骨関節炎の病因における酵素およびサイトカインの役割

近年、骨関節炎における関節軟骨のECMの分解に関与するプロテアーゼの同定に、多くの研究が集中している。現代の考えによれば、骨関節炎の病因における重要な役割はマトリックスメタロプロテアーゼ（MMP）によって担われている。骨関節炎を有する患者は、MMP-コラゲナーゼ、ストロメライシンおよびゼラチナーゼの3つの代表レベルの増加を有する。コラーゲンタイプIV、ラミニンおよびプロテオグリカン、azhelatinaza - - コラゲナーゼは天然のコラーゲン、ストロメリシンの分解に責任があるゼラチン、コラーゲンIVの低下のために、VH XIタイプは、エラスチン。さらに、MMPの特性を有し、軟骨プロテオグリカン凝集体のタンパク質分解の原因となる別の酵素 - アグリカナーゼの存在。

ヒトコラゲナーゼの関節軟骨は、患者において上昇するレベルは3種類の識別された変形性関節症コラゲナーゼ-1（MMP-1）、コラゲナーゼ-2（MMP-8）、コラゲナーゼ-3（MMP-13） - 。関節軟骨における3つの異なるタイプのコラゲナーゼの共存は、それらの各々がそれ自身の特定の役割を果たすことを示す。実際、コラゲナーゼ-1および-2は、関節軟骨の中間ゾーンの表面および上部に主に局在し、コラゲナーゼ-3は中間および深部ゾーンの下部に見られる。また、免疫組織化学的研究の結果は、コラゲナーゼ-1のレベルを徐々に増加させながらコラゲナーゼ3の変形性関節症のレベルの進行の間、プラトーに達し、あるいは減少することが示されています。コラゲナーゼ-3ながら、変形性関節症のコラゲナーゼ-1のために、関節軟骨における炎症過程で主に関与しているという証拠がある-組織再構築中。OA患者の軟骨で発現されるCartilagin-3は、II型コラーゲンをコラゲナーゼ-1よりも強力に分解する。

第2グループの代表の三として同定されたヒトstromelizinovuメタロ - ストロメライシン-1（MMP-3）、ストロメライシン-2（MMP-10）およびストロメリシン-3（MMP-11）。今日では、ストロメリシン-1のみが変形性関節症の病理学的過程に関与することが知られている。変形性関節症を有する患者の滑膜にストロメリシン2決定されていないが、それは、関節リウマチ患者の滑膜線維芽細胞では非常に少量で見出されます。ストロメリシン-3は、線維芽細胞の近くの、特に線維化ゾーンの関節リウマチ患者の滑膜にも見られる。

ゼラチナーゼ群では、92kDのゼラチナーゼ（ゼラチナーゼB、またはMMP-9）および72kDのゼラチン（ゼラチナーゼAまたはMMP-2）がヒト軟骨組織で同定されている。変形性関節症の患者では、92kDゼラチナーゼのレベルの増加が測定される。

それほど前に、細胞膜の表面に局在し、MMP膜タイプ（MMP-MT）と呼ばれる別のMMP群が同定された。このグループには、4つの酵素、MMP-MT1-MMP-MT-4が属する。MMP-MT発現は、ヒトの関節軟骨において見出される。MMP-MT-1はコラゲナーゼの性質を有するが、MMP-MT-1およびMMP-MT-2の両方は、ゼラチナーゼ-72kDおよびコラゲナーゼ-3を活性化することができる。OAの病因におけるこのMMP群の役割は、精緻化を必要とする。

プロテイナーゼは、他のプロテイナーゼまたは水銀の有機化合物によって活性化されるチモーゲンの形態で分泌される。MMPの触媒活性は、酵素の活性領域における亜鉛の存在に依存する。

MMPの生物学的活性は、特定のTIMPによって制御される。今日まで、ヒト関節組織で見出される3種類のTIMP、TIMP-1-TIMP-3が同定されている。第4のタイプのTIMPが同定され、クローン化されているが、ヒト関節組織ではまだ検出されていない。それらのいくつかは72 kDaのプロゼラチナーゼ（TIMP-2、-3、-4）と92 kDaのプロゼラチナーゼ（TIMP-1および-3）の活性部位に結合することができるが、これらの分子は、MMPの活性部位に特異的に結合します。データは、部分的に組織中のMMP活性の増加に関連し得る阻害剤の相対的欠乏をもたらすMMPおよびTIMPの間の不均衡に関節軟骨OA。TIMP-1および-2は関節軟骨に見出され、軟骨細胞によって合成される。滑膜および滑液における変形性関節症では、第1のタイプのTIMPのみが検出されている。TIMP-3は、ECMにおいて排他的に検出される。TIMP-4は、TIMP-2および-ZINAが約38％の-STIMP-1とほぼ50％近いほぼ同一のアミノ酸配列を有する。他の標的細胞では、TIMP-4は、ECMリモデリングの組織特異的レギュレーターとしての重要な役割を示す細胞表面上の72kDプロゲストゲナーゼの活性化を調節する役割を担っている。

MMPの生物学的活性を制御するための別のメカニズムは、それらの生理学的活性化である。AP /プラスミンおよびカテプシンBなどのセリンおよびシステインプロテアーゼのファミリー由来の酵素は、それぞれMMPの生理活性剤であると考えられている。変形性関節症の患者の関節軟骨において、ウロキナーゼ（UAP）およびプラスミンのレベルの上昇が検出された。

いくつかのタイプのカテプシンが関節組織に見出されるという事実にもかかわらず、カテプシンBは軟骨におけるMMPの最も活性のあるアクチベーターと考えられている。ヒト関節の組織において、セリンプロテアーゼおよびシステインプロテアーゼの生理学的阻害剤が検出された。変形性関節症の患者において、阻害剤AP-1（IAP-1）およびシステインプロテアーゼの活性は低下する。MMP / TIMPと同様に、変形性関節症の患者の関節軟骨におけるMMP活性の増加を説明することができるのは、セリンプロテアーゼおよびシステインプロテアーゼとそれらの阻害剤との不均衡である。さらに、MMPは相互に活性化することができる。例えば、ストロメリシン-1は、コラゲナーゼ-1、コラゲナーゼ-3およびゼラチナーゼ92kDを活性化する。コラゲナーゼ-3は、92kDのゼラチナーゼを活性化する。MMP-MTはコラゲナーゼ-3を活性化し、ゼラチナーゼ-72kDはこの活性化を増強する。MMP-MTは、72kDゼラチナーゼも活性化する。サイトカインは、破壊的（前炎症性）、調節性（抗炎症性）および同化性（増殖因子）の3つのグループに分類することができる。

サイトカインのタイプ（van den Berg WBらによる）

破壊的	インターロイキン-1 TNF-α 白血病抑制因子 インターロイキン-17
規制上の	インターロイキン-4 インターロイキン-10 インターロイキン-13 酵素阻害剤
アナボリック	ムズリン様増殖因子 TGFの-b 骨形成タンパク質 軟骨由来の形態形成タンパク質

破壊的サイトカイン、特にIL-1は、プロテアーゼの放出の増加を誘導し、軟骨細胞によるプロテオグリカンおよびコラーゲンの合成を阻害する。調節性サイトカイン、特にIL-4および-10は、IL-1（IL-1 RA）の産生を増加させ、そして軟骨細胞におけるレベルとNOシンターゼ活性を減少させるために、IL-1受容体アンタゴニストの産生を阻害します。したがって、IL-4の3つの方法でIL-1拮抗：1）の産生を減少させ、その効果を防止する、2）基本的な「スカベンジャー」IL-1PAの産生を増加させ、3）NO»第一、第二、「メッセンジャーの産生を減少させます。さらに、IL-4は酵素組織分解を減少させる。条件下でin vivoで最適な治療効果は、IL-4およびIL-10の組み合わせを用いて達成されます。同化因子、例えばkakTFR-P、およびIGF-1が、実際にはIL-1の産生または作用を妨害するが、逆の活性を示し、例えば、プロテオグリカンおよびコラーゲンの合成を刺激する、プロテアーゼ活性を阻害し、TGF（3も、酵素の放出を阻害しませんそれらの阻害剤を刺激する。

炎症促進性サイトカインは、関節組織におけるMMPの合成および発現の増加の原因となる。それらは滑膜で合成され、滑液を介して関節軟骨に拡散する。炎症誘発性サイトカインは、軟骨細胞を活性化し、次に軟骨細胞も前炎症性サイトカインを産生することができる。骨関節症の影響を受けた関節において、炎症のエフェクターの役割は、主として滑膜の細胞によって行われる。これは、プロテアーゼおよび炎症性メディエーターを分泌するマクロファージ型の滑膜炎である。中でも骨関節炎の病因では、IL-f、TNF-α、IL-6、白血病抑制因子（LIF）およびIL-17が最も関与している。

骨関節炎における関節軟骨分解を刺激する生物活性物質

• インターロイキン-1
• インターロイキン-3
• インターロイキン-4
• TNF-α
• コロニー刺激因子：マクロファージ（単球）および顆粒球 - マクロファージ
• サブスタンスP
• PGE ₂
• プラスミノーゲン活性化因子（組織およびウロキナーゼタイプ）およびプラスミン
• メタロプロテアーゼ（コラゲナーゼ、エラスターゼ、ストロメライシン）
• カテプシンAおよびB
• スリラー
• 細菌性リポ多糖類
• ホスホリパーゼAg

文献データによれば、IL-ipおよび場合によってはTNF-αは、変形性関節症における関節組織の破壊の主要メディエーターであることが示されている。しかし、それらが互いに独立して動作するのか、それらの間に機能的な階層があるのかはまだ分かっていません。動物における骨関節炎のモデルでは、TNF-αの遮断は、関節組織の炎症の弱体化につながる一方、IL-1遮断が効果的に、関節軟骨の破壊を防止することが示されました。滑膜、滑液および軟骨において、両方のサイトカインの濃度の上昇が検出された。軟骨細胞は、このような型としてだけでなく、プロテアーゼ（MMPおよび主としてAP）だけでなく、マイナーなコラーゲンの合成を増大させることができるI及びIII、並びにコラーゲンタイプIIおよびIXおよびプロテオグリカンの合成を減少させます。これらのサイトカインはまた、活性酸素種およびPGE _2のような炎症メディエーターを刺激する。骨関節炎を伴う関節軟骨におけるこのような高分子変化の結果は、修復プロセスの非効率性であり、軟骨のさらなる分解をもたらす。

上記の炎症促進性サイトカインは、変形性関節症におけるMMPの阻害/活性化のプロセスを調節する。研究ので、例えば、変形性関節症における軟骨におけるTIMP-1とMMPのレベルとの間の不均衡は、IL-IPによって媒介され得るin vitroでの IL-1β濃度の増加は、TIMP-1とMMPの濃度は、軟骨細胞によって合成を増加減少させることを実証しました。APの合成もIL-1βによって調節される。刺激in vitroで合成におけるIL-1 vyzyvetの用量依存的増加およびPAI-1の合成の鋭いAP減少とともに関節軟骨の軟骨細胞。PAI-1合成の合成を低減し、APを刺激するIL-1の能力は、プラスミン活性化とMMPの生成のための強力なメカニズムです。加えて、プラスミンは他の酵素を活性化する酵素であるだけでなく、直接タンパク質分解による軟骨の分解過程にも関与する。

IL-IPは不活性な前駆体塊31 kDの（プレIL-IP）として合成され、AZATは、シグナルペプチドの切断後、17.5キロダルトンの重量からアクティブサイトカインに変換されます。滑膜および関節軟骨の滑液を含む関節の組織において、IL-IPが活性型で検出され、研究においてインビボでこのサイトカインを分泌する変形性関節症における滑膜の能力を実証しました。いくつかのセリンプロテアーゼは、プレIL-1βをその生物活性形態に変換することができる。哺乳類では、このような特性は、IL-1β変換酵素（IKFまたはカスパーゼ1）と呼ばれる酵素aspartatspetsificheskihシステインのファミリーに属する唯一つのプロテアーゼ、に見出されます。この酵素は、pre-IL-ipを、17.5kDの質量を有する生物学的に活性な「成熟した」IL-ipに特異的に変換することができる。IKFは、細胞膜に局在する45kD（p45）の分子量を有するプロ酵素である。酵素活性によって特徴付けられるp10およびp20として知られる2つのサブユニットを形成するために、プロ酵素p45のタンパク質分解切断の後。

TNF-αはまた、26kDの質量を有する膜結合前駆体として合成される。タンパク質分解切断によって、17kDの質量を有する活性可溶型として細胞から放出される。タンパク質分解切断は、アダマライシンファミリーに属するTNF-α変換酵素（TNF-KF）によって行われる。AR Amin and co-authors（1997）は、変形性関節症の患者の関節軟骨におけるTNF-CF mRNAの発現の増加を見出した。

軟骨細胞および滑膜細胞IL-1およびTNF-αの生物学的活性化は、細胞表面上の特異的受容体（IL-RおよびTNF-R）への結合によって媒介される。各サイトカインについて、I型およびII型IL-IPおよびTNF-P I型（p55）およびII型（p75）の2種類の受容体が同定されている。関節組織の細胞におけるシグナル伝達のために、IL-1PIおよびp55が応答する。IL-1P I型はIL-1αよりもIL-1βに対してわずかに高い親和性を有する; 一方、IL-1P II型は逆に、IL-1αよりもIL-1αに対する親和性が大きい。IL-IP II型IIがIL-1シグナルを媒介することができるか、またはIL-1PI型へのIL-1結合を競合的に阻害するだけであるかは依然として不明である。変形性関節症の患者の軟骨および滑膜線維芽細胞では、多数のIL-1PIおよびp55が見出され、適切なサイトカインによる刺激に対するこれらの細胞の高い感受性が説明される。このプロセスは、タンパク質分解酵素の分泌の増加および関節軟骨の破壊の両方につながる。

変形性関節症の病理学的過程におけるIL-6の関与は排除されない。この仮定は、以下の観察に基づいています。

• IL-6は、滑膜における炎症細胞の数を増加させ、
• IL-6は、軟骨細胞の増殖を刺激し、
• IL-6は、MMPの合成を増加させ、プロテオグリカンの合成を阻害する際のIL-1の効果を増強する。

しかし、IL-6は、TIMPの産生を誘導することが可能であるが、MMPの産生を従って、このサイトカインは、フィードバック機構を介して行われる関節軟骨のタンパク質分解の封じ込めのプロセスに関与していると考えられる影響を及ぼしません。

炎症性サイトカインIL-IPおよびTNF-αによる刺激に応答して、変形性関節症を有する患者から得られた軟骨細胞によって産生されるサイトカイン、 - IL-6ファミリーの別の代表は、LIFあります。LIFは、軟骨のプロテオグリカンの再吸収、ならびにMMPおよびNO産生の合成を刺激する。骨関節炎におけるこのサイトカインの役割は完全には理解されていない。

IL-17は、IL-1様作用を有する20〜30kDホモダイマーであるが、はるかに顕著ではない。IL-17は、標的細胞（例えば、ヒトマクロファージ）中のIL-ip、TNF-α、IL-6、およびMMPを含むいくつかの前炎症性サイトカインの合成および単離を刺激する。さらに、IL-17は、軟骨細胞によるNO産生を刺激する。LIFと同様に、OAの病因におけるIL-17の役割はほとんど研究されていない。

無機フリーラジカルNOは、OAを伴う関節軟骨の分解において重要な役割を果たす。変形性関節症の患者から得られた軟骨細胞は、正常細胞と比較して、炎症促進性サイトカインで刺激した後と同様に、自然発生的により多くのNOを産生する。高NO含量は、変形性関節症の患者の滑液および血清中に見出され、NO産生を引き起こす酵素である誘発NO合成酵素（hNOC）の発現および合成の増加の結果である。最近、軟骨細胞特異的hNOCのDNAをクローニングし、酵素のアミノ酸配列を決定した。アミノ酸配列は、内皮および神経組織に特異的なhNOCと50％の同一性および70％の類似性を示す。

NOは、関節軟骨のECMの巨大分子の合成を阻害し、MMPの合成を刺激する。さらに、NO産生の増加は、軟骨細胞によるアンタゴニストIL-IP（IL-1RA）の合成の減少を伴う。したがって、IL-1のレベルの上昇およびIL-1RAの減少は、軟骨細胞のNOの過剰刺激をもたらし、軟骨マトリックスの分解の増加をもたらす。実験的変形性関節症の進行に対する選択的hNOC阻害剤のインビボでの治療効果の報告がある。

天然のサイトカイン阻害剤は、細胞膜の受容体へのサイトカインの結合を直接阻害し、それらの前炎症活性を低下させることができる。サイトカインの天然阻害剤は、その作用様式に応じて3つのクラスに分類することができる。

第1のクラスの阻害剤は、結合部位に対する競合によってリガンドのその受容体への結合を妨げる受容体アンタゴニストを含む。今日まで、このような阻害剤は、IL-1 / ILIP IL-1 PA系の上記競合阻害剤であるIL-1のみに見出されている。滑膜細胞によるプロスタグランジンの合成を含む、変形性関節症に関節の組織で観察された効果の多くのIL-1 RAブロック、軟骨細胞およびキャビネットにおける関節軟骨の分解によるコラゲナーゼの産生。

つの可溶性（のrIL-1PA）および2つの細胞内（ICMP-LPAI-1RAPおよびICMP） - IL-1PAは、様々な形で検出しました。可溶性形態のIL-1RAの親和性は、細胞間形態の親和性の5倍である。集中的な科学的調査にもかかわらず、後者の機能は未知のままである。Eksperimety インビトロ IL-1β活性の阻害が必要なことを示した条件における限界超えるIL-1PAの濃度の10〜100倍のインビボで IL-1PAの濃度の千倍の増加を必要とします。この事実は、変形性関節症の患者の滑膜におけるIL-1 RAおよび過剰IL-1の相対的欠損を部分的に説明することができる。

サイトカインの天然阻害剤の第2のクラスは、サイトカインの可溶性受容体によって代表される。骨関節症の病因に関連するヒトにおけるこのような阻害剤の例は、pIL-1Pおよびpp55である。可溶性サイトカイン受容体は、サイトカインに結合することによって、通常の受容体の切断型であり、それらは、機構競合的拮抗作用によって作用する、それらの標的細胞の膜結合受容体への結合を防ぎます。

可溶性受容体の主な前駆体は膜結合IL-1PPである。IL-1およびIL-1 PAに対するrIL-IPの親和性は異なる。例えば、のrIL-1RNは、IL-1 RA、とのrIL-1PIよりもIL-1 Pに対して高い親和性を有し、 - IL-IPよりもIL-1PAに対してより高い親和性を示します。

TNFについても可溶性受容体の2つの型があり、それらは可溶性IL-1受容体のようにpp55およびpp75であり、それらは「せん断」（ダンピング）によって形成される。条件の下では、生体内で両方の受容体が影響を受けた関節の組織で発見されています。骨関節炎の病因における可溶性TNF受容体の役割が議論されている。低濃度で、彼らはTNFの三次元構造を安定化し、PP55とPP75高濃度の競合的拮抗作用によりTNFの活性を低下させる場合がある、生理活性サイトカインの半減期を増加させると考えられています。明らかに、pp75は、膜関連受容体への結合を促進するTNFのキャリアとして作用することができる。

サイトカインの天然阻害剤の第3のクラスは、TGF-ベータ、IL-4、IL-10およびIL-13を含む一群の抗炎症性サイトカインによって代表される。抗炎症性サイトカインは、炎症誘発性の、ならびにいくつかのプロテアーゼの産生を減少させ、IL-1RAおよびTIMPの産生を刺激する。