Reparatur von Gelenkknorpel und Wachstumsfaktoren in der Pathogenese von Osteoarthritis

Dank des Fortschritts der Biotechnologie, insbesondere der Klonierungstechnologie, ist in jüngster Zeit eine wachsende Liste von Wachstumsfaktoren entstanden, die als anabole Faktoren eine wichtige, aber nicht völlig verständliche Rolle in der Pathogenese der Osteoarthritis spielen.

Die erste Gruppe von Wachstumsfaktoren, auf die unten eingegangen wird, ist die IGF. Sie sind in großen Mengen im Serum gefunden, haben eine Reihe von gemeinsamen Eigenschaften mit Insulin. IGF-2 ist charakteristischer für das embryonale Entwicklungsstadium, während IGF-1 der dominierende Gruppenvertreter in einem Erwachsenen ist. Beide Vertreter dieser Gruppe wirken durch Bindung an die I-Typ-IGF-Rezeptoren. Wenn die Funktion von IGF-2 unbekannt bleibt, ist der Wert von IGF-1 bereits bestimmt - er kann die Synthese von Proteoglykanen durch Chondrozyten stimulieren und katabole Prozesse im Gelenkknorpel signifikant inhibieren. IGF-1 ist der wichtigste anabole Stimulus für die Synthese von Proteoglykanen durch Chondrozyten, die in Serum und Synovialflüssigkeit vorhanden sind. IGF-1 ist ein wichtiger Faktor bei der Kultivierung von Chondrozyten in experimentellen Modellen von In-vitro- Modellen von Choleraemie . Es wird vorgeschlagen, dass IGF-1 aus dem Blutplasma in die Synovialflüssigkeit eindringt. Zusätzlich produzieren normale Chondrozyten beide Faktoren - die Expression von IGF-1 und IGF-2 findet sich in der Synovialmembran und im Knorpel von Patienten mit Osteoarthritis. In normalem Knorpel hat IGF-1 keine mitogenen Eigenschaften, aber er kann die Proliferation von Zellen in der geschädigten Matrix stimulieren, was auf die Teilnahme an reparativen Prozessen hinweist.

Biologisch aktive Substanzen, die die Reparation stimulieren und den Abbau von Gelenkknorpel unterdrücken

• Insulin
• Gamma-Interferon
• Wachstumshormon, Androgene
• Somatomedine (IPF-1 und -2)
• TGF-beta (Gewebewachstumsfaktor)
• Der Wachstumsfaktor aus Thrombozyten
• Der Hauptwachstumsfaktor von Fibroblasten
• EER
• Il-1-Rezeptorantagonist
• TNF-a-bindende Proteine
• Gewebeinhibitoren von Metalloproteasen
• ₂ -makrogloʙulin
• Alpha-Antitrypsin
• Die Flöhe, makroglobulin
• Pg-Antichimotripsin

Die Wirkungen von IGF-1 und IGF-2 werden durch verschiedene IGF-bindende Proteine (IGF-SB) kontrolliert, die ebenfalls von Chondrozyten produziert werden. IGF-Sa kann als Träger fungieren, und besitzen auch IGF-blockierenden Aktivität, isoliert aus dem Gelenkknorpelzellen von Patienten sosteoartrozom eine überschüssige Menge an IGF-Sa erzeugen, was darauf hinweist, dass diese Effekte von IGF blockieren. J. Martel-Pelletier und Co-Autoren (1998) haben gezeigt, dass obwohl die Synthese von IGF-1 im Knorpel mit Osteoarthritis zunimmt, die Chondrozyten schlecht auf die Stimulation von IGF-1 ansprechen. Es stellte sich heraus, dass dieses Phänomen (zumindest teilweise) mit einem Anstieg des IGF-SB-Spiegels verbunden ist. IGF-SB hat eine hohe Affinität für IGF und ist ein wichtiger Biomodulator seiner Aktivität. Bis heute wurden sieben Arten von IGF-SB untersucht, wobei die Störung der IGF-SB-3- und IGF-SB-4-Regulation eine wichtige Rolle bei Osteoarthritis spielt.

Eine andere Kategorie von Wachstumsfaktoren, die unterschiedliche Wirkungen auf Chondrozyten zeigen, umfassen Blutplättchen-abgeleiteten Wachstumsfaktor (PDGF), FGF und TGF-beta. Diese Faktoren werden nicht nur von Chondrozyten, sondern auch von aktivierter Synovitis verursacht. FGF hat sowohl anabole als auch katabole Eigenschaften, abhängig von der Konzentration und dem Zustand des Gelenkknorpels. Der PDGF ist an der Aufrechterhaltung der VKM-Homöostase des Gelenkknorpels beteiligt, wobei er keine offensichtlichen mitogenen Eigenschaften aufweist. Für diesen Wachstumsfaktor ist die Fähigkeit bekannt, die Synthese von Proteoglykanen zu verstärken und deren Abbau zu verringern.

TGF-beta ist von besonderem Interesse, um seine Rolle bei der Pathogenese von Osteoarthritis zu untersuchen. Er ist Mitglied einer großen TGF-Superfamilie, hat gemeinsame funktionelle und Signaleigenschaften mit neu entdeckten Wachstumsfaktoren von BMP (bone morphogenetic proteins).

TGF-beta-pleiotropic Faktor: auf der einen Seite hat es immunsuppressive Eigenschaften auf der anderen Seite - es ist ein chemotaktischer Faktor und ein starker Stimulator der Proliferation von Fibroblasten. Die einzigartigen Eigenschaften von TGF-beta sind die Fähigkeit, die Freisetzung von Enzymen aus verschiedenen Zellen zu inhibieren und die Produktion von Enzyminhibitoren (z. B. TIMP) signifikant zu erhöhen. TGF-beta gilt als wichtiger Regulator von Gewebeschäden durch Entzündungen. Im Gewebe des Gelenkknorpels stimuliert TGF-beta signifikant die Produktion der Matrix durch Chondrozyten, insbesondere nach Vorexposition mit diesem Faktor. Normaler Knorpel ist gegenüber TGF-beta unempfindlich. Bei Patienten mit OA stimuliert TGF-P die Produktion von Aggrecan und kleinen Proteoglykanen im Gelenkknorpel.

TGF-beta wird von vielen Zellen, insbesondere Chondrozyten, produziert. Es wird in einer latenten Form freigesetzt, die mit einem speziellen Protein assoziiert ist, das als "Protein assoziiert mit Latenz" (BAL) bezeichnet wird. Die Dissoziation mit diesem Protein erfolgt durch Proteasen, die in entzündeten Geweben in großen Mengen produziert werden. Neben TGF-beta, das von aktivierten Zellen produziert wird, ist die latente Form dieses Faktors ein wichtiges Element der Reaktivität von TGF-beta im Gewebe nach lokalen Schäden. TGF-beta in einer signifikanten Menge ist in der Synovialflüssigkeit, Synovialmembran und Knorpel des Gelenks von Osteoarthritis betroffen. In Bereichen von geschädigtem Gewebe mit entzündlichen Infiltraten wird eine Koexpression von TNF und IL-1 nachgewiesen, während in Gebieten mit Fibrose-Phänomenen nur die Expression von TGF-beta nachgewiesen wird.

Die Inkubation der Kultur von Chondrozyten, die von Patienten mit Osteoarthritis mit TGF-beta erhalten wurden, verursacht eine signifikante Zunahme der Synthese von Proteoglykanen durch diese Zellen. Die Stimulation von TGF-beta normaler Chondrozyten verursacht erst nach vielen Tagen der Inkubation einen Anstieg der Proteoglycansynthese. Vielleicht ist diese Zeit notwendig, um den Phänotyp von Zellen unter dem Einfluss von TGF-beta zu verändern (zum Beispiel, um die sogenannte Kompartimentierung von Proteoglykanen zu ändern: die neu gebildeten Proteoglykane sind nur um die Chondrocyten herum lokalisiert).

Es ist bekannt, dass die Aktivierung der Synthese von Wachstumsfaktoren, insbesondere TGF-beta, ein wichtiges Glied in der Pathogenese von Nieren- und Leberfibrose, Narbenbildung während der Wundheilung ist. Eine erhöhte Belastung der Chondrozyten in vitro führt zu einer Überproduktion von TGF-beta, während eine Abnahme der Proteoglykan-Synthese nach Immobilisierung der Gliedmaßen durch TGF-beta ausgeglichen werden kann. TGF-beta induziert die Bildung von Osteophyten im Randbereich der Gelenke als Mechanismus zur Anpassung an Belastungsänderungen. IL-1, das in Synovia als Reaktion auf Gelenkschäden einen mäßigen Entzündungsprozess verursacht, fördert die Bildung von Chondrozyten mit einem modifizierten Phänotyp, die eine übermäßige Menge produzieren.

Wiederholte lokale Injektion von rekombinantem TGF-beta in hohen Konzentrationen führte zur Entwicklung von Osteoarthritis in Mäusen C57B1 Linie - die Bildung von Osteophyten, die charakteristisch für menschliches Osteoarthritis ist, und ein signifikanter Verlust von Proteoglykanen in dem „welligen Rand“ -Bereich.

Um die überschüssigen TGF-beta zu verstehen ist bekannt, den Knorpel zu ändern, sei darauf hingewiesen, dass die Exposition der TGF-P einen charakteristischen Phänotyp der Chondrozyten-Änderungsunterklasse synthetisiert Proteoglykane und Verletzung der normalen Integration von ECM-Komponenten induziert. Und IGF-1 und TGF-beta stimuliert die Synthese von Proteoglykanen durch kultivierte Chondrozyten in Alginat, aber letztere induziert auch die sogenannten Kompartimentierung Proteoglykane. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass TGF-beta-Kollagenase-3 (MMP-13), in aktivierten Chondrocyten verbessert, die von dem allgemeinen Konzept der TGF-beta als Faktor divergiert, die umgekehrt die Freisetzung von destruktiven Proteasen verringert. Es ist jedoch nicht bekannt, ob die TGF-beta-induzierte Synthese von MMP-13 an der Pathogenese von OA beteiligt ist. TGF-beta stimuliert nicht nur die Synthese von Proteoglykanen, sondern fördert auch deren Ablagerung in Bändern und Sehnen, erhöht die Steifheit und reduziert die Menge an Bewegung in den Gelenken.

CIP sind Mitglieder der TGF-beta Superfamilie. Einige von ihnen (CML-2, CML-7 und CMS-9) haben die Eigenschaft, die Synthese von Proteoglykanen durch Chondrozyten zu stimulieren. CMPs entfalten ihre Wirkung durch Bindung an spezifische Rezeptoren auf der Zelloberfläche; Die Signalwege von TGF-beta und CMS sind etwas anders. Wie TGF-beta wird das Signal vom CMP durch einen Serin / Threoninkinase-Typ-I- und -II-Rezeptorkomplex übertragen. In diesem Komplex wird der Typ-II-Rezeptor trans-phosphoryliert und aktiviert den Typ-I-Rezeptor, der das Signal an Signalmoleküle namens Smad weiterleitet. Nach dem Empfang des Smad-Signals werden sie schnell phosphoryliert. Es ist nun bekannt, dass Smad-1, -5 und -8 im Signalweg von CMP und Smd-2 und Smad-3 im TGF-beta-Signalweg phosphoryliert sind. Dann wird Smad mit Smad-4 assoziiert, was den Signalwegen aller Vertreter der TGF-beta-Superfamilie gemeinsam ist. Diese Tatsache erklärt das Vorhandensein von Kreuzfunktionen in den Mitgliedern der TGF-beta-Superfamilie sowie das Phänomen der gegenseitigen Hemmung der TGF-beta und CMS-Signalwege durch Konkurrenz um gemeinsame Komponenten. Vor nicht allzu langer Zeit wurde eine andere Klasse von Smad-Proteinen identifiziert, die durch Smad-6 und -7 repräsentiert wird. Diese Moleküle wirken als Regulatoren der Signalwege von TGF-beta und CML.

Trotz der Tatsache, dass die stimulierende Wirkung auf die Kommission für eine lange Zeit, die Synthese von Proteoglykanen, sind bekannt für ihre Rolle bekannt in der Funktion des Gelenkknorpels Regulierung umstritten bleibt aufgrund der bekannten Fähigkeit zu induzieren Entdifferenzierung von ILC-Zellen die Verkalkung und Knochenbildung stimulieren. M. Enomoto-Iwamoto und Mitarbeiter (1998) haben gezeigt, dass die Interaktion mit dem ILC ILC-Typ II-Rezeptor wird benötigt, um den differenzierten Phänotyp von Chondrozyten und Kontrolle ihrer Proliferation und Hypertrophie aufrechtzuerhalten. Laut LZ Sailor und Co-Autoren (1996), unterstützt CmP-2 den Phänotyp von Chondrozyten in Kultur für 4 Wochen, ohne ihre Hypertrophie zu verursachen. CMP-7 (identisch mit osteogenem Protein-1) hat lange den Phänotyp von reifen Chondrozyten von Gelenkknorpel aufrechterhalten, die in dem Alginat kultiviert wurden.

Die Einführung von KMP-2 und -9 in die Kniegelenke von Mäusen erhöhte die Synthese von Proteoglykanen um 300% und signifikant mehr als TGF-beta. Der stimulierende Effekt erwies sich jedoch als vorübergehend, und nach einigen Tagen kehrte das Niveau der Synthese zu dem ursprünglichen zurück. TGF-beta verursachte eine längere Stimulation der Proteoglykan-Synthese, die wahrscheinlich auf Autoinduktion von TGF-beta und Sensibilisierung von Chondrozyten auf diesen Faktor zurückzuführen ist.

TGF-beta für die Bildung hondrofitov verantwortlich ist, die als unerwünschte Effekte ihrer Aktion betrachtet werden können, KMP-2 fördert auch die Bildung hondrofitov, aber in anderem articular Kantenabschnitt (hauptsächlich in der Wachstumsplatte).

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Knorpel morphogenetische Proteine

Knorpelmorphogenetische Proteine (XMP-1 und -2) sind ein weiterer Vertreter der Superfamilie TGF-beta, die für die Bildung von Knorpelgewebe während der Entwicklung der Gliedmaßen notwendig ist. Die Mutation des Gens von HMP-1 verursacht Chondrodysplasie. Vielleicht hat das KMP ein selektiveres, knorpelorientiertes Profil. Trotz der Tatsache, dass TGF-beta und CML in der Lage sind, Chondrozyten zu stimulieren, können sie auf viele andere Zellen wirken, so dass ihre Verwendung zur Knorpelreparatur von Nebenwirkungen begleitet sein kann. Beide Arten von CMPs finden sich im Knorpel von gesunden Gelenken, die von Osteoarthrose betroffen sind, sie tragen zur Reparatur der ECM von Gelenkknorpel nach enzymatischem Abbau bei, was einen normalen Phänotyp unterstützt.

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Synergismus der Wachstumsfaktoren

Ein Wachstumsfaktor kann sich selbst induzieren, ebenso wie andere Wachstumsfaktoren, diese Wechselwirkung ist fein reguliert. Zum Beispiel sorgt FGF zusammen mit anderen Wachstumsfaktoren für eine effektivere Reparatur von Gelenkknorpel nach einem traumatischen Defekt. IGF-1 induziert zusammen mit TGF-beta signifikant einen normalen Phänotyp von Chondrocyten, wenn sie in vitro kultiviert werden . Es wurde gezeigt, dass TGF-beta mit der Produktion von IGF-1 und IGF-SB interferiert und auch den IGF-1-Rezeptor dephosphoryliert, die Bindung von IGF-1 stimuliert. Im intakten Knorpel von Mäusen wurde ein Synergismus von IGF-1 mit vielen Wachstumsfaktoren beobachtet. Die milde Reaktion von Chondrozyten in IGF-1 kann jedoch nicht in Kombination mit anderen Wachstumsfaktoren ausgeglichen werden.

Interaktion von anabolen und destruktiven Zytokinen

Wachstumsfaktoren zeigen eine komplexe Wechselwirkung mit IL-1. Zum Beispiel erhöht die Vorbelichtung von Chondrozyten in FRF die Freisetzung von Proteasen nach Exposition gegenüber IL-1; vielleicht liegt dies an einer erhöhten Expression von IL-1-Rezeptoren. PDGF stimuliert auch die IL-1-abhängige Freisetzung von Proteasen, aber es reduziert die IL-1-vermittelte Hemmung der Proteoglycansynthese. Dies kann bedeuten, dass einige Wachstumsfaktoren gleichzeitig den Prozess der Knorpelreparatur stimulieren und zu dessen Zerstörung beitragen können. Andere Wachstumsfaktoren, wie IGF-1 und TGF-P, stimulieren die Synthese der Gelenkmatrix und hemmen die IL-1-vermittelte Zerstörung von Gelenkknorpel, d.h. Ihre Aktivität ist nur mit Gewebereparatur verbunden. Eine solche Wechselwirkung hängt nicht von der Vorbelichtung von Chondrozyten IL-1 ab. Interessanterweise kann die Kinetik des IL-1 und TGF-beta verschiedene Effekte: die Fähigkeit von TGF-beta - Abbau von Gelenkknorpel zu hemmen , um seine langsamen Wirkung von TIMP mRNA reduziert. Auf der anderen Seite gibt es einen Anstieg der Menge an hNOC und N0 in Abwesenheit von TGF-beta. Die NO-abhängige unterdrückende Wirkung von IL-1 auf der Proteoglykan - Synthese von Chondrozyten gegeben, können wir erklären , warum wir eine viel stärkere Resistenz gegen die TGF-beta IL-1-abhängige Hemmung der Synthese proteglikanov verglichen mit der Zerstörung von Proteoglykanen beobachten in vivo.

In einer Studie an Mäusen, die intraartikulär IL-1 injiziert wurden und Wachstumsfaktoren nachgewiesen worden, dass TGF-beta antagonisiert signifikant IL-1 vermittelte Hemmung der Proteoglykan-Synthese von Gelenkknorpel, während ILC-2 nicht in der Lage eine solche Gegenwirkung ist: stimulatorischen ihr volles Potenzial hemmten IL-1 sogar unter der Bedingung einer hohen Konzentration von CMP-2. Es ist bemerkenswert, dass in Abwesenheit von IL-1 KMP-2 signifikant Proteoglykansynthese intensiver als TGF-beta stimuliert).

TGF-beta beeinflusst nicht nur die Synthese von Proteoglykanen, sondern auch die IL-1-induzierte Abnahme des Proteoglykangehalts im Knorpel. Abhängig von der relativen Konzentration von IL-1 und TGF-beta nimmt der Gehalt an Proteoglycanen ab oder steigt. Interessanterweise wurde die oben beschriebene Gegenwirkung von IL-1 und TGF-beta in der Dicke des Knorpels beobachtet, aber es gab kein solches Phänomen in der Nähe der Chondrophyten an den Rändern der Gelenkoberflächen. Bildung hondrofitov induziert durch TGF (3, welche die chondrogenen Zellen in der Knochenhaut beeinflusst, wodurch die Entwicklung von Chondroblasten und Ablagerung von Proteoglycanen. Offenbar etihondroblasty nicht empfindlich auf IL-1.

HL Glansbeek et al (1998) untersuchte die Fähigkeit von TGF-beta-2 und ILC Hemmung der Synthese von Proteoglycanen in den Gelenken von arthritischen Mäusen zimozanindutsirovannym entgegenzuwirken (das heißt, "pure" -Modell der IL-1-induzierte Entzündung). Intraartikuläre Verabreichung von TGF-beta signifikant Hemmung der Proteoglykan-Synthese durch Entzündung induzierte entgegengewirkt, während der ILC-2 nahezu unfähig entgegenzuwirken IL-1-abhängigen Prozess war. Wiederholte Injektionen von TGF-P im Knie des Testtieres signifikant stimulierten Proteoglykansynthese durch Chondrozyten, trugen zur Erhaltung des bestehenden Knorpel-Proteoglykane atrophische Entzündung, aber nicht den Entzündungsprozess hemmen.

Wenn proteoglikansinteziruyuschey Chondrozyten - Funktion unter Verwendung von experimentellen Modellen von Osteoarthritis bei Tieren studiert hat immer erhöhte Spiegel und Stimulierung der Synthese von Proteoglycanen in den frühen Stadien der OAB festgestellt Im Gegensatz Entzündungsmodelle , bei denen signifikante Hemmung der Synthese beobachtet wird (IL-1 -zavisimyyprotsess). Erhöhte Aktivität anaboler Faktoren, einschließlich Wachstumsfaktoren, ist bei Osteoarthritis beobachtet wird , beseitigt Wirkung von Suppressor - Zytokine wie IL-1. Unter den Wachstumsfaktoren ist TGF-beta am wichtigsten; CIC-2 spielt in diesem Prozess kaum eine Rolle. Obwohl IGF-1 in der Lage ist Proteoglykansynthese zu stimulieren in vitro, in Bedingungen , in vivo ist eine Eigenschaft , nicht mit dem lokalen Applikation von IGF-1 beobachtet. Vielleicht liegt das daran, dass das endogene Niveau dieses Wachstumsfaktors optimal ist. In den späteren Stadien der Arthrose Symptome auftreten Hemmung der Proteoglykan - Synthese, wahrscheinlich aufgrund der dominanten Wirkung von IL-1 und dem Scheitern von Wachstumsfaktoren entgegenzuwirken es aufgrund geringerer Aktivität.

Die Wachstumsfaktoranalyse in STR / ORT-Mäusen mit spontaner Osteoarthrose zeigte einen Anstieg der Menge an TGF-R- und IL-1-mRNA in dem geschädigten Knorpel. Es sollte angemerkt werden, dass die Aktivierung von TGF-beta aus der latenten Form ein wichtiges Element der Gewebereparatur ist. Das Verständnis der Rolle von TGF-beta kompliziert die Ergebnisse der Studie der Expression von TGF-beta Typ II-Rezeptoren in Kaninchen der ACL-Linie. Unmittelbar nach der Induktion von Osteoarthritis wurde ein reduziertes Niveau dieser Rezeptoren festgestellt, was auf eine unzureichende Signalfunktion von TGF-beta hinweist. Interessanterweise sind die defiziente Rezeptor TGF-beta-11-Typs Mäuse spontannogoosteoartroza Zeichen erkannt, die auch die wichtige Rolle, zeigt die Signalfunktion von TGF-beta in der Verschlechterung der Knorpelreparatur und Osteoarthritis Entwicklung.

Absolute Wachstumsfaktoren Gehalt in den Gelenken von Patienten mit rheumatoider Arthritis oder Osteoarthritis kann in der Pathogenese dieser Erkrankungen bezeichnend für ihre mögliche Rolle sein. Doch trotz der Tatsache, dass die Gelenke bei Arthrose und rheumatoider Arthritis eine hohe Konzentration an Wachstumsfaktoren haben, die Art des Abbaus und die Reparatur bei beiden Krankheiten sind völlig verschieden. Es können auch andere sein, noch nicht identifizierte Faktoren eine wichtige Rolle bei der Pathogenese dieser Erkrankungen spielen, oder andere Aspekte der Phänomene untersucht für den Abbau und die Reparatur in Geweben der Gelenke bestimmt wird (beispielsweise die Expression bestimmter Rezeptoren auf Chondrozyten Oberfläche, lösliche Rezeptoren, Bindungsproteine oder Ungleichgewicht anabole und destruktive Faktoren).