Oprava kloubní chrupavky a růstových faktorů v patogenezi osteoartrózy

S rozvojem biotechnologií, zejména klonovací technice, v poslední době intenzivně doplní seznam růstových faktorů, který je vzhledem anabolické faktory jsou důležité, ale ne úplně jasná úloha v patogenezi osteoartrózy.

První skupina růstových faktorů, která bude popsána níže, je IGF. Jsou ve velkém množství v séru, mají řadu společných vlastností s inzulínem. IGF-2 je charakteristická pro embryonální vývoj, zatímco IGF-1 je dominantním zástupcem skupiny dospělých. Oba zástupci této skupiny působí tak, že se váží na IGF receptory typu I. V případě IGF-2, funkce je neznámá, hodnota IGF-1 byla stanovena - je schopen stimulirvovat proteoglykan syntéza chondrocytů a podstatně inhibuje katabolické procesy v kloubní chrupavce. IGF-1 je hlavním anabolickým stimulem pro syntézu proteoglykanů chondrocyty, přítomnými v séru a synoviální tekutině. IGF-1 je důležitým faktorem pro kultivaci chondrocytů u experimentálních modelů in vitro modelů choleremie . Předpokládá se, že IGF-1 vstupuje do synoviální tekutiny z krevní plazmy. Navíc normální chondrocyty produkují oba faktory - exprese IGF-1 a IGF-2 se nachází v synoviální membráně a chrupavce pacientů s osteoartritidou. V normální chrupavce IGF-1 nemá mitogenní vlastnosti, ale může stimulovat proliferaci buněk v poškozené matrici, což naznačuje účast v opravných procesech.

Biologicky aktivní látky, které stimulují reparaci a potlačují degradaci kloubní chrupavky

• Inzulín
• Gamma-interferon
• Růstový hormon, androgeny
• Somatomediny (IPF-1 a -2)
• TGF-beta (tkáňový růstový faktor)
• Růstový faktor pocházející z krevních destiček
• Hlavní růstový faktor fibroblastů
• EGF
• Antagonistu receptoru IL-1
• TNF-a-vazebných proteinů
• Tkáňové inhibitory metaloproteináz
• ₂ -makrogloʙulin
• alfa-antitrypsin
• Blech, makroglobulin
• Pg-antichimotripsin

Účinky IGF-1 a IGF-2 jsou kontrolovány různými IGF-vázajícími bílkovinami (IGF-SB), které jsou také produkovány chondrocyty. IGF-Sa může fungovat jako nosič, a také vykazují aktivitu IGF-blokující izolované z kloubní chrupavky u pacientů sosteoartrozom buňky produkují nadměrné množství IGF-Sa, což ukazuje, že blokování těchto účinků IGF. J. Martel-Pelletier et al (1998) ukázal, že i když IGF-1 Syntéza v chrupavce v zvyšuje osteoartritidou mírně chondrocyty reagovat na IGF-1 stimulace. Ukázalo se, že tento jev je spojen (alespoň částečně) se zvýšením hladiny IGF-SB. IGF-SB má vysokou afinitu k IGF a je důležitým biomodulátorem jeho aktivity. Dosud bylo studováno sedm typů IGF-SB, důležitá úloha při osteoartritidě hraje narušení IGF-SB-3 a regulace IGF-SB-4.

Další kategorie růstových faktorů vykazujících různé účinky na chondrocyty zahrnuje růstový faktor odvozený od destiček (PDGF), FGF a TGF-beta. Tyto faktory jsou produkovány nejen chondrocyty, ale také aktivovanou synovitidou. FGF má jak anabolické, tak katabolické vlastnosti v závislosti na koncentraci a stavu kloubní chrupavky. PDGF se účastní udržování homeostázy VKM kloubní chrupavky, která nemá zjevné mitogenní vlastnosti. Pro tento růstový faktor je známa schopnost zvýšit syntézu proteoglykanů a snížit jejich degradaci.

TGF-beta je zvláště zajímavý, pokud jde o studium jeho role v patogenezi osteoartrózy. Je členem velké nadřazené rodiny TGF, má společné funkční a signalizační vlastnosti s nově objevenými růstovými faktory BMP (kostní morfogenetické proteiny).

TGF-beta-pleiotropní faktor: jednak má imunosupresivní vlastnosti, jednak je chemotaktickým faktorem a silným stimulátorem proliferace fibroblastů. Jedinečné vlastnosti TGF-beta jsou schopnost inhibovat uvolňování enzymů z různých buněk a významně zvyšovat tvorbu enzymových inhibitorů (např. TIMP). TGF-beta se považuje za důležitý regulátor poškození tkání v důsledku zánětu. Takže v tkáni kloubní chrupavky TGF-beta významně stimuluje produkci matrice chondrocyty, zvláště po před expozici tímto faktorem. Normální chrupavka není citlivá na TGF-beta. U pacientů s OA stimuluje TGF-P produkci agreganu a malých proteoglykanů v kloubní chrupavce.

TGF-beta je produkován mnoha buňkami, zejména chondrocyty. Je uvolňován v latentní formě, která je spojena se speciálním proteinem nazývaným "protein spojený s latencí" (BAL). Disociace s tímto proteinem se provádí proteázami, které se produkují ve velkých množstvích v zánětlivých tkáních. Vedle TGF-beta, který je produkován aktivovanými buňkami, je latentní forma tohoto faktoru důležitým prvkem reaktivity TGF-beta v tkáni po lokálním poškození. TGF-beta ve významném množství je obsažen v synoviální tekutině, synoviální membráně a chrupavce kloubu postižené osteoartritidou. V oblastech poškozeného tkáně, kde se vyskytují zánětlivé infiltrace, je zjištěna koexprese TNF a IL-1, zatímco v oblastech s fenoménem fibrózy je detekována pouze exprese TGF-beta.

Inkubace kultury chondrocytů získané od pacientů s osteoartritidou s TGF-beta způsobuje významné zvýšení syntézy proteoglykanů těmito buňkami. Stimulace TGF-beta normálních chondrocytů způsobuje zvýšení syntézy proteoglykanů až po mnoha dnech inkubace. Možná, že tentokrát je nutné změnit fenotyp buněk pod vlivem TGF-beta (například ke změně tzv Kompartmentalizace proteoglykanů: nově vytvořené proteoglycans jsou umístěny těsně kolem chondrocyty).

Je známo, že aktivace syntézy růstových faktorů, zejména TGF-beta, je důležitým článkem v patogenezi fibrózy ledvin a jater, tvorby jizev při hojení ran. Zvýšení zatížení chondrocytů in vitro vede k hyperprodukci TGF-beta, zatímco snížení syntézy proteoglykanů po imobilizaci končetiny může být vyrovnáno pomocí TGF-beta. TGF-beta indukuje tvorbu osteofytů v marginální zóně kloubů jako mechanismus pro přizpůsobení se změnám v zátěži. IL-1, způsobující mírný zánětlivý proces v synovii v reakci na poškození kloubů, podporuje tvorbu chondrocytů s modifikovaným fenotypem, které produkují nadměrné množství.

Opakované lokální injekce rekombinantního TGF-beta ve vysokých koncentracích vedlo k vývoji osteoartritidy u myší C57B1 vedení - tvorbou osteofytů, která je charakteristická pro lidský osteoartritidy, a významné ztrátě proteoglykanů v „vlnitý“ hraniční oblasti.

Pro pochopení přebytek TGF-beta je známo, že měnit chrupavky, je třeba poznamenat, že expozice TGF-P vyvolává charakteristický fenotyp změna chondrocytů podtřídy syntetizovaných proteoglykanů a porušení normální integrace ECM komponent. A IGF-1 a TGF-beta stimuluje syntézu proteoglykanů chondrocyty kultivované v alginátu, ale ten také indukuje tzv rozčlenění proteoglykany. Kromě toho bylo zjištěno, že TGF-beta zvyšuje kolagenáza-3 (MMP-13), v aktivovaných chondrocytů, která se odchyluje od obecného konceptu TGF-beta, jako faktor, který naopak snižuje uvolňování destruktivních proteáz. Přestože není známo, zda se TGF-beta-indukovaná syntéza MMP-13 podílí na patogenezi OA. TGF-beta je nejen stimuluje syntézu proteoglykanů, ale také přispívá k jejich ukládání v vazy a šlachy, zvýšení tuhosti a snížení rozsahu pohybu v kloubech.

CIP jsou členy superrodiny TGF-beta. Některé z nich (CML-2, CML-7 a CMS-9) mají schopnost stimulovat syntézu proteoglykanů chondrocyty. CMP mají své účinky navázanými na specifické receptory na povrchu buněk; signalizační dráhy TGF-beta a CMS jsou poněkud odlišné. Stejně jako TGF-beta se signál z CMP přenáší komplex serin / threonin kinázy typu I a II. V tomto komplexu je receptor typu II isransfosforylován a aktivuje receptor typu I, který přenáší signál na signální molekuly nazvané Smad. Po obdržení signálu Smad se rychle fosforylují. Nyní je známo, že Smad-1, -5 a -8 jsou fosforylovány v signální dráze CMP a Smd-2 a Smad-3 v signální dráze TGF-beta. Poté je pojmenován Smad s Smad-4, který je společný signálním cestám všech zástupců nadrodiny TGF-beta. Tato skutečnost vysvětluje přítomnost křížových funkcí u členů skupiny TGF-beta, stejně jako fenomén vzájemné inhibice signalizačních cest TGF-beta a CMS soupeřením o běžné složky. Ne tak dávno byla identifikována jiná třída proteinů Smad, kterou reprezentují Smad-6 a -7. Tyto molekuly působí jako regulátory signálních cest TGF-beta a CML.

Navzdory tomu, že stimulační účinek na Komise po dlouhou dobu, syntéza proteoglykanů, jsou známé pro jejich roli v regulaci funkci kloubní chrupavky zůstává kontroverzní vzhledem k dobře známé schopnosti indukovat dediferenciace ILC buňky stimulují tvorbu kalcifikace a kostí. M. Enomoto-Iwamoto a spolupracovníci (1998) ukázaly, že je nutná interakce s receptorem ILC ILC-typu II zachovat diferencovaný fenotyp chondrocytů a kontrolu jejich proliferace a hypertrofie. Podle LZ Sailora et al (1996), ILC-2 podporuje fenotypu chondrocytů v kultuře po dobu 4 týdnů, aniž by došlo k hypertrofii. KMP-7 (totožné s osteogenní protein-1), podporuje dlouhý zralý fenotyp chondrocytů z chrupavky kultivované v alginátu.

Úvod KMP-2 a -9 v myších kolenních kloubů 300% zvýšení syntézu proteoglykanů, který je podstatně větší, než je TGF-beta. Stimulační efekt se však ukázal být dočasný a po několika dnech se úroveň syntézy vrátila do původního stavu. TGF-beta způsobila delší stimulaci syntézy proteoglykanů, což je pravděpodobně způsobeno autoindukcí TGF-beta a senzibilizací chondrocytů na tento faktor.

TGF-beta je zodpovědný za hondrofitov formace, které mohou být považovány za nežádoucí účinky jeho působení, KMP-2 také podporuje hondrofitov formace, ale v jiných kloubní části hrany (hlavně v růstové ploténky).

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

Morfogenetické bílkoviny chrupavky

Morfogenetické proteiny chrupavky (XMP-1 a -2) jsou dalším zástupcem superfamily TGF-beta, která je nezbytná pro tvorbu chrupavkové tkáně během vývoje končetin. Mutace genu HMP-1 způsobuje chondrodysplázi. Možná, že KMP má více selektivní profil orientovaný na chrupavku. Navzdory tomu, že TGF-beta a CMP jsou schopné stimulovat chondrocyty, mohou působit na mnoho dalších buněk, takže jejich použití k opravě chrupavky může být doprovázeno vedlejšími účinky. CMP oba typy chrupavky nalezené u zdravých a nemocných kloubů s osteoartrózou, které přispívají k udržování kloubní chrupavky ECM po enzymatické degradaci při zachování normální fenotyp.

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

Synergismus růstových faktorů

Jeden růstový faktor je schopen indukovat sám, stejně jako další růstové faktory, tato interakce je jemně regulována. Například FGF společně s dalšími růstovými faktory poskytuje účinnější opravu kloubní chrupavky po traumatické poruše. IGF-1 spolu s TGF-beta významně indukují normální fenotyp chondrocytů, když se kultivují in vitro. Bylo prokázáno, že TGF-beta interferuje s produkcí IGF-1 a IGF-SB a také defosforyluje receptor IGF-1, stimuluje vazbu IGF-1. V intaktní chrupavce myší byl pozorován synergismus IGF-1 s mnoha růstovými faktory. Avšak mírná reakce chondrocytů v IGF-1 nemůže být vyrovnána použitím v kombinaci s jinými růstovými faktory.

Interakce anabolických a destruktivních cytokinů

Růstové faktory vykazují komplexní interakci s IL-1. Například, chondrocyty preexposure FGF zvyšuje uvolňování proteáz po IL-1 expozice; To může být v důsledku zvýšení exprese receptoru IL-1. PDGF stimuluje IL-1-dependentní uvolnění proteáz, ale snižuje IL-1 zprostředkovanou inhibici proteoglykanu syntézy. To může znamenat, že některé růstové faktory mohou zároveň stimulovat opravy chrupavky a přispívá k jeho zničení. Jiné růstové faktory, jako je IGF-1 a TGF-P, stimulují syntézu kloubní matrix a inhibici IL-1 zprostředkovaná degradace kloubní chrupavky, tj. Jejich aktivita je spojena pouze s opravou tkáně. Tato interakce je nezávislá na preexposure chondrocytů IL-1. Zajímavé je, že kinetiky IL-1 a TGF-beta mohou být různé účinky: schopnost TGF-beta inhibovat degradaci artikulární chrupavky se snižuje jeho pomalému působení TIMP mRNA. Na druhé straně existuje hNOC zvýšení hladiny a N0 v nepřítomnosti TGF-beta. Vzhledem k tomu, NO-dependentní supresivní účinek IL-1 na proteoglykanu syntézy chondrocytů, lze vysvětlit, proč pozorujeme mnohem silnější rezistenci na TGF-beta IL-1-závislou inhibici syntézy proteglikanov ve srovnání se zničením proteoglykanů in vivo.

Ve studii na myších, které byly injekčně intraartikulárně IL-1 a růstové faktory, že bylo prokázáno, že TGF-beta významně antagonizuje IL-1 zprostředkovanou inhibici proteoglykanu syntézu kloubní chrupavky, zatímco ILC-2 není schopen takové neutralizace: stimulační svůj plný potenciál inhiboval IL-1 dokonce i za podmínek vysoké koncentrace CMP-2. Je pozoruhodné, že v nepřítomnosti IL-1 KMP-2 výrazně stimuloval proteoglykanu syntézu intenzivní než TGF-beta).

Vedle vlivu na syntézu proteoglykanů také TGF-beta významně ovlivňuje pokles IL-1 indukovaného obsahu proteoglykanů v chrupavce. Možná se v závislosti na relativní koncentraci IL-1 a TGF-beta sníží nebo zvýší obsah proteoglykanů. Zajímavé je, že výše popsaná odolnost proti IL-1 a TGF-beta byly pozorovány v tloušťce chrupavky, ale žádné takové účinky na okrajích hondrofitov kloubních povrchů. Vzdělávání hondrofitov indukované TGF (3, která má vliv na chondrogenní buňky v periostu, což způsobuje rozvoj chondroblastů a depozice proteoglykanů. Zdá se, že etihondroblasty nejsou citlivé na IL-1.

HL Glansbeek et al (1998) studovali schopnost TGF-beta-2 a ILC působí proti inhibici syntézy proteoglykanů v kloubech z artritické myši zimozanindutsirovannym (tj., „Čistý“ model IL-1 indukované záněty). Intraartikulární podání TGF-beta významně působí proti inhibici syntézy proteoglykanu vyvolané zánětem, zatímco ILC-2 byl téměř schopen působit proti tomuto procesu IL-1 v závislosti na. Opakované injekce TGF-P v kolena pokusných zvířat výrazně stimuloval proteoglykanu syntézu chondrocyty, přispěla k zachování stávajících proteoglykanů chrupavky atrofická zánět, ale neinhibuje zánětlivý proces.

Při studiu funkce proteoglikansinteziruyuschey chondrocytů použitím experimentálních modelů osteoartritidou u zvířat vždy uvést zvýšené hladiny a stimulaci syntézy proteoglykanů v raných fázích OAB rozdíl od zánětlivých modelů, ve kterém je pozorována významná inhibice syntézy (IL-1 -zavisimyyprotsess). Zvýšená aktivita anabolických faktorů, včetně růstových faktorů, je pozorována u osteoartritidy, eliminuje účinek supresorových cytokinů, jako je IL-1. Mezi růstovými faktory nejdůležitější je TGF-beta; Je nepravděpodobné, že CIC-2 bude hrát významnou roli v tomto procesu. Ačkoli IGF-1 je schopen stimulovat proteoglykanu syntézy in vitro, v podmínkách in vivo je vlastnost není pozorován při lokální aplikaci IGF-1. Možná je to kvůli skutečnosti, že endogenní úroveň tohoto růstového faktoru je optimální. V pozdějších fázích příznaků osteoartritidy objeví inhibici syntézy proteoglykanu, pravděpodobně v důsledku dominantní účinek IL-1 a selhání růstových faktorů proti to vzhledem k nižší aktivitě.

Analýza exprese růstových faktorů u myší STR / ORT linka s spontánní osteoartritidou ukázala zvýšení hladiny mRNA TGF-P a IL-1 v poškozené chrupavky. Je třeba poznamenat, že aktivace TGF-beta z latentní formy je důležitým prvkem opravy tkáně. Pochopení role TGF-beta komplikuje výsledky studie exprese receptorů TGF-beta typu II u králíků linie ACL. Bezprostředně po indukci osteoartrózy byla detekována snížená hladina těchto receptorů, což naznačuje nedostatečnou signální funkci TGF-beta. Je zajímavé, že deficitní receptor TGF-beta-11 typ myši spontannogoosteoartroza značky jsou detekovány, což také ukazuje na důležitou úlohu signalizace funkce TGF-beta ve zhoršení opravy chrupavky a vývoje osteoartrózy.

Absolutní obsah růstových faktorů v kloubech pacientů s revmatoidní artritidou nebo osteoartritidou může svědčit o možné roli v patogenezi těchto chorob. Nicméně, i přes skutečnost, že spoje v osteoartritidy a revmatoidní artritidy mají vysoké koncentrace růstových faktorů, povaha degradace a opravy v obou onemocnění, jsou zcela odlišné. Mohou existovat i jiné dosud neurčené faktory hrají významnou roli v patogenezi těchto chorob, nebo jiné aspekty jevu studovaný je určen k degradaci a opravy v tkáních kloubů (např. Exprese určitých receptorů na chondrocyty povrchu, rozpustné receptory, vazebné proteiny, nebo vyrovnávacích anabolické a destruktivní faktory).