Az enzimek és a citokinek szerepe az osteoarthritis patogenezisében

Az elmúlt években nagy figyelmet a kutatók középpontjában a azonosítása proteázok lebontásáért felelős az ECM ízületi porc osteoarthritis. A modern fogalmak, milyen fontos szerepet a mátrix metalloproteinázok (MMP) játszanak szerepet játszhat a osteoarthritis. Azoknál a betegeknél, osteoarthritis kimutatására megemelkedett három képviselői az IMF - kollagenázok, stromelizinek és zselatinázok. A kollagenáz felelős a lebomlását natív kollagén, stromelizin - a IV típusú kollagén, laminin és proteoglikánok, azhelatinaza - a lebomlását zselatin, kollagén IV, Vh XI típusú elasztin. Továbbá, azt feltételezi, hogy létezik egy másik enzim - az aggrekanáz, amely olyan tulajdonságokkal rendelkezik az MMP és a felelős a proteolízis a porc proteoglikán aggregátumok.

Az ízületi porc emberi kollagenázok azonosított három szint, amelyek magasabb azoknál a betegeknél osteoarthritises - kollagenáz-1 (MMP-1), kollagenáz-2 (MMP-8), kollagenáz-3 (MMP-13). Az együttes a három különböző típusú kollagenáz az izületi porc azt mutatja, hogy mindegyik meghatározott szerepet játszik. Valóban, a kollagenáz-1 és -2 lokalizálódnak főként a felszíni és a felső közbülső zóna az izületi porc, míg a kollagenáz-3 található az alján a közbenső és a mély zónák. Ezen túlmenően, az eredmények az immunhisztokémiai vizsgálatok kimutatták, hogy közben a csontritkulás kifejlődésének kollagenáz szintjét a-3 elér egy platót, vagy akár csökken, míg a kollagenáz szintjét a-1 fokozatosan nőtt. Van bizonyíték arra, hogy az osteoarthritis kollagenáz-1 főleg részt vesz a gyulladásos folyamatot az izületi porc, míg a kollagenáz-3 - szöveti remodelling. Kifejezve a porc betegek OA kollagenáz 3 végzi a lebomlását II típusú kollagén intenzívebben kollagenáz-1.

Képviselőinek a második csoport metalloproteázokat Emberi stromelizinovu azonosított három - stromelizin-1 (MMP-3), stromelizin-2 (MMP-10) és a stromelizin-3 (MMP-11). Ma már tudjuk, hogy csak a sztromelizin-1 szerepet játszik a kóros folyamat osteoarthritis. A synovialis membrán osteoarthritisben szenvedő betegek nem határozzuk stromelizin-2, de azt találtuk, nagyon kis mennyiségben a szinoviális fibroblasztok rheumatoid arthritisben szenvedő betegek. A stromelysin-3, szintén megtalálható a szinovium a rheumatoid arthritisben szenvedő betegek közel fibroblasztok, különösen azokon a területeken a fibrózis.

A csoport a zselatinázok a humán porcban szövetben azonosítottak csak két - 92 kDa zselatináz (zselatináz B, vagy MMP-9) és 72 kDa-os zselatináz (zselatináz A, vagy MMP-2); osteoarthritisben szenvedő betegeknél meg kell határozni a 92 kD zselatina szintjének emelkedését.

Nem is olyan régen azonosították a MMP-k egy másik csoportját, amelyek a sejtmembránok felületén helyezkednek el, és MMP membrán típusúnak (MMP-MT) nevezik. Ehhez a csoporthoz négy enzim tartozik - MMP-MT1-MMP-MT-4. Az MMP-MT expresszió megtalálható az emberi articolus porcban. Bár MMP-MT-1-nek a tulajdonságait kollagenáz, mind a MMP MT-MMP-1 és az MT-2 képes aktivirovatzhelatinazu-72 kD és a kollagenáz-3. Az MMP ezen csoportjának az OA patogenezisében játszott szerepe finomítást igényel.

A proteinázok zimogén formájában szekretálódnak, amelyet más proteinázok vagy higany szerves vegyületek aktiválnak. Az MMP katalitikus aktivitása attól függ, hogy a cink jelen van-e az enzim aktív zónájában.

Az MMP biológiai aktivitását specifikus TIMP-k szabályozzák. Napjainkig háromféle TIMP-t azonosítottunk, amelyek megtalálhatók az emberi articolus szövetekben, a TIMP-1-TIMP-3-ban. A TIMP negyedik típusát azonosítják és klónozzák, de még nem észlelték az emberi szövetek szöveteiben. Ezek a molekulák specifikusan kötődnek az aktív helyén MMP, bár néhány közülük képesek kötődni az aktív helyén 72 kDa prozselatináz (TIMP-2, -3, -4) és a 92 kDa-os prozselatináz (TIMP-1 és -3). Az adatok azt mutatják, hogy az OA ízületi porcok közötti egyensúlytalanság az MMP-k és a TIMP-ek, hogy az eredmények relatív hiánya inhibitorok, amelyek részben a megnövekedett MMP aktivitás a szövetben. A TIMP-1 és -2 az ízületi porcban található, és kondrociták szintetizálnak. A szinoviális membrán és a szinoviális folyadék osteoarthritisével csak az első típusú TIMP-t észlelték. A TIMP-3 kizárólag az ECM-ben észlelhető. A TIMP-4 szinte azonos aminosavszekvenciával rendelkezik a TIMP-2 és a ZINA körülbelül 38% -STIMP-1 szekvenciával közel 50% -kal. A más célsejteket a TIMP-4 felelős a modulációs az aktiválási prozselatináz 72 kD sejtfelszíni, ami arra utal, fontos szerepet, mint a szabályozó a szövet-specifikus ECM átalakítás.

Egy másik mechanizmus az MMP biológiai aktivitásának szabályozására a fiziológiai aktivitásuk. Úgy tartják, hogy az enzimek a család a szerin és cisztein-proteázok, mint például a PA / plazmin és katepszin B, illetve, és fiziológiás MMP-aktivátor. Az osteoarthritisben szenvedő betegek articuláris porcainál magasabb volt az urokináz (UAP) és a plazmin.

Annak ellenére, hogy az ízületi szövetek mutatják többféle katepszin, valószínűleg a porc MMP aktivátor hinni katepszin-B. Az emberi kötőszövetekben a szerin és a cisztein proteázok fiziológiai inhibitorait detektálták. Az AP-aktivitást az inhibitor-1 (PAI-1), és csökkent a cisztein proteázok az osteoarthritises betegeknél. Hasonlóképpen, MMP / TIMP - nevezetesen közötti egyensúlyhiány szerin és cisztein-proteázok és ezek inhibitorai magyarázhatja a fokozott aktivitást az MMP az izületi hryashe osteoarthritises betegeknél. Emellett az MMP-k képesek aktiválni egymást. Például a stromelysin-1 aktiválja a kollagenáz-1-et, a kollagenáz-3-at és a 92 kD zselatinázt; A kollagenáz-3 aktiválja a 92 kD zselatinaint; Az MMP-MT aktiválja a kollagenáz-3-at, és a zselatináz-72 kD fokozza ezt az aktivációt; Az MMP-MT aktiválja a 72 kD zselatinaint is. A citokinek három csoportra oszthatók: pusztító (pro-gyulladásos), szabályozó (beleértve a gyulladáscsökkentő) és anabolikus (növekedési faktorok).

A citokinek típusai (a van den Berg WB és munkatársai szerint)

Pusztító	Az interleukin-1 TNF-alfa Leukémiás gátló faktor Az interleukin-17
Szabályozó	Az interleukin-4 Az interleukin-10 Az interleukin-13 Enzim inhibitorok
Anabolikus	Mulin-szerű növekedési faktorok TGF-b Csont morfogenetikus fehérjék A porcból származó morfogenetikai fehérjék

Roncsoló citokinek, különösen az IL-1 által indukált növekedése a felszabadulását proteázok és gátolják a proteoglikánok szintézisét és kollagéneket kondrociták. Szabályozási citokinek, különösen az IL-4 és -10, gátolják az IL-1 receptor antagonista, a termelés növelésére az IL-1 (IL-1 RA), és csökkenti a szint és a NO-szintáz aktivitást kondrocitákban. Tehát az IL-4 gátolja az IL-1 három módon: 1) csökkenti a termelést és megakadályozza annak hatásai, 2) növeli a termelés alapvető „scavenger” IL-1 Pa és 3) csökkenti a termelés elsődleges másodlagos „messenger» NO. Ezen túlmenően, az IL-4 gátolja az enzimatikus lebontás a szövet. Olyan körülmények között, az in vivo optimális terápiás hatás érhető el a kombinációk az IL-4 és IL-10. Anabolikus tényezők, mint kakTFR-p, és az IGF-1, nem igazán zavarja a termelését vagy hatását az IL-1, de mutatja az ellenkező aktivitást, például stimulálják a szintézisét proteoglikán és kollagén, gátolják a proteáz aktivitást és TGF (3, továbbá gátolja az enzimek és serkenti az inhibitorok.

A proinflammatorikus citokinek felelősek az MMP fokozott szintéziséért és kifejeződéséért az ízületi szövetekben. Ezeket a szinoviális membránban szintetizálják, majd a szinoviális folyadékon át szóródnak az izületi porcra. A proinflammatorikus citokinek aktiválják a kondrocytákat, amelyek szintén képesek proinflammatorikus citokinek termelésére. Az osteoarthrosis által érintett ízületekben a gyulladás effektor szerepét főként a szinoviális membrán sejtjei jellemzik. Ez a makrofág típusának szinovitise, amely proteázokat és gyulladásos mediátorokat szekretál. Ezek közül az osteoarthritis patogenezisében az IL-f, a TNF-a, az IL-6, a leukémiás gátló faktor (LIF) és az IL-17 a legnagyobb mértékben érintett.

Az osteoarthritisben az ízületi porc degradációját stimuláló biológiailag aktív anyagok

• Az interleukin-1
• Az interleukin-3
• Az interleukin-4
• TNF-alfa
• Kolónia-stimuláló faktorok: makrofág (monocitikus) és granulocita-makrofág
• Anyag P
• PGE ₂
• A plazminogén (szöveti és urokináz típusú) és a plazmin aktivátorai
• Metalloproteázok (kollagenázok, ellasztázok, stromelizinek)
• A és B katepszinek
• krimi
• Bakteriális lipopoliszacharidok
• Foszfolipáz Ag

A szakirodalom azt sugallja, hogy az IL-ip és esetleg a TNF-a - a fő mediátorai megsemmisítése ízületi szövetek osteoarthritis. Az azonban még nem ismert, hogy függetlenül működnek-e egymástól, vagy funkcionális hierarchia van közöttük. A modell a osteoarthritis állatokban, azt mutatták, hogy az IL-1 blokád hatékonyan megakadályozza, hogy a az ízületi porc károsodásában, mivel blokádja TNF-alfa vezet gyengüléséhez gyulladás ízületi szövetekben. A szinoviális membrán, ízületi folyadék és a porc betegek talált megnövekedett koncentrációban mindkét citokin. A kondrocitákat képesek növelni a szintézis nem csak proteázok (MMP-k és főleg AP), hanem kisebb kollagéneket, mint például I és III, valamint csökkenti a kollagén szintézisét típusok II és a IX és proteoglikánok. Ezek a citokinek serkentik aktív oxigén fajok és a gyulladásos mediátorok, mint például PGE ₂. Az eredmény az ilyen makromolekuláris változások ízületi porcok osteoarthritis hatástalan javító folyamatok, ami további lebomlását a porc.

A fent említett gyulladáskeltő citokinek modulálják a folyamatok a depresszió / aktiválása MMP-k az osteoarthritis. Például, az egyensúly szintje közötti TIMP-1 és MMP-k a porc osteoarthritis lehet által közvetített IL-ip, mert a vizsgálat az in vitro kimutatták, hogy a növekvő koncentrációjú IL-1 béta csökkenti a koncentrációt a TIMP-1 és MMP megnövekedett szintézise porcsejtek. Az AP szintézisét az IL-1beta is modulálja. Stimulálása in vitro kondrociták az izületi porc IL-1 vyzyvet dózis-függő növekedését szintézis és éles AP csökkenése szintézisének PAI-1. Az a képesség, az IL-1, hogy csökkentse a szintézis a PAI-1 szintézist és stimulálják az AP egy erőteljes mechanizmus a generációs plazmin aktiválás és az MMP. Ezen túlmenően, a plazmin nem csak egy enzim aktiváló más enzimeket, hogy részt vesz a porc közvetlen proteolízissel.

IL-ip szintetizálódik egy inaktív prekurzor tömegét 31 kD (pre-IL-ip), Azat, hasítása után a szignál peptid, átalakítjuk az aktív citokin a súlya 17,5 kD. A szöveteket az ízületek, beleértve az izületi membrán és az ízületi folyadék az ízületi porc, IL-ip észlelt aktív formában, és vizsgálatok in vivo bizonyították, hogy képesek a szinoviális membrán osteoarthritis szekretálnak ez a citokin. Néhány szerin proteázok képesek átalakítani pre-IL-ip bioaktív formában. Emlősökben, az ilyen tulajdonságok találhatók csak egy proteáz, amely tartozik a család cisztein aspartatspetsificheskih nevezett enzimek IL-1 p-konvertáló enzim (IKF vagy kaszpáz-1). Ez az enzim, amely képes specifikusan konvertáló pre-IL-ip biológiailag aktív „érett” IL-ip egy tömege 17,5 kD. IKF - proenzim molekulatömegű 45 kDa (P45), amely lokalizált a sejtmembránban. Miután proenzima P45 proteolitikus hasítás, hogy két alegységből, ismert, mint p10 és p20, ami jellemző az enzimatikus aktivitás.

A TNF-a szintén membránhoz kötött előanyagként szintetizálódik, 26 kD tömegű; proteolitikus hasítással, a sejtből 17 kD tömegű aktív oldható formában szabadul fel. A proteolitikus hasítást a TNF-a-konvertáló enzim (TNF-KF) hajtja végre, amely az adamalizinek családjához tartozik. AR Amin és szerzők (1997) a csontvelőgyulladásban szenvedő betegek articuláris porcában fokozott TNF-CF mRNS kifejeződést tapasztalt.

Biológiai aktiválása a kondrociták és sinovitsitov IL-1 és TNF-a által közvetített specifikus receptorokhoz kötődnek a sejt felszínén - az IL-R és a TNF-R. Minden egyes citokin azonosított két típusú receptor - az IL-IP I és II típusú és TNF-R I (p55) és II (p75) típusok. Az ízületi szövetek sejtjeiben lévő jelek továbbítására az IL-1PI és a p55 válaszol. Az IL-1P típusnak valamivel magasabb az affinitása az IL-1-béta esetében, mint az IL-1a esetében; IL-1P típusú II - ellenkezőleg, nagyobb affinitást mutat az IL-1a-hoz képest, mint az IL-1P esetében. Még mindig nem világos, hogy az IL-IP II típusú jeleket közvetítenek az IL-1, vagy ez az egyetlen kapcsolat a kompetitív gátlását IL-1 és IL-1 RI típusú. A hondroiitah és szinoviális fibroblasztok osteoarthritisben szenvedő betegek találni nagy mennyiségű IL-1PI és p55, ami viszont magyarázza a nagy érzékenységű e sejtek általi stimulációra citokinek releváns. Ez a folyamat vezet mind növekedését a váladék a proteolitikus enzimek, valamint a az ízületi porc károsodásában.

Nem kizárt az IL-6 részvétele az osteoarthritis patológiás folyamatában. Ez a feltételezés a következő észrevételeken alapul:

• Az IL-6 növeli a gyulladásos sejtek számát a szinoviális membránban,
• Az IL-6 stimulálja a chondrocyták proliferációját,
• Az IL-6 fokozza az IL-1 hatását az MMP szintézisének növelésére és a proteoglikánok szintézisének gátlására.

Azonban, az IL-6 képes termelését indukálja TIMP, de nem befolyásolja a termelést az MMP-k Ezért úgy tekinthető, hogy ez a citokin részt vesz a folyamatban az elszigetelés proteolitikus degradációja az ízületi porc, amely révén hajtják végre, egy visszacsatolási mechanizmus.

Egy másik képviselője az IL-6 család a LIF - citokin, amely a porcsejtek termelik nyert osteoarthritises betegeknél, a stimulálás hatására válaszként pro-gyulladásos citokin, az IL-ip és TNF-a. L Ha serkentik reszorpcióját porc proteoglikánok, valamint a szintézis a MMP és a NO-termelés. A citokin szerepe az osteoarthritisben nem teljesen ismert.

Az IL-17 egy 20-30 kD-os homodimer, amely IL-1-szerű, de sokkal kevésbé kifejezett. IL-17 serkenti a szintézisét és felszabadulását számos proinflammatorikus citokinek, beleértve az IL-ip, TNF-a, IL-6 és MMP-k célsejtekben, mint például a humán makrofágok. Ezenkívül az IL-17 stimulálja a NO-termelést kondrocitákkal. Mint az LIF-hez hasonlóan, az IL-17 szerepe az OA patogenezisében keveset tanulmányozott.

A szervetlen szabad gyökök fontos szerepet játszanak az ízületi porc OA-val való lebontásában. Az osteoarthritisben szenvedő betegekből származó chondrocyták többet termelnek spontán módon, valamint proinflammatorikus citokinekkel stimulálva a normál sejtekkel összehasonlítva. A magas koncentrációjú NO kimutatható szinoviális folyadékában és szérumában osteoarthritisben szenvedő betegek - a megnövekedett expressziója és szintézise által kiváltott NO-szintáz (hNOC) - felelős enzim NO termelés. A közelmúltban a kondrocíta-specifikus hNOC DNS-jét klónoztuk, meghatározzuk az enzim aminosavszekvenciáját. Az aminosavszekvencia 50% -os azonosságot és 70% -os hasonlóságot mutat az endotheliummal és idegi szövetekkel specifikus hNOC-hoz.

A NO gátolja az izületi porc ECM makromolekuláinak szintézisét és stimulálja az MMP szintézisét. Ezenkívül a NO termelés növekedését az antagonista IL-IP (IL-1RA) szintézisének csökkentése kondrocitákkal kíséri. Így, megnövekedett mennyiségű IL-1 és a csökkenés - az IL-1 RA hiperstimulációjához vezethetnek NO kondrociták, ami viszont azt eredményezi, hogy megnövekedett lebomlását a porc mátrixból. Jelentettek egy szelektív hNOC inhibitor in vivo terápiás hatását a kísérleti osteoarthritis progressziójáról.

A természetes citokin-inhibitorok közvetlenül gátolhatják a citokineknek a sejtmembrán receptorokhoz való kötődését, csökkentve gyulladásos aktivitásukat. A citokinek természetes inhibitorait háromféleképpen lehet osztani a hatásmechanizmusuk szerint.

Az első osztályú inhibitorok közé receptor antagonisták, amelyek gátolják a kötődését a ligandum receptorához történő versengés a kötőhely. A mai napig, ez az inhibitor találtuk csak az IL-1 - a fenti kompetitív inhibitora az IL-1 / IL-1 ILIP PA rendszer. IL-1 RA blokkok számos hatását megfigyelt a szövetekben az ízületek a osteoarthritis, beleértve a prosztaglandinok szintézisét izületi sejtek által, a termelés a kollagenáz által kondrociták és izületi porc degradálódása a kabinet.

IL-1 Pa észlelt különböző formákban - egy oldható (rIL-1 Pa) és két intracelluláris (ICMP-LPAI-1RAP és ICMP). Az IL-1RA oldható formájának affinitása 5-szerese az intercelluláris formáknak. Az intenzív tudományos kutatás ellenére az utóbbi funkciója ismeretlen. Eksperimety in vitro kimutatták, hogy az IL-1-béta szükséges aktivitás-koncentráció IL-1 Pa 10-100-szor haladja meg a határértéket a feltételek in vivo igényel ezerszeresen koncentrációjának növekedése az IL-1 Pa. Ez részben magyarázhatja a relatív szűkössége az IL-1 RA, és feleslegben IL-1 a szinovium osteoarthritisben szenvedő betegek.

Egy második osztályát a természetes inhibitorok citokin oldható receptorok a citokinek kerül bemutatásra. Ilyen inhibitorok a humán kapcsolódó patogenezisében osteoartrou olyan rIL-1 R és PP55. Oldható citokin receptorok csonkolt formái szokásos receptorok kötődését a citokin, megakadályozzák azok kötődését a membránhoz kapcsolódó receptorokkal célsejtek, eljárva egy olyan mechanizmus a kompetitív antagonizmus.

Az oldható receptorok fő előfutára a membránhoz kötött IL-1PP. A rIL-IP affinitása az IL-1 és IL-1 PA vonatkozásában eltérő. Például, rIL-1RN nagyobb az affinitása az IL-1 p, mint az IL-1 RA, és rIL-1PI - mutat nagyobb affinitást mutat IL-1 Pa, mint az IL-ip.

A TNF, van még két típusú oldható receptorok - PP55 és PP75, valamint oldható IL-1 receptorok, ezek által alkotott „szórnak” (reset). In vivo mindkét receptor megtalálható az érintett ízületek szövetében. Az osteoarthritis patogenezisében oldható TNF-receptorok szerepe vitatott. Úgy gondoljuk, hogy kis koncentrációban stabilizálják a háromdimenziós szerkezetét TNF és növeli a felezési bioaktív citokin, mivel nagy koncentrációban PP55 PP75 és csökkentheti a TNF aktivitást kompetitív antagonizmus. Nyilvánvaló, hogy a pp75 a TNF hordozójaként működhet, megkönnyítve ezzel a membránhoz kötődő receptorhoz való kötődését.

A citokinek természetes inhibitorainak harmadik csoportját gyulladáscsökkentő citokinek csoportja képviseli, amelyek közé tartoznak a TGF-béta, az IL-4, az IL-10 és az IL-13. A gyulladásgátló citokinek csökkentik a proinflammatorikus, valamint néhány proteáz termelődését, stimulálják az IL-1RA és a TIMP termelését.