Введение к работе
Актуальность проблемы
Остеоартроз (ОА) - это наиболее распространенное заболевание лиц пожилого возраста. Основным проявлением этого заболевания является эрозия суставного хряща, которая развивается вследствие повреждения и резорбции внеклеточного матрикса (ВКМ), окружающего хондроциты. ВКМ состоит преимущественно из коллагена второго типа и протеогликана аггрекана [Poole,2005] . В разрушении ВКМ принимают участие коллагеназы, в частности, коллагеназа 3 (ММР-13) и другие металлопротеиназы матрикса (ММР). Разрушение хряща при ОА сопровождается воспалительным процессом и характеризуется повышением экспрессии цитокинов, таких как интерлейкины (IL)-I а /р и фактор некроза опухолей (TNF)a, которые, как предполагается, активируют металлопротеиназы [Sandell et al.,2001]. В настоящее время считается, что разрушение хряща при ОА инициируется повышенной активностью цитокинов [Pelletier et al.,2006].
Вместе с тем при ОА в хряще также активируются анаболические процессы, которые могут быть причиной фенотипических изменений хондроцитов. В частности, такие фенотипические изменения могут включать элементы терминальной дифференцировки хондроцитов, характеризующейся повышением экспрессии коллагена 10 типа, признаки ранних фаз дифференцировки хондроцитов, о чем свидетельствует появление в матриксе коллагена 2А типа и де-дифференцировки клеток хрящевой ткани, что сопровождается экспрессией коллагенов 1 и 3 типов [Aigner et al.,2002].
Следует отметить, что изменения в клетках суставного хряща при ОА, в частности, очаги пролиферации хондроцитов с образованием клонов отдельных клеток, а также экспрессия генов коллагена 10 типа, аннексинов, щелочной фосфатазы и белка, родственного паратироидному гормону (PTHrP), кальцификация матрикса и гибель клеток посредством апоптоза, включая ускоренное расщепление коллагена 2 типа посредством ММР-13, также наблюдаются в
гипертрофных хондроцитах ростковой пластинки при эмбриональном развитии [Szuts et al., 1998].
В настоящее время не существует эффективных лекарственных препаратов, способных восстановить хрящевую ткань. Лечение заболевания проводится противовоспалительными и болеутоляющими средствами, которые могут вызвать осложнения [Poole,2005].
В связи с этим существует настоятельная необходимость поиска других подходов к лечению ОА, основанных на понимании клеточных и молекулярных механизмов этого заболевания.
Гипотеза: Поскольку в онтогенезе происходит резорбция хряща при замене его костью, мы предположили, что разрушение коллагенового матрикса при остеоартрозе может регулироваться механизмами, сходными с теми, которые ответственны за терминальную дифференцировку хондроцитов и резорбцию внеклеточного матрикса при развитии скелета.
Цель настоящей работы:
Исследовать роль клеточных и молекулярных механизмов в разрушении коллагенового матрикса суставного хряща при остеоартрозе.
Задачи исследования:
-
Определить маркерные гены, ответственные за процессы пролиферации и гипертрофии хондроцитов ростковой пластинки.
-
Сопоставить уровень активности расщепления коллагена 2 типа и характер экспрессии генов, отвечающих за дифференцировку хондроцитов, при развитии ранних фокальных повреждений хряща, подобных наблюдаемым при остеоартрозе у лиц пожилого возраста.
-
Изучить особенности экспрессии генов при дифференцировке хондроцитов здорового зрелого суставного хряща, при стимуляции расщепления коллагена.
4. Разработать способы подавления разрушения хряща путем подавления расщепление коллагена 2 типа, используя факторы, замедляющие процессы перехода хондроцитов к гипертрофии.
Научная новизна
Обосновано новое понимание механизма развития остеоартроза, дополняющее общепринятое представление о разрушении хряща при развитии заболевания, вследствие повышенной активности коллагеназ, индуцированных цитокинами.
Разрушение хряща при ОА происходит в результате изменений метаболизма суставных хондроцитов, сходных с теми, что наблюдаются при гипертрофии хондроцитов ростковой пластинки при морфогенезе и сопровождаются разрушением ВКМ. Наряду с процессом пролиферации, ранее описанным как клонирование хондроцитов в хряще больных ОА, они переходят в состояние сходное с состоянием фетальных хондроцитов из зоны гипертрофии, а именно экспрессируют коллаген 10 типа, ростовые факторы TGFpi и Indian hedgehog (Ihh), металлопротеиназы, включая коллагеназы. Именно коллагеназы, индуцированные гипертрофными изменениями суставных хондроцитов, разрушают коллаген внеклеточного матрикса, что приводит к деградации хрящевой ткани. На начальном этапе этот процесс может проходить при отсутствии воспаления.
-
-
В связи с этим впервые показано, что в относительно здоровых хрящах пожилых людей образование ранних ОА-подобных повреждений связано с усилением расщепления коллагена, что сопровождается повышением экспрессии генов гипертрофной фазы дифференцировки хондроцитов ростковой пластинки.
-
Впервые показано, что в случае искусственной стимуляции расщепления коллагена 2 типа в здоровом хряще также происходит усиление экспрессии генов и синтеза белков, свойственных гипертрофной фазе дифференцировки хондроцитов.
-
Впервые показано, что в культурах эксплантатов хрящей больных ОА на поздней стадии заболевания можно подавить расщепление коллагена 2 типа с одновременным ингибированием экспрессии генов, ответственных за гипертрофию фетальных хондроцитов, а также индукторов
воспаления - цитокинов, в присутствии TGF Р2 или при низких концентрациях простагландина Е2 (PGE2).
4. Впервые установлено, что в зрелых хондроцитах суставного хряща при ОА процессы расщепления коллагена 2 типа и экспрессия гипертрофного фенотипа взаимообуславливают друг друга и механизм деградации ВКМ в суставном хряще при ОА идентичен процессу разрушения внеклеточного матрикса хондроцитов ростковой пластинки при морфогенезе.
Научно-практическая значимость работы
Поскольку в основе повреждения коллагена 2 типа, а следовательно, разрушения хрящевой ткани при ОА лежат механизмы, сходные с теми, что наблюдаются при гипертрофии хондроцитов, регуляция гипертрофии может быть одним из перспективных направлений в терапии разрушения суставного хряща при ОА.
В частности, повышение уровня TGF Р2 и поддержание низких уровней PGE2 в суставной сумке будет способствовать подавлению расщепления коллагена и разрушению хрящевой ткани при ОА.
Предложенная в данной работе новая интерпретация механизма возникновения ОА позволит определить новые фармакологические мишени для лечения заболевания или предотвращения его развития на самой ранней стадии.
Положения, выносимые на защиту:
-
-
-
Хондроциты суставного хряща способны возобновить процесс дифференцировки, сходный с таковым у фетальных хондроцитов ростковой пластинки, и этот процесс лежит в основе резорбции хряща при остеоартрозе.
-
Дифференцировку хондроцитов суставного хряща можно инициировать in vitro агентами, стимулирующими первичное расщепление коллагена коллагеназой.
-
Дифференцировка хондроцитов лежит в основе разрушения хряща при возрастных изменениях, сходных с остеоартрозными, причем начинается она до изменений хряща, регистрируемых гистологически, и проявляется в повышении экспрессии генов,
которые активны в зонах пролиферации и гипертрофии ростковой пластинки.
4. Разрушение матрикса суставного хряща больных остеоартрозом можно остановить действием ростовых факторов, которые способны блокировать дифференцировку хондроцитов ростковой пластинки. Это сопровождается ингибированием маркерных генов дифференцировки хондроцитов и подавлением активности расщепления коллагена коллагеназой. Конкретное участие автора заключалось в планировании исследования, составлении программы, методики проведения работы, разработке методологии и анализе полученных результатов. Сбор и обработка первичного материала, получение научных результатов, статистическая обработка данных, формулировка научных положений и выводов на основании данных, собранных в Детской больнице Шрайнерсов при МакГилльском Университете г. Монреаль, Канада и Научно-исследовательском институте ревматологии РАМН, включенных в исследование, проводились диссертантом самостоятельно.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы доложены на III Российской научно-практической конференции «Терапевтические проблемы пожилого человека» (Санкт-Петербург, 2010); X Конгрессе Международной ассоциации морфологов (Ярославль, 2010); VIII конгрессе Российского Артроскопического Общества (Москва, 2009); на Российском конгрессе ASAMI (Курган, 2009); на Всемирном конгрессе общества по исследованю кости и минерала (American Society for Bone and Mineral Research) (Сиэтл, 2004; Сан Антонио, 2002); Всемирном конгрессе Американского общества ревматологов (American College of Rheumatology) (Новый Орлеан, 2002; Сан Франциско, 2001; Филадельфия, 2000); Всемирном конгрессе общества ортопедов (Orthopaedic Research Society) (San-Francisco, 2001; Даллас, 2002); Всемирном конгрессе по остеоартрозу (OARSI) (Берлин, 2003); Конференции Канадской лиги по исследованию артрита (Canadian Arthritis Network) (Монреаль, 2003); Канадской конференции по соединительной ткани (Canadian Connective Tissue
Conference) (Монреаль, 2003; 1999; Шербрук, 2002; Торонто, 2001; Квебек, 2000; Лондон, 1998).
Первичная экспертиза диссертации проведена на заседании Ученого совета Учреждении Российской академии медицинских наук Научно-исследовательского института ревматологии РАМН 16 марта 2010 г.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 47 печатных работ: 19 журнальных статей (из них 12 статей в зарубежных журналах) и 28 тезисов (в том числе 23 - на зарубежных симпозиумах).
Объем и структура диссертации
Диссертация изложена на 234 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, включающей описание материалов и методов исследования, основных результатов исследования ростковой пластинки, здорового суставного хряща быка и человека и поврежденного суставного хряща больных остеоартрозом, обсуждения полученных результатов, выводов и списка литературы. Работа иллюстрирована 55 рисунками и 5 таблицами. Библиография включает 465 публикаций, в том числе 27 отечественных и 438 зарубежных авторов.
Работа выполнена в Научно-исследовательском институте ревматологии РАМН, Москва. Сбор материала производился в отделе суставных заболеваний Детской больницы Шрайнерсов при МакГильском Университете (г.Монреаль, Канада) (заведующий - профессор А.Р. Пул (Poole A.R., DSc, PhD) и хирургическом отделении Научно-исследовательского института ревматологии РАМН (директор - академик РАМН, профессор Е.Л.Насонов).
Похожие диссертации на Клеточные и молекулярные механизмы разрушения суставного хряща при остеоартрозе
-
-
-
