Le rôle des enzymes et des cytokines dans la pathogenèse de l'arthrose

Ces dernières années, de nombreuses recherches ont porté sur l'identification des protéases responsables de la dégradation de la MEC du cartilage articulaire dans l'arthrose. Selon les idées modernes, un rôle important dans la pathogenèse de l'arthrose est joué par les métalloprotéases matricielles (MMP). Les patients souffrant d'arthrose ont un niveau accru de trois représentants de MMP - collagénases, stromélysines et gélatinases. Collagénase est responsable de la dégradation du collagène natif, stromélysine - collagène de type IV, la laminine et protéoglycanes, azhelatinaza - de la dégradation de la gélatine, le collagène IV, Vh types XI élastine. En outre, la présence d'une autre enzyme - aggrécanase, qui a les propriétés des MMPs et est responsable de la protéolyse des agrégats de protéoglycanes cartilagineux.

Le cartilage articulaire des collagénases humaines a identifié trois types de niveaux qui sont élevés chez les patients souffrant d'arthrose - collagénase-1 (MMP-1), collagénase-2 (MMP-8), la collagénase-3 (MMP-13). La coexistence de trois différents types de collagénases dans le cartilage articulaire indique que chacun d'entre eux joue son propre rôle spécifique. En effet, la collagénase-1 et -2 sont localisés principalement dans la zone intermédiaire et superficielle supérieure du cartilage articulaire, tandis que la collagénase-3 se trouve dans le fond des zones intermédiaires et profondes. En outre, les résultats des études immunohistochimiques ont montré que , pendant la progression du niveau de l' arthrose de la collagénase-3 atteint un plateau ou diminue même, tandis que on augmente progressivement le niveau de la collagénase-1. Il est prouvé que l' arthrose collagénase-1 est principalement impliquée dans le processus inflammatoire dans le cartilage articulaire, tandis que la collagénase-3 - dans le remodelage des tissus. Exprimé dans le cartilage de patients atteints d'arthrose de la collagénase 3 effectue la dégradation du collagène de type II de façon plus intensive que la collagénase-1.

Des représentants du deuxième groupe métalloprotéases stromelizinovu humain identifié comme trois - la stromélysine-1 (MMP-3), la stromélysine-2 (MMP-10) et la stromélysine-3 (MMP-11). Aujourd'hui, on sait que seule la stromélysine-1 est impliquée dans le processus pathologique de l'arthrose. Dans la membrane synoviale des patients atteints d'arthrose, la stromélysine-2 n'est pas détectée, mais elle a été détectée chez un très petit nombre de fibroblastes synoviaux de patients atteints de polyarthrite rhumatoïde. Stromelysin-3 est également trouvé dans la membrane synoviale des patients atteints de polyarthrite rhumatoïde à proximité des fibroblastes, en particulier dans les zones de fibrose.

Dans le groupe des gélatinases dans les tissus du cartilage humain identifié seulement deux - 92 kDa gélatinase (gélatinase B, ou MMP-9) et de 72 kDa de la gélatinase (gélatinase A, ou MMP-2); chez les patients souffrant d'arthrose, une augmentation du taux de gélatinase de 92 kD est déterminée.

Il n'y a pas si longtemps, on a identifié un autre groupe de MMP qui sont localisées à la surface des membranes cellulaires et qu'on appelle le type de membrane MMP (MMP-MT). À ce groupe appartiennent quatre enzymes - MMP-MT1-MMP-MT-4. L'expression de MMP-MT se trouve dans le cartilage articulaire humain. Bien que MMP-MT-1 possède les propriétés de la collagénase, les deux MMP-MT-1 et MMP-MT-2 sont capables d'activer la gélatinase-72 kD et la collagénase-3. Le rôle de ce groupe de MMP dans la pathogenèse de l'arthrose doit être affiné.

Les protéinases sont sécrétées sous la forme d'un zymogène, qui est activé par d'autres protéinases ou composés organiques du mercure. L'activité catalytique de la MMP dépend de la présence de zinc dans la zone active de l'enzyme.

L'activité biologique du MMP est contrôlée par des TIMP spécifiques. À ce jour, trois types de TIMP ont été identifiés dans les tissus articulaires humains, TIMP-1-TIMP-3. Le quatrième type de TIMP est identifié et cloné, mais il n'a pas encore été détecté dans les tissus articulaires humains. Ces molécules se lient spécifiquement au site actif de MMP, bien que certains d'entre eux sont capables de se lier au site actif de 72 kDa progélatinase (TIMP-2, -3, -4) et 92 kDa progélatinase (TIMP-1 et -3). Les données montrent que l'arthrose du cartilage articulaire dans un déséquilibre entre les MMP et TIMP qui se traduit par une carence relative des inhibiteurs qui peuvent être liés en partie à l'augmentation de l'activité MMP dans le tissu. TIMP-1 et -2 se trouvent dans le cartilage articulaire, ils sont synthétisés par les chondrocytes. Avec l'arthrose dans la membrane synoviale et le liquide synovial, seul le premier type de TIMP a été détecté. TIMP-3 est détecté exclusivement dans l'ECM. TIMP-4 a une séquence d'acides aminés presque identique avec TIMP-2 et -ZINA d'environ 38% de STIMP-1 de près de 50%. Dans d'autres cellules cibles, le TIMP-4 est responsable de la modulation de l'activation de la progestérase de 72 kD sur la surface cellulaire, ce qui indique un rôle important en tant que régulateur spécifique au tissu du remodelage ECM.

Un autre mécanisme pour contrôler l'activité biologique des MMP est leur activation physiologique. On pense que les enzymes de la famille des protéases à sérine et à cystéine, telles que l'AP / plasmine et la cathepsine B, respectivement, sont des activateurs physiologiques de la MMP. Dans le cartilage articulaire des patients atteints d'arthrose, un taux élevé d'urokinase (UAP) et de plasmine a été détecté.

Malgré le fait que plusieurs types de cathepsines se trouvent dans les tissus articulaires, la cathepsine-B est considérée comme l'activateur le plus probable de la MMP dans le cartilage. Dans les tissus de l'articulation humaine, des inhibiteurs physiologiques des protéases sérine et cystéine ont été détectés. L'activité de l'inhibiteur AP-1 (IAP-1), ainsi que des cystéines protéases, est réduite chez les patients souffrant d'arthrose. Comme dans le cas de la MMP / TIMP, c'est le déséquilibre entre les protéases sérine et cystéine et leurs inhibiteurs qui peut expliquer l'augmentation de l'activité des MMP dans le cartilage articulaire des patients atteints d'arthrose. De plus, les MMP sont capables de s'activer mutuellement. Par exemple, la stromélysine-1 active la collagénase-1, la collagénase-3 et la gélatinase 92 kD; La collagénase-3 active la gélatinase de 92 kD; MMP-MT active la collagénase-3, et la gélatinase-72 kD potentialise cette activation; La MMP-MT active également la gélatinase de 72 kD. Les cytokines peuvent être divisées en trois groupes: destructifs (pro-inflammatoires), régulateurs (y compris anti-inflammatoires) et anaboliques (facteurs de croissance).

Types de cytokines (selon van den Berg WB et al)

Destructeur	Interleukine-1 TNF-a Facteur inhibiteur leucémique Interleukine-17
Réglementaire	Interlekin-4 Interleukine-10 Interleukine-13 Inhibiteurs d'enzymes
Anabolisant	Facteurs de croissance semblables à ceux de Msulin TFR-b Protéines morphogénétiques osseuses Protéines morphogénétiques dérivées du cartilage

Cytokines destructrices, notamment augmentation induite par l' IL-1 dans la libération des proteases et inhibent la synthèse de protéoglycanes et de collagènes chondrocytes. Les cytokines régulatrices, en particulier l' IL-4 et -10, inhibent la production de l' antagoniste du récepteur d' IL-1, pour augmenter la production d'IL-1 (IL-1 RA), et réduisent l'activité de niveau et de NO-synthase dans les chondrocytes. Ainsi, l' IL-4 antagonise l' IL-1 de trois façons: 1) réduit la production et empêche ses effets, 2) augmente la production de « piégeur » de base IL-1 Pa et 3) réduit la production de messager secondaire primaire »» NO. En outre, l'IL-4 réduit la dégradation des tissus enzymatiques. Les conditions in vivo, l' effet thérapeutique optimal est atteint avec la combinaison de IL-4 et IL-10. Facteurs anaboliques, tels kakTFR-p, et IGF-1, ne pas vraiment interférer avec la production ou l' action de IL-1, mais montrant l'activité inverse, par exemple, stimulent la synthèse de protéoglycanes et de collagène, inhibent l' activité de la protéase et de TGF (3, inhibe également la libération d'enzymes et stimule leurs inhibiteurs.

Les cytokines pro-inflammatoires sont responsables de l'augmentation de la synthèse et de l'expression de la MMP dans les tissus articulaires. Ils sont synthétisés dans la membrane synoviale, puis diffusent dans le cartilage articulaire à travers le liquide synovial. Les cytokines pro-inflammatoires activent les chondrocytes qui, à leur tour, sont également capables de produire des cytokines pro-inflammatoires. Dans les articulations touchées par l'ostéoarthrose, le rôle de l'effecteur de l'inflammation est principalement joué par les cellules de la membrane synoviale. C'est la synovite du type macrophage qui sécrète des protéases et des médiateurs inflammatoires. Parmi eux, dans la pathogenèse de l'arthrose, l'IL-f, le TNF-a, l'IL-6, le facteur inhibiteur leucémique (LIF) et l'IL-17 sont impliqués dans la plus grande mesure.

Substances biologiquement actives qui stimulent la dégradation du cartilage articulaire dans l'arthrose

• Interleukine-1
• Interlekin-3
• Interlekin-4
• TNF-a
• Facteurs stimulant les colonies: macrophage (monocytaire) et granulocyte-macrophage
• Substance P
• PGE ₂
• Activateurs de plasminogène (types de tissus et d'urokinases) et de plasmine
• Métalloprotéases (collagénases, ellastases, stromélysines)
• Cathepsines A et B
• thriller
• Lipopolysaccharides bactériens
• Phospholipase Ag

Les données de la littérature indiquent que l'IL-ip et, éventuellement, le TNF-a, sont les principaux médiateurs de la destruction des tissus articulaires dans l'arthrose. Cependant, on ne sait toujours pas s'ils fonctionnent indépendamment les uns des autres ou s'il existe une hiérarchie fonctionnelle entre eux. Sur les modèles de l' arthrose chez les animaux , il a été montré que le blocage de l' IL-1 empêche efficacement la destruction du cartilage articulaire, alors que le blocage du TNF-alpha conduit à un affaiblissement de l' inflammation dans les tissus articulaires. Dans la membrane synoviale, le liquide synovial et le cartilage des patients, des concentrations accrues des deux cytokines ont été détectées. Les chondrocytes sont en mesure d'augmenter la synthèse des protéases non seulement (et principalement MMPs AP) , mais aussi collagènes mineures telles que les types I et III, ainsi que de réduire la synthèse des types de collagène II et IX et protéoglycanes. Ces cytokines stimulent également les espèces oxygénées actives et les médiateurs inflammatoires tels que la PGE ₂. Le résultat de ces changements macromoléculaires dans le cartilage articulaire avec l'arthrose est l'inefficacité des processus de réparation, ce qui conduit à une dégradation supplémentaire du cartilage.

Les cytokines pro-inflammatoires susmentionnées modulent les processus d'inhibition / activation de la MMP dans l'arthrose. Par exemple, le déséquilibre entre les niveaux de TIMP-1 et MMP dans le cartilage dans l' arthrose peut être médiée par l' IL-ip, parce que l'étude in vitro ont démontré que des concentrations croissantes de IL-1beta réduit la concentration de TIMP-1 et MMP augmentation de la synthèse par les chondrocytes. La synthèse de AP est également modulée par IL-1beta. La stimulation in vitro de chondrocytes du cartilage articulaire avec l' IL-1 vyzyvet augmentation dépendante de la dose dans la synthèse et la diminution AP forte de la synthèse de PAI-1. La capacité de IL-1 à réduire la synthèse de IAP-1 et à stimuler la synthèse de PA est un mécanisme puissant pour la génération de plasmine et l'activation de MMP. De plus, la plasmine n'est pas seulement une enzyme qui active d'autres enzymes, elle participe également au processus de dégradation du cartilage par protéolyse directe.

IL-ip est synthétisée sous forme d' une masse de précurseur inactif de 31 kDa (pré-IL-ip), AZAT, après clivage du peptide signal, est converti en la cytokine active à partir du poids de 17,5 kD. Dans les tissus des articulations, y compris la membrane synoviale et le liquide synovial du cartilage articulaire, l' IL-ip détectée sous forme active, et dans des études in vivo a démontré la capacité de la membrane synoviale dans l' arthrose sécréter cette cytokine. Certaines sérine protéases sont capables de convertir la pré-IL-ip en sa forme bioactive. Chez les mammifères, ces propriétés se trouvent dans une seule protease, qui appartient à la famille des enzymes de aspartatspetsificheskih cysteine appelé enzyme IL-1p conversion (IKF ou caspase-1). Cette enzyme est capable de convertir spécifiquement pré-IL-ip biologiquement actif « matures » IL-ip avec une masse de 17,5 kD. IKF - une proenzyme avec un poids moléculaire de 45 kDa (p45), qui est localisée dans la membrane cellulaire. Après proenzima clivage protéolytique de p45 pour former deux sous - unités, appelées p10 et p20, qui est caractéristique de l' activité enzymatique.

Le TNF-a est également synthétisé sous la forme d'un précurseur lié à la membrane avec une masse de 26 kD; par clivage protéolytique, il est libéré de la cellule sous forme soluble active avec une masse de 17 kD. Le clivage protéolytique est réalisé par l'enzyme de conversion du TNF-a (TNF-KF), qui appartient à la famille des adamalysines. AR Amin et ses co-auteurs (1997) ont trouvé une augmentation de l'expression de l'ARNm du TNF-CF dans le cartilage articulaire des patients souffrant d'arthrose.

L'activation biologique des chondrocytes et des synovitocytes IL-1 et TNF-a est médiée par la liaison à des récepteurs spécifiques à la surface des cellules - IL-R et TNF-R. Pour chaque cytokine, deux types de récepteurs ont été identifiés: l'IL-IP des types I et II et les types TNF-P I (p55) et II (p75). Pour la transmission des signaux dans les cellules des tissus articulaires, IL-1PI et p55 répondent. IL-1P type I a une affinité légèrement plus élevée pour IL-1beta que pour IL-1a; IL-1P type II - au contraire, a une plus grande affinité pour IL-1a que pour IL-ip. Il reste à savoir si l'IL-IP II de type II peut médier les signaux d'IL-1 ou s'il sert uniquement à inhiber de manière compétitive la liaison d'IL-1 au type IL-1PI. Dans hondroiitah et les fibroblastes synoviales de patients souffrant d'arthrose trouver une grande quantité d'IL-1PI et p55, ce qui explique la grande sensibilité de ces cellules à la stimulation par des cytokines pertinentes. Ce processus conduit à la fois à une augmentation de la sécrétion des enzymes protéolytiques et à la destruction du cartilage articulaire.

Il n'est pas exclu la participation de IL-6 dans le processus pathologique dans l'arthrose. Cette hypothèse est basée sur les observations suivantes:

• IL-6 augmente le nombre de cellules inflammatoires dans la membrane synoviale,
• IL-6 stimule la prolifération des chondrocytes,
• L'IL-6 amplifie les effets de l'IL-1 en augmentant la synthèse de MMP et en inhibant la synthèse des protéoglycanes.

Cependant, l'IL-6 est capable d'induire la production de TIMP, mais ne modifie pas la production de MMP est donc considéré que cette cytokine est impliquée dans le processus de confinement de la dégradation protéolytique du cartilage articulaire, qui est réalisée par un mécanisme de rétroaction.

Un autre représentant de la famille IL-6 est le LIF - cytokine, qui est produite par les chondrocytes obtenus à partir de patients atteints d'arthrose, en réponse à une stimulation par des cytokines pro-inflammatoires IL-IP et TNF-a. Le LIF stimule la résorption des protéoglycanes du cartilage, ainsi que la synthèse de la production de MMP et de NO. Le rôle de cette cytokine dans l'arthrose n'est pas entièrement compris.

L'IL-17 est un homodimère de 20-30 kD ayant une action de type IL-1, mais beaucoup moins prononcé. L'IL-17 stimule la synthèse et l'isolement d'un certain nombre de cytokines pro-inflammatoires, y compris IL-ip, TNF-a, IL-6 et MMP dans des cellules cibles, par exemple, dans des macrophages humains. En outre, l'IL-17 stimule la production de NO avec les chondrocytes. Comme le LIF, le rôle de l'IL-17 dans la pathogenèse de l'arthrose a été peu étudié.

Le NO radicalaire inorganique joue un rôle important dans la dégradation du cartilage articulaire avec l'arthrose. Les chondrocytes ont été obtenus à partir de patients souffrant d'arthrose, de produire une plus grande quantité de NO comme sponatanno et après stimulation par des cytokines pro-inflammatoires par rapport aux cellules normales. Des concentrations élevées de NO détecté dans le liquide synovial et le sérum de patients atteints d'arthrose - est le résultat d'une expression accrue et la synthèse de NO-synthase induite (de hNOC) - enzyme responsable de la production de NO. Récemment, l'ADN de hNOC spécifique des chondrocytes a été cloné, la séquence d'acides aminés de l'enzyme a été déterminée. La séquence d'acides aminés indique une identité de 50% et une similitude de 70% avec hNOC spécifique de l'endothélium et du tissu neural.

Le NO inhibe la synthèse des macromolécules de la MEC du cartilage articulaire et stimule la synthèse du MMP. De plus, une augmentation de la production de NO s'accompagne d'une diminution de la synthèse de l'antagoniste IL-IP (IL-1RA) par les chondrocytes. Ainsi, une augmentation du niveau d'IL-1 et une diminution de l'IL-1 RA conduisent à une hyperstimulation du NO des chondrocytes, ce qui à son tour conduit à une dégradation accrue de la matrice cartilagineuse. Des effets thérapeutiques in vivo d'un inhibiteur sélectif de l'hNOC sur la progression de l'arthrose expérimentale ont été rapportés .

Les inhibiteurs naturels des cytokines peuvent inhiber directement la liaison des cytokines aux récepteurs des membranes cellulaires, réduisant ainsi leur activité pro-inflammatoire. Les inhibiteurs naturels des cytokines peuvent être divisés en trois classes selon leur mode d'action.

La première classe d'inhibiteurs comprend des antagonistes du récepteur, qui empêchent la liaison du ligand à son récepteur par compétition pour le site de liaison. A ce jour, un tel inhibiteur n'a été trouvé que pour IL-1, l'inhibiteur compétitif susmentionné du système IL-1 / ILIP IL-1 PA. Blocs IL-1 RA plusieurs des effets qui sont observés dans les tissus des articulations dans l'arthrose, y compris la synthèse des prostaglandines par les cellules synoviales, la production de collagénase par les chondrocytes et de la dégradation du cartilage articulaire dans le cabinet.

L'IL-1PA est détectée sous différentes formes - une soluble (rIL-1PA) et deux intercellulaires (μIL-IPAI et μIL-1APAP). L'affinité de la forme soluble d'IL-1RA est 5 fois celle des formes intercellulaires. Malgré la recherche scientifique intensive, la fonction de ce dernier reste inconnue. Eksperimety in vitro ont montré que l' inhibition de l' activité de l' IL-1beta concentration requise de l' IL-1 Pa 10-100 fois supérieure à la limite dans les conditions de l' in vivo nécessite une augmentation mille de la concentration de IL-1 Pa. Ce fait peut partiellement expliquer la déficience relative de l'IL-1 RA et l'excès d'IL-1 dans la synoviale des patients atteints d'arthrose.

La deuxième classe des inhibiteurs naturels des cytokines est représentée par les récepteurs solubles des cytokines. Un exemple de tels inhibiteurs chez l'homme liés à la pathogenèse de l'ostéoarthrose est pIL-1P et pp55. Les récepteurs de cytokines solubles sont des formes tronquées des récepteurs normaux, se liant aux cytokines, ils interfèrent avec leur liaison aux récepteurs associés aux membranes des cellules cibles, agissant par le mécanisme de l'antagonisme compétitif.

Le principal précurseur des récepteurs solubles est l'IL-1PP liée à la membrane. L'affinité de rIL-IP par rapport à IL-1 et IL-1 PA est différente. Ainsi, pIL-1PH a une plus grande affinité pour IL-1p que pour IL-1 PA, et pIL-1PI montre une plus grande affinité pour IL-1RA que pour IL-ip.

Pour TNF également il existe deux types de récepteurs solubles - pp55 et pp75, comme les récepteurs IL-1 solubles, ils sont formés par "sheeding" (dumping). In vivo, les deux récepteurs sont présents dans les tissus des articulations touchées. Le rôle des récepteurs solubles du TNF dans la pathogenèse de l'arthrose est discuté. Il est suggéré qu'à de faibles concentrations, ils stabilisent la structure tridimensionnelle du TNF et augmentent la demi-vie de la cytokine bioactive, tandis que des concentrations élevées de pp55 et pp75 peuvent réduire l'activité du TNF par un antagonisme compétitif. Apparemment, pp75 peut agir comme un transporteur de TNF, facilitant sa liaison au récepteur associé à la membrane.

La troisième classe d'inhibiteurs naturels des cytokines est représentée par un groupe de cytokines anti-inflammatoires, qui comprennent TGF-bêta, IL-4, IL-10 et IL-13. Les cytokines anti-inflammatoires réduisent la production de pro-inflammatoires, ainsi que certaines protéases, stimulent la production d'IL-1RA et de TIMP.