תפקידם של משקעי גבישים בפתוגנזה של דלקת מפרקים ניוונית

גבישי סידן פוספט בסיסי (BCP) נמצאים בנוזל הסינוביאלי של 30-60% מהחולים עם דלקת מפרקים ניוונית. על פי A. Swan et al. (1994), גבישים המכילים סידן נמצאים בנוזל הסינוביאלי של מספר גדול בהרבה של חולים עם דלקת מפרקים ניוונית; עם זאת, בשל גודלם הקטן ביותר של הגבישים או מספרם הקטן, הם אינם מזוהים באמצעות טכניקות קונבנציונליות. נוכחות גבישי BCP בנוזל הסינוביאלי מתואמת עם סימנים רדיוגרפיים של ניוון סחוס מפרק וקשורה לנפח גדול יותר של תפליט בהשוואה לתפיחה במפרקי הברך ללא גבישים. מחקר על גורמים המשפיעים על התקדמות רדיוגרפית של גונרתרוזיס הראה כי שקיעת גבישי סידן פירופוספט דיהידרט (CPPD) היא גורם מנבא לתוצאה קלינית ורדיוגרפית שלילית. במחקר של חולים קשישים, נמצא כי דלקת מפרקים ניוונית אוסטאוארתריטיס קשורה לכונדרוקלקצינוזיס, במיוחד במחלקה הטיביופמורלית הצידית של הברך ובשלושת המפרקים המטאקרפופאלנגאליים הראשונים. לא נדיר ששני סוגי הגבישים, OFC ו-PFC, יימצאו אצל חולים עם דלקת מפרקים ניוונית.

מבחינה קלינית, ניוון סחוס מפרקי הנגרם על ידי שקיעת גבישי סידן שונה מזה שנצפה באוסטאוארתרוזיס ראשוני. אם גבישים היו תופעה פשוטה של ניוון סחוס, הם היו נמצאים במפרקים המושפעים לרוב מאוסטאוארתרוזיס ראשוני, כלומר, הברכיים, הירכיים והמפרקים הקטנים של הידיים. לעומת זאת, מחלות של שקיעת גבישים משפיעות לרוב על מפרקים שאינם אופייניים לאוסטאוארתרוזיס ראשוני, כגון הכתף, שורש כף היד והמרפק. נוכחות גבישים בנוזל המפרק (אפזיה) קשורה לניוון סחוס מפרקי חמור יותר. השאלה מה הסיבה ומה התוצאה, שקיעת גבישים או ניוון סחוס, נתונה במחלוקת. עמדת ביניים תופסת ההנחה הבאה: אנומליה ראשונית בחילוף החומרים של הסחוס מובילה לניוון שלו, ושקיעה משנית של גבישים מאיצה את פירוקו (מה שנקרא תיאוריית לולאת ההגברה).

המנגנון המדויק שבו גבישי סידן פוגעים בסחוס המפרקי אינו ידוע, מסוכם להלן. תיאורטית, גבישי סידן עלולים לפגוע ישירות בכונדרוציטים. עם זאת, בדיקה היסטולוגית לעיתים רחוקות מגלה גבישים ליד כונדרוציטים, ולעיתים רחוקות אף יותר הם נבלעים על ידם. המנגנון הסביר ביותר הוא פגוציטוזה של גבישים על ידי תאי רירית הסינוביאלית, ולאחר מכן שחרור של אנזימים פרוטאוליטיים או הפרשת ציטוקינים המגרים שחרור אנזימים על ידי הכונדרוציטים. תפיסה זו נתמכת על ידי מחקר על תפקידה של סינוביטיס הנגרמת על ידי PFKD בהתפתחות של דלקת מפרקים ניוונית מתקדמת במהירות בארתרופתיה פירופוספטית. במחקר זה, גבישי סידן פירופוספט דיהידרט (1 או 10 מ"ג) הוזרקו מדי שבוע לברך ימין של ארנבות עם דלקת מפרקים ניוונית הנגרמת על ידי כריתת מיניסקטומיה צידית חלקית. התברר שלאחר 8 זריקות, מפרק הברך הימני הראה שינויים חמורים משמעותית יותר בהשוואה לשמאל. עוצמת הדלקת הסינוביאלית הייתה בקורלציה עם זריקות תוך-מפרקיות של גבישי סידן פירופוספט דיהידרט והמינון שלהם. למרות העובדה שמינוני גבישי CPPD בהם נעשה שימוש במחקר זה עולים על אלו הקיימים בגוף החי, התוצאות מצביעות על תפקידה של דלקת הנגרמת על ידי CPPD בהתקדמות דלקת מפרקים ניוונית בארתרופתיה פירופוספטית.

מנגנונים פוטנציאליים של גרימת נזק לסחוס המפרקי על ידי גבישים המכילים סידן קשורים לתכונות המיטוגניות שלהם, ליכולת לגרום ל-MMPs ולעודד סינתזת פרוסטגלנדינים.

השפעה מיטוגנית של גבישים המכילים סידן. בארתרופתיה הקשורה לגבישים, נצפית לעתים קרובות התפשטות של תאי רירית הסינוביאלים, כאשר הגבישים עצמם אחראים רק באופן חלקי לתהליך זה. העלייה במספר התאים הסינוביאלים מלווה בהפרשה מוגברת של ציטוקינים, המקדמים כונדריליזיס ומשרה הפרשת אנזימים פרוטאוליטיים. גבישי OFC בריכוזים המצויים בפתולוגיית מפרקים אנושיים מגרים באופן תלוי מינון את המיטוגנזה של תרביות פיברובלסטים של עור במנוחה ופיברובלסטים סינוביאליים של כלבים ועכברים. גבישים של סידן פירופוספט דיהידרט, אוראט, סולפט, קרבונט וסידן פוספט מגרים צמיחת תאים. תחילת ושיא שילוב ( ^3H )-תימידין המושרה על ידי גבישים אלה מועברים ב-3 שעות בהשוואה לגירוי של תאים בסרום דם. פרק זמן זה עשוי להיות נחוץ לפגוציטוזה ולהמסת גבישים. הוספת גבישי בקרה באותו גודל (למשל, אבק יהלום או חלקיקי לטקס) לא עוררה מיטוגנזה. לגבישי נתרן אוראט מונוהידראט היו תכונות מיטוגניות חלשות והיו נחותים משמעותית מאלה של סידן אוראט, דבר המצביע על חשיבות תכולת הסידן של הגבישים במיטוגנזה. לגבישי OFC סינתטיים היו אותן תכונות מיטוגניות כמו לגבישים שהתקבלו מחולים עם כונדרוקאלצינוזיס. ההשפעה המיטוגנית של גבישים המכילים סידן לא נבעה מעלייה בתכולת הסידן של המצע התזונתי שמסביב במבחנה, מכיוון שהמסת גבישי סידן פוספט בסיסיים במצע התזונתי לא גירד את שילוב ה-( ^3H )-תימידין על ידי פיברובלסטים.

מנגנון אחד שהוצע למיטוגנזה המושרה על ידי OFC הוא שהתפשטות לא תקינה של תאים סינוביאליים עשויה לנבוע, לפחות בחלקה, מאנדוציטוזה והתמוססות תוך תאית של גבישים, מה שמגביר את ריכוזי Ca2 ⁺ בציטופלזמה ומפעיל את המסלול התלוי בסידן המוביל למיטוגנזה. תפיסה זו נתמכת על ידי הדרישה למגע ישיר בין התא לגביש כדי לעורר מיטוגנזה, מכיוון שחשיפה של תרביות תאים לגבישים גרמה לצמיחת תאים, בעוד שחשיפה של תאים ללא מגע כזה לא עשתה זאת. כדי לחקור את הדרישה לפגוציטוזה של הגביש לאחר אינטראקציה בין התא לגביש, תאים גודלו עם ^45Ca -OPC ו-( ³ H)-תימידין. נמצא שתאים המכילים ^45Ca -OPC שילבו משמעותית יותר ( ^3H )-תימידין מאשר תאים ללא סימון בסיסי של סידן פוספט. בתרביות מקרופאגים, עיכוב אנדוציטוזה של גבישים על ידי ציטוצאלזין הביא לעיכוב התמוססות גבישים, מה שמדגיש עוד יותר את הצורך בפגוציטוזה.

גבישים המכילים סידן מסיסים בחומצה. לאחר פגוציטוזה, גבישים מתמוססים בסביבה החומצית של פגוליזוזומים של מקרופאגים. כלורוקין, אמוניום כלוריד, באפילומיצין A1 וכל החומרים הליזוזומוטרופיים שמעלים את רמת החומציות בליזוזומלית מעכבים באופן תלוי מינון את המסת הגבישים התוך תאית ואת קליטת (3H)-תימידין ^{בפיברובלסטים} שגודלו עם גבישי סידן פוספט בסיסיים.

הוספת גבישי OFC לתרבית פיברובלסטים חד-שכבתית גרמה לעלייה מיידית פי עשרה בריכוז הסידן התוך-תאי, שחזרה לרמת הבסיס לאחר 8 דקות. מקור הסידן היה בעיקר יונים חוץ-תאיים, מכיוון שגבישי הסידן-פוספט הבסיסיים נוספו למצע תרבית נטול סידן. העלייה הבאה בריכוז הסידן התוך-תאי נצפתה לאחר 60 דקות ונמשכה לפחות 3 שעות. כאן, מקור הסידן היה גבישים שעברו פגוציטוזה מומסים בפגוליזוזומים.

נמצא כי ההשפעה המיטוגנית של גבישי OFC דומה לזו של PDGF כגורם גדילה; כמו האחרון, גבישי OFC מפגינים סינרגיזם עם IGF-1 ופלזמת דם. חסימת IGF-1 מפחיתה את מיטוגנזה התאית בתגובה ל-OFC. PG Mitchell ואחרים (1989) הראו כי אינדוקציה של מיטוגנזה בפיברובלסטים של Balb/c- ₃ T3 _{על ידי} גבישי OFC דורשת נוכחות של סרין/תראונין חלבון קינאז C (PKC), אחד המתווכים העיקריים של אותות הנוצרים במהלך גירוי חיצוני של תאים עם הורמונים, נוירוטרנסמיטרים וגורמי גדילה. ירידה בפעילות PKC בתאי Balb/c-3 T3 _{מעכבת אינדוקציה בתיווךOFC} של הפרוטו-אונקוגנים c-fos ו-c-myc, אך אינה משפיעה על הגירוי של אונקוגנים אלה בתיווך PDGF.

העלייה בסידן התוך תאי לאחר המסת גבישים שעברו פגוציטה אינה מסלול האיתות היחיד למיטוגנזה. כאשר גורמי גדילה כגון PDGF נקשרים לקולטן הממברנה שלהם, פוספוליפאז C (פוספודיאסטראז) מגורה, אשר מבצע הידרוליזה של פוספטידילינוזיטול 4,5-ביספוספט ליצירת השליחים התוך תאיים אינוזיטול-3-פוספט ודיצילגליצרול. הראשון משחרר סידן מהרשתית האנדופלסמית על ידי ויסות פעילותם של אנזימים תלויי סידן ואנזימים תלויי סידן/קלמודולין כגון חלבון קינאזות ופרוטאזות.

ר. רוטנברג וה. צ'אונג (1988) דיווחו על פירוק מוגבר של פוספטידילינוזיטול 4,5-ביספוספט על ידי פוספוליפאז C בתאי סינוביאליים של ארנבת בתגובה לגירוי עם גבישי OFC. האחרונים הגבירו משמעותית את תכולת האינוזיטול-1-פוספט בתאים עם ( ^3H )-אינוזיטול מסומן; השיא הושג תוך דקה ונמשך כשעה.

דיאצילגליצרול הוא מפעיל פוטנציאלי של סידן פירופוספט דיהידרט. מכיוון שגבישי OFC מגבירים את פעילות פוספוליפאז C, מה שמוביל להצטברות של דיאצילגליצרול, כתוצאה מכך, ניתן לצפות לעלייה בהפעלת PKC. PG Mitchell ואחרים (1989) השוו את ההשפעות של גבישי OFC ו-PDGF על סינתזת DNA על ידי _{פיברובלסטים Balb/c-3T3}. בתרבית תאים, PKC הושבת על ידי דגירה של תאים עם פורבול דיאסטר תומך גידול (TPD), אנלוג של דיאצילגליצרול. גירוי ארוך טווח עם מינונים נמוכים של TPD הפחית את פעילות PKC, בעוד שגירוי יחיד עם מינון גבוה הפעיל אותו. גירוי סינתזת ה-DNA על ידי גבישי OFC דוכא לאחר השבתת PKC, דבר המצביע על חשיבותו של אנזים זה במיטוגנזה הנגרמת על ידי OFC. בעבר, GM McCarthy ואחרים (1987) הדגימו קשר בין התגובה המיטוגנית של פיברובלסטים אנושיים לגבישי OFC לבין הפעלת PKC. עם זאת, גבישי OFC אינם מפעילים פוספטידילינוזיטול 3-קינאז או טירוזין קינאזות, דבר המאשר כי מנגנון הפעלת התאים על ידי גבישי OFC הוא סלקטיבי.

התפשטות תאים נשלטת על ידי קבוצת גנים הנקראים פרוטו-אונקוגנים. החלבונים foe ו-mye, תוצרים של הפרוטו-אונקוגנים c-fos ו-c-myc, ממוקמים בגרעין התא וקשורים לרצפי DNA ספציפיים. גירוי של פיברובלסטים 3T3 עם גבישי OFC מביא לביטוי c-fos תוך מספר דקות, שמגיע למקסימום 30 דקות לאחר הגירוי. אינדוקציה של שעתוק c-myc על ידי גבישי OFC או PDGF מתרחשת תוך שעה ומגיעה למקסימום 3 שעות לאחר הגירוי. התאים שומרים על רמה גבוהה של שעתוק c-fos ו-c-myc למשך 5 שעות לפחות. בתאים עם PCD לא פעיל, גירוי של c-fos ו-c-myc על ידי גבישי OFC או TFD מדוכא באופן משמעותי, בעוד שהאינדוקציה של גנים אלה על ידי PDGF אינה משתנה.

חברי משפחת MAP K (מיטוגן-מופעל חלבון קינאז) הם מווסתים מרכזיים של מגוון מסלולי איתות תוך-תאיים. תת-מחלקה אחת של משפחה זו, p42/p44, מווסתת את התפשטות התאים באמצעות מנגנון הכרוך בהפעלת הפרוטו-אונקוגנים c-fos ו-c-jun. גבישי OFC ו-PFKD מפעילים מסלול איתות של חלבון קינאז הכולל גם p42 וגם p44, דבר המצביע על תפקידו של מסלול זה במיטוגנזה המושרה על ידי גבישים המכילים סידן.

לבסוף, מיטוגנזה המושרה על ידי OFC כוללת את גורם התעתוק הגרעיני κB (NF-κB), אשר תואר לראשונה כגן שרשרת האור של אימונוגלובולין κ (IgK). זהו גורם שעתוק מושרה החשוב במסלולי איתות רבים משום שהוא מווסת את הביטוי של גנים שונים. אינדוקציה של NF-κB משולבת בדרך כלל עם שחרור של חלבונים מעכבים הנקראים IκB מהציטופלזמה. אינדוקציה של NF-κB מלווה בטרנסלוקציה של גורם התעתוק הפעיל לגרעין. גבישי OFC משרים NF-κB בפיברובלסטים של Balb/c- _3T3 ובפיברובלסטים של עור אנושי.

מספר מסלולים עשויים להיות מעורבים בהעברת אותות לאחר הפעלת NF-κB, אך כולם כוללים קינאזות חלבון אשר מבצעות זרחון (ובכך מפרקות) של IκB. בהתבסס על מחקרים במבחנה, בעבר חשבו ש-IκB משמש כמצע לקינאזות (למשל, PKC וחלבון קינאז A). עם זאת, לאחרונה זוהה קומפלקס קינאז IκB בעל משקל מולקולרי גדול. קינאזות אלו מבצעות זרחון ספציפי של שיירי סרין של IκB. הפעלת NF-κB על ידי TNF-α ו-IL-1 דורשת פעולה יעילה של קינאז NF-κB-inducing (NIK) ו-IκB קינאז. המנגנון המולקולרי של הפעלת NIK אינו ידוע כיום. למרות שגבישי OFC מפעילים גם PKC וגם NF-κB, המידה שבה שני תהליכים אלה עשויים להיות קשורים אינה ידועה. מכיוון ששינוי קינאז GκB מתרחש באמצעות זרחון, לא ניתן לשלול תפקיד של PKC באינדוקציה של NF-κB על ידי גבישי OFC באמצעות זרחון והפעלת קינאז GκB. תפיסה זו נתמכת על ידי עיכוב המיטוגנזה המושרה על ידי גבישי OFC וביטוי NF-κB על ידי מעכב PKC, סטאורוספורין. באופן דומה, סטאורוספורין יכול לעכב GκB קינאז, ובכך לעכב את חלבון קינאז A וחלבון קינאזות אחרות.

לפיכך, מנגנון המיטוגנזה המושרה על ידי גבישי OFC בפיברובלסטים כולל לפחות שני תהליכים שונים:

• אירוע מהיר הקשור לממברנה המוביל להפעלה של PKC ו-MAP K, אינדוקציה של NF-κB ופרוטו-אונקוגנים,
• פירוק תוך תאי איטי יותר של גבישים, מה שמוביל לעלייה בתכולה התוך תאית של Ca2 ⁺, ולאחר מכן להפעלת מספר תהליכים תלויי סידן המגרים מיטוגנזה.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

אינדוקציה על ידי גבישים המכילים סידן MMP

המתווכים של נזק לרקמות על ידי גבישים המכילים סידן הם MMPs - קולגנאז-1, סטרומליסין, ג'לטינאז 92 kD וקולגנאז-3.

בהינתן הקשר בין תכולת גבישי OFC לבין הרס רקמות מפרקים, הועלתה השערה לפיה גבישי OFC ואולי חלק מהקולגנים עוברים פגוציטוזה על ידי תאים סינוביאליים. סינובוציטים מגורים מתרבים ומפרישים פרוטאזות. השערה זו נבדקה במבחנה על ידי הוספת OFC, PFCD וגבישים טבעיים או סינתטיים אחרים לסינובוציטים אנושיים או כלביים בתרבית. פעילותם של פרוטאזות וקולגנאזות ניטרליות גדלה בתלות במינון והייתה גבוהה פי 5-8 בקירוב מזו של תרבית תאי הביקורת שגודלה ללא גבישים.

בתאים שגודלו במדיום המכיל גבישים, זוהתה משותפות של mRNA של קולגנאז-1, סטרומליסין ו-glettinase-92 kDa, ולאחר מכן הפרשת אנזימים למדיום.

גבישי OFC גרמו גם להצטברות של mRNA של קולגןאז-1 וקולגןאז-2 בכונדרוציטים חזיריים בוגרים, ולאחר מכן להפרשת האנזימים למדיום.

ג'.מ. מקארטי ועמיתיו (1998) חקרו את תפקיד המסת גבישים תוך-תאיים בייצור MMP המושרה על ידי גבישים. העלאת רמת החומציות הליזוזומלית באמצעות באפילומיצין A עיכבה את המסת הגבישים התוך-תאית וגם החלישה את תגובת השגשוג של פיברובלסטים אנושיים לגבישי OFC, אך לא עיכבה את הסינתזה והפרשת MMP.

לא גבישי סידן פוספט בסיסי ולא גבישי PFCD גרמו לייצור IL-1 במבחנה, אך גבישי נתרן אוראט כן.

נתונים עדכניים מצביעים בבירור על גירוי ישיר של ייצור MMP על ידי פיברובלסטים וכונדרוציטים במגע עם גבישים המכילים סידן.

תסמינים של דלקת מפרקים ניוונית מצביעים על תפקיד משמעותי של MMP בהתקדמות המחלה. נוכחותם של גבישים המכילים סידן מגבירה את ניוון הרקמות של המפרקים הפגועים.

גירוי של סינתזת פרוסטגלנדינים

יחד עם גירוי צמיחת תאים והפרשת אנזימים, גבישים המכילים סידן גורמים לשחרור פרוסטגלנדינים מתרביות תאים של יונקים, ובמיוחד PGE2 _. שחרור PGE2 מתרחש _בכל המקרים בתוך השעה הראשונה לאחר חשיפת התאים לגבישים. ר. רוטנברג (1987) קבע כי המקורות העיקריים של חומצה ארכידונית לסינתזה של PGE2 _הם פוספטידילכולין ופוספטידילאתנולמין, וגם אישר כי פוספוליפאז A2 _ו- NOX הם המסלולים הדומיננטיים _לייצור PGE2.

PGE1 יכול להשתחרר גם בתגובה לגבישי OFA. GM McCarty ואחרים (1993, 1994) חקרו את ההשפעות של PGE2 _, PGE, והאנלוג שלו מיסופרוסטול על התגובה המיטוגנית של פיברובלסטים אנושיים לגבישי OFA. שלושת החומרים עיכבו את התגובה המיטוגנית באופן תלוי מינון, כאשר PGE ומיסופרוסטול הפגינו פעילות מעכבת בולטת יותר. PGE2 ומיסופרוסטול, אך לא PGE2 _, עיכבו את הצטברות ה-mRNA של קולגנאז בתגובה לגבישי OFA.

MG McCarty ו-H. Cheung (1994) חקרו את מנגנון ההפעלה של תאים בתיווך OFC על ידי PGE. המחברים הראו ש-PGE, גורם משרה חזק יותר של cAMP תוך-תאי מאשר PGE2 _ו- PGE, מעכב מיטוגנזה וייצור MMP המושרה על ידי OFC דרך מסלול התמרת אותות תלוי-cAMP. ייתכן שהעלייה בייצור PGE המושרה על ידי גבישי OFC מחלישה את השפעותיהם הביולוגיות האחרות (מיטוגנזה וייצור MMP) באמצעות מנגנון משוב.

דלקת הנגרמת על ידי גבישים

גבישים המכילים סידן נמצאים לעיתים קרובות בנוזל הסינוביאלי של חולים עם אוסטאוארתרוזיס, אולם, אירועים של דלקת חריפה עם לויקוציטוזיס הם נדירים הן באוסטאוארתרוזיס והן בארתרופתיה הקשורה לגבישים (לדוגמה, תסמונת הכתף של מילווקי). הפוטנציאל הפלוגיסטי של גבישים יכול להשתנות על ידי מספר גורמים מעכבים. ר. טרקלטאוב ואחרים (1988) הדגימו את יכולתם של סרום הדם והפלזמה לעכב באופן משמעותי את תגובת גרנולוציטים נויטרופיליים לגבישי סידן פוספט בסיסיים. הגורמים הגורמים לעיכוב כזה הם חלבונים קושרים גבישים. מחקר של אחד מהחלבונים הללו, גליקופרוטאין ₂ -HS (AHSr), הראה ש-AHSr הוא המעכב החזק והספציפי ביותר של תגובת גרנולוציטים נויטרופיליים לגבישי OFC. AHSr הוא חלבון סרום ממקור כבד; ידוע כי בהשוואה לחלבוני סרום אחרים, הוא נמצא בריכוזים גבוהים יחסית בעצם וברקמה מינרליזציה. בנוסף, AHSr קיים בנוזל סינוביאלי "לא מודלק" וגם זוהה על גבישי סידן פוספט בסיסיים בנוזל סינוביאלי טבעי. לכן, לא ניתן לשלול את האפשרות ש-AHSr מווסת את הפוטנציאל הפלוגוגני של גבישי סידן פוספט בסיסיים in vivo.

לסיכום כל האמור לעיל, אנו מציגים שתי סכמות של פתוגנזה של דלקת מפרקים ניוונית שהוצעה על ידי WB van den Berg et al. (1999) ו-M. Carrabba et al. (1996), המשלבים גורמים מכניים, גנטיים וביוכימיים.