Rollen av enzymer og cytokiner i patogenesen til slitasjegikt

I de senere år har en stor del forskning fokusert på identifisering av proteaser som er ansvarlige for nedbrytning av ECM i leddbrusk i slitasjegikt. Ifølge moderne ideer spilles en viktig rolle i patogenesen til slitasjegikt av matrise metalloproteaser (MMP). Pasienter med slitasjegikt har økt nivå på tre representanter for MMP - kollagenaser, stromelysiner og gelatinaser. Kollagenase er ansvarlig for nedbrytningen av nativt kollagen, stromelysin - kollagen type IV, laminin og proteoglykaner, azhelatinaza - for nedbrytning av gelatin, collagen IV, Vh XI typer elastin. I tillegg er tilstedeværelsen av et annet enzym - aggrecanase, som har egenskapene til MMPs og er ansvarlig for proteolysen av bruskbein-proteoglykanaggregatene.

Leddbrusk av humane kollagenaser identifisert tre typer nivåer som er forhøyet hos pasienter med osteoartritt - kollagenase-1 (MMP-1), kollagenase-2 (MMP-8), kollagenase-3 (MMP-13). Sameksistensen av tre forskjellige typer kollagenaser i leddbrusk indikerer at hver av dem spiller sin egen spesifikke rolle. Faktisk er kollagenase-1 og -2 er lokalisert hovedsakelig i det overflatiske og øvre mellomliggende sone av den artikulære brusk, mens kollagenase-3 er funnet i den nederste av de mellomliggende og dype soner. Videre har resultatene fra immunohistokjemiske studier vist at under forløpet av osteoartritt nivået av kollagenase-3 når et platå eller til og med avtar, mens nivået av kollagenase-1 økes gradvis. Det er bevis på at for osteoartritt kollagenase-1 er hovedsakelig involvert i den inflammatoriske prosessen i den artikulære brusk, mens kollagenase-3 - med vev-omforming. Uttrykt i brusk hos pasienter med OA kollagenase 3 utfører nedbrytningen av type II kollagen mer intensivt enn kollagenase-1.

Av representanter for den andre gruppen metallproteaser Humant stromelizinovu identifisert som tre - stromelysin-1 (MMP-3), stromelysin-2 (MMP-10) og stromelysin-3 (MMP-11). I dag er det kjent at bare stromelysin-1 er involvert i den patologiske prosessen i slitasjegikt. I synovialmembranen av pasienter med osteoartritt bestemmes ikke stromelysin-2, men det er funnet i meget små mengder i synovial fibroblaster fra pasienter med reumatoid artritt. Stromelysin-3 finnes også i synovialmembranen hos pasienter med revmatoid artritt nær fibroblaster, spesielt i fibrosisoner.

I gruppen av gelatinaser i human brusk vev identifiseres bare to - 92 kDa gelatinase (gelatinase B, eller MMP-9) og 72 kDa gelatinase (gelatinase A, eller MMP-2); hos pasienter med slitasjegikt, bestemmes en økning i nivået på 92 kD gelatinase.

Ikke så lenge siden ble det identifisert en annen gruppe MMP som er lokalisert på overflaten av cellemembraner og kalles MMP-membran type (MMP-MT). Til denne gruppen tilhører fire enzymer - MMP-MT1-MMP-MT-4. MMP-MT-uttrykk er funnet i den humane leddbrusk. Selv om MMP-MT-1 har egenskapene til kollagenase, er både MMP-MT-1 og MMP-MT-2 i stand til å aktivere gelatinase-72 kD og kollagenase-3. Rollen av denne gruppen av MMP i patogenesen av OA krever forfining.

Proteinaser utskilles i form av en zymogen, som aktiveres av andre proteinaser eller organiske forbindelser av kvikksølv. Den katalytiske aktiviteten til MMP avhenger av tilstedeværelsen av sink i den aktive sone av enzymet.

Den biologiske aktiviteten til MMP styres av spesifikke TIMPs. Hittil har tre typer TIMP blitt identifisert som finnes i det humane leddvæv, TIMP-1-TIMP-3. Den fjerde typen TIMP er identifisert og klonet, men den har ikke blitt detektert i det menneskelige leddvæv. Disse molekylene bindes spesifikt til det aktive sete av MMP, selv om noen av dem er i stand til å binde den aktive stilling av 72 kDa progelatinase (TIMP-2, -3, -4) og 92 kDa progelatinase (TIMP-1 og -3). Dataene viser at den OA leddbrusk i en ubalanse mellom MMP'er og TIMPs som resulterer i en relativ mangel av inhibitorer som kan være delvis relatert til økt MMP-aktivitet i vevet. TIMP-1 og -2 finnes i leddbrusk, de syntetiseres av kondrocytter. Med slitasjegikt i synovialmembranen og synovialvæsken er bare den første typen TIMP blitt detektert. TIMP-3 oppdages eksklusivt i ECM. TIMP-4 har en nesten identisk aminosyresekvens med TIMP-2 og -ZINA på ca. 38% -STIMP-1 med nesten 50%. I andre målceller er TIMP-4 ansvarlig for modulerende aktivering av 72 kD progestogenase på celleoverflaten, noe som indikerer en viktig rolle som en vevsspesifikk regulator for ECM remodeling.

En annen mekanisme for å kontrollere MMPs biologiske aktivitet er deres fysiologiske aktivering. Det antas at enzymer fra familien av serin og cysteinproteaser, som henholdsvis AP / plasmin og katepsin B, er fysiologiske aktivatorer av MMP. I leddbrusk hos pasienter med slitasjegikt ble det oppdaget et forhøyet nivå av urokinase (UAP) og plasmin.

Til tross for det faktum at flere typer kathepsiner er funnet i det felles vev, betraktes cathepsin-B som den mest sannsynlige aktivatoren til MMP i brusk. I vev i det menneskelige leddet ble fysiologiske inhibitorer av serin og cysteinproteaser påvist. Aktiviteten til inhibitoren AP-1 (IAP-1), samt cysteinproteaser, reduseres hos pasienter med slitasjegikt. På samme måte som MMP / TIMP, er det ubalansen mellom serin og cysteinproteaser og deres inhibitorer som kan forklare den økte MMP-aktiviteten i leddbrusk hos pasienter med slitasjegikt. I tillegg er MMPer i stand til å aktivere hverandre. For eksempel aktiverer stromelysin-1 kollagenase-1, kollagenase-3 og gelatinase 92 kD; Kollagenase-3 aktiverer 92 kD gelatinase; MMP-MT aktiverer kollagenase-3, og gelatinase-72 kD potenserer denne aktiveringen; MMP-MT aktiverer også 72 kD gelatinase. Cytokiner kan deles inn i tre grupper - destruktive (proinflammatoriske), regulatoriske (inkludert antiinflammatoriske) og anabole (vekstfaktorer).

Typer cytokiner (ifølge van den Berg WB et al)

Destruktiv	Interleukin-1 TNF-alfa Leukemisk Inhiberende Faktor Interleukin-17
Regulatoriske	Interleukin-4 Interleukin-10 Interleukin-13 Enzyminhibitorer
Anabole	Msulin-lignende vekstfaktorer SFT-b Benmorfogenetiske proteiner Morfogenetiske proteiner avledet fra brusk

Destruktive cytokiner, i særdeleshet IL-1-indusert økning i frigivelsen av proteaser og hemme syntesen av proteoglykaner og kollagener kondrocytter. Regulatoriske cytokiner, spesielt IL-4 og -10, inhiberer produksjon av IL-1-reseptorantagonist, for å øke produksjonen av IL-1 (IL-1 RA), og redusere nivået og NO-syntase-aktivitet i kondrocytter. Således tilveiebringer IL-4 antagonizes IL-1 på tre måter: 1) reduserer produksjonen og hindrer dens effekter, 2) øker produksjonen av grunnleggende "scavenger" IL-1Pa og 3) reduserer produksjonen av primær, sekundær "budbringer» NR. I tillegg reduserer IL-4 enzymatisk vevsforringelse. In vivo betingelser oppnås den optimale terapeutiske effekt med kombinasjonen av IL-4 og IL-10. Anabole faktorer, slik kakTFR-p, og IGF-1, egentlig ikke interfererer med produksjonen eller virkningen av IL-1, men viser den motsatte aktivitet, for eksempel, å stimulere syntesen av proteoglykan og kollagen, hemme proteaseaktivitet og TGF (3, inhiberer også frigjøring av enzymer og stimulerer deres inhibitorer.

Proinflammatoriske cytokiner er ansvarlige for økt syntese og ekspresjon av MMP i det felles vev. De syntetiseres i synovialmembranen, og diffunderes deretter inn i leddbrusk gjennom synovialvæsken. Proinflammatoriske cytokiner aktiverer kondrocytter, som igjen er i stand til å produsere pro-inflammatoriske cytokiner. I leddene som er berørt av osteoartrose, spilles rollen av effektoren av betennelse hovedsakelig av cellene i synovialmembranen. Det er synovitt av makrofag typen som utskiller proteaser og inflammatoriske mediatorer. Blant dem, i patogenesen av artrose, er IL-f, TNF-a, IL-6, leukemisk inhibitorisk faktor (LIF) og IL-17 involvert i størst grad.

Biologisk aktive stoffer som stimulerer leddbrusk nedbrytning i slitasjegikt

• Interleukin-1
• Interleukin-3
• Interleukin-4
• TNF-alfa
• Kolonistimulerende faktorer: makrofag (monocytisk) og granulocyt-makrofag
• Stoff P
• PGE ₂
• Aktivatorer av plasminogen (vev og urokinase typer) og plasmin
• Metalloproteaser (kollagenaser, ellastaser, stromelysiner)
• Cathepsins A og B.
• Thriller
• Bakterielle lipopolysakkarider
• Fosfolipase Ag

Data fra litteraturen indikerer at IL-ip og muligens TNF-a er de viktigste mediatorene for ødeleggelse av leddvev i slidgikt. Det er imidlertid fortsatt ikke kjent om de opererer uavhengig av hverandre eller det er et funksjonelt hierarki mellom dem. På modeller av osteoartritt hos dyr ble det vist at IL-1 blokade effektivt hindrer ødeleggelse av leddbrusk, mens blokkering av TNF-alfa fører til en svekkelse av inflammasjon i felles vev. I synovialmembranen, synovialfluid og brusk hos pasienter ble økte konsentrasjoner av begge cytokiner påvist. Kondrocyttene er i stand til å øke syntesen av ikke bare proteaser (MMP-er og hovedsakelig AP), men også mindre kollagener, slik som type I og III, samt redusere syntesen av kollagen type II og IX og proteoglykaner. Disse cytokiner stimulerer også aktive oksygenarter og inflammatoriske mediatorer som PGE ₂. Resultatet av slike makromolekylære endringer i leddbrusk med slitasjegikt er ineffektiviteten til reparasjonsprosesser, noe som fører til ytterligere nedbrytning av brusk.

De ovennevnte proinflammatoriske cytokiner modulerer prosessene for inhibering / aktivering av MMP i slitasjegikt. For eksempel kan manglende likevekt mellom nivåene av TIMP-1 og MMP-er i brusk i osteoarthritis være mediert av IL-ip, fordi undersøkelsen in vitro viste at økende konsentrasjoner av IL-1beta reduserer konsentrasjonen av TIMP-1 og MMP øket syntese av kondrocytter. Syntese av AP moduleres også av IL-1beta. Stimulering in vitro kondrocytter av leddbrusk med IL-1 vyzyvet økning doseavhengig i syntese og skarp AP reduksjon av syntese av PAI-1. Evnen til IL-1 for å redusere syntesen av PAI-1-syntese og stimulere AP er en effektiv mekanisme for generering av plasminaktivering og MMP. I tillegg er plasmin ikke bare en enzymaktive andre enzymer, også deltar det i nedbrytningen av brusk ved direkte proteolyse.

IL-ip blir syntetisert som et inaktivt forstadium masse 31 kD (pre-IL-ip), Azat, etter spaltning av signalpeptidet blir omdannet til aktivt cytokin fra vekten på 17,5 kD. I vev i leddene, inkludert synovialmembranen og leddvæske av leddbrusk, IL-ip detektert i aktiv form, og i studier in vivo demonstrert evne av synovialmembranen i osteoartritt utskiller dette cytokinet. Noen serinproteaser er i stand til å konvertere pre-IL-ip til sin bioaktive form. Hos pattedyr har slike egenskaper finnes i bare en protease, som tilhører familien av cystein aspartatspetsificheskih enzymer kalt IL-1 p-omdannende enzym (IKF eller caspase-1). Dette enzymet er i stand til spesifikt å omdanne pre-IL-ip biologisk aktiv "modne" IL-ip med en masse på 17,5 kD. IKF - et proenzym med en molekylvekt på 45 kDa (p45), som er lokalisert i cellemembranen. Etter proenzima P45 proteolytisk spaltning for å danne to underenheter, som er kjent som p10 og p20, som er karakteristisk for enzymatisk aktivitet.

TNF-a syntetiseres også som en membranbunden forløper med en masse på 26 kD; ved proteolytisk spaltning frigjøres den fra cellen som en aktiv oppløselig form med en masse på 17 kD. Proteolytisk spaltning utføres av TNF-a-konverterende enzym (TNF-KF), som tilhører familien av adamalysiner. AR Amin og medforfattere (1997) fant økt ekspression av TNF-CF mRNA i leddbrusk hos pasienter med slitasjegikt.

Biologisk aktivering av kondrocytter og sinovitsitov IL-1 og TNF-a formidles ved binding til spesifikke reseptorer på celleoverflaten - IL-R og TNF-R. For hvert cytokin er to typer reseptorer identifisert: IL-IP av type I og II og TNF-P I (p55) og II (p75). For overføring av signaler i cellene i det felles vev, svarer IL-1PI og p55. IL-1P type I har en litt høyere affinitet for IL-1beta enn for IL-la; IL-1P type II - tvert imot har større affinitet for IL-1a enn for IL-ip. Det er fortsatt uklart hvorvidt IL-IP II typesignaler mediere IL-1, eller det er den eneste forbindelse til konkurrerende hemming av IL-1 til IL-1RI type. I hondroiitah og synoviale fibroblaster fra pasienter med osteoartritt finne en stor mengde IL-1PI og p55, som i sin tur forklarer den høye følsomheten til disse cellene på stimulering med cytokiner relevante. Denne prosessen fører både til en økning i sekretjonen av proteolytiske enzymer og til ødeleggelsen av leddbrusk.

Det er ikke utelukket at IL-6 deltar i den patologiske prosessen i slitasjegikt. Denne forutsetningen er basert på følgende observasjoner:

• IL-6 øker antall inflammatoriske celler i synovialmembranen,
• IL-6 stimulerer proliferasjonen av kondrocytter,
• IL-6 øker virkningen av IL-1 ved å øke syntesen av MMP og hemme syntesen av proteoglykaner.

Imidlertid, IL-6 er i stand til å indusere produksjonen av TIMP, men påvirker ikke produksjonen av MMP er derfor ansett at dette cytokinet er involvert i prosessen med oppsamling av proteolytisk nedbrytning av leddbrusk, som er utført gjennom en feedback-mekanisme.

En annen representant for IL-6-familien er LIF - cytokin som er produsert ved kondrocytter oppnådd fra pasienter med osteoartritt, som respons på stimulering med pro-inflammatoriske cytokiner IL-ip og TNF-a. LIF stimulerer resorpsjonen av proteoglycaner av brusk, samt syntesen av MMP og NO-produksjon. Denne cytokins rolle i slitasjegikt er ikke fullt ut forstått.

IL-17 er en 20-30 kD homodimer som har IL-1-lignende virkning, men langt mindre uttalt. IL-17 stimulerer syntesen og isoleringen av et antall pro-inflammatoriske cytokiner, inkludert IL-ip, TNF-a, IL-6 og MMP i målceller, for eksempel i humane makrofager. I tillegg stimulerer IL-17 ingen produksjon med kondrocytter. Som LIF har rollen som IL-17 i patogenesen til OA blitt lite studert.

Uorganisk friradikal NO spiller en viktig rolle i nedbrytningen av leddbrusk med OA. Kondrocytter oppnådd fra pasienter med slitasjegikt produserer mer NO så spontant, samt etter stimulering med proinflammatoriske cytokiner sammenlignet med normale celler. Et høyt NO innhold finnes i synovialvæsken og serumet hos pasienter med slitasjegikt - resultatet av økt ekspresjon og syntese av inducerte NO-syntase (hNOC), et enzym som er ansvarlig for NO-produksjon. For nylig ble DNA av kondrocytspesifikke hNOC klonet, enzymets aminosyresekvens ble bestemt. Aminosyresekvensen indikerer en 50% identitet og 70% likhet med hNOC spesifikt for endotelet og nevralvevet.

NO hemmer syntesen av makromolekyler av ECM av leddbrusk og stimulerer syntesen av MMP. Videre er en økning i NO-produksjon ledsaget av en reduksjon i syntesen av antagonisten IL-IP (IL-1RA) ved kondrocytter. Således fører en økning i nivået av IL-1 og en reduksjon i IL-1 RA til hyperstimulering av NO av kondrocytter, hvilket igjen fører til økt nedbrytning av bruskmatrisen. Det har vært rapporter om en terapeutisk effekt in vivo av en selektiv hNOC-inhibitor på progresjonens artrose.

Naturlige cytokininhibitorer kan direkte hemme bindingen av cytokiner til reseptorene av cellemembraner, og redusere deres proinflammatoriske aktivitet. Naturlige inhibitorer av cytokiner kan deles inn i tre klasser i henhold til deres virkemåte.

Den første klassen av inhibitorer inkluderer reseptorantagonister, som hindrer binding av liganden til dets reseptor ved konkurranse for bindingsstedet. Hittil har en slik inhibitor kun blitt funnet for IL-1, den ovenfor nevnte konkurrerende inhibitor av IL-1 / ILIP IL-1 PA-systemet. IL-1 RA blokkerer mange av virkningene som er observert i vev i leddene i osteoartritt, herunder syntesen av prostaglandiner av synovialceller, fremstilling av collagenase av kondrocytter og nedbrytning av leddbrusk i kabinettet.

IL-1RA påvises i forskjellige former - en oppløselig (rIL-1PA) og to intercellulær (μIL-lPAI og μIL-1APAP). Affiniteten av den oppløselige formen av IL-1RA er 5 ganger den av intercellulære former. Til tross for det intensive vitenskapelige søk, er funksjonen til sistnevnte fortsatt ukjent. Eksperimety in vitro har vist at inhibering av IL-1beta-aktivitet nødvendige konsentrasjonen av IL-1Pa 10-100 ganger overskrider grensen, under de betingelser som in vivo krever et tusen ganger økning i konsentrasjonen av IL-1Pa. Dette faktum kan delvis forklare den relative mangelen på IL-1 RA og overskytende IL-1 i synovia hos pasienter med slitasjegikt.

Den andre klassen av naturlige inhibitorer av cytokiner er representert ved oppløselige reseptorer av cytokiner. Et eksempel på slike inhibitorer hos mennesker relatert til patogenesen av osteoartrose er pIL-1P og pp55. Løselige cytokin-reseptorer er avkortede former av normale reseptorer ved å binde til cytokinet, vil de forhindre deres binding til membranbundne reseptorer på målceller, som virker ved en mekanisme kompetitiv antagonisme.

Hovedprekursoren til oppløselige reseptorer er membranbundet IL-1PP. Affiniteten til rIL-IP med hensyn til IL-1 og IL-1 PA er forskjellig. PIL-1PH har således større affinitet for IL-1p enn for IL-1 PA, og pIL-1PI viser større affinitet for IL-1RA enn for IL-ip.

For TNF finnes det også to typer oppløselige reseptorer - pp55 og pp75, som oppløselige IL-1-reseptorer, de dannes ved "sheeding" (dumping). In vivo finnes begge reseptorer i vevene i de berørte leddene. Rollen av oppløselige TNF-reseptorer i patogenesen til artrose diskuteres. Det foreslås at i lave konsentrasjoner stabiliserer de den tredimensjonale strukturen til TNF og øker halveringstiden for det bioaktive cytokinet, mens høye konsentrasjoner av pp55 og pp75 kan redusere TNF-aktivitet gjennom konkurrerende antagonisme. Tilsynelatende kan pp75 virke som en bærer av TNF, forenkle sin binding til den membranassosierte reseptoren.

Den tredje klassen av naturlige inhibitorer av cytokiner er representert av en gruppe antiinflammatoriske cytokiner, som inkluderer TGF-beta, IL-4, IL-10 og IL-13. Antiinflammatoriske cytokiner reduserer produksjonen av pro-inflammatorisk, så vel som noen proteaser, stimulerer produksjon av IL-1RA og TIMP.