תפקידם של אנזימים וציטוקינים בפתוגנזה של אוסטאוארתריטיס

בשנים האחרונות, מחקר רב התמקד בזיהוי של פרוטאזות האחראים על השפלת ECM של הסחוס המפרקי ב osteoarthritis. על פי רעיונות מודרניים, תפקיד חשוב הפתוגנזה של osteoarthritis הוא שיחק על ידי metalloproteases מטריקס (MMP). חולים עם osteoarthritis יש רמה מוגברת של שלושה נציגים של MMP - collagenases, stromelysins ו gelatinases. Collagenase הוא אחראי על השפלה של קולגן יליד, stromelysin - קולגן סוג IV, proteoglycans ו laminin, gelatinase עבור השפלה הג 'לטין, קולגן IV, VH XI סוגים, elastin. בנוסף, נוכחותו של אנזים אחר - aggrecanase, אשר יש את המאפיינים של MMPs והוא אחראי על proteolysis של אגרגטים proteillycan סחוס.

הסחוס במפרק של collagenases האנושי זיהה שלושה סוגים של רמות הנישאים בחולים עם אוסטיאוארתריטיס - collagenase-1 (MMP-1), collagenase-2 (MMP-8), collagenase-3 (MMP-13). דו-קיום של שלושה סוגים שונים של קולגן בסחוס המפרקי מעיד על כך שכל אחד מהם משחק תפקיד משלו. אכן, collagenase-1 ו -2 הם נקודות בעיקר באזור השטחי העליון הביניים של הסחוס במפרק, תוך collagenase-3 נמצא בתחתית אזורי הביניים והעמוקים. יתר על כן, תוצאות מחקרים אימונוהיסטוכימיים הראו כי במהלך ההתקדמות של רמת אוסטיאוארתריטיס של collagenase-3 תגיע טבלה או אפילו יורדת, ואילו רמת collagenase-1 הוא גדל בהדרגה. ישנן עדויות כי עבור osteoarthritis collagenase-1 הוא מעורב בעיקר בתהליך הדלקתי של הסחוס במפרק, תוך collagenase-3 - ב שיפוץ רקמות. Cartilagin-3, לידי ביטוי הסחוס של חולים עם OA, מבזה סוג II קולגן אינטנסיבי יותר קולגן 1.

הנציגים של הקבוצה השנייה metalloproteases stromelizinovu האדם מזוהה שלוש - stromelysin-1 (MMP-3), stromelysin-2 (MMP-10) ו stromelysin-3 (MMP-11). כיום ידוע כי רק stromelysin-1 מעורב בתהליך הפתולוגי של אוסטאוארתריטיס. בקרום סינוביאלי של חולים עם דלקת מפרקים ניוונית אינם נקבעים stromelysin-2, אך הוא נמצא בכמויות קטנות מאוד פיברובלסטים סינוביאלי של חולים עם דלקת מפרקים שגרונית. Stromelysin-3 נמצא גם בקרום הסינוביאלי של מטופלים עם דלקת מפרקים שגרונית ליד fibroblasts, במיוחד באזורי פיברוזיס.

בקבוצה של gelatinases ברקמת הסחוס האנושית מזוהה רק שני - 92 gelatinase kDa (gelatinase B, או MMP-9) ו 72 gelatinase kDa (gelatinase A, או MMP-2); בחולים עם osteoarthritis, עלייה ברמת 92 kD gelatinase נקבע.

לא כל כך מזמן, קבוצה אחרת של MMPs זוהה כי הם מקומי על פני השטח של קרום התא נקראים MMP סוג ממברנה (MMP-MT). לקבוצה זו שייכים ארבעה אנזימים - MMP-MT1-MMP-MT-4. MMP-MT ביטוי נמצא הסחוס המפרקי האנושי. למרות MMP-MT-1 בעל תכונות של collagenase, הן MMP-MT-1 ו MMP-MT-2 מסוגלים להפעיל gelatinase-72 kD ו collagenase-3. תפקידה של קבוצה זו של MMP ב פתוגנזה של OA דורש חידוד.

הפרוטאין מופרש בצורה של זימוגן, המופעל על ידי פרוטאזות אחרות או תרכובות אורגניות של כספית. הפעילות הקטליטית של MMP תלויה בנוכחות של אבץ באזור הפעיל של האנזים.

הפעילות הביולוגית של MMP נשלטת על ידי TIMPs ספציפיים. עד כה, שלושה סוגים של TIMP זוהו כי נמצאים ברקמות המפרק האנושי, TIMP-1-TIMP-3. הסוג הרביעי של TIMP מזוהה ומשוכפל, אך הוא עדיין לא זוהה ברקמות המפרק האנושי. מולקולות אלה להיקשר באופן ספציפי לאתר הפעיל של MMP, אם כי כמה מהם מסוגלים להיקשר לאתר הפעיל של progelatinase 72 kDa (TIMP-2, -3, -4) ו 92 kDa progelatinase (TIMP-1 ו -3). הנתונים מראים כי OA במפרק סחוס חוסר איזון בין MMPs ו TIMPs כי תוצאה הוא מחסור יחסי של מעכבים שעשויים להיות קשור חלקית גדלו פעילות MMP ברקמה. TIMP-1 ו -2 נמצאים סחוס articular, הם מסונתזים על ידי chondrocytes. עם osteoarthritis בקרום סינוביאלי ונוזל סינוביאלי, רק סוג הראשון של TIMP זוהתה. TIMP-3 מזוהה באופן בלעדי ב- ECM. ל- TIMP-4 יש רצף חומצות אמיניות כמעט זהה עם TIMP-2 ו- ZINA של כ -38% -STIMP-1 בכמעט 50%. תאי היעד השני של TIMP-4 הוא אחראי אפנון של הפעלת progelatinase 72 פני התא KD, דבר המצביע על תפקיד חשוב כרגולטור של שיפוץ ECM רקמות ספציפיות.

מנגנון נוסף לבקרה על הפעילות הביולוגית של MMP הוא ההפעלה הפיזיולוגית שלהם. הוא האמין כי אנזימים מהמשפחה של פרוטאזות serine ו cysteine, כגון AP / plasmin ו cathepsin B, בהתאמה, הם activators פיזיולוגיים של MMP. ב הסחוס המפרקי של חולים עם osteoarthritis, רמה גבוהה של urokinase (UAP) ו plasmin זוהה.

למרות העובדה כי כמה סוגים של cathepsins נמצאים ברקמות משותף, cathepsin-B נחשב מפעיל את הסיכוי הטוב ביותר של MMP בסחוס. ברקמות של המפרק האנושי התגלו מעכבים פיזיולוגיים של פרוטאזות סרין וציסטאין. הפעילות של מעכב AP-1 (IAP-1), כמו גם פרוטאזות ציסטאין, מצטמצם בחולים עם osteoarthritis. בדומה ל- MMP / TIMP, זהו חוסר האיזון בין פרוטאזות serine ו- cysteine לבין המעכבים שלהם שיכולים להסביר את הפעילות המוגברת של MMP בסחוס המפרקי של חולים עם אוסטאוארתריטיס. בנוסף, MMPs מסוגלים להפעיל אחד את השני. לדוגמה, stromelysin-1 מפעיל collagenase-1, collagenase-3 ו gelatinase 92 kD; Collagenase-3 מפעיל 92 kD gelatinase; MMP-MT מפעילה collagenase-3, ו gelatinase-72 kD potentiates זה ההפעלה; MMP-MT גם מפעיל 72 kD gelatinase. ציטוקינים ניתן לחלק לשלוש קבוצות - הרסני (פרו דלקתי), רגולטוריות (כולל אנטי דלקתיות) ו אנבוליים (גורמי גדילה).

סוגי ציטוקינים (על פי ואן דן ברג WB et al)

הרסנית	אינטרליוקין 1 TNF-a גורם מעכב לוקמיה אינטרליוקין 17
רגולטורית	Interlekin-4 אינטרליוקין 10 אינטרליוקין 13 מעכבי אנזים
אנבוליים	Msulin דמויי גורמי גדילה TFR-b חלבונים מורפוגנטיים חלבונים מורפוגנטיים שמקורם בסחוס

ציטוקינים הרסני, בפרט IL-1 מושרה עליית שחרורו של פרוטאזות ומעכבות סינתזה של proteoglycans ו collagens כונדרוציטים. ציטוקינים תקינים, במיוחד IL-4 ו -10, לעכב את הייצור של אנטגוניסט לקולטן IL-1, כדי להגדיל את הייצור של IL-1 (IL-1 RA), ולהפחית את רמת פעילות NO-synthase ב כונדרוציטים. לפיכך, IL-4 אנטגוניזם IL-1 בדרכי שלוש: 1) מפחית את הייצור ומונע השפעותיו, 2) מגביר את הייצור של "נבלות" בסיסיות IL-1pA ו 3) מפחית את הייצור של "שליח משני העיקרי» NO. בנוסף, IL-4 מפחית השפלה רקמה אנזימטית. בתנאי in vivo אפקט תרפויטי אופטימלי מושג עם שילובים של IL-4 ו- IL-10. גורמים אנאבוליים, kakTFR-p, ו IGF-1, לא ממש מפריעים לייצור או לפעולה של IL-1, אבל מראים את הפעילות ההפוכה, למשל, להמריץ את הסינתזה של proteoglycan וקולגן, לעכב פעילות הפרוטאז ו TGF (3, גם מעכב השחרור של אנזימים כאלה ומעורר את המעכבים שלהם.

ציטוקינים פרו-דפלמתיים אחראים לסינתזה מוגברת ולביטוי של MMP ברקמות המפרקים. הם מסונתזים בקרום הסינוביאלי, ולאחר מכן מפזרים לתוך הסחוס המפרקי דרך הנוזל הסינוביאלי. ציטוקינים פרו-דלקתיים מפעילים chondrocytes, אשר בתורם מסוגלים גם לייצר ציטוקינים דלקתיים פרו. במפרקים המושפעים על ידי osteoarthrosis, תפקידו של מפעיל דלקת הוא שיחק בעיקר על ידי התאים של הממברנה הסינוביאלית. זהו סינוביטיס של סוג מקרופאג כי להפריש פרוטאזות ומגשרים דלקתיים. בין אלה, בפתוגנזה של אוסטיאוארתריטיס, IL-F, TNF-a, IL-6, גורם מעכב לויקמי (LIF) ו- IL-17 מעורבים במידה רבה ביותר.

חומרים פעילים ביולוגית המעוררים השפלה של הסחוס המפרקי באוסטאוארתריטיס

• אינטרליוקין 1
• Interlekin-3
• Interlekin-4
• TNF-a
• מושבות מגרה גורמים: macrophage (מונוציטי) ו granulocyte-macrophage
• חומר P
• PGE ₂
• Activators של פלסמינוגן (רקמות ו urokinase סוגים) ו plasmin
• Metalloproteases (קולגן, אלסטזות, stromelysins)
• קאתפסין A ו- B
• מותחן
• ליפוליסכרידים בקטריאליים
• Phospholipase Ag

נתוני הספרות מצביעים על כך ש- IL-IP, ואולי TNF-a, הם המתווכים העיקריים של הרס רקמות המפרקים באוסטאוארתריטיס. עם זאת, עדיין לא ידוע אם הם פועלים בנפרד זה מזה או שיש היררכיה תפקודית ביניהם. בדגמים של דלקת מפרקים ניוונית בחיות הודגם כי מצור IL-1 מונע ביעילות את הרס הסחוס במפרק, בעוד מצור של TNF-Alpha מוביל להחלשת דלקת ברקמות מפרקות. בקרום הסינוביאלי, נוזל סינובי וסחוס של חולים, התגלו ריכוזים מוגברים של ציטוקינים. Chondrocytes מסוגלים להגדיל את הסינתזה של פרוטאזות רק לא (MMPs ובעיקר AP) אבל גם collagens קטין כגון סוגים I ו- III, כמו גם להפחית את הסינתזה של הקולגן סוגים II ו- IX ו proteoglycans. ציטוקינים אלה גם לעורר מינים חמצן פעיל ומגשרים דלקתיים כגון PGE ₂. התוצאה של שינויים macromolecular כזה הסחוס המפרקי עם osteoarthritis הוא היעילות של תהליכי תיקון, מה שמוביל עוד השפלה של הסחוס.

הציטוקינים הפרו-דלקתיים הנ"ל מסדירים את התהליכים של עיכוב / הפעלה של MMP באוסטאוארתריטיס. לדוגמא, את חוסר האיזון בין הרמות של TIMP-1 ו- MMPs ב סחוס אוסטיאוארתריטיס עשוי להיות מתווך על ידי IL-ip, משום שהמחקר במבחנה הראה כי ריכוז גדל והולך של 1beta IL מפחית את הריכוז של TIMP-1 ו- MMP גדילת סינתזה ידי chondrocytes. סינתזה של AP הוא גם מווסתת על ידי IL-1beta. גירוי במבחנה כונדרוציטים של הסחוס במפרק עם הגידול תלוי מינון vyzyvet IL-1 בסינתזה ירידה חדה AP של סינתזה של PAI-1. היכולת של IL-1 כדי להפחית את הסינתזה של סינתזה PAI-1 ולעורר AP הוא מנגנון רב עוצמה עבור הדור של הפעלת פלסמין ו MMP. בנוסף, plasmin הוא לא רק אנזים המפעיל אנזימים אחרים, זה גם לוקח חלק בתהליך של השחתה של הסחוס על ידי פרוטאוליזה ישירה.

IL-IP הוא מסונתז כמו המוני מבשר פעיל 31 KD (pre-IL-IP), עזאת, לאחר המחשוף של הפפטיד האות, מומר ציטוקינים הפעיל מן המשקל של 17.5 KD. ברקמות של המפרקים, כולל הקרום הסינוביאלי ואת הנוזל הסינוביאלי של הסחוס במפרק, IL-IP מזוהה בצורה פעילה, וגם במחקרים in vivo הדגימו את היכולת של קרום סינוביאלי אוסטיאוארתריטיס להפריש ציטוקינים זה. כמה פרוטאזות serine מסוגלים להמיר מראש IL-IP לצורה ביולוגית שלה. אצל יונקים, תכונות כאלה נמצאים רק פרוטאז אחד, השייכת למשפחת אנזימים ציסטאין aspartatspetsificheskih שנקרא IL-1P-אנגיוטנס (IKF או caspase-1). אנזים זה מסוגל להמיר באופן ספציפי מראש IL-IP לתוך פעיל "בוגרת" IL-ip עם מסה של 17.5 ק"ג. IKF הוא פרונזים עם מסת מולקולארית של 45 kD (p45), אשר מקומי בקרום התא. לאחר מחשוף פרוטאוליטים P45 proenzima להקים שתי יחידות משנה, המכונה P10 ו- P20, אשר מאפיינת פעילות אנזימטית.

TNF-a הוא גם מסונתז כמו מבשר קשורה קרום עם מסה של 26 kD; על ידי שבירה proteolytic, הוא שוחרר מן התא כמו טופס מסיס פעיל עם מסה של 17 kD. השסע הפרוטאוליטי מתבצע על ידי האנזים TNF-a-converting (TNF-KF), השייך למשפחת האדמלינים. החוקרים מצאו ביטוי מוגבר של mRNA TNF-CF בסחוס המפרקי של חולים עם אוסטאוארתריטיס.

ההפעלה הביולוגית של chondrocytes ו synovitocytes IL-1 ו TNF-A מתווכת על ידי מחייב קולטנים ספציפיים על פני השטח של תאים - IL-R ו TNF-R. עבור כל ציטוקין זוהו שני סוגים של קולטנים: IL-IP מסוגי I ו- II ו- TNF-P I (p55) ו- II (p75). עבור העברת אותות בתאי הרקמה המשותפת, IL-1PI ו- p55 מגיבים. IL-1P סוג יש לי זיקה מעט גבוהה יותר עבור IL-1beta מאשר IL-1a; IL-1P סוג II - להיפך, יש זיקה גדולה יותר עבור IL-1a מאשר IL-ip. עדיין לא ברור אם IL-IP II מסוג II יכול לתווך אותות IL-1 או שהוא משמש רק כדי לעכב באופן תחרותי את מחייב IL-1 מסוג IL-1PI. ב chondroits ו fibroblasts סינוביאלי של חולים עם osteoarthritis, מספר רב של IL-1PI ו p55 נמצאים, אשר בתורו מסביר את הרגישות הגבוהה של תאים אלה כדי גירוי עם ציטוקינים מתאימים. תהליך זה מוביל הן להגברת הפרשת האנזימים הפרוטאוליטיים והן להרס הסחוס המפרקי.

זה לא נכלל ההשתתפות של IL-6 בתהליך הפתולוגי של osteoarthritis. הנחה זו מבוססת על התצפיות הבאות:

• IL-6 מגדיל את מספר התאים הדלקתיים בקרום הסינוביאלי,
• IL-6 מגרה את התפשטות של chondrocytes,
• IL-6 משפר את ההשפעות של IL-1 בהגדלת הסינתזה של MMP ועכבות סינתזה של proteoglycans.

עם זאת, IL-6 הוא מסוגל לעורר את הייצור של TIMP, אך אינו משפיע על הייצור של MMPs נחשב אפוא כי ציטוקינים זה מעורב בתהליך הבלימה של שפלה פרוטאוליטים של הסחוס במפרק, אשר מתבצע באמצעות מנגנון משוב.

נציג נוסף של משפחת IL-6 הוא LIF - ציטוקינים, אשר מופק על ידי chondrocytes המתקבל בחולים עם אוסטיאוארתריטיס, בתגובה לגירוי ידי ציטוקינים פרו-דלקתיים IL-IP ו- TNF-a. LIF מגרה את resorption של proteoglycans של הסחוס, כמו גם את הסינתזה של MMP ו NO הייצור. תפקידו של ציטוקין זה ב osteoarthritis אינו מובן לחלוטין.

IL-17 הוא hododimer 20-30 KD שיש IL-1, כמו פעולה, אבל הרבה פחות בולט. IL-17 ממריץ את הסינתזה והבידוד של מספר ציטוקינים פרו-דלקתיים, כולל IL-ip, TNF-a, IL-6 ו- MMP בתאי מטרה, למשל, במיקרופאגים אנושיים. בנוסף, IL-17 מגרה לא ייצור עם chondrocytes. כמו ה- LIF, תפקידה של IL-17 בפתוגנזה של OA נחקר מעט.

רדיקלים חופשיים לא אורגניים לא ממלא תפקיד חשוב השפלה של הסחוס המפרקי עם OA. Chondrocytes המתקבלים מחולים עם osteoarthritis לייצר יותר לא ספונטנית כמו גם לאחר גירוי עם ציטוקינים פרו דלקתיים בהשוואה לתאים נורמליים. תוכן NO גבוה נמצא בנוזל הסינוביאלי ובסרום של חולים עם osteoarthritis - תוצאה של ביטוי מוגבר וסינתזה של המושרה NO synthase (hNOC), אנזים אחראי NO הייצור. לאחרונה, הדנ"א של hNOC ספציפי chondrocyte היה משובטים, רצף חומצות האמינו של האנזים נקבע. רצף חומצות האמינו מצביע על זהות של 50% ו -70% דמיון ל- hNOC ספציפי עבור האנדותל והרקמות העצביות.

NO מעכב את הסינתזה של מקרומולקולות של ECM של הסחוס המפרקי וממריץ את הסינתזה של MMP. יתר על כן, עלייה בייצור NO מלווה בירידה בסינתזה של היריב IL-IP (IL-1RA) על ידי chondrocytes. לכן, עלייה ברמת IL-1 וירידה IL-1 RA מוביל hyperstimulation של NO של chondrocytes, אשר בתורו מוביל השפלה מוגברת של מטריקס הסחוס. היו דיווחים על השפעה טיפולית in vivo של מעכב hNOC סלקטיבי על התקדמות של osteoarthritis ניסיוני.

מעכבי ציטוקינים טבעיים יכולים לעכב באופן ישיר את הכריכה של ציטוקינים לקולטנים של קרום התא, ובכך להפחית את הפעילות הפרו-דלקתית שלהם. מעכבי טבעי של ציטוקינים ניתן לחלק לשלוש כיתות על פי מצב הפעולה שלהם.

המעמד הראשון של מעכבי כוללים אנטגוניסטים קולטן, אשר מונעים מחייב של ליגנד לקולטן שלה על ידי התחרות על האתר מחייב. עד כה, מעכב כזה נמצא רק עבור IL-1, המעכב התחרותי הנ"ל של מערכת IL-1 / ILIP IL-1 PA. IL-1 RA בלוקים רבים של תופעות כי הם נצפו ברקמות של המפרקים דלקת מפרקים ניוונית, כולל סינתזה של פרוסטגלנדינים ידי תאים סינוביאלי, ייצור collagenase ידי chondrocytes והשפלה של הסחוס במפרק בקבינט.

IL-1PA מזוהה בצורות שונות - אחד מסיס (RIL-1PA) ושני intercellular (μIL-lPAI ו μIL-1APAP). הזיקה של צורת מסיסים של IL-1RA הוא 5 פעמים של צורות בין תאיים. למרות החיפוש המדעי האינטנסיבי, תפקידה של זו אינו ידוע. Eksperimety במבחנה הראו עיכוב של הריכוז הנדרש לפעילות IL-1beta של IL-1pA 10-100 פעמים לחרוג ממגבלת בתנאי in vivo דורש עלייה אלף בריכוז IL-1pA. עובדה זו יכולה להסביר באופן חלקי את החסר היחסי של IL-1 RA ואת עודף IL-1 ב synovia של חולים עם osteoarthritis.

המעמד השני של מעכבי טבעי של ציטוקינים מיוצג על ידי קולטנים מסיסים של ציטוקינים. דוגמה של מעכבים כאלה בבני אדם הקשורים הפתוגנזה של osteoarthrosis הם pIL-1P ו pp55. קולטני ציטוקינים מסיסים מקוצצים צורות של קולטני נורמלי ידי קשירה של ציטוקינים, הם למנוע שלהם מחייב את הקולטנים קרום הקשורים של תאי מטרה, הפועל על ידי אנטגוניזם מנגנון תחרותי.

המבשר העיקרי של קולטנים מסיסים הם IL-1PP קשורה קרום. הזיקה של ה- RIL-IP ביחס ל- IL-1 ו- IL-1 PA שונה. לפיכך, ל- pIL-1PH יש זיקה גדולה יותר ל- IL-1p מאשר ל- IL-1 PA, ו- pIL-1PI מראה זיקה גדולה יותר ל- IL-1RA מאשר ל- IL-ip.

עבור TNF יש גם שני סוגים של קולטנים מסיסים - pp55 ו pp75, כמו קולטני IL-1 מסיסים, הם נוצרים על ידי "עמעום" (השלכת). ב vivo, שני קולטנים נמצאים ברקמות של המפרקים שנפגעו. תפקידם של קולטני TNF מסיסים בפתוגנזה של דלקת מפרקים ניוונית נדונה. מוצע כי בריכוזים נמוכים הם מייצבים את המבנה התלת-ממדי של TNF ומגבירים את מחצית החיים של הציטוקין הביו-אקטיבי, ואילו ריכוזים גבוהים של pp55 ו- pp75 עשויים להפחית את פעילות ה- TNF באמצעות אנטגוניזם תחרותי. ככל הנראה, pp75 יכול לשמש כמוביל של TNF, להקל על מחייב את הקולטן הקשורים קרום.

המעמד השלישי של מעכבי הטבע של ציטוקינים מיוצג על ידי קבוצה של ציטוקינים אנטי דלקתיים, הכוללים TGF-Beta, IL-4, IL-10 ו- IL-13. ציטוקינים אנטי דלקתיים מפחיתים את הייצור של פרו דלקתיים, כמו גם כמה פרוטאזות, לעורר ייצור של IL-1RA ו TIMP.