Peranan enzim dan sitokin dalam patogenesis osteoarthritis

Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, banyak penyelidikan telah memberi tumpuan kepada pengenalpastian protease yang bertanggungjawab untuk penurunan ECM tulang rawan artikular dalam osteoartritis. Mengikut idea moden, peranan penting dalam patogenesis osteoartritis dimainkan oleh metalooprotease matriks (MMP). Pesakit dengan osteoarthritis mempunyai tahap peningkatan tiga wakil MMP - kolagenases, stromelysins dan gelatinases. Collagenase bertanggungjawab terhadap degradasi kolagen native speakers, stromelysin - kolagen jenis IV, laminin dan proteoglikan, azhelatinaza - untuk degradasi gelatin, kolagen IV, Vh jenis XI elastin. Di samping itu, kehadiran enzim lain - aggrecanase, yang mempunyai sifat MMP dan bertanggungjawab untuk proteolysis agregat proteoglycan kartilaginous.

Rawan artikular collagenases manusia mengenal pasti tiga jenis peringkat yang tinggi pada pesakit dengan osteoartritis - collagenase-1 (MMP-1), collagenase-2 (MMP-8), collagenase-3 (MMP-13). Kewujudan bersama tiga jenis collagenase dalam tulang rawan artikular menunjukkan bahawa setiap daripada mereka memainkan peranan yang tertentu. Malah, collagenase-1 dan -2 setempat terutamanya di zon perantaraan cetek dan atas rawan artikular, manakala collagenase-3 terdapat dalam bahagian bawah zon pertengahan dan dalam. Selain itu, hasil kajian immunohistochemical telah menunjukkan bahawa semasa perkembangan tahap osteoartritis collagenase-3 mencapai dataran tinggi atau berkurangan, manakala tahap collagenase-1 secara beransur-ansur meningkat. Terdapat bukti bahawa untuk osteoarthritis collagenase-1 adalah terutamanya terlibat dalam proses keradangan dalam rawan artikular, manakala collagenase-3 - dalam tisu pembentukan semula. Dinyatakan dalam rawan pesakit dengan OA collagenase 3 melaksanakan degradasi jenis II kolagen lebih intensif daripada collagenase-1.

Daripada wakil-wakil kumpulan kedua metaloprotease stromelizinovu Manusia pasti sebagai tiga - stromelysin-1 (MMP-3), stromelysin-2 (MMP-10) dan stromelysin-3 (MMP-11). Hari ini diketahui bahawa hanya stromelysin-1 yang terlibat dalam proses patologi dalam osteoarthritis. Dalam membran sinovia pesakit dengan osteoarthritis tidak ditentukan stromelysin-2, tetapi ia dijumpai dalam kuantiti yang sangat kecil dalam fibroblas sinovia pesakit dengan artritis reumatoid. Stromelysin-3 juga terdapat dalam membran sinovial pesakit dengan arthritis rheumatoid berhampiran fibroblas, terutamanya dalam zat fibrosis.

Dalam kumpulan gelatinases dalam tisu rawan manusia yang hanya dua - 92 kDa gelatinase (gelatinase B, atau MMP-9) dan 72 kDa gelatinase (gelatinase A, atau MMP-2); pada pesakit dengan osteoarthritis, peningkatan dalam tahap 92 kD gelatinase ditentukan.

Tidak lama dahulu, satu lagi kumpulan MMP dikenalpasti yang dilokalisasi di permukaan membran sel dan dipanggil jenis membran MMP (MMP-MT). Kepada kumpulan ini terdapat empat enzim - MMP-MT1-MMP-MT-4. Ekspresi MMP-MT terdapat dalam rawan artikular manusia. Walaupun MMP-MT-1 mempunyai sifat collagenase, kedua-dua MMP-MT-1 dan MMP-MT-2 dapat mengaktifkan gelatinase-72 kD dan collagenase-3. Peranan kumpulan MMP ini dalam patogenesis OA memerlukan perbaikan.

Proteinases dirembeskan dalam bentuk zymogen, yang diaktifkan oleh proteinase lain atau sebatian organik merkuri. Aktiviti pemangkin MMP bergantung kepada kehadiran zink dalam zon aktif enzim.

Aktiviti biologi MMP dikawal oleh TIMP tertentu. Setakat ini, tiga jenis TIMP telah dikenalpasti yang terdapat dalam tisu artikular manusia, TIMP-1-TIMP-3. TIMP keempat dikenali dan diklon, tetapi belum dikesan dalam tisu artikular manusia. Molekul ini mengikat khusus untuk tapak aktif MMP, walaupun sebahagian daripada mereka dapat mengikat tapak aktif 72 kDa progelatinase (Timp-2, -3, -4) dan 92 kDa progelatinase (Timp-1 dan -3). Data menunjukkan bahawa OA artikular rawan dalam ketidakseimbangan antara MMPs dan TIMPs yang mengakibatkan kekurangan relatif inhibitors yang mungkin sebahagiannya berkaitan dengan peningkatan aktiviti MMP dalam tisu. TIMP-1 dan -2 terdapat dalam rawan artikular, mereka disintesis oleh chondrocytes. Dengan osteoarthritis dalam membran sinovial dan cecair sinovial, hanya jenis pertama TIMP yang telah dikesan. TIMP-3 dikesan secara eksklusif di ECM. TIMP-4 mempunyai urutan asid amino yang hampir sama dengan TIMP-2 dan-ZINA kira-kira 38% -STIMP-1 dengan hampir 50%. Sel-sel sasaran lain Timp-4 adalah bertanggungjawab untuk modulasi pengaktifan progelatinase 72 kD permukaan sel, menunjukkan peranan penting sebagai pengawal selia tisu khusus ECM pembentukan semula.

Satu lagi mekanisme untuk mengawal aktiviti biologi MMP adalah pengaktifan fisiologi mereka. Adalah dipercayai bahawa enzim daripada keluarga serine dan cysteine proteases, seperti AP / plasmin dan cathepsin B, masing-masing, adalah pengaktif fisiologi MMP. Dalam tulang rawan artikular pada pesakit dengan osteoartritis, tahap urokinase (UAP) dan plasmin yang tinggi telah dikesan.

Walaupun beberapa jenis cathepsin didapati dalam tisu sendi, cathepsin-B dianggap sebagai penggerak MMP yang paling mungkin dalam tulang rawan. Dalam tisu sendi manusia, perencat fisiologi serine dan protease cysteine dikesan. Aktiviti perencat AP-1 (IAP-1), serta protease cysteine, dikurangkan pada pesakit dengan osteoartritis. Begitu juga, MMP / Timp - iaitu ketidakseimbangan antara serine dan cysteine protease inhibitors dan mereka boleh menjelaskan aktiviti peningkatan MMP dalam artikular hryashe pesakit dengan osteoartritis. Di samping itu, MMP dapat mengaktifkan satu sama lain. Sebagai contoh, stromelysin-1 mengaktifkan kolagenase-1, kolagenase-3 dan gelatinase 92 kD; Collagenase-3 mengaktifkan 92 kD gelatinase; MMP-MT mengaktifkan kolagenase-3, dan gelatinase-72 kD memotensi pengaktifan ini; MMP-MT juga mengaktifkan 72 kD gelatinase. Cytokines boleh dibahagikan kepada tiga kumpulan - merosakkan (pro-radang), pengawalseliaan (termasuk anti-radang) dan anabolic (faktor pertumbuhan).

Jenis-jenis sitokin (menurut van den Berg WB et al)

Merosakkan	Interleukin-1 TNF-a Faktor Penghalang Leukemik Interleukin-17
Peraturan	Interlekin-4 Interleukin-10 Interleukin-13 Enzim Perencat
Anabolik	Faktor pertumbuhan seperti Msulin TФР-b Bone morphogenetic proteins Protein morfogenetik berasal dari tulang rawan

Cytokines yang merosakkan, khususnya IL-1 disebabkan peningkatan dalam pelepasan proteases dan menghalang sintesis proteoglikan dan kolagen kondrosit. Cytokines kawal selia, khususnya IL-4 dan -10, menghalang pengeluaran IL-1 reseptor antagonis, untuk meningkatkan pengeluaran IL-1 (IL-1 RA), dan mengurangkan tahap dan NO-synthase aktiviti dalam kondrosit. Oleh itu, IL-4 menyakiti IL-1 dalam tiga cara: 1) mengurangkan pengeluaran dan mencegah kesannya, 2) meningkatkan pengeluaran asas "scavenger" IL-1Pa dan 3) mengurangkan pengeluaran utama "Rasul menengah» NO. Di samping itu, IL-4 mengurangkan degradasi tisu enzim. Dalam keadaan vivo, kesan terapeutik yang optimum dicapai dengan gabungan IL-4 dan IL-10. Faktor anabolik, seperti kakTFR-p, dan IGF-1, tidak benar-benar mengganggu pengeluaran atau tindakan IL-1, tetapi menunjukkan aktiviti yang bertentangan, sebagai contoh, merangsang sintesis proteoglikan dan kolagen, menghalang aktiviti protease dan TGF (3, juga menghalang pembebasan enzim dan merangsang perencat mereka.

Sitokin proinflamasi bertanggungjawab terhadap peningkatan sintesis dan ekspresi MMP dalam tisu bersama. Mereka disintesis dalam membran sinovial, dan kemudian meresap ke dalam rawan artikular melalui cecair sinovial. Sitokin proinflamasi mengaktifkan chondrocytes, yang juga mampu mengeluarkan sitokin pro-inflamasi. Dalam sendi terjejas oleh osteoarthrosis, peranan penghasil keradangan dimainkan terutamanya oleh sel-sel membran sinovial. Ia adalah sinovitis jenis macrophage yang merembeskan protease dan perantara radang. Antaranya, dalam patogenesis osteoarthritis, IL-f, TNF-a, IL-6, faktor penghambatan leukemik (LIF) dan IL-17 yang terlibat.

Bahan aktif secara biologi yang merangsang degradasi rawan artikular pada osteoartritis

• Interleukin-1
• Interlekin-3
• Interlekin-4
• TNF-a
• Faktor merangsang koloni: makrofaj (monositik) dan granulosit-makrofaj
• Bahan P
• PGE ₂
• Pengaktifan plasminogen (jenis tisu dan urokinase) dan plasmin
• Metalloproteases (kolagenases, ellastases, stromelysins)
• Cathepsins A dan B
• Thriller
• Lipopolysaccharides bakteria
• Phospholipase Ag

Data kesusasteraan menunjukkan bahawa IL-ip dan, mungkin, TNF-a, adalah mediator utama pemusnahan tisu artikular dalam osteoarthritis. Walau bagaimanapun, ia masih tidak diketahui sama ada mereka beroperasi secara berasingan antara satu sama lain atau terdapat hierarki berfungsi di antara mereka. Pada model osteoartritis pada haiwan telah ditunjukkan bahawa IL-1 sekatan berkesan menghalang kemusnahan rawan artikular, manakala sekatan TNF-alpha membawa kepada kelemahan keradangan dalam tisu sendi. Dalam membran sinovial, cecair sinovial dan rawan pesakit, peningkatan kepekatan kedua-dua sitokin telah dikesan. Kondrosit-kondrosit dapat meningkatkan sintesis bukan sahaja protease (MMPs dan terutamanya AP) tetapi juga kolagen kecil seperti jenis I dan III, serta mengurangkan sintesis jenis kolagen II dan IX dan proteoglikan. Sitokin ini juga merangsang spesies oksigen aktif dan perantara keradangan seperti PGE ₂. Hasil perubahan makromolekul seperti rawan artikular dengan osteoartritis adalah ketidakcekapan proses pembaikan, yang mengakibatkan degradasi rawan.

Sitokin proinflammatory di atas memodulasi proses kemurungan / pengaktifan MMPs dalam osteoarthritis. Sebagai contoh, ketidakseimbangan di antara tahap Timp-1 dan MMPs dalam rawan dalam osteoartritis boleh diselesaikan oleh IL-ip, kerana kajian in vitro menunjukkan bahawa peningkatan kepekatan IL-1beta mengurangkan kepekatan Timp-1 dan MMP meningkat sintesis oleh kondrosit. Sintesis AP juga dimodulasi oleh IL-1beta. Rangsangan dalam vitro kondrosit rawan artikular dengan IL-1 vyzyvet peningkatan dos yang bergantung kepada dalam sintesis dan tajam AP penurunan sintesis PAI-1. Keupayaan IL-1 untuk mengurangkan sintesis PAI-1 sintesis dan merangsang AP adalah satu mekanisme yang kuat bagi penjanaan pengaktifan plasmin dan MMP. Di samping itu, plasmin bukan sahaja satu enzim mengaktifkan enzim lain, ia juga mengambil bahagian dalam degradasi tulang rawan oleh proteolysis langsung.

IL-ip disintesis sebagai massa pelopor aktif 31 kD (pra-IL-ip), Azat, selepas belahan peptida isyarat, ditukarkan kepada cytokine aktif daripada berat 17.5 kD. Dalam tisu sendi, termasuk membran sinovia dan cecair sinovia rawan artikular, IL-ip dikesan dalam bentuk aktif, dan dalam kajian in vivo menunjukkan keupayaan membran sinovia dalam osteoarthritis merembeskan cytokine ini. Sesetengah protease serine dapat menukar pra-IL-ip ke dalam bentuk bioaktifnya. Bagi mamalia, sifat-sifat itu dijumpai dalam satu protease, yang tergolong dalam keluarga enzim cysteine aspartatspetsificheskih dipanggil IL-1p-converting enzyme (IKF atau caspase-1). Enzim ini dapat menukarkan pra-IL-ip secara khusus kepada IL-ip yang matang "matang" secara biologi dengan jisim 17.5 kD. IKF adalah proenim dengan massa molekul 45 kD (p45), yang dilokalkan dalam membran sel. Selepas proenzima P45 proteolitik belahan untuk membentuk dua subunit, yang dikenali sebagai p10 dan P20, yang merupakan ciri aktiviti enzim.

TNF-a juga disintesis sebagai pelopor membran terikat dengan jisim 26 kD; oleh pembelahan proteolitik, ia dilepaskan dari sel sebagai bentuk larut aktif dengan jisim 17 kD. Pembelahan proteolitik dilakukan oleh enzim TNF-a-penukar (TNF-KF), yang tergolong dalam keluarga adamalysin. AR Amin dan co-authors (1997) mendapati peningkatan ekspresi TNF-CF mRNA dalam rawan artikular yang pesakit dengan osteoartritis.

Pengaktifan biologi chondrocytes dan synovitocytes IL-1 dan TNF-a dimediasi dengan mengikat reseptor spesifik pada permukaan sel - IL-R dan TNF-R. Bagi setiap sitokin, dua jenis reseptor telah dikenalpasti: jenis IL-IP jenis I dan II dan TNF-P I (p55) dan II (p75). Untuk penghantaran isyarat dalam sel-sel tisu bersama, IL-1PI dan p55 bertindak balas. Jenis IL-1P Saya mempunyai pertalian yang sedikit lebih tinggi untuk IL-1beta daripada IL-1a; IL-1P jenis II - sebaliknya, mempunyai pertalian yang lebih besar untuk IL-1a daripada IL-ip. Ia masih tidak jelas sama ada IL-IP II jenis II boleh memeterai isyarat IL-1 atau hanya berfungsi untuk menghalang daya saingan IL-1 dengan IL-1PI. Dalam hondroiitah dan fibroblas sinovia pesakit dengan osteoarthritis mencari sejumlah besar IL-1PI dan P55, yang seterusnya menerangkan kepekaan yang tinggi sel-sel ini kepada rangsangan oleh cytokines berkaitan. Proses ini membawa kepada peningkatan dalam rembesan enzim proteolitik, dan pemusnahan rawan artikular.

Ia tidak termasuk penyertaan IL-6 dalam proses patologi dalam osteoartritis. Anggapan ini berdasarkan pemerhatian berikut:

• IL-6 meningkatkan bilangan sel-sel radang dalam membran sinovial,
• IL-6 merangsang percambahan kromatelit,
• IL-6 meningkatkan kesan IL-1 dalam meningkatkan sintesis MMP dan menghalang sintesis proteoglikan.

Walau bagaimanapun, IL-6 adalah dapat mendorong pengeluaran Timp, tetapi tidak menjejaskan pengeluaran MMPs oleh itu dianggap bahawa cytokine ini terlibat dalam proses membendung kemerosotan proteolitik rawan artikular, yang dijalankan melalui mekanisme maklum balas.

Satu lagi wakil keluarga IL-6 adalah LIF - cytokine, yang dihasilkan oleh kondrosit yang diambil dari pesakit dengan osteoarthritis, sebagai tindak balas kepada rangsangan oleh sitokin pro-radang IL-ip dan TNF-a. LIF merangsang resorpsi proteoglycans rawan, serta sintesis pengeluaran MMP dan NO. Peranan sitokin ini dalam osteoarthritis tidak difahami sepenuhnya.

IL-17 adalah homodimer 20-30 kD yang mempunyai tindakan seperti IL-1, tetapi kurang jelas. IL-17 merangsang sintesis dan pembebasan beberapa cytokines proinflammatory, termasuk IL-ip, TNF-a, IL-6 dan MMPs dalam sel-sel sasaran, seperti makrofaj manusia. Di samping itu, IL-17 merangsang NO pengeluaran dengan kondroit. Seperti LIF, peranan IL-17 dalam patogenesis OA sedikit dikaji.

NO radikal bebas anorganik memainkan peranan penting dalam kemerosotan rawan artikular dengan OA. Chondrocytes yang diperolehi daripada pesakit dengan osteoartritis menghasilkan lebih banyak NO secara spontan serta selepas rangsangan dengan sitokin pro-radang berbanding dengan sel normal. Kandungan NO yang tinggi didapati dalam cecair sinovial dan serum pesakit dengan osteoartritis - hasil peningkatan ekspresi dan sintesis NO synthase yang disebabkan (hNOC), enzim yang bertanggungjawab untuk pengeluaran NO. Baru-baru ini, DNA hNOC khusus chondrocyte diklon, urutan enzim asid amino ditentukan. Susunan asid amino menunjukkan identiti 50% dan persamaan 70% kepada spesifik hNOC untuk endothelium dan tisu saraf.

TIDAK menghalang sintesis makromolekul ECM rawan artikular dan merangsang sintesis MMP. Tambahan pula, peningkatan dalam pengeluaran NO disertai oleh pengurangan sintesis IL-IP (IL-1RA) antagonis oleh chondrocytes. Oleh itu, peningkatan tahap IL-1 dan pengurangan IL-1 RA membawa kepada hipertimulasi NO of chondrocytes, yang seterusnya membawa kepada peningkatan kemerosotan matriks tulang rawan. Terdapat laporan kesan terapeutik dalam vivo perencat hNOC terpilih pada perkembangan osteoarthritis eksperimen.

Inhibitor sitokin semulajadi dapat menghalang pengikatan sitokin secara langsung kepada reseptor membran sel, mengurangkan aktiviti pro-inflamasi mereka. Inhibitor semulajadi cytokines boleh dibahagikan kepada tiga kelas mengikut cara tindakan mereka.

Kelas pertama perencat termasuk antagonis reseptor, yang mengganggu mengikat ligan kepada reseptor yang dengan bersaing untuk laman web ini mengikat. Setakat ini, perencat ini didapati hanya untuk IL-1 - adalah di atas perencat yang kompetitif daripada IL-1 / IL-1 sistem ILIP PA. Blok IL-1 RA banyak kesan yang diperhatikan dalam tisu sendi dalam osteoarthritis, termasuk sintesis prostaglandin oleh sel-sel sinovia, pengeluaran collagenase oleh kondrosit dan degradasi tulang rawan artikular dalam Kabinet.

IL-1RA dikesan dalam pelbagai bentuk - satu larut (RIL-1PA) dan dua intercellular (μIL-lPAI dan μIL-1APAP). Perkaitan bentuk larut IL-1RA ialah 5 kali bentuk antara sel. Walaupun pencarian saintifik yang intensif, fungsi yang terakhir masih tidak diketahui. Eksperimety in vitro telah menunjukkan bahawa perencatan aktiviti IL-1beta kepekatan diperlukan IL-1Pa 10-100 kali melebihi had dalam syarat-syarat dalam vivo memerlukan peningkatan seribu kali dalam kepekatan IL-1Pa. Fakta ini dapat menjelaskan sebahagian kecil kekurangan IL-1 RA dan IL-1 yang berlebihan dalam sinovia pesakit dengan osteoartritis.

Kelas kedua perencat semulajadi sitokin diwakili oleh reseptor larut dalam sitokin. Contoh perencat tersebut pada manusia yang berkaitan dengan patogenesis osteoarthrosis adalah pIL-1P dan pp55. Reseptor cytokine larut dipangkas bentuk reseptor biasa dengan mengikat kepada cytokine, mereka menghalang mereka mengikat kepada reseptor membran berkaitan sel-sel sasaran, yang bertindak dengan percanggahan kompetitif mekanisme.

Prekursor utama reseptor larut adalah membran terikat IL-1PP. Kelebihan RIL-IP berkenaan dengan IL-1 dan IL-1 PA adalah berbeza. Oleh itu, pIL-1PH mempunyai pertalian yang lebih besar untuk IL-1p daripada IL-1 PA, dan pIL-1PI menunjukkan pertalian yang lebih besar untuk IL-1RA daripada untuk IL-ip.

Bagi TNF juga terdapat dua jenis reseptor yang larut - pp55 dan pp75, seperti reseptor IL-1 yang larut, mereka dibentuk oleh "pembiakan" (pembuangan). Dalam vivo, kedua-dua reseptor didapati dalam tisu sendi terjejas. Peranan reseptor TNF yang larut dalam patogenesis osteoarthritis dibahaskan. Adalah dipercayai bahawa dalam kepekatan yang rendah mereka menstabilkan struktur tiga dimensi TNF dan meningkatkan separuh hayat cytokine yang bioaktif, manakala kepekatan tinggi PP55 dan PP75 boleh mengurangkan aktiviti TNF oleh permusuhan kompetitif. Ternyata, pp75 boleh bertindak sebagai pembawa TNF, memudahkan pengikatannya kepada reseptor yang berkaitan dengan membran.

Kelas ketiga perencat semulajadi sitokin diwakili oleh sekumpulan sitokin anti-radang, termasuk TGF-beta, IL-4, IL-10 dan IL-13. Sitokin anti-radang mengurangkan pengeluaran pro-radang, serta beberapa protease, merangsang pengeluaran IL-1RA dan TIMP.