Die Rolle der Kristallablagerung in der Pathogenese der Osteoarthritis

Bei 30-60% der Patienten mit Osteoarthritis werden Kristalle basischen Calciumphosphats (OFC) in Gelenkflüssigkeit nachgewiesen. Nach A. Swan et al (1994), calciumhaltigen Kristallen in der Synovialflüssigkeit aus einer viel größeren Anzahl von Patienten mit Osteoarthritis ist, jedoch aufgrund einer zu geringen Größe der Kristalle oder kleiner Menge, können sie nicht durch herkömmliche Verfahren identifiziert werden. Das Vorhandensein von basischen Calciumphosphatkristallen in der Gelenkflüssigkeit korreliert mit den radiographischen Zeichen der Gelenkknorpeldegeneration und ist mit einem großen Ergussvolumen im Vergleich zu Ergüssen in Kniegelenken ohne Kristalle verbunden. Die Untersuchung von Faktoren, die das radiologische Fortschreiten der Gonarthrose beeinflussen, zeigte, dass die Ablagerung von Calciumpyrophosphatkristallen von Dihydrat (PFCD) ein Prädiktor für ungünstige klinische und radiologische Ergebnisse ist. In der Studie an älteren Patienten wurde festgestellt, dass Osteoarthritis mit Chondrokalzinose assoziiert ist, insbesondere im lateralen tibiofemoralen Teil des Kniegelenks und in den ersten drei Metacarpophalangealgelenken. Bei Patienten mit Osteoarthritis werden häufig beide Arten von Kristallen nachgewiesen - OFC und PFCD.

Klinisch unterscheidet sich die Degeneration von Gelenkknorpel, die durch die Ablagerung von Calcium enthaltenden Kristallen verursacht wird, von der bei primärer Osteoarthritis. Wenn die Kristalle ein einfaches Epiphänomen der Knorpeldegeneration wären, würden sie in Gelenken gefunden werden, die am häufigsten von primärer Osteoarthritis betroffen sind, d.h. Im Knie, Hüfte, kleine Gelenke der Hände. Im Gegenteil, Erkrankungen der Ablagerung von Kristallen beeinflussen oft atypische primäre Osteoarthrose Gelenke - Schulter, Handgelenk, Ulna. Das Vorhandensein von Kristallen in der Gelenkflüssigkeit (Exsudat) ist mit einer stärkeren Degeneration des Gelenkknorpels verbunden. Die Frage, was die Ursache ist und was die Folge ist, ist die Ablagerung von Kristallen oder die Degeneration des Knorpels. Die Zwischenposition wird von folgender Annahme angenommen: Die primäre Anomalie des Knorpelstoffwechsels führt zu seiner Degeneration, und die sekundäre Ablagerung von Kristallen beschleunigt dessen Abbau (die sogenannte Theorie der Verstärkungsschleife).

Der genaue Mechanismus der Schädigung des Gelenkknorpels mit kalziumhaltigen Kristallen ist nicht bekannt, seine einzelnen Elemente sind nachstehend angegeben. Theoretisch können Calcium enthaltende Kristalle Chondrozyten direkt schädigen. Bei der histologischen Untersuchung sind die Kristalle jedoch selten in der Nähe der Chondrozyten lokalisiert, sie werden sogar noch weniger von ihnen absorbiert. Am wahrscheinlichsten ist die Phagozytose der Kristalle durch die Zellen der Synovialauskleidung, gefolgt von der Freisetzung von proteolytischen Enzymen oder der Sekretion von Zytokinen, die die Freisetzung von Enzymen durch Chondrozyten stimulieren. Dieses Konzept wird durch die Untersuchung der Rolle der PFCD-induzierten Synovitis bei der Entwicklung von schnell fortschreitender Osteoarthritis bei Pyrophosphat-Arthropathie bestätigt. In dieser Studie erhielten Kaninchen mit Osteoarthritis, die durch partielle laterale Meniskektomie induziert wurden, einmal wöchentlich Calciumpyrophosphatdihydrat (1 oder 10 mg) im rechten Kniegelenk. Es stellte sich heraus, dass es nach 8 Injektionen im rechten Kniegelenk zu signifikant schwereren Veränderungen im Vergleich zum linken kam. Die Intensität der synovialen Entzündung korrelierte mit der intraartikulären Injektion von Calciumpyrophosphatkristallen und deren Dosierung. Trotz der Tatsache, dass die in dieser Studie verwendeten Dosen von PFCD-Kristallen diejenigen in vivo übersteigen , zeigen die Ergebnisse die Rolle der PFCD-induzierten Entzündung bei der Progression von Osteoarthritis bei Pyrophosphat-Arthropathie.

Mögliche Mechanismen von Calcium-haltigen Kristallen, die Schäden am Gelenkknorpel verursachen, sind mit ihren mitogenen Eigenschaften, der Fähigkeit, MMP zu induzieren, und der Synthese von Prostaglandinen zu stimulieren.

Mitogene Wirkung von Calcium-haltigen Kristallen. Bei kristallosoziierten Arthropathien wird häufig eine Proliferation von Synovialzellen beobachtet, und die Kristalle selbst sind nur teilweise für diesen Prozess verantwortlich. Eine Zunahme der Anzahl von Synovialzellen wird von einer erhöhten Sekretion von Zytokinen begleitet, die die Chondroolyse fördern und die Sekretion von proteolytischen Enzymen verursachen. OCK-Kristalle in Konzentrationen, die in der Pathologie von Gelenken im Menschen gefunden werden, stimulieren dosisabhängig die Mitogenese von ruhenden Hautfibroblastenkulturen, synovialen Fibroblasten von Hunden und Mäusen. Kristalle von Calciumpyrophosphatdihydrat, -urat, -sulfat, -carbonat und, ob Calciumphosphat, stimulieren das Zellwachstum. Der Beginn und der Einschlusspeak ( ³H) -Thymidin, induziert durch diese Kristalle, sind im Vergleich zur Stimulation der Serumzellen um ³ Stunden verschoben. Vielleicht ist diese Zeitspanne für die Phagozytose und Auflösung der Kristalle notwendig. Die Zugabe von Kontrollkristallen der gleichen Größe (z. B. Diamantstaub oder Latexteilchen) stimulierte die Mitogenese nicht. Die Uratkristalle von Natriummonohydrat hatten schwache mitogene Eigenschaften und waren denen von Calciumurat signifikant unterlegen, was einen wichtigen Wert bei der Mitogenese des Calciumgehalts in Kristallen anzeigt. Synthetische Kristalle OFC besaßen die gleichen mitogenen Eigenschaften wie Kristalle, die von Patienten mit Chondrokalzinose erhalten wurden. Calcium Kristalle mitogene Wirkung war nicht das Ergebnis des Calciumgehalt in dem Medium einer Erhöhung die Zelle umgibt in vitro, als Haupt durch Auflösen von Calciumphosphatkristallen in dem Medium nicht Inkorporation von stimulieren ( ³ -Thymidin Fibroblasten H).

Eine der vorgeschlagenen Mechanismen Mito Genesis-FCS induziert ist die folgende: die abnormale Proliferation von synovialen Zellen kann in der Konzentration von Ca führt zu einem Anstieg in Verbindung gebracht werden (zumindest teilweise) mit der Endozytose und intrazellulärer Lösen die Kristalle, die ²⁺ im Zytoplasma der Zelle und die Aktivierung von Calcium-Wegen zur Mitogenese führen. Zur Unterstützung dieses Konzept dient dazu , die Notwendigkeit für den direkten Kontakt der Zelle - den Kristall Mitogenese als Zellkultur Exposition von Kristallen Zellwachstum und die Zellexposition, beraubt die Möglichkeit solcher Kontakt verursacht zu stimulieren, nicht die Ursache für ihr Wachstum. Phagozytose benötigt Kristalle zu studieren nach der Interaktion einer Zelle, um - Kristallzellen kultiviert mit ⁴⁵ Ca-FCS und ( ³ H) -Thymidin. Es stellte sich heraus, dass ⁴⁵ Ca-OFC-Zellen eine viel größere Menge ( ³ H) -Thymidin enthielten als Zellen ohne Markierung mit basischem Calciumphosphat. Die Unterdrückung der Makrophagenkultur cytochalasin Endozytose Kristalle verursachte Hemmung der Auflösung von Kristallen, die auch die Notwendigkeit betont , die Phagozytose.

Calciumhaltige Kristalle sind in Säure löslich. Nach der Phagozytose lösen sich die Kristalle in einem sauren Medium mit Phagolysosomen von Makrophagen auf. Chloroquin, Ammoniumchlorid, bafilomitsin lizosomotrofnye A1 und alle Mittel , die lysosomalen pH erhöht dosisabhängig die intrazelluläre Aufnahme und Auflösung der Kristalle hemmen ( ³ H) -Thymidin fibro-Blasten kultiviert mit primären Kristalle von Calciumphosphat.

Die Zugabe von OFC-Kristallen zu einer Monolayer-Fibroblastenkultur verursachte einen sofortigen zehnfachen Anstieg des intrazellulären Calciumgehalts, der nach 8 Minuten zum Ausgangswert zurückkehrte. Die Calciumquelle war vorwiegend ein extrazelluläres Ion, da die Kristalle von basischem Calciumphosphat zu dem kalziumfreien Nährmedium hinzugefügt wurden. Der nächste Anstieg der intrazellulären Calciumkonzentrationwurde nach 60 Minuten beobachtet und dauerte mindestens 3 Stunden.Die Calciumquelle war hier phagozytierte Kristalle, die in Phagolysosomen gelöstwaren.

Es wurde festgestellt, dass der mitogene Effekt von RPC-Kristallen dem von PDGF als Wachstumsfaktor ähnlich ist; wie die letzteren zeigen die OFC-Kristalle Synergie in Bezug auf IGF-1 und Blutplasma. Die Blockade von IGF-1 reduziert die Mitogenese von Zellen in Reaktion auf OF. PG Mitchell et al (1989) zeigten , dass die Kristalle FCS-Induktion von Mitogenese Fibroblasten Balb / c- ₃ T ₃ erfordern eine Serin / Threonin - Proteinkinase C (PKC) - einer der Hauptmediatoren der Signale an einem externen Stimulationszellen erzeugt Hormonen, Neurotransmittern und Faktoren Wachstum. Verringern PKC - Aktivität in den Zellen von Balb / c- ₃ T ₃ hemmt FCS-vermittelte Induktion von Protoonkogene c-fos und c-myc, hat aber keine Wirkung auf die Stimulation dieser durch PDGF vermittelten Onkogene.

Ein Anstieg des intrazellulären Calciumgehalts nach Auflösung von phagozytierten Kristallen ist nicht der einzige Signalweg für die Mitogenese. Wenn die Wachstumsfaktoren wie PDGF mit seinem Membranrezeptor binden stimuliert Phospholipase C (Phospho-diesteraza), den 4,5-bisphosphat gidroliziruetfosfatidilinozitol intrazellulärer Botenstoffe zu bilden, - Inosit-3-phosphat idiatsilglitserola. Die ersten Veröffentlichungen Calcium aus dem endoplasmatischen Retikulum durch die Aktivität von Calcium-abhängigen und Calcium / Calmodulin-abhängige Enzyme, wie zB Protein-Kinasen und Proteasen zu modulieren.

R. Rothenberg und N. Cheung (1988) berichteten über erhöhten Phospholipase C-Abbau von Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat in Synovialzellen von Kaninchen als Reaktion auf die Stimulation durch OFC-Kristalle. Letztere erhöhen signifikant den Gehalt an Inositol-1-phosphat in Zellen mit markiertem ( ³ H) -Inosit; Der Peak wurde innerhalb von 1 Minute erreicht und dauerte etwa 1 Stunde.

Diacylglycerin ist ein potentieller Aktivator von Calciumpyrophosphatdihydrat. Da die CRC-Kristalle die Aktivität von Phospholipase C erhöhen, was zur Anreicherung von Diacylglycerol führt, kann man daher eine Zunahme der PKC-Aktivierung erwarten. PG Mitchell und Co-Autoren (1989) verglichen die Wirkung von RPC-Kristallen und PDGFs auf die Synthese von DNA durch Balb / c- ₃ T ₃ -Fibroblasten . In Zellkultur wurde PKC durch Inkubation von Zellen mit einem tumorfixierenden Phorboldiester (TFD), einem Analog von Diacylglycerol, inaktiviert. Verlängerte Stimulation mit niedrigen Dosen von TFA reduziert die Aktivität von PKC, während eine einzelne Stimulation mit einer hohen Dosis aktiviert. Die Stimulation der DNA-Synthese durch RPC-Kristalle wurde nach Inaktivierung von PKC unterdrückt, was auf die Bedeutung dieses Enzyms in der OFC-induzierten Mitogenese hinweist. Zuvor haben GM McCarthy und Co-Autoren (1987) die Verbindung der mitogenen Reaktion von menschlichen Fibroblasten mit den OFC-Kristallen unter Aktivierung von PKC gezeigt. Die OFC-Kristalle aktivieren jedoch keine Phosphatidylinositol-3-Kinase- oder Tyrosinkinasen, was die Tatsache bestätigt, dass der Mechanismus der Zellaktivierung durch OPC-Kristalle selektiv ist.

Die Zellproliferation wird durch eine Gruppe von Genen kontrolliert, die Proto-Onkogene genannt werden. Proteine foe und thu, Produkte der Proto-Onkogene c-fos und c-shus sind im Zellkern lokalisiert und mit spezifischen DNA-Sequenzen assoziiert. Die Stimulation von ZT3-Fibroblasten durch OCP- Kristalle führt zu einer Expression von c-fos für einige Minuten, die ein Maximum nach 30 Minuten nach der Stimulation erreicht. Die Induktion der Transkription mit OFC-Kristallen oder PDGF tritt innerhalb von 1 Stunde auf und erreicht ein Maximum nach 3 Stunden nach der Stimulation. Mindestens 5 h Zellen unterstützen eine erhöhte Transkription von c-fos und c-myc. In Zellen mit inaktivierter PKC wird die Stimulation von c-fos- und c-muss- Kristallen von RPC oder TPD signifikant inhibiert, während sich die Induktion dieser PDGF-Gene nicht ändert.

Vertreter der Mitogen-aktivierten Proteinkinase-Familie (MAP K) sind Schlüsselregulatoren verschiedener intrazellulärer Signalkaskaden. Eine der Unterklassen dieser Familie, p42 / p44, reguliert die Proliferation von Zellen durch einen Mechanismus, der die Aktivierung der Proto-Onkogene c-fos und c-jun beinhaltet. Die OFC- und PFCD-Kristalle aktivieren den Proteinkinase-Signalweg, an dem sowohl p42 als auch p44 beteiligt sind, was die Rolle dieses Weges in der Mitogenese, die durch kalziumhaltige Kristalle induziert wird, anzeigt.

Schließlich ist bei der OFC-induzierten Mitogenese der Transkriptions-Nuklearfaktor KB (NF-kB) beteiligt, der zuerst als Leichtketten-Immunglobulin (IgK) -Gen beschrieben wurde. Dies ist ein induzierter Transkriptionsfaktor, der für viele Signalwege wichtig ist, da er die Expression verschiedener Gene reguliert. Die Induktion von NF-kB ist gewöhnlich mit der Freisetzung von inhibitorischen Proteinen aus dem Zytoplasma verbunden, die 1 kB genannt werden. Nach der NF-kB-Induktion tritt eine Translokation des aktiven Transkriptionsfaktors in den Zellkern auf. OFC Kristalle NF-kB in Balb / c- induzieren ₃ T ₃ Fibroblasten und Fibroblasten der menschlichen Haut.

Nach der Aktivierung von NF- & kgr; B können mehrere Signalwege in die Signalübertragung involviert sein, aber alle involvieren Proteinkinasen, die 1 kB phosphorylieren (und somit degradieren). Basierend auf den Ergebnissen von In-vitro-Studien wurde bisher angenommen, dass 1 kB als Substrat für Kinasen dient (z. B. PKC und Proteinkinase A). Kürzlich wurde jedoch ein 1 kB Kinase-Komplex mit einem großen Molekulargewicht identifiziert. Diese Kinasen phosphorylieren spezifisch Serinreste von 1 kB. Die Aktivierung von NF-kV-TNF-a und IL-1 erfordert die wirksame Wirkung von NF-KB-induzierender Kinase (NIC) und 1KB-Kinase. Der molekulare Mechanismus der NIC-Aktivierung ist derzeit nicht bekannt. Trotz der Tatsache, dass OFC-Kristalle sowohl PKC als auch NF-kV aktivieren, ist nicht bekannt, in welchem Ausmaß diese beiden Prozesse verbunden sein können. Da die Modifikation der GKB-Kinase durch Phosphorylierung erfolgt, ist die Rolle der PKC bei der Induktion durch NFC-NFC-Kristalle durch Phosphorylierung und Aktivierung der GKB-Kinase nicht ausgeschlossen. Zur Untermauerung dieses Konzepts kann die Inhibierung von PKC durch Staurosporin-OFC-Kristallin-induzierte Mitogenese und NF-KB-Expression als eine Unterstützung für dieses Konzept dienen. In ähnlicher Weise kann Staurosporin die GkV-Kinase inhibieren und hemmt daher Proteinkinase A und andere Proteinkinasen.

Daher umfasst der Mechanismus der RPC-Kristallin-induzierten Mitogenese in Fibroblasten mindestens zwei verschiedene Prozesse:

• schnelles membrangebundenes Ereignis, das zur Aktivierung von PKC und MAP K, Induktion von NF-KB und Proto-Onkogenen führt,
• langsamere intrazelluläre Auflösung von Kristallen, was zu einem Anstieg des intrazellulären Gehalts von Ca ²⁺ führt und dann zur Aktivierung einer Anzahl von Calcium-abhängigen Prozessen, die die Mitogenese stimulieren.

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Die Induktion von MMP-Calcium-haltigen Kristallen

Mediatoren von Gewebeschädigung mit Calcium-haltigen Kristallen sind MMP-Kollagenase-1, Stromelysin, 92 kD-Gelatinase und Kollagenase-3.

Unter Berücksichtigung der Beziehung zwischen dem Gehalt an OFK-Kristallen und der Zerstörung von Gelenkgeweben wurde eine Hypothese aufgestellt, nach der RPA-Kristalle und möglicherweise einige Kollagene von Synovialzellen phagozytiert werden. Stimulierte Synovits proliferieren und sezernieren Proteasen. Diese Hypothese wurde in vitro durch Zugabe von natürlichen oder synthetischen Kristallen von RPA, PFCD und anderen zur Kultur von menschlichen oder Hunde-Synoviticen getestet . Das Aktivitätsniveau von neutralen Proteasen und Kollagenasen stieg dosisabhängig und war etwa 5-8 mal höher als in der Kontrollkultur von Zellen, die ohne Kristalle kultiviert wurden.

In Zellen, die in einem kristallhaltigen Medium kultiviert wurden, wurde die Co-Induktion von mRNA von Kollagenase-1, Stromelysin und Gelatinase-92 kD mit der anschließenden Sekretion von Enzymen in das Medium nachgewiesen.

OFC-Kristalle verursachten auch die Akkumulation von Kollagenase-1-mRNA und Kollagenase-2 in reifen Schweine-Chondrozyten mit anschließender Sekretion von Enzymen in das Medium.

GM McCarty und Co-Autoren (1998) untersuchten die Rolle der intrazellulären Auflösung von Kristallen bei der kristallisierten Produktion von MMP. Zunehmende lysosomalen pH-Wert mit bafilomitsina A gedrückt intrazellulärer Auflösung von Kristallen und schwächen die proliferative Antwort von humanem Fibroblasten Kristalle CPCH, aber die Synthese und Sekretion von MMPs nicht hemmen.

Weder Kristalle von basischem Calciumphosphat noch PFCD induzierten im Gegensatz zu Natriumuratkristallen in vitro die Produktion von IL-1 .

Aktuelle Daten zeigen klar eine direkte Stimulation der MMP-Produktion durch Fibroblasten und Chondrocyten bei Kontakt mit Calcium enthaltenden Kristallen.

Symptome von Osteoarthritis zeugen von der signifikanten Rolle von MMP beim Fortschreiten der Krankheit. Das Vorhandensein von Calcium enthaltenden Kristallen verstärkt die Degeneration der Gewebe der betroffenen Gelenke.

Stimulation der Prostaglandinsynthese

Zusammen mit der Stimulation des Zellwachstums, der Sekretion von Enzymen, verursachen Calcium-enthaltende Kristalle die Freisetzung von Prostaglandinen aus Säugetierzellkulturen, insbesondere PGE ₂. Die Freisetzung von PGE- _{2 erfolgt} in allen Fällen innerhalb der ersten Stunde nach dem Aussetzen der Zellen gegenüber den Kristallen. R. Rothenberg (L 987) festgestellt hat , dass die Hauptquelle von Arachidonsäure für die Synthese von PGE ₂ ist Phosphatidylcholin und Phosphatidylethanolamin, und bestätigte auch , dass die Phospholipase A ₂ und Fuß - dominante Pfad Produktion von PGE ₂.

In Reaktion auf die Wirkung von CPC-Kristallen kann PGE1 auch freigesetzt werden. GM McCarty und Co-Autoren ( 1993, 1994 ) untersuchten die Wirkung von PGE ₂, PGE und seinem analogen Misoprostol auf die mitogene Reaktion von menschlichen Fibroblasten auf OFC-Kristalle. Alle drei Mittel hemmten die mitogene Reaktion in einer dosisabhängigen Weise, wobei PGE und Misoprost eine ausgeprägtere inhibitorische Aktivität zeigten. PGE und Misoprostol, aber nicht PGE ₂ hemmten die Akkumulation von Kollagenase-mRNA als Reaktion auf die Wirkung von OFC-Kristallen.

MG McCarty und N. Cheung (1994) untersuchten den Mechanismus der RPC-vermittelten Aktivierung von PGE-Zellen. Die Autoren zeigten, dass PGE, ein stärkerer Induktor von intrazellulärem cAMP als PGE- ₂ und PGE, die OFC-induzierte Mitogenese und MMP-Produktion über den cAMP-abhängigen Signalweg inhibiert. Es ist möglich, dass ein Anstieg der PGE-Produktion, der durch OFK-Kristalle induziert wird, ihre anderen biologischen Effekte (Mitogenese und MMP-Produktion) durch den Rückkopplungsmechanismus schwächt.

Entzündung durch Kristalle induziert

Calcium-Kristalle werden häufig in der Synovialflüssigkeit von Patienten mit Osteoarthritis, aber mit Episoden akuter Entzündung Leukozytose selten wie in Osteoarthrose und Arthropathien bei kristallassotsiirovannyh (z.B. Syndrome „Schultergelenk Milwaukee“) gefunden. Das Phlogistikpotential der Kristalle kann durch eine Reihe von inhibitorischen Faktoren modifiziert werden. R. Terkeltaub et al (1988) zeigten die Fähigkeit von Serum und Blutplasma signifikant neutrophile Reaktion granulotsitovov kristallisierten basischen Calciumphosphat hemmen. Die Faktoren, die eine solche Hemmung verursachen, sind kristallbindende Proteine. Prüfung eines dieser Proteine - eine ₂ -HS - Glycoprotein (AHSr) - zeigte , dass ANSG die potente und spezifische Hemmer von neutrophilen Granulozyten in Reaktion Kristalle CPCH ist. AHSr - Molkenprotein hepatischen Ursprungs; Es ist bekannt, dass es im Vergleich zu anderen Proteinen des Blutserums in relativ hohen Konzentrationen in Knochen und mineralisiertem Gewebe enthalten ist. Darüber hinaus „noninflamed“ AHSr in Synovialflüssigkeit, und auf der Primärkristalle von Calciumphosphat in nativer Synovialflüssigkeit nachgewiesen. Somit ist die Wahrscheinlichkeit einer AHSr-Modulation des phlogogenen Potentials von basischen Calciumphosphatkristallen unter in vivo Bedingungen nicht ausgeschlossen .

Zusammenfassend stellen wir zwei Systeme Pathogenese der Arthrose WB vorgeschlagen van den Berg et al (1999) und M. Sarrabba et al (1996), die kombinieren mechanische, genetische und biochemische Faktoren.