El papel de las enzimas y las citocinas en la patogenia de la osteoartritis

En los últimos años, una gran cantidad de investigación se ha centrado en la identificación de las proteasas responsables de la degradación de la MEC del cartílago articular en la osteoartritis. De acuerdo con las ideas modernas, las metaloproteasas matriciales (MMP) desempeñan un papel importante en la patogénesis de la osteoartritis. Los pacientes con osteoartritis tienen un nivel aumentado de tres representantes de MMP: colagenasas, estromelisinas y gelatinasas. La colagenasa es responsable de la degradación del colágeno nativo, estromelisina - colágeno tipo IV, laminina y proteoglucanos, azhelatinaza - para la degradación de la gelatina, colágeno IV, tipos XI Vh elastina. Además, la presencia de otra enzima - agrecanasa, que tiene las propiedades de las MMP y es responsable de la proteolisis de los agregados de proteoglicanos cartilaginosos.

El cartílago articular de colagenasas humano identificado tres tipos de niveles que están elevados en pacientes con osteoartritis - la colagenasa-1 (MMP-1), colagenasa-2 (MMP-8), colagenasa-3 (MMP-13). La coexistencia de tres tipos diferentes de colagenasas en el cartílago articular indica que cada una de ellas tiene su propio papel específico. De hecho, la colagenasa-1 y -2 se localiza principalmente en la zona intermedia superficial y superior del cartílago articular, mientras que la colagenasa-3 se encuentra en la parte inferior de las zonas intermedias y profundas. Por otra parte, los resultados de estudios inmunohistoquímicos han demostrado que durante la progresión de la osteoartritis nivel de la colagenasa-3 alcanza una meseta o incluso disminuye, mientras que el nivel de la colagenasa-1 se incrementa gradualmente. Hay pruebas de que para la osteoartritis colagenasa-1 participa principalmente en el proceso inflamatorio en el cartílago articular, mientras que la colagenasa-3 - en la remodelación tisular. Cartilagin-3, expresado en el cartílago de los pacientes con OA, realiza la degradación del colágeno tipo II más intensamente que la colagenasa-1.

De los representantes del segundo grupo metaloproteasas stromelizinovu humano identificado como tres - estromelisina-1 (MMP-3), estromelisina-2 (MMP-10) y estromelisina-3 (MMP-11). Hoy se sabe que solo stromelysin-1 está involucrado en el proceso patológico de la osteoartritis. En la membrana sinovial de pacientes con osteoartritis no son determinadas estromelisina-2, pero se encuentra en cantidades muy pequeñas en los fibroblastos sinoviales de pacientes con artritis reumatoide. Stromelysin-3 también se encuentra en la membrana sinovial de pacientes con artritis reumatoidea cerca de los fibroblastos, especialmente en zonas de fibrosis.

En el grupo de gelatinasas en tejido de cartílago humano identificado sólo dos - 92 kDa gelatinasa (gelatinasa B o MMP-9) y 72 gelatinasa kDa (gelatinasa A, o MMP-2); en pacientes con osteoartritis, se determina un aumento en el nivel de 92 kD de gelatinasa.

No hace mucho tiempo, se identificó otro grupo de MMP que se localizan en la superficie de las membranas celulares y se denominan tipo de membrana MMP (MMP-MT). A este grupo pertenecen cuatro enzimas - MMP-MT1-MMP-MT-4. La expresión de MMP-MT se encuentra en el cartílago articular humano. Aunque MMP-MT-1 posee las propiedades de colagenasa, tanto MMP-MT-1 como MMP-MT-2 pueden activar gelatinasa-72 kD y colagenasa-3. El papel de este grupo de MMP en la patogénesis de OA requiere un refinamiento.

Las proteinasas se secretan en forma de un zimógeno, que se activa por otras proteinasas o compuestos orgánicos de mercurio. La actividad catalítica de MMP depende de la presencia de zinc en la zona activa de la enzima.

La actividad biológica de MMP está controlada por TIMP específicos. Hasta la fecha, se han identificado tres tipos de TIMP que se encuentran en los tejidos articulares humanos, TIMP-1-TIMP-3. El cuarto tipo de TIMP se identifica y clona, pero aún no se ha detectado en los tejidos articulares humanos. Estas moléculas se unen específicamente al sitio activo de MMP, aunque algunos de ellos son capaces de unirse al sitio activo de 72 kDa progelatinasa (TIMP-2, -3, -4) y 92 progelatinase kDa (TIMP-1 y -3). Los datos muestran que la OA cartílago articular en un desequilibrio entre MMP y TIMP que resulta en una deficiencia relativa de los inhibidores que pueden ser en parte relacionadas con aumento de la actividad MMP en el tejido. TIMP-1 y -2 se encuentran en el cartílago articular, son sintetizados por condrocitos. Con la osteoartritis en la membrana sinovial y el líquido sinovial, solo se ha detectado el primer tipo de TIMP. TIMP-3 se detecta exclusivamente en el ECM. TIMP-4 tiene una secuencia de aminoácidos casi idéntica con TIMP-2 y -ZINA de aproximadamente el 38% -STIMP-1 en casi un 50%. Las otras células diana de TIMP-4 es responsable de la modulación de la activación progelatinasa 72 superficie celular kD, lo que sugiere un papel importante como un regulador de la remodelación de ECM específico de tejido.

Otro mecanismo para controlar la actividad biológica de MMP es su activación fisiológica. Se cree que las enzimas de la familia de serina y cisteína proteasas, tales como AP / plasmina y catepsina B, respectivamente, son activadores fisiológicos de MMP. En el cartílago articular de pacientes con osteoartritis, se detectó un nivel elevado de uroquinasa (UAP) y plasmina.

A pesar de que se encuentran varios tipos de catepsinas en los tejidos de las articulaciones, la catepsina-B se considera el activador más probable de MMP en el cartílago. En los tejidos de la articulación humana, se detectaron inhibidores fisiológicos de serina y cisteína proteasas. La actividad del inhibidor AP-1 (IAP-1), así como las cisteína proteasas, se reduce en pacientes con osteoartritis. De forma similar a MMP / TIMP, es el desequilibrio entre la serina y las cisteína proteasas y sus inhibidores lo que puede explicar el aumento de la actividad de MMP en el cartílago articular de pacientes con osteoartritis. Además, las MMP pueden activarse entre sí. Por ejemplo, la estromelisina-1 activa la colagenasa-1, la colagenasa-3 y la gelatinasa 92 kD; Colagenasa-3 activa gelatinasa 92 kD; MMP-MT activa colagenasa-3, y gelatinasa-72 kD potencia esta activación; MMP-MT también activa 72 kD de gelatinasa. Las citocinas se pueden dividir en tres grupos: destructivo (proinflamatorio), regulatorio (incluso antiinflamatorio) y anabólico (factores de crecimiento).

Tipos de citoquinas (según van den Berg WB et al)

Destructivo	Interleucina-1 TNF-a Factor inhibidor leucémico Interleucina-17
Regulatorio	Interlekin-4 Interleucina-10 Interleucina-13 Inhibidores de enzimas
Anabólico	Factores de crecimiento similares a Msulin TGF-b Proteínas morfogenéticas óseas Proteínas morfogenéticas derivadas del cartílago

Citoquinas destructivos, en particular IL-1 inducen aumento de la liberación de proteasas e inhiben la síntesis de proteoglicanos y colágenos condrocitos. Citoquinas reguladoras, en particular IL-4 y -10, inhiben la producción de IL-1 antagonista de los receptores, para aumentar la producción de IL-1 (IL-1 RA), y reducen el nivel de actividad y NO-sintasa en condrocitos. Por lo tanto, IL-4 antagoniza IL-1 de tres maneras: 1) reduce la producción y evita sus efectos, 2) aumenta la producción de "scavenger" básica IL-1 Pa y 3) reduce la producción de secundaria primaria "mensajero» NO. Además, IL-4 reduce la degradación enzimática del tejido. En condiciones in vivo, el efecto terapéutico óptimo se logra con la combinación de IL-4 e IL-10. Factores anabólicos, tales kakTFR-p, e IGF-1, en realidad no interfieren con la producción o la acción de IL-1, pero que muestra la actividad frente a, por ejemplo, estimulan la síntesis de proteoglicanos y colágeno, inhiben la actividad de la proteasa y TGF (3, también inhibe la liberación de enzimas y estimula sus inhibidores.

Las citoquinas proinflamatorias son responsables del aumento de la síntesis y la expresión de MMP en los tejidos de las articulaciones. Se sintetizan en la membrana sinovial y luego se difunden en el cartílago articular a través del líquido sinovial. Las citoquinas proinflamatorias activan los condrocitos, que a su vez también son capaces de producir citoquinas proinflamatorias. En las articulaciones afectadas por la osteoartrosis, el papel del efector de la inflamación se juega principalmente por las células de la membrana sinovial. Es la sinovitis del tipo macrófago la que secreta proteasas y mediadores inflamatorios. Entre ellos, en la patogénesis de la osteoartritis, IL-f, TNF-a, IL-6, factor inhibidor leucémico (LIF) e IL-17 están implicados en la mayor medida.

Sustancias biológicamente activas que estimulan la degradación del cartílago articular en la osteoartritis

• Interleucina-1
• Interlekin-3
• Interlekin-4
• TNF-a
• Factores estimulantes de colonias: macrófagos (monocitos) y granulocitos-macrófagos
• Sustancia P
• PGE ₂
• Activadores de plasminógeno (tipos de tejido y uroquinasa) y plasmina
• Metaloproteasas (colagenasas, elastasas, estromelisinas)
• Catepsinas A y B
• novela de suspense
• Lipopolisacáridos bacterianos
• Phospholipase Ag

Los datos de la literatura indican que IL-ip y, posiblemente, TNF-a, son los principales mediadores de la destrucción de los tejidos articulares en la osteoartritis. Sin embargo, aún no se sabe si operan independientemente uno del otro o si existe una jerarquía funcional entre ellos. En los modelos de la osteoartritis en animales se demostró que la IL-1 bloqueo impide eficazmente la destrucción del cartílago articular, mientras que el bloqueo de TNF-alfa conduce a un debilitamiento de la inflamación en tejidos de las articulaciones. En la membrana sinovial, el líquido sinovial y el cartílago de los pacientes, se detectaron concentraciones elevadas de ambas citocinas. Los condrocitos son capaces de aumentar la síntesis no sólo de proteasas (MMPs y principalmente AP), pero también colágenos menores tales como los tipos I y III, así como reducir la síntesis de colágeno de los tipos II y IX y proteoglicanos. Estas citoquinas también estimulan especies de oxígeno activo y mediadores inflamatorios tales como PGE ₂. El resultado de tales cambios macromoleculares en el cartílago articular con osteoartritis es la ineficacia de los procesos de reparación, lo que conduce a una mayor degradación del cartílago.

Las citoquinas proinflamatorias mencionadas anteriormente modulan los procesos de inhibición / activación de MMP en la osteoartritis. Por ejemplo, el desequilibrio entre los niveles de TIMP-1 y MMP en el cartílago en la osteoartritis puede ser mediada por IL-ip, porque el estudio in vitro demostró que concentraciones crecientes de IL-1beta reduce la concentración de TIMP-1 y MMP aumento de la síntesis por los condrocitos. La síntesis de AP también está modulada por IL-1beta. Estimulación in vitro de condrocitos de cartílago articular con IL-1 aumento dependiente de la dosis vyzyvet en la síntesis y fuerte disminución AP de la síntesis de PAI-1. La capacidad de la IL-1 para reducir la síntesis de la síntesis de PAI-1 y estimular la AP es un mecanismo poderoso para la generación de la activación de la plasmina y la MMP. Además, la plasmina es no sólo una enzima activar otras enzimas, que también participa en la degradación de cartílago por proteolisis directa.

IL-ip se sintetiza como un precursor inactivo de masa 31 kD (pre-IL-ip), AZAT, después de la escisión del péptido señal, se convierte a la citoquina activa del peso de 17,5 kD. En los tejidos de las articulaciones, incluyendo la membrana sinovial y el fluido sinovial de cartílago articular, IL-ip detecta en forma activa, y en estudios in vivo demostró la capacidad de la membrana sinovial en la artrosis secretar esta citocina. Algunas serina proteasas pueden convertir pre-IL-ip en su forma bioactiva. En los mamíferos, tales propiedades se encuentran en sólo una proteasa, que pertenece a la familia de enzimas de cisteína aspartatspetsificheskih llamado IL-1p de la enzima convertidora (IKF o caspasa-1). Esta enzima es capaz de convertir específicamente pre-IL-ip en una IL-ip "madura" biológicamente activa con una masa de 17,5 kD. IKF es una proenzima con una masa molecular de 45 kD (p45), que se localiza en la membrana celular. Después de la escisión proteolítica de la proenzima p45 para formar dos subunidades, conocidas como p10 y p20, que se caracterizan por actividad enzimática.

El TNF-a también se sintetiza como un precursor unido a la membrana con una masa de 26 kD; mediante escisión proteolítica, se libera de la célula como una forma soluble activa con una masa de 17 kD. La escisión proteolítica se lleva a cabo mediante la enzima convertidora de TNF-a (TNF-KF), que pertenece a la familia de adamalisinas. AR Amin y coautores (1997) encontraron una mayor expresión de ARNm de TNF-CF en el cartílago articular de pacientes con osteoartritis.

La activación biológica de condrocitos y sinovitocitos IL-1 y TNF-a está mediada por la unión a receptores específicos en la superficie de las células: IL-R y TNF-R. Para cada citocina, se han identificado dos tipos de receptores: IL-IP de tipos I y II y TNF-P I (p55) y II (p75). Para la transmisión de señales en las células de los tejidos de la articulación, IL-1PI y p55 responden. IL-1P tipo I tiene una afinidad ligeramente mayor por IL-1beta que por IL-1a; IL-1P tipo II, por el contrario, tiene una mayor afinidad por IL-1a que por IL-ip. Sigue sin estar claro si IL-IP II tipo II puede mediar en las señales de IL-1 o sirve solo para inhibir competitivamente la unión de IL-1 al tipo de IL-1PI. En hondroiitah y fibroblastos sinoviales de pacientes con osteoartritis encontrar una gran cantidad de IL-1PI y p55, que a su vez explica la alta sensibilidad de estas células a la estimulación por citoquinas relevantes. Este proceso conduce tanto a un aumento en la secreción de enzimas proteolíticas, como a la destrucción del cartílago articular.

No se excluye la participación de IL-6 en el proceso patológico en la osteoartritis. Esta suposición se basa en las siguientes observaciones:

• IL-6 aumenta la cantidad de células inflamatorias en la membrana sinovial,
• IL-6 estimula la proliferación de condrocitos,
• IL-6 potencia los efectos de la IL-1 al aumentar la síntesis de MMP e inhibir la síntesis de proteoglicanos.

Sin embargo, IL-6 es capaz de inducir la producción de TIMP, pero no afecta, por lo tanto la producción de MMPs se considera que esta citocina está involucrada en el proceso de contención de la degradación proteolítica del cartílago articular, que se lleva a cabo a través de un mecanismo de retroalimentación.

Otro representante de la familia IL-6 es la LIF - citoquina, que es producida por los condrocitos obtenidos a partir de pacientes con osteoartritis, en respuesta a la estimulación por citoquinas pro-inflamatorias IL-IP y TNF-a. LIF estimula la reabsorción de proteoglicanos del cartílago, así como la síntesis de producción de MMP y NO. El papel de esta citoquina en la osteoartritis no se comprende completamente.

IL-17 es un homodímero de 20-30 kD que tiene acción similar a IL-1, pero mucho menos pronunciada. IL-17 estimula la síntesis y liberación de una serie de citoquinas proinflamatorias, incluyendo IL-ip, TNF-a, IL-6 y MMPs en las células diana, tales como macrófagos humanos. Además, IL-17 estimula la producción de NO con condrocitos. Al igual que el LIF, el papel de la IL-17 en la patogénesis de la OA ha sido poco estudiado.

El NO de radicales libres inorgánicos juega un papel importante en la degradación del cartílago articular con OA. Los condrocitos obtenidos de pacientes con osteoartritis producen más NO de forma espontánea y después de la estimulación con citoquinas proinflamatorias en comparación con las células normales. Se encuentra un alto contenido de NO en el líquido sinovial y el suero de pacientes con osteoartritis, resultado de una mayor expresión y síntesis de NO sintasa inducida (hNOC), una enzima responsable de la producción de NO. Recientemente, se clonó el ADN de hNOC específico de condrocitos, se determinó la secuencia de aminoácidos de la enzima. La secuencia de aminoácidos indica una identidad del 50% y un 70% de similitud con hNOC específico para el endotelio y el tejido neural.

El NO inhibe la síntesis de macromoléculas de ECM del cartílago articular y estimula la síntesis de MMP. Además, un aumento en la producción de NO está acompañado por una disminución en la síntesis del antagonista IL-IP (IL-1RA) por condrocitos. Por lo tanto, un aumento en el nivel de IL-1 y una disminución en IL-1 RA conduce a la hiperestimulación de NO de condrocitos, lo que a su vez conduce a un aumento de la degradación de la matriz del cartílago. Se han recibido informes de un efecto terapéutico in vivo de un inhibidor selectivo de la hNOC sobre la progresión de la osteoartritis experimental.

Los inhibidores naturales de las citoquinas pueden inhibir directamente la unión de las citoquinas a los receptores de las membranas celulares, reduciendo su actividad proinflamatoria. Los inhibidores naturales de las citoquinas pueden dividirse en tres clases de acuerdo con su modo de acción.

La primera clase de inhibidores incluye antagonistas de receptores, que impiden la unión del ligando a su receptor por competición para el sitio de unión. Hasta la fecha, dicho inhibidor se encuentra solo para IL-1; este es el inhibidor competitivo mencionado anteriormente del sistema IL-1 / ILIP IL-1 PA. IL-1 RA bloquea muchos de los efectos que se observan en los tejidos de las articulaciones en la osteoartritis, incluyendo la síntesis de prostaglandinas por las células sinoviales, la producción de colagenasa por los condrocitos y la degradación del cartílago articular en el gabinete.

IL-1PA se detecta en diversas formas: una soluble (rIL-1PA) y dos intercelulares (μIL-lPAI y μIL-1APAP). La afinidad de la forma soluble de IL-1RA es 5 veces mayor que la de las formas intercelulares. A pesar de la búsqueda científica intensiva, la función de este último sigue siendo desconocida. Eksperimety in vitro han demostrado que la inhibición de la actividad de IL-1 beta concentración requerida de IL-1Pa 10-100 veces que exceden el límite de las condiciones de in vivo requiere un aumento mil veces en la concentración de IL-1 Pa. Este hecho puede explicar parcialmente la deficiencia relativa de IL-1 RA y el exceso de IL-1 en la sinovia de pacientes con osteoartritis.

La segunda clase de inhibidores naturales de citoquinas está representada por receptores solubles de citoquinas. Un ejemplo de tales inhibidores en humanos relacionados con la patogénesis de la osteoartrosis son pIL-1P y pp55. Los receptores de citoquinas solubles son formas truncadas de receptores normales, que se unen a las citocinas, que interfieren con su unión a los receptores asociados a la membrana de las células diana, actuando por el mecanismo del antagonismo competitivo.

El precursor principal de los receptores solubles es la IL-1PP unida a la membrana. La afinidad de rIL-IP con respecto a IL-1 e IL-1 PA es diferente. Por lo tanto, pIL-1PH tiene una afinidad mayor por IL-1p que por IL-1 PA, y pIL-1PI muestra una mayor afinidad por IL-1RA que por IL-ip.

Para el TNF también existen dos tipos de receptores solubles: pp55 y pp75, como los receptores solubles de IL-1, que se forman por "desdoblamiento" (dumping). In vivo, ambos receptores se encuentran en los tejidos de las articulaciones afectadas. El papel de los receptores solubles de TNF en la patogénesis de la osteoartritis es debatido. Se cree que en bajas concentraciones que estabilizan la estructura tridimensional de TNF y aumentan la vida media de la citoquina bioactivo, mientras que altas concentraciones de PP55 y PP75 pueden reducir la actividad de TNF por antagonismo competitivo. Aparentemente, pp75 puede actuar como un transportador de TNF, facilitando su unión al receptor asociado a la membrana.

La tercera clase de inhibidores naturales de citocinas está representada por un grupo de citoquinas antiinflamatorias, que incluyen TGF-beta, IL-4, IL-10 e IL-13. Las citoquinas antiinflamatorias reducen la producción de proinflamatorios, así como algunas proteasas, estimulan la producción de IL-1RA y TIMP.