Naprawa chrząstki stawowej i czynników wzrostu w patogenezie choroby zwyrodnieniowej stawów

Dzięki postępowi biotechnologii, w szczególności technologii klonowania, ostatnio rośnie lista czynników wzrostu, które będąc czynnikami anabolicznymi, odgrywają ważną, ale nie do końca zrozumiałą rolę w patogenezie choroby zwyrodnieniowej stawów.

Pierwszą grupą czynników wzrostu, które zostaną omówione poniżej, są IGF. Występują w dużych ilościach w surowicy, mają wiele wspólnych właściwości z insuliną. IGF-2 jest bardziej charakterystyczny dla embrionalnego stadium rozwoju, podczas gdy IGF-1 jest dominującym przedstawicielem grupy u osoby dorosłej. Obaj przedstawiciele tej grupy działają poprzez wiązanie z receptorami IGF typu I. Jeśli funkcja IGF-2 pozostaje nieznana, wartość IGF-1 jest już określona - jest w stanie stymulować syntezę proteoglikanów przez chondrocyty i znacząco hamować procesy kataboliczne w chrząstce stawowej. IGF-1 jest głównym bodźcem anabolicznym do syntezy proteoglikanów przez chondrocyty obecne w surowicy i płynie maziowym. IGF-1 jest ważnym czynnikiem w hodowli chondrocytów w modelach eksperymentalnych modeli choleroemii in vitro. Sugeruje się, że IGF-1 wchodzi do mazi stawowej z osocza krwi. Ponadto normalne chondrocyty wytwarzają oba te czynniki - ekspresja IGF-1 i IGF-2 występuje w błonie maziowej i chrząstce u pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stawów. W normalnej chrząstce IGF-1 nie ma właściwości mitogennych, ale może stymulować proliferację komórek w uszkodzonej macierzy, co wskazuje na udział w procesach reparatywnych.

Biologicznie aktywne substancje, które stymulują reparację i hamują degradację chrząstki stawowej

• Insulina
• Interferon gamma
• Hormon wzrostu, androgeny
• Somatomedyny (IPF-1 i -2)
• TGF-beta (czynnik wzrostu tkanki)
• Czynnik wzrostu pochodzący z płytek krwi
• Główny czynnik wzrostu fibroblastów
• EGF
• Antagonista receptora II-1
• Białka wiążące TNF-a
• Tkankowe inhibitory metaloproteaz
• ₂ -makrogloʙulin
• alfa-antytrypsyna
• Pchły, makroglobulin
• Pg-antichimotripsin

Działania IGF-1 i IGF-2 są kontrolowane przez różne białka wiążące IGF (IGF-SB), które są również wytwarzane przez chondrocyty. IGF-Sa może działać jako nośnik, a także wykazują aktywność IGF blokowania wyizolowana z chrząstki stawowej komórek pacjenta sosteoartrozom wytworzenia nadmiaru IGF-SA, wskazując, że blokując działanie tych IGF. J. Martel, Pelletier et al (1998) wykazali, że chociaż IGF-1 w syntezie w chrząstki zwiększa zwyrodnieniową stawów nieco chondrocytów odpowiedzi na IGF-1 stymulacji. Okazało się, że zjawisko to wiąże się (przynajmniej częściowo) ze wzrostem poziomu IGF-SB. IGF-SB ma wysokie powinowactwo do IGF i jest ważnym biomodulatorem jego aktywności. Do tej pory zbadano siedem rodzajów IGF-SB, zaburzenie regulacji IGF-SB-3 i IGF-SB-4 odgrywa ważną rolę w chorobie zwyrodnieniowej stawów.

Inna kategoria czynników wzrostu wykazujących różne działanie na chondrocyty obejmuje płytkowy czynnik wzrostu (PDGF), FGF i TGF-beta. Czynniki te są wytwarzane nie tylko przez chondrocyty, ale także przez aktywowane zapalenie błony maziowej. FGF ma właściwości anaboliczne i kataboliczne w zależności od stężenia i stanu chrząstki stawowej. PDGF bierze udział w utrzymaniu homeostazy VKM chrząstki stawowej, nie posiadając oczywistych właściwości mitogennych. W przypadku tego czynnika wzrostu znana jest zdolność do zwiększania syntezy proteoglikanów i zmniejszania ich degradacji.

TGF-beta jest szczególnie interesujący pod względem badania jego roli w patogenezie choroby zwyrodnieniowej stawów. Jest członkiem dużej nadrodziny TGF, ma wspólne właściwości funkcjonalne i sygnalizacyjne z nowo odkrytymi czynnikami wzrostu BMP (białka morfogenetyczne kości).

TGF-beta-plejotropowy czynnik: z jednej strony ma właściwości immunosupresyjne, z drugiej - jest czynnikiem chemotaktycznym i silnym stymulatorem proliferacji fibroblastów. Wyjątkowe właściwości TGF-beta to zdolność do hamowania uwalniania enzymów z różnych komórek i znaczne zwiększenie wytwarzania inhibitorów enzymów (np. TIMP). TGF-beta jest uważany za ważny regulator uszkodzenia tkanki z powodu stanu zapalnego. Tak więc, w tkance chrząstki stawowej, TGF-beta znacząco stymuluje wytwarzanie matrycy przez chondrocyty, szczególnie po wstępnej ekspozycji z tym czynnikiem. Normalna chrząstka jest niewrażliwa na TGF-beta. U pacjentów z OA, TGF-P stymuluje produkcję agrekanu i małych proteoglikanów w chrząstce stawowej.

TGF-beta jest wytwarzany przez wiele komórek, w szczególności przez chondrocyty. Jest uwalniany w formie utajonej, związanej ze specjalnym białkiem zwanym "białkiem związanym z opóźnieniem" (BAL). Dysocjacja z tym białkiem jest prowadzona przez proteazy, które są wytwarzane w dużych ilościach w tkankach objętych stanem zapalnym. Oprócz TGF-beta, który jest wytwarzany przez aktywowane komórki, utajona postać tego czynnika jest ważnym elementem reaktywności TGF-beta w tkance po miejscowym uszkodzeniu. TGF-beta w znacznej ilości znajduje się w płynie maziowym, błony maziowej i chrząstce stawowej dotkniętej chorobą zwyrodnieniową stawów. W obszarach uszkodzonych tkanek, w których występują nacieki zapalne, wykrywa się koekspresję TNF i IL-1, podczas gdy w obszarach ze zwłóknieniem stwierdza się tylko ekspresję TGF-beta.

Inkubacja kultury chondrocytów uzyskanych od pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stawów z TGF-beta powoduje znaczny wzrost syntezy proteoglikanów przez te komórki. Stymulacja TGF-beta normalnych chondrocytów powoduje wzrost syntezy proteoglikanów dopiero po wielu dniach inkubacji. Być może ten czas jest konieczny, aby zmienić fenotyp komórek pod wpływem TGF-beta (na przykład, aby zmienić tak zwaną kompartmentalizację proteoglikanów: nowo utworzone proteoglikany są zlokalizowane tylko wokół chondrocytów).

Wiadomo, że aktywacja syntezy czynników wzrostu, w szczególności TGF-beta, jest ważnym ogniwem w patogenezie zwłóknienia nerek i wątroby, powstawaniu blizny podczas gojenia się ran. Zwiększenie ładunku chondrocytów in vitro prowadzi do hiperprodukcji TGF-beta, natomiast zmniejszenie syntezy proteoglikanów po unieruchomieniu kończyny można zrównoważyć za pomocą TGF-beta. TGF-beta indukuje tworzenie się osteofitów w strefie brzeżnej stawów jako mechanizmu dostosowującego się do zmian obciążenia. IL-1, powodując umiarkowany proces zapalny w mazi stawowej w odpowiedzi na uszkodzenie stawów, sprzyja tworzeniu się chondrocytów o zmodyfikowanym fenotypie, który wytwarza nadmierną ilość.

Powtarzające miejscową iniekcję rekombinowanych TGF-beta w wysokich stężeniach doprowadziły do rozwoju choroby zwyrodnieniowej stawów, zgodnie myszy C57B1 - formowania kostne, co jest charakterystyczne dla ludzkiej kości i stawów, oraz znacznej utraty proteoglikanów w obszarze granicznym „falisty”.

Aby zrozumieć nadmiar TGF-beta jest znaną zmianę chrząstki, należy zauważyć, że narażenie na TGF-p indukuje zmiany charakterystycznego fenotypu chondrocytów podklasy syntetyzowanych proteoglikanów i naruszenie normalnego łączenia elementów ECM. I IGF-1 i TGF-beta stymuluje syntezę proteoglikanów przez chondrocyty w hodowli alginianu, ale ten wywołuje również tak zwane proteoglikany podziałów. Co więcej, okazało się, że TGF-beta zwiększa kolagenazy-3 (MMP-13) w aktywowanych chondrocytów, które odbiega od ogólnej koncepcji dla TGF-beta jako czynnik, który odwrotnie zmniejsza uwalnianie niszczących proteazy. Chociaż nie wiadomo, czy indukowana TGF-beta synteza MMP-13 bierze udział w patogenezie OA. TGF-beta ma nie tylko stymuluje syntezę proteoglikanów, ale również przyczynia się do ich osadzania się w więzadeł i ścięgien, co zwiększa sztywność i zmniejsza zakres ruchomości stawów.

CIP są członkami nadrodziny TGF-beta. Niektóre z nich (CML-2, CML-7 i CMS-9) mają właściwość stymulowania syntezy proteoglikanów przez chondrocyty. CMP wywierają swoje działanie przez wiązanie ze specyficznymi receptorami na powierzchni komórki; szlaki sygnałowe TGF-beta i CMS są nieco inne. Podobnie jak TGF-beta, sygnał z CMP jest transmitowany przez kompleks receptorowy typu I i II kinazy serynowo-treoninowej. W tym kompleksie receptor typu II ulega immransfosforylacji i aktywuje receptor typu I, który przekazuje sygnał w celu sygnalizowania cząsteczek zwanych Smad. Po otrzymaniu sygnału Smada są szybko fosforylowane. Obecnie wiadomo, że Smad-1, -5 i -8 są fosforylowane w szlaku sygnałowym CMP, a Smd-2 i Smad-3 w szlaku sygnałowym TGF-beta. Następnie nazwany Smad jest związany z Smad-4, który jest wspólny dla szlaków sygnałowych wszystkich przedstawicieli nadrodziny TGF-beta. Fakt ten tłumaczy obecność funkcji krzyżowych u członków nadrodziny TGF-beta, a także zjawisko wzajemnego hamowania szlaków sygnałowych TGF-beta i CMS przez rywalizację o wspólne składniki. Nie tak dawno temu zidentyfikowano inną klasę białek Smad, którą reprezentują Smad-6 i -7. Te cząsteczki działają jako regulatory ścieżek sygnałowych TGF-beta i CML.

Pomimo faktu, że stymulujące Komisji przez długi czas, synteza proteoglikany, są znane ze swojej roli w regulowaniu funkcji chrząstki stawowej jest kontrowersyjne z powodu dobrze znanej zdolności do indukowania odróżnicowanie w komórki ILC stymulacji tworzenia zwapnienia i kości. M. Enomoto-Iwamoto i współpracownicy (1998) wykazali, że wzajemne oddziaływanie z receptorem ILC ILC typu II jest potrzebne do utrzymania zróżnicowany fenotyp chondrocytów i sterowania ich rozrostu i przerostu. Według LZ Sailor i współautorów (1996), CmP-2 wspomaga fenotyp chondrocytów w hodowli przez 4 tygodnie bez powodowania ich przerostu. CMP-7 (identyczny z białkiem osteogennym-1) długo utrzymywał fenotyp dojrzałych chondrocytów chrząstki stawowej uprawianej w alginacie.

Wprowadzenie KMP-2 i -9 do stawów kolanowych myszy zwiększyło syntezę proteoglikanów o 300% i znacznie więcej niż TGF-beta. Jednak efekt stymulujący okazał się tymczasowy, a po kilku dniach poziom syntezy powrócił do pierwotnego. TGF-beta powodował dłuższą stymulację syntezy proteoglikanów, co prawdopodobnie wynika z autoindukcji TGF-beta i uczulenia chondrocytów na ten czynnik.

TGF-beta jest odpowiedzialny za hondrofitov formacji, które mogą być uznane za niepożądane efekty jego działania, KMP-2 sprzyja również hondrofitov formacji, ale w pozostałej części krawędzi stawowej (głównie w płytce wzrostowej).

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

Białka morfogenetyczne chrząstki

Białka morfogenetyczne chrząstki (XMP-1 i -2) są kolejnym przedstawicielem nadrodziny TGF-beta niezbędnej do tworzenia tkanki chrzęstnej podczas rozwoju kończyn. Mutacja genu HMP-1 powoduje chondrodysplazję. Być może KMP ma bardziej selektywny profil ukierunkowany na chrząstki. Pomimo faktu, że TGF-beta i CML są zdolne do stymulacji chondrocytów, mogą działać na wielu innych komórkach, więc ich zastosowaniu do naprawy chrząstki mogą towarzyszyć efekty uboczne. Oba typy CMP znajdują się w chrząstce zdrowych stawów dotkniętych chorobą zwyrodnieniową stawów, przyczyniają się do naprawy ECM chrząstki stawowej po degradacji enzymatycznej, wspierając normalny fenotyp.

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

Synergizm czynników wzrostu

Jeden czynnik wzrostu jest zdolny do indukowania się, podobnie jak inne czynniki wzrostu, interakcja ta jest precyzyjnie regulowana. Na przykład, FGF wraz z innymi czynnikami wzrostu zapewnia bardziej skuteczną naprawę chrząstki stawowej po urazie traumatycznym. IGF-1 wraz z TGF-beta znacząco indukują normalny fenotyp chondrocytów, gdy są hodowane in vitro. Wykazano, że TGF-beta zakłóca produkcję IGF-1 i IGF-SB, a także defosforyluje receptor IGF-1, stymuluje wiązanie IGF-1. W nienaruszonej chrząstce myszy zaobserwowano synergizm IGF-1 z wieloma czynnikami wzrostu. Jednak łagodna reakcja chondrocytów w IGF-1 nie może być wyrównana w połączeniu z innymi czynnikami wzrostu.

Interakcja anabolicznych i niszczących cytokin

Czynniki wzrostu wykazują złożoną interakcję z IL-1. Na przykład, wstępna ekspozycja chondrocytów w FRF zwiększa uwalnianie proteaz po ekspozycji na IL-1; być może, jest to spowodowane wzrostem ekspresji receptorów IL-1. PDGF stymuluje również zależne od IL-1 uwalnianie proteaz, ale zmniejsza zależne od IL-1 hamowanie syntezy proteoglikanów. Może to oznaczać, że niektóre czynniki wzrostu mogą jednocześnie stymulować proces naprawy chrząstki i przyczyniać się do jej zniszczenia. Inne czynniki wzrostu, takie jak IGF-1, TGF-P, stymulują syntezę macierzy stawowej i hamowanie IL-1 pośredniczy degradacja chrząstki stawowej, to znaczy ich aktywność wiąże się tylko z naprawą tkanek. Takie interakcje nie zależą od wcześniejszej ekspozycji na chondrocyty IL-1. Co ciekawe, kinetyka IL-1, TGF-beta mogą być różne skutki: zdolności TGF-beta hamuje degradację chrząstki stawowej jest zredukowana do powolnego działania TIMP mRNA. Z drugiej strony występuje wzrost poziomu hNOC i N0 przy braku TGF-beta. Biorąc pod uwagę NO-zależne tłumiący wpływ IL-1 na proteoglikanów syntezy chondrocytów, możemy wyjaśnić, dlaczego obserwujemy znacznie silniejszą odporność na TGF-beta IL-1 zależną hamowanie proteglikanov syntezowego w porównaniu ze zniszczeniem proteoglikanów in vivo.

W badaniach na myszach, którym wstrzyknięto śródstawowego IL-1 i czynnik wzrostu wykazano, że TGF-beta znacząco antagonizuje IL-1, w których pośredniczy hamowanie proteoglikanów syntezy chrząstki stawowej, podczas gdy ILC-2 jest zdolny do takiego przeciwdziałania: stymulujący pełnego potencjału hamowało IL-1 nawet w warunkach wysokiego stężenia CMP-2. Należy zauważyć, że w nieobecności IL-1, KMP-2 znacząco stymuluje syntezę proteoglikanów intensywne niż TGF-beta).

Oprócz wpływu na syntezę proteoglikanów, TGF-beta również znacząco wpływa na indukowane przez IL-1 zmniejszenie zawartości proteoglikanów w chrząstce. Być może, w zależności od względnego stężenia IL-1 i TGF-beta, zawartość proteoglikanów zmniejsza się lub zwiększa. Co ciekawe, opisane powyżej przeciwdziałanie IL-1 i TGF-beta zaobserwowano w grubości chrząstki, ale nie było takiego zjawiska w pobliżu chondrofitów na krawędziach powierzchni stawowych. Hondrofitov wykształcenie indukowane przez TGF- (3, które ma wpływ na chondrogenne komórki w okostnej, powodując rozwój komórek chrząstkotwórczych oraz osadzania proteoglikanów. Najwyraźniej etihondroblasty nie wrażliwe na IL-1.

HL Glansbeek i inni, (1998) badali zdolność TGF-beta-2 i ILC przeciwdziałania hamowanie syntezy proteoglikanów w stawach u myszy z zapaleniem stawów zimozanindutsirovannym (to jest „czysta” Model IL-1 wywołanego zapalenia). Podawanie śródstawowe TGF-beta znacznie przeciwdziała się hamowanie indukowanej przez syntezę proteoglikanów zapalenia, podczas gdy ILC-2 prawie w stanie przeciwdziałać proces IL-1 zależne. Powtarzane zastrzyki TGF-p w kolanie zwierząt testowych wyraźnie stymuluje syntezę proteoglikanów przez chondrocyty, przyczynił się do zachowania istniejących proteoglikanów chrząstki zanikowe zapalenie, ale nie hamuje proces zapalny.

Przy badaniu funkcji chondrocytów proteoglikansinteziruyuschey stosując modele doświadczalne zapalenie kości i stawów u zwierząt są zawsze zauważyć, podwyższone poziomy i stymulację syntezy proteoglikanów w początkowych etapach OAB przeciwieństwie modeli zapalne, w których obserwuje się istotne hamowanie syntezy (IL-1 -zavisimyyprotsess). Zwiększona aktywność czynników anabolicznych, w tym czynniki wzrostowe, obserwuje się zapalenie kości i stawów, likwiduje działania cytokin supresorowych, takich jak IL-1. Wśród czynników wzrostu najważniejsza jest TGF-beta; CIC-2 prawdopodobnie nie odegra znaczącej roli w tym procesie. Mimo, że IGF-1 jest w stanie stymulować syntezę proteoglikanu in vitro, w warunkach in vivo, to właściwość ta nie obserwowano stosowania miejscowego IGF-1. Być może wynika to z faktu, że endogenny poziom tego czynnika wzrostu jest optymalny. W późniejszych etapach objawów zapalenia kości i stawów wydaje się hamowanie syntezy proteoglikanów, prawdopodobnie ze względu na dominujący wpływ IL-1 i braku czynników wzrostu przeciwdziałać powodu mniejszej aktywności.

Analiza czynnika wzrostu u myszy STR / ORT ze spontaniczną chorobą zwyrodnieniową stawów wykazała wzrost poziomu mRNA TGF-R i IL-1 w uszkodzonej chrząstce. Należy zauważyć, że aktywacja TGF-beta z postaci utajonej jest ważnym elementem naprawy tkanek. Zrozumienie roli TGF-beta komplikuje wyniki badania ekspresji receptorów TGF-beta typu II u królików linii ACL. Natychmiast po wywołaniu choroby zwyrodnieniowej stawów wykryto obniżony poziom tych receptorów, co wskazuje na niedostateczną funkcję sygnału TGF-beta. Co ciekawe, myszy z niedoborem receptora TGF-beta 11 TYP spontannogoosteoartroza znaki są wykrywane, co również wskazuje na ważną rolę w funkcji sygnalizacji TGF-beta w degradacji chrząstki do naprawy i rozwoju choroby zwyrodnieniowej stawów.

Bezwzględna zawartość czynników wzrostu w stawach pacjentów z reumatoidalnym zapaleniem stawów lub chorobą zwyrodnieniową stawów może wskazywać możliwości ich rolę w patogenezie tych chorób. Jednakże pomimo faktu, że połączenia w chorobie zwyrodnieniowej stawów i reumatoidalnego zapalenia stawów wysokie stężenie czynników wzrostu natury degradacji i naprawy w obu chorobach są całkowicie różne. Mogą być inne niezidentyfikowane jeszcze czynników odgrywa główną rolę w patogenezie tych chorób, i innych aspektów zjawiska badanej określa się za degradację i naprawy w tkankach stawów (na przykład, ekspresja niektórych receptorów na chondrocyty powierzchni, rozpuszczalne receptory, białka wiążące, albo nierównowagi czynniki anaboliczne i destrukcyjne).