Rola osadzania się kryształów w patogenezie choroby zwyrodnieniowej stawów

U 30-60% pacjentów z chorobą zwyrodnieniową kości, wykrywa się kryształy zasadowego fosforanu wapnia (OFC) w płynie stawowym. Według A. Swan et al (1994), kryształy zawierające wapń są w płynie maziówkowym z dużo większej liczby pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stawów, jednak ze względu na zbyt mały rozmiar kryształów lub małych ilościach, że nie mogą być określone konwencjonalnymi technikami. Obecność podstawowych kryształów fosforanu wapnia w płynie stawowym koreluje z objawami radiologicznych degeneracji chrząstki stawowej, i jest związany z dużą objętość wysięku w porównaniu z wysiękiem w stawów kolanowych bez kryształów. Badanie czynników wpływających na postępy radiograficzne gonarthrosis wykazały, że osadzanie się kryształów dwuwodzianu pirofosforan wapnia (PFKD) jest wskaźnikiem niepożądanego klinicznych i radiologicznych rezultatu. W badaniu z udziałem pacjentów w podeszłym wieku stwierdzono, że choroba zwyrodnieniowa stawów jest związany z chondrokalcynozy, zwłaszcza w dziale tibiofemoralnom bocznej stawu kolanowego i pierwszym trzech stawach śródręczno. Często u pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stwierdza się oba typy kryształów - OFC i PFCD.

Klinicznie, zwyrodnienie chrząstki stawowej, spowodowane odkładaniem się kryształów zawierających wapń, różni się od tego w pierwotnej chorobie zwyrodnieniowej stawów. Gdyby kryształy były prostym objawem degeneracji chrząstki, można by je znaleźć w stawach, które są najczęściej dotknięte pierwotną chorobą zwyrodnieniową stawów, tj. W kolanie, biodra, małe stawy rąk. Wręcz przeciwnie, choroby odkładania się kryształów często mają wpływ na nietypowe stawy osteoartrozy - ramię, nadgarstek, łokieć. Obecność kryształów w płynie stawowym (wysiękowym) wiąże się z cięższym zwyrodnieniem chrząstki stawowej. Pytanie, jaka jest przyczyna i jakie są konsekwencje, to odkładanie się kryształów lub degeneracja chrząstki. Położenie pośrednie przyjmuje się według następującego założenia: pierwotna anomalia metabolizmu chrząstki prowadzi do jej degeneracji, a wtórne osadzanie się kryształów przyspiesza jej degradację (tak zwana teoria pętli amplifikacji).

Dokładny mechanizm uszkodzenia chrząstki stawowej za pomocą kryształów zawierających wapń nie jest znany, poszczególne jej elementy podano poniżej. Teoretycznie kryształy zawierające wapń mogą bezpośrednio uszkadzać chondrocyty. Jednak przy badaniu histologicznym kryształy rzadko są zlokalizowane w pobliżu chondrocytów, są one jeszcze rzadziej wchłaniane przez nie. Najbardziej prawdopodobne jest kryształy fagocytozę komórek błony maziowej okładziny, a następnie wydzielanie enzymów proteolitycznych lub wydzielanie cytokin, pobudza wydzielanie enzymów przez chondrocyty. Ta koncepcja została potwierdzona przez badanie roli zapalenia błony maziowej wywołanej przez PFCD w rozwoju szybko postępującej choroby zwyrodnieniowej stawów w artropatii pirofosforanowej. W czasie tych badań u królików z zapaleniem kości i stawów wywołane częściowego łąkotki bocznej w prawego stawu kolanowego wstrzykiwano pirofosforan wapnia dihydrat kryształu (1 i 10 mg), 1 raz na tydzień. Okazało się, że po 8 wstrzyknięciach w prawym stawie kolanowym nastąpiły znacznie poważniejsze zmiany w porównaniu do lewej. Intensywność zapalenia błony maziowej korelowano z dostawowym wstrzyknięciem dihydratu pirofosforanu wapnia i ich dawką. Pomimo tego, że używane w tym badaniu dawki kryształów PFKD przekraczają in vivo, wyniki sugerują rolę PFKD wywołanego zapalenia w progresji choroby zwyrodnieniowej stawów w artropatii pirofosforanu.

Potencjalne mechanizmy wywołujące uszkodzenie chrząstki stawowej z udziałem wapnia są związane z ich właściwościami mitogennymi, zdolnością do indukowania MMP i stymulowania syntezy prostaglandyn.

Mitogenne działanie kryształów zawierających wapń. Gdy artropatie kristallas-sotsiirovannyh często wykazują proliferację komórek maziowych nakładki, a same kryształy tylko częściowo odpowiedzialne za ten proces. Zwiększenie liczby komórek maziowych towarzyszy zwiększone wydzielanie cytokin, które promują chondrolizy i powodują wydzielanie enzymów proteolitycznych. OFC kryształy stężeń wykrytych w patologii stawów u człowieka, w zależności od dawki hodowlach stymulowanych mitogenezę spoczywającej fibroblasty skóry, fibroblasty błony maziowej psy i myszy. Kryształy dihydratu pirofosforanu wapnia, moczanu, siarczanu, węglanu oraz tego, czy fosforan wapnia stymuluje wzrost komórek. Uruchamianie i umożliwić szczyt ( ³ H) -tymidyny wywołane kryształy te są kompensowane przez 3 godziny w stosunku do surowicy stymulację komórek krwi. Być może ten okres czasu jest niezbędny do fagocytozy i rozpuszczenia kryształów. Dodanie kontrolnych kryształów o tej samej wielkości (np. Pył diamentowy lub cząstki lateksu) nie stymulowało mitogenezy. Kryształy moczanu sodu monohydratu ma słabe właściwości mitogenne i znacznie gorsze moczanu wapnia, co wskazuje na znaczenie mitozy na zawartość wapnia w kryształów. Syntetyczne kryształy OFC posiadały takie same właściwości mitogenne jak kryształy uzyskane od pacjentów z chondrokalcynozą. Kryształy wapnia wpływ mitogenny nie był wynikiem zwiększenia zawartości wapnia w ośrodku otaczającym komórki in vitro, w większości przez rozpuszczenie kryształów fosforanu wapnia w pożywce nie stymuluje wbudowanie ( ³ H) -tymidyny fibroblastów.

Jednym z proponowanych mechanizmów FCS indukowanych mito geneza jest następujący: nieprawidłową proliferację komórek błony maziowej mogą być związane (przynajmniej częściowo) za pomocą endocytozy i wewnątrzkomórkowego rozpuszczania kryształów, co prowadzi do wzrostu stężenia jonów Ca ²⁺ w cytoplazmie komórek i aktywacji wapnia drogi prowadząc do mitogenezy. Na poparcie tej koncepcji służy potrzebę bezpośredniego kontaktu komórki - kryształu do pobudzania mitozy jako hodowli komórek spowodowanych ekspozycją kryształów wzrost komórek i ekspozycja komórek, pozbawiony możliwości takiego kontaktu, nie powoduje ich wzrost. W celu zbadania fagocytozę muszą kryształów poddanych oddziaływaniu komórka - komórki kryształu hodowanych ⁴⁵ Ca-FCS i ( ³ H) -tymidyny. Okazało się, że zawierające ⁴⁵ komórek CPCH Ca zawierać znacznie większą liczbę ( ³ H) tymidynę niż komórki oznakowane bez pierwotnej fosforanu wapnia. Tłumienie makrofagów kultura cytochalazyny kryształów endocytozy powodowało zahamowanie rozpuszczania kryształów, co podkreśla potrzebę również fagocytozę.

Kryształy zawierające wapń są rozpuszczalne w kwasie. Po kryształów fagocytozy rozpuścić w kwasie makrofagów średniej umożliwiająca ucieczkę fagolizosomalną. Chlorochina, chlorek amonu, bafilomitsin lizosomotrofnye A1 i wszystkie czynniki, które zwiększają lizosomalnego pH zależny od dawki hamuje wychwyt wewnątrzkomórkowy i rozpuszczanie kryształów ( ³ H) -tymidyny Fibro blasty hodowano z pierwotnych kryształów fosforanu wapnia.

Dodanie kryształów OFC do monowarstwowej hodowli fibroblastów spowodowało natychmiastowy dziesięciokrotny wzrost wewnątrzkomórkowej zawartości wapnia, który powrócił do wartości wyjściowych po 8 minutach. Źródłem wapnia był głównie jon zewnątrzkomórkowy, ponieważ kryształy zasadowego fosforanu wapnia dodano do pozbawionego wapnia pożywki. Następny wzrost wewnątrzkomórkowego stężenia wapnia obserwowano po 60 minutach i trwał co najmniej 3 godziny, przy czym źródłem wapnia były fagocytowane kryształy rozpuszczone w fagolizosomach.

Stwierdzono, że wpływ mitogenny FCS kryształów jest podobny do tego z PDGF jako czynnik wzrostu; podobnie jak te ostatnie, kryształy OFC wykazują synergię w odniesieniu do IGF-1 i osocza krwi. Blokada IGF-1 zmniejsza mitogenezę komórek w odpowiedzi na OF. PG Mitchell i inni (1989) pokazał, że kryształy FCS indukcji fibroblastów mitogenezę Balb / C- ₃, T ₃ wymagają serynowej / treoninowej kinazy białkowej C (PKC) - jedna z najważniejszych mediatorów sygnałów generowanych na zewnątrz komórki stymulujące hormony, neurotransmitery i czynniki wzrost. Zmniejszają aktywność PKC w komórkach myszy Balb / C- ₃, T ₃ hamuje FCS pośredniczy indukcja protoonkogenów c-fos i c-myc, ale nie ma wpływu na stymulację takich onkogenów pośredniczonych przez PDGF.

Zwiększone zawartości wapnia wewnątrzkomórkowego po rozpuszczeniu fagocytowany kryształu - nie jest jedyną drogą do mitozy sygnału. Gdy czynniki wzrostu takie jak PDGF wiąże się z receptorem błony stymuluje fosfolipazy C (fosfo-diesteraza), który gidroliziruetfosfatidilinozitol 4,5-bifosforanu z wytworzeniem wewnątrzkomórkowe przekaźniki - idiatsilglitserola inozytol-3-fosforanu. Pierwsza wersja wapnia z retikulum endoplazmatycznego przez modulację aktywności enzymów wapnia zależny od wapnia / kalmoduliny, takich jak zależnych kinaz białkowych i proteazy.

R. Rothenberg i H. Cheung (1988) donoszą o zwiększonej degradacji fosfatydyloinozytolu fosfolipazy C, 4,5-bisfosforanu królików przez komórki błony maziowej w odpowiedzi na stymulację z FCS kryształów. Najnowsze znacząco zwiększyć zawartość inozytolo-1-fosforanu w komórkach ze znakowanym ( ³ H) -inositol; pik osiągnięto w ciągu 1 minuty i trwał około 1 godziny.

Diacyloglicerol jest potencjalnym aktywatorem dwuwodzianu pirofosforanu wapnia. Ponieważ kryształy CRC zwiększają aktywność fosfolipazy C, co prowadzi do akumulacji diacyloglicerolu, można oczekiwać wzrostu aktywacji PKC. PG Mitchell i inni (1989), w porównaniu do skutków FCS kryształów i PDGF fibroblastów syntezy DNA myszy Balb / C- ₃, T ₃. W hodowli komórkowej PKC inaktywowano przez inkubację komórek z utrwalającym guz dielektrycznym (TFD), analogiem diacyloglicerolu. Wydłużona stymulacja małymi dawkami TFA zmniejsza aktywność PKC, natomiast aktywuje się pojedyncza stymulacja z wysoką dawką. Stymulacja syntezy DNA przez kryształy RPC została zahamowana po inaktywacji PKC, co wskazuje na znaczenie tego enzymu w indukowanej przez OFC mitogenezie. Wcześniej GM McCarthy i współautorzy (1987) wykazali związek mitogennej odpowiedzi ludzkich fibroblastów z kryształami OFC z aktywacją PKC. Jednakże, kryształy OFC nie aktywują kinazy 3 kinazy fosfatydyloinozytolu ani kinaz tyrozynowych, co potwierdza fakt, że mechanizm aktywacji komórek przez kryształy OPC jest selektywny.

Proliferacja komórek jest kontrolowana przez grupę genów nazywanych protoonkogenami. Białka wroga i thu, produkty protoonkogenów c-fos i c-shus są zlokalizowane w jądrze komórkowym i są związane ze specyficznymi sekwencjami DNA. Stymulacja fibroblastów ZT3 przez kryształy OCP powoduje ekspresję c-fos przez kilka minut, która osiąga maksimum po 30 minutach po stymulacji. Indukcja transkrypcji za pomocą -mouse OFC crystals lub PDGF następuje w ciągu 1 godziny i osiąga maksimum po 3 godzinach po stymulacji. Co najmniej 5-godzinne komórki wspierają wyższy poziom transkrypcji c-fos i c-myc. W komórkach z inaktywowanym PKC stymulacja kryształów c-fos i c-muss RPA lub TPD jest znacząco hamowana, podczas gdy indukcja tych genów PDGF nie zmienia się.

Przedstawiciele rodziny kinaz białkowych aktywowanych mitogenami (MAP K) są kluczowymi regulatorami różnych wewnątrzkomórkowych kaskad sygnalizacyjnych. Jedna z podklas tej rodziny, p42 / p44, reguluje proliferację komórek za pomocą mechanizmu obejmującego aktywację protoonkogenów c-fos i c-jun. Kryształy OFC i PFCD aktywują szlak sygnalizacji kinazy białkowej, w którym uczestniczą zarówno p42 jak i p44, co wskazuje na rolę tej ścieżki w mitogenezie indukowanej przez kryształy zawierające wapń.

Wreszcie w mitogenezie indukowanej OFC bierze udział jądrowy czynnik transkrypcji KB (NF-kB), który po raz pierwszy opisano jako gen łańcucha lekkiego immunoglobuliny (IgK). Jest to indukowany czynnik transkrypcyjny, ważny dla wielu szlaków sygnałowych, ponieważ reguluje ekspresję różnych genów. Indukcja NF-kB jest zwykle związana z uwalnianiem białek hamujących z cytoplazmy, zwanej 1kB. Po indukcji NF-kB zachodzi translokacja aktywnego czynnika transkrypcyjnego do jądra. Kryształy OFC wywołania NF-kB u myszy Balb / C- ₃, T ₃ fibroblasty ludzkie fibroblasty skórne.

Kilka szlaków może uczestniczyć w transmisji sygnału po aktywacji NF-κB, ale wszystkie z nich obejmują kinazy białkowe, które fosforylują (i w ten sposób degradują) 1 kB. Na podstawie wyników badań in vitro wcześniej zakładano, że 1 kB służy jako substrat dla kinaz (np. PKC i kinaza białkowa A). Jednak ostatnio zidentyfikowano kompleks kinazy 1 kB o dużej masie cząsteczkowej. Te kinazy specyficznie fosforylują reszty serynowe 1 kB. Aktywacja TNF-α i IL-1 NF-kV wymaga skutecznego działania kinazy indukującej NF-kB (NIC) i kinazy 1KB. Molekularny mechanizm aktywacji NIC nie jest obecnie znany. Pomimo tego, że kryształy OFC aktywują zarówno PKC, jak i NF-kV, nie wiadomo, w jakim stopniu można połączyć te dwa procesy. Ponieważ modyfikacja kinazy GKB jest przeprowadzana przez fosforylację, nie wyklucza się roli PKC w indukcji przez kryształy NFC-NFC przez fosforylację i aktywację kinazy GKB. Na poparcie tej koncepcji, hamowanie PKC przez mitogenezę wywołaną przez staurosporynę OFC-krystaliczną i ekspresję NF-kB może służyć jako wsparcie dla tej koncepcji. Podobnie, staurosporyna może hamować kinazę GkV, a zatem hamować kinazę białkową A i inne kinazy białkowe.

Tak więc mechanizm indukowanej przez RPC mitogenezy w fibroblastach obejmuje co najmniej dwa różne procesy:

• szybkie zdarzenie związane z błoną, które prowadzi do aktywacji PKC i MAP K, indukcji NF-KB i protoonkogenów,
• wolniejsze wewnątrzkomórkowe rozpuszczanie kryształów, co prowadzi do wzrostu wewnątrzkomórkowej zawartości Ca2 ⁺, a następnie do aktywacji szeregu zależnych od wapnia procesów stymulujących mitogenezę.

[1], [2], [3]

Indukcja kryształów zawierających MMP-wapń

Mediatorami uszkodzenia tkanki za pomocą kryształów zawierających wapń są MMP-kolagenaza-1, stromelizyna, 92-kD żelatynaza i kolagenaza-3.

Biorąc pod uwagę związek między zawartością kryształów OFK i zniszczeniem tkanek stawowych, wysunięto hipotezę, zgodnie z którą kryształy RPA i ewentualnie niektóre kolageny są fagocytowane przez komórki maziowe. Pobudzone synovvits proliferują i wydzielają proteazy. Hipotezę tę badano in vitro przez dodanie naturalnych lub syntetycznych kryształów RPA, PFCD i innych do hodowli ludzkich lub maziowych synovitises. Poziom aktywności obojętnych proteaz i kolagenaz zwiększył się zależnie od dawki i był około 5-8 razy wyższy niż w hodowli kontrolnej komórek, które hodowano bez kryształów.

W komórkach hodowanych w pożywce zawierającej kryształ wykryto ko-indukcję mRNA kolagenazy-1, stromelizyny i żelatynyny-92 kD, a następnie wydzielono enzymy do pożywki.

Kryształy OFC spowodowały także nagromadzenie mRNA kolagenazy-1 i kolagenazy-2 w dojrzałych chondrocytach świńskiej, a następnie wydzielanie enzymów do pożywki.

GM McCarty i współautorzy (1998) badali rolę wewnątrzkomórkowego rozpuszczania kryształów w krystalizowanej produkcji MMP. Zwiększenie lizosomalnego pH z bafilomitsina depresji wewnątrzkomórkowego rozpuszczania kryształów i osłabiają proliferacji ludzkich fibroblastów do CPCH kryształów, ale nie hamują syntezę i wydzielanie MMP.

Ani kryształy zasadowego fosforanu wapnia, ani PFCD nie indukowały wytwarzania IL-1 in vitro, w przeciwieństwie do kryształów moczanu sodu.

Aktualne dane wyraźnie wskazują na bezpośrednią stymulację wytwarzania MMP przez fibroblasty i chondrocyty po kontakcie z kryształami zawierającymi wapń.

Objawy choroby zwyrodnieniowej stawów świadczą o istotnej roli MMP w postępie choroby. Obecność kryształów zawierających wapń zwiększa degenerację tkanek dotkniętych stawów.

Stymulacja syntezy prostaglandyn

Obok stymulacji wzrostu komórek kryształy wydzielania enzymów zawierających wapń powoduje uwalnianie prostaglandyn z hodowli komórek ssaków, zwłaszcza PGE ₂. Uwalnianie PGE- ₂ we wszystkich przypadkach następuje w ciągu pierwszej godziny po ekspozycji komórek na kryształy. R. Rothenberg (l 987), wykazała, że główne źródło kwasu arachidonowego do syntezy PGE ₂ są fosfatydylocholina i fosfatydyloetanoloamina, a także potwierdziły, że fosfolipazy ₂ i stopy - dominującą produkcji ścieżka PGE ₂.

W odpowiedzi na wpływ kryształów CPC można również uwolnić PGE1. GM McCarty i inni (1993,1994) badali wpływ PGE ₂, PGE i analogu misoprostol na mitogennym odpowiedzi ludzkich fibroblastów do kryształów CPCH. Wszystkie trzy czynniki hamowały odpowiedź mitogenną w sposób zależny od dawki, przy czym PGE i mizoprostal wykazywały bardziej wyraźną aktywność hamującą. PGE i mizoprostol, ale nie PGE2 _, hamowały akumulację mRNA kolagenazy w odpowiedzi na działanie kryształów OFC.

MG McCarty i N. Cheung (1994) badali mechanizm aktywacji komórek PGE za pośrednictwem RPC. Autorzy wykazali, że PGE - silnym induktorem wewnątrzkomórkowego cAMP niż PGE ₂ i PGE OFC hamuje indukowaną mitogenezę i wytwarzanie MMP przez ścieżki sygnałowej zależnej od cAMP. Możliwe, że wzrost produkcji PGE indukowany przez kryształy OFK osłabia ich inne efekty biologiczne (mitogeneza i wytwarzanie MMP) przez mechanizm sprzężenia zwrotnego.

Zapalenie wywołane przez kryształy

Wapniowo-kryształy są często występuje w płynie maziowym u pacjentów z zapaleniem kości i stawów, ale epizodów ostrego zapalenia leukocytoza rzadkie, jak na zapalenie kości i stawów i artropatii w kristallassotsiirovannyh (na przykład, zespół „stawu barkowego Milwaukee”). Potencjał logistyczny kryształów można modyfikować za pomocą wielu czynników hamujących. R. Terkeltaub i inni (1988) wykazały zdolność surowicy i osoczu krwi, znacząco hamują granulotsitovov odpowiedzi neutrofilów krystalizacji podstawowej fosforan wapnia. Czynnikami, które powodują takie hamowanie, są białka wiążące kwasy. Oględziny jednej z tych białek - o ₂ -HS glikoproteiny (AHSr) - wykazały, że najbardziej ANSG jest silnym i specyficznym inhibitorem granulocytów obojętnochłonnych w kryształach reakcji CPCH. AHSr - białko serwatkowe pochodzenia wątrobowego; Wiadomo, że w porównaniu z innymi białkami surowicy krwi występuje we względnie wysokich stężeniach zawartych w kości i zmineralizowanej tkance. Ponadto AHSr w trybie „noninflamed” płynu maziowego i jest wykryty w pierwotnych kryształów fosforanu wapnia w natywnym płynu maziowego. Zatem nie wyklucza się prawdopodobieństwa modulacji AHSr potencjału mikroflogogennego podstawowych kryształów fosforanu wapnia w warunkach in vivo.

Podsumowując, przedstawiono dwa schematy patogenezę choroby zwyrodnieniowej proponowane WB van den Berg et al (1999) i M. Sarrabba i inni (1996), które łączą czynników mechanicznych, genetyczne i biochemiczne.