תיקון סחוס מפרקי וגורמי גדילה בפתוגנזה של דלקת מפרקים ניוונית

הודות להתקדמות הביוטכנולוגיה, ובפרט טכנולוגיית השיבוט, הורחבה לאחרונה באופן אינטנסיבי רשימת גורמי הגדילה אשר, בהיותם גורמים אנבוליים, ממלאים תפקיד חשוב, אך לא מובן במלואו, בפתוגנזה של דלקת מפרקים ניוונית.

הקבוצה הראשונה של גורמי גדילה שתידון להלן היא IGFs. הם נמצאים בכמויות גדולות בסרום הדם ויש להם מספר תכונות משותפות לאינסולין. IGF-2 אופייני יותר לשלב ההתפתחות העוברי, בעוד IGF-1 הוא הנציג הדומיננטי של הקבוצה במבוגרים. שני נציגי קבוצה זו פועלים על ידי קשירה לקולטני IGF מסוג I. בעוד שתפקידו של IGF-2 נותר לא ידוע, משמעותו של IGF-1 כבר נקבעה - הוא מסוגל לעורר את הסינתזה של פרוטאוגליקנים על ידי כונדרוציטים ולעכב באופן משמעותי תהליכים קטבוליים בסחוס המפרקי. IGF-1 הוא הגירוי האנבולי העיקרי לסינתזה של פרוטאוגליקנים על ידי כונדרוציטים, הנמצאים בסרום הדם ובנוזל הסינוביאלי. IGF-1 הוא גורם חשוב לגידול כונדרוציטים במודלים ניסיוניים של אוסטאוארתריטיס במבחנה. ההנחה היא ש-IGF-1 נכנס לנוזל הסינוביאלי מפלזמת הדם. בנוסף, כונדרוציטים תקינים מייצרים את שני הגורמים - ביטוי של IGF-1 ו-IGF-2 נמצא בקרום הסינוביאלי ובסחוס של חולים עם אוסטאוארתריטיס. בסחוס תקין, ל-IGF-1 אין תכונות מיטוגניות, אך הוא מסוגל לעורר התפשטות תאים במטריצה הפגועה, דבר המצביע על השתתפות בתהליכי תיקון.

חומרים פעילים ביולוגית המעוררים תיקון ומעכבים פירוק של סחוס מפרקי

• אִינסוּלִין
• גמא אינטרפרון
• הורמון סומטוטרופי, אנדרוגנים
• סומטומדינים (IPF-1 ו- -2)
• TGF-בטא (גורם גדילת רקמות)
• גורם גדילה שמקורו בטסיות דם
• גורם גדילה בסיסי של פיברובלסטים
• EFR
• אנטגוניסט לקולטן IL-1
• חלבונים הקושרים TNF-α
• מעכבי רקמות של מטלופרוטאזות
• 2 מקרוגלובולין
• ai-אנטיטריפסין
• RG-מקרוגלובולין
• RG-אנטיכימוטריפסין

פעולותיהם של IGF-1 ו-IGF-2 נשלטות על ידי חלבונים שונים הקושרים IGF (IGF-BP), המיוצרים גם הם על ידי כונדרוציטים. IGF-BP יכול לשמש כנשא וגם להיות בעל פעילות חוסמת IGF. תאים המבודדים מסחוס המפרקי של חולים עם אוסטאוארתריטיס מייצרים כמויות מוגזמות של IGF-BP, דבר המצביע על כך שהם חוסמים את השפעות ה-IGF. ג'יי מרטל-פלטייה ואחרים (1998) הראו שלמרות שסינתזת IGF-1 בסחוס עולה באוסטאוארתריטיס, כונדרוציטים מגיבים חלשים לגירוי IGF-1. התברר שתופעה זו קשורה (לפחות בחלקה) לעלייה ברמת ה-IGF-BP. ל-IGF-BP יש זיקה גבוהה ל-IGF והוא ביומודולטור חשוב של פעילותו. עד כה נחקרו שבעה סוגים של IGF-BP, ודיסרגולציה של IGF-BP-3 ו-IGF-BP-4 ממלאת תפקיד חשוב באוסטאוארתריטיס.

קטגוריה נוספת של גורמי גדילה המפגינים השפעות שונות על כונדרוציטים כוללת את גורם הגדילה שמקורו בטסיות דם (PDGF), FGF ו-TGF-beta. גורמים אלה מיוצרים לא רק על ידי כונדרוציטים אלא גם על ידי סינובוציטים מופעלים. ל-FGF תכונות אנבוליות וקטבוליות כאחד, בהתאם לריכוז ולמצב הסחוס המפרקי. PDGF מעורב בשמירה על הומאוסטזיס של ה-ECM של הסחוס המפרקי, מבלי שיש לו תכונות מיטוגניות ברורות. גורם גדילה זה ידוע כמשפר את הסינתזה של פרוטאוגליקנים ומפחית את פירוקם.

TGF-beta מעניין במיוחד בשל תפקידו בפתוגנזה של דלקת מפרקים ניוונית. הוא חבר במשפחת העל הגדולה של TGF וחולק תכונות פונקציונליות ואיתות עם גורמי הגדילה של BMP (חלבון מורפוגנטי של העצם) שהתגלו לאחרונה.

TGF-beta הוא גורם פליאוטרופי: מצד אחד, יש לו תכונות מדכאות חיסון, מצד שני, הוא גורם כימוטקטי וממריץ רב עוצמה של התפשטות פיברובלסטים. תכונות ייחודיות של TGF-beta הן היכולת לעכב את שחרור האנזימים מתאים שונים ולהגביר משמעותית את ייצור מעכבי האנזימים (לדוגמה, TIMP). TGF-beta נחשב לווסת חשוב של נזק לרקמות עקב דלקת. לפיכך, ברקמת סחוס מפרקי, TGF-beta מגרה משמעותית את ייצור המטריקס על ידי כונדרוציטים, במיוחד לאחר חשיפה מוקדמת לגורם זה. סחוס תקין אינו רגיש ל-TGF-beta. בחולים עם OA, TGF-β מגרה את ייצור האגרקן ופרוטאוגליקנים קטנים בסחוס מפרקי.

TGF-beta מיוצר על ידי תאים רבים, ובמיוחד כונדרוציטים. הוא משתחרר בצורה סמויה הקשורה לחלבון מיוחד הנקרא חלבון הקשור ללטנטיות (LAP). הדיסוציאציה מחלבון זה מתבצעת על ידי פרוטאזות, המיוצרות בכמויות גדולות ברקמות מודלקות. מלבד TGF-beta, המיוצר על ידי תאים מופעלים, מאגרים של הצורה הסמויה של גורם זה הם מרכיב חשוב בתגובתיות TGF-beta ברקמה לאחר פגיעה מקומית. TGF-beta קיים בכמויות משמעותיות בנוזל הסינוביאלי, בקרום הסינוביאלי ובסחוס של המפרק שנפגע מאוסטאוארתרוזיס. באזורים של רקמה פגועה עם חדירות דלקתיות, מזוהה ביטוי משותף של TNF ו-IL-1, בעוד שבאזורים עם פיברוזיס, מזוהה רק ביטוי של TGF-beta.

דגירה של כונדרוציטים בתרבית מחולים עם דלקת מפרקים ניוונית עם TGF-beta גורמת לעלייה משמעותית בסינתזת פרוטאוגליקן על ידי תאים אלה. גירוי של כונדרוציטים תקינים עם TGF-beta גורם לעלייה בסינתזת פרוטאוגליקן רק לאחר ימים רבים של דגירה. ייתכן שזמן זה נחוץ לשינוי פנוטיפ התא תחת השפעת TGF-beta (לדוגמה, לשינוי במה שנקרא מחלקה של פרוטאוגליקנים: פרוטאוגליקנים שנוצרו לאחרונה ממוקמים רק סביב כונדרוציטים).

ידוע כי הפעלת סינתזת גורמי גדילה, ובפרט TGF-beta, היא חוליה חשובה בפתוגנזה של פיברוזיס כלייתי וכבדי, ובהיווצרות צלקות במהלך ריפוי פצעים. עומס מוגבר על כונדרוציטים במבחנה מוביל לייצור יתר של TGF-beta, בעוד שירידה בסינתזת פרוטאוגליקן לאחר קיבוע הגפיים יכולה להיות מופחתת על ידי TGF-beta. TGF-beta גורם להיווצרות אוסטאופיטים באזור השולי של המפרקים כמנגנון הסתגלות לשינויים בעומס. IL-1, הגורם לתהליך דלקתי מתון בסינוביום בתגובה לנזק למפרק, מקדם היווצרות של כונדרוציטים בעלי פנוטיפ שונה, המייצרים כמות מוגזמת.

הזרקות מקומיות חוזרות ונשנות של TGF-beta רקומביננטי בריכוזים גבוהים הובילו להתפתחות דלקת מפרקים ניוונית בעכברי C57B1 - היווצרות אוסטאופיטים, האופייניים לאוסטאוארתריטיס בבני אדם, ואובדן משמעותי של פרוטאוגליקנים באזור "הגבול הגלי".

כדי להבין כיצד עודף TGF-beta גורם לשינויים הידועים בסחוס, יש לציין שחשיפה ל-TGF-β גורמת לפנוטיפ אופייני של כונדרוציטים עם שינוי בתת-המחלקה של פרוטאוגליקנים המסונתזים ושיבוש האינטגרציה התקינה של אלמנטים של ECM. גם IGF-1 וגם TGF-beta מגרים סינתזת פרוטאוגליקנים על ידי כונדרוציטים שגדלו באלגינט, אך האחרון גורם גם למה שנקרא מחלקה של פרוטאוגליקנים. יתר על כן, נמצא כי TGF-beta מעלה את רמת הקולגנאז-3 (MMP-13) בכונדרוציטים מופעלים, דבר שסותר את הרעיון הכללי של TGF-beta כגורם אשר, להיפך, מפחית את שחרור הפרוטאזות הרסניות. עם זאת, לא ידוע האם סינתזת MMP-13 המושרה על ידי TGF-beta מעורבת בפתוגנזה של OA. TGF-beta לא רק מגרה את הסינתזה של פרוטאוגליקנים, אלא גם מקדם את שקיעתם ברצועות ובגידים, מגביר את הנוקשות ומפחית את טווח התנועה במפרקים.

BMPs הם חברים במשפחת העל TGF-beta. לחלקם (BMP-2, BMP-7 ו-BMP-9) יש את התכונה של גירוי הסינתזה של פרוטאוגליקנים על ידי כונדרוציטים. BMPs מפעילים את השפעתם על ידי קשירה לקולטנים ספציפיים על פני התא; מסלולי האיתות של TGF-beta ו-BMPs שונים במקצת. בדומה ל-TGF-beta, BMPs מאותתים דרך קומפלקס קולטני סרין/תראונין קינאז מסוג I ו-II. בקומפלקס זה, הקולטן מסוג II עובר זרחון טרנס ומפעיל את הקולטן מסוג I, אשר מעביר את האות למולקולות איתות הנקראות Smads. לאחר קבלת האות, Smads עוברים זרחון מהיר. כיום ידוע שבמסלול האיתות BMP, Smads-1, -5 ו--8 עוברים זרחון, ובמסלול האיתות TGF-beta, Smads-2 ו-Smad-3 עוברים זרחון. לאחר מכן, חלבוני ה-Smads הנקראים מתחברים ל-Smad-4, המשותף למסלולי האיתות של כל חברי משפחת העל TGF-beta. עובדה זו מסבירה את נוכחותן של תפקודים צולבים בחברי משפחת העל TGF-beta, כמו גם את תופעת העיכוב ההדדי של מסלולי האיתות TGF-beta ו-BMP על ידי תחרות על רכיבים משותפים. לא מזמן זוהתה מחלקה נוספת של חלבוני Smad, המיוצגת על ידי Smad-6 ו--7. מולקולות אלו פועלות כווסתים של מסלולי האיתות TGF-beta ו-BMP.

למרות העובדה שההשפעה המגרה של CMP על סינתזת פרוטאוגליקן ידועה מזה זמן רב, תפקידם בוויסות תפקוד הסחוס המפרקי נותר שנוי במחלוקת בשל יכולתו הידועה של CMP לגרום לדה-דיפרנציאציה של תאים, לעורר הסתיידות ויצירת רקמת עצם. M. Enomoto-Iwamoto ואחרים (1998) הראו כי האינטראקציה של CMP עם קולטן CMP מסוג II הכרחית לשמירה על הפנוטיפ הממוין של כונדרוציטים, כמו גם לשליטה על התפשטותם והיפרטרופיה שלהם. על פי LZ Sailor ואחרים (1996), CMP-2 שומר על הפנוטיפ של כונדרוציטים בתרבית במשך 4 שבועות מבלי לגרום להיפרטרופיה שלהם. CMP-7 (זהה לחלבון אוסטאוגני-1) שומר על הפנוטיפ של כונדרוציטים בוגרים של סחוס מפרקי שגודלו באלגינט במשך זמן רב.

החדרת KMP-2 ו-KMP-9 למפרקי הברך של עכברים הגבירה את סינתזת הפרוטאוגליקן ב-300%, משמעותית יותר מאשר TGF-beta. עם זאת, ההשפעה המגרה הייתה זמנית, ולאחר מספר ימים רמת הסינתזה חזרה לרמה ההתחלתית. TGF-beta גרם לגירוי ארוך טווח של סינתזת הפרוטאוגליקן, ככל הנראה עקב אוטואינדוקציה של TGF-beta ורגישות של כונדרוציטים לגורם זה.

TGF-beta אחראי על היווצרות כונדרופיטים, דבר שניתן לראותו כהשפעה לא רצויה של פעולתו, KMP-2 גם מקדם את היווצרות הכונדרופיטים, אך באזור אחר של השוליים המפרקיים (בעיקר באזור לוח הגדילה).

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

חלבונים מורפוגנטיים של סחוס

חלבונים מורפוגנטיים של סחוס (CMP-1 ו-CMP-2) הם חברים נוספים במשפחת העל TGF-beta החיוניים להיווצרות רקמת סחוס במהלך התפתחות הגפיים. מוטציות בגן CMP-1 גורמות לכונדרדיספלזיה. ל-CMPs עשוי להיות פרופיל סלקטיבי יותר, המכוון לסחוס. למרות ש-TGF-beta ו-CMPs יכולים לעורר כונדרוציטים, הם יכולים לפעול על תאים רבים אחרים, ולכן השימוש בהם לתיקון סחוס עשוי להיות קשור לתופעות לוואי. שני סוגי ה-CMPs נמצאים בסחוס של מפרקים בריאים ומפרקים אוסטאוארתריטיים ומקדמים את תיקון רקמת הסחוס המפרקית (ECM) לאחר פירוק אנזימטי, תוך שמירה על פנוטיפ תקין.

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

סינרגיזם של גורמי גדילה

גורם גדילה אחד מסוגל להשרות את עצמו, כמו גם גורמי גדילה אחרים, אינטראקציה זו מווסתת בקפידה. לדוגמה, FGF יחד עם גורמי גדילה אחרים מספק תיקון יעיל יותר של סחוס מפרק לאחר פגם טראומטי. IGF-1 יחד עם TGF-beta משרה באופן משמעותי את הפנוטיפ הרגיל של כונדרוציטים בעת גידולם במבחנה. הוכח כי TGF-beta מונע את ייצור IGF-1 ו-IGF-BP, וגם מבצע דה-זרחון של קולטן IGF-1, וממריץ קישור ל-IGF-1. בסחוס עכבר שלם, נמצאה תופעה של סינרגיזם של IGF-1 עם גורמי גדילה רבים. עם זאת, לא ניתן ליישר את התגובה החלשה של כונדרוציטים ל-IGF-1 על ידי שימוש בו בשילוב עם גורמי גדילה אחרים.

אינטראקציה בין ציטוקינים אנבוליים והרסניים

גורמי גדילה מפגינים אינטראקציות מורכבות עם IL-1. לדוגמה, חשיפה מוקדמת של כונדרוציטים ל-FGF מגבירה את שחרור הפרוטאז לאחר חשיפה ל-IL-1, אולי באמצעות ביטוי מוגבר של קולטן IL-1. PDGF גם מגרה את שחרור הפרוטאז התלוי ב-IL-1, אך הוא מפחית את העיכוב של סינתזת פרוטאוגליקן בתיווך IL-1. זה עשוי להצביע על כך שגורמי גדילה מסוימים יכולים בו זמנית לעורר תיקון סחוס ולקדם את הרס שלו. גורמי גדילה אחרים, כגון IGF-1 ו-TGF-β, מגרים סינתזת מטריקס מפרק ומעכבים הרס סחוס מפרק בתיווך IL-1, דבר המצביע על כך שפעילותם קשורה רק לתיקון רקמות. אינטראקציה זו אינה תלויה בחשיפה מוקדמת של כונדרוציטים ל-IL-1. מעניין לציין, שהקינטיקה של השפעות IL-1 ו-TGF-beta עשויה להיות שונה: יכולתו של TGF-beta לדכא פירוק סחוס מפרק נחלשת על ידי פעולתו האיטית על mRNA של TIMP. מצד שני, נצפית עלייה ברמות hNOC ו-NO בהיעדר TGF-beta. בהינתן התלות ב-NO של ההשפעה המדכאת של IL-1 על סינתזת פרוטאוגליקן על ידי כונדרוציטים, ייתכן שזה מסביר מדוע אנו עדים לתגובה נגדית חזקה משמעותית של TGF-beta לעיכוב תלוי-IL-1 של סינתזת פרוטאוגליקן בהשוואה לפירוק פרוטאוגליקן in vivo.

במחקר שנערך בעכברים שהוזרקו תוך-מפרקית עם IL-1 וגורמי גדילה, הוכח כי TGF-beta מנטרל באופן משמעותי עיכוב של סינתזת פרוטאוגליקן בסחוס המפרקי בתיווך IL-1, בעוד ש-CMP-2 אינו מסוגל לפעול נגד זה: הפוטנציאל הגירוי שלו עוכב לחלוטין על ידי IL-1 אפילו בריכוזים גבוהים של CMP-2. ראוי לציין כי בהיעדר IL-1, CMP-2 עודד סינתזת פרוטאוגליקן בצורה אינטנסיבית הרבה יותר מאשר TGF-beta.

בנוסף להשפעתו על סינתזת פרוטאוגליקן, TGF-beta משפיע באופן משמעותי גם על ההפחתה בתכולת פרוטאוגליקן בסחוס הנגרמת על ידי IL-1. ייתכן שתכולת הפרוטאוגליקן יורדת או עולה בהתאם לריכוז היחסי של IL-1 ו-TGF-beta. מעניין לציין, כי הפעולה הנגדית שתוארה לעיל של IL-1 ו-TGF-beta נצפתה בעובי הסחוס, אך תופעה זו לא נצפתה ליד כונדרופיטים בקצוות המשטחים המפרקיים. היווצרות כונדרופיטים נגרמת על ידי TGF-β, המשפיע על תאים כונדרוגניים בפריאוסטאום, וגורם להתפתחות כונדרובלסטים ולשקיעת פרוטאוגליקן. ככל הנראה, כונדרובלסטים אלה אינם רגישים ל-IL-1.

HL Glansbeek ואחרים (1998) חקרו את יכולתם של TGF-beta ו-KMP-2 לנטרל את דיכוי הסינתזה של פרוטאוגליקנים במפרקים של עכברים עם דלקת פרקים הנגרמת על ידי זימוסן (כלומר, במודל של דלקת "טהורה" הנגרמת על ידי IL-1). מתן תוך-מפרקי של TGF-beta נטרל באופן משמעותי את דיכוי הסינתזה של פרוטאוגליקנים הנגרמת על ידי דלקת, בעוד ש-KMP-2 כמעט ולא היה מסוגל לנטרל תהליך תלוי IL-1 זה. הזרקות חוזרות ונשנות של TGF-β למפרק הברך של החיות שנחקרו עודדו באופן משמעותי את הסינתזה של פרוטאוגליקנים על ידי כונדרוציטים, תרמו לשימור פרוטאוגליקנים קיימים בסחוס שדלדו עקב דלקת, אך לא דיכאו את התהליך הדלקתי.

כאשר חוקרים את תפקוד סינתזת הפרוטאוגליקנים של כונדרוציטים באמצעות מודלים ניסיוניים של אוסטאוארתריטיס בבעלי חיים, תמיד נצפתה עלייה בתכולת ובגירוי הסינתזה של פרוטאוגליקנים בשלבים המוקדמים של אוסטאוארתריטיס, בניגוד למודלים דלקתיים, בהם נצפית עיכוב משמעותי של הסינתזה (תהליך תלוי IL-1). פעילות מוגברת של גורמים אנבוליים, ובפרט גורמי גדילה, הנצפית באוסטאוארתריטיס, מנטרלת את השפעתם של ציטוקינים מדכאים כמו IL-1. מבין גורמי הגדילה, TGF-beta הוא בעל החשיבות הגדולה ביותר; סביר להניח ש-KMP-2 לא ימלא תפקיד משמעותי בתהליך זה. למרות ש-IGF-1 מסוגל לעורר סינתזת פרוטאוגליקנים במבחנה, תכונה זו אינה נצפית in vivo עם יישום מקומי של IGF-1. ייתכן שזה נובע מהעובדה שהרמה האנדוגנית של גורם גדילה זה היא אופטימלית. בשלבים מאוחרים יותר של אוסטאוארתריטיס, מופיעים סימנים של עיכוב סינתזת פרוטאוגליקנים, אשר קשורה כנראה לפעולה הדומיננטית של IL-1 ולחוסר היכולת של גורמי גדילה לנטרל אותה עקב ירידה בפעילות.

ניתוח ביטוי גורמי גדילה בעכברי STR/ORT עם דלקת מפרקים ניוונית ספונטנית הדגים רמות mRNA מוגברות של TGF-β ו-IL-1 בסחוס פגום. יש לציין כי הפעלת TGF-β מהצורה הסמויה היא מרכיב חשוב בתיקון רקמות. הבנת תפקידו של TGF-β מסובכת עקב תוצאות מחקר על ביטוי קולטן TGF-β מסוג II בארנבות ACL. מיד לאחר גרימת דלקת מפרקים ניוונית, זוהו רמות נמוכות של קולטנים אלה, דבר המצביע על חוסר באיתות TGF-β. מעניין לציין, שעכברים חסרי קולטן TGF-β מסוג 11 הראו סימנים של דלקת מפרקים ניוונית ספונטנית, דבר המצביע גם על תפקיד חשוב של איתות TGF-β בהידרדרות תיקון הסחוס ובהתפתחות דלקת מפרקים ניוונית.

התכולה המוחלטת של גורמי גדילה במפרקים של חולים עם דלקת מפרקים שגרונית או דלקת מפרקים ניוונית עשויה להצביע על תפקידם האפשרי בפתוגנזה של מחלות אלו. עם זאת, למרות העובדה שריכוזים גבוהים של גורמי גדילה נמצאים במפרקים עם דלקת מפרקים ניוונית ודלקת מפרקים שגרונית, אופי תהליכי הפירוק והתיקון בשתי המחלות שונה לחלוטין. סביר להניח שקיימים גורמים נוספים, שטרם זוהו, אשר ממלאים תפקיד מרכזי בפתוגנזה של מחלות אלו, או שהיבטים אחרים של התופעות הנחקרות קובעים את מהלך תהליכי הפירוק והתיקון ברקמות המפרק (לדוגמה, ביטוי של קולטנים מסוימים על פני השטח של כונדרוציטים, קולטנים מסיסים הקושרים חלבונים, או חוסר איזון של גורמים אנבוליים והרסניים).