Ruolo della deposizione di cristalli nella patogenesi dell'osteoartrite

Nel 30-60% dei pazienti con osteoartrosi vengono rilevati cristalli di fosfato di calcio basico (OFC) nel fluido articolare. Secondo A. Swan et al (1994), cristalli contenenti calcio sono nel liquido sinoviale da un numero molto maggiore di pazienti con osteoartrite, tuttavia, a causa di una troppo piccola dimensione dei cristalli o piccola quantità, non possono essere identificati mediante tecniche convenzionali. La presenza di cristalli di base di fosfato di calcio nel liquido sinoviale correlate con segni radiologici di articolare degenerazione della cartilagine, ed è associata ad un grande volume di essudato in confronto con effusione delle articolazioni del ginocchio, senza cristalli. Lo studio dei fattori che influenzano la progressione radiologica della gonartrosi ha mostrato che la deposizione di cristalli di pirofosfato di calcio di diidrato (PFCD) è un predittore di esito clinico e radiologico sfavorevole. Nello studio di pazienti anziani ha trovato che l'artrosi è associata a condrocalcinosi, soprattutto nel reparto tibiofemoralnom laterale del ginocchio e le prime tre delle articolazioni metacarpofalangee. Spesso, nei pazienti con osteoartrosi, vengono rilevati entrambi i tipi di cristalli: OFC e PFCD.

Clinicamente, la degenerazione della cartilagine articolare, causata dalla deposizione di cristalli contenenti calcio, differisce da quella dell'osteoartrosi primaria. Se i cristalli fossero un semplice epifenomeno della degenerazione della cartilagine, verrebbero trovati in articolazioni che sono più spesso colpite dall'osteoartrosi primaria, vale a dire nel ginocchio, nelle anche, piccole articolazioni delle mani. Al contrario, le malattie di deposizione di cristalli spesso colpiscono atipico per le articolazioni primarie di osteoartrosi - spalla, polso, ulnare. La presenza di cristalli nel fluido dell'articolazione (essudato) è associata a una degenerazione più grave della cartilagine articolare. La domanda su quale sia la causa e qual è la conseguenza è la deposizione di cristalli o la degenerazione della cartilagine. La posizione intermedia è assunta dal seguente assunto: l'anomalia primaria del metabolismo della cartilagine porta alla sua degenerazione, e la deposizione secondaria di cristalli accelera la sua degradazione (la cosiddetta teoria del circuito di amplificazione).

L'esatto meccanismo di danno alla cartilagine articolare con cristalli contenenti calcio non è noto, i suoi singoli elementi sono riportati di seguito. Teoricamente, i cristalli contenenti calcio possono danneggiare direttamente i condrociti. Tuttavia, con l'esame istologico, i cristalli sono raramente localizzati vicino ai condrociti, e sono ancora meno spesso assorbiti da essi. La più probabile è la fagocitosi dei cristalli da parte delle cellule del rivestimento sinoviale, seguita dal rilascio di enzimi proteolitici o dalla secrezione di citochine che stimolano il rilascio di enzimi da parte dei condrociti. Questo concetto è confermato dallo studio del ruolo della sinovite PFCD-indotta nello sviluppo di osteoartrite in progressione rapida in artropatia pirofosfato. In questo studio, conigli con osteoartrite, indotta da meniscetectomia parziale laterale, hanno ricevuto calcio pirofosfato diidrato (1 o 10 mg) una volta alla settimana nell'articolazione del ginocchio destro. Si è scoperto che dopo 8 iniezioni nell'articolazione del ginocchio destro c'erano cambiamenti significativamente più gravi rispetto a quelli di sinistra. L'intensità dell'infiammazione sinoviale è stata correlata all'iniezione intraarticolare di cristalli di pirofosfato di calcio diidrato e alla loro dose. Nonostante il fatto che le dosi di cristalli di PFCD utilizzate in questo studio superino quelle in vivo, i risultati indicano il ruolo dell'infiammazione indotta da PFCD nella progressione dell'osteoartrosi nell'artropatia pirofosfatica.

Potenziali meccanismi di cristallo che inducono danni al calcio alla cartilagine articolare sono associati alle loro proprietà mitogene, alla capacità di indurre MMP e stimolare la sintesi delle prostaglandine.

Effetto mitogenico dei cristalli contenenti calcio. Nelle artropatie cristallizzate, spesso si osserva la proliferazione delle cellule del rivestimento sinoviale e gli stessi cristalli sono solo parzialmente responsabili di questo processo. Un aumento del numero di cellule sinoviali è accompagnato da un aumento della secrezione di citochine, che favoriscono la condrolisi e provocano la secrezione di enzimi proteolitici. Cristalli OFC in concentrazioni rilevate nella patologia delle articolazioni in un essere umano culture mitogenesi dose-dipendente stimolate fibroblasti cutanei, fibroblasti sinoviali cani e topi di riposo. Cristalli di calcio pirofosfato diidrato, urato, solfato, carbonato e se il fosfato di calcio stimola la crescita cellulare. L'inizio e il picco di inclusione ( ³ H) -timidina, indotta da questi cristalli, sono spostati di 3 ore rispetto alla stimolazione delle cellule sieriche. Forse, questo periodo di tempo è necessario per la fagocitosi e la dissoluzione dei cristalli. L'aggiunta di cristalli di controllo della stessa dimensione (ad es. Polvere di diamante o particelle di lattice) non ha stimolato la mitogenesi. Cristalli di urato di sodio monoidrato ha deboli proprietà mitogeniche e notevolmente inferiore a quella di urati di calcio, che indicano l'importanza di mitogenesi contenuto di calcio nei cristalli. I cristalli sintetici OFC possedevano le stesse proprietà mitogene dei cristalli ottenuti dai pazienti con condrocalcinosi. Cristalli di calcio effetto mitogenico non era il risultato di aumentare il contenuto di calcio nel terreno circostante la cellula in vitro, come il principale sciogliendo cristalli di fosfato di calcio nel mezzo non ha stimolato l'incorporazione di ( ³ H) fibroblasti timidina.

Uno dei meccanismi proposti FCS-indotta mito genesi è il seguente: la proliferazione abnorme di cellule sinoviali può essere associata (almeno in parte) con endocitosi e intracellulare sciogliere i cristalli, che porta ad un aumento della concentrazione di Ca ²⁺ nel citoplasma cellulare e l'attivazione di calcio vie portando alla mitogenesi. A sostegno di questo concetto serve la necessità di un contatto diretto della cellula - il cristallo di stimolare mitogenesi come coltura cellulare esposizione di cristalli causate crescita cellulare e l'esposizione delle cellule, privato della possibilità di tale contatto, non ha causato la loro crescita. Per studiare fagocitosi bisogno cristalli seguito all'interazione di una cella - celle a cristalli coltura con ⁴⁵ Ca-FCS e ( ³ -timidina H). Si è scoperto che contenente ⁴⁵ cellule di Ca-OFC includeva una quantità molto maggiore ( ³ H) di timidina rispetto alle cellule senza etichetta con fosfato di calcio basico. Nella coltura dei macrofagi, l'inibizione della citocastazina dell'endocitosi nei cristalli ha causato l'inibizione della dissoluzione cristallina, che sottolinea anche la necessità di fagocitosi.

I cristalli contenenti calcio sono solubili in acido. Dopo la fagocitosi, i cristalli si sciolgono in un mezzo acido con i fagolisosomi dei macrofagi. Clorochina, cloruro di ammonio, bafilomitsin lizosomotrofnye A1 e tutti gli agenti che aumentano il pH lisosomiale dose-dipendente inibiscono la captazione intracellulare e la dissoluzione dei cristalli ( ³ H) -timidina fibro-blasti coltivate con cristalli primari di fosfato di calcio.

L'aggiunta di cristalli OFC a una coltura di fibroblasti monostrato ha causato un immediato aumento di dieci volte del contenuto di calcio intracellulare, che è tornato alla linea di base dopo 8 minuti. La fonte di calcio era prevalentemente uno ione extracellulare, poiché i cristalli di fosfato di calcio basico sono stati aggiunti al mezzo nutritivo privo di calcio. Il successivo aumento della concentrazione di calcio intracellulare è stato osservato dopo 60 minuti ed è durato almeno 3 ore, dove la fonte di calcio era costituita da cristalli fagocitati disciolti nei fagolisosomi.

È stato accertato che l'effetto mitogenico di FCS-cristalli è simile a quella di PDGF come fattore di crescita; come quest'ultimo, i FCS-cristalli presentano sinergismo rispetto a IGF-1 e plasma sanguigno. Blocco di IGF-1 riduce il mitogenesi di cellule in risposta al OFC. PG Mitchell et al (1989) hanno dimostrato che i cristalli FCS-induzione dei fibroblasti mitogenesi Balb / c- ₃ T ₃ richiedono una serina / treonina proteina chinasi C (PKC) - uno dei principali mediatori di segnali generati a un esterno cellule stimolazione ormoni, neurotrasmettitori e fattori la crescita. Diminuire l'attività PKC nelle cellule Balb / c- ₃ T ₃ inibisce l'induzione FCS-mediata protooncogeni c-fos e c-myc, ma non ha alcun effetto sulla stimolazione di tali oncogeni mediati da PDGF.

Contenuto aumento intracellulare di calcio dopo dissoluzione cristallo fagocitati - non l'unico percorso per il segnale mitogenesi. Quando i fattori di crescita come PDGF si lega con il suo recettore di membrana stimola la fosfolipasi C (fosfo-diesteraza) che gidroliziruetfosfatidilinozitol 4,5-bisfosfato per formare messaggeri intracellulari - inositolo-3-fosfato idiatsilglitserola. Le prime uscite calcio dal reticolo endoplasmatico modulando l'attività degli enzimi calcio-dipendente e calcio / calmodulina-dipendenti come protein chinasi e proteasi.

R. Rothenberg e N. Cheung (1988) hanno riportato un aumento della degradazione della fosfolipasi C del fosfatidilinositolo 4,5-bisfosfato nelle cellule sinoviali di coniglio in risposta alla stimolazione da parte dei cristalli di OFC. Quest'ultimo aumenta significativamente il contenuto di inositolo-1-fosfato in cellule con inositolo marcato ( ³ H); il picco è stato raggiunto entro 1 minuto ed è durato circa 1 ora.

Il diacilglicerolo è un potenziale attivatore del calcio pirofosfato diidrato. Poiché i cristalli di CRC aumentano l'attività della fosfolipasi C, che porta all'accumulo di diacilglicerolo, si può quindi prevedere un aumento dell'attivazione della PKC. PG Mitchell et al (1989) hanno confrontato gli effetti di FCS-cristalli e PDGF su fibroblasti sintesi del DNA di Balb / c- ₃ T ₃. Nella coltura cellulare, la PKC è stata inattivata dall'incubazione di cellule con un Phorbol Diester (TFD) di fissazione del tumore, un analogo del diacilglicerolo. La stimolazione prolungata con basse dosi di TFA riduce l'attività della PKC, mentre si attiva una singola stimolazione con una dose elevata. La stimolazione della sintesi del DNA mediante cristalli RPC è stata soppressa dopo l'inattivazione della PKC, che indica l'importanza di questo enzima nella mitogenesi indotta da OFC. In precedenza, GM McCarthy e coautori (1987) hanno dimostrato la connessione della risposta mitogenica dei fibroblasti umani ai cristalli OFC con attivazione di PKC. Tuttavia, i cristalli OFC non attivano la fosfatidilinositol-3-chinasi o la tirosina chinasi, confermando il fatto che il meccanismo di attivazione cellulare da parte dei cristalli OPC è selettivo.

La proliferazione cellulare è controllata da un gruppo di geni chiamati proto-oncogeni. Le proteine e i prodotti di proto-oncogeni c-fos e c-shus sono localizzati nel nucleo cellulare e sono associati a specifiche sequenze di DNA. La stimolazione dei fibroblasti ZT3 da parte dei cristalli OCP determina l'espressione di c-fos per diversi minuti, che raggiunge un massimo dopo 30 minuti dopo la stimolazione. L'induzione della trascrizione con cristalli OFC o PDGF si verifica entro 1 ora e raggiunge un massimo dopo 3 ore dopo la stimolazione. Almeno 5 ore di cellule supportano un aumento del livello di trascrizione di c-fos e c-myc. Nelle cellule con PKC inattivato, la stimolazione dei cristalli di c-fos e c-muss di RPA o TPD è significativamente inibita, mentre l'induzione di questi geni PDGF non cambia.

I rappresentanti della famiglia delle chinasi della proteina attivata dal mitogeno (MAP K) sono i principali regolatori di varie cascate di segnalazione intracellulare. Una delle sottoclassi di questa famiglia, p42 / p44, regola la proliferazione delle cellule mediante un meccanismo che prevede l'attivazione dei proto-oncogeni c-fos e c-jun. I cristalli OFC e PFCD attivano la via di segnalazione della protein chinasi, alla quale partecipano sia p42 che p44, che indica il ruolo di questa via nella mitogenesi indotta da cristalli contenenti calcio.

Infine, nella mitogenesi indotta da OFC, è coinvolto il fattore nucleare di trascrizione KB (NF-kB), che è stato descritto per la prima volta come il gene della immunoglobulina a catena leggera (IgK). Questo è un fattore di trascrizione indotto, importante per molte vie di segnalazione, poiché regola l'espressione di vari geni. L'induzione di NF-kB è solitamente associata al rilascio di proteine inibitrici dal citoplasma, chiamato 1kB. Dopo l'induzione di NF-kB, si verifica la traslocazione del fattore di trascrizione attivo nel nucleo. I cristalli OFC inducono NF-kB nei fibroblasti Balb / c- ₃ T ₃ e nei fibroblasti umani della pelle.

Diverse vie possono essere coinvolte nella segnalazione dopo l'attivazione di NF-κB, ma tutte coinvolgono protein chinasi che fosforilano (e quindi degradano) 1 kB. Sulla base dei risultati degli studi in vitro, in precedenza si supponeva che 1 kB fungesse da substrato per le chinasi (ad es. PKC e protein chinasi A). Tuttavia, recentemente è stato identificato un complesso chinasi da 1 kB con un grande peso molecolare. Queste chinasi specificamente fosforilano i residui di serina di 1 kB. L'attivazione di NF-kV TNF-a e IL-1 richiede l'azione efficace della chinasi NF-KB-inducing (NIC) e della chinasi da 1KB. Il meccanismo molecolare dell'attivazione della NIC non è attualmente noto. Nonostante il fatto che i cristalli OFC attivino sia PKC che NF-kV, non è noto fino a che punto questi due processi possano essere collegati. Poiché la modificazione della chinasi GKB viene effettuata mediante fosforilazione, il ruolo di PKC nell'induzione dei cristalli NFC-NFC mediante fosforilazione e attivazione della chinasi GKB non è escluso. A sostegno di questo concetto, l'inibizione di PKC da staogenosporina OFC-mitogenesi indotta da cristallino e espressione di NF-KB può servire come supporto per questo concetto. Allo stesso modo, la staurosporina può inibire la chinasi GkV e quindi inibisce la protein chinasi A e altre protein chinasi.

Pertanto, il meccanismo della mitogenesi indotta da cristallina RPC nei fibroblasti comprende almeno due diversi processi:

• evento legato alla membrana rapida, che porta all'attivazione di PKC e MAPK, induzione di NF-KB e proto-oncogeni,
• una più lenta dissoluzione intracellulare dei cristalli, che porta ad un aumento del contenuto intracellulare di Ca ²⁺, e quindi all'attivazione di una serie di processi calcio-dipendenti che stimolano la mitogenesi.

[1], [2], [3]

Induzione di cristalli contenenti MMP-calcio

I mediatori del danno tissutale con cristalli contenenti calcio sono MMP-collagenasi-1, stromelisina, 92 kD gelatinasi e collagenasi-3.

Tenendo conto della relazione tra il contenuto dei cristalli OFK e la distruzione dei tessuti articolari, è stata avanzata un'ipotesi secondo cui i cristalli di RPA e, possibilmente, alcuni collageni sono fagocitati da cellule sinoviali. I sinovviti stimolati proliferano e secernono le proteasi. Questa ipotesi è stata testata in vitro mediante l'aggiunta di cristalli naturali o sintetici di RPA, PFCD e altri alla coltura di sinovitizza umani o di cani. Il livello di attività delle proteasi neutre e delle collagenasi aumentava in modo dose-dipendente ed era approssimativamente 5-8 volte superiore rispetto alla coltura di controllo di cellule coltivate senza cristalli.

Nelle cellule coltivate in un terreno contenente cristallo, la co-induzione di mRNA di collagenasi-1, stromelisina e gelatinasi-92 kD è stata rilevata con la successiva secrezione di enzimi nel mezzo.

I cristalli OFC hanno anche causato l'accumulo di mRNA collagenasi-1 e collagenasi-2 nei condrociti dei suini maturi con successiva secrezione di enzimi nel mezzo.

GM McCarty e co-autori (1998) hanno studiato il ruolo della dissoluzione intracellulare dei cristalli nella produzione cristallizzata di MMP. L'aumento del pH lisosomiale con bafilomitsina A dissoluzione intracellulare depresso dei cristalli e indebolire la risposta proliferativa dei fibroblasti umani CPCH cristalli, ma non inibiscono la sintesi e la secrezione di MMP.

Né i cristalli di fosfato di calcio basico né PFCD non hanno indotto la produzione di IL-1 in vitro, a differenza dei cristalli di urato di sodio.

I dati attuali indicano chiaramente la stimolazione diretta della produzione di MMP da parte dei fibroblasti e dei condrociti al contatto con i cristalli contenenti calcio.

I sintomi dell'osteoartrosi testimoniano il ruolo significativo della MMP nella progressione della malattia. La presenza di cristalli contenenti calcio migliora la degenerazione dei tessuti delle articolazioni colpite.

Stimolazione della sintesi delle prostaglandine

Oltre alla stimolazione della crescita cellulare, secrezione di enzimi calcio contenente cristalli causano il rilascio di prostaglandina dalle colture di cellule di mammifero, in particolare PGE ₂. Il rilascio di PGE- ₂ in tutti i casi si verifica entro la prima ora dopo l'esposizione delle cellule ai cristalli. R. Rothenberg (l 987) ha stabilito che la principale fonte di acido arachidonico per la sintesi di PGE ₂ sono fosfatidilcolina e fosfatidiletanolammina, e anche confermato che fosfolipasi A ₂ e PIEDI - produzione percorso dominante di PGE ₂.

In risposta all'effetto dei cristalli di CPC, PGE1 può anche essere rilasciato. GM McCarty e co-autori ( 1993, 1994 ) hanno studiato l'effetto della PGE ₂, della PGE e del suo misoprostolo analogico sulla risposta mitogena dei fibroblasti umani ai cristalli OFC. Tutti e tre gli agenti hanno inibito la risposta mitogenica in modo dose-dipendente, con PGE e misoprostal che mostra un'attività inibitoria più pronunciata. PGE e misoprostolo, ma non PGE _{2, hanno} inibito l'accumulo di mRNA di collagenasi in risposta all'effetto dei cristalli OFC.

MG McCarty e N. Cheung (1994) hanno studiato il meccanismo di attivazione mediata da RPC delle cellule PGE. Gli autori hanno dimostrato che PGE - un potente induttore di cAMP intracellulare di PGE ₂ e PGE inibisce mitogenesi OFC-indotta e produzione di MMP da pathway cAMP-dipendente. È possibile che un aumento della produzione di PGE indotto dai cristalli OFK indebolisca i loro altri effetti biologici (mitogenesi e produzione di MMP) dal meccanismo di feedback.

Infiammazione indotta da cristalli

Calcio-cristalli trovano spesso nel fluido sinoviale di pazienti con osteoartrite, ma con episodi di infiammazione acuta leucocitosi raro come in osteoartrosi e artropatie a kristallassotsiirovannyh (per esempio, sindrome "spalla congiunta Milwaukee"). Il potenziale flogistico dei cristalli può essere modificato da un numero di fattori inibitori. R. Terkeltaub et al (1988) hanno dimostrato la capacità di siero e plasma sanguigno significativamente inibire la risposta dei neutrofili granulotsitovov cristallizzato fosfato di calcio di base. I fattori che causano tale inibizione sono proteine che legano i cristalli. Esame di una di queste proteine - un ₂ glicoproteina -HS (AHSr) - mostrato che ANSG è il più potente e specifico inibitore di granulociti neutrofili nei cristalli di risposta CPCH. AHSr - proteine del siero di latte di origine epatica; È noto che in confronto ad altre proteine del siero del sangue è in concentrazioni relativamente elevate contenute nell'osso e nel tessuto mineralizzato. Inoltre, AHSr presente in "noninflamed" fluido sinoviale, e viene rilevato sui cristalli primari di fosfato di calcio nel liquido sinoviale nativo. Pertanto, la probabilità di modulazione AHSr del potenziale flogogenico di cristalli di fosfato di calcio basici in condizioni in vivo non è esclusa .

Per riassumere, vi presentiamo due schemi patogenesi della osteoartrite proposto WB van den Berg et al (1999) e M. Sarrabba et al (1996), che combinano fattori meccanici, genetici e biochimici.