^

Здоровье

A
A
A

Роль ферментов и цитокинов в патогенезе остеоартроза

 

В последние годы большое внимание исследователей фокусируется на идентификации протеаз, ответственных за деградацию ВКМ суставного хряща при остеоартрозе. Согласно современным представлениям, важную роль в патогенезе остеоартроза играют матриксные металлопротеазы (ММП). У больных с остеоартрозом обнаруживают повышенный уровень трех представителей ММП - коллагеназ, стромелизинов и желатиназ. Коллагеназа ответственна за деградацию нативного коллагена, стромелизин - коллагена IV типа, протеогликанов и ламинина, ажелатиназа - за деградацию желатина, коллагенов IV, Vh XI типов, эластина. Кроме того, предполагают наличие еще одного фермента - аггреканазы, который обладает свойствами ММП и отвечает за протеолиз хрящевых протеогликановых агрегатов.

В суставном хряще человека идентифицированы три типа коллагеназ, уровень которых значительно повышен у больных остеоартрозом, - коллагеназа-1 (ММП-1), коллагеназа-2 (ММП-8) и коллагеназа-3 (ММП-13). Сосуществование трех разных типов коллагеназ в суставном хряще свидетельствует о том, что каждая из них играет свою специфическую роль. Действительно, коллагеназы-1 и -2 локализуются главным образом в поверхностной и верхней части промежуточной зоны суставного хряща, тогда как коллагеназу-3 обнаруживают в нижней части промежуточной и в глубокой зонах. Более того, результаты иммуногистохимического исследования продемонстрировали, что в процессе прогрессирования остеоартроза уровень коллагеназы-3 достигает плато и даже снижается, тогда как уровень коллагеназы-1 постепенно повышается. Имеются данные о том, что при остеоартрозе коллагеназа-1 главным образом участвует в воспалительном процессе в суставном хряще, тогда как коллагеназа-3 - в ремоделировании ткани. Экспрессируемая в хряще больных с ОА коллагеназа-3 осуществляет деградацию коллагена II типа более интенсивно, чем коллагеназа-1.

Из представителей второй группы металлопротеаз, стромелизинову человека идентифицированы также три - стромелизин-1 (ММП-3), стромелизин-2 (ММП-10) и стромелизин-3 (ММП-11). Сегодня известно, что только стромелизин-1 вовлечен в патологический процесс при остеоартрозе. В синовиальной мембране больных с остеоартрозом не определяется стромелизин-2, однако он обнаружен в очень малом количестве в синовиальных фибробластах больных с ревматоидным артритом. Стромелизин-3 также обнаружен в синовиальной оболочке больных с ревматоидным артритом вблизи фибробластов, особенно в зонах фиброза.

В группе желатиназ в хрящевой ткани человека идентифицировано только две - желатиназа 92 кД (желатиназа В, или ММП-9) и желатина-за 72 кД (желатиназа А, или ММП-2); у больных с остеоартрозом определяют повышение уровня желатиназы 92 кД.

Не так давно была идентифицирована еще одна группа ММП, которые локализуются на поверхности клеточных мембран и называются ММП мембранного типа (ММП-МТ). К этой группе принадлежат четыре фермента - ММП-МТ1 - ММП-МТ-4. Экспрессия ММП-МТ обнаружена в суставном хряще человека. Хотя ММП-МТ-1 обладает свойствами коллагеназы, оба фермента ММП-МТ-1 и ММП-МТ-2 способны активироватьжелатиназу-72 кД и коллагеназу-3. Роль этой группы ММП в патогенезе ОА требует уточнений.

Протеиназы секретируются в форме зимогена, который активируется другими протеиназами или органическими соединениями ртути. Каталитическая активность ММП зависит от наличия цинка в активной зоне фермента.

Биологическая активность ММП контролируется специфическими ТИМП. К настоящему времени идентифицированы три типа ТИМП, которые обнаруживают в суставных тканях у человека, - ТИМП-1-ТИМП-3. Четвертый тип ТИМП идентифицирован и клонирован, однако он до сих пор не был обнаружен в суставных тканях человека. Эти молекулы специфически связываются с активным центром ММП, хотя некоторые из них способны связывать активный центр прожелатиназы 72 кД (ТИМП-2, -3, -4) и прожелатиназы 92 кД (ТИМП-1 и -3). Данные свидетельствуют о том, что при ОА в суставном хряще существует дисбаланс между ММП и ТИМП, результатом которого является относительный дефицит ингибиторов, что, возможно, частично связано с повышением уровня активных ММП в ткани. ТИМП-1 и -2 обнаруживают в суставном хряще, они синтезируются хондроцитами. При остеоартрозе в синовиальной оболочке и синовиальной жидкости обнаружен только первый тип ТИМП. ТИМП-3 обнаруживают исключительно в ВКМ. ТИМП-4 почти на 50% имеет идентичную аминокислотную последовательность с ТИМП-2 и-Зина 38% - сТИМП-1. В других клетках-мишенях ТИМП-4 ответственен за модуляцию активации прожелатиназы 72 кД на поверхности клеток, что свидетельствует о важной роли в качестве тканеспецифического регулятора ремоделирования ВКМ.

Другим механизмом контролирования биологической активности ММП является их физиологическая активация. Существует мнение, что ферменты из семейства сериновых и цистеиновых протеаз, таких, как АП/плазмин и катепсин В соответственно, и являются физиологическими активаторами ММП. В суставном хряще больных с остеоартрозом обнаружен повышенный уровень урокиназы (уАП) и плазмина.

Несмотря на то, что в тканях сустава обнаруживают несколько типов катепсинов, наиболее вероятным активатором ММП в хряще считают катепсин-В. В тканях сустава человека обнаружены физиологические ингибиторы сериновых и цистеиновых протеаз. Активность ингибитора АП-1 (иАП-1), а также цистеиновых протеаз снижена у больных с остеоартрозом. Аналогично ММП/ТИМП - именно дисбалансом между сериновыми и цистеиновыми протеазами и их ингибиторами можно объяснить повышенную активность ММП в суставном хряше больных с остеоартрозом. Кроме того, ММП способны активировать друг друга. Например, стромелизин-1 активирует коллагеназу-1, коллагеназу-3 и желатиназу 92 кД; коллагеназа-3 активирует желатиназу 92 кД; ММП-МТ активирует коллагеназу-3, а желатиназа-72 кД потенциирует эту активацию; ММП-МТ также активирует желатиназу 72 кД. Цитокины можно разделить на три группы - деструктивные (провос-палительные), регуляторные (в том числе противовоспалительные) и анаболические (факторы роста).

Типы цитокинов (по van den Berg W.B. et al)

Деструктивные

Интерлейкин-1

ФНО-а

Лейкемический ингибирующий фактор

Интерлейкин-17

Регуляторные

Интерлейкин-4

Интерлейкин-10

Интерлейкин-13

Ингибиторы ферментов

Анаболические

Мнсулиноподобные факторы роста

ТФР-b

Костные морфогенетические белки

Морфогенетические белки, полученные из хряща

Деструктивные цитокины, в частности ИЛ-1, индуцируют увеличение высвобождения протеаз и угнетают синтез протеогликанов и коллагенов хондроцитами. Регуляторные цитокины, в частности ИЛ-4 и -10, угнетают продукцию ИЛ-1, увеличивают продукцию антагониста рецептора ИЛ-1 (ИЛ-1 РА) и снижают уровень и NO-синтазы в хондроцитах. Таким образом, ИЛ-4 противодействует ИЛ-1 по трем направлениям: 1) снижает продукцию, препятствует его эффектам, 2) увеличивает продукцию основного «скавенджера» ИЛ-1РА и 3) снижает продукцию основного вторичного «мессенджера» NO. Кроме того, ИЛ-4 снижает ферментативную деградацию ткани. В условиях in vivo оптимальный терапевтический эффект достигается при комбинации ИЛ-4 и ИЛ-10. Анаболические факторы, такие, какТФР-р и ИФР-1, реально не препятствуют продукции или действию ИЛ-1, а проявляют противоположную активность, например, стимулируют синтез протеогликанов и коллагена, подавляют активность протеаз, а ТФР-(3 еще и угнетает высвобождение ферментов и стимулирует их ингибиторы.

Провоспалительные цитокины отвечают за повышенный синтез и экспрессию ММП в суставных тканях. Они синтезируются в синовиальной оболочке, а затем диффундируют в суставной хрящ через синовиальную жидкость. Провоспалительные цитокины активируют хондроциты, которые в свою очередь также способны вырабатывать провоспалительные цитокины. В пораженных остеоартрозом суставах роль эффектора воспаления играют главным образом клетки синовиальной мембраны. Именно синовициты макрофагального типа секретируют протеазы и медиаторы воспаления. Среди них в патогенезе остеоартроза в наибольшей мере «задействованы» ИЛ-ф, ФНО-а, ИЛ-6, лейкемический ингибирующий фактор (ЛИФ) и ИЛ-17.

Биологически активные вещества, стимулирующие деградацию суставного хряща при остеоартрозе

  • Интерлейкин-1
  • Интерлейкин-3
  • Интерлейкин-4
  • ФНО-а
  • Колониестимулирующие факторы: макрофагальный (моноцитарный) и гранулоцитарно-макрофагальный
  • Субстанция Р
  • ПГЕ2
  • Активаторы плазминогена (тканевый и урокиназный типы) и плазмина
  • Металлопротеазы (коллагеназы. элластазы, стромелизины)
  • Катепсины А и В
  • Трилсин
  • Бактериальные липополисахариды
  • Фосфолипаза Аг

Данные литературы свидетельствуют, что ИЛ-ip и, возможно ФНО-а, - главные медиаторы деструкции суставных тканей при остеоартрозе. Однако до сих пор не известно, действуют ли они независимо друг от друга или между ними существует функциональная иерархия. На моделях остеоартроз у животных показано, что блокада ИЛ-1 эффективно предотвращает деструкцию суставного хряща, тогда как блокада ФНО-а приводит лишь к ослаблению воспаления в тканях сустава. В синовиальной мембране, синовиальной жидкости и хряще больных обнаружены повышенные концентрации обоих цитокинов. В хондроцитах они способны увеличивать синтез не только протеаз (главным образом ММП и АП), но и минорных коллагенов, например I и III типов, а также уменьшать синтез коллагенов II и IX типов и протеогликанов. Эти цитокины также стимулируют активные формы кислорода и такие медиаторы воспаления, как ПГЕ2. Результатом таких макромолекулярных изменений в суставном хряще при остеоартрозе является неэффективность репаративных процессов, что приводит к дальнейшей деградации хряща.

Вышеназванные провоспалительные цитокины модулируют процессы угнетения/активации ММП при остеоартрозе. Например, дисбаланс между уровнями ТИМП-1 и ММП в хряще при остеоартрозе может опосредоваться ИЛ-ip, так как исследование in vitro продемонстрировало, что повышение концентрации ИЛ-1 бета приводит к снижению концентрации ТИМП-1 и увеличению синтеза ММП хондроцитами. Синтез АП также модулируется ИЛ-1бета. Стимуляция in vitro хондроцитов суставного хряща с использованием ИЛ-1 вызывет дозозависимое увеличение синтеза АП и резкое снижение синтеза иАП-1. Способность ИЛ-1 уменьшать синтез иАП-1 и стимулировать синтез АП является мощным механизмом генерации плазмина и активации ММП. Кроме того, плазмин является не только ферментом, активизирующим другие ферменты, он также принимает участие в процессе деградации хряща путем прямого протеолиза.

ИЛ-ip синтезируется в виде неактивного предшественника с массой 31 кД (пре-ИЛ-ip), азатем, после отщепления сигнального пептида, превращается в активный цитокин с массой 17,5 кД. В тканях суставов, включая синовиальную мембрану, синовиальную жидкость и суставной хрящ, ИЛ-ip обнаруживают в активной форме, а в исследованиях in vivo продемонстрирована способность синовиальной мембраны при остеоартрозе секретировать этот цитокин. Некоторые сериновые протеазы способны превращать пре-ИЛ-ip в его биоактивную форму. У млекопитающих такие свойства обнаружены лишь у одной протеазы, которая относится к семье цистеиновых аспартатспецифических ферментов и называется ИЛ-1р-конвертирующий фермент (ИКФ, или каспаза-1). Этот фермент способен специфически превращать пре-ИЛ-ip в биологически активный «зрелый» ИЛ-ip с массой 17,5 кД. ИКФ - это профермент с молекулярной массой 45 кД (р45), который локализуется в клеточной мембране. После протеолитического расщепления проэнзима р45 с образованием двух субъединиц, известных как р10 и р20, которым свойственна ферментативная активность.

ФНО-а также синтезируется в виде мембранно-связанного предшественника с массой 26 кД; путем протеолитического отщепления он высвобождается из клетки в виде активной растворимой формы с массой 17 кД. Протеолитическое отщепление осуществляется ФНО-а-конвертирующим ферментом (ФНО-КФ), который относится к семье адамализинов. A.R. Amin и соавторы (1997) обнаружили повышенную экспрессию мРНК ФНО-КФ в суставном хряще больных с остеоартрозом.

Биологическая активация хондроцитов и синовицитов ИЛ-1 и ФНО-а опосредуется связыванием со специфическими рецепторами на поверхности клеток - ИЛ-Р и ФНО-Р. Для каждого цитокина идентифицировано два типа рецепторов - ИЛ-IP I и II типов и ФНО-Р I (р55) и II (р75) типов. За передачу сигналов в клетках тканей суставов отвечают ИЛ-1PI и р55. ИЛ-1Р I типа обладает несколько большей аффинностью к ИЛ-1бета, чем к ИЛ-1а; ИЛ-1Р II типа - наоборот, имеет большее сродство к ИЛ- 1а, чем к ИЛ- ip. До сих пор остается неясным, может ли ИЛ-IP II типа опосредовать сигналы ИЛ-1 или он служит только для конкурентного ингибирования связи ИЛ-1 с ИЛ-1РI типа. В хондроиитах и синовиальных фибробластах больных с остеоартрозом обнаруживают большое количество ИЛ-1PI и р55, что в свою очередь объясняет высокую чувствительность этих клеток к стимуляции соответствующими цитокинами. Этот процесс приводит как к повышению секреции протеолитических ферментов, так и к деструкции суставного хряща.

Не исключается участие ИЛ-6 в патологическом процессе при остеоартрозе. В основе этого предположения лежат следующие наблюдения:

  • ИЛ-6 увеличивает количество клеток воспаления в синовиальной мембране,
  • ИЛ -6 стимулирует пролиферацию хондроцитов,
  • ИЛ-6 усиливает эффекты ИЛ-1 в отношении повышения синтеза ММП и угнетения синтеза протеогликанов.

Однако ИЛ-6 способен индуцировать продукцию ТИМП, но не влияет на продукцию ММП, поэтому считают, что именно этот цитокин принимает участие в процессе сдерживания протеолитической деградации суставного хряща, который осуществляется по механизму обратной связи.

Еще одним представителем семьи ИЛ-6 является ЛИФ - цитокин, который вырабатывается хондроцитами, полученными от больных с остеоартрозом, в ответ на стимуляцию провоспалительными цитокинами ИЛ-ip и ФНО-а. Л ИФ стимулирует резорбцию протеогликанов хряща, а также синтез ММП и продукцию NO. Роль этого цитокина при остеоартрозе окончательно не выяснена.

ИЛ-17 - гомодимер массой 20-30 кД, обладающий ИЛ-1-подобным действием, однако значительно менее выраженным. ИЛ-17 стимулирует синтез и выделение ряда провоспалительных цитокинов, в их числе ИЛ-ip, ФНО-а, ИЛ-6, а также ММП в клетках-мишенях, например в макрофагах человека. Крометого, ИЛ-17 стимулирует продукцию NО хондроцитами. Подобно ЛИФ, роль ИЛ-17 в патогенезе ОА мало изучена.

Неорганический свободный радикал NО играет важную роль в деградации суставного хряща при ОА. Хондроциты, полученные от больных с остеоартрозом, вырабатывают большее количество NО как спонатанно, так и после стимуляции провоспалительными цитокинами в сравнении с нормальными клетками. Высокое содержание NO обнаружено в синовиальной жидкости и сыворотке крови больных с остеоартрозом - это результат увеличения экспрессии и синтеза индуцированной NO-синтазы (hNOC) - фермента, ответственного за продукцию NO. Недавно была клонирована ДНК хондроцитспецифической hNOC, определена аминокислотная последовательность фермента. Аминокислотная последовательность указывает на 50% идентичность и 70% сходство с hNOC, специфичной для эндотелия и нервной ткани.

NO угнетает синтез макромолекул ВКМ суставного хряща и стимулирует синтез ММП. Более того, увеличение продукции NО сопровождается снижением синтеза антагониста ИЛ-IP (ИЛ-1РА) хондроцитами. Таким образом, повышение уровня ИЛ-1 и снижение - ИЛ-1 РА приводит к гиперстимуляции NО хондроцитов, что в свою очередь ведет к усилению деградации хрящевого матрикса. Имеются сообщения о терапевтическом эффекте in vivo селективного ингибитора hNOC в отношении прогрессирования экспериментального остеоартроза.

Естественные ингибиторы цитокинов способны непосредственно препятствовать связыванию цитокинов с рецепторами клеточных мембран, снижая их провоспалительную активность. Естественные ингибиторы цитокинов можно разделить на три класса по способу их действия.

К первому классу ингибиторов относят антагонисты рецепторов, которые препятствуют связыванию лиганда с его рецептором путем конкуренции за связывающий центр. К настоящему времени такой ингибитор найден только для ИЛ-1 - это вышеупомянутый конкурентный ингибитор системы ИЛ-1/ИЛIP ИЛ-1 PA. ИЛ-1 РА блокирует многие эффекты, которые наблюдаются в тканях суставов при остеоартрое, включая синтез простагландинов синовиальными клетками, продукцию коллагеназы хондроцитами и деградацию В КМ суставного хряща.

ИЛ-1РА обнаруживают в различных формах - одной растворимой (рИЛ-1РА) и двух межклеточных (мкИЛ-lPAI и мкИЛ-1РАП). Аффинность растворимой формы ИЛ-1РА в 5 раз превышает таковую у межклеточных форм. Несмотря на интенсивный научный поиск, функция последних остается неизвестной. Экспериметы in vitro показали, что для угнетения активности ИЛ-1бета необходима концентрация ИЛ-1РА, в 10-100 раз превышающая норму, в условиях in vivo требуется тысячекратное повышение концентрации ИЛ-1РА. Этот факт может частично объяснить относительный дефицит ИЛ-1 РА и избыток ИЛ-1 в синовии больных с остеоартрозом.

Второй класс естественных ингибиторов цитокинов представлен растворимыми рецепторами цитокинов. Примером таких ингибиторов у человека, имеющих отношение к патогенезу остеоартроу, являются рИЛ-1Р и рр55. Растворимые рецепторы цитокинов представляют собой укороченные формы нормальных рецепторов, связываясь с цитокинами, они препятствуют их связыванию с мембранно-ассоциированными рецепторами клеток-мишеней, действуя по механизму конкурентного антагонизма.

Основным предшественником растворимых рецепторов являются мембранно-связанные ИЛ-1РП. Аффинность рИЛ-IP по отношению к ИЛ-1 и ИЛ-1 РА различна. Так, рИЛ-1РН обладает большим сродством к ИЛ-1 р, чем к ИЛ-1 РА, а рИЛ-1PI - проявляет большую аффинность к ИЛ-1РА, чем к ИЛ-ip.

Для ФНО также существуют два типа растворимых рецепторов - рр55 и рр75, как и растворимые рецепторы ИЛ-1, они образуются путем «шеддинга» (сброса). В условиях in vivo оба рецептора обнаруживают в тканях пораженных суставов. Роль растворимых рецепторов ФНО в патогенезе остеоартроза дискутируется. Предполагают, что в низких концентрациях они стабилизируют трехмерную структуру ФНО и повышают период полужизни биоактивного цитокина, тогда как высокие концентрации рр55 и рр75 могут снижать активность ФНО путем конкурентного антагонизма. Вероятно, рр75 может выступать как переносчик ФНО, облегчая его связывание с мембранно-ассоциированным рецептором.

Третий класс естественных ингибиторов цитокинов представлен группой противовоспалительных цитокинов, к которым относят ТФР-бета, ИЛ-4, ИЛ-10 и ИЛ-13. Противовоспалительные цитокины снижают продукцию провоспалительных, а также некоторых протеаз, стимулируют продукцию ИЛ-1РА и ТИМП.

!
Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.

Медицинский эксперт-редактор

Портнов Алексей Александрович

Образование: Киевский Национальный Медицинский Университет им. А.А. Богомольца, специальность - "Лечебное дело"

Другие врачи



Новейшие исследования по теме Роль ферментов и цитокинов в патогенезе остеоартроза

Корейские медики предложили альтернативный метод лечения артрита коленного сустава, основанный на использовании особого желе. Специалисты утверждают, что желе, сделанное из стволовых клеток, которые содержатся в пуповинной крови, имеет свойство...
В течение двух лет пациенты с признаками остеоартрита коленного сустава принимали витамин D. В результате выяснилось, что его употребление никак не отражается на дегенеративном заболевании коленного сустава. Специалисты не обнаружили существенной...
Другие статьи по теме

У больных остеоартрозом (ОА) в сочетании с метаболическим синдромом (МС) были установлены значительные нарушения липидного обмена, возрастание активности оксидативного стресса, что способствовало деградации соединительнотканных структур организма...

Остеоартроз возникает вследствие взаимодействия множества генетических и средовых (включая травматические) факторов. Именно анализ факторов риска развития остеоартроза различных локализаций способствовал возникновению концепции о гетерогенности...

В 1803 г. W. Heberden описал «слегка плотные узлы, размером с мелкую горошину» на тыльной поверхности дистальных межфаланговых суставов кистей. Этот признак, по мнению автора, отличает остеоартроз от других заболеваний суставов, включая подагру...

Поделись в социальных сетях

Сообщите нам об ошибке в этом тексте:
Просто нажмите кнопку "Отправить отчет" для отправки нам уведомления. Так же Вы можете добавить комментарий.