Riparazione della cartilagine articolare e fattori di crescita nella patogenesi dell'osteoartrite

Grazie al progresso della biotecnologia, in particolare alla tecnologia della clonazione, recentemente un numero crescente di fattori di crescita, che, essendo fattori anabolici, svolgono un ruolo importante ma non completamente comprensibile nella patogenesi dell'osteoartrosi.

Il primo gruppo di fattori di crescita, che verrà discusso di seguito, è l'IGF. Sono in grandi quantità trovate nel siero, hanno un numero di proprietà comuni con l'insulina. L'IGF-2 è più caratteristico per lo stadio embrionale dello sviluppo, mentre IGF-1 è il rappresentante del gruppo dominante in un adulto. Entrambi i rappresentanti di questo gruppo agiscono legandosi ai recettori I-IGF. Se la funzione di IGF-2 rimane sconosciuta, il valore di IGF-1 è già determinato - è in grado di stimolare la sintesi di proteoglicani da parte dei condrociti e di inibire significativamente i processi catabolici nella cartilagine articolare. L'IGF-1 è il principale stimolo anabolico per la sintesi di proteoglicani da parte dei condrociti presenti nel siero e nel liquido sinoviale. L'IGF-1 è un fattore importante per la coltivazione di condrociti in modelli sperimentali di modelli in vitro di coleraemia . Si suggerisce che l'IGF-1 penetri nel liquido sinoviale dal plasma sanguigno. Inoltre, i condrociti normali producono entrambi i fattori: l'espressione di IGF-1 e IGF-2 si trova nella membrana sinoviale e nella cartilagine dei pazienti con osteoartrite. Nella cartilagine normale, l'IGF-1 non ha proprietà mitogene, ma può stimolare la proliferazione di cellule nella matrice danneggiata, che indica la partecipazione a processi riparativi.

Sostanze biologicamente attive che stimolano la riparazione e deprimono la degradazione della cartilagine articolare

• insulina
• Gamma-interferone
• Ormone della crescita, androgeni
• Somatomedine (IPF-1 e -2)
• TGF-beta (fattore di crescita tissutale)
• Il fattore di crescita derivato dalle piastrine
• Il principale fattore di crescita dei fibroblasti
• EFR
• Antagonista del recettore Il-1
• Proteine TNF-a-leganti
• Inibitori dei tessuti delle metalloproteasi
• ₂ -makrogloʙulin
• ai-antitripsina
• Il pulci, makroglobulin
• WG-antichimotripsina

Le azioni di IGF-1 e IGF-2 sono controllate da varie proteine leganti l'IGF (IGF-SB), anch'esse prodotte dai condrociti. IGF-Sa può funzionare come un vettore, e possiedono anche attività IGF-bloccante isolato dalla cartilagine articolare di cellule sosteoartrozom pazienti produce un eccesso di IGF-Sa, indicando che il blocco di questi effetti di IGF. J. Martel-Pelletier et al (1998) hanno dimostrato che, anche se IGF-1 sintesi cartilagine aumenti leggermente osteoartrite condrociti rispondere agli IGF-1 stimolazione. Si è scoperto che questo fenomeno è associato (almeno in parte) con un aumento del livello di IGF-SB. IGF-SB ha un'alta affinità per l'IGF ed è un importante biomodulatore della sua attività. Ad oggi sono stati studiati sette tipi di IGF-SB, l'interruzione della IGF-SB-3 e la regolazione IGF-SB-4 svolgono un ruolo importante nell'osteoartrite.

Un'altra categoria di fattori di crescita che presentano effetti diversi sui condrociti comprende fattore di crescita derivato dalle piastrine (PDGF), FGF e TGF-beta. Questi fattori sono prodotti non solo dai condrociti, ma anche dalla sinovite attivata. FGF ha proprietà sia anaboliche che cataboliche a seconda della concentrazione e delle condizioni della cartilagine articolare. Il PDGF partecipa al mantenimento dell'omeostasi VKM della cartilagine articolare, non avendo evidenti proprietà mitogene. Per questo fattore di crescita, è nota la capacità di migliorare la sintesi dei proteoglicani e ridurre il loro degrado.

TGF-beta è di particolare interesse in termini di studio del suo ruolo nella patogenesi dell'osteoartrosi. È membro di una grande superfamiglia del TGF, ha proprietà funzionali e di segnalazione comuni con i nuovi fattori di crescita della BMP (proteine morfogenetiche ossee).

Fattore TGF-beta-pleiotropico: da un lato ha proprietà immunosoppressive, dall'altro è un fattore chemiotattico e un potente stimolatore della proliferazione dei fibroblasti. Le proprietà uniche del TGF-beta sono la capacità di inibire il rilascio di enzimi da diverse cellule e aumentare significativamente la produzione di inibitori enzimatici (ad esempio, TIMP). TGF-beta è considerato un importante regolatore del danno tissutale dovuto all'infiammazione. Quindi, nel tessuto della cartilagine articolare, TGF-beta stimola in modo significativo la produzione della matrice da parte dei condrociti, specialmente dopo la pre-esposizione con questo fattore. La normale cartilagine è insensibile al TGF-beta. Nei pazienti con OA, TGF-P stimola la produzione di aggrecan e di piccoli proteoglicani nella cartilagine articolare.

TGF-beta è prodotto da molte cellule, in particolare dai condrociti. Viene rilasciato in una forma latente associata a una proteina speciale chiamata "proteina associata alla latenza" (BAL). La dissociazione con questa proteina viene effettuata dalle proteasi, che sono prodotte in grandi quantità nei tessuti infiammati. A parte il TGF-beta, che è prodotto da cellule attivate, la forma latente di questo fattore è un elemento importante della reattività del TGF-beta nel tessuto dopo il danno locale. Il TGF-beta in una quantità significativa è contenuto nel liquido sinoviale, nella membrana sinoviale e nella cartilagine dell'articolazione interessata dall'osteoartrosi. Nelle aree di tessuto danneggiato dove ci sono infiltrati infiammatori, viene rilevata la coespressione di TNF e IL-1, mentre nelle aree con fenomeni di fibrosi viene rilevata solo l'espressione di TGF-beta.

L'incubazione della coltura di condrociti ottenuti da pazienti con osteoartrite con TGF-beta causa un aumento significativo della sintesi di proteoglicani da parte di queste cellule. La stimolazione del TGF-beta dei condrociti normali causa un aumento della sintesi dei proteoglicani solo dopo molti giorni di incubazione. Forse questa volta è necessario cambiare il fenotipo delle cellule sotto l'effetto di TGF-beta (ad esempio, per modificare la cosiddetta compartimentazione dei proteoglicani: proteoglicani di recente formazione si trovano proprio dietro i condrociti).

È noto che l'attivazione della sintesi dei fattori di crescita, in particolare il TGF-beta, è un importante anello nella patogenesi della fibrosi renale e del fegato, la formazione di cicatrici durante la guarigione delle ferite. Un aumento del carico sui condrociti in vitro porta all'iperproduzione del TGF-beta, mentre una diminuzione della sintesi dei proteoglicani dopo l'immobilizzazione degli arti può essere livellata dal TGF-beta. TGF-beta induce la formazione di osteofiti nella zona marginale delle articolazioni come un meccanismo per adattarsi alle variazioni di carico. IL-1, causando un processo infiammatorio moderato in synovia in risposta al danno articolare, promuove la formazione di condrociti con un fenotipo modificato, che produce una quantità eccessiva.

Iniezione locale ripetuta di ricombinante TGF-beta in alte concentrazioni ha portato allo sviluppo di osteoartrite in linea topi C57B1 - la formazione di osteofiti, che è caratteristica di osteoartrite umana, e la significativa perdita di proteoglicani nella zona di "confine ondulato".

Per comprendere l'eccesso TGF-beta è conosciuto per cambiare la cartilagine, va osservato che l'esposizione del TGF-P induce un fenotipo caratteristico di cambiamento condrociti sottoclasse proteoglicani sintetizzati e violazione della normale integrazione di componenti ECM. E IGF-1 e TGF-beta stimola la sintesi di proteoglicani da parte dei condrociti coltivati in alginato, ma quest'ultimo induce anche i cosiddetti proteoglicani compartizione. Inoltre, si è riscontrato che TGF-beta migliora collagenasi-3 (MMP-13) in condrociti attivate che diverge dal concetto generale di TGF-beta come un fattore che riduce al contrario il rilascio di proteasi distruttive. Sebbene non sia noto se la sintesi indotta da TGF-beta di MMP-13 sia coinvolta nella patogenesi dell'OA. TGF-beta è non solo stimola la sintesi dei proteoglicani, ma contribuisce anche a loro deposizione nei legamenti e tendini, aumentando la rigidità e ridurre la gamma di movimento delle articolazioni.

I CIP sono membri della superfamiglia TGF-beta. Alcuni di loro (CML-2, CML-7 e CMS-9) hanno la proprietà di stimolare la sintesi di proteoglicani da parte dei condrociti. I CMP si comportano da loro legandosi a specifici recettori sulla superficie cellulare; le vie di segnalazione di TGF-beta e CMS sono alquanto diverse. Come il TGF-beta, il segnale dal CMP viene trasmesso attraverso un complesso di recettori di tipo I e II della serina / treonina chinasi. In questo complesso, il recettore del tipo II è istrans-fosforilato e attiva il recettore di tipo I, che trasmette il segnale per segnalare le molecole chiamate Smad. Dopo aver ricevuto il segnale Smad, sono rapidamente fosforilati. È noto che Smad-1, -5 e -8 sono fosforilati nella via del segnale di CMP e Smd-2 e Smad-3 nella via di segnalazione del TGF-beta. Successivamente, Smad è associato a Smad-4, che è comune alle vie di segnalazione di tutti i rappresentanti della superfamiglia TGF-beta. Questo fatto spiega la presenza di funzioni trasversali nei membri della superfamiglia TGF-beta, così come il fenomeno della reciproca inibizione delle vie di segnalazione TGF-beta e CMS dalla competizione per componenti comuni. Non molto tempo fa, è stata identificata un'altra classe di proteine Smad, rappresentata da Smad-6 e -7. Queste molecole agiscono come regolatori delle vie di segnalazione di TGF-beta e LMC.

Nonostante il fatto che l'effetto stimolante alla Commissione per un lungo periodo di tempo, la sintesi di proteoglicani, sono noti per il loro ruolo nella regolazione della funzione della cartilagine articolare rimane controverso a causa della ben nota capacità di indurre de-differenziazione delle cellule ILC stimolano la formazione di calcificazioni e ossa. M. Enomoto-Iwamoto e collaboratori (1998) hanno dimostrato che è necessaria l'interazione con l'ILC tipo II recettore ILC per mantenere il fenotipo differenziato dei condrociti e controllo della loro proliferazione e ipertrofia. Secondo LZ Sailor e co-autori (1996), CmP-2 supporta il fenotipo dei condrociti in coltura per 4 settimane senza causare l'ipertrofia. CMP-7 (identico alla proteina osteogenica-1) ha mantenuto a lungo il fenotipo dei condrociti maturi della cartilagine articolare coltivata nell'alginato.

L'introduzione di KMP-2 e -9 nelle articolazioni del ginocchio dei topi ha aumentato la sintesi dei proteoglicani del 300% e molto di più del TGF-beta. Tuttavia, l'effetto stimolante si è rivelato temporaneo e dopo alcuni giorni il livello di sintesi è tornato a quello originale. TGF-beta ha causato una stimolazione più lunga della sintesi di proteoglicani, che è probabilmente dovuta all'induzione autoinduzione del TGF-beta e alla sensibilizzazione dei condrociti a questo fattore.

TGF-beta è responsabile della formazione hondrofitov che può essere considerato come effetti indesiderati della sua azione, KMP-2 promuove anche la formazione hondrofitov, ma nella porzione di bordo articolare (principalmente nella piastra di crescita).

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Proteine morfogenetiche della cartilagine

Le proteine morfogenetiche della cartilagine (XMP-1 e -2) sono ancora un altro rappresentante della superfamiglia TGF-beta, necessaria per la formazione del tessuto cartilagineo durante lo sviluppo degli arti. La mutazione del gene di HMP-1 causa condrodisplasia. Forse, il KMP ha un profilo più selettivo, orientato alla cartilagine. Nonostante TGF-beta e CMP siano in grado di stimolare i condrociti, possono agire su molte altre cellule, quindi il loro uso per la riparazione della cartilagine può essere accompagnato da effetti collaterali. Entrambi i tipi di CMP si trovano nella cartilagine delle articolazioni sane affette da osteoartrosi, contribuiscono alla riparazione della ECM della cartilagine articolare dopo la degradazione enzimatica, supportando un fenotipo normale.

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Sinergismo dei fattori di crescita

Un fattore di crescita è in grado di indurre se stesso, così come altri fattori di crescita, questa interazione è regolata con precisione. Ad esempio, FGF insieme ad altri fattori di crescita fornisce una riparazione più efficace della cartilagine articolare dopo un difetto traumatico. L'IGF-1 insieme al TGF-beta inducono in modo significativo il normale fenotipo dei condrociti quando sono coltivati in vitro. È stato dimostrato che il TGF-beta interferisce con la produzione di IGF-1 e IGF-SB, e anche defosforila il recettore IGF-1, stimola il legame di IGF-1. Nella cartilagine intatta dei topi, è stato osservato un sinergismo di IGF-1 con molti fattori di crescita. Tuttavia, la lieve reazione dei condrociti in IGF-1 non può essere livellata utilizzando in combinazione con altri fattori di crescita.

Interazione di citochine anaboliche e distruttive

I fattori di crescita dimostrano una complessa interazione con IL-1. Ad esempio, la pre-esposizione dei condrociti in FRF aumenta il rilascio di proteasi dopo esposizione a IL-1; forse, questo è dovuto ad un aumento nell'espressione dei recettori IL-1. PDGF stimola anche il rilascio di proteasi IL-1-dipendente, ma riduce l'inibizione mediata da IL-1 della sintesi di proteoglicano. Ciò potrebbe significare che alcuni fattori di crescita possono contemporaneamente stimolare il processo di riparazione della cartilagine e contribuire alla sua distruzione. Altri fattori di crescita, come IGF-1 e TGF-P, stimolano la sintesi della matrice articolare e inibiscono la distruzione mediata da IL-1 della cartilagine articolare, vale a dire la loro attività è associata solo alla riparazione dei tessuti. Tale interazione non dipende dalla pre-esposizione dei condrociti IL-1. È interessante notare che la cinetica degli effetti di IL-1 e TGF-beta può essere diversa: la capacità del TGF-beta di inibire la degradazione della cartilagine articolare è indebolita dalla sua azione lenta sull'mRNA di TIMP. D'altra parte, c'è un aumento del livello di hNOC e N0 in assenza di TGF-beta. Dato l'effetto soppressivo NO-dipendente di IL-1 sulla sintesi dei proteoglicani da parte dei condrociti, possiamo spiegare perché osserviamo una resistenza molto forte al TGF-beta inibizione di IL-1-dipendente del proteglikanov sintesi rispetto alla distruzione di proteoglicani in vivo.

In uno studio nei topi, che sono stati iniettati intra-articolare IL-1 e fattori di crescita è stato dimostrato che TGF-beta antagonizza significativamente IL-1 inibizione mediata della sintesi dei proteoglicani della cartilagine articolare, che ILC-2 non è in grado di neutralizzazione siffatta: stimolatorio suo potenziale inibito IL-1 anche in condizioni di alta concentrazione di CMP-2. È interessante notare che, in assenza di IL-1 KMP-2 in modo significativo stimolato la sintesi dei proteoglicani intenso di TGF-beta).

Oltre a influenzare la sintesi dei proteoglicani, TGF-beta influenza significativamente anche la diminuzione indotta da IL-1 nel contenuto di proteoglicani nella cartilagine. Forse, a seconda della concentrazione relativa di IL-1 e TGF-beta, il contenuto di proteoglicani diminuisce o aumenta. È interessante notare che la contrazione sopra descritta di IL-1 e TGF-beta è stata osservata nello spessore della cartilagine, ma non c'era alcun fenomeno simile vicino alle condropiti sui bordi delle superfici articolari. Hondrofitov istruzione indotta da TGF (3, che colpisce le cellule condrogeniche nel periostio, provocando lo sviluppo di condroblasti e deposizione di proteoglicani. Apparentemente, etihondroblasty non sensibili a IL-1.

HL Glansbeek et al (1998) hanno studiato la capacità di TGF-beta-2 e ILC contrastare l'inibizione della sintesi di proteoglicani nelle articolazioni di topi artritici zimozanindutsirovannym (cioè, modello "puro" dell'infiammazione IL-1-indotta). Somministrazione intra-articolare di TGF-beta significativamente neutralizzata inibizione della sintesi dei proteoglicani indotta da infiammazione, che ILC-2 era quasi incapace contrastare questo processo di IL-1-dipendente. Iniezioni ripetute di TGF-P nel ginocchio degli animali di prova stimolati significativamente sintesi dei proteoglicani da parte dei condrociti, contribuito alla conservazione dei proteoglicani della cartilagine esistenti infiammazione atrofica, ma non inibiscono il processo infiammatorio.

Quando si studia funzione condrociti proteoglikansinteziruyuschey utilizzando modelli sperimentali di osteoartrite in animali hanno sempre osservato livelli elevati e stimolazione della sintesi dei proteoglicani nelle prime fasi di OAB differenza dei modelli infiammatori quali si osserva una significativa inibizione della sintesi (IL-1) -zavisimyyprotsess. L'aumento dell'attività dei fattori di anabolizzanti, tra cui i fattori di crescita, si osserva in osteoartrite, elimina l'azione delle citochine soppressori come IL-1. Tra i fattori di crescita, il più importante è il TGF-beta; È improbabile che CIC-2 giochi un ruolo significativo in questo processo. Sebbene IGF-1 è in grado di stimolare la sintesi dei proteoglicani in vitro, in condizioni in vivo è una proprietà non osservati con l'applicazione locale di IGF-1. Forse questo è dovuto al fatto che il livello endogeno di questo fattore di crescita è ottimale. Nelle fasi successive di sintomi dell'osteoartrite apparire inibizione della sintesi dei proteoglicani, probabilmente per effetto dominante di IL-1 e il fallimento di fattori di crescita contrastare a causa di minore attività.

L'analisi del fattore di crescita nei topi STR / ORT con osteoartrosi spontanea ha dimostrato un aumento del livello di mRNA di TGF-R e IL-1 nella cartilagine danneggiata. Va notato che l'attivazione del TGF-beta dalla forma latente è un elemento importante della riparazione dei tessuti. Comprendere il ruolo del TGF-beta complica i risultati dello studio dell'espressione dei recettori di tipo II di TGF-beta nei conigli della linea ACL. Immediatamente dopo l'induzione dell'osteoartrosi, è stato rilevato un livello ridotto di questi recettori, che indica una funzione di segnale insufficiente del TGF-beta. È interessante notare che, il recettore di TGF-beta 11 di tipo topi deficienti spontannogoosteoartroza segni vengono rilevati, che indica anche il ruolo importante della funzione di segnalazione di TGF-beta nel deterioramento della riparazione della cartilagine e di sviluppo osteoartrite.

Absolute contenuti fattori di crescita nelle articolazioni dei pazienti con artrite reumatoide o osteoartrite può essere indicativo della loro possibile ruolo nella patogenesi di queste malattie. Tuttavia, nonostante il fatto che i giunti di osteoartrite e artrite reumatoide hanno un'alta concentrazione di fattori di crescita, la natura di degradazione e riparazione in entrambe le malattie sono completamente differenti. Ci possono essere altri ancora fattori non identificati giocano un ruolo importante nella patogenesi di queste malattie, o altri aspetti dei fenomeni oggetto di studio è determinata per la degradazione e la riparazione dei tessuti delle articolazioni (ad esempio, l'espressione di alcuni recettori condrociti superficie, recettori solubili, proteine di legame, o squilibrio fattori anabolici e distruttivi).