^

Egészség

A kristálylerakódások szerepe az osteoarthritis patogenezisében

, Orvosi szerkesztő
Utolsó ellenőrzés: 06.07.2025
Fact-checked
х

Minden iLive-tartalmat orvosi szempontból felülvizsgáltak vagy tényszerűen ellenőriznek, hogy a lehető legtöbb tényszerű pontosságot biztosítsák.

Szigorú beszerzési iránymutatásunk van, és csak a jó hírű média oldalakhoz, az akadémiai kutatóintézetekhez és, ha lehetséges, orvosilag felülvizsgált tanulmányokhoz kapcsolódik. Ne feledje, hogy a zárójelben ([1], [2] stb.) Szereplő számok ezekre a tanulmányokra kattintható linkek.

Ha úgy érzi, hogy a tartalom bármely pontatlan, elavult vagy más módon megkérdőjelezhető, jelölje ki, és nyomja meg a Ctrl + Enter billentyűt.

A bázikus kalcium-foszfát (BCP) kristályok az osteoarthritisben szenvedő betegek 30-60%-ánál találhatók meg az ízületi folyadékban. A. Swan és munkatársai (1994) szerint a kalciumtartalmú kristályok sokkal nagyobb számú osteoarthritisben szenvedő beteg ízületi folyadékában találhatók; azonban a kristályok rendkívül kis mérete vagy kis számuk miatt hagyományos technikákkal nem azonosíthatók. A BCP kristályok jelenléte az ízületi folyadékban korrelál az ízületi porc degenerációjának radiológiai jeleivel, és nagyobb mennyiségű folyadékgyülemhez kapcsolódik, mint a kristályok nélküli térdízületekben lévő folyadékgyülem. A gonartrózis radiográfiai progresszióját befolyásoló tényezők vizsgálata kimutatta, hogy a kalcium-pirofoszfát-dihidrát (CPPD) kristályok lerakódása a kedvezőtlen klinikai és radiológiai kimenetel előrejelzője. Egy idős betegeken végzett vizsgálatban az osteoarthritist chondrocalcinosissal hozták összefüggésbe, különösen a térd laterális tibiofemorális rekeszében és az első három metakarpofalangeális ízületben. Nem ritka, hogy mindkét típusú kristály, az OFC és a PFC is megtalálható az osteoarthritisben szenvedő betegeknél.

Klinikailag a kalciumkristály-lerakódás okozta ízületi porcdegeneráció eltér az elsődleges oszteoarthrosisban megfigyelhetőtől. Ha a kristályok a porcdegeneráció egyszerű mellékjelenségei lennének, akkor a primer oszteoarthrosis által leggyakrabban érintett ízületekben, azaz a térdben, a csípőben és a kéz kis ízületeiben lennének megtalálhatók. Ezzel szemben a kristálylerakódásos betegségek leggyakrabban azokat az ízületeket érintik, amelyek nem jellemzőek az elsődleges oszteoarthrosisra, például a vállat, a csuklót és a könyököt. A kristályok jelenléte az ízületi (effúziós) folyadékban súlyosabb ízületi porcdegenerációval jár. Vitatott kérdés, hogy melyik az ok és melyik a következmény, a kristálylerakódás vagy a porcdegeneráció. Egy köztes álláspontot a következő feltételezés foglal el: a porc anyagcseréjének primer rendellenessége vezet a degenerációjához, a kristályok másodlagos lerakódása pedig felgyorsítja a lebomlását (az úgynevezett amplifikációs hurok elmélete).

Az ízületi porc károsodásának pontos mechanizmusa nem ismert. Elméletileg a kalciumkristályok közvetlenül károsíthatják a porcsejteket. A szövettani vizsgálat azonban ritkán mutat kristályokat a porcsejtek közelében, és még ritkábban jutnak be azok a porcsejtekbe. A legvalószínűbb mechanizmus a kristályok fagocitózisa a szinoviális bélések sejtjei által, amelyet proteolitikus enzimek felszabadulása vagy citokinek szekréciója követ, amelyek stimulálják a porcsejtek enzimfelszabadulását. Ezt a koncepciót alátámasztja a PFKD által kiváltott szinovitisz szerepének vizsgálata a pirofoszfát ízületi gyulladásban gyorsan progresszív osteoarthritis kialakulásában. Ebben a vizsgálatban kalcium-pirofoszfát-dihidrát kristályokat (1 vagy 10 mg) injektáltak hetente a részleges laterális meniscectomia által kiváltott osteoarthritisben szenvedő nyulak jobb térdébe. Kiderült, hogy 8 injekció után a jobb térdízület szignifikánsan súlyosabb elváltozásokat mutatott a balhoz képest. A szinoviális gyulladás intenzitása korrelált a kalcium-pirofoszfát-dihidrát kristályok intraartikuláris injekcióival és azok dózisával. Annak ellenére, hogy a CPPD kristályok ebben a vizsgálatban alkalmazott dózisai meghaladják az in vivo értékeket, az eredmények a CPPD által kiváltott gyulladás szerepét jelzik az osteoarthritis progressziójában pirofoszfát artropathiában.

A kalciumtartalmú kristályok által kiváltott ízületi porckárosodás lehetséges mechanizmusai összefüggésben állnak mitogén tulajdonságaikkal, az MMP-k indukálására való képességükkel és a prosztaglandin-szintézis stimulálásával.

Kalciumtartalmú kristályok mitogén hatása. Kristályokkal összefüggő ízületi betegségek esetén gyakran megfigyelhető az ízületi hártya sejtjeinek proliferációja, és maguk a kristályok csak részben felelősek ezért a folyamatért. Az ízületi sejtek számának növekedését a citokinek fokozott szekréciója kíséri, amelyek elősegítik a porcszövet lebontását és proteolitikus enzimek szekrécióját indukálják. Az emberi ízületi patológiában található koncentrációkban az OFC kristályok dózisfüggően stimulálják a nyugalmi bőr fibroblaszt tenyészetek, valamint a kutya és egér ízületi fibroblasztok mitogenezisét. A kalcium-pirofoszfát-dihidrát, urát, szulfát, karbonát és kalcium-foszfát kristályai stimulálják a sejtnövekedést. Az ezen kristályok által indukált ( 3H )-timidin beépülés kezdete és csúcsa 3 órával eltolódik a sejtek vérszérummal történő stimulálásához képest. Ez az időtartam szükséges lehet a kristályok fagocitózisához és feloldódásához. Az azonos méretű kontrollkristályok (pl. gyémántpor vagy latex részecskék) hozzáadása nem stimulálta a mitogenezist. A nátrium-urát-monohidrát kristályok gyenge mitogén tulajdonságokkal rendelkeztek, és szignifikánsan gyengébbek voltak a kalcium-uráténál, ami a kristályok kalciumtartalmának fontosságát jelzi a mitogenezisben. A szintetikus OFC kristályok ugyanolyan mitogén tulajdonságokkal rendelkeztek, mint a chondrocalcinosisban szenvedő betegektől kapott kristályok. A kalciumtartalmú kristályok mitogén hatása in vitro nem a környező táptalaj kalciumtartalmának növekedéséből eredt, mivel a bázikus kalcium-foszfát kristályok táptalajban való oldódása nem serkentette a ( 3H )-timidin fibroblasztok általi beépülését.

Az OFC által kiváltott mitogenezis egyik javasolt mechanizmusa az, hogy az abnormális szinoviális sejtszaporodás legalább részben az endocitózisnak és a kristályok intracelluláris feloldódásának tudható be, ami növeli a citoplazmatikus Ca2 + koncentrációját és aktiválja a kalciumfüggő útvonalat, ami a mitogenezishez vezet. Ezt az elképzelést alátámasztja a közvetlen sejt-kristály érintkezés szükségessége a mitogenezis stimulálásához, mivel a sejtkultúrák kristályokkal való érintkezése sejtnövekedést indukált, míg az ilyen érintkezéstől megfosztott sejtek expozíciója nem. A sejt-kristály kölcsönhatást követő kristályfagocitózis szükségességének vizsgálatához sejteket 45Ca -OPC-vel és ( 3H )-timidinnel tenyésztettek. Azt találták, hogy a 45Ca -OPC-t tartalmazó sejtek szignifikánsan több (3H )-timidint beépítettek, mint a bázikus kalcium-foszfát jelölés nélküli sejtek. Makrofágkultúrákban a kristály endocitózis citokalazin általi gátlása a kristályfeloldódás gátlását eredményezte, ami tovább hangsúlyozza a fagocitózis szükségességét.

A kalciumtartalmú kristályok savban oldódnak. Fagocitózis után a kristályok a makrofág fagolizoszómáinak savas környezetében oldódnak. A klorokin, az ammónium-klorid, a bafilomicin A1 és az összes lizoszomális pH-t növelő lizoszomotróp szer dózisfüggően gátolja az intracelluláris kristályoldódást és a (3H)-timidin felvételét bázikus kalcium-foszfát kristályokkal tenyésztett fibroblasztokban .

Az OFC kristályok hozzáadása egyrétegű fibroblaszt kultúrához az intracelluláris kalcium azonnali tízszeres növekedését okozta, amely 8 perc elteltével visszatért az alapértékre. A kalcium forrása túlnyomórészt extracelluláris ion volt, mivel a bázikus kalcium-foszfát kristályokat kalciummentes táptalajhoz adtuk. A következő intracelluláris kalciumkoncentráció-növekedést 60 perc elteltével figyeltük meg, és legalább 3 órán át tartott. Itt a kalcium forrása a fagolizoszómákban oldott fagocitált kristályok voltak.

Megállapították, hogy az OFC kristályok mitogén hatása hasonló a PDGF növekedési faktorként való hatásához; az utóbbihoz hasonlóan az OFC kristályok szinergizmust mutatnak az IGF-1-gyel és a vérplazmával. Az IGF-1 blokkolása csökkenti a sejtek mitogenezisét az OFC-re adott válaszként. PG Mitchell és munkatársai (1989) kimutatták, hogy a Balb/c- 3 T3 fibroblasztokban a mitogenezis OFC kristályok általi indukciójához szerin/treonin protein kináz C (PKC) jelenléte szükséges, amely a sejtek hormonokkal, neurotranszmitterekkel és növekedési faktorokkal történő külső stimulációja során keletkező jelek egyik fő mediátora. A PKC aktivitásának csökkenése a Balb/c-3 T3 sejtekben gátolja a c-fos és c-myc protoonkogének OFC által közvetített indukcióját, de nem befolyásolja ezen onkogének PDGF által közvetített stimulációját.

A fagocitált kristályok feloldódását követő intracelluláris kalciumszint-növekedés nem az egyetlen jelátviteli útvonal a mitogenezishez. Amikor a növekedési faktorok, mint például a PDGF, a membránreceptorukhoz kötődnek, stimulálódik a foszfolipáz C (egy foszfodiészteráz), amely hidrolizálja a foszfatidilinozitol-4,5-biszfoszfátot, így hozva létre az intracelluláris hírvivőket, az inozitol-3-foszfátot és a diacilglicerint. Az előbbi a kalciumot szabadítja fel az endoplazmatikus retikulumból a kalciumfüggő és kalcium/kalmodulin-függő enzimek, például a protein-kinázok és proteázok aktivitásának modulálásával.

R. Rothenberg és H. Cheung (1988) beszámoltak a foszfatidilinozitol-4,5-biszfoszfát fokozott lebontásáról foszfolipáz C által nyúl szinoviális sejtekben OFC kristályokkal történő stimulációra adott válaszként. Ez utóbbi jelentősen megnövelte az inozitol-1-foszfát tartalmát a jelölt ( 3H )-inozitollal rendelkező sejtekben; a csúcsot 1 percen belül érték el, és körülbelül 1 órán át tartott.

A diacilglicerin a kalcium-pirofoszfát-dihidrát potenciális aktivátora. Mivel az OFC kristályok növelik a foszfolipáz C aktivitását, ami a diacilglicerin felhalmozódásához vezet, következésképpen a PKC aktiváció növekedése várható. PG Mitchell és munkatársai (1989) összehasonlították az OFC kristályok és a PDGF hatását a Balb/c- 3T3fibroblasztok DNS-szintézisére. Sejtkultúrában a PKC-t inaktiválták a sejtek tumort támogató forbol-diészterrel (TPD), egy diacilglicerin analóggal történő inkubálásával. Az alacsony dózisú TPD-vel történő hosszú távú stimuláció csökkentette a PKC aktivitását, míg a nagy dózisú egyszeri stimuláció aktiválta. Az OFC kristályok általi DNS-szintézis stimulációja a PKC inaktiválása után gátolt volt, ami jelzi ennek az enzimnek a fontosságát az OFC által indukált mitogenezisben. Korábban GM McCarthy és munkatársai (1987) kimutatták az összefüggést az emberi fibroblasztok OFC kristályokra adott mitogén válasza és a PKC aktiváció között. Az OFC kristályok azonban nem aktiválják a foszfatidilinozitol-3-kinázt vagy a tirozin-kinázokat, ami megerősíti, hogy az OFC kristályok általi sejtaktiválás mechanizmusa szelektív.

A sejtszaporodást egy protoonkogénnek nevezett géncsoport szabályozza. A c-fos és c-myc protoonkogének termékei, a foe és mye fehérjék a sejtmagban lokalizálódnak és specifikus DNS-szekvenciákhoz kötődnek. A 3T3 fibroblasztok OFC kristályokkal történő stimulálása néhány percen belül c-fos expressziót eredményez, amely a stimulációt követő 30 percen belül éri el a maximumát. A c-myc transzkripció indukciója OFC kristályok vagy PDGF által 1 órán belül megtörténik, és a stimulációt követő 3 óra elteltével éri el a maximumát. A sejtek legalább 5 órán át megemelkedett c-fos és c-myc transzkripciós szintet tartanak fenn. Inaktivált PCD-vel rendelkező sejtekben a c-fos és c-myc OFC vagy TFD kristályok általi stimulációja jelentősen gátolt, míg ezen gének PDGF általi indukciója nem változik.

A mitogén-aktivált protein-kináz (MAP K) család tagjai kulcsfontosságú szabályozói a különféle intracelluláris jelátviteli kaszkádoknak. E család egyik alosztálya, a p42/p44, a sejtek proliferációját szabályozza egy olyan mechanizmuson keresztül, amely magában foglalja a protoonkogének c-fos és c-jun aktiválását. Az OFC és PFKD kristályok egy olyan protein-kináz jelátviteli útvonalat aktiválnak, amelyben mind a p42, mind a p44 részt vesz, ami arra utal, hogy ez az útvonal szerepet játszik a kalciumtartalmú kristályok által indukált mitogenezisben.

Végül, az OFC által indukált mitogenezisben részt vesz a transzkripciós faktor nukleáris faktor κB (NF-κB), amelyet először immunglobulin κ könnyűlánc (IgK) génként írtak le. Ez egy indukálható transzkripciós faktor, amely számos jelátviteli útvonalban fontos, mivel szabályozza a különböző gének expresszióját. Az NF-κB indukciója általában az IκB-nek nevezett gátló fehérjék felszabadulásával párosul a citoplazmából. Az NF-κB indukcióját az aktív transzkripciós faktor transzlokációja követi a sejtmagba. Az OFC kristályok NF-κB-t indukálnak Balb/c- 3T3 fibroblasztokban és emberi bőr fibroblasztokban.

Az NF-κB aktivációját követő jelátvitelben számos útvonal játszhat szerepet, de mindegyik protein-kinázokat foglal magában, amelyek foszforilálják (és így lebontják) az IκB-t. In vitro vizsgálatok alapján korábban úgy gondolták, hogy az IκB szubsztrátként szolgál kinázok (pl. PKC és protein-kináz A) számára. Azonban a közelmúltban azonosítottak egy nagy molekulatömegű IκB kináz komplexet. Ezek a kinázok specifikusan az IκB szerin aminosavait foszforilálják. Az NF-κB TNF-α és IL-1 általi aktiválásához az NF-κB-indukáló kináz (NIK) és az IκB kináz hatékony működése szükséges. A NIK aktiváció molekuláris mechanizmusa jelenleg ismeretlen. Bár az OFC kristályok aktiválják mind a PKC-t, mind az NF-κB-t, a két folyamat közötti összefüggés mértéke ismeretlen. Mivel a GκB kináz módosítása foszforiláción keresztül történik, a PKC szerepe az NF-κB OFC kristályok általi indukciójában a foszforiláció és a GκB kináz aktiválása révén nem zárható ki. Ezt a koncepciót alátámasztja az OFC kristályok által indukált mitogenezis és az NF-κB expresszió gátlása a PKC inhibitor staurosporin által. Hasonlóképpen, a staurosporin gátolhatja a GκB kinázt, és így gátolja a protein-kináz A-t és más protein-kinázokat.

Így az OFC-kristály által indukált mitogenezis mechanizmusa fibroblasztokban legalább két különböző folyamatot foglal magában:

  • egy gyors, membránhoz kötött esemény, amely a PKC és a MAP K aktiválódását, az NF-κB és a protoonkogének indukcióját eredményezi,
  • a kristályok lassabb intracelluláris oldódása, ami a Ca2 + intracelluláris tartalmának növekedéséhez, majd számos kalciumfüggő folyamat aktiválódásához vezet, amelyek stimulálják a mitogenezist.

trusted-source[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

MMP-kalciumtartalmú kristályok indukciója

A kalciumtartalmú kristályok által okozott szövetkárosodás mediátorai az MMP-k - kollagenáz-1, stromelizin, 92 kD zselatináz és kollagenáz-3.

Az OFC kristálytartalom és az ízületi szövetek károsodása közötti összefüggés alapján felállítottak egy hipotézist, miszerint az OFC kristályokat és esetleg néhány kollagént a szinoviális sejtek fagocitálnak. A stimulált szinovociták szaporodnak és proteázokat választanak ki. Ezt a hipotézist in vitro tesztelték természetes vagy szintetikus OFC, PFCD és más kristályok hozzáadásával tenyésztett emberi vagy kutya szinovocitákhoz. A semleges proteázok és kollagenázok aktivitása dózisfüggően nőtt, és körülbelül 5-8-szor magasabb volt, mint a kristályok nélkül tenyésztett kontroll sejtkultúra aktivitása.

Kristálytartalmú táptalajon tenyésztett sejtekben kollagenáz-1, stromelizin és zselatináz-92 kDa mRNS együttes indukcióját észlelték, majd enzimek szekrécióját a táptalajba.

Az OFC kristályok a kollagenáz-1 és a kollagenáz-2 mRNS felhalmozódását is indukálták érett sertéskondrocitákban, majd az enzimek szekrécióját a táptalajba.

GM McCarty és munkatársai (1998) a sejten belüli kristályoldódás szerepét vizsgálták a kristályok által kiváltott MMP-termelésben. A lizoszomális pH bafilomicin A-val történő emelése gátolta a sejten belüli kristályoldódást, és csökkentette az emberi fibroblasztok OFC-kristályokra adott proliferatív válaszát is, de nem gátolta az MMP szintézisét és szekrécióját.

Sem a bázikus kalcium-foszfát, sem a PFCD kristályok nem indukáltak IL-1 termelést in vitro, de a nátrium-urát kristályok igen.

A jelenlegi adatok egyértelműen arra utalnak, hogy a fibroblasztok és a porcsejtek közvetlenül stimulálják az MMP-termelést kalciumtartalmú kristályokkal való érintkezéskor.

Az osteoarthritis tünetei az MMP jelentős szerepére utalnak a betegség progressziójában. A kalciumtartalmú kristályok jelenléte fokozza az érintett ízületek szöveteinek degenerációját.

A prosztaglandin szintézis stimulálása

A sejtnövekedés és az enzimek szekréciójának stimulálása mellett a kalciumtartalmú kristályok prosztaglandinok, különösen PGE2 felszabadulását okozzák emlős sejtkultúrákban . A PGE2 felszabadulása minden esetben a sejtek kristályokkal való érintkezését követő első órán belül történik. R. Rothenberg (1987) megállapította, hogy a PGE2 szintéziséhez szükséges arachidonsav fő forrásai a foszfatidilkolin és a foszfatidiletanol-amin, és azt is megerősítette, hogy a foszfolipáz A2 és a NOX a PGE2termelésének domináns útvonalai.

A PGE1 OFA kristályokra adott válaszként is felszabadulhat. GM McCarty és munkatársai (1993, 1994) a PGE2 , a PGE és analógja, a misoprosztol hatását vizsgálták az emberi fibroblasztok OFA kristályokra adott mitogén válaszára. Mindhárom szer dózisfüggő módon gátolta a mitogén választ, a PGE és a misoprosztol kifejezettebb gátló aktivitást mutatott. A PGE2 és a misoprosztol, de nem a PGE2 , gátolta a kollagenáz mRNS felhalmozódását OFA kristályokra adott válaszként.

MG McCarty és H. Cheung (1994) vizsgálták a PGE által kiváltott OFC-közvetített sejtaktiváció mechanizmusát. A szerzők kimutatták, hogy a PGE, amely a PGE2-nél és a PGE2-nél erősebb intracelluláris cAMP induktora , gátolja az OFC által indukált mitogenezist és MMP-termelést egy cAMP-függő jelátviteli útvonalon keresztül. Lehetséges, hogy az OFC kristályok által indukált PGE-termelés növekedése egy visszacsatolási mechanizmuson keresztül gyengíti azok egyéb biológiai hatásait (mitogenezist és MMP-termelést).

Kristály okozta gyulladás

A kalciumtartalmú kristályok gyakran megtalálhatók az oszteoartrózisban szenvedő betegek ízületi folyadékában, azonban az akut gyulladásos epizódok leukocitózissal ritkák mind az oszteoartrózisban, mind a kristályokkal összefüggő ízületi betegségekben (például Milwaukee váll szindróma). A kristályok gyulladáskeltő potenciálját számos gátló tényező módosíthatja. R. Terkeltaub és munkatársai (1988) kimutatták, hogy a vérszérum és a plazma képes jelentősen gátolni a neutrofil granulociták válaszát a bázikus kalcium-foszfát kristályokra. Az ilyen gátlást okozó tényezők a kristálykötő fehérjék. Ezen fehérjék egyikének, egy 2 -HS glikoproteinnek (AHSr) a vizsgálata kimutatta, hogy az AHSr a neutrofil granulociták OFC kristályokra adott válaszának legerősebb és legspecifikusabb inhibitora. Az AHSr egy máj eredetű szérumfehérje; Ismert, hogy más szérumfehérjékhez képest viszonylag magas koncentrációban található meg a csontokban és az mineralizáló szövetekben. Ezenkívül az AHSr jelen van a "nem gyulladt" ízületi folyadékban, és a natív ízületi folyadék bázikus kalcium-foszfát kristályain is kimutatták. Így nem zárható ki annak a lehetősége, hogy az AHSr in vivo modulálja a bázikus kalcium-foszfát kristályok flogogén potenciálját.

A fentiek összegzésére bemutatjuk az osteoarthritis patogenezisének két sémáját, amelyet WB van den Berg és munkatársai javasoltak. (1999) és M. Carrabba és mtsai. (1996), amelyek mechanikai, genetikai és biokémiai tényezőket kombinálnak.

You are reporting a typo in the following text:
Simply click the "Send typo report" button to complete the report. You can also include a comment.