De rol van kristalafzetting in de pathogenese van osteoartritis

Bij 30-60% van de patiënten met artrose worden kristallen van basisch calciumfosfaat (OFC) in gewrichtsvloeistof gedetecteerd. Volgens A. Swan et al (1994), calciumhoudende kristallen in de synoviale vloeistof van een veel groter aantal patiënten met artrose, echter, als gevolg van een te geringe omvang van de kristallen of kleine hoeveelheid, kunnen ze niet worden geïdentificeerd door conventionele technieken. Aanwezigheid van basische calciumfosfaat kristallen in de synoviale vloeistof correleren met radiologische tekenen van gewrichtskraakbeen degeneratie, en is geassocieerd met een grote hoeveelheid exsudaat vergeleken met effusie in de kniegewrichten zonder kristallen. Een onderzoek van factoren die de radiografische progressie gonarthrose gebleken dat de afzetting van kristallen van calcium- pyrofosfaat dihydraat (PFKD) is een voorspeller van ongunstige klinische en radiologische resultaten. In het onderzoek bij oudere patiënten gevonden dat osteoartritis is gekoppeld chondrocalcinosis, vooral in de laterale tibiofemoralnom afdeling van het kniegewricht en de eerste drie van de metacarpofalangeale gewrichten. Vaak worden bij patiënten met artrose beide soorten kristallen gedetecteerd - OFC en PFCD.

Klinisch gezien verschilt de degeneratie van gewrichtskraakbeen, veroorzaakt door de afzetting van calciumbevattende kristallen, van die in primaire osteoartritis. Als de kristallen een eenvoudig epifenomeen zouden zijn van kraakbeendegeneratie, zouden ze worden aangetroffen in gewrichten die het vaakst worden beïnvloed door primaire osteoartritis, d.w.z. In de knie, heup, kleine gewrichten van de handen. In tegendeel, de ziekte van afzetting van kristallen treft vaker atypisch voor de primaire osteoartrose gewrichten - schouder, pols, ellepijp. De aanwezigheid van kristallen in het gewrichtsvloeistof (exsudaat) gaat gepaard met een meer ernstige degeneratie van het gewrichtskraakbeen. De vraag wat de oorzaak is en wat de consequentie is, is de afzetting van kristallen of de degeneratie van het kraakbeen. De tussenliggende positie wordt verondersteld door de volgende veronderstelling: de primaire anomalie van het kraakbeenmetabolisme leidt tot zijn degeneratie en de secundaire afzetting van kristallen versnelt de afbraak ervan (de zogenaamde theorie van de versterkingskringloop).

Het exacte mechanisme van schade aan het gewrichtskraakbeen met calciumbevattende kristallen is niet bekend, de individuele elementen worden hieronder gegeven. Theoretisch kunnen calciumbevattende kristallen chondrocyten rechtstreeks beschadigen. Bij histologisch onderzoek zijn de kristallen echter zelden in de buurt van de chondrocyten gelokaliseerd, ze worden er zelfs minder vaak door geabsorbeerd. Het meest waarschijnlijke is fagocytose kristallen synoviale voering cellen met daaropvolgende isolatie van proteolytische enzymen en cytokinen secretie stimuleert de secretie van enzymen door chondrocyten. Dit concept wordt bevestigd door de studie van de rol van door PFCD geïnduceerde synovitis bij de ontwikkeling van snel voortschrijdende artrose bij pyrofosfaatarthropathie. Tijdens deze studie in konijnen met geïnduceerde osteoarthritis gedeeltelijke laterale meniscectomie in de rechter kniegewricht geïnjecteerd calciumpyrofosfaat dihydraatkristal (1 of 10 mg), 1 keer per week. Het bleek dat na 8 injecties in het rechterkniegewricht er significant meer ernstige veranderingen waren in vergelijking met de linker. Intensiteit van synoviale ontsteking was gecorreleerd met intra-articulaire injectie van calciumpyrofosfaatkristallen dihydraat en hun dosis. Ondanks het feit dat gebruikt in deze studie, doses van kristallen PFKD groter zijn dan die in vivo, de resultaten suggereren een rol voor PFKD-geïnduceerde ontsteking in de progressie van artrose in het pyrofosfaat artropathie.

Potentiële mechanismen van calciumbevattende kristalinducerende schade aan gewrichtskraakbeen zijn geassocieerd met hun mitogene eigenschappen, het vermogen om MMP te induceren en de synthese van prostaglandinen te stimuleren.

Mitogeen effect van calciumhoudende kristallen. In kristallosciated artropathieën wordt vaak proliferatie van synoviale cellijnen waargenomen, en de kristallen zelf zijn slechts gedeeltelijk verantwoordelijk voor dit proces. Het verhogen van het aantal synoviale cellen gepaard met een verhoogde uitscheiding van cytokines die chondrolysis bevorderen en ervoor zorgen dat de afscheiding van proteolytische enzymen. OFC kristallen in concentraties aangetroffen in de pathologie van de gewrichten in een menselijke dosis afhankelijke gestimuleerde mitogenese kweken rusten huidfibroblasten, synoviale fibroblasten honden en muizen. Kristallen van calciumpyrofosfaat-dihydraat, uraat, sulfaat, carbonaat en of calciumfosfaat de celgroei stimuleert. Starten en inschakelen piek ( ³ H) -thymidine, induceerde deze kristallen worden gecompenseerd door 3 uur vergeleken met serumstimulering bloedcellen. Misschien is deze tijdsperiode noodzakelijk voor fagocytose en oplossen van de kristallen. De toevoeging van controlekristallen van dezelfde grootte (bijv. Diamantstof of latexdeeltjes) stimuleerde geen mitogenese. Kristallen van natrium uraat monohydraat zwakke mitogene eigenschappen en inferieur aan die van calcium uraat, hetgeen het belang van mitogenese in calciumgehalte in de kristallen. Synthetische kristallen OFC bezaten dezelfde mitogene eigenschappen als kristallen verkregen van patiënten met chondrocalcinose. Calciumkristallen mitogeen effect was niet het gevolg van verhoging van het calciumgehalte in het medium rondom de cellen in vitro, zoals de belangrijkste door oplossen calciumfosfaat kristallen in het medium had opname van (stimuleerde ³ H) -thymidine fibroblasten.

Een van de voorgestelde mechanismen FCS-geïnduceerde mito ontstaan is als volgt: de abnormale proliferatie van synoviale cellen worden geassocieerd (ten minste gedeeltelijk) met endocytose en intracellulaire oplossen van de kristallen, wat leidt tot een verhoging van de concentratie van Ca ²⁺ in het cytoplasma en de activering van calcium-way leidend tot mitogenese. Ter ondersteuning van dit concept dient de behoefte aan direct contact van de cel - het kristal te mitogenese als celcultuur expositie van kristallen veroorzaakt celgroei en de blootstelling cel te stimuleren, beroofd van de mogelijkheid van een dergelijk contact, heeft hun groei veroorzaken. Om te onderzoeken fagocytose nodig kristallen na de interactie van een cel - kristalcellen gekweekt met ⁴⁵ Ca-FCS en ( ³ H) -thymidine. Het bleek dat met ⁴⁵ Ca CPCH cellen omvatten een veel groter aantal ( ³ H) thymidine dan cellen gelabeld zonder primaire calciumfosfaat. De onderdrukking van macrofaagkweek cytochalasine endocytose kristallen veroorzaakte remming van ontbinding van kristallen, die ook benadrukt fagocytose.

Calciumhoudende kristallen zijn oplosbaar in zuur. Na fagocytose lossen de kristallen op in een zuur medium met fagolysosomen van macrofagen. Chloroquine, ammoniumchloride, bafilomitsin lizosomotrofnye A1 en alle middelen die toenemen lysosomale pH dosisafhankelijk remmen de intracellulaire opname en oplossen van de kristallen ( ³ H) -thymidine fibro-ontploffing gekweekt met primaire kristallen van calciumfosfaat.

Toevoeging van OFC-kristallen aan een monolaag fibroblastkweek veroorzaakte een onmiddellijke tienvoudige toename in intracellulair calciumgehalte, dat na 8 minuten terugkeerde naar de basislijn. De bron van calcium was voornamelijk een extracellulair ion, omdat de kristallen van basisch calciumfosfaat werden toegevoegd aan het calciumvrije voedingsmedium. De volgende toename in intracellulaire calciumconcentratie werd waargenomen na 60 minuten en duurde ten minste 3 uur Hier was de bron van calcium gefagocyteerde kristallen opgelost in fagolysosomen.

Er is vastgesteld dat het mitogene effect van RPC-kristallen vergelijkbaar is met dat van PDGF als een groeifactor; zoals de laatste vertonen de OFC-kristallen synergie met betrekking tot IGF-1 en bloedplasma. De blokkering van IGF-1 vermindert de mitogenese van cellen als reactie op de OF. PG Mitchell et al (1989) toonden aan dat de kristallen FCS-inductie van mitogenese fibroblasten Balb / c- ₃ T ₃ vereisen een serine / threonine proteïne kinase C (PKC) - een van de voornaamste mediatoren van signalen opgewekt aan een externe stimulatie cellen hormonen, neurotransmitters en factoren groei. Verlaging PKC-activiteit in cellen van Balb / c- ₃ T ₃ remt FCS-gemedieerde inductie van proto-oncogenen c-fos en c-myc, maar heeft geen effect op de stimulatie van deze oncogenen gemedieerd door PDGF.

Verhoogde intracellulaire calciumgehalte na oplossen gefagocyteerd kristal - niet de enige weg voor het signaal mitogenese. Wanneer de groeifactoren zoals PDGF bindt met een membraan receptor stimuleert fosfolipase C (fosfo-diesteraza) die 4,5-bisfosfaat gidroliziruetfosfatidilinozitol intracellulaire messengers vorming - inositol-3-fosfaat idiatsilglitserola. De eerste releases calcium uit het endoplasmatisch reticulum door het moduleren van de activiteit van calcium afhankelijke en calcium / calmoduline afhankelijke enzymen zoals proteïnekinasen en proteasen.

Rothenberg R. En H. Cheung (1988) rapporteerde verbeterde afbraak van fosfolipase C fosfatidylinositol 4,5-bisfosfaat konijnen in synoviale cellen in reactie op stimulatie met FCS-kristallen. Recente aanzienlijke verhoging van het gehalte van inositol-1-fosfaat in de cellen met het gelabelde ( ³ H) inositol; de piek werd binnen 1 minuut bereikt en duurde ongeveer 1 uur.

Diacyl-glycerol is een potentiële activator van calciumpyrofosfaat dihydraat. Omdat de CRC-kristallen de activiteit van fosfolipase C verhogen, wat leidt tot de accumulatie van diacylglycerol, kan daarom een verhoging van de activatie van PKC worden verwacht. PG Mitchell et al (1989) vergeleek de effecten van FCS-kristallen en PDGF fibroblasten op DNA-synthese van Balb / c- ₃ T ₃. In celkweek werd PKC geïnactiveerd door incubatie van cellen met een tumor-fixerende forbol diester (TFA), een analoog van diacylglycerol. Langdurige stimulatie met lage doses TFA verlaagt de activiteit van PKC, terwijl een enkele stimulatie met een hoge dosis wordt geactiveerd. De stimulering van DNA-synthese door RPC-kristallen werd onderdrukt na inactivatie van PKC, wat het belang van dit enzym in de door OFC geïnduceerde mitogenese aangeeft. Eerder demonstreerden GM McCarthy en co-auteurs (1987) de verbinding van de mitogene respons van menselijke fibroblasten met de OFC-kristallen met activering van PKC. De OFC-kristallen activeren echter geen fosfatidylinositol-3-kinase- of tyrosinekinasen, wat bevestigt dat het mechanisme van celactivering door OPC-kristallen selectief is.

Celproliferatie wordt geregeld door een groep genen die proto-oncogenen worden genoemd. Eiwitten, vijand en thu, producten van proto-oncogenen c-fos en c-shus zijn gelokaliseerd in de celkern en zijn geassocieerd met specifieke DNA-sequenties. Stimulatie van ZT3-fibroblasten door OCP- kristallen resulteert in de expressie van c-fos gedurende enkele minuten, die een maximum bereikt na 30 minuten na stimulatie. De inductie van transcriptie met -muis OFC-kristallen of PDGF vindt plaats binnen 1 uur en bereikt een maximum na 3 uur na stimulatie. Ten minste 5 h-cellen ondersteunen een verhoogd niveau van transcriptie van c-fos en c-myc. In cellen met geïnactiveerde PKC wordt de stimulatie van c-fos en c-muss kristallen van RPA of TPD significant geremd, terwijl inductie van deze PDGF-genen niet verandert.

Vertegenwoordigers van de door mitogeen geactiveerde proteïnekinasefamilie (MAP K) zijn sleutelregelaars van verschillende intracellulaire signaalcascades. Eén van de subklassen van deze familie, p42 / p44, reguleert de proliferatie van cellen door een mechanisme dat de activering van de proto-oncogenen c-fos en c-jun omvat. De OFC- en PFCD-kristallen activeren de proteïne-kinase-signaleringsroute, waarbij zowel p42 als p44 deelnemen, wat de rol van deze route in mitogenese geïnduceerd door calciumbevattende kristallen aangeeft.

Tenslotte, in de OFC-geïnduceerde mitogenese, is de transcriptie nucleaire factor KB (NF-kB), die voor het eerst werd beschreven als het lichte keten immunoglobuline tot (IgK) gen, betrokken. Dit is een geïnduceerde transcriptiefactor, belangrijk voor vele signaalroutes, omdat het de expressie van verschillende genen reguleert. De inductie van NF-KB wordt gewoonlijk geassocieerd met de afgifte van remmende eiwitten uit het cytoplasma, genaamd 1 kB. Na de NF-KB-inductie treedt translokatie van de actieve transcriptiefactor op de kern op. OFC kristallen induceert NF-kB in Balb / c- ₃ T ₃ fibroblasten en menselijke huidfibroblasten.

Verscheidene routes kunnen betrokken zijn bij signaaltransmissie na de activering van NF-KB, maar alle omvatten eiwitkinasen die 1 kB fosforyleren (en aldus degraderen). Op basis van de resultaten van in vitro studies werd eerder aangenomen dat 1 kB als een substraat voor kinasen dient (bijv. PKC en proteïnekinase A). Er is echter recent een kinasecomplex van 1 kB met een groot molecuulgewicht geïdentificeerd. Deze kinasen fosforyleren specifiek serineresten van 1 kB. Activatie van NF-kV TNF-a en IL-1 vereisen de effectieve werking van NF-KB-inducerende kinase (NIC) en 1 KB kinase. Het moleculaire mechanisme van NIC-activering is momenteel niet bekend. Ondanks het feit dat OFC-kristallen zowel PKC als NF-kV activeren, is het niet bekend in welke mate deze twee processen kunnen worden verbonden. Aangezien modificatie van de STB wordt uitgevoerd door kinase fosforylering wordt niet uitgesloten rol van PKC in de inductie van NF-kristallen CPCH kV door fosforylering en kinaseactivering STB. Ter ondersteuning van dit concept kan remming van PKC door staurosporine OFC-kristallijn geïnduceerde mitogenese en NF-KB-expressie als een ondersteuning voor dit concept dienen. Evenzo kan staurosporine het GkV-kinase remmen en daarom eiwitkinase A en andere eiwitkinasen remmen.

Het mechanisme van RPC-kristallijn-geïnduceerde mitogenese in fibroblasten omvat dus ten minste twee verschillende processen:

• snelle membraangebonden gebeurtenis, die leidt tot activering van PKC en MAP K, inductie van NF-KB en proto-oncogenen,
• langzamere intracellulaire dissolutie van de kristallen, wat leidt tot een toename van het intracellulaire gehalte van Ca ²⁺, en vervolgens tot de activering van een aantal calcium-afhankelijke processen die de mitogenese stimuleren.

[1], [2], [3]

De inductie van MMP-calcium-bevattende kristallen

Bemiddelaars van weefselbeschadiging met calcium-bevattende kristallen zijn MMP-collagenase-1, stromelysine, 92 kD gelatinase en collagenase-3.

Rekening houdend met de relatie tussen het gehalte aan OFK-kristallen en de vernietiging van gewrichtsweefsels, is een hypothese vooruitgegaan, volgens welke kristallen van RPA en mogelijk enkele collagenen door synoviale cellen worden gefagocyteerd. Gestimuleerde synovvits prolifereren en scheiden proteasen uit. Deze hypothese werd in vitro getest door de toevoeging van natuurlijke of synthetische kristallen van RPA, PFCD en andere aan de cultuur van synovitises van mens of hond. Het niveau van activiteit van neutrale proteasen en collagenasen nam dosisafhankelijk toe en was ongeveer 5-8 maal hoger dan in de controlecultuur van cellen die zonder kristallen waren gekweekt.

In cellen gekweekt in een kristal-bevattend medium, werd co-inductie van mRNA van collagenase-1, stromelysine en gelatinase-92 kD gedetecteerd met de daaropvolgende uitscheiding van enzymen in het medium.

OFC-kristallen veroorzaakten ook de accumulatie van collagenase-1 mRNA en collagenase-2 in rijpe varkenschondrocyten met daaropvolgende uitscheiding van enzymen in het medium.

GM McCarty en co-auteurs (1998) bestudeerden de rol van intracellulaire dissolutie van kristallen in de gekristalliseerde productie van MMP. Toenemende lysosomale pH met bafilomitsina Een depressieve intracellulaire oplossen van kristallen en verzwakking van de proliferatieve respons van humane fibroblasten kristallen CPCH, maar de synthese en uitscheiding van MMPs remt.

Noch kristallen van basisch calciumfosfaat noch PFCD induceerden geen productie van IL-1 in vitro, in tegenstelling tot natriumuraatkristallen.

De huidige gegevens wijzen duidelijk op directe stimulatie van MMP-productie door fibroblasten en chondrocyten na contact met calciumbevattende kristallen.

Symptomen van artrose getuigen van de belangrijke rol van MMP in de progressie van de ziekte. De aanwezigheid van calciumhoudende kristallen verbetert de degeneratie van de weefsels van de aangetaste gewrichten.

Stimulatie van prostaglandinesynthese

Naast stimulering van celgroei, secretie van enzymen calciumhoudende kristallen veroorzaakt het vrijkomen van prostaglandine uit de kweken van zoogdiercellen, in het bijzonder PGE ₂. De afgifte van PGE- ₂ gebeurt in alle gevallen binnen het eerste uur na blootstelling van de cellen aan de kristallen. R. Rothenberg (l 987) heeft vastgesteld dat de belangrijkste bron van arachidonzuur voor de synthese van PGE ₂ zijn fosfatidylcholine en fosfatidylethanolamine, en bevestigde ook dat fosfolipase ₂ en VOET - dominante pad productie van PGE ₂.

Als reactie op het effect van CPC-kristallen kan PGE1 ook worden vrijgegeven. GM McCarty en co-auteurs ( 1993, 1994 ) bestudeerden het effect van PGE ₂, PGE en de analoge misoprostol op de mitogene respons van menselijke fibroblasten op OFC-kristallen. Alle drie de middelen remden de mitogene respons op een dosisafhankelijke manier, waarbij PGE en misoprostal meer uitgesproken remmende activiteit vertoonden. PGE en misoprostol, maar niet PGE2 _, remden de accumulatie van mRNA van collagenase als reactie op het effect van OFC-kristallen.

MG McCarty en N. Cheung (1994) onderzochten het mechanisme van RPC-gemedieerde activering van PGE-cellen. De auteurs toonden aan dat PGE, een krachtiger inductor van intracellulair cAMP dan PGE- ₂ en PGE, de door OFC geïnduceerde mitogenese en MMP-productie remt via de cAMP-afhankelijke signaalroute. Het is mogelijk dat een toename van de PGE-productie geïnduceerd door OFK-kristallen hun andere biologische effecten (mitogenese en MMP-productie) verzwakt door het feedbackmechanisme.

Ontsteking veroorzaakt door kristallen

Calcium-kristallen worden vaak in de synoviale vloeistof van patiënten met osteoartritis, maar met episodes van acute ontsteking leukocytose zeldzaam in artrose en artropathieën op kristallassotsiirovannyh (bijvoorbeeld syndroom "schoudergewricht Milwaukee"). Het flogistische potentieel van de kristallen kan worden gemodificeerd door een aantal remmende factoren. R. Terkeltaub et al (1988) werd aangetoond dat serum en bloedplasma significant remt neutrofielenrespons granulotsitovov gekristalliseerd basisch calciumfosfaat. De factoren die dergelijke remming veroorzaken zijn kristal-bindende eiwitten. Onderzoek van één van deze eiwitten - een ₂ -HS glycoproteïne (AHSr) - gebleken dat ANSG is de meest krachtige en specifieke remmer van neutrofiele granulocyten als reactie kristallen CPCH. AHSR - weiproteïne van hepatische oorsprong; Het is bekend dat in vergelijking met andere serumeiwitten in relatief hoge concentraties in bot en gemineraliseerd weefsel. Bovendien AHSr aanwezig in "niet ontstoken" synoviale vloeistof en wordt gedetecteerd op de primaire kristallen van calcium- fosfaat in natieve gewrichtsvloeistof. Dus niet uitgesloten voor het moduleren waarschijnlijkheid AHSr flogogennogo mogelijke kern van calciumfosfaat kristallen in omstandigheden in vivo.

Samenvattend van al het bovenstaande presenteren we twee schema's van de pathogenese van osteoartritis, voorgesteld door WB van den Berg en co-auteurs (1999) en M. Sarrabba en co-auteurs (1996), die mechanische, genetische en biochemische factoren combineren.