Матриксные металлопротеиназы — перспективная терапевтическая мишень для лечения остеоартрита | Тюрин А.В., Гайдукова И.З., Ахиярова К.Э., Галина И.И., Хусаинова Р.И.

Введение

Остеоартрит (ОА) является одним из наиболее распространенных дегенеративных заболеваний суставов, в первую очередь среди пожилых людей, у которых проявляются типичные клинические симптомы, такие как боль в суставах, отек, скованность и ограничение движения. Это может привести к уменьшению физической активности и снижению качества жизни в дополнение к увеличению социально-экономического бремени для пациентов и общества в целом [1]. Согласно статистике 2017 г. более 303 млн человек во всем мире страдают от ОА, что делает это заболевание социально значимым [2, 3].

Классификации ОА претерпевали изменения в зависимости от критериев, которые были взяты за их основу. Исходно ОА подразделялся на первичный и вторичный, а также выделялись типы ОА в зависимости от его локализации. Наиболее широко используемые критерии классификации ОА были опубликованы Американской коллегией ревматологов в 1990 г. [4], за ними последовали диа­гностические рекомендации, опубликованные Европейской противоревматической лигой в 2009 г. [5]. Одной из актуальных современных тенденций является выделение фенотипов и эндотипов ОА на основе совокупности наблюдаемых характеристик или черт индивидуума, возникающих в результате взаимодействия генетических факторов и факторов окружающей среды [6]. При исследовании фенотипов чаще всего за категориальный признак принимается какой-то один критерий, например, характеристика субхондральной кости [7], уровень сывороточных маркеров воспаления [8], наличие признаков синовита [9], характер болевого синдрома и ряд других [10, 11]. На сегодняшний день особый интерес вызывает определение воспалительного фенотипа ОА и фенотипа с измененным метаболизмом соединительной ткани. В развитии данных фенотипов принимают активное участие как медиаторы воспаления — фактор некроза опухоли α (ФНО-α), провоспалительные интерлейкины, так и основные медиаторы катаболизма хрящевой ткани — матриксные металлопротеиназы (ММП).

Роль ММП в патогенезе ОА

Большинство ММП, включая ММП-1, ММП-2, ММП-3, ММП-8, ММП-9, ММП-10, ММП-13 и ММП-14, участвуют в метаболизме внеклеточного матрикса (ВКМ) и связанном с этим разрушении суставного хряща при ОА. Растворимые коллагеназы ММП-1, ММП-8 и ММП-13 имеют наибольшую катаболическую активность с преобладанием ММП-13 [12]. Предпочтительным субстратом для ММП-13 является коллаген II типа, который расщепляется в 5 раз быстрее, чем коллаген I типа, и в 6 раз быстрее, чем коллаген III типа [13]. Как показано на рисунке, факторы риска, в числе которых возраст, масса тела, генетическая предрасположенность, более существенно влияют на катаболические факторы, чем на анаболические, вызывая дисбаланс. В результате хондроциты секретируют больше ММП-13, что приводит к усиленной деградации ВКМ [14]. Продукты распада хряща высвобождаются в синовиальную жидкость и фагоцитируются резидентными макрофагами. Когда образование этих распадающихся частиц превышает способность системы фагоцитоза их устранять, они становятся медиаторами воспаления. Т-лимфоциты, проникая в синовиальную полость, стимулируют синовиоциты типа А для перехода в воспалительное состояние, продуцируя воспалительные цитокины и ММП, такие как ФНО-α, интерлейкин (ИЛ) 1, ИЛ-6 и ММП-13, которые, в свою очередь, усиливают катаболический эффект на метаболизм хондроцитов, ускоряя прогрессирование ОА [15].

Важность ММП-13 в расщеплении коллагена II типа подтверждается дестабилизацией модели медиального мениска при ОА, выполненной на линии мышей с нокаутом гена mmp-13. В этой модели у мышей mmp-13 –/– наблюдалась меньшая эрозия большеберцового хряща, чем у мышей дикого типа через 8 нед. после операции [16]. Напротив, ограниченная хрящом экспрессия конститутивно активного mmp-13 у мышей приводила к патологии суставов, подобной той, что наблюдается при ОА [17]. Коллективом авторов был проведен поиск ассоциаций полиморфных вариантов генов ММП с развитием патологии опорно-двигательного аппарата у человека. Исследование распределения частот аллелей и генотипов локусов rs35068180 гена MMP3, rs2252070 гена MMP13, rs226794 и rs2830585 гена ADAMTS5 в зависимости от наличия и локализации ОА и его сочетания с симптомокомплексом дисплазии соединительной ткани (ДСТ) и гипермобильности суставов (ГМС) выявило статистически значимое преобладание частоты аллеля *6A локуса rs35068180 гена MMP3 у лиц с сочетанием ОА и ДСТ по сравнению с группой с изолированной дисплазией (57,9 и 46,9% соответственно, χ2=3,74, p=0,05). Аллель *A локуса rs2252070 гена MMP13 чаще встречался у лиц старше 30 лет с ГМС по сравнению с лицами без гипермобильности (76,8 и 65%, χ2=5,75, p=0,016), генотип *G*G чаще встречался в группе пациентов до 30 лет без ГМС по сравнению с молодыми индивидами с гипермобильностью (10,5 и 5,4%, χ2=6,29, p=0,012). Частота аллеля *A у лиц с ГМС старше 30 лет превышала таковую как в группе лиц до 30 лет (76,8 и 62,5%, χ2=6,92, p=0,008), так и у лиц без ГМС в целом (76,8 и 65,6%, χ²=5,22, p=0,022) [18]. Следует отметить, что аллель *A повышает экспрессию MMП-13 более чем в 3,5 раза.

Лечение ОА

Поскольку ген MMP13 играет решающую роль в патогенезе ОА, он стал предметом внимания исследователей. Препарат, способный блокировать определенные этапы транскрипционной регуляции MMП-13, ингибировать ее синтез, мог бы использоваться для лечения ОА. Такие вещества называются ингибиторами MMП-13. Например, есть некоторые природные соединения, такие как ресвератрол [19], куркумин [20], эпигаллокатехин-3-галлат [21], демонстрирующие защитные эффекты против деградации матрикса и воспаления в хондроцитах, пораженных ОА, путем косвенного ингибирования экспрессии MMП-13. Однако эти природные соединения все еще оказывают потенциально токсичное воздействие на другие ткани человека, поскольку они влияют не только на MMП-13.

Альтернативным и более безопасным вариантом ингибирования деятельности ММП являются препараты интегративной медицины. В последние годы научные исследования в области интегративной и низкодозовой медицины продемонстрировали обоснованность концептуального подхода, а также эффективность и безопасность терапевтического вмешательства, основанного на пер­оральном приеме многокомпонентных/мультитаргетных препаратов и субнаномолярных низких доз сигнальных молекул для модуляции воспалительного процесса, в том числе для лечения хронического воспаления при ОА [22].

Одним из таких препаратов является Цель®Т, содержащий комбинацию минералов и растительных экстрактов, которые применяются при лечении патологии опорно-двигательного аппарата. Ряд исследований [23–26] продемонстрировали клиническую эффективность данного препарата. В исследовании [23] с участием 592 пациентов с ОА коленного сустава 1-й или 2-й степени тяжести по Richter продолжительность применения препарата Цель®Т составила 10 нед., по завершении курса терапии клиническая эффективность препарата не отличалась от таковой в группе ингибиторов циклооксигеназы-2 (ЦОГ-2), о чем свидетельствует оценка эффективности по индексу WOMAC. Также между двумя группами терапии не было отмечено статистически значимых различий в отношении оценки комплаенса и общей эффективности лечения. Кроме того, для группы препарата Цель®Т были характерны как более высокие показатели переносимости по сравнению с группой ингибиторов ЦОГ-2, так и полное отсутствие побочных эффектов. Данные клинические результаты позволяют предположить противовоспалительное действие компонентов Цель®Т за счет входящих в его состав биологически активных веществ. При этом было неясно, насколько близки анализы in vitro с отдельными компонентами к самому препарату.

Серия исследований, проведенная R. Jäggi et al. [26], содержит данные о влиянии препарата и его составляющих на компоненты эйкозаноидного пути: активность изоферментов ЦОГ-1 и ЦОГ-2, ферментов перекисного окисления, выработку простагландина Е2, при этом отмечается снижение их активности. Таким образом, данный препарат может снижать активность двух основных классов молекул, ответственных за артритную боль и воспаление. Еще одна работа [25] по исследованию возможности применения данного многокомпонентного препарата для лечения ОА продемонстрировала его эффективность при локальной терапии. C.J. Lozada et al. [25] вводили препарат внутрисуставно при болевой форме ОА коленного сустава. В этом многоцентровом двойном слепом рандомизированном контролируемом исследовании участвовали 232 пациента с умеренным или тяжелым хроническим ОА. Первичным проявлением эффективности было снижение уровня боли в коленных суставах, измеренное с помощью подшкалы боли WOMAC. Вторичные результаты включали анализ общей шкалы WOMAC и подшкалы для скованности и физической функции, изменение боли после ходьбы на 50 футов и физикальную оценку врача. По результатам исследования было показано, что комбинация биологических/минеральных мультиэкстрактов, входящих в состав препарата Цель®Т, является безопасной и эффективной в лечении боли при умеренном и тяжелом ОА колена.

Дальнейшие исследования ставили целью уточнение молекулярного механизма действия данного препарата. Входящие в его состав экстракты Arnica montana, Sanguinaria canadensis и Rhus toxicodendron (Toxicodendron quercifolium) продемонстрировали отчетливое ингибирующее действие на выработку активных форм кислорода (LOX) и на синтез простагландинов, а также уровень ферментов ЦОГ-1 и ЦОГ-2, при этом не оказывая влияния на выработку лейкотриенов и не вызывая иммуносупрессию. Наблюдаемое двойное ингибирование как LOX-, так и ЦОГ-метаболических путей может объяснить клиническую эффективность и благоприятную желудочно-кишечную переносимость оригинального препарата [26]. Помимо указанных противовоспалительных молекулярных механизмов, не менее важно действие препарата на биохимические и механические характеристики хрящевой ткани. В пораженных ОА суставах происходит дегенерация ВКМ хряща [27], который претерпевает биохимические и структурные изменения [28]. За этим следует деградация хряща и прогрессирующее нарушение его биомеханических свойств. По мере дегенерации хряща его функциональные характеристики ухудшаются. Колебания между деградацией и восстановлением являются нормальным явлением в матриксе. ММП стимулируются воспалительными цитокинами и продуктами деградации матрикса, что вызывает деградацию старых или поврежденных тканей. Они уравновешены рядом факторов роста, в частности трансформирующим фактором роста β (ТРФ-β), костными морфогенетическими белками, которые ингибируют действие ММП и, следовательно, способствуют заживлению тканей. Эти катаболические/анаболические колебания имеют ключевое значение для целостности здоровых тканей [29, 30].

Исследования in vitro [31–33] отдельных компонентов и препарата в целом [34] показали, что его ингредиенты стимулируют высвобождение ТРФ-β, играющего ключевую роль в восстановлении пораженных тканей, а также обладают хондропротективным действием при искусственно индуцированном ОА коленного сустава.

Современные методы исследования позволяют лучше понимать механизмы действия лекарственных препаратов на молекулярном уровне. Механизм лечения ОА был установлен в недавнем исследовании коллектива ученых из Бельгии [35]. Были изучены культуры первичных хондроцитов, полученных из тканей хряща коленного сустава 19 пациентов с ОА и культивированных либо в виде монослоев, либо в альгинатных гранулах. Культуры обрабатывались препаратом Цель®Т или плацебо. Образцы хряща от пациентов были разделены на две группы: одна для секвенирования и оценки дифференциальной экспрессии генов, вовлеченных в метаболизм хрящевой ткани, а другая для количественной оценки уровней белковых метаболитов, в первую очередь — ММП, с помощью иммуноферментного анализа. Секвенирование показало, что Цель®Т действует на ММП-13, а также на несколько независимых генов, участвующих в регуляции и активации ММП-13. Большинство дифференцированно экспрессированных генов были во­влечены в пути регуляции ММП-13, включая экспрессию самого гена MMP13. Препарат модифицировал экспрессию DUSP1 (Dual specificity protein phosphatase 1, фосфатаза 1 белка двойной спе­ци­фичности), DEPP1 (decidual protein induced by progesterone, прогестерон-индуцированный децидуальный белок), ZFP36 (zinc finger protein 36 homolog, тристетрапролин), ZFP36L1 (Butyrate response factor 1, фактор реакции на бутират 1) и CLEC3A (C-type lectin 3А, 3А домен белка лектина типа С, один из углеводсвязывающих белков), которые являются сигнальными факторами, регулирующими экспрессию и активацию ММП-13. Кроме того, длительное (в течение 28 дней) лечение данным препаратом значительно снизило выработку про-ММП-13, неактивного предшественника ММП-13. Анализ данных показывает, что этот многокомпонентный препарат потенциально ограничивает деградацию коллагена II типа за счет снижения выработки ММП-13 и может оказывать благотворное влияние на замедление деградации хряща. При исследовании белковых метаболитов препарат значительно увеличил (в среднем в 2,3 раза через 24 ч, p=0,0444) продукцию белка клеточного коммуникационного фактора 1 (Cellular Communication Network Factor 1, CCN1) в хондроцитах у пациентов с ОА. Через 72 ч наблюдалось значительное увеличение продукции пропептида коллагена II типа в среднем на 27% (p=0,0147). Для обеих временных точек продукция CCN1 хондроцитами при OA коррелировала с продукцией аггрекана (r=0,66, p=0,0004) и пропептида коллагена II типа (r=0,64, p=0,0008). В культурах альгинатных гранул уровень про-ММП-13 снижался в период с 7-го по 14-й день (с -16 до -25%, p<0,05) и с 17-го по 21-й день (-22%, p=0,0331) по сравнению с контрольной группой. Анализ концентраций данного белка подтвердил, что исследуемый препарат значительно снизил выработку про-ММП-13, что может ограничивать деградацию хряща посредством замедления или прекращения деградации коллагена II типа. Также препарат может способствовать формированию ВКМ, возможно, через выработку CCN1, фактора роста, хорошо коррелирующего с выработкой коллагена II типа и аггрекана. Кумулятивное производство про-ММП-13 в течение 28 дней было значительно ниже в культурах хондроцитов, обработанных препаратом Цель®Т, чем в контрольных культурах, обработанных солевым раствором.

Экстракты растений Curcuma longa (CL) и Boswellia serrata (BS), входящие в состав препарата Цель®Т, были исследованы in vitro для оценки механизмов их действия в терапевтических плазменных концентрациях на первичные хондроциты. Действие данных веществ отдельно и в комбинации оценивалось на первичные хондроциты, выделенные у 17 пациентов с ОА и культивированные в альгинатных гранулах. Десяти пациентам проводилось РНК-секвенирование. Протеомное подтверждение проводилось либо с помощью иммуноанализа в супернатанте культуры, либо с помощью проточной цитометрии для маркеров клеточной поверхности после 72 ч лечения. Значительные изменения экспрессии генов наблюдались уже через 6 ч лечения при самой высокой дозе CL, в то время как BS был значительно эффективен только через 24 ч лечения независимо от тестируемой концентрации. Наиболее сверхэкспрессированными генами CL были антиоксидантные, детоксицирующие и цитопротективные гены, вовлеченные в путь редокс-чувствительного транскрипционного фактора (NF-E2-related factor 2, Nrf2). Было отмечено снижение экспрессии преимущественно генов провоспалительных цитокинов и хемокинов. Антиоксидантная и детоксицирующая активность BS была связана с активацией путей Nrf1 и рецептора, активируемого протеосомным пролифератором (Peroxisome proliferator-activated receptor alpha, PPAR-α). Противовоспалительные эффекты BS были связаны с увеличением фактора роста и дифференцировки 15 (Growth Differentiation Factor 15, GDF15), снижением потребления холестерина клетками и вовлеченных в метаболизм жирных кислот, а также снижением активации Toll-подобных рецепторов (TLR). Подобно CL, BS снижал экспрессию генов катаболизма соединительной ткани — ADAMTS1, ADAMTS5, MMP3 и MMP13. Сочетание CL и BS оказалось значительно более эффективным, чем их действие по отдельности, в отношении многих генов, таких как IL-6, CCL2, ADAMTS1 и ADAMTS5, что свидетельствует о клинической эффективности препарата и демонстрирует его молекулярный механизм действия [36].

Заключение

Понимание молекулярных механизмов патогенеза ОА может служить основой для разработки новых схем лекарственной терапии. Большинство ММП, включая ММП-1, ММП-2, ММП-3, ММП-8, ММП-9, ММП-10, ММП-13 и ММП-14, участвуют в метаболизме ВКМ и связанном с этим разрушении суставного хряща при ОА. Согласно имеющимся исследованиям MMP13 играет ведущую роль в патогенезе ОА. Существуют природные соединения, демонстрирующие защитные эффекты против деградации матрикса и воспаления в хондроцитах, пораженных ОА, путем косвенного ингибирования экспрессии MMП-13. Таким образом, потенциал противовоспалительной терапии не ограничивается применением нестероидных средств и перспективным вариантом для применения являются ингибиторы ФНО-α и ММП. 

Сведения об авторах:

Тюрин Антон Викторович — к.м.н., доцент, заведующий кафедрой внутренних болезней и клинической психологии ФГБОУ ВО БГМУ Мин­здрава России; 450008, Россия, г. Уфа, ул. Ленина, д. 3; ORCID iD 0000-0002-0841-3024.

Гайдукова Инна Зурабиевна — д.м.н., доцент, профессор кафед­ры терапии, ревматологии, экспертизы временной нетрудоспособности и качества медицинской помощи имени Э.Э. Эйхвальда ФГБОУ ВО СЗГМУ им. И.И. Мечникова Мин­здрава России; 191015, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Кирочная, д. 41; ORCID iD 0000-0003-3500-7256.

Ахиярова Карина Эриковна — ассистент кафед­ры внутренних болезней и клинической психологии ФГБОУ ВО БГМУ Мин­здрава России; 450008, Россия, г. Уфа, ул. Ленина, д. 3; ORCID iD 0000-0001-5965-2108.

Галина Ильмира Ильфатовна — ассистент кафед­ры внутренних болезней и клинической психологии ФГБОУ ВО БГМУ Мин­здрава России; 450008, Россия, г. Уфа, ул. Ленина, д. 3; ORCID iD 0000-0001-5940-6599.

Хусаинова Рита Игоревна — д.б.н., профессор кафедры внутренних болезней и клинической психологии ФГБОУ ВО БГМУ Минздрава России; 450008, Россия, г. Уфа, ул. Ленина, д. 3; доцент, главный научный сотрудник ФГБУ «НМИЦ эндокринологии» Мин­здрава России; 117292, Россия, г. Москва, ул. Дмитрия Ульянова, д. 11; ORCID iD 0000-0002-8643-850X.

Контактная информация: Тюрин Антон Викторович, e-mail: anton.bgmu@gmail.com.

Источники финансирования: грант в форме субсидий из бюджета Республики Башкортостан для государственной поддержки молодых ученых — аспирантов и кандидатов наук (шифр конкурса — НОЦ-ГМУ-2023).

Конфликт интересов отсутствует.

Статья поступила 09.06.2024.

Поступила после рецензирования 02.07.2024.

Принята в печать 25.07.2024.

About the authors:

Anton V. Tyurin — C. Sc. (Med.), Associate Professor, Head of the Department of Internal Diseases and Clinical Psychology, Bashkir State Medical University; 3, Lenin str., Ufa, 450008, Russian Federation; ORCID iD 0000-0002-0841-3024.

Inna Z. Gaydukova — Dr. Sc. (Med.), Associate Professor of the Department of Internal Medicine, Rheumatology, Examination of Temporary Disability Examination and Quality of Medical Care named after E.E. Eichwald, I.I. Mechnikov North-Western State Medical University; 41, Kirochnaya str., St. Petersburg, 191015, Russian Federation; ORCID iD 0000-0003-3500-7256.

Karina E. Akhiyarova — Assistant Professor of the Department of Internal Diseases and Clinical Psychology; Bashkir State Medical University; 3, Lenin str., Ufa, 450008, Russian Federation; ORCID iD 0000-0001-5965-2108.

Ilmira A. Galina — Assistant Professor of the Department of Internal Diseases and Clinical Psychology; Bashkir State Medical University; 3, Lenin str., Ufa, 450008, Russian Federation; ORCID iD 0000-0001-5940-6599.

Rita I. Khusainova — Dr. Sc. (Bio.), Professor of the Department of Internal Diseases and Clinical Psychology, Bashkir State Medical University; 3, Lenin str., Ufa, 450008, Russian Federation; Associate Professor, Chief Researcher of the National Medical Research Center of Endocrinology; 11, Dmitry Ulyanov str., Moscow, 117292, Russian Federation; ORCID iD 0000-0002-8643-850X.

Contact information: Anton V. Tyurin, e-mail: anton.bgmu@gmail.com.

Financial Disclosure: a grant in the form of subsidies from the budget of the Republic of Bashkortostan for the state support of young scientists — postgraduate students and candidates of science (competition code — NOC-GMU-2023).

There is no conflict of interest.

Received 09.06.2024.

Revised 02.07.2024.

Accepted 25.07.2024.