Rolle av krystalldeponering i patogenesen av artrose

Hos 30-60% av pasienter med slitasjegikt, oppdages krystaller av basisk kalsiumfosfat (OFC) i leddvæske. I henhold til A. Swan et al (1994), som inneholder kalsium krystaller er i leddvæsken fra et mye større antall pasienter med osteoartritt, men på grunn av en for liten størrelse på krystallene eller liten mengde, kan de ikke identifiseres ved hjelp av konvensjonelle teknikker. Nærvær av basiske kalsiumfosfatkrystaller i leddvæsken korrelerer med radiologiske funn leddbrusk degenerasjon, og er forbundet med et stort volum eksudat i sammenligning med effusjon i kneledd uten krystaller. En studie av faktorer som påvirker den radiografisk progresjon gonarthrosis viste at avsetning av krystaller av kalsiumpyrofosfat-dihydrat (PFKD) er en prediktor for uønskede kliniske og radiologiske konsekvenser. I studiet av eldre pasienter fant at osteoartritt er forbundet med chondrocalcinosis, særlig i den laterale tibiofemoralnom avdeling av kneleddet og de tre første av de metakarpofalangealleddene leddene. Ofte, hos pasienter med slitasjegikt, detekteres begge typer krystaller - OFC og PFCD.

Klinisk er degenerasjonen av leddbrusk, forårsaket av avsetning av kalsiumholdige krystaller, forskjellig fra den i primær artrose. Hvis krystallene var en enkel epifenomenon av bruskdegenerasjon, ville de bli funnet i ledd som oftest er rammet av primær artrose, dvs. I kneet, hofte, små ledd i hendene. Tvert imot, påvirker sykdommer ved avsetning av krystaller ofte atypisk for primære osteoartrose ledd - skulder, håndledd, ulnar. Tilstedeværelsen av krystaller i det felles (ekssudat) væske er forbundet med en mer alvorlig degenerasjon av leddbrusk. Spørsmålet om hva som er årsaken og hva er konsekvensen er avsetning av krystaller eller degenerering av brusk. Mellomposisjonen antas av følgende antagelse: Den primære anomali av bruskmetabolisme fører til degenerasjon, og den sekundære avsetningen av krystaller akselererer nedbrytningen (den såkalte amplifikasjonssløyfeteorien).

Den eksakte mekanismen for skade på leddbrusk med kalsiumholdige krystaller er ikke kjent, dets individuelle elementer er gitt nedenfor. Teoretisk kan kalsiumholdige krystaller direkte skade kondrocytter. Men med histologisk undersøkelse er krystallene sjelden lokalisert nær kondrocytter, de blir enda mindre absorbert av dem. Mest sannsynlig er fagocytose krystaller synovialhinne celler med påfølgende isolering av proteolytiske enzymer eller cytokiner sekresjon, stimulerer sekresjon av enzymer av kondrocytter. Dette konseptet er understøttet av forsknings rolle PFKD-indusert synovitt i utviklingen av raskt fremover osteoartritt med pyrofosfat artropati. I løpet av dette studium i kaniner med osteoarthritis indusert delvis sideveis meniskektomi i den høyre kneledd ble injisert kalsiumpyrofosfat-dihydrat krystall (1 eller 10 mg), 1 gang per uke. Det viste seg at etter 8 injeksjoner i høyre kneledd var det betydelig mer alvorlige endringer i forhold til venstre. Intensitet av synovial betennelse var korrelert med intraartikulær injeksjon av kalsiumpyrofosfatkrystaller dihydrat og deres dose. Til tross for det faktum at brukt i denne studien, doser av krystaller PFKD overskrider de in vivo, resultatene tyder på en rolle for PFKD-indusert inflammasjon i progresjonen av osteoartritt ved pyrofosfat artropati.

Potensielle mekanismer for kalsiumholdig krystallinducerende skade på leddbrusk er forbundet med deres mitogene egenskaper, evnen til å indusere MMP, og stimulere syntesen av prostaglandiner.

Mitogen effekt av kalsiumholdige krystaller. Når kristallas-sotsiirovannyh artropatier ofte oppviser proliferasjon av synoviale celler foring, og krystallene seg bare delvis ansvarlig for denne prosessen. Økning av antallet av synovialceller ledsaget av øket sekresjon av cytokiner som fremmer chondrolysis og forårsake sekresjon av proteolytiske enzymer. OFC krystaller i konsentrasjoner detekteres i patologien av leddene i en human dose-avhengig stimulert mitogenese kulturer som hviler hudfibroblaster, synovial fibroblaster hunder og mus. Krystaller av kalsiumpyrofosfatdihydrat, urat, sulfat, karbonat og om kalsiumfosfat stimulerer cellevekst. Starting og aktiverer topp ( ³ H) -tymidin inkorporering, indusert disse krystallene blir motvirket av 3 timer sammenlignet med serum stimulering av blodceller. Kanskje er denne tidsperioden nødvendig for fagocytose og oppløsning av krystallene. Tilsetningen av kontrollkrystaller av samme størrelse (f.eks. Diamantstøv eller latexpartikler) stimulerte ikke mitogenese. Krystaller av natrium-urat monohydrat har svake mitogene egenskaper og meget dårligere enn for kalsium-urat, som indikerer viktigheten av mitogenese i kalsiuminnhold i krystallene. Syntetiske krystaller OFC hadde de samme mitogene egenskaper som krystaller oppnådd fra pasienter med kondrokalsinose. Kalsium krystaller mitogen virkning var ikke et resultat av økning av kalsiuminnholdet i det medium som omgir cellen in vitro, som det viktigste ved oppløsning av kalsiumfosfatkrystaller i mediet ikke stimulere inkorporeringen av ( ^3- H) -tymidin fibroblaster.

En av de foreslåtte mekanismene FCS-induserte mito genese er følgende: abnormal proliferasjon av synovialceller kan være forbundet (i det minste delvis) med endocytose og intracellulær oppløsning av krystallene, noe som fører til en økning i konsentrasjonen av Ca ²⁺ i cellecytoplasmaet og aktivering av kalsium-vei fører til mitogenese. Til støtte for dette konseptet tjener behov for direkte kontakt av cellen - krystallen for å stimulere mitogenese som celledyrknings utredning av krystaller forårsaket cellevekst og celle eksponering, berøvet muligheten for slik kontakt, ikke forårsake deres vekst. For å studere fagocytose trenge krystaller etter interaksjonen av en celle - krystall-celler dyrket med ⁴⁵ Ca-FCS og ( ^3- H) -tymidin. Det viste seg at som inneholder ⁴⁵ Ca CPCH celler omfatter et mye større antall ( ³ H) tymidin enn celler merket uten primær kalsiumfosfat. Undertrykkelsen av makrofag kultur cytokalasin endocytose krystaller forårsaket å inhibere oppløsning av krystaller, som også understreker behovet fagocytose.

Kalsiumholdige krystaller er oppløselige i syre. Etter fagocytose oppløses krystallene i et surt medium med fagolysosomer av makrofager. Klorokin, ammoniumklorid, bafilomitsin lizosomotrofnye A1 og alle midler som øker lysosomal pH doseavhengig inhiberer den intracellulære opptaket og oppløsning av krystallene ( ^3- H) -tymidin fibro-blaster dyrket med primære krystaller av kalsiumfosfat.

Tilsetning av OFC-krystaller til en monolagsfibroblastkultur forårsaket en umiddelbar tifold økning i intracellulært kalsiuminnhold, som returnerte til baseline etter 8 minutter. Kalsiumkilden var overveiende en ekstracellulær ion, siden krystallene av basisk kalsiumfosfat ble tilsatt til kalsiumfritt næringsmedium. Den neste økningen i intracellulær kalsiumkonsentrasjon ble observert etter 60 minutter og varet i minst 3 timer. Her var kildekilden fagocytiserte krystaller oppløst i fagolysosomer.

Det er blitt fastslått at den mitogene effekten av RPC krystaller er lik PDGF som en vekstfaktor; Som sistnevnte viser OFC-krystallene synergi med hensyn til IGF-1 og blodplasma. Blockaden av IGF-1 reduserer mitogenesen av celler som respons på OF. PG Mitchell et al (1989) viste at krystallene FCS-induksjon av mitogenese fibroblaster Balb / c- ₃ T ₃ kreve en serin / treonin proteinkinase C (PKC) - en av de viktigste mediatorer av signaler som genereres ved en ekstern stimulering celler hormoner, neurotransmittere og faktorer vekst. Nedgang PKC-aktivitet i celler av Balb / c- ₃ T ₃ inhiberer FCS-mediert induksjon av protooncogener c-fos og c-myc, men har ingen effekt på stimuleringen av slike onkogener mediert ved PDGF.

En økning i innholdet av intracellulært kalsium etter oppløsning av fagocytiserte krystaller er ikke den eneste signalveien for mitogenese. Når vekstfaktorer slik som PDGF binder seg med sin membran reseptor stimulerer fosfolipase C (fosfo-diesteraza) som gidroliziruetfosfatidilinozitol 4,5-bisfosfat å danne intracellulære budbringere - inositol-3-fosfat idiatsilglitserola. Den første frigjør kalsium fra det endoplasmatiske retikulum ved å modulere aktiviteten av kalsiumavhengig og kalsium / kalmodulin-avhengige enzymer slik som protein-kinaser og proteaser.

R. Rothenberg og N. Cheung (1988) rapporterte økt fosfolipase C-nedbrytning av fosfatidylinositol 4,5-bisfosfat i kaninsynovialceller som respons på stimulering av OFC-krystaller. Nyere signifikant øke innholdet av inositol-1-fosfat i cellene med den merkede ( ³ H) Inositol; toppen ble nådd innen 1 minutt og varte ca 1 time.

Diacylglycerol er en potensiell aktivator av kalsiumpyrofosfatdihydrat. Siden CRC krystallene øker aktiviteten av fosfolipase C, som fører til akkumulering av diacylglycerol, kan man derfor forvente en økning i aktivering av PKC. PG Mitchell et al (1989) sammenlignet effekten av FCS-krystaller og PDGF på fibroblaster DNA-syntese fra Balb / c- ₃ T ₃. I cellekultur ble PKC inaktivert ved inkubering av celler med en tumor-fikseringsprorbol diester (TFA), en analog av diacylglycerol. Langvarig stimulering med lave doser TFA reduserer aktiviteten til PKC, mens en enkelt stimulering med høy dose aktiverer. Stimuleringen av DNA-syntese ved RPC-krystaller ble undertrykt etter inaktivering av PKC, hvilket indikerer betydningen av dette enzymet i OFC-indusert mitogenese. Tidligere demonstrerte GM McCarthy og medforfattere (1987) sammenhengen mellom den mitogene responsen av humane fibroblaster og OFC-krystallene med aktivering av PKC. OFC-krystallene aktiverer imidlertid ikke fosfatidylinositol-3-kinase eller tyrosinkinaser, hvilket bekrefter det faktum at mekanismen for celleaktivering ved OPC-krystaller er selektiv.

Celleproliferasjon styres av en gruppe gener som kalles proto-onkogener. Protein fiende og thu, produkter av proto-onkogener c-fos og c-shus er lokalisert i cellekjernen og er assosiert med spesifikke DNA-sekvenser. Stimulering av ZT3-fibroblaster med OCP- krystaller resulterer i ekspresjonen av c-fos i flere minutter, som når maksimalt etter 30 minutter etter stimulering. Induksjonen av transkripsjon med -mouse OFC krystaller eller PDGF forekommer innen 1 time og når maksimalt etter 3 timer etter stimulering. Minst 5 h celler støtter et økt nivå av transkripsjon av c-fos og c-myc. I celler med inaktivert PKC hemmeres stimulering av c-fos og c-muss krystaller av RPA eller TPD signifikant, mens induksjon av disse PDGF-gener ikke endres.

Representanter for mitogenaktivert proteinkinasefamilie (MAP K) er nøkkelregulatorer av forskjellige intracellulære signalkaskader. En av underklassene til denne familien, p42 / p44, regulerer proliferasjonen av celler ved hjelp av en mekanisme som involverer aktiveringen av proto-onkogenene c-fos og c-jun. OFC- og PFCD-krystallene aktiverer proteinkinasens signalvei, hvor både p42 og p44 deltar, hvilket indikerer rollen av denne bane i mitogenese indusert av kalsiumholdige krystaller.

Endelig er transkripsjonskjernefaktor KB (NF-kB), som først ble beskrevet som immunoglobulin med lettkjede til (IgK) -gen, involvert i den OFC-induserte mitogenese. Dette er en indusert transkripsjonsfaktor, viktig for mange signalveier, siden den regulerer uttrykket av forskjellige gener. Induksjonen av NF-kB er vanligvis forbundet med frigjøring av inhibitoriske proteiner fra cytoplasma, kalt 1 kB. Etter NF-kB-induksjonen skjer translokasjon av den aktive transkripsjonsfaktoren til kjernen. OFC krystaller indusere NF-kB i Balb / c- ₃ T ₃ fibroblaster og humane hudfibroblaster.

Flere veier kan være involvert i signalering etter NF-KB aktivering, men alle involverer proteinkinaser som fosforylerer (og dermed nedbryter) 1 kB. Basert på resultatene av in vitro-studier ble det tidligere antatt at 1 kB tjener som substrat for kinaser (f.eks. PKC og proteinkinase A). Imidlertid ble et 1 kB kinasekompleks med stor molekylvekt nylig identifisert. Disse kinaser fosforylerer spesifikt serinrester på 1 kB. Aktivering av NF-kV TNF-a og IL-1 krever effektiv virkning av NF-KB-inducerende kinase (NIC) og 1KB kinase. Den molekylære mekanismen for NIC-aktivering er for tiden ikke kjent. Til tross for at OFC krystaller aktiverer både PKC og NF-kV, er det ikke kjent i hvilken grad disse to prosessene kan kobles sammen. Siden modifikasjonen av GKB-kinasen utføres ved fosforylering, utelukker ikke PKCs rolle ved induksjon av NFC-NFC-krystaller ved fosforylering og aktivering av GKB-kinasen. Til støtte for dette konseptet kan inhibering av PKC ved staurosporin OFC-krystallinsk-indusert mitogenese og NF-KB-uttrykk tjene som en støtte for dette konseptet. På lignende måte kan staurosporin hemme GkV-kinasen og hemmer derfor proteinkinase A og andre proteinkinaser.

Mekanismen for RPC-krystallinsk-indusert mitogenese i fibroblaster innbefatter således minst to forskjellige prosesser:

• rask membranbundet hendelse, som fører til aktivering av PKC og MAP K, induksjon av NF-KB og proto-onkogener,
• langsommere intracellulær oppløsning av krystallene, hvilket fører til en økning i det intracellulære innholdet av Ca2 ⁺ og deretter til aktiveringen av et antall kalsiumavhengige prosesser som stimulerer mitogenese.

[1], [2], [3]

Induksjonen av MMP-kalsiumholdige krystaller

Mediatorer av vevskader med kalsiumholdige krystaller er MMP-kollagenase-1, stromelysin, 92 kD gelatinase og kollagenase-3.

Gitt den hypotese ble foreslått forbindelse mellom innholdet CPCH krystaller og ledd-destruksjon av vev, hvorved krystaller CPCH og muligens noe kollagen utsatt for fagocytose av synovialceller. Stimulerte synovvits prolifererer og utskiller proteaser. Denne hypotesen ble testet in vitro ved tilsetning av naturlig eller syntetisk krystall CPCH, og andre PFKD sinovitsitov kultur i et menneske eller en hund. Aktiviteten av nøytrale proteaser og kollagenase øket dose-avhengig og var omtrent 5-8 ganger høyere sammenlignet med kontrollkulturen celler som ble dyrket uten krystaller.

I celler dyrket i et krystallholdig medium ble ko-induksjon av mRNA av kollagenase-1, stromelysin og gelatinase-92 kD detektert med den etterfølgende utskillelse av enzymer i mediet.

OFC krystaller forårsaket også akkumulering av kollagenase-1 mRNA og kollagenase-2 i modne svinekondrocytter med etterfølgende utskillelse av enzymer i mediet.

GM McCarty og medforfattere (1998) studerte rollen som intracellulær oppløsning av krystaller i den krystalliserte produksjonen av MMP. Økende lysosomal pH med bafilomitsina En deprimert intracellulær oppløsning av krystaller og svekke den proliferative respons av humane fibroblaster til CPCH krystaller, men ikke hemmer syntesen og sekresjon av MMP.

Verken krystaller av basisk kalsiumfosfat eller PFCD fremkalte ikke produksjon av IL-1 in vitro, i motsetning til natrium uratkrystaller.

Nåværende data indikerer tydelig direkte stimulering av MMP-produksjon av fibroblaster og kondrocyter ved kontakt med kalsiumholdige krystaller.

Symptomer på slitasjegikt vitner om den viktige rollen som MMP i sykdomsprogresjonen. Tilstedeværelsen av kalsiumholdige krystaller forsterker degenerasjonen av vevene i de berørte leddene.

Stimulering av prostaglandinsyntese

I tillegg til stimulering av cellevekst, sekresjon av enzymer kalsiumholdig krystaller forårsake frigjøring av prostaglandin fra kulturer av pattedyrceller, spesielt PGE ₂. Frigivelsen av PGE- ₂ skjer i alle tilfeller innen den første time etter eksponering av cellene til krystallene. R. Rothenberg (l 987) har fastslått at hovedkilden av arachidonsyre for syntese av PGE ₂ er fosfatidylcholin og fosfatidyletanolamin, og bekreftet også at fosfolipase A ₂ og fot - dominant bane produksjon av PGE ₂.

Som svar på effekten av krystaller av CPC, kan PGE1 også frigjøres. GM McCarty et al (1993,1994) studerte virkningen av PGE ₂, PGE, og dens analoge misoprostol på den mitogene respons av humane fibroblaster til krystaller CPCH. Alle tre agenter hemmet den mitogene responsen på en doseavhengig måte, med PGE og misoprostal som viste mer uttalt hemmende aktivitet. PGE og misoprostol, men ikke PGE2 _, hemmet akkumuleringen av kollagenase-mRNA som svar på effekten av OFC-krystaller.

MG McCarty og N. Cheung (1994) undersøkte mekanismen for RPC-mediert aktivering av PGE-celler. Forfatterne viste at PGE - en potent induser av intracellulært cAMP enn PGE ₂ og PGE inhiberer OFC-indusert mitogenese og MMP produksjon av cAMP-avhengig signalveien. Det er mulig at en økning i PGE-produksjon indusert av OFK-krystaller svekker deres andre biologiske effekter (mitogenese og MMP-produksjon) ved tilbakemeldingsmekanismen.

Inflammasjon indusert av krystaller

Kalsium-krystaller ofte finnes i leddvæsken hos pasienter med osteoartritt, men med episoder med akutt inflammasjon leukocytose sjelden som i osteoartrose og artropatier ved kristallassotsiirovannyh (f.eks syndrome "skulderleddet Milwaukee"). Flogistichesky potensial på krystallene kan være modifisert nær inhiberende faktorer. R. Terkeltaub et al (1988) demonstrerte evnen til serum og blodplasma i betydelig grad hemme nøytrofil respons granulotsitovov krystallisert basisk kalsiumfosfat. Faktorer som forårsaker en slik inhibering er krystallbindende proteiner. Undersøkelse av ett av disse proteinene - en _2- -HS glykoprotein (AHSr) - viste at ANSG er de mest potent og spesifikk inhibitor av nøytrofile granulocytter i respons krystaller CPCH. AHSr - whey protein av hepatisk opprinnelse; Det er kjent at sammenlignet med andre serumproteiner det i relativt høye konsentrasjoner i ben og mineralisert vev. Videre AHSr til stede i "noninflamed" synovial væske, og blir detektert på de primære krystaller av kalsiumfosfat i nativ leddvæske. Således er ikke utelukket for modulering sannsynlighet AHSr flogogennogo potensial kjerne av kalsiumfosfatkrystaller in betingelser in vivo.

For å oppsummere, presenterer vi to ordninger patogenesen av osteoartritt foreslåtte WB van den Berg et al (1999) og M. Sarrabba et al (1996), som kombinerer mekaniske, genetiske og biokjemiske faktorer.