Усиленное расщепление коллагена II типа и очень ранняя очаговая дегенерация хряща связаны с повышением экспрессии генов, связанных с дифференцировкой хондроцитов, при ранних поражениях суставного хряща человека

Цель: Дегенерация суставного хряща при остеоартрозе (ОА) сопровождается избыточным разрушением внеклеточного матрикса и дифференцировкой (гипертрофией) хондроцитов. Мы изучили взаимосвязь между степенью расщепления коллагена коллагеназами, дегенерацией хряща и экспрессией генов, связанных с дифференцировкой, в хряще мыщелков бедренной кости в области надколенниково-бедренного сочленения у пациентов с очень ранними очаговыми поражениями суставного хряща, напоминающими изменения при ОА.

Методы: При вскрытии у трёх доноров получили образцы суставного хряща с очень ранними очаговыми поражениями и прилежащего нормального хряща. Полнослойные срезы брали с поверхности мыщелка бедренной кости, сочленяющейся с надколенником. Срезы разделили на участки для оценки по шкале Mankin, определения расщепления коллагена II типа коллагеназами методом ИФА и анализа экспрессии генов методом ОТ-ПЦР.

Результаты: Ранняя очаговая дегенерация хряща была связана с усилением расщепления коллагена II типа коллагеназами. Вблизи очага часто повышалась экспрессия коллагеназ — металлопротеиназ-1 (MMP-1) и MMP-14 (MT1-MMP), аггреканазы ADAMTS-5 (дезинтегрина и металлопротеиназы с тромбоспондиновыми мотивами), но не ADAMTS-4; цитокинов — интерлейкина-1α/β и фактора некроза опухоли α (TNF-α); генов, связанных с терминальной дифференцировкой хондроцитов, — COL10A1, MMP-13, MMP-9 и Indian hedgehog; а также каспазы 3. Факторы роста, связанные с пролиферацией хондроцитов ростковой пластинки, а именно фактор роста фибробластов 2, белок, связанный с паратиреоидным гормоном, и трансформирующий фактор роста β1/2, а также молекулы матрикса COL2A1 и аггрекан экспрессировались как рядом с очагом, так и на удалении от него. Из всех исследованных генов только экспрессия каспазы 3 и ADAMTS-5 выявлялась исключительно в связи с этими ранними поражениями. Повышение активности коллагеназ часто сопровождалось усилением экспрессии COL10A1, каспазы 3, IL-1α/β, MMP-1 и ADAMTS-5, а также снижением экспрессии Sox-9 (транскрипционного фактора семейства белков с высокоподвижной группой), TGF-β1, TGF-β2, TNF-α и аггрекана. При изменении активности коллагеназ заметных различий в экспрессии остальных генов не наблюдалось.

Выводы: Очень ранняя очаговая дегенерация суставного хряща коленного сустава сопровождается повышением активности коллагеназ и экспрессии генов, связанных с терминальной дифференцировкой хондроцитов и разрушением матрикса. Таким образом, дифференцировка хондроцитов может быть тесно связана с самым ранним развитием дегенерации хряща, в том числе при ОА.