloproteazele matriceale (MMP). Pacienții cu osteoartrită au un nivel crescut de trei reprezentanți ai MMP - colagenaze, stromelizine și gelatinaze. Colagenaza este responsabilă pentru degradarea colagenului nativ, stromelisina - colagen de tip IV, laminina și proteoglicanii, azhelatinaza - pentru degradarea gelatină, colagen IV, Vh tipuri XI elastina. În plus, se presupune existența unei alte enzimă - agrecanaza care are proprietăți MMP și este responsabil pentru proteoliza cartilajului agregatelor de proteoglicani.

Cartilajului articular al collagenases umane au identificat trei tipuri de niveluri care sunt crescute la pacientii cu osteoartrita - colagenaza-1 (MMP-1), colagenaza-2 (MMP-8), colagenaza-3 (MMP-13). Coexistența a trei tipuri diferite de colagenază în cartilajului articular arată că fiecare dintre ele joacă un rol specific. Intr - adevar, colagenaza-1 și -2 sunt localizate în principal în superficial și superior zona intermediară a cartilajului articular, în timp ce colagenazei-3 se găsește în partea inferioară a zonelor intermediare și adânci. Mai mult, rezultatele studiilor imunohistochimice au arătat că în timpul progresia osteoartritei nivelului de colagenazei-3 atinge un platou sau chiar scade, în timp ce nivelul de colagenază-1 este crescută treptat. Există dovezi că pentru osteoartrita colagenazei-1 este în principal implicat în procesul inflamator în cartilajului articular, în timp ce colagenazei-3 - în remodelarea tisulară. Exprimat în cartilajul pacienților cu OA colagenaza 3 realizează degradarea colagenului tip II mai intens decât colagenaza-1.

Dintre reprezentanții doilea grup metalloproteases stromelizinovu uman identificat ca fiind trei - stromelizina-1 (MMP-3), stromelizina-2 (MMP-10) și stromelizină-3 (MMP-11). Astăzi se știe că numai stromelizina-1 este implicată în procesul patologic în osteoartrită. In membrana sinovială a pacienților cu osteoartrita nu sunt determinate stromelizină-2, dar se găsește în cantități foarte mici în fibroblaste sinovial al pacienților cu artrită reumatoidă. Stromelizina-3, de asemenea, găsite în țesutul sinovial al pacienților cu artrită reumatoidă în apropierea fibroblastele, în special în zonele de fibroză.

In grupul de gelatinaze în țesutul cartilaginos uman identificat doar două - 92 kDa gelatinaza (gelatinaza B sau MMP-9) și 72 kDa gelatinaza (gelatinaza A sau MMP-2); la pacienții cu osteoartrită, se determină o creștere a nivelului de gelatinază de 92 kD.

Nu cu mult timp în urmă, a fost identificat un alt grup de MMP care sunt localizați pe suprafața membranelor celulare și sunt denumiți tip membrană MMP (MMP-MT). La acest grup apar patru enzime - MMP-MT1-MMP-MT-4. Exprimarea MMP-MT se găsește în cartilajul articular uman. Deși MMP-MT-1 posedă proprietățile colagenazei, atât MMP-MT-1 cât și MMP-MT-2 sunt capabile să activeze gelatinaza-72 kD și colagenază-3. Rolul acestui grup de MMP în patogeneza OA necesită rafinament.

Proteinazele sunt secretate sub forma unui zymogen, care este activat de alte proteinaze sau compuși organici ai mercurului. Activitatea catalitică a MMP depinde de prezența zincului în zona activă a enzimei.

Activitatea biologică a MMP este controlată de TIMP-uri specifice. Până în prezent, au fost identificate trei tipuri de TIMP care se găsesc în țesuturile articulare umane, TIMP-1-TIMP-3. Cel de-al patrulea tip de TIMP este identificat și clonat, dar nu a fost încă detectat în țesuturile articulare umane. Aceste molecule se leagă în mod specific la situsul activ al MMP, deși unii dintre ei sunt capabili de a lega situsul activ al 72 progelatinase kDa (2 TIMP-, -3, -4) și 92 kDa progelatinase (1 și TIMP--3). Datele indică faptul că, cu OA în cartilajul articular, există un dezechilibru între MMP și TIMP, ceea ce duce la o deficiență relativă a inhibitorilor, care poate fi parțial datorată creșterii nivelului de MMP activ în țesut. TIMP-1 și -2 se găsesc în cartilajul articular, ele sunt sintetizate de condrocite. Cu osteoartrita în membrana sinovială și lichidul sinovial, a fost detectat doar primul tip de TIMP. TIMP-3 este detectat exclusiv în ECM. TIMP-4 are o secvență identică de aminoacizi cu TIMP-2 și-ZIN de aproape 38% -STIMP-1. În alte celule țintă, TIMP-4 este responsabil pentru modularea activării progesteronazei de 72 kD pe suprafața celulei, ceea ce indică un rol important ca regulator de țesut-specific al remodelarii ECM.

Un alt mecanism pentru controlul activității biologice a MMP este activarea lor fiziologică. Se crede că enzimele din familia proteazelor serice și cisteinice, cum ar fi AP / plasmină și respectiv catepsina B, sunt activatori fiziologici ai MMP. În cartilajul articular al pacienților cu osteoartrită, a fost detectat un nivel ridicat de urokinază (UAP) și plasmină.

În ciuda faptului că mai multe tipuri de catepsine se găsesc în țesuturile comune, catepsina-B este considerată cel mai probabil activator al MMP în cartilaj. În țesuturile articulației umane, s-au detectat inhibitori fiziologici ai proteazelor serice și cisteinice. Activitatea inhibitorului AP-1 (IAP-1), precum și proteazele cisteinice, este redusă la pacienții cu osteoartrită. Similar cu MMP / TIMP, este dezechilibrul dintre proteinele serice și cisteină și inhibitorii lor care pot explica creșterea activității MMP în cartilajul articular al pacienților cu osteoartrită. În plus, MMP-urile sunt capabile să se activeze reciproc. De exemplu, stromelizina-1 activează colagenaza-1, colagenaza-3 și gelatinaza 92 kD; Colagenaza-3 activează gelatinaza de 92 kD; MMP-MT activează colagenaza-3, iar gelatinaza-72 kD potențează această activare; MMP-MT activează de asemenea gelatinază de 72 kD. Citokinele pot fi împărțite în trei grupuri - distructive (pro-inflamatorii), de reglementare (inclusiv antiinflamatoare) și anabolice (factori de creștere).

Tipurile de citokine (în conformitate cu van den Berg WB et al)

Distructiv	Interleukina-1 TNF-alfa Leucemic Factor Inhibitor Interleukina-17
Reglementare	Interleukina-4 Interleukina-10 Interleukina-13 Inhibitori ai enzimei
Anabolizant	Msulin-ca factori de creștere TFR-b Proteine morfogenetice osoase Proteinele morfogenetice derivate din cartilaj

Citokine destructive, în particular IL-1 a indus o creștere a eliberării de proteaze și inhibă sinteza proteoglicanilor și colageni condrocite. Citokine de reglementare, în special IL-4 și -10, inhibă producerea de antagonist al receptorului IL-1, pentru a crește producția de IL-1 (IL-1 RA), și de a reduce activitatea și nivelul NO-sintaza în condrocite. Astfel, IL-4 antagonizeaza IL-1 în trei moduri: 1) reduce producția și previne efectele sale, 2) crește producția de bază „scavenger“ IL-1Pa și 3) reduce producția de primar „mesager secundar» NO. În plus, IL-4 reduce degradarea enzimatică a țesuturilor. In conditii in vivo un efect terapeutic optim este realizat cu combinații de IL-4 și IL-10. Factori anabolici, cum kakTFR-p, și IGF-1, nu interferează cu adevărat cu producerea sau acțiunea IL-1, dar care arată activitatea opusă, de exemplu, stimulează sinteza de proteoglican si colagen, inhiba activitatea proteazei și TGF (3, de asemenea , inhibă eliberarea enzimelor și stimulează inhibitorii lor.

Citokinele proinflamatorii sunt responsabile pentru creșterea sintezei și exprimării MMP în țesuturile articulare. Acestea sunt sintetizate în membrana sinovială și apoi difuzează în cartilajul articular prin fluidul sinovial. Citokinele proinflamatorii activează condrocitele, care la rândul lor sunt capabile să producă citokine pro-inflamatorii. În articulațiile afectate de osteoartroză, rolul efectorului inflamației este jucat în principal de către celulele membranei sinoviale. Este vorba despre sinovita de tip macrofag care secreta proteaze si mediatori inflamatori. Dintre aceștia, în patogeneza osteoartritei, IL-f, TNF-a, IL-6, factorul inhibitor leucemic (LIF) și IL-17 sunt implicate în cea mai mare măsură.

Substanțe biologic active care stimulează degradarea articulară a cartilagiilor în osteoartrita

• Interleukina-1
• Interleukina-3
• Interleukina-4
• TNF-alfa
• Factorii stimulatori ai coloniilor: macrofage (monocite) și granulocite-macrofage
• Substanța P
• PGE ₂
• Activatori ai plasminogenului (tipuri de țesut și urokinază) și plasmină
• Metaloproteaze (colagenaze, ellastaze, stromelizine)
• Catepsinele A și B
• film de aventuri
• Lipopolizaharide bacteriene
• Fosfolipaza Ag

Datele din literatură indică faptul că IL-ip și, posibil, TNF-a, sunt principalii mediatori ai distrugerii țesuturilor articulare la osteoartrită. Cu toate acestea, nu se știe încă dacă funcționează independent unul de altul sau există o ierarhie funcțională între ele. La modelele de osteoartrita la animale sa demonstrat că IL-1 blocada previne în mod eficient distrugerea cartilajului articular, în timp ce blocarea TNF-alfa duce la o slăbire a inflamației în țesuturile articulare. În membrana sinovială, fluidul sinovial și cartilajul pacienților, s-au detectat concentrații crescute ale ambelor citokine. Condrocitele sunt în măsură să crească sinteza nu numai proteaze (MMPs și mai ales AP) , dar și colagene minore , cum ar fi tipurile I și III, precum și a reduce sinteza de colagen de tip II și IX și proteoglicani. Aceste citokine stimulează , de asemenea , specii de oxigen activ și mediatori inflamatori , cum ar fi PGE ₂. Rezultatul unor astfel de modificări macromoleculare în cartilajul articular cu osteoartrită este ineficiența proceselor de reparație, ceea ce duce la o degradare ulterioară a cartilajului.

Cele de mai sus-menționate citokine proinflamatorii modula procesele de depresie / activarea MMPs in osteoartrita. De exemplu, dezechilibrul dintre nivelurile de TIMP-1 și MMPs din cartilaj in osteoartrita pot fi mediate de IL-ip, deoarece studiul in vitro au demonstrat că creșterea concentrațiilor de IL-1beta reduce concentrația de TIMP-1 și MMP sinteza crescută de condrocite. Sinteza PA este de asemenea modulată de IL-1 beta. Stimularea in vitro chondrocytes cartilajului articular cu IL-1 vyzyvet creștere dependentă de doză în sinteza și scăderea bruscă AP a sintezei de PAI1. Capacitatea IL-1 pentru a reduce sinteza de sinteză PAI1 și stimulează AP este un mecanism puternic pentru generarea de activare plasminei și MMP. În plus, plasmina nu este numai o enzimă de activare a altor enzime, participă de asemenea la degradarea cartilajului prin proteoliză directă.

IL-ip este sintetizat ca un precursor inactiv masă 31 kD (pre-IL-ip), Azat, după scindarea peptidei semnal, este convertit la citokina activă din greutatea de 17,5 kD. În țesuturile articulațiilor, incluzând membrana sinovială și lichidul sinovial al cartilajului articular, IL-ip detectată în formă activă și în studiile in vivo au demonstrat capacitatea membranei sinoviale in osteoartrita secreta acestei citokine. Unele proteaze serice sunt capabile să transforme pre-IL-ip în forma sa bioactivă. La mamifere, astfel de proprietăți se găsesc într - un singur proteaza, care aparține familiei de enzime cisteină aspartatspetsificheskih numită IL-1p-enzimei de conversie (IKF sau caspaza-1). Această enzimă este capabilă să transforme în mod specific pre-IL-ip biologic activ „matură“ IL-ip cu o masă de 17,5 kD. IKF este o proenzimă cu o masă moleculară de 45 kD (p45), care este localizată în membrana celulară. După proenzima p45 proteolitică de scindare pentru a forma două subunități, cunoscute sub numele de p10 și p20, care este caracteristică activității enzimatice.

TNF-a este, de asemenea, sintetizat ca un precursor legat de membrană cu o masă de 26 kD; prin scindare proteolitică, se eliberează din celulă ca formă activă solubilă cu o masă de 17 kD. Clivarea proteolitică este efectuată de către enzima de transformare TNF-a (TNF-KF), care aparține familiei de adamalizine. AR Amin și coautori (1997) au descoperit o creștere a expresiei ARNm TNF-CF în cartilajul articular al pacienților cu osteoartrită.

Activarea biologică a condrocitelor și a sinovitocitelor IL-1 și TNF-a este mediată prin legarea la receptorii specifici de pe suprafața celulelor - IL-R și TNF-R. Pentru fiecare citokină au fost identificate două tipuri de receptori: IL-IP de tip I și II și tipuri de TNF-P I (p55) și II (p75). Pentru transmiterea semnalelor în celulele țesuturilor comune, IL-1PI și p55 răspund. IL-1P de tip I are o afinitate ușor mai mare pentru IL-1beta decât pentru IL-1a; IL-1P de tip II - dimpotrivă, are o afinitate mai mare pentru IL-1a decât pentru IL-ip. Nu rămâne clar dacă IL-IP II de tip II poate să medieze semnalele IL-1 sau poate servi doar la inhibarea competitivă a legării IL-1 la tipul IL-1PI. In hondroiitah si fibroblaste sinovial al pacienților cu osteoartrita găsi o mare cantitate de IL-1PI și p55, care, la rândul său, explică sensibilitatea ridicată a acestor celule la stimularea de către citokine relevante. Acest proces conduce atât la o creștere a secreției enzimelor proteolitice, cât și la distrugerea cartilajului articular.

Nu este exclusă participarea IL-6 la procesul patologic la osteoartrită. Această ipoteză se bazează pe următoarele observații:

• IL-6 crește numărul celulelor inflamatorii din membrana sinovială,
• IL-6 stimulează proliferarea condrocitelor,
• IL-6 sporește efectele IL-1 în creșterea sintezei MMP și inhibarea sintezei proteoglicanilor.

Cu toate acestea, IL-6 este capabil să inducă producerea TIMP, dar nu afectează, prin urmare, producția de MMPs se consideră că această citokine este implicată în procesul de izolare de degradare proteolitică a cartilajului articular, care se realizează printr-un mecanism de feedback.

Un alt reprezentant al familiei IL-6 este LIF - citokine, care este produs de condrocite obtinute de la pacienti cu osteoartrita, ca raspuns la stimularea de către citokine pro-inflamatorii IL-ip și TNF-a. LIF stimulează resorbția proteoglicanelor cartilajului, precum și sinteza producției de MMP și NO. Rolul acestei citokine în osteoartrita nu este pe deplin înțeles.

IL-17 este un homodimer de 20-30 kD având acțiune similară IL-1, dar mult mai puțin pronunțată. IL-17 stimulează sinteza și eliberarea unui număr de citokine proinflamatorii, inclusiv IL-ip, TNF-a, IL-6 și MMPs în celulele țintă, cum ar fi macrofage umane. În plus, IL-17 stimulează producția de NO cu condrocite. Ca și LIF, rolul IL-17 în patogeneza OA a fost puțin studiat.

Radicalul NO liber anorganic joacă un rol important în degradarea cartilajului articular cu OA. Condrocitele obținute de la pacienții cu osteoartrită produc mai mult NO atât spontan, cât și după stimulare cu citokine proinflamatorii în comparație cu celulele normale. Un conținut ridicat de NO se regăsește în lichidul sinovial și în serul pacienților cu osteoartrită - rezultatul creșterii expresiei și sintezei sintezei de NO induse (hNOC), o enzimă responsabilă de producerea de NO. Recent, a fost donat ADN-ul hNOC specific pentru condrocite, a fost determinată secvența de aminoacizi a enzimei. Secvența de aminoacizi indică o identitate de 50% și o similitudine de 70% cu hNOC specific pentru endotel și țesut neural.

NO inhibă sinteza macromoleculelor ECM ale cartilajului articular și stimulează sinteza MMP. Mai mult, o creștere a producției de NO este însoțită de o scădere a sintezei antagonistului IL-IP (IL-1RA) de către condrocite. Astfel, o creștere a nivelului IL-1 și o scădere a IL-1 RA conduce la hiperstimularea NO a condrocitelor, ceea ce, la rândul său, duce la o degradare crescută a matricei cartilajului. Au fost raportate un efect terapeutic in vivo al unui inhibitor selectiv al hNOC asupra progresiei osteoartritei experimentale.

Inhibitorii de citokină naturală pot inhiba direct legarea citokinelor la receptorii membranelor celulare, reducând activitatea lor pro-inflamatorie. Inhibitorii naturali ai citokinelor pot fi împărțiți în trei clase în funcție de modul lor de acțiune.

Prima clasă de inhibitori include antagoniști ai receptorului, care împiedică legarea ligandului de receptorul său prin competiție pentru situsul de legare. Până în prezent, un astfel de inhibitor se găsește numai pentru IL-1 - acesta este inhibitorul competitiv menționat mai sus al sistemului IL-1 / ILIP IL-1 PA. Blocuri IL-1 RA multe dintre efectele care sunt observate in tesuturile articulatiilor in osteoartrita, inclusiv sinteza de prostaglandine prin celule sinoviale, producerea colagenazei de condrocite și degradarea cartilajului articular în Cabinet.

IL-1PA este detectat în diferite forme - unul solubil (rIL-1PA) și două intercelulare (μLL-lPAI și μLL-1APAP). Afinitatea formei solubile a IL-1RA este de 5 ori mai mare decât cea a formelor intercelulare. În ciuda cercetării științifice intensive, funcția acesteia din urmă rămâne necunoscută. Eksperimety in vitro au arătat că inhibarea activității IL-1beta concentrația necesară de IL-1Pa 10-100 ori depășesc limita în condițiile in vivo necesită o creștere înmiit a concentrației de IL-1Pa. Acest fapt poate explica parțial deficiența relativă a IL-1 RA și excesul de IL-1 în sinovia pacienților cu osteoartrită.

A doua clasă de inhibitori naturali ai citokinelor este reprezentată de receptorii solubili ai citokinelor. Un exemplu de astfel de inhibitori la oameni legați de patogeneza osteoartrozei sunt pIL-1P și pp55. Receptori de citokine solubili sunt forme de receptori normali trunchiat prin legarea la citokina, ele previn legarea lor la receptorii asociate membranei celulelor țintă, care acționează printr-un antagonism competitiv mecanism.

Precursorul principal al receptorilor solubili este IL-1PP legat de membrană. Afinitatea lui rIL-IP față de IL-1 și IL-1 PA este diferită. Astfel, pIL-1PH are o afinitate mai mare pentru IL-1p decât pentru IL-1 PA, iar pIL-1PI prezintă o afinitate mai mare pentru IL-1RA decât pentru IL-ip.

Pentru TNF există, de asemenea, două tipuri de receptori solubili - pp55 și pp75, cum ar fi receptorii solubili ai IL-1, aceștia fiind formați prin "șanțuri". In vivo, ambii receptori se găsesc în țesuturile articulațiilor afectate. Rolul receptorilor TNF solubili în patogeneza osteoartritei este dezbătut. Se crede că în concentrații scăzute stabilizează structura tridimensională a TNF și de a crește timpul de înjumătățire a citokinelor bioactive, în timp ce concentrațiile ridicate de PP55 și PP75 poate reduce activitatea TNF prin antagonism competitiv. Aparent, pp75 poate acționa ca un purtător al TNF, facilitând legarea sa la receptorul asociat membranei.

A treia clasă de inhibitori naturali ai citokinelor este reprezentată de un grup de citokine antiinflamatorii, care includ TGF-beta, IL-4, IL-10 și IL-13. Citokinele antiinflamatorii reduc producția de pro-inflamatoare, precum și unele proteaze, stimulează producerea de IL-1RA și TIMP.