CC BY
45
ВЕСТНИК НОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ - 2022 - Т. 29, № 3 - С. 63-66
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2022 - Vol. 29, № 3 - P. 63-66
УДК: 616-092.6 DOI: 10.24412/1609-2163-2022-3-63-66 EDN YDANNG ||||
ПАТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИММУННОЙ РЕГУЛЯЦИИ ПРОЦЕССОВ РЕМОДЕЛИРОВАНИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ В ДЕБЮТЕ ПЕРВИЧНОГО ОСТЕОАРТРОЗА КОЛЕННЫХ СУСТАВОВ
Е.В. ГЛАДКОВА, И.А. МАМОНОВА, В.Ю. УЛЬЯНОВ
НИИТОН ФГБОУ ВО Саратовского государственного медицинского университета им. В.И. Разумовского Минздрава России, ул. им Н.Г. Чернышевского, д. 148, г. Саратов, 410002, Россия,
e-mail: gladkowa.katya@yandex.ru
Аннотация. Цель исследования - изучить особенности иммунной регуляции процессов субхондрального ремоделирова-ния при ранних проявлениях первичного остеоартроза коленных суставов. Материал и методы исследования. Изучен субпо-пуляционный состав лимфоцитов крови, концентрация белков системы комплемента, маркеров костного метаболизма у 68 пациентов с ранними стадиями первичного гонартроза и 46 здоровых лиц в возрасте 34-50 лет. Результаты и их обсуждение. При ранних стадиях гонартроза выявлено повышение (р<0,05) концентраций остеокальцина, телопептидов коллагена I типа, С3 белка комплемента, активности костной щелочной фосфатазы, снижение цитотоксических лимфоцитов, а также формирование отрицательных корреляционных связей между числом цитотоксических лимфоцитов и маркерами костного метаболизма. Выводы. Субхондральное ремоделирование при ранних стадиях первичного гонартроза характеризуется усилением костной резорбции за счет дезорганизации коллагена 1 типа, повышением активности остеобластоподобных клеток с усилением выработки остекальцина и костного изофермента щелочной фосфатазы. Иммуноргеуляторными особенностями субхондрального ремоделирования на ранних стадиях первичного гонартроза является активация системы комплемента по классическому пути с усилением выработки С3 белка и дисбаланс в Т-клеточном цитотоксическом звене периферической крови за счет снижения лимфоцитов CD3+CD8+.
Ключевые слова: первичный остеоартроз коленного сустава, С3 и С4 белки комплемента, CD3+CD4+, CD3+CD8+, субхон-дральное ремоделирование.
PATHOGENETIC FEATURES OF BONE REMODELING IMMUNE REGULATION IN THE ONSET OF PRIMARY KNEE OSTEOARTHROSIS
E.V. GLADKOVA, 1.А. MAMONOVA, V.YU. ULYANOV
Scientific Research Institute of Traumatology, Orthopedics and Neurosurgery, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "V.I. Razumovsky Saratov State Medical University", the Russian Federation Ministry of Healthcare 148, N.G. Chernyshevskogo Str., Saratov, 410002, Russia, e-mail: gladkowa.katya@yandex.ru
Abstract. The research purpose was to study the features of immune subchondral remodeling regulation in early manifestations of primary knee osteoarthritis. Material and methods. We analyzed blood lymphocyte subpopulations, concentration of complement proteins, and bone metabolism markers in 68 patients with early stages of primary gonarthrosis as well as 46 healthy individuals aged 34-50 years. Results and its discussion. In the early stages of gonarthrosis we revealed the increase (p<0.05) in the concentrations of osteocalcin, type I collagen telopeptides, C3 complement protein, bone alkaline phosphatase activity, the decrease in cytotoxic lymphocytes, as well as the formation of negative correlations between the number of cytotoxic lymphocytes and bone metabolism markers. Conclusions. Subchondral remodeling in the early stages of primary gonarthrosis features the increase in bone resorption due to the disorganization of type I collagen, as well as the activity of osteoblast-like cells with an increase in the production of osteocalcin and alkaline phosphatase bone isoenzyme. Immune regulatory aspects of subchondral remodeling in the early stages of primary gonarthrosis are the activation of the complement system by the classical pathway with C3 protein increased production and an imbalance in T-cell cytotoxic link of peripheral blood due to the decrease in CD3+CD8+ lymphocytes.
Keywords: primary knee osteoarthrosis, С3 and С4 complement proteins, CD3+CD4+, CD3+CD8+, subchondral remodeling.
Актуальность. Остеоартроз (ОА) - группа распространенных социально значимых заболеваний суставов полиэтиологического генеза, охватывающая, на сегодняшний день, не менее 300 миллионов человек [6]. В последние годы парадигма основных патогенетических событий в скелетных соединительных тканях при ОА претерпела существенные изменения и постулирует субхондральное ремоделирование как первичного специфического участника формирования каскада молекулярно-клеточных событий, приводящих к последующей воспалительно-дегенеративной дезадаптации суставного хряща (СХ) [7].
У пациентов с поздними стадиями ОА установлена взаимозависимость между поддержанием хронического воспаления в суставных тканях и гиперэкспрессией факторов врожденного иммунитета, в том числе белков системы комплемента с накоплением Г-терминальных компонентов в СХ [12]. Подтверждено также наличие значимых взаимосвязей между активностью иммунокомпетентных клеток с фенотипом СШ4+, поступлением в синовиальную среду провоспалительных цитокинов Д.6, 1Ь8 и фактора некроза опухоли ТШа с выраженностью сино-вита и структурными изменениями суставных тканей
по данным МРТ-визуализации [10]. На сегодняшний день не вызывает сомнений также участие механизмов регуляции ремоделирования СХ и модификации синовиальной среды при непосредственном участии Г-цитотоксической популяции лимфоцитов CD4+CD8+ при манифестных стадиях ОА [11].
Вместе с тем, ряд экспериментальных работ содержит достаточно противоречивые данные о характере корреляций в дебюте ОА между структурно-метаболическими изменениями в СХ и субхондральной кости (СК) с особенностями иммунорегуляторных механизмов [8,9]. Кроме того, недостаточно изучены отдельные аспекты взаимного влияния активности системы комплемента и Г-клеточного звена лимфоцитов периферической крови на особенности перестройки костной ткани при начальных проявлениях первичного остеоартроза коленных суставов, что актуализирует данное направление исследований.
Цель исследования - изучение особенностей иммунной регуляции процессов субхондрального ре-моделирования при ранних проявлениях ОА коленных суставов.
Материалы и методы исследования. Проведено обследование 68 пациентов основной группы (19 мужчин и 49 женщин) в возрасте 34-50 лет с ранними проявлениями первичного гонартроза (ГА). Диагноз был верифицирован с учетом Клинических рекомендаций по диагностике и лечению гонартроза, разработанных Ассоциациями травматологов-ортопедов России и ревматологов России, и утвержденных Минздравом России в сентябре 2021 года. В исследовании также приняли участие 46 здоровых лиц (24 женщины и 22 мужчины) без заболеваний суставов. Критериями исключения явилось наличие заболеваний, способных влиять на изучаемые лабораторные показатели, прием базисной терапии, иммуно-модуляторов, антирезорбтивных препаратов, а также состояние менопаузы у женщин. Помимо сбора анамнеза, проводили определение ортопедического статуса, анкетирование с использованием опросников KOSS, WOMAC. Выраженность боли оценивали по 100-мм визуально-аналоговой шкале (ВАШ). Проводили стандартную цифровую рентгенографию коленных суставов в прямой и боковой проекциях. Минеральную плотность костной ткани (МПКТ) определяли, исходя из величины Г-критерия, измеряемой методом DEXA (двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии) на аппарате GE LUNAR PRODIDGY («General Electric», США) в стандартных зонах.
Субпопуляционный состав лимфоцитов периферической крови оценивали методом проточной лазерной цитофлуориметрии на аппарате «BD Facs Canto™ II» («BD Biosciences», США), используя реактивы для проведения прямой флуоресценции Multitest 6-Color TBNK Reagent («BD Biosciences», США). Концентрация белков C3 и С4 системы комплемента была измерена в сыворотке крови иммунотурбидиметрическим методом на анализаторе «Sapphire-400» («Tokyo Boeki
Medisys Inc.», Япония) с применением наборов Complement C3c FS и Complement C4c FS («DiaSys Diagnostic Systems GmbH», Германия). С целью оценки метаболических особенностей костной ткани в сыворотке крови, полученной натощак, методом иммунофер-ментного анализа определяли концентрации растворимых молекул остеокальцина (N-Mid Osteocalcin-Elisa, «Immunodiagnostic Systems», Германия), телопептидов коллагена (Serum CrossLaps-Elisa, «Immunodiagnostic Systems», Германия), аггрекана PG-Elisa («Diasource ImmunoAssays», Бельгия), а также оценивали активность костной фракции щелочной фосфатазы (bone alkaline phosphatase - ВАР) («BCM Diagnostics», США) с помощью фотометра микропланшетного формата «Anthos 2020» («Biochrom», Великобритания).
Статистический анализ был проведен с использованием пакета программ Statistica 10.0. Проверку гипотезы о типе закона распределения полученных данных осуществляли на основании вычисления критериев Колмогорова-Смирнова и Шапиро-Уилка. Поскольку результаты исследований не соответствовали закону нормального распределения, для сравнения исследуемых показателей между двумя группами применяли непараметрический критерий Манна-Уитни. Результаты представлены в виде медианы и интерквартильного размаха 25% и 75%. С целью выявления силы связи между параметрами вычисляли коэффициент ранговой корреляции Спирмена (r). За критический уровень значимости принимали р<0,05.
Результаты и их обсуждение. У пациентов основной группы отмечали отдельные признаки повреждения суставных структур лишь при занятиях спортом или длительной ходьбе на большие расстояния. Осмотр ортопеда не обнаруживал ограничения функции в суставах, а также локальной отечности или выраженного болевого синдрома. У ряда пациентов отмечали крепитацию или щелчки при сгибании-разгибании конечностей. Рентгенологические признаки изменений со стороны костных структур либо полностью отсутствовали, либо носили сомнительный характер, что соответствовало 0-I стадиям ОА по классификации Kellgren and Lawrence (1957). При проведении DXA не отмечали изменений МПКТ, значения которого оставались в пределах ±1SD. Таким образом, примененные методы лучевой визуализации не обнаруживали значимых структурных изменений в костной ткани.
Известно, что участниками процессов ремодели-рования СК при ОА являются остеокласты, моно-нуклеарные клетки, остеобласты и остеоциты, фено-типические особенности и активность которых в процессе прогрессирования заболевания претерпевает существенные изменения [13]. При осуществлении лабораторного обследования нами были выявлено повышение (р<0,001) концентраций остеокальцина (ОК) - 24,26 (22,25; 25,89) нг/мл, Serum CrossLaps -0,711(0,573; 0,826) нг/мл, а также активности BAP -34,44 (30,87; 35,73) ед/л против значений в группе контроля: 20,73 (18,27; 23,08) нг/мл; 0,316 (0,251;
0,375) нг/мл и 23,48 (21,65; 25,41) ед/л соответственно. Полученные данные позволяют косвенно предположить о вовлечении в процессы патологической перестройки СК пулов остеогенного и остеобластического дифферонов, которые отличает нарушение процессов пролиферации и дифференцировки с изменением функциональной активности клеточных элементов [2]. Нельзя исключать и тот факт, что аномально высокая скорость резорбции костной ткани в группе пациентов с ГА могла быть вызвана увеличением популяции и активности остеокластов, и снижением апоптоза клеток в цикле резорбции, а избыточный синтез ОК и ВАР - свидетельствовать об активизации остеобластоподобных клеток, не способных к выработке полноценного костного матрикса [1].
Согласно результатам проведенных нами измерений у пациентов с ГА происходило перераспределение субпопуляционного состава лимфоцитов крови, что нашло свое отражение в снижении (р<0,05) количества цитотоксических лимфоцитов CD3+CD8+ до уровня 355 (293,5; 376,5) клеток в мкл по сравнению с соответствующими данными в контрольной группе 936 (836; 985) клеток в мкл. Кроме того, в основной группе отмечалась тенденция к уменьшению абсолютного содержания Г-хелперов с фенотипом CD3+CD4+ в среднем на 9,5%, не достигавшим уровня статистической значимости. При подведении итогов корреляционного анализа, обращало на себя внимание формирование выраженных (р<0,001) отрицательных связей между содержанием Г-цитотоксиче-ских клеток и ОК (r=-0,9); между количественными характеристиками клеток с фенотипом CD3+CD8+ и концентрацией Serum CrossLaps (r=-0,873). В то же время между сывороточной активностью костной щелочной фосфатазы и количеством Г- лимфоцитов CD3+CD8+ в крови отмечено наличие (р<0,05) отрицательной связи средней силы (r=-0,627).
Согласно сложившимся представлениям, поддержание персистирующего воспаления низкой интенсивности и формирование паттернов аномального ремоделирования в скелетных соединительных тканях при ОА с участием синовиоцитов, хондроци-тов, клеток СК, макрофагов во многом является результатом активации механизмов врожденного иммунитета, в том числе системы комплемента [3]. Так, при изучении биопсийного материала синовиальных тканей, а также клеточных культур, полученных от пациентов с ОА, была установлена локальная экспрессия и активация факторов С3 и С4 комплемента в субхондральных клетках, костном мозге, хондроци-тах, синовиоцитах, с накоплением терминальных продуктов в СХ [4]. Нами также была подтверждена выраженная активизация (р<0,001) поступления в системный кровоток С3 белка, уровень которого составил 137 (126; 144) мг/дл в основной группе против группы контроля: 94 (76; 115) мг/дл, а также повышение (р<0,05) сывороточных концентраций компо-
нента системы комплемента С4: 24 (22; 28) мг/дл против 17 (14; 21) мг/дл соответственно. Таким образом, на основании данных литературы и собственных наблюдений можно выдвинуть предположение о признаках активации каскада комплемента по классическому пути в дебюте первичного ГА [5].
Обращало на себя внимание наличие (р<0,01) у пациентов с ранним ГА отрицательной связи (r=-0,814) между количеством клеток с фенотипом CD4+CD8+ и поступлением в сыворотку крови компонента С3. В свою очередь, острофазовый белок С3, формирующий порядка 80% активности системы комплемента, демонстрировал наличие положительных (р<0,01) корреляционных связей с ОК (r=0,79), Serum CrossLaps (r=0,761) и BAP (r=0,593). В то же время, статистически значимой зависимости между количеством Г-хелперов с фенотипом CD3+CB4+, а также белком С4 и структурными метаболитами костной тканей не отмечали.
На основании полученных результатов можно сделать следующее заключение:
1. Субхондральное ремоделирование при ранних стадиях первичного гонатроза коленных суставов характеризуется наличием разнонаправленных процессов: усилением костной резорбции за счет дезорганизации коллагена 1 типа и повышением активности остеобластоподобных клеток с усилением выработки остекальцина и костного изофермента щелочной фосфатазы.
2. Иммуноргеуляторными особенностями субхон-дрального ремоделирования на ранних стадиях первичного гонартроза является активация системы комплемента по классическому пути с усилением выработки С3 белка и дисбаланс в Г-клеточном цитотокси-ческом звене периферической крови за счет снижения количества клеток с фенотипом CD3+CD8+.
Конфликт интересов. Исследование выполнено в рамках НИР «Разработка цифровой персонализированной интеллектуальной системы объективизации субхондрального ремоде-лирования для ранней диагностики остеоартроза на основе математической модели прогнозирования прогрессирования воспалительно-дегенеративных изменений в опорных соединительных тканях», номер государственной регистрации НИОКГР 122022700115-5.
Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.
Литература / References
1. Кабалык М.А. Биомаркеры и участники ремоделирования субхондральной кости при остеоартрозе // Тихоокеанский медицинский журнал. 2017. № 1. C. 36-41 / Kabalyk MA. Biomarkery i uchastniki remodelirovaniya subhondralnoj kosti pri osteoartroze [Biomarkers of subchondral bone remodeling in osteoarthritis]. Tihookeanskij medicin-skij zhurnal. 2017;1:36-41. Russian.
2. Новаков В.Б., Новакова О.Н., Чурносов М.И. Факторы риска и молекулярные основы этиопатогенеза остеоартроза коленного сустава (обзор литературы) // Гений ортопедии. 2021. № 1. C. 112-120 / Nova-kov VB, Novakova ON, Churnosov MI. Faktory riska i molekulyarnye osnovy ehtiopatogeneza osteoartroza kolennogo sustava obzor literatury [Risk fac-
ВЕСТНИК НОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ - 2022 - Т. 29, № 3 - С. 63-66
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2022 - Vol. 29, № 3 - P. 63-66
tors and molecular entities of the etiopathogenesis of the knee osteoarthritis (literature review)]. Genij ortopedii. 2021;1:112-20. Russian.
3. Ширинский В.С., Казыгашева Е.В., Ширинский И.В. Воспаление и иммунитет: роль в патогенезе остеоартрита // Медицинская иммунология. 2019. Т. 21, № 1. C. 39-48 / Shirinsky VS, Kazygasheva EV, Shirinsky IV. Vospalenie i immunitet rol v patogeneze osteoartrita [Inflammation and immunity: a role of pathogenesis of osteoarthritis]. Medicinskaya immunologiya. 2019;21(1):39-48. Russian.
4. Assirelli E., Pulsatelli L., Dolzani P., Mariani E., Lisignoli G., Addimanda O., Meliconi R. Complement Expression and Activation in Osteoarthritis Joint Compartments // Frontiers in Immunology. 2020. № 11. Art. No. 2772. / Assirelli E, Pulsatelli L, Dolzani P, Mariani E, Lisignoli G, Addimanda O, Meliconi R. Complement Expression and Activation in Osteoarthritis Joint Compartments. Frontiers in Immunology. 2020;11:2772.
5. Geyer M., Schonfeld C. Novel insights into the pathogenesis of osteoarthritis // Current Rheumatology Reviews. 2018. Vol. 14, № 2. P. 98-107 / Geyer M, Schonfeld C. Novel insights into the pathogenesis of osteoarthritis. Current Rheumatology Reviews. 2018;14(2):98-107.
6. Gladkova E.V. The role of matrix metalloproteinases in early and late gonarthrosis manifestations // Russian Open Medical Journal. 2020. Vol. 9, № 3. P. e0302 / Gladkova EV. The role of matrix metalloproteinases in early and late gonarthrosis manifestations. Russian Open Medical Journal. 2020;9(3):e0302.
7. Hugle T., Geurts J. What drives osteoarthritis? - synovial versus subchondral bone pathology // Rheumatology. 2017. Vol. 56, № 9. P. 1461-1471 / Hugle T, Geurts J. What drives osteoarthritis? - synovial versus subchondral bone pathology. Rheumatology. 2017;56(9):1461-71.
8. Karsdal M.A., Bay-Jensen A.C., Lories R.J., Abramson S., Spector T., Pastoureau P., Christiansen C., Attur M., Henriksen K., Goldring S.R., Kraus V. The coupling of bone and cartilage turnover in os-teoarthritis: opportunities for bone antiresorptives and anabolics as potential treatments? // Ann Rheum Dis. 2014. № 73. P. 336-348 / Karsdal MA, Bay-Jensen AC, Lories RJ, Abramson S, Spector T, Pastoureau P, Christiansen C, Attur M, Henriksen K, Goldring SR, Kraus V.
The coupling of bone and cartilage turnover in osteoarthritis: opportunities for bone antiresorptives and anabolics as potential treatments? Ann Rheum Dis. 2014;73:336-48.
9. Kuyinu E.L., Narayanan G., Nair L.S., Laurencin C.T. Animal models of osteoarthritis: classification, update, and measurement of outcomes // J Orthop Surg Res. 2016. № 11. P. 19 / Kuyinu EL, Narayanan G, Nair LS, Laurencin CT. Animal models of osteoarthritis: classification, update, and measurement of outcomes. J Orthop Surg Res. 2016;11:19.
10. Rajandran S., Ma C., Tan J.R., Liu J., Wong S.B.S., Leung Y. Exploring the association of innate immunity biomarkers with MRI features in both early and late stages osteoarthritis // Frontiers in Medicine. 2020. Vol. 7. P. 554669 / Rajandran S, Ma C, Tan JR, Liu J, Wong SBS, Leung Y. Exploring the association of innate immunity biomarkers with MRI features in both early and late stages osteoarthritis. Frontiers in Medicine. 2020;7:554669.
11. Sae-jung T., Sengprasert P., Apinun J., Ngarmukos S., Yuk-tanandana P., Tanavalee A., Reantragoon R. Functional and T cell receptor repertoire analyses of peripheral blood and infrapatellar fat pad T cells in knee osteoarthritis // The Journal of Rheumatology. 2019. Vol. 46, № 3. P. 309-317 / Sae-jung T, Sengprasert P, Apinun J, Ngarmukos S, Yuk-tanandana P, Tanavalee A, Reantragoon R. Functional and T cell receptor repertoire analyses of peripheral blood and infrapatellar fat pad T cells in knee osteoarthritis. The Journal of Rheumatology. 2019;46(3):309-17.
12. Silawal S., Triebel J., Bertsch T., Schulze-Tanzil G. Osteoarthritis and the complement cascade // Clinical Medicine Insights: Arthritis and Musculoskeletal Disorders. 2018. Vol. 11. P. 1179544117751430 / Silawal S, Triebel J, Bertsch T, Schulze-Tanzil G. Osteoarthritis and the complement cascade. Clinical Medicine Insights: Arthritis and Musculoskeletal Disorders. 2018;11:1179544117751430.
13. Zhu X., Chan Y.T., Yung P.S.H., Tuan R.S., Jiang Y. Subchon-dral bone remodeling: A therapeutic target for osteoarthritis // Frontiers in Cell and Developmental Biology. 2021. N 8. Art. ID 607764 / Zhu X, Chan YT, Yung PSH, Tuan RS, Jiang Y. Subchondral bone remodeling: A therapeutic target for osteoarthritis. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 2021;8:607764.
Библиографическая ссылка:
Гладкова Е.В., Мамонова И.А., Ульянов В.Ю. Патогенетические аспекты иммунной регуляции процессов ремоделирования костной ткани в дебюте первичного остеоартроза коленных суставов // Вестник новых медицинских технологий. 2022. №3. С. 6366. DOI: 10.24412/1609-2163-2022-3-63-66. EDN YDANNG.
Bibliographic reference:
Gladkova EV, Mamonova IA, Ulyanov IA. Patogeneticheskie aspekty immunnoy regulyatsii protsessov remodelirovaniya kostnoy tkani v debyute pervichnogo osteoartroza kolennykh sustavov [Pathogenetic features of bone remodeling immune regulation in the onset of primary knee osteoarthrosis]. Journal of New Medical Technologies. 2022;3:63-66. DOI: 10.24412/1609-2163-2022-3-63-66. EDN YDANNG. Russian.
