Pembaikan tulang rawan artikular dan faktor pertumbuhan dalam patogenesis osteoarthritis

Terima kasih kepada kemajuan bioteknologi, khususnya teknologi pengklonan, baru-baru ini senarai pertumbuhan faktor pertumbuhan, yang, sebagai faktor anabolik, memainkan peranan penting tetapi tidak dapat difahami sepenuhnya dalam patogenesis osteoarthritis.

Kumpulan pertama faktor pertumbuhan, yang akan dibincangkan di bawah, adalah IGF. Mereka berada dalam kuantiti yang banyak terdapat dalam serum, mempunyai beberapa sifat umum dengan insulin. IGF-2 lebih banyak ciri untuk peringkat perkembangan embrio, sedangkan IGF-1 adalah wakil kumpulan yang dominan dalam orang dewasa. Kedua-dua wakil kumpulan ini bertindak dengan mengikat saya yang menaip reseptor IGF. Jika IGF-2, fungsi itu tidak diketahui, nilai IGF-1 telah ditentukan - ia mampu stimulirvovat proteoglikan sintesis oleh kondrosit dan ketara menghalang proses katabolik dalam rawan artikular. IGF-1 adalah rangsangan anabolik utama untuk sintesis proteoglisans oleh chondrocytes, hadir dalam cecair serum dan sinovial. IGF-1 merupakan faktor penting untuk penanaman kondroit dalam model eksperimen dalam model vitro koleraemia . Adalah dicadangkan bahawa IGF-1 memasuki cecair sinovial dari plasma darah. Di samping itu, chondrocytes biasa menghasilkan kedua-dua faktor - ungkapan IGF-1 dan IGF-2 ditemui dalam membran sinovial dan tulang rawan pesakit dengan osteoarthritis. Dalam rawan normal, IGF-1 tidak mempunyai sifat mitogenik, tetapi ia boleh merangsang perkembangan sel dalam matriks yang rosak, yang menunjukkan penyertaan dalam proses reparatif.

Bahan aktif secara biologi yang merangsang pembetulan dan mengurangkan kemerosotan rawan artikular

• Insulin
• Gamma-interferon
• Hormon pertumbuhan, androgen
• Somatomedins (IPF-1 dan -2)
• TGF-beta (faktor pertumbuhan tisu)
• Faktor pertumbuhan yang diperoleh dari platelet
• Faktor pertumbuhan utama fibroblas
• EGF
• Antagonis reseptor Il-1
• Protein TNF-a-mengikat
• Inhibitor jaringan metalloproteases
• ₂ -makrogloʙulin
• alpha-antitrypsin
• Kutu, makroglobulin
• Pg-antichimotripsin

Tindakan IGF-1 dan IGF-2 dikawal oleh pelbagai protein mengikat IGF (IGF-SB), yang juga dihasilkan oleh kondroit. IGF-Sa boleh berfungsi sebagai pembawa, dan juga mempunyai IGF-menyekat aktiviti diasingkan daripada tulang rawan artikular pesakit sosteoartrozom sel menghasilkan jumlah melebihi IGF-Sa, menunjukkan bahawa menyekat kesan IGF. J. Martel-Pelletier et al (1998) menunjukkan bahawa walaupun IGF-1 sintesis dalam rawan dalam kenaikan osteoarthritis sedikit kondrosit bertindak balas kepada IGF-1 rangsangan. Ternyata fenomena ini dikaitkan (sekurang-kurangnya sebahagiannya) dengan peningkatan tahap IGF-SB. IGF-SB mempunyai pertalian yang tinggi untuk IGF dan merupakan biomodulator penting dalam aktivitinya. Sehingga kini, tujuh jenis IGF-SB telah dikaji, gangguan IGF-SB-3 dan IGF-SB-4 memainkan peranan penting dalam osteoarthritis.

Satu lagi faktor pertumbuhan faktor yang memaparkan kesan yang berlainan pada chondrocytes termasuk faktor pertumbuhan platelet yang diperolehi (PDGF), FGF dan TGF-beta. Faktor ini dihasilkan bukan sahaja oleh kondroit, tetapi juga oleh sinovitis yang diaktifkan. FGF mempunyai sifat anabolik dan katabolik bergantung kepada kepekatan dan keadaan rawan artikular. PDGF mengambil bahagian dalam mengekalkan homeostasis VKM rawan artikular, tidak mempunyai sifat mitogenik yang jelas. Untuk faktor pertumbuhan ini, keupayaan untuk meningkatkan sintesis proteoglisans dan mengurangkan degradasi mereka diketahui.

TGF-beta mempunyai minat khusus dari segi mengkaji peranannya dalam patogenesis osteoarthritis. Beliau adalah anggota superfamil TGF yang besar, mempunyai sifat fungsional dan isyarat yang umum dengan faktor pertumbuhan baru BMP (protein morfogenetik tulang).

Faktor TGF-beta-pleiotropik: di satu pihak, ia mempunyai sifat imunosupresif, di sisi lain - ia adalah faktor chemotactic dan stimulator yang kuat terhadap percambahan fibroblas. Sifat unik TGF-beta adalah keupayaan untuk menghalang pembebasan enzim daripada sel-sel yang berbeza dan meningkatkan pengeluaran penghalang enzim (contohnya, TIMP). TGF-beta dianggap pengawal penting kerusakan tisu akibat keradangan. Jadi, dalam tisu rawan artikular, TGF-beta secara signifikan merangsang pengeluaran matriks oleh chondrocytes, terutamanya selepas pendedahan terlebih dahulu dengan faktor ini. Rawan normal tidak sensitif kepada TGF-beta. Pada pesakit dengan OA, TGF-P merangsang penghasilan aggrecan dan proteoglycans kecil dalam rawan artikular.

TGF-beta dihasilkan oleh banyak sel, khususnya chondrocytes. Ia dikeluarkan dalam bentuk laten yang dikaitkan dengan protein khas yang dikenali sebagai "protein yang berkaitan dengan kependaman" (BAL). Dissociation dengan protein ini dilakukan oleh protease, yang dihasilkan dalam jumlah besar dalam tisu meradang. Selain daripada TGF-beta, yang dihasilkan oleh sel-sel aktif, bentuk laten faktor ini adalah elemen penting reaktiviti TGF-beta dalam tisu selepas kerosakan tempatan. TGF-beta dalam jumlah yang besar terkandung dalam cecair synovial, membran sinovial dan tulang rawan sendi terjejas oleh osteoartritis. Dalam bidang tisu yang rosak di mana terdapat infiltrat keradangan, pengekstrakan TNF dan IL-1 dikesan, sedangkan di kawasan dengan fenomena fibrosis hanya ekspresi TGF-beta dikesan.

Inkubasi budaya chondrocytes yang diperolehi daripada pesakit dengan osteoartritis dengan TGF-beta menyebabkan peningkatan yang signifikan dalam sintesis proteoglycans oleh sel-sel ini. Penghidratan TGF-beta daripada chondrocytes biasa menyebabkan peningkatan dalam sintesis proteoglycans hanya selepas beberapa hari pengeraman. Mungkin masa ini, ia adalah perlu untuk menukar phenotype sel-sel di bawah pengaruh TGF-beta (contohnya, untuk menukar compartmentalization yang dipanggil proteoglikan: proteoglikan baru ditubuhkan terletak hanya sekitar kondrosit).

Telah diketahui bahawa pengaktifan sintesis faktor pertumbuhan, khususnya, TGF-beta, merupakan suatu hubungan penting dalam patogenesis fibrosis ginjal dan hati, pembentukan parut semasa penyembuhan luka. Peningkatan beban pada kondrosit in vitro membawa kepada kelebihan pengeluaran TGF-beta, manakala penurunan dalam sintesis proteoglikan selepas anggota badan immobilization boleh diimbangi oleh TGF-beta. TGF-beta mendorong pembentukan osteophytes di zon marginal sendi sebagai mekanisme untuk menyesuaikan diri dengan perubahan beban. IL-1, menyebabkan proses keradangan sederhana dalam sinovia sebagai tindak balas kepada kerosakan sendi, menggalakkan pembentukan kondroit dengan fenotip diubahsuai, yang menghasilkan jumlah yang berlebihan.

Berulang suntikan tempatan rekombinan TGF-beta dalam kepekatan yang tinggi membawa kepada pembangunan osteoartritis selaras tikus C57B1 - pembentukan osteophytes, yang merupakan ciri osteoartritis manusia, dan kerugian yang ketara proteoglikan dalam "sempadan ikal" Kawasan.

Untuk memahami berlebihan TGF-beta ini dikenali untuk menukar tulang rawan, ia harus diperhatikan bahawa pendedahan TGF-P mendorong phenotype ciri perubahan kondrosit subkelas proteoglikan disintesis dan melanggar integrasi normal komponen ECM. Dan IGF-1 dan TGF-beta merangsang sintesis proteoglikan oleh kondrosit berbudaya dalam alginate, tetapi kedua juga mendorong proteoglikan compartmentalization kononnya. Lebih-lebih lagi, ia telah mendapati bahawa TGF-beta meningkatkan collagenase-3 (MMP-13) dalam kondrosit diaktifkan yang mencapah dari konsep umum TGF-beta sebagai faktor yang sebaliknya mengurangkan pelepasan proteases merosakkan. Walaupun tidak diketahui terlibat jika TGF-beta yang disebabkan sintesis MMP-13 dalam patogenesis OA. TGF-beta bukan sahaja merangsang sintesis proteoglikan, tetapi juga menyumbang kepada pemendapan mereka di ligamen dan tendon, meningkatkan ketegangan dan mengurangkan pelbagai gerakan dalam sendi.

CIP adalah ahli superfamil TGF-beta. Sebahagian daripada mereka (CML-2, CML-7 dan CMS-9) mempunyai sifat merangsang sintesis proteoglisans oleh chondrocytes. CMP melaksanakan kesannya dengan mengikat reseptor tertentu di permukaan sel; laluan isyarat TGF-beta dan CMS agak berbeza. Seperti TGF-beta, isyarat dari CMP dihantar melalui kompleks reseptor serina / threonine kinase I dan II. Dalam kompleks ini, penerima II jenis istrans-fosforilasi dan mengaktifkan reseptor Jenis I, yang menghantar isyarat untuk memberi isyarat kepada molekul Smad. Setelah menerima isyarat Smad, mereka dengan cepat fosforilasi. Sekarang diketahui bahawa Smad-1, -5 dan -8 di fosforilasi dalam jalur isyarat CMP, dan Smd-2 dan Smad-3 dalam laluan isyarat TGF-beta. Kemudian bernama Smad dikaitkan dengan Smad-4, yang biasa dengan jalur isyarat semua wakil-wakil superfamil TGF-beta. Fakta ini menjelaskan kehadiran merentas fungsi ahli-ahli superfamily daripada TGF-beta, serta fenomena perencatan salingan laluan isyarat daripada TGF-beta, dan Suruhanjaya dengan bersaing untuk komponen yang sama. Tidak lama dahulu, satu lagi kelas protein Smad dikenal pasti, yang diwakili oleh Smad-6 dan -7. Molekul ini bertindak sebagai pengawal selia laluan isyarat TGF-beta dan CML.

Walaupun pada hakikatnya bahawa kesan merangsang pada Suruhanjaya untuk masa yang lama, sintesis proteoglikan, terkenal dengan peranan mereka dalam mengawal fungsi rawan artikular masih kontroversi kerana kemampuannya yang terkenal untuk mendorong dedifferentiation sel ILC merangsang pembentukan kalsifikasi dan tulang. M. Enomoto-Iwamoto dan rakan-rakan (1998) telah menunjukkan bahawa interaksi dengan ILC ILC-jenis II reseptor diperlukan untuk mengekalkan fenotip berbeza kondrosit dan kawalan percambahan dan hipertropi mereka. Menurut LZ Sailor et al (1996), ILC-2 menyokong phenotype kondrosit dalam budaya selama 4 minggu, tanpa menyebabkan hipertropi. KMP-7 (sama dengan osteogenic protein-1) menyokong panjang matang kondrosit phenotype rawan berbudaya dalam alginate.

Pengenalan KMP-2 dan -9 ke sendi lutut tikus meningkatkan sintesis proteoglisans sebanyak 300%, dan lebih daripada TGF-beta. Walau bagaimanapun, kesan merangsang ternyata bersifat sementara, dan selepas beberapa hari tahap sintesis kembali kepada yang asal. TGF-beta menyebabkan rangsangan sintesis proteoglycan yang lebih panjang, yang mungkin disebabkan oleh autoinduksi TGF-beta dan pemekaan kondroit dengan faktor ini.

TGF-beta bertanggungjawab hondrofitov pembentukan yang boleh dianggap sebagai kesan tidak diingini tindakan, KMP-2 juga menggalakkan hondrofitov pembentukan, tetapi pada lain bahagian tepi artikular (terutamanya dalam plat pertumbuhan).

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]

Protein morphogenetic rawan

Protein morfogenetik rawan (XMP-1 dan -2) adalah satu lagi wakil TGF-beta superfamili, yang diperlukan untuk pembentukan tisu kartilaginus semasa perkembangan anggota badan. Mutasi gen HMP-1 menyebabkan chondrodysplasia. Mungkin, KMP mempunyai profil berorientasi rawan yang lebih selektif. Walaupun fakta bahawa TGF-beta dan CMP dapat merangsang kondroit, mereka boleh bertindak pada banyak sel lain, jadi penggunaannya untuk pembaikan tulang rawan dapat disertai dengan kesan sampingan. Kedua-dua jenis CMP didapati dalam rawan sendi sihat yang terjejas oleh osteoarthrosis, mereka menyumbang kepada pembaikan ECM rawan artikular selepas degradasi enzimatik, menyokong fenotip biasa.

[8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17]

Sinergi faktor pertumbuhan

Satu faktor pertumbuhan mampu mendorong dirinya sendiri, serta faktor pertumbuhan lain, interaksi ini dikawal dengan baik. Sebagai contoh, FGF bersama-sama dengan faktor pertumbuhan yang lain memberikan pembaikan tulang belakang artikular yang lebih berkesan selepas kecacatan traumatik. IGF-1 bersama-sama dengan TGF-beta secara signifikan mendorong fenotip normal kondroit apabila mereka dibiakkan secara in vitro. Ia telah menunjukkan bahawa TGF-beta mengganggu pengeluaran IGF-1 dan IGF-SB, dan juga deposkopi reseptor IGF-1, merangsang pengikatan IGF-1. Dalam rawan tikus yang utuh, sinergi terhadap IGF-1 dengan banyak faktor pertumbuhan diperhatikan. Walau bagaimanapun, tindak balas ringan terhadap kondroit dalam IGF-1 tidak dapat disamakan menggunakan kombinasi dengan faktor pertumbuhan yang lain.

Interaksi sitokin anabolik dan destruktif

Faktor pertumbuhan menunjukkan interaksi kompleks dengan IL-1. Sebagai contoh, pra-pendedahan kondroit di FRF meningkatkan pelepasan protease selepas pendedahan kepada IL-1; mungkin, ini disebabkan peningkatan ekspresi reseptor IL-1. PDGF merangsang pembebasan IL-1 yang bergantung kepada protease, tetapi ia mengurangkan IL-1 perencatan -mediated sintesis proteoglikan. Ini mungkin bermakna bahawa beberapa faktor pertumbuhan boleh secara serentak merangsang proses pembaikan tulang rawan dan menyumbang kepada kemusnahannya. Faktor pertumbuhan lain seperti IGF-1 dan TGF-P, merangsang sintesis artikular matriks dan menghalang IL-1 degradasi pengantara rawan artikular, iaitu aktiviti mereka hanya berkaitan dengan pembaikan tisu. Interaksi semacam itu tidak bergantung kepada pra-pendedahan chondrocytes IL-1. Menariknya, kinetik IL-1 dan TGF-beta mungkin kesan yang berbeza: keupayaan TGF-beta untuk menghalang degradasi tulang rawan artikular dikurangkan kepada tindakan perlahan daripada Timp mRNA. Sebaliknya, terdapat peningkatan tahap hNOC dan N0 jika tiada TGF-beta. Memandangkan kesan bersifat menindas NO-tanggungan IL-1 pada sintesis proteoglikan oleh kondrosit, kita boleh menjelaskan mengapa kita memerhatikan rintangan yang lebih kukuh kepada TGF-beta perencatan IL-1 yang bergantung kepada proteglikanov sintesis berbanding dengan kemusnahan proteoglikan dalam vivo.

Dalam satu kajian pada tikus yang telah disuntik intra-articularly IL-1 dan faktor-faktor pertumbuhan telah menunjukkan bahawa TGF-beta ketara menyakiti IL-1 perencatan -mediated sintesis proteoglikan rawan artikular, manakala ILC-2 tidak mampu penentangan itu: perangsangan potensi sepenuhnya menghalang IL-1 walaupun di bawah keadaan kepekatan tinggi CMP-2. Perlu diperhatikan bahawa dalam ketiadaan IL-1 KMP-2 ketara merangsang sintesis proteoglikan sengit daripada TGF-beta).

Sebagai tambahan untuk mempengaruhi sintesis proteoglikan, TGF-beta juga secara signifikan mempengaruhi pengurangan IL-1 yang disebabkan oleh kandungan proteoglycan dalam tulang rawan. Mungkin, bergantung kepada kepekatan relatif IL-1 dan TGF-beta, kandungan proteoglisans berkurangan atau meningkat. Menariknya, perlawanan di atas diterangkan untuk IL-1 dan TGF-beta telah diperhatikan dalam ketebalan tulang rawan, tetapi tiada kesan seperti berhampiran tepi hondrofitov permukaan artikular. Hondrofitov pendidikan disebabkan oleh TGF (3, yang menjejaskan sel-sel chondrogenic dalam periosteum, menyebabkan pembangunan chondroblasts dan pemendapan proteoglikan. Rupa-rupanya, etihondroblasty tidak sensitif kepada IL-1.

HL Glansbeek et al (1998) mengkaji keupayaan TGF-beta-2 dan ILC mengatasi perencatan sintesis proteoglikan pada sendi daripada tikus artritis zimozanindutsirovannym (iaitu, "tulen" model keradangan IL-1 yang disebabkan). Pentadbiran intra-artikular TGF-beta ketara terlawan perencatan sintesis proteoglikan disebabkan oleh keradangan, manakala ILC-2 adalah mengatasi hampir tidak berupaya proses IL-1 yang bergantung kepada ini. Suntikan berulang TGF-P di lutut haiwan ujian ketara merangsang sintesis proteoglikan oleh kondrosit, menyumbang kepada pemeliharaan proteoglikan rawan sedia ada keradangan atropik, tetapi tidak menghalang proses keradangan.

Ketika mengkaji fungsi kondrosit proteoglikansinteziruyuschey menggunakan model eksperimen osteoartritis pada haiwan sentiasa diperhatikan peningkatan tahap dan merangsang sintesis proteoglikan dalam peringkat awal OAB Tidak seperti model radang di mana perencatan ketara sintesis diperhatikan (IL-1 -zavisimyyprotsess). Peningkatan aktiviti faktor anabolik, termasuk faktor pertumbuhan, diperhatikan dalam osteoarthritis, menghapuskan tindakan cytokines penindas seperti IL-1. Antara faktor pertumbuhan, yang paling penting adalah TGF-beta; CIC-2 tidak mungkin memainkan peranan penting dalam proses ini. Walaupun IGF-1 adalah dapat merangsang sintesis proteoglikan dalam vitro, dalam keadaan in vivo adalah hotel tidak dipatuhi dengan permohonan tempatan IGF-1. Mungkin ini disebabkan oleh fakta bahawa tahap endogen faktor pertumbuhan ini adalah optimum. Pada peringkat kemudian gejala osteoarthritis muncul perencatan sintesis proteoglikan, mungkin disebabkan oleh kesan dominan IL-1 dan kegagalan faktor pertumbuhan menentangnya disebabkan oleh aktiviti yang lebih rendah.

Analisis faktor pertumbuhan dalam tikus STR / ORT dengan osteoarthrosis spontan menunjukkan peningkatan kadar mRNA TGF-R dan IL-1 dalam rawan yang rosak. Perlu diingatkan bahawa pengaktifan TGF-beta dari bentuk laten adalah elemen penting pembaikan tisu. Memahami peranan TGF-beta merumitkan hasil kajian ekspresi penerima TGF-beta type II dalam arnab garis ACL. Sejurus selepas induksi osteoartritis, tahap reseptor yang dikurangkan telah dikesan, yang menunjukkan fungsi isyarat tidak mencukupi TGF-beta. Menariknya, kekurangan reseptor TGF-beta 11 jenis tikus spontannogoosteoartroza tanda-tanda dikesan, yang juga menunjukkan peranan penting isyarat fungsi TGF-beta dalam kemerosotan pembaikan tulang rawan dan pembangunan osteoartritis.

Kandungan absolut faktor pertumbuhan dalam sendi pesakit dengan arthritis rheumatoid atau osteoarthrosis mungkin menunjukkan peranan mereka yang mungkin dalam patogenesis penyakit-penyakit ini. Walau bagaimanapun, walaupun pada hakikatnya bahawa sendi dalam osteoartritis dan artritis reumatoid mempunyai kepekatan yang tinggi faktor pertumbuhan, sifat kemerosotan dan pembaikan di kedua-dua penyakit adalah berbeza. Mungkin ada lain lagi faktor-faktor yang tidak dikenali memainkan peranan utama dalam patogenesis penyakit-penyakit ini, atau lain-lain aspek fenomena yang dikaji ditentukan bagi kemerosotan dan pembaikan dalam tisu sendi (cth, ungkapan reseptor tertentu pada kondrosit permukaan, reseptor larut, mengikat protein, atau ketidakseimbangan faktor anabolik dan merosakkan).