CC BY
93
РОЛЬ МАТРИКСНЫХ МЕТАЛЛОПРОТЕИНАЗ В ДЕСТРУКЦИИ СУСТАВОВ ПРИ РЕВМАТОИДНОМ АРТРИТЕ
Р./О. Кашеваров ГУ Институт ревматологии РАМН, Москва
Матриксные металлопротеиназы (ММП) - большая группа протеолитических ферментов, играющих главную роль во внеклеточном матриксном обмене из-а способности разрушать все компоненты внеклеточного матрикса 11,2]. В первую очередь, они вызывают деструкцию суставов за счет повреждения хряща и субхондральиой кости, а также участвуют в формировании новых кровеносных сосудов, способствуя развитию ангиогенеза |3, 4]. В норме действие ММП связано с различными процессами, такими как метаболизм соединительной ткани, овуляция, развитие скелета, инволюция грудной железы и заживление ран.
ММП секретируются клетками хряща и лейкоцитами [5], находясь в организме в латентной форме в виде проферментов и активируясь другими протейназами [6, 7|, выработка и активация которых регулируются провоспали-тельными цитокинами - интерлейкином (ИЛ) -1 и фактором некроза опухоли (ФНО)-а |8-9|.
Семейство ММП состоит из 25 цинк- и кальинезавиои-мых протеаз. участвующих в реконструировании тканей в физиологических и патологических ситуациях 110-12]. Согласно субстратной специфике, первичной структуре и клеточной локализации, а также различиям в механизмах действия, ММП подразделены на пять основных групп, а именно: коллагеназы, желатиназы, стромелизины, матрн-лизины и ММП мембранного типа (МТ-ММП). Однако есть ряд ММП. не входящих ни в одну из этих групп; к ним относятся эластаза макрофага (ММП-12), етромелизин 3 (ММГ1-11), ММП-19,энамелизин (ММП-20), ММП-23 и эпилпзин (ММП-28). Кроме того, некоторые ферменты, типа МТ1-ММГ1 (ММП-14), обладающие коллагенолити-ческой активностью и ассоциированные с мембраной, могут быть отнесены в различные группы.
Коллагеназы-1 (ММП-1), -2 (ММП-8) и -3 (ММП-13) способны расщеплять трехвинтовую структуру фибриллярных коллагенов (I, 2 и 3 типа) на отдельные части, Это касается как интактных молекул коллагена, являющихся главными компонентами суставного хряща 113], так и патологически измененных, что подтверждено в работе Э.Е. \Уоо1еу с соавт. [14], выявивших наличие ММП-1 в участках эрозий при ревматоидном артрите (РА). Имеется четкая зависимость уровня сывороточной ММП-1 (коллагеназы-1) от степени активности воспалительного процесса в синовии [13] и числа эрозий в суставах [15]. Аналогичная зависимость установлена для ММП-8 (коллагеназы-2) [16].
Стромелизин-1 (ММП-3) и -2 (ММП-10) имеют широкий спектр действия. Они не только активизируют другие ММП, но и разрушают большинство компонентов внеклеточного матрикса, таких как желатин, фибронектин, лами-нин и аггрекан, но не влияют на трехвинтовую структуру коллагена. Они экспрессируются в суставе измененными синовиальными фибробластами. Стромелпзин-3 (ММП-11) отличается от вышеуказанных слабой протеолитической активностью, которая увеличивается под влиянием фурин-подобной конвертазы 117].
Желатиназа-А (ММП-2) и -В (ММП-9) участвуют в суставном разрушении и формировании ангиогенеза, отвечая за распад желатина и мембранных коллагеназ. Желатиназы
Адрес: 115522 Москва. Каширское ш.. 34а ГУ Институт ревматологии РАМН. Тел,:114-44-ХО
вместе с коллагеназами поврежаают фибриллярные коллагены, основные мембранные компоненты и стромальныс молекулы внеклеточного матрикса |17|, участвуют в развитии эрозий суставов при РА| 18]. Желатиназа-А производится в латентной форме и для повреждения матрицы должна быть активирована на поверхности клетки МТ-ММП |4| Желатиназа-В активируется опухолевыми клетками и клетками соединительной ткани, а вырабатывается макрофагами и мононуклеарными клетками периферической крови.
Матрилизины подразделены на: матрилизин-1 (ММП-7) и матрилизин-2 (ММП-26). Первый экспрессирует клетки доброкачественных и злокачественных опухолей. Недавно в матке, плаценте и эндометриальных опухолях был обнаружен и клонирован матрилизин-2, механизм действия которого еще не изучен [17].
При РА основную роль играют 3 вида ММП: коллагеназы, стромелнзины и желатиназы. Основная роль отводится ММП-3 (стромелизин-1). ММП-1 (фибробластная коллагеназа), ММП-8 (нейтрофильная коллагеназа), ММП-9 (желатиназа-2) и ММП-13 (коллагеназа-3). Среди них главенствующая роль в разрушении суставного хряща принадлежит ММП-3 [19-21]. Она вырабатывается синовиальными клетками [22], находится в синовиальных тканях в виде профермента и активируется плазмином [23|, после чего сама активирует проферменты других ММП (20,21|
При РА уровень ММП-3 в сыворотке повышается в 7 8 раз. Так, Y. Ichikawa с соавт. [3], исследуя концентрацию ММП-3 у 60 пациентов с РА и у 21 с системной красной волчанкой (СКВ), отметили значительное увеличение уровня ММП-3 (436,8 ± 474,2 нг/мл) в исследуемой группе по сравнению с контрольной (43,9 ± 15,2 нг/мл. р < 0,0001).
ММП-3 и плазмин могут влиять на воспаленные синовиальные ткани и способствовать суставному разрушению |3]. При этом, чем выше уровень сывороточной ММП-3. тем больше деструкция сустава, что нашло подтверждение в работе I. Chetverikov с соавт. [24], обследовавших пациентов РА с умеренной и выраженной суставной деструкцией. Оказалось, что у последних уровень ММП-3 был значительно выше. Это позволило сделать заключение о том, что ММП-3 сыворотки является прогностическим фактором суставного повреждения на ранних стадиях заболевания.
Реализация действия ММП регулируется на различных этапах, включая активацию гена, транскрипцию, трансляцию и секрецию фермента с активацией его профермента. После того, как ММП произведены и активированы, их действие и последующая инактивация управляется тканевыми ингибиторами металлопротеиназ (ТИМП), вырабатываемыми в воспаленной синовиальной ткани.
ММП вырабатываются в ответ на действие провоспали-тельных цитокинов - ФНО-а и ИЛ-1 [25[ и находятся в избытке в воспаленном суставе [26]. Деградация суставного хряша - одна из ранних особенностей болезней, связанных с увеличением активности протеолитических систем [27|. Дисрегуляция ММП проявляется при РА, остеоартрозе (ОА) и онкологических заболеваниях [7. 28|.
Прогрессирующая деструкция внеклеточного матрикса, включающая суставной хрящ, кость, связки и сухожилия, является главной особенностью артрита, приводящей к нарушению функциональной способности больного [17].
Дисбаланс в виде чрезмерной выработки ММП и недо-
статочного уровня ТИМП способствует суставному разрушению [29|. Такая ситуация характерна для РА, при котором имеется избыток активированных ММП, приводящих к суставному повреждению [3, 9, 20, 21, 30, 31).
Деструктивное влияние ММП проявляется как прямым воздействием на хряш и костные структуры, так и опосредованно - через ангиогенез [32, 33].
Имеется ряд исследований, в которых изучена связь уровня сывороточной ММП-3 с показателями активности РА, как лабораторными, так и клиническими. Так, M.D. Posthumus и соавт. |34| проанализировали уровень ММП-3, маркеры активности болезни (СОЭ, СРБ) и рентгенологическую стадию у 33 пациентов с ранним РА на протяжении 3 лет, отметив прямую корреляцию этих показателей при динамическом изучении, а также их связь с величинами DAS в период межау 6 и 30 месяцами наблюдения. При этом, однако, не было обнаружено корреляционной зависимости сывороточной ММП-3, количеством болезненных суставов и индексом Ричи.
По данным Y. Ichikawa и соавт. [3|, уровни ММП-3 и Д-димера у больных РА и СКВ коррелировали не только с СОЭ и индексом активности Лансбури, но и с количеством болезненных и припухших суставов.
S. Sasaki и соавт. [19] изучали уровень ММП-3 при различных ревматических заболеваниях: у 31 больного РА и 13 - ОА в синовиальной жидкости, а также в сыворотке при РА (81 чел), ОА (12 чел), подагре (!2чел), остеопорозе (8 чел).Наиболее высокие значения ММП-3 были отмечены при РА, далее, в порядке убывания, при подагре, ОА и остеопорозе. При этом существенная корреляция обнаружена между уровнем ММП-3 сыворотки, числом припухших суставов, индексом Лансбури, СОЭ и СРБ.
Y. Yoshihara и соавт. [20] изучали как уровень ММП-3, так и ее ингибитора - ТИМП-1 при РА (109 больных) и ОА (47 чел.). Сывороточный уровень ММП-3 и ТИМП-1 был существенно выше у больных РА и коррелировал с показателями активности процесса. В синовиальной жидкости ситуация оказалась неоднозначной: если ММП-3 коррелировала с активностью РА, то с уровнем ТИМП-1 такой корреляции не было выявлено.
N. Ishiguro и соавт. [21] исследовали содержание ММП-3, ММП-2 и ММП-9, ТИМП-1 и ТИМП-2 в сыворотке и синовиальной жидкости у 55 пациентов РА, была отмечена существенная прямая корреляция между концентрациями сывороточных уровней ММП-3 и ММП-9, и отрицательная корреляция между ТИМП-2 и ММП-2, 3, и 9. Этими же авторами обнаружена также выраженная корреляция между уровнями ММП-3 в сыворотке и синовиальной жидкости.
Сходные результаты получены G. Keyszer и соавт. [35], которые определяли уровни ММП-3, ММП-1 и ТИМП-1 плазмы у 115 пациентов РА, 20 - ОА, 28 - псориатическим артритом (ПсА), 24 - анкилозируюшим спондилоартритом, 26 - СКВ и 30 здоровых лиц. Уровень ММП-3 был заметно увеличен при РА в сравнении с группой контроля и ОА,
но был выше нормы и при других воспалительных заболеваниях. Уровень ММП-1 значительно повышался как при РА, так и менее выражено при ОА, ПсА и СКВ. Содержание СРБ, ММП-3, и СОЭ отражали клиническую активность РА. Этот факт подтвержден и другими исследователями [34, 36, 37].
Работы, в которых исследовалась взаимосвязь уровня ММП-3 с рентгенологическими признаками прогрессирования РА, противоречивы по своим результатам. Так, в работе М.О. Ро«1Ьипш5 и соавт. 134] сообщается о корреляции между уровнем ММП-3 с рентгенологическими изменениями. За 3-летний период проспективного изучения 33 пациентов ранним РА отмечена взаимосвязь маркеров активности болезни и рентгенологической прогрессии суставов с количественной оценкой эрозий по методу Шарпа. В первые 12 месяцев наблюдения была выявлена корреляция только между ММП-3 сыворотки и сужением суставной щели, а через 18 месяцев отмечена полная корреляция с оценкой состояния суставов по Шарпу.
Напротив, в ряде других работ не установлено взаимосвязи ММП-3 с рентгенологическими признаками РА.
Так, А. Бо и соавт. [38], изучая взаимосвязь уровня ММП-3 с эрозиями у 53 пациентов РА с длительностью болезни более 5 лет, не выявили никаких различий уровней сывороточной ММП-3 в зависимости от числа эрозий. Статистически значимая корреляция наблюдалась только между велечинами ММП-3, СОЭ и СРБ. N. кН'щиго и соавт. [21,39] также не получили корреляционной зависимости сывороточных ММП -2, -3, и -9 с рентгенографическими изменениями по Ларсену у 52 больных РА. Никаких значительных корреляций между рентгенологическими изменениями с концентрациями металлопротеиназ и ТИМП в синовиальной жидкости найдено не было.
Одногодичное исследование 24 пациентов с ранним РА, проведенное Р. Яоих-ЬошЬагс! и соавт. [40|, также не выявило корреляции между содержанием ММП-3 и прогрессированием эрозивного процесса в суставах по Ларсену.
Что касается динамики ММП на фоне терапии РА, то нам встретилась лишь одна работа, в которой в течение 2 лет наблюдали 109 больных ранним РА, леченых сульфаса-лазином [24]. Клинические, лабораторные и рентгенологические изменения оценивали через 12 и 24 месяца. В течение 2 лет отмечен устойчивый уровень про-ММП-3 и существенное уменьшение уровней про-ММП-8 и -9. К концу наблюдения снизился ОАБ от 3,4 до 2,5 (р< 0,001). Авторы отмечают, что уровень про-ММП-3 был значительно выше при более выраженном прогрессировании РА. Различий в уровнях про-ММП-8 и -9 в зависимости от рентгенологической прогрессии РА выявлено не было. Авторы считают, что про-ММП-3 может быть отнесена к факторам риска деструкции суставов.
Приведенные данные свидетельствуют о важной роли ММП в прогнозе РА и необходимости их дальнейшего изучения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Birkedalhansen Н. Role of matrix metalloproteinases in human periodontal diseases. J. Periodontol., 1993, 64, 474484
2. Birkedal-Hansen H. Proteolytic remodeling of extracellular matrix. COCB, 1995, 7. 728-735
3. Ichikawa Y., Yamada C., Horiki T. et al. Serum matrix metalloproteinase-3 and fibrin degradation product levels correlate with clinical disease activity in rheumatoid arthritis. Clin. Exper. Rheuniat., 1998, 16, 533-540
4. Jackson C., Nguyen М., Arkell J„ Sambrook P. Selective matrix metalloproteinase (MMP) inhibition in rheumatoid arthritis - Targeting gelatinase A activation. Inflam. Res., 2001, 50, 183-186
5. Dreier R.. Wallace S., Fuchs S. et al. Paracrine interactions
of chondrocytes and macrophages in cartilage degradation: articular chondrocytes provide factors that activate macrophage-derived pro-gelatinase B (pro-MMP-9). J. Cell Scient., 2001, 114,3813-3822
6. Obata K., lwata K., Okada Y. el al. A one-step sandwich enzyme immunoassay for human matrix metalloproteinase 3 (stromelysin-1) using monoclonal antibodies. Clin. Chim, Acta, 1992, 15.211,59-72
7. Cawston T.E. Metalloproteinase inhibitors and the prevention of connective tissue breakdown. Pharmacol. Therap., 1996, 70, 163-182
8. Arend W.P, Dayer J.P. Cytokines and cytokine inhibitors in rheumatoid arthritis. Arthr. Rheum., 1990, 33, 305-315
9. Brennan F.M., Browne K.A., Green P.A. et al. Reduction
of serum matrix metalloproteinase 1 and matrix metallo-proteinase 3 in rheumatoid arthritis patients following antitumor necrosis factor therapy. Br. J.t Rheum., 1997, 36, 643-650
It). Nagase H., Woessner J.F. Matrix metalloproteinases. J. Biol. Chem., 1999, 274. 21491-21494
11. Clark I.M., Rowan A.D., Cawston T.E. Matrix metalloproteinase inhibitors in the treatment of arthritis. Curr. Opin. Anti-lnflamm. Immun. Invest. Drugs, 2000, 2, 1625.
12. Vu T.H., Werb Z. Matrix metalloproteinases: effectors of development and normal physiology. Genes. Dev., 2000, 14, 2123-2133
13. Maeda S., Sawai T., Uzuki M. et al. Determination or interstitial collagenase (MMP-1) in patients with rheumatoid arthritis. Ann. Rheum. Dis. ,1995, 54, 970-975
14. Wooley D.E., Crossley M.J., Evanson J.M. Collagenase at sites of cartilage erosion in the rheumatoid joint. Arthr. Rheum., 1977, 20, 5625-5628
15. Cunnane G., Fitzgerald O., Beeton C. et al.. Early joint erosions and serum levels of matrfx metalloproteinase I, matrix metalloproteinase 3, and tissue inhibitor of metalloproteinases I in rheumatoid arthritis. Arthr. Rheum., 2001, 44, 2263-2274
16. Grinnell F., Zhu M., Parks W.C. Collagenase-1 complex-
es with alpha2-macroglobulin in the acute and chronic wound environments. J. Invest. Dermatol., 1998, 110, 771776 •
17. Murphy G., Knauper V., Atkinson S. et al. Matrix metalloproteinases in arthritic disease. Arthr. Res., 2002, 4, suppl.
3, 39-49
18. Goldbach-Mansky R., Lee J.M., Hoxworth J.M. et al. Active synovial matrix metalloproteinase-2 is associated with radiographic erosions in patients with early synovitis. Arthr. Res., 2000, 2, 145-53
19. Sasaki S., Iwata H., Ishiguro N. et al, Detection of stromelysin in synovial fluid and serum from patients with rheumatoid arthritis and osteoarthritis. Clin. Rheumatol,, 1994, 13(2), 228-333
20. Yoshihara Y., Obata K., Fujimoto N. et al. Increased levels of stromelysin-1 and tissue inhibitor of metallopro-teinases-1 in sera from patients with rheumatoid arthritis. Arthr. Rheum., 1995, 38(7), 969-975
21. Ishiguro N.. Ito T., Obata K. et al. Determination of stromelysin-1, 72 and 92 kDa type IV collagenase, tissue inhibitor of metalloproteinase-1 (TIMP-I), and TIMP-2 in synovial fluid and serum from patients with rheumatoid arthritis. J. Rheumatol., 1996, 23(9), 1599-1604
22. Okada Y., Takeuchi N.. Tomita K. et al.lmmunolocalization of matrix metalloproteinase 3 (stromelysin) in rheumatoid synovioblasts (B cells): correlation with rheumatoid arthritis. Ann. Rheum. Dis., 1989, 48, 645-653
23. Ronday H.K., Smits H.H., Van Muijen G.N. et al. Difference in expression of the plasminogen activation system in synovial tissue of patients with rheumatoid arthritis and osteoarthritis. Br. J. Rheumatol., 1996, 35(5), 416-423
24. Tchetverikov 1., Lard L.R., DeGroot J. et al. Matrix met-alloproteinases-3, -8, -9 as markers of disease activity and joint damage progression in early rheumatoid arthritis. Ann. Rheum. Dis., 2003, 62(11), 1094-1099
25. Krane S.M., Amento E.P., Goldring M.B. et al. Research
monographs in cell and tissue physiology. Amsterdam, Elsevier, 1988, 15, 179-195
26. Brinckerhoff C.E. Joint destruction in arthritis: metalloproteinase in the spotlight. Arthr. Rheum.-, 1991, 34, 10731075
27. Werb Z., Alexander C. Proteinases and matrix degradation. In: Kelley WN Harris ED Ruddy S Sledge CB, eds. Textbook of rheumatology. 4th ed. Vol 14. Piladelphia: Saunders, 1993, 248-268 '
28. Stevens R. Presentation; ACR 2000: State of the art review of matrix metalloproteinase inhibitors (oral presentation).
29. Martel-Pelletier J., Fujimoto N.. Obata K. Cloutier et al. The imbalance between the synthesis level of metallopro-teinases and TIMPs in osteoarthritic and rheumatoid arthritis cartilage can be enhanced by interleukin-1 [abstract|. Arthr. Rheum., 1993, 36, 191
30. Martel-Pelletier J., McCollum R., Fujimoto N. et al. Excess of metalloproteases over tissue inhibitor of metaljo-protease may contribute to cartilage degradation in osteoarthritis and rheumatoid arthritis. Lab. Invest., 1994, 70, 807-815
31. Close D.R. Matrix metalloproteinase inhibitors in rheumatic diseases. Ann. Rheum. Dis.,2001, 60 (suppl 3), II162-11167
32. Walsh D.A. Angiogenesis and arthritis. Rheumatology (Oxford),1999, 3S. 103-112
33. Murphy G., Crabbe T. Gelatinase A and B. Methods in Enzymol., 1995, 248, 470-484
34. Posthumus M.D., Limburg P.C., Westra J. et al. Serum matrix metalloproteinase 3 in early rheumatoid arthritis is correlated with disease activity and radiological progression. J. Rheumatol., 2000, 12, 27, 2761-2768
35. Keyszer G., Lambiri 1., Nagel R. et al. Circulating levels of matrix metalloproteinases MMP-3 and MMP-I, tissue inhibitor of metalloproteinases I (TIMP-I), and MMP-1/TIMP-l complex in rheumatic disease. Correlation with clinical activity of rheumatoid arthritis versus other surrogate markers. J. Rheumatol., 1999, 26(2), 251-258
36. Yamanaka H., Matsuda Y., Tanaka M. et al. Serum matrix metalloproteinase 3 as a predictor of the degree of joint destruction during the six months after measurement, in patients with early rheumatoid arthritis. Arthr. Rheum., 2000, 43, 852-855
37. Posthumus M.D., Limburg P.C., Westra J. et a). Serum levels of matrix metalloproteinase-3 in relation to the development of radiological damage in patients with early rheumatoid arthritis. Rheumatology (Oxford), 1999, 38, 1081-1087
38. So A., Chamot A.M., Peclat V., Gerster J.C. Serum MMP-3 in rheumatoid arthritis: correlation with systemic inflammation but not with erosive status. Rheumatol., 38, 407-410
39. Ishiguro N.. ho T., Miyazaki K., Iwata H. Matrix metalloproteinases, tissue inhibitors of metalloproteinases, and glycosaminoglycans in synovial fluid from patients with rheumatoid arthritis. J. Rheumatol., 1999, 26(1), 34-40
40. Roux-Lombard P., Eberhardt K., Saxne T. et al. Cytokines, metalloproteinases, their inhibitors and cartilage oligomeric matrix protein: relationship to radiological progression and inflammation in early rheumatoid arthritis. A prospective 5-year study. J. Rheumatol., 2001, 40, 544-551
Поступила 5.05.04
