Роль ферментов и цитокинов в патогенезе остеоартроза

Деструктивные цитокины, в частности ИЛ-1, индуцируют увеличение высвобождения протеаз и угнетают синтез протеогликанов и коллагенов хондроцитами. Регуляторные цитокины, в частности ИЛ-4 и -10, угнетают продукцию ИЛ-1, увеличивают продукцию антагониста рецептора ИЛ-1 (ИЛ-1 РА) и снижают уровень и NO-синтазы в хондроцитах. Таким образом, ИЛ-4 противодействует ИЛ-1 по трем направлениям: 1) снижает продукцию, препятствует его эффектам, 2) увеличивает продукцию основного «скавенджера» ИЛ-1РА и 3) снижает продукцию основного вторичного «мессенджера» NO. Кроме того, ИЛ-4 снижает ферментативную деградацию ткани. В условиях in vivo оптимальный терапевтический эффект достигается при комбинации ИЛ-4 и ИЛ-10. Анаболические факторы, такие, какТФР-р и ИФР-1, реально не препятствуют продукции или действию ИЛ-1, а проявляют противоположную активность, например, стимулируют синтез протеогликанов и коллагена, подавляют активность протеаз, а ТФР-(3 еще и угнетает высвобождение ферментов и стимулирует их ингибиторы.

Провоспалительные цитокины отвечают за повышенный синтез и экспрессию ММП в суставных тканях. Они синтезируются в синовиальной оболочке, а затем диффундируют в суставной хрящ через синовиальную жидкость. Провоспалительные цитокины активируют хондроциты, которые в свою очередь также способны вырабатывать провоспалительные цитокины. В пораженных остеоартрозом суставах роль эффектора воспаления играют главным образом клетки синовиальной мембраны. Именно синовициты макрофагального типа секретируют протеазы и медиаторы воспаления. Среди них в патогенезе остеоартроза в наибольшей мере «задействованы» ИЛ-ф, ФНО-а, ИЛ-6, лейкемический ингибирующий фактор (ЛИФ) и ИЛ-17.

Биологически активные вещества, стимулирующие деградацию суставного хряща при остеоартрозе

• Интерлейкин-1
• Интерлейкин-3
• Интерлейкин-4
• ФНО-а
• Колониестимулирующие факторы: макрофагальный (моноцитарный) и гранулоцитарно-макрофагальный
• Субстанция Р
• ПГЕ₂
• Активаторы плазминогена (тканевый и урокиназный типы) и плазмина
• Металлопротеазы (коллагеназы. элластазы, стромелизины)
• Катепсины А и В
• Трилсин
• Бактериальные липополисахариды
• Фосфолипаза Аг

Данные литературы свидетельствуют, что ИЛ-ip и, возможно ФНО-а, - главные медиаторы деструкции суставных тканей при остеоартрозе. Однако до сих пор не известно, действуют ли они независимо друг от друга или между ними существует функциональная иерархия. На моделях остеоартроз у животных показано, что блокада ИЛ-1 эффективно предотвращает деструкцию суставного хряща, тогда как блокада ФНО-а приводит лишь к ослаблению воспаления в тканях сустава. В синовиальной мембране, синовиальной жидкости и хряще больных обнаружены повышенные концентрации обоих цитокинов. В хондроцитах они способны увеличивать синтез не только протеаз (главным образом ММП и АП), но и минорных коллагенов, например I и III типов, а также уменьшать синтез коллагенов II и IX типов и протеогликанов. Эти цитокины также стимулируют активные формы кислорода и такие медиаторы воспаления, как ПГЕ₂. Результатом таких макромолекулярных изменений в суставном хряще при остеоартрозе является неэффективность репаративных процессов, что приводит к дальнейшей деградации хряща.

Вышеназванные провоспалительные цитокины модулируют процессы угнетения/активации ММП при остеоартрозе. Например, дисбаланс между уровнями ТИМП-1 и ММП в хряще при остеоартрозе может опосредоваться ИЛ-ip, так как исследование in vitro продемонстрировало, что повышение концентрации ИЛ-1 бета приводит к снижению концентрации ТИМП-1 и увеличению синтеза ММП хондроцитами. Синтез АП также модулируется ИЛ-1бета. Стимуляция in vitro хондроцитов суставного хряща с использованием ИЛ-1 вызывет дозозависимое увеличение синтеза АП и резкое снижение синтеза иАП-1. Способность ИЛ-1 уменьшать синтез иАП-1 и стимулировать синтез АП является мощным механизмом генерации плазмина и активации ММП. Кроме того, плазмин является не только ферментом, активизирующим другие ферменты, он также принимает участие в процессе деградации хряща путем прямого протеолиза.

ИЛ-ip синтезируется в виде неактивного предшественника с массой 31 кД (пре-ИЛ-ip), азатем, после отщепления сигнального пептида, превращается в активный цитокин с массой 17,5 кД. В тканях суставов, включая синовиальную мембрану, синовиальную жидкость и суставной хрящ, ИЛ-ip обнаруживают в активной форме, а в исследованиях in vivo продемонстрирована способность синовиальной мембраны при остеоартрозе секретировать этот цитокин. Некоторые сериновые протеазы способны превращать пре-ИЛ-ip в его биоактивную форму. У млекопитающих такие свойства обнаружены лишь у одной протеазы, которая относится к семье цистеиновых аспартатспецифических ферментов и называется ИЛ-1р-конвертирующий фермент (ИКФ, или каспаза-1). Этот фермент способен специфически превращать пре-ИЛ-ip в биологически активный «зрелый» ИЛ-ip с массой 17,5 кД. ИКФ - это профермент с молекулярной массой 45 кД (р45), который локализуется в клеточной мембране. После протеолитического расщепления проэнзима р45 с образованием двух субъединиц, известных как р10 и р20, которым свойственна ферментативная активность.

ФНО-а также синтезируется в виде мембранно-связанного предшественника с массой 26 кД; путем протеолитического отщепления он высвобождается из клетки в виде активной растворимой формы с массой 17 кД. Протеолитическое отщепление осуществляется ФНО-а-конвертирующим ферментом (ФНО-КФ), который относится к семье адамализинов. A.R. Amin и соавторы (1997) обнаружили повышенную экспрессию мРНК ФНО-КФ в суставном хряще больных с остеоартрозом.

Биологическая активация хондроцитов и синовицитов ИЛ-1 и ФНО-а опосредуется связыванием со специфическими рецепторами на поверхности клеток - ИЛ-Р и ФНО-Р. Для каждого цитокина идентифицировано два типа рецепторов - ИЛ-IP I и II типов и ФНО-Р I (р55) и II (р75) типов. За передачу сигналов в клетках тканей суставов отвечают ИЛ-1PI и р55. ИЛ-1Р I типа обладает несколько большей аффинностью к ИЛ-1бета, чем к ИЛ-1а; ИЛ-1Р II типа - наоборот, имеет большее сродство к ИЛ- 1а, чем к ИЛ- ip. До сих пор остается неясным, может ли ИЛ-IP II типа опосредовать сигналы ИЛ-1 или он служит только для конкурентного ингибирования связи ИЛ-1 с ИЛ-1РI типа. В хондроиитах и синовиальных фибробластах больных с остеоартрозом обнаруживают большое количество ИЛ-1PI и р55, что в свою очередь объясняет высокую чувствительность этих клеток к стимуляции соответствующими цитокинами. Этот процесс приводит как к повышению секреции протеолитических ферментов, так и к деструкции суставного хряща.

Не исключается участие ИЛ-6 в патологическом процессе при остеоартрозе. В основе этого предположения лежат следующие наблюдения:

• ИЛ-6 увеличивает количество клеток воспаления в синовиальной мембране,
• ИЛ -6 стимулирует пролиферацию хондроцитов,
• ИЛ-6 усиливает эффекты ИЛ-1 в отношении повышения синтеза ММП и угнетения синтеза протеогликанов.

Однако ИЛ-6 способен индуцировать продукцию ТИМП, но не влияет на продукцию ММП, поэтому считают, что именно этот цитокин принимает участие в процессе сдерживания протеолитической деградации суставного хряща, который осуществляется по механизму обратной связи.

Еще одним представителем семьи ИЛ-6 является ЛИФ - цитокин, который вырабатывается хондроцитами, полученными от больных с остеоартрозом, в ответ на стимуляцию провоспалительными цитокинами ИЛ-ip и ФНО-а. Л ИФ стимулирует резорбцию протеогликанов хряща, а также синтез ММП и продукцию NO. Роль этого цитокина при остеоартрозе окончательно не выяснена.

ИЛ-17 - гомодимер массой 20-30 кД, обладающий ИЛ-1-подобным действием, однако значительно менее выраженным. ИЛ-17 стимулирует синтез и выделение ряда провоспалительных цитокинов, в их числе ИЛ-ip, ФНО-а, ИЛ-6, а также ММП в клетках-мишенях, например в макрофагах человека. Крометого, ИЛ-17 стимулирует продукцию NО хондроцитами. Подобно ЛИФ, роль ИЛ-17 в патогенезе ОА мало изучена.

Неорганический свободный радикал NО играет важную роль в деградации суставного хряща при ОА. Хондроциты, полученные от больных с остеоартрозом, вырабатывают большее количество NО как спонатанно, так и после стимуляции провоспалительными цитокинами в сравнении с нормальными клетками. Высокое содержание NO обнаружено в синовиальной жидкости и сыворотке крови больных с остеоартрозом - это результат увеличения экспрессии и синтеза индуцированной NO-синтазы (hNOC) - фермента, ответственного за продукцию NO. Недавно была клонирована ДНК хондроцитспецифической hNOC, определена аминокислотная последовательность фермента. Аминокислотная последовательность указывает на 50% идентичность и 70% сходство с hNOC, специфичной для эндотелия и нервной ткани.

NO угнетает синтез макромолекул ВКМ суставного хряща и стимулирует синтез ММП. Более того, увеличение продукции NО сопровождается снижением синтеза антагониста ИЛ-IP (ИЛ-1РА) хондроцитами. Таким образом, повышение уровня ИЛ-1 и снижение - ИЛ-1 РА приводит к гиперстимуляции NО хондроцитов, что в свою очередь ведет к усилению деградации хрящевого матрикса. Имеются сообщения о терапевтическом эффекте in vivo селективного ингибитора hNOC в отношении прогрессирования экспериментального остеоартроза.