Peran deposisi kristal pada patogenesis osteoartritis

Pada 30-60% pasien dengan osteoarthritis, kristal kalsium fosfat dasar (OFC) pada cairan artikular terdeteksi. Menurut A. Swan dan rekan penulis (1994), kristal yang mengandung kalsium ditemukan pada cairan sendi pada jumlah pasien osteoartritis yang jauh lebih besar, namun karena ukuran kristal yang terlalu kecil atau jumlahnya kecil, tidak diidentifikasi dengan menggunakan teknik konvensional. Kehadiran kristal kalsium fosfat dasar dalam cairan sendi berkorelasi dengan tanda radiografi degenerasi kartilago artikular dan dikaitkan dengan volume efusi yang besar dibandingkan dengan efusi pada sendi lutut tanpa kristal. Studi tentang faktor-faktor yang mempengaruhi perkembangan radiologis gonarthrosis menunjukkan bahwa pengendapan kristal kalsium pirofosfat dihidrat (PFCD) adalah prediktor hasil klinis dan radiologis yang tidak menguntungkan. Dalam studi pasien lansia, ditemukan bahwa osteoartritis dikaitkan dengan chondrocalcinosis, terutama di bagian tibiofemoral lateral sendi lutut dan pada tiga sendi metakarpofalangeal pertama. Seringkali, pada pasien dengan osteoarthritis, kedua jenis kristal - OFC dan PFCD - terdeteksi.

Secara klinis, degenerasi kartilago artikular, yang disebabkan oleh pengendapan kristal yang mengandung kalsium, berbeda dengan pada osteoarthritis primer. Jika kristal adalah epiphenomenon sederhana degenerasi tulang rawan, mereka akan ditemukan pada persendian yang paling sering terkena osteoarthritis primer, yaitu. Di lutut, pinggul, sendi kecil tangan. Sebaliknya, penyakit pengendapan kristal sering mempengaruhi atipikal untuk sendi osteoarthrosis primer - bahu, pergelangan tangan, ulnar. Kehadiran kristal pada cairan sendi (eksudat) dikaitkan dengan degenerasi kartilago artikular yang lebih parah. Pertanyaan tentang apa penyebabnya dan apa konsekuensinya adalah pengendapan kristal atau degenerasi tulang rawan. Posisi menengah diasumsikan oleh asumsi berikut: anomali primer metabolisme kartilago menyebabkan degenerasi, dan pengendapan sekunder kristal mempercepat degradasi (teori yang disebut loop amplifikasi).

Mekanisme yang tepat dari kerusakan pada kartilago artikular dengan kristal yang mengandung kalsium tidak diketahui, elemen masing-masing diberikan di bawah ini. Secara teoritis, kristal yang mengandung kalsium dapat secara langsung merusak kondrosit. Namun, dengan pemeriksaan histologis, kristal jarang dilokalisasi di dekat kondrosit, mereka bahkan kurang diserap oleh mereka. Yang paling mungkin adalah fagositosis kristal oleh sel-sel lapisan sinovial, diikuti pelepasan enzim proteolitik atau sekresi sitokin yang merangsang pelepasan enzim oleh khondrosit. Konsep ini dikonfirmasi oleh studi tentang peran sinovitis yang diinduksi PFCD dalam pengembangan osteoarthritis yang berkembang pesat pada arthropati pirofosfat. Dalam penelitian ini, kelinci dengan osteoarthritis, yang disebabkan oleh disleksiaektomi lateral parsial, mendapat kalsium pirofosfat dihidrat (1 atau 10 mg) seminggu sekali di sendi lutut kanan. Ternyata setelah 8 suntikan di sendi lutut kanan terjadi perubahan yang jauh lebih serius dibanding yang kiri. Intensitas peradangan sinovial berkorelasi dengan injeksi intraartikular kristal kalsium pirofosfat yang dihidrat dan dosisnya. Terlepas dari kenyataan bahwa dosis kristal PFCD yang digunakan dalam penelitian ini melebihi yang in vivo, hasilnya menunjukkan peran peradangan yang diinduksi PFCD dalam perkembangan osteoarthritis pada artritis pyrophosphate.

Mekanisme potensial kristal yang mengandung kalsium yang menyebabkan kerusakan pada tulang rawan artikular dikaitkan dengan sifat mitogeniknya, kemampuan untuk menginduksi MMP, dan merangsang sintesis prostaglandin.

Efek mitogenik dari kristal yang mengandung kalsium. Pada arthropathies yang berhubungan dengan kristal, proliferasi sel lapisan sinovial sering diamati, dan kristal itu sendiri sebagian bertanggung jawab atas proses ini. Peningkatan jumlah sel sinovial disertai oleh peningkatan sekresi sitokin, yang meningkatkan chondrolysis dan menyebabkan sekresi enzim proteolitik. Kristal OCK dalam konsentrasi yang ditemukan dalam patologi persendian pada manusia dosis-secara dependen merangsang mitogenesis kultur fibroblas kulit istirahat, fibroblas sinovial pada anjing dan tikus. Kristal kalsium pirofosfat dihidrat, urat, sulfat, karbonat dan kalsium fosfat merangsang pertumbuhan sel. Permulaan dan puncak inklusi ( ³ H) - timidin, yang disebabkan oleh kristal ini, digeser 3 jam dibandingkan dengan stimulasi sel serum. Mungkin, periode waktu ini diperlukan untuk fagositosis dan pembubaran kristal. Penambahan kristal kontrol dengan ukuran yang sama (misalnya debu berlian atau partikel lateks) tidak merangsang mitogenesis. Kristal urat natrium monohidrat memiliki sifat mitogenik yang lemah dan secara signifikan lebih rendah dari pada kalsium urat, yang mengindikasikan nilai penting dalam mitogenesis kandungan kalsium dalam kristal. Kristal sintetis OFC memiliki sifat mitogenik yang sama seperti kristal yang diperoleh dari pasien dengan chondrocalcinosis. Efek mitogenik dari kristal yang mengandung kalsium bukanlah hasil dari peningkatan kandungan kalsium di dalam sel yang mengelilingi media nutrisi secara in vitro, karena pembubaran kristal kalsium fosfat dasar dalam media nutrisi tidak distimulasi oleh penggabungan fibroblas ( ³ H) -imetiline.

Salah satu mekanisme yang diusulkan dari mitogenesis yang disebabkan oleh OFC adalah sebagai berikut: proliferasi sel sinovial anomali dapat dikaitkan (setidaknya sebagian) dengan endositosis dan pembubaran kristal intraselular, yang menyebabkan peningkatan konsentrasi Ca ²⁺ dalam sitoplasma sel dan pengaktifan jalur yang bergantung pada kalsium, menyebabkan mitogenesis. Untuk mendukung konsep ini, diperlukan kontak langsung sel kristal untuk merangsang mitogenesis, karena memperlihatkan kultur sel terhadap kristal menyebabkan pertumbuhan sel, dan memperlihatkan sel-sel yang kekurangan kontak tersebut tidak menyebabkan pertumbuhan mereka. Untuk mempelajari kebutuhan fagositosis kristal mengikuti interaksi sel-kristal, sel-sel dibiakkan dengan ⁴⁵ Ca-OFK dan ( ³ H) -imetris. Ternyata yang mengandung ⁴⁵ sel Ca-OFC termasuk jumlah yang jauh lebih besar ( ³ H) -ymatine daripada sel tanpa diberi label dengan kalsium fosfat dasar. Dalam kultur makrofag, penghambatan sitokrin dari endositosis pada kristal menyebabkan penghambatan pembubaran kristal, yang juga menekankan perlunya fagositosis.

Kristal yang mengandung kalsium larut dalam asam. Setelah fagositosis, kristal larut dalam media asam dengan fagolysosom makrofag. Klorokuin, amonium klorida, bafilomisin A1 dan semua agen lisosomotor yang meningkatkan dosis pH lisosomal - secara dependen menghambat pelarutan kristal intraseluler dan penyerapan ( ³ H) - timidin dalam fibroblas yang diolah dengan kristal kalsium fosfat dasar.

Penambahan kristal OFC ke kultur fibroblast monolayer menyebabkan peningkatan sepuluh kali lipat dalam kandungan kalsium intraseluler, yang kembali ke garis dasar setelah 8 menit. Sumber kalsium sebagian besar merupakan ion ekstraselular, karena kristal kalsium fosfat dasar ditambahkan ke media nutrisi bebas kalsium. Kenaikan konsentrasi kalsium intraseluler selanjutnya diamati setelah 60 menit dan berlangsung paling sedikit 3 jam. Di sini, sumber kalsium adalah kristal fagosit yang larut dalam fagoleptosom.

Telah ditetapkan bahwa efek mitogenik kristal RPC serupa dengan PDGF sebagai faktor pertumbuhan; Seperti yang terakhir, kristal OFC menunjukkan sinergi berkenaan dengan IGF-1 dan plasma darah. Blokade IGF-1 mengurangi mitogenesis sel sebagai respons terhadap OF. PG Mitchell dan rekan penulis (1989) menunjukkan bahwa induksi induksi fibroblast Balb / c- ₃ T ₃ dengan kristal OFC memerlukan adanya serin / protein protein kinase C (PKC), salah satu mediator utama sinyal yang dihasilkan oleh stimulasi luar sel oleh hormon, neurotransmitter dan faktor. Pertumbuhan. Menurunkan aktivitas PKC di sel-sel Balb / c- ₃ T ₃ menghambat induksi FCS-dimediasi protooncogenes c-fos dan c-myc, tapi tidak berpengaruh pada stimulasi onkogen ini dimediasi oleh PDGF.

Peningkatan kandungan kalsium intraselular setelah pembubaran kristal fagositosis bukan satu-satunya jalur pensinyalan untuk mitogenesis. Ketika faktor pertumbuhan, seperti PDGF, mengikat reseptor membrannya, fosfolipase C (phospho-diestease) dirangsang yang menghidrolisis phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate untuk membentuk utusan intraselular-inositol-3-fosfat dan diasilgliserol. Mantan melepaskan kalsium dari retikulum endoplasma, memodulasi aktivitas enzim yang bergantung pada kalsium dan kalsium / calmodulin, seperti protein kinase dan protease.

R. Rothenberg dan N. Cheung (1988) melaporkan peningkatan degradasi fosfolipase C dari phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate pada sel synovial kelinci sebagai respons terhadap stimulasi kristal OFC. Yang terakhir ini secara signifikan meningkatkan kandungan inositol-1-fosfat dalam sel dengan label ( ³ H) -inositol; Puncaknya dicapai dalam waktu 1 menit dan berlangsung sekitar 1 jam.

Diacyl-gllycerol adalah aktivator potensial kalsium pirofosfat dihidrat. Karena kristal CRC meningkatkan aktivitas fosfolipase C, yang menyebabkan akumulasi diacylglycerol, seseorang dapat mengharapkan peningkatan aktivasi PKC. PG Mitchell et al (1989) membandingkan efek dari FCS-kristal dan PDGF pada fibroblas sintesis DNA dari Balb / c- ₃ T ₃. Dalam kultur sel, PKC dilemahkan oleh inkubasi sel dengan pemicu phorbol diesterifikasi tumor (TFA), analog diasilgliserol. Rangsangan yang berkepanjangan dengan dosis rendah TFA mengurangi aktivitas PKC, sedangkan stimulasi tunggal dengan aktivasi dosis tinggi. Stimulasi sintesis DNA oleh kristal RPC ditekan setelah inaktivasi PKC, yang mengindikasikan pentingnya enzim ini dalam mitogenesis yang diinduksi oleh OFC. Sebelumnya, GM McCarthy dan rekan penulis (1987) menunjukkan hubungan respon mitogenik fibroblas manusia terhadap kristal OFC dengan aktivasi PKC. Namun, kristal OFC tidak mengaktifkan kinase fosfatidylinositol-3-kinase atau tirosin kinase, yang memastikan bahwa mekanisme aktivasi sel oleh kristal OPC selektif.

Proliferasi sel dikendalikan oleh sekelompok gen yang disebut proto-onkogen. Protein musuh dan thu, produk proto-onkogen c-fos dan c-shus dilokalisasi di dalam inti sel dan dikaitkan dengan urutan DNA yang spesifik. Stimulasi ZT3-fibroblas oleh kristal OCP menghasilkan ekspresi c-fos selama beberapa menit, yang mencapai maksimum setelah 30 menit setelah stimulasi. Induksi transkripsi dengan kristal OFC atau PDGF terjadi dalam waktu 1 jam dan mencapai maksimum setelah 3 jam setelah stimulasi. Setidaknya sel 5 jam mendukung peningkatan tingkat transkripsi c-fos dan c-myc. Pada sel dengan PKC yang tidak aktif, stimulasi kristal c-fos dan c-muss RPA atau TPD secara signifikan terhambat, sementara induksi gen PDGF ini tidak berubah.

Perwakilan keluarga protein kinase mitogen yang diaktifkan (MAP K) adalah regulator kunci dari berbagai kaskade sinyal intraselular. Salah satu subkelas keluarga ini, p42 / p44, mengatur proliferasi sel dengan mekanisme yang melibatkan aktivasi proto-onkogen c-fos dan c-jun. Kristal OFC dan PFCD mengaktifkan jalur sinyal protein kinase, di mana kedua p42 dan p44 berpartisipasi, yang mengindikasikan peran jalur ini dalam mitogenesis yang disebabkan oleh kristal yang mengandung kalsium.

Akhirnya, dalam mitogenesis yang diinduksi oleh OFC, faktor nuklir transkripsi KB (NF-kB), yang pertama kali digambarkan sebagai gen rantai imunoglobulin ringan (IgK), terlibat. Ini adalah faktor transkripsi yang diinduksi, penting untuk banyak jalur pensinyalan, karena ini mengatur ekspresi berbagai gen. Induksi NF-kB biasanya dikaitkan dengan pelepasan protein penghambat dari sitoplasma, yang disebut 1kB. Setelah menginduksi NF-kB, translokasi faktor transkripsi aktif ke nukleus terjadi. Kristal OFC menginduksi NF-kB pada fibroblas Balb / c- ₃ T ₃ dan fibroblas kulit manusia.

Beberapa jalur mungkin terlibat dalam transmisi sinyal setelah aktivasi NF-κB, namun semuanya melibatkan protein kinase yang menghasilkan fosforilasi (dan dengan demikian menurunkan) 1 kB. Berdasarkan hasil penelitian in vitro, sebelumnya diasumsikan bahwa 1 kB berfungsi sebagai substrat untuk kinase (misalnya, PKC dan protein kinase A). Namun, kompleks kinase 1 kB dengan berat molekul besar baru-baru ini diidentifikasi. Kinase ini secara khusus mengandung residu serin fosforilat 1 kB. Aktivasi NF-kV TNF-a dan IL-1 memerlukan tindakan efektif NF-KB-inducing kinase (NIC) dan 1KB kinase. Mekanisme molekuler aktivasi NIC saat ini belum diketahui. Terlepas dari kenyataan bahwa kristal OFC mengaktifkan PKC dan NF-kV, tidak diketahui sejauh mana kedua proses ini dapat dihubungkan. Karena modifikasi kinase GKB dilakukan dengan fosforilasi, peran PKC dalam induksi oleh terapi kristal NF-KB oleh fosforilasi dan aktivasi kinase GKB tidak dikesampingkan. Untuk mendukung konsep ini, penghambatan PKC oleh staurosporin OFC-induced induced mitogenesis dan ekspresi NF-KB dapat berfungsi sebagai pendukung untuk konsep ini. Demikian pula, staurosporin dapat menghambat kinase GkV, dan karena itu, menghambat protein kinase A dan protein kinase lainnya.

Dengan demikian, mekanisme mitogenesis yang diinduksi oleh RPC pada fibroblas mencakup setidaknya dua proses yang berbeda:

• Kejadian terikat membran yang cepat, yang menyebabkan aktivasi PKC dan MAP K, induksi NF-KB dan proto-onkogen,
• pelarutan intraseluler pelarut kristal yang lebih lambat, yang menyebabkan peningkatan kandungan intraselular Ca ²⁺, dan kemudian mengaktifkan sejumlah proses yang bergantung pada kalsium yang merangsang mitogenesis.

[1], [2], [3]

Induksi kristal mengandung MMP-kalsium

Mediator kerusakan jaringan dengan kristal yang mengandung kalsium adalah MMP-collagenase-1, stromelysin, 92 kD gelatinase dan collagenase-3.

Dengan mempertimbangkan hubungan antara isi kristal OFK dan penghancuran jaringan sendi, sebuah hipotesis telah maju, yang menurutnya kristal RPA dan, mungkin, beberapa kolagen fagositosis oleh sel sinovial. Simulasi sinovvit berkembang biak dan mensekresikan protease. Hipotesis ini diuji secara in vitro dengan penambahan kristal sintetis alami atau sintetis RPA, PFCD, dan lainnya terhadap kultur synovitis manusia atau anjing. Tingkat aktivitas protease dan kolagenase netral meningkat dosis-tergantung dan kira-kira 5-8 kali lebih tinggi daripada kultur kontrol sel yang dibudidayakan tanpa kristal.

Pada sel yang dikultur dalam media yang mengandung kristal, co-induksi mRNA kolagenase-1, stromelysin dan gelatinase-92 kD terdeteksi dengan sekresi enzim berikutnya ke media.

Kristal OFC juga menyebabkan akumulasi kolagenase-1 mRNA dan kolagenase-2 pada chondrosit babi dewasa dengan sekresi enzim berikutnya ke medium.

GM McCarty dan rekan penulis (1998) mempelajari peran pembubaran kristal intraselular dalam produksi MMP yang mengkristal. Peningkatan pH lisosomal dengan bafilomisin A, menghambat pelarutan kristal intraselular, dan juga memperlemah respons proliferasi fibroblas manusia terhadap kristal OFC, namun tidak menghambat sintesis dan sekresi MMP.

Baik kristal kalsium fosfat dasar maupun PFCD tidak menginduksi produksi IL-1 secara in vitro, berbeda dengan kristal natrium urat.

Data saat ini dengan jelas menunjukkan stimulasi langsung produksi MMP oleh fibroblas dan kondrosit saat kontak dengan kristal yang mengandung kalsium.

Gejala osteoarthritis memberi kesaksian tentang peran penting MMP dalam perkembangan penyakit ini. Kehadiran kristal yang mengandung kalsium meningkatkan degenerasi jaringan sendi yang terkena.

Stimulasi sintesis prostaglandin

Seiring dengan stimulasi pertumbuhan sel, sekresi enzim, kristal yang mengandung kalsium menyebabkan pelepasan prostaglandin dari kultur sel mamalia, terutama PGE ₂. Pelepasan PGE- ₂ dalam semua kasus terjadi dalam satu jam pertama setelah terpapar sel ke kristal. R. Rothenberg (l 987) telah menetapkan bahwa sumber utama arakidonat acid untuk sintesis PGE ₂ adalah fosfatidilkolin dan phosphatidylethanolamine, dan juga menegaskan fosfolipase bahwa A ₂ dan FOOT - produksi jalur dominan PGE ₂.

Menanggapi efek kristal CPC, PGE1 juga bisa dilepas. GM McCarty dan rekan penulis ( 1993, 1994 ) mempelajari efek PGE ₂, PGE, dan analog misoprostol pada respon mitogenik fibroblas manusia terhadap kristal OFC. Ketiga agen menghambat respons mitogenik dengan cara yang tergantung dosis, dengan PGE dan misoprostal menunjukkan aktivitas penghambatan yang lebih nyata. PGE, dan misoprostol, tapi bukan PGE _2, menghambat akumulasi mRNA kolagenase sebagai respons terhadap efek kristal OFC.

MG McCarty dan N. Cheung (1994) menyelidiki mekanisme aktivasi sel PGE yang dimediasi RPC. Para penulis menunjukkan bahwa PGE, induktor cAMP intraseluler yang lebih kuat daripada PGE- ₂ dan PGE, menghambat mitogenesis yang diinduksi OFC dan produksi MMP melalui jalur pensinyalan yang bergantung pada cAMP. Ada kemungkinan bahwa peningkatan produksi PGE yang disebabkan oleh kristal OFK melemahkan efek biologis (mitogenesis dan produksi MMP) mereka lainnya oleh mekanisme umpan balik.

Peradangan diinduksi oleh kristal

Kristal yang mengandung kalsium sering ditemukan pada cairan sinovial pada pasien dengan osteoartritis, namun episode peradangan akut dengan leukositosis jarang terjadi pada osteoartritis dan arthropathies terkait-kristal (misalnya sindrom "bahu sendi Milwaukee"). Potensi phlogistic dari kristal dapat dimodifikasi dengan sejumlah faktor penghambat. R. Terkeltaub dkk (1988) menunjukkan kemampuan serum dan plasma darah untuk secara signifikan menghambat respon granulosit neutrofil terhadap kristal kalsium fosfat dasar. Faktor yang menyebabkan penghambatan tersebut adalah protein pengikat kristal. Studi tentang satu protein semacam itu - glikoprotein _2- HS (AHSr) - menunjukkan bahwa ANSG adalah penghambat neutrofil granulosit yang paling manjur dan spesifik terhadap kristal. Protein AHSr - whey asal hati; Diketahui bahwa dibandingkan dengan protein serum darah lainnya, konsentrasi ini relatif tinggi yang terkandung dalam jaringan tulang dan mineral. Sebagai tambahan, AHSr hadir dalam cairan sinovial "tidak meradang", dan juga ditemukan pada kristal kalsium fosfat dasar pada cairan sinovial asli. Dengan demikian, probabilitas modulasi AHSr terhadap potensial phlogogenic dari kristal kalsium fosfat dasar yang dalam kondisi in vivo tidak dikecualikan .

Meringkas semua hal di atas, kami menyajikan dua skema patogenesis osteoartritis, yang diajukan oleh WB van den Berg dan rekan penulis (1999) dan M. Sarrabba dan rekan penulis (1996), yang menggabungkan faktor mekanis, genetik dan biokimia.