Oprava kĺbovej chrupavky a rastových faktorov v patogenéze osteoartritídy

S rozvojom biotechnológií, najmä klonovacia technike, v poslednej dobe intenzívne doplní zoznam rastových faktorov, ktorý je vzhľadom anabolické faktory sú dôležité, ale nie úplne jasná úloha v patogenéze osteoartrózy.

Prvou skupinou rastových faktorov, ktoré budú diskutované nižšie, je IGF. Sú vo veľkých množstvách v sére, majú množstvo spoločných vlastností s inzulínom. IGF-2 je charakteristická pre embryonálnu fázu vývoja, zatiaľ čo IGF-1 je dominantným zástupcom skupiny u dospelých. Obaja predstavitelia tejto skupiny pôsobia prostredníctvom väzby na receptory I typu IGF. V prípade IGF-2, funkcia je neznáma, hodnota IGF-1 bola stanovená - je schopný stimulirvovat proteoglykánov syntéza chondrocytov a podstatne inhibuje katabolické procesy v kĺbovej chrupavke. IGF-1 je hlavným anabolickým stimulom pre syntézu proteoglykánov chondrocytmi prítomnými v sére a synoviálnej tekutine. IGF-1 je dôležitým faktorom pri kultivácii chondrocytov v experimentálnych modeloch in vitro modelov cholereémie . Predpokladá sa, že IGF-1 vstupuje do synoviálnej tekutiny z krvnej plazmy. Navyše normálne chondrocyty produkujú oba faktory - expresia IGF-1 a IGF-2 sa nachádza v synoviálnej membráne a chrupke pacientov s osteoartritídou. V normálnej chrupke IGF-1 nemá mitogénne vlastnosti, ale môže stimulovať proliferáciu buniek v poškodenej matrici, čo naznačuje účasť na reparačných procesoch.

Biologicky aktívne látky, ktoré stimulujú reparáciu a potlačujú degradáciu kĺbovej chrupavky

• inzulín
• Gama-interferón
• Rastový hormón, androgény
• Somatomedíny (IPF-1 a -2)
• TGF-beta (tkanivový rastový faktor)
• Rastový faktor odvodený z krvných doštičiek
• Hlavný rastový faktor fibroblastov
• EFR
• Antagonistu IL-1 receptora
• TNF-a-viažuce proteíny
• Tkanivové inhibítory metaloproteáz
• ₂ -makrogloʙulin
• ai-antitrypsín
• Bĺch, makroglobulínu
• WG-antichymotrypsin

Účinky IGF-1 a IGF-2 sú kontrolované rôznymi IGF-viažucimi proteínmi (IGF-SB), ktoré sú tiež produkované chondrocytmi. IGF-Sa môže fungovať ako nosič, a tiež vykazujú aktivitu IGF-blokujúca izolované z kĺbovej chrupavky u pacientov sosteoartrozom bunky produkujú nadmerné množstvo IGF-Sa, čo ukazuje, že blokovanie týchto účinkov IGF. J. Martel-Pelletier et al (1998) ukázal, že aj keď IGF-1 Syntéza v chrupavke v zvyšuje osteoartritídou mierne chondrocyty reagovať na IGF-1 stimulácie. Ukázalo sa, že tento jav je spojený (aspoň čiastočne) so zvýšením hladiny IGF-SB. IGF-SB má vysokú afinitu k IGF a je dôležitým biomodulátorom jeho aktivity. K dnešnému dňu bolo skúmaných sedem typov IGF-SB, dôležitá úloha pri osteoartritíde má narušenie regulácie IGF-SB-3 a IGF-SB-4.

Ďalšia kategória rastových faktorov vykazujúcich rôzne účinky na chondrocyty zahŕňa rastový faktor odvodený od doštičiek (PDGF), FGF a TGF-beta. Tieto faktory vznikajú nielen chondrocytmi, ale aj aktivovanou synovitídou. FGF má ako anabolické, tak katabolické vlastnosti v závislosti od koncentrácie a stavu kĺbovej chrupavky. PDGF sa zúčastňuje na udržiavaní VKM homeostázy kĺbovej chrupavky, ktorá nemá zjavné mitogénne vlastnosti. Pre tento rastový faktor je známa schopnosť zvýšiť syntézu proteoglykánov a znížiť ich degradáciu.

TGF-beta je obzvlášť zaujímavý, pokiaľ ide o štúdium jeho úlohy v patogenéze osteoartritídy. Je členom veľkej nadrodiny TGF, má spoločné funkčné a signalizačné vlastnosti s novo objavenými rastovými faktormi BMP (kostné morfogenetické proteíny).

TGF-beta - pleiotropické faktor: na jednej strane má imunosupresívne vlastnosti, na druhej strane - to je chemostatický faktor a silným stimulátorom proliferácia fibroblastov. Jedinečné vlastnosti TGF-beta sú schopnosť inhibovať uvoľňovanie enzýmov z rôznych buniek a významne zvyšuje produkciu inhibítorov enzýmov (napr. TIMP). TGF-beta sa považuje za dôležitý regulátor poškodenia tkaniva v dôsledku zápalu. Takže v tkanive kĺbovej chrupavky TGF-beta významne stimuluje produkciu matrice chondrocytmi, najmä po pred expozícii týmto faktorom. Normálna chrupka je necitlivá na TGF-beta. U pacientov s OA stimuluje TGF-P produkciu agkrekánu a malých proteoglykánov v kĺbovej chrupavke.

TGF-beta je produkovaný mnohými bunkami, najmä chondrocytmi. Uvoľňuje sa v latentnej forme, ktorá je spojená so špeciálnym proteínom nazývaným "proteín spojený s latenciou" (BAL). Disociácia s týmto proteínom sa uskutočňuje proteázami, ktoré sa produkujú vo veľkých množstvách v zapálených tkanivách. Okrem TGF-beta, ktorý je produkovaný aktivovanými bunkami, je latentná forma tohto faktora dôležitým prvkom reaktivity TGF-beta v tkanive po miestnom poškodení. TGF-beta vo významnom množstve je obsiahnutý v synoviálnej tekutine, synoviálnej membráne a chrupavke kĺbu ovplyvnenej osteoartritídou. V poškodených miest tkanív, kde zápalové infiltráty detekujú koexpresi TNF a IL-1, zatiaľ čo v oblastiach s príznakmi fibrózy detekovať iba expresie TGF-beta.

Inkubácia kultúry chondrocytov získaných od pacientov s osteoartrózou s TGF-beta spôsobuje významné zvýšenie syntézy proteoglykánov týmito bunkami. Stimulácia TGF-beta normálnych chondrocytov spôsobuje zvýšenie syntézy proteoglykánov až po mnohých dňoch inkubácie. Možno, že tentoraz je nutné zmeniť fenotyp buniek pod vplyvom TGF-beta (napríklad k zmene tzv Kompartmentalizace proteoglykánov: novovytvorenej proteoglycans sú umiestnené tesne okolo chondrocytmi).

Je známe, že aktivácia syntézy rastových faktorov, najmä TGF-beta, je dôležitým článkom v patogenéze fibrózy obličiek a pečene, tvorby jaziev počas hojenia rán. Zvýšenie zaťaženia chondrocytov in vitro vedie k hyperprodukcii TGF-beta, zatiaľ čo pokles syntézy proteoglykánov po imobilizácii končatiny môže byť vyrovnaný pomocou TGF-beta. TGF-beta indukuje tvorbu osteofytov v okrajovej zóne kĺbov ako mechanizmus prispôsobenia sa zmenám záťaže. IL-1 spôsobuje mierny zápalový proces v synovii v reakcii na poškodenie kĺbov, podporuje tvorbu chondrocytov s modifikovaným fenotypom, ktoré produkujú nadmerné množstvo.

Opakované lokálne injekcie rekombinantného TGF-beta vo vysokých koncentráciách viedlo k vývoju osteoartritídy u myší C57B1 vedenie - tvorbou osteofytov, ktorá je charakteristická pre ľudský osteoartritídy, a významné strate proteoglykánov v "vlnitý" hraničnej oblasti.

Pre pochopenie prebytok TGF-beta je známe, že meniť chrupavky, je potrebné poznamenať, že expozícia TGF-P vyvoláva charakteristický fenotyp zmena chondrocytov podtriedy syntetizovaných proteoglykánov a porušenie normálny integrácie ECM komponentov. A IGF-1 a TGF-beta stimuluje syntézu proteoglykánov chondrocytmi kultivované v alginátu, ale ten tiež indukuje tzv rozčlenenie proteoglykánmi. Okrem toho sa zistilo, že TGF-beta zvyšuje kolagenáza-3 (MMP-13), v aktivovaných chondrocytov, ktorá sa odchyľuje od všeobecného konceptu TGF-beta, ako faktor, ktorý naopak znižuje uvoľňovanie deštruktívnych proteázy. Aj keď nie je známe, že sa zúčastňuje v prípade TGF-beta-indukovanú syntézu MMP-13 v patogenéze OA. TGF-beta je nielen stimuluje syntézu proteoglykánov, ale tiež prispieva k ich ukladanie v väzy a šľachy, zvýšenie tuhosti a zníženie rozsahu pohybu v kĺboch.

CIP sú členmi nadrodiny TGF-beta. Niektoré z nich (CML-2, CML-7 a CMS-9) majú vlastnosť stimulovať syntézu proteoglykánov chondrocytmi. CMP majú svoje účinky naviazaním na špecifické receptory na povrchu buniek; signalizačné cesty TGF-beta a CMS sú trochu odlišné. Rovnako ako TGF-beta, signál z CMP sa prenáša komplexom serín / treonín kinázy typu I a II. V tomto komplexe je receptor typu II istrans-fosforylovaný a aktivuje receptor typu I, ktorý prenáša signál na signálne molekuly nazývané Smad. Po prijatí signálu Smad sa rýchlo fosforylujú. Teraz je známe, že Smad-1, -5 a -8 sú fosforylované v signálnej dráhe CMP a Smd-2 a Smad-3 v signálnej dráhe TGF-beta. Potom je pomenovaný Smad asociovaný so Smad-4, ktorý je spoločný pre signalizačné cesty všetkých predstaviteľov nadrodiny TGF-beta. Táto skutočnosť vysvetľuje prítomnosť krížových funkcií u členov nadrodiny TGF-beta, ako aj fenomén vzájomnej inhibície TGF-beta a CMS signalizačných dráh súťažou o spoločné zložky. Nie je to tak dávno, identifikovala sa ďalšia trieda proteínov Smad, ktorú predstavujú Smad-6 a -7. Tieto molekuly pôsobia ako regulátory signálnych dráh TGF-beta a CML.

Napriek tomu, že stimulačný účinok na Komisie po dlhú dobu, syntéza proteoglykánov, sú známe pre ich úlohu v regulácii funkcii kĺbovej chrupavky zostáva kontroverzné vzhľadom k dobre známej schopnosti indukovať dediferenciace ILC bunky stimulujú tvorbu kalcifikácie a kostí. M. Enomoto-Iwamoto a spolupracovníci (1998) ukázali, že je nutná interakcia s receptorom ILC ILC-typu II zachovať diferencovaný fenotyp chondrocytov a kontrolu ich proliferácie a hypertrofia. Podľa LZ Sailora et al (1996), ILC-2 podporuje fenotypu chondrocytov v kultúre po dobu 4 týždňov, bez toho aby došlo k hypertrofiu. KMP-7 (totožné s osteogénny proteín-1), podporuje dlhý zrelý fenotyp chondrocytov z chrupavky kultivované v alginátu.

Zavedenie KMP-2 a -9 do kolenných kĺbov myší zvýšilo syntézu proteoglykánov o 300% a významne viac ako TGF-beta. Stimulačný účinok sa však ukázal ako dočasný a po niekoľkých dňoch sa úroveň syntézy vrátila do pôvodnej. TGF-beta spôsobil dlhšiu stimuláciu syntézy proteoglykánov, čo je pravdepodobne spôsobené autoindukciou TGF-beta a senzibilizáciou chondrocytov na tento faktor.

TGF-beta je zodpovedný za hondrofitov formácie, ktoré môžu byť považované za nežiaduce účinky jeho pôsobenia, KMP-2 tiež podporuje hondrofitov formácie, ale v iných kĺbovej časti hrany (hlavne v rastovej platničky).

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]

Morfogenetické bielkoviny chrupavky

Chrupavky morfogenetické proteíny (CMP-1 a -2) - ďalší jeden zástupcovia superrodiny TGF-beta vyžaduje pre tvorbu chrupavky v rozvojovej končatiny období. Mutácia génu HMP-1 spôsobuje chondrodyspláziu. Možno má KMP selektívnejší, orientovaný profil chrupavky. Napriek tomu, že TGF-beta a CML sú schopné stimulovať chondrocyty, môžu pôsobiť na mnoho ďalších buniek, takže ich použitie na opravu chrupavky môže sprevádzať vedľajšie účinky. CMP oba typy chrupavky nájdené u zdravých a chorých kĺbov s osteoartrózou, ktoré prispievajú k udržiavaniu kĺbovej chrupavky ECM po enzymatickej degradácii pri zachovaní normálnej fenotyp.

[9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22]

Synergizmus rastových faktorov

Jeden rastový faktor je schopný indukovať sám, rovnako ako iné rastové faktory, táto interakcia je jemne regulovaná. Napríklad FGF spolu s ďalšími rastovými faktormi poskytuje účinnejšiu reparáciu kĺbovej chrupavky po traumatickej poruche. IGF-1 spolu s TGF-beta významne indukujú normálny fenotyp chondrocytov, keď sa kultivujú in vitro. Bolo preukázané, že TGF-beta interferuje s produkciou IGF-1 a IGF-SB a tiež defosforyluje receptor IGF-1, stimuluje väzbu IGF-1. V intaktnej chrupke myší sa pozorovala synergia IGF-1 s mnohými rastovými faktormi. Avšak mierna reakcia chondrocytov v IGF-1 nemôže byť vyrovnaná použitím v kombinácii s inými rastovými faktormi.

Interakcia anabolických a deštruktívnych cytokínov

Faktory rastu vykazujú komplexnú interakciu s IL-1. Napríklad, chondrocyty preexposure FGF zvyšuje uvoľňovanie proteázy po IL-1 expozície; možno je to spôsobené zvýšením expresie IL-1 receptorov. PDGF stimuluje IL-1-dependentný uvoľnenie proteázy, ale znižuje IL-1 sprostredkovanú inhibíciu proteoglykanu syntézy. To môže znamenať, že niektoré rastové faktory môžu súčasne stimulovať proces opravy chrupavky a prispieť k jej zničeniu. Iné rastové faktory, ako je IGF-1 a TGF-P, stimulujú syntézu kĺbovej matrix a inhibíciu IL-1 sprostredkovaná degradácie kĺbovej chrupavky, tj. Ich aktivita je spojená iba s opravou tkaniva. Takáto interakcia nezávisí od predbežnej expozície chondrocytov IL-1. Zaujímavé je, že kinetiky IL-1 a TGF-beta môžu byť rôzne účinky: schopnosť TGF-beta inhibovať degradácii artikulárny chrupavky sa znižuje jeho pomalému pôsobeniu TIMP mRNA. Na druhej strane existuje hNOC zvýšenie hladiny a N0 v neprítomnosti TGF-beta. Vzhľadom k tomu, NO-dependentný supresívny účinok IL-1 na proteoglykanu syntézy chondrocytov, možno vysvetliť, prečo pozorujeme oveľa silnejšie rezistenciu na TGF-beta IL-1-závislú inhibíciu syntézy proteglikanov v porovnaní so zničením proteoglykánov in vivo.

V štúdii na myšiach, ktoré boli injekčne intraartikulárne IL-1 a rastové faktory, že bolo preukázané, že TGF-beta významne antagonizuje IL-1 sprostredkovanú inhibíciu proteoglykanu syntézu kĺbovej chrupavky, zatiaľ čo ILC-2 nemôže také neutralizácia: stimulačný svoj plný potenciál inhiboval IL-1 dokonca aj za podmienok vysokej koncentrácie CMP-2. Je pozoruhodné, že v neprítomnosti IL-1 KMP-2 výrazne stimuloval proteoglykanu syntézu intenzívny ako TGF-beta).

Tiež vplyv na syntézu proteoglykánov, TGF-beta tiež významný vplyv na IL-1 indukovanej zníženie obsahu proteoglykánov v chrupavke. Možno, v závislosti od relatívnej koncentrácie IL-1 a TGF-beta, obsah proteoglykánov klesá alebo sa zvyšuje. Zaujímavé je, že vyššie popísaná odolnosť proti IL-1 a TGF-beta boli pozorované v hrúbke chrupavky, ale žiadne takéto účinky na okrajoch hondrofitov kĺbových povrchov. Vzdelávanie hondrofitov indukovanej TGF (3, ktorá má vplyv na chondrogenní bunky v perioste, čo spôsobuje rozvoj chondroblastov a depozície proteoglykánov. Zdá sa, že etihondroblasty nie sú citlivé na IL-1.

HL Glansbeek et al (1998) študovali schopnosť TGF-beta-2 a ILC pôsobí proti inhibíciu syntézy proteoglykánov v kĺboch z artritickej myši zimozanindutsirovannym (tj., "Čistý" model IL-1 indukovanej zápaly). Intraartikulárnej podanie TGF-beta významne pôsobí proti inhibíciu syntézy proteoglykanu vyvolané zápalom, zatiaľ čo ILC-2 bol takmer schopný pôsobiť proti tomuto procesu IL-1 v závislosti na. Opakované injekcie TGF-P v kolená pokusných zvierat výrazne stimuloval proteoglykanu syntézu chondrocyty, prispela k zachovaniu existujúcich proteoglykánov chrupavky atrofická zápal, ale neinhibuje zápalový proces.

Pri štúdiu funkcie proteoglikansinteziruyuschey chondrocytov použitím experimentálnych modelov osteoartritídou u zvierat vždy uviesť zvýšené hladiny a stimuláciu syntézy proteoglykánov v raných fázach OAB rozdiel od zápalových modelov, v ktorom je pozorovaná významná inhibícia syntézy (IL-1 -zavisimyyprotsess). Zvýšená aktivita anabolických faktorov, vrátane rastových faktorov, je pozorovaná u osteoartritídy, eliminuje účinok supresorových cytokínov, ako je IL-1. Medzi rastovými faktormi je najdôležitejší TGF-beta; Je nepravdepodobné, že CIC-2 bude zohrávať významnú úlohu v tomto procese. Hoci IGF-1 je schopný stimulovať proteoglykanu syntézy in vitro, v podmienkach in vivo je vlastnosť nie je pozorovaný pri lokálnej aplikácii IGF-1. Možno to je spôsobené tým, že endogénna úroveň tohto rastového faktora je optimálna. V neskorších fázach príznakov osteoartritídy objavia inhibíciu syntézy proteoglykanu, pravdepodobne v dôsledku dominantný účinok IL-1 a zlyhanie rastových faktorov proti to vzhľadom k nižšej aktivite.

Analýza expresie rastových faktorov u myší STR / ORT linka s spontánnou osteoartritídou ukázala zvýšenie hladiny mRNA TGF-P a IL-1 v poškodenej chrupavky. Treba poznamenať, že aktivácia TGF-beta z latentnej formy je dôležitým prvkom oprava tkaniva. Pochopenie úlohy TGF-beta komplikuje výsledky štúdie expresie receptorov TGF-beta typu II u králikov ACL línie. Bezprostredne po indukcii osteoartritídy sa zistila znížená hladina týchto receptorov, čo naznačuje nedostatočnú signálnu funkciu TGF-beta. Je zaujímavé, že deficitné receptor TGF-beta-11 typ myši spontannogoosteoartroza značky sú detekované, čo tiež ukazuje na dôležitú úlohu signalizácia funkcie TGF-beta vo zhoršenie opravy chrupavky a vývoja osteoartrózy.

Absolútna obsah rastových faktorov v kĺboch pacientov s reumatoidnou artritídou alebo osteoartritídou môže svedčiť o možnej úlohe v patogenéze týchto chorôb. Avšak, aj napriek skutočnosti, že spoje v osteoartritídy a reumatoidnej artritídy majú vysoké koncentrácie rastových faktorov, povaha degradácie a opravy v oboch ochorení, sú úplne odlišné. Môžu existovať aj iné doposiaľ neurčené faktory zohrávajú významnú úlohu v patogenéze týchto chorôb, alebo iné aspekty javu študovaný je určený k degradácii a opravy v tkanivách kĺbov (napr. Expresia určitých receptorov na chondrocyty povrchu, rozpustné receptory, väzbové proteíny, alebo vyrovnávacích anabolické a deštruktívne faktory).