Ο ρόλος των κρυσταλλικών εναποθέσεων στην παθογένεια της οστεοαρθρίτιδας

Κρύσταλλοι βασικού φωσφορικού ασβεστίου (BCP) βρίσκονται στο αρθρικό υγρό του 30-60% των ασθενών με οστεοαρθρίτιδα. Σύμφωνα με τους A. Swan et al. (1994), κρύσταλλοι που περιέχουν ασβέστιο βρίσκονται στο αρθρικό υγρό ενός πολύ μεγαλύτερου αριθμού ασθενών με οστεοαρθρίτιδα. Ωστόσο, λόγω του εξαιρετικά μικρού μεγέθους των κρυστάλλων ή του μικρού αριθμού τους, δεν αναγνωρίζονται με συμβατικές τεχνικές. Η παρουσία κρυστάλλων BCP στο αρθρικό υγρό συσχετίζεται με ακτινογραφικά σημάδια εκφύλισης του αρθρικού χόνδρου και σχετίζεται με μεγαλύτερο όγκο συλλογής σε σύγκριση με τη συλλογή σε αρθρώσεις του γονάτου χωρίς κρυστάλλους. Μια μελέτη παραγόντων που επηρεάζουν την ακτινογραφική εξέλιξη της γονάρθρωσης έδειξε ότι η εναπόθεση κρυστάλλων διένυδρου πυροφωσφορικού ασβεστίου (CPPD) αποτελεί προγνωστικό παράγοντα δυσμενούς κλινικής και ακτινογραφικής έκβασης. Σε μια μελέτη ηλικιωμένων ασθενών, η οστεοαρθρίτιδα βρέθηκε να σχετίζεται με χονδροασβέστωση, ιδιαίτερα στο πλάγιο κνημομηριαίο διαμέρισμα του γονάτου και στις τρεις πρώτες μετακαρποφαλαγγικές αρθρώσεις. Δεν είναι ασυνήθιστο να βρίσκονται και οι δύο τύποι κρυστάλλων, OFC και PFC, σε ασθενείς με οστεοαρθρίτιδα.

Κλινικά, η εκφύλιση του αρθρικού χόνδρου που προκαλείται από την εναπόθεση κρυστάλλων ασβεστίου διαφέρει από αυτήν που παρατηρείται στην πρωτοπαθή οστεοαρθρίτιδα. Εάν οι κρύσταλλοι ήταν ένα απλό επιφαινόμενο της εκφύλισης του χόνδρου, θα βρίσκονταν στις αρθρώσεις που επηρεάζονται συχνότερα από την πρωτοπαθή οστεοαρθρίτιδα, δηλαδή τα γόνατα, τα ισχία και τις μικρές αρθρώσεις των χεριών. Αντίθετα, οι ασθένειες εναπόθεσης κρυστάλλων επηρεάζουν συχνότερα αρθρώσεις που δεν είναι τυπικές για την πρωτοπαθή οστεοαρθρίτιδα, όπως ο ώμος, ο καρπός και ο αγκώνας. Η παρουσία κρυστάλλων στο υγρό της άρθρωσης (έκχυση) σχετίζεται με πιο σοβαρή εκφύλιση του αρθρικού χόνδρου. Το ερώτημα ποια είναι η αιτία και ποια το αποτέλεσμα, η εναπόθεση κρυστάλλων ή η εκφύλιση του χόνδρου, συζητείται. Μια ενδιάμεση θέση καταλαμβάνεται από την ακόλουθη υπόθεση: μια πρωτοπαθής ανωμαλία στον μεταβολισμό του χόνδρου οδηγεί στην εκφύλισή του και η δευτερογενής εναπόθεση κρυστάλλων επιταχύνει την αποικοδόμηση του (η λεγόμενη θεωρία του βρόχου ενίσχυσης).

Ο ακριβής μηχανισμός με τον οποίο οι κρύσταλλοι ασβεστίου βλάπτουν τον αρθρικό χόνδρο είναι άγνωστος και συνοψίζεται παρακάτω. Θεωρητικά, οι κρύσταλλοι ασβεστίου μπορεί να βλάψουν άμεσα τα χονδροκύτταρα. Ωστόσο, η ιστολογική εξέταση σπάνια αποκαλύπτει κρυστάλλους κοντά στα χονδροκύτταρα και ακόμη πιο σπάνια καταπίνονται από αυτά. Ο πιο πιθανός μηχανισμός είναι η φαγοκυττάρωση των κρυστάλλων από τα κύτταρα της αρθρικής επένδυσης, ακολουθούμενη από την απελευθέρωση πρωτεολυτικών ενζύμων ή την έκκριση κυτοκινών που διεγείρουν την απελευθέρωση ενζύμων από τα χονδροκύτταρα. Αυτή η ιδέα υποστηρίζεται από μια μελέτη του ρόλου της αρθρίτιδας που προκαλείται από PFKD στην ανάπτυξη ταχέως εξελισσόμενης οστεοαρθρίτιδας στην πυροφωσφορική αρθροπάθεια. Σε αυτή τη μελέτη, κρύσταλλοι διένυδρου πυροφωσφορικού ασβεστίου (1 ή 10 mg) εγχύθηκαν εβδομαδιαίως στο δεξί γόνατο κουνελιών με οστεοαρθρίτιδα που προκλήθηκε από μερική πλάγια μηνισκεκτομή. Αποδείχθηκε ότι μετά από 8 ενέσεις, η δεξιά άρθρωση του γόνατος εμφάνισε σημαντικά πιο σοβαρές αλλαγές σε σύγκριση με την αριστερή. Η ένταση της αρθρικής φλεγμονής συσχετίστηκε με τις ενδοαρθρικές ενέσεις κρυστάλλων διένυδρου πυροφωσφορικού ασβεστίου και τη δόση τους. Παρά το γεγονός ότι οι δόσεις κρυστάλλων CPPD που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή τη μελέτη υπερβαίνουν εκείνες in vivo, τα αποτελέσματα υποδεικνύουν τον ρόλο της φλεγμονής που προκαλείται από CPPD στην εξέλιξη της οστεοαρθρίτιδας στην πυροφωσφορική αρθροπάθεια.

Πιθανοί μηχανισμοί πρόκλησης βλάβης του αρθρικού χόνδρου από κρυστάλλους που περιέχουν ασβέστιο σχετίζονται με τις μιτογόνες ιδιότητές τους, την ικανότητά τους να επάγουν MMPs και να διεγείρουν τη σύνθεση προσταγλανδινών.

Μιτογόνος επίδραση κρυστάλλων που περιέχουν ασβέστιο. Σε αρθροπάθειες που σχετίζονται με κρυστάλλους, παρατηρείται συχνά πολλαπλασιασμός των κυττάρων της αρθρικής επένδυσης, με τους ίδιους τους κρυστάλλους να ευθύνονται μόνο εν μέρει για αυτή τη διαδικασία. Η αύξηση του αριθμού των αρθρικών κυττάρων συνοδεύεται από αυξημένη έκκριση κυτοκινών, οι οποίες προάγουν τη χονδρόλυση και προκαλούν την έκκριση πρωτεολυτικών ενζύμων. Οι κρύσταλλοι OFC σε συγκεντρώσεις που βρίσκονται στην παθολογία των ανθρώπινων αρθρώσεων διεγείρουν δοσοεξαρτώμενα τη μιτογένεση καλλιεργειών ινοβλαστών δέρματος σε ηρεμία και αρθρικών ινοβλαστών σκύλου και ποντικού. Οι κρύσταλλοι διένυδρου πυροφωσφορικού ασβεστίου, ουρικού, θειικού, ανθρακικού και φωσφορικού ασβεστίου διεγείρουν την κυτταρική ανάπτυξη. Η έναρξη και η κορυφή της ενσωμάτωσης ( ^3H )-θυμιδίνης που προκαλείται από αυτούς τους κρυστάλλους μετατοπίζονται κατά 3 ώρες σε σύγκριση με την διέγερση των κυττάρων με ορό αίματος. Αυτή η χρονική περίοδος μπορεί να είναι απαραίτητη για τη φαγοκυττάρωση και τη διάλυση των κρυστάλλων. Η προσθήκη κρυστάλλων ελέγχου του ίδιου μεγέθους (π.χ. σκόνη διαμαντιού ή σωματίδια λάτεξ) δεν διεγείρει τη μιτογένεση. Οι κρύσταλλοι μονοένυδρου ουρικού νατρίου είχαν ασθενείς μιτογόνες ιδιότητες και ήταν σημαντικά κατώτεροι από εκείνους του ουρικού ασβεστίου, υποδεικνύοντας τη σημασία της περιεκτικότητας σε ασβέστιο των κρυστάλλων στη μιτογένεση. Οι συνθετικοί κρύσταλλοι OFC είχαν τις ίδιες μιτογόνες ιδιότητες με τους κρυστάλλους που ελήφθησαν από ασθενείς με χονδροασβέστωση. Η μιτογόνες δράση των κρυστάλλων που περιείχαν ασβέστιο δεν ήταν αποτέλεσμα αύξησης της περιεκτικότητας σε ασβέστιο του περιβάλλοντος θρεπτικού μέσου in vitro, καθώς η διάλυση των βασικών κρυστάλλων φωσφορικού ασβεστίου στο θρεπτικό μέσο δεν διεγείρει την ενσωμάτωση της ( ^3H )-θυμιδίνης από τους ινοβλάστες.

Ένας προτεινόμενος μηχανισμός για την επαγόμενη από OFC μιτογένεση είναι ότι ο ανώμαλος πολλαπλασιασμός των αρθρικών κυττάρων μπορεί να οφείλεται, τουλάχιστον εν μέρει, στην ενδοκυττάρωση και την ενδοκυτταρική διάλυση των κρυστάλλων, η οποία αυξάνει τις κυτταροπλασματικές συγκεντρώσεις Ca2 ⁺ και ενεργοποιεί την εξαρτώμενη από το ασβέστιο οδό που οδηγεί στη μιτογένεση. Αυτή η ιδέα υποστηρίζεται από την απαίτηση για άμεση επαφή κυττάρου-κρυστάλλου για την τόνωση της μιτογένεσης, καθώς η έκθεση των κυτταροκαλλιεργειών σε κρυστάλλους προκάλεσε κυτταρική ανάπτυξη, ενώ η έκθεση των κυττάρων που στερήθηκαν τέτοιας επαφής δεν το έκανε. Για να μελετηθεί η απαίτηση για κρυσταλλική φαγοκυττάρωση μετά από αλληλεπίδραση κυττάρου-κρυστάλλου, τα κύτταρα καλλιεργήθηκαν με ^45Ca -OPC και ( ^3H )-θυμιδίνη. Διαπιστώθηκε ότι τα κύτταρα που περιείχαν ^45Ca -OPC ενσωμάτωσαν σημαντικά περισσότερη ( ^3H )-θυμιδίνη από τα κύτταρα χωρίς βασική σήμανση με φωσφορικό ασβέστιο. Σε καλλιέργειες μακροφάγων, η αναστολή της κρυσταλλικής ενδοκυττάρωσης από την κυτοχαλασίνη είχε ως αποτέλεσμα την αναστολή της διάλυσης των κρυστάλλων, υπογραμμίζοντας περαιτέρω την αναγκαιότητα της φαγοκυττάρωσης.

Οι κρύσταλλοι που περιέχουν ασβέστιο είναι διαλυτοί στο οξύ. Μετά τη φαγοκυττάρωση, οι κρύσταλλοι διαλύονται στο όξινο περιβάλλον των φαγολυσοσωμάτων των μακροφάγων. Η χλωροκίνη, το χλωριούχο αμμώνιο, η βαφιλομυκίνη Α1 και όλοι οι λυσοσωμοτρόποι παράγοντες που αυξάνουν το pH των λυσοσωμικών αναστέλλουν δοσοεξαρτώμενα την ενδοκυτταρική διάλυση των κρυστάλλων και την πρόσληψη (3H)-θυμιδίνης ^σε ινοβλάστες που καλλιεργούνται με βασικούς κρυστάλλους φωσφορικού ασβεστίου.

Η προσθήκη κρυστάλλων OFC σε μια μονοστρωματική καλλιέργεια ινοβλαστών προκάλεσε άμεση δεκαπλάσια αύξηση του ενδοκυτταρικού ασβεστίου, το οποίο επέστρεψε στην αρχική τιμή μετά από 8 λεπτά. Η πηγή ασβεστίου ήταν κυρίως εξωκυτταρικό ιόν, καθώς οι βασικοί κρύσταλλοι φωσφορικού ασβεστίου προστέθηκαν σε ένα μέσο καλλιέργειας χωρίς ασβέστιο. Η επόμενη αύξηση στην ενδοκυτταρική συγκέντρωση ασβεστίου παρατηρήθηκε μετά από 60 λεπτά και διήρκεσε τουλάχιστον 3 ώρες. Εδώ, η πηγή ασβεστίου ήταν φαγοκυττάρωση κρυστάλλων διαλυμένων σε φαγολυσοσώματα.

Διαπιστώθηκε ότι η μιτογόνος δράση των κρυστάλλων OFC είναι παρόμοια με αυτή του PDGF ως αυξητικού παράγοντα. Όπως και ο τελευταίος, οι κρύσταλλοι OFC εμφανίζουν συνέργεια με τον IGF-1 και το πλάσμα αίματος. Ο αποκλεισμός του IGF-1 μειώνει την κυτταρική μιτογένεση σε απόκριση στον OFC. Οι PG Mitchell et al. (1989) έδειξαν ότι η επαγωγή της μιτογένεσης σε ινοβλάστες Balb/c- ₃ T3 _από κρυστάλλους OFC απαιτεί την παρουσία πρωτεϊνικής κινάσης C σερίνης/θρεονίνης (PKC), ενός από τους κύριους μεσολαβητές των σημάτων που παράγονται κατά την εξωτερική διέγερση των κυττάρων με ορμόνες, νευροδιαβιβαστές και αυξητικούς παράγοντες. Η μείωση της δραστικότητας της PKC στα κύτταρα Balb/c-3 T3 _{αναστέλλει την επαγωγή των πρωτοογκογονιδίων c-fos και c-myc που προκαλείται από τονPDGF}, αλλά δεν επηρεάζει την διέγερση αυτών των ογκογονιδίων που προκαλείται από τον PDGF.

Η αύξηση του ενδοκυτταρικού ασβεστίου μετά τη διάλυση των φαγοκυττάρων κρυστάλλων δεν είναι η μόνη οδός σηματοδότησης για τη μιτογένεση. Όταν αυξητικοί παράγοντες όπως ο PDGF συνδέονται με τον υποδοχέα μεμβράνης τους, διεγείρεται η φωσφολιπάση C (μια φωσφοδιεστεράση), η οποία υδρολύει τη φωσφατιδυλινοσιτόλη 4,5-διφωσφορική για να σχηματίσει τους ενδοκυτταρικούς αγγελιοφόρους ινοσιτόλη-3-φωσφορική και διακυλογλυκερόλη. Η πρώτη απελευθερώνει ασβέστιο από το ενδοπλασματικό δίκτυο τροποποιώντας τη δραστηριότητα των εξαρτώμενων από ασβέστιο και των εξαρτώμενων από ασβέστιο/καλμοδουλίνη ενζύμων όπως οι πρωτεϊνικές κινάσες και οι πρωτεάσες.

Οι R. Rothenberg και H. Cheung (1988) ανέφεραν αυξημένη αποικοδόμηση της 4,5-διφωσφορικής φωσφατιδυλινοσιτόλης από τη φωσφολιπάση C σε αρθρικά κύτταρα κουνελιού σε απόκριση σε διέγερση με κρυστάλλους OFC. Οι τελευταίοι αύξησαν σημαντικά την περιεκτικότητα σε 1-φωσφορική ινοσιτόλη σε κύτταρα με επισημασμένη ( ^3H )-ινοσιτόλη. Η κορυφή επιτεύχθηκε εντός 1 λεπτού και παρέμεινε για περίπου 1 ώρα.

Η διακυλογλυκερόλη είναι ένας πιθανός ενεργοποιητής του διένυδρου πυροφωσφορικού ασβεστίου. Δεδομένου ότι οι κρύσταλλοι OFC αυξάνουν τη δραστικότητα της φωσφολιπάσης C, η οποία οδηγεί σε συσσώρευση διακυλογλυκερόλης, κατά συνέπεια, μπορεί κανείς να αναμένει αύξηση στην ενεργοποίηση της PKC. Οι PG Mitchell et al. (1989) συνέκριναν τις επιδράσεις των κρυστάλλων OFC και του PDGF στη σύνθεση DNA από _{ινοβλάστες Balb/c-3T3}. Σε κυτταροκαλλιέργεια, η PKC απενεργοποιήθηκε με επώαση κυττάρων με διεστέρα φορβόλης που υποστηρίζει όγκους (TPD), ένα ανάλογο διακυλογλυκερόλης. Η μακροχρόνια διέγερση με χαμηλές δόσεις TPD μείωσε τη δραστικότητα της PKC, ενώ μια εφάπαξ διέγερση με υψηλή δόση την ενεργοποίησε. Η διέγερση της σύνθεσης DNA από κρυστάλλους OFC καταστέλλεται μετά την απενεργοποίηση της PKC, υποδεικνύοντας τη σημασία αυτού του ενζύμου στην επαγόμενη από OFC μιτογένεση. Προηγουμένως, οι GM McCarthy et al. (1987) κατέδειξαν μια σύνδεση μεταξύ της μιτογόνου απόκρισης των ανθρώπινων ινοβλαστών σε κρυστάλλους OFC και της ενεργοποίησης της PKC. Ωστόσο, οι κρύσταλλοι OFC δεν ενεργοποιούν την φωσφατιδυλινοσιτόλη 3-κινάση ή τις τυροσινικές κινάσες, επιβεβαιώνοντας ότι ο μηχανισμός ενεργοποίησης των κυττάρων από τους κρυστάλλους OFC είναι επιλεκτικός.

Ο πολλαπλασιασμός των κυττάρων ελέγχεται από μια ομάδα γονιδίων που ονομάζονται πρωτοογκογονίδια. Οι πρωτεΐνες foe και mye, προϊόντα των πρωτοογκογονιδίων c-fos και c-myc, εντοπίζονται στον πυρήνα του κυττάρου και συνδέονται με συγκεκριμένες αλληλουχίες DNA. Η διέγερση των ινοβλαστών 3T3 με κρυστάλλους OFC έχει ως αποτέλεσμα την έκφραση του c-fos εντός λίγων λεπτών, η οποία φτάνει στο μέγιστο 30 λεπτά μετά τη διέγερση. Η επαγωγή της μεταγραφής c-myc από κρυστάλλους OFC ή PDGF συμβαίνει εντός 1 ώρας και φτάνει στο μέγιστο 3 ώρες μετά τη διέγερση. Τα κύτταρα διατηρούν αυξημένο επίπεδο μεταγραφής c-fos και c-myc για τουλάχιστον 5 ώρες. Σε κύτταρα με αδρανοποιημένο PCD, η διέγερση του c-fos και του c-myc από κρυστάλλους OFC ή TFD καταστέλλεται σημαντικά, ενώ η επαγωγή αυτών των γονιδίων από τον PDGF δεν αλλάζει.

Τα μέλη της οικογένειας των πρωτεϊνικών κινασών που ενεργοποιούνται από μιτογόνο (MAP K) είναι βασικοί ρυθμιστές διαφόρων ενδοκυτταρικών σηματοδοτικών καταρρακτών. Μία υποκατηγορία αυτής της οικογένειας, η p42/p44, ρυθμίζει τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων μέσω ενός μηχανισμού που περιλαμβάνει την ενεργοποίηση των πρωτοογκογονιδίων c-fos και c-jun. Οι κρύσταλλοι OFC και PFKD ενεργοποιούν μια σηματοδοτική οδό πρωτεϊνικής κινάσης που περιλαμβάνει τόσο την p42 όσο και την p44, υποδηλώνοντας έναν ρόλο για αυτήν την οδό στην μιτογένεση που προκαλείται από κρυστάλλους που περιέχουν ασβέστιο.

Τέλος, η μιτογένεση που προκαλείται από OFC περιλαμβάνει τον παράγοντα μεταγραφής πυρηνικό παράγοντα κB (NF-κB), ο οποίος περιγράφηκε για πρώτη φορά ως το γονίδιο της ελαφριάς αλυσίδας ανοσοσφαιρίνης κ (IgK). Είναι ένας επαγώγιμος παράγοντας μεταγραφής σημαντικός σε πολλές σηματοδοτικές οδούς επειδή ρυθμίζει την έκφραση διαφόρων γονιδίων. Η επαγωγή του NF-κB συνήθως συνδυάζεται με την απελευθέρωση ανασταλτικών πρωτεϊνών που ονομάζονται IκB από το κυτταρόπλασμα. Η επαγωγή του NF-κB ακολουθείται από μετατόπιση του ενεργού παράγοντα μεταγραφής στον πυρήνα. Οι κρύσταλλοι OFC επάγουν NF-κB σε ινοβλάστες Balb/c- _3T3 και ινοβλάστες ανθρώπινου δέρματος.

Αρκετές οδοί μπορεί να εμπλέκονται στη μεταγωγή σήματος μετά την ενεργοποίηση του NF-κB, αλλά όλες περιλαμβάνουν πρωτεϊνικές κινάσες που φωσφορυλιώνουν (και έτσι αποικοδομούν) την IκB. Με βάση μελέτες in vitro, η IκB θεωρούνταν προηγουμένως ότι χρησιμεύει ως υπόστρωμα για κινάσες (π.χ., PKC και πρωτεϊνική κινάση Α). Ωστόσο, πρόσφατα εντοπίστηκε ένα σύμπλεγμα κινάσης IκB μεγάλου μοριακού βάρους. Αυτές οι κινάσες φωσφορυλιώνουν ειδικά υπολείμματα σερίνης της IκB. Η ενεργοποίηση του NF-κB από τον TNF-α και την IL-1 απαιτεί αποτελεσματική δράση της κινάσης που επάγει τον NF-κB (NIK) και της κινάσης IκB. Ο μοριακός μηχανισμός ενεργοποίησης της NIK είναι προς το παρόν άγνωστος. Αν και οι κρύσταλλοι OFC ενεργοποιούν τόσο την PKC όσο και τον NF-κB, ο βαθμός στον οποίο αυτές οι δύο διεργασίες μπορεί να συνδέονται είναι άγνωστος. Δεδομένου ότι η τροποποίηση της κινάσης GκB συμβαίνει μέσω φωσφορυλίωσης, δεν μπορεί να αποκλειστεί ένας ρόλος της PKC στην επαγωγή του NF-κB από κρυστάλλους OFC μέσω φωσφορυλίωσης και ενεργοποίησης της κινάσης GκB. Αυτή η ιδέα υποστηρίζεται από την αναστολή της μιτογένεσης που προκαλείται από κρυστάλλους OFC και της έκφρασης του NF-κB από τον αναστολέα PKC, σταυροσπορίνη. Ομοίως, η σταυροσπορίνη μπορεί να αναστείλει την κινάση GκB και έτσι αναστέλλει την πρωτεϊνική κινάση Α και άλλες πρωτεϊνικές κινάσες.

Έτσι, ο μηχανισμός της μιτογένεσης που προκαλείται από κρυστάλλους OFC σε ινοβλάστες περιλαμβάνει τουλάχιστον δύο διαφορετικές διεργασίες:

• ένα ταχύ συμβάν δέσμευσης στη μεμβράνη που οδηγεί σε ενεργοποίηση των PKC και MAP K, επαγωγή του NF-κB και των πρωτοογκογονιδίων,
• βραδύτερη ενδοκυτταρική διάλυση κρυστάλλων, η οποία οδηγεί σε αύξηση της ενδοκυτταρικής περιεκτικότητας σε Ca2 ⁺ και στη συνέχεια στην ενεργοποίηση μιας σειράς διεργασιών που εξαρτώνται από το ασβέστιο και διεγείρουν τη μιτογένεση.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Επαγωγή με κρυστάλλους που περιέχουν MMP-ασβέστιο

Οι μεσολαβητές της βλάβης των ιστών από κρυστάλλους που περιέχουν ασβέστιο είναι οι MMPs - κολλαγενάση-1, στρομελυσίνη, ζελατινάση 92 kD και κολλαγενάση-3.

Δεδομένης της σχέσης μεταξύ της περιεκτικότητας σε κρυστάλλους OFC και της καταστροφής του ιστού των αρθρώσεων, διατυπώθηκε η υπόθεση ότι οι κρύσταλλοι OFC και πιθανώς ορισμένα κολλαγόνα φαγοκυττάρωνονται από τα αρθρικά κύτταρα. Τα διεγερμένα αρθρικά κύτταρα πολλαπλασιάζονται και εκκρίνουν πρωτεάσες. Αυτή η υπόθεση δοκιμάστηκε in vitro με την προσθήκη φυσικών ή συνθετικών OFC, PFCD και άλλων κρυστάλλων σε καλλιεργημένα ανθρώπινα ή σκύλου αρθρικά κύτταρα. Η δραστικότητα των ουδέτερων πρωτεασών και κολλαγενασών αυξήθηκε ανάλογα με τη δόση και ήταν περίπου 5-8 φορές υψηλότερη από αυτή της καλλιέργειας κυττάρων ελέγχου που αναπτύχθηκε χωρίς κρυστάλλους.

Σε κύτταρα που καλλιεργήθηκαν σε μέσο που περιείχε κρυστάλλους, ανιχνεύθηκε συν-επαγωγή κολλαγενάσης-1, στρομελυσίνης και mRNA ζελατινάσης-92 kDa, ακολουθούμενη από έκκριση ενζύμων στο μέσο.

Οι κρύσταλλοι OFC προκάλεσαν επίσης τη συσσώρευση mRNA κολλαγενάσης-1 και κολλαγενάσης-2 σε ώριμα χονδροκύτταρα χοίρου, ακολουθούμενη από έκκριση των ενζύμων στο μέσο.

Οι GM McCarty et al. (1998) μελέτησαν τον ρόλο της ενδοκυτταρικής διάλυσης κρυστάλλων στην παραγωγή MMP που προκαλείται από κρυστάλλους. Η αύξηση του λυσοσωμικού pH με βαφιλομυκίνη Α ανέστειλε την ενδοκυτταρική διάλυση κρυστάλλων και επίσης εξασθένησε την πολλαπλασιαστική απόκριση των ανθρώπινων ινοβλαστών στους κρυστάλλους OFC, αλλά δεν ανέστειλε τη σύνθεση και την έκκριση MMP.

Ούτε οι κρύσταλλοι βασικού φωσφορικού ασβεστίου ούτε οι κρύσταλλοι PFCD προκάλεσαν παραγωγή IL-1 in vitro, αλλά οι κρύσταλλοι ουρικού νατρίου το έκαναν.

Τα τρέχοντα δεδομένα υποδεικνύουν σαφώς άμεση διέγερση της παραγωγής MMP από ινοβλάστες και χονδροκύτταρα κατά την επαφή με κρυστάλλους που περιέχουν ασβέστιο.

Τα συμπτώματα της οστεοαρθρίτιδας υποδεικνύουν σημαντικό ρόλο της MMP στην εξέλιξη της νόσου. Η παρουσία κρυστάλλων που περιέχουν ασβέστιο αυξάνει την εκφύλιση των ιστών των προσβεβλημένων αρθρώσεων.

Διέγερση της σύνθεσης προσταγλανδινών

Παράλληλα με την διέγερση της κυτταρικής ανάπτυξης και την έκκριση ενζύμων, οι κρύσταλλοι που περιέχουν ασβέστιο προκαλούν την απελευθέρωση προσταγλανδινών από κυτταροκαλλιέργειες θηλαστικών, ιδιαίτερα της PGE2 _. Η απελευθέρωση της PGE2 _σε όλες τις περιπτώσεις συμβαίνει εντός της πρώτης ώρας μετά την έκθεση των κυττάρων σε κρυστάλλους. Ο R. Rothenberg (1987) διαπίστωσε ότι οι κύριες πηγές αραχιδονικού οξέος για τη σύνθεση της PGE2 _είναι η φωσφατιδυλοχολίνη και η φωσφατιδυλοαιθανολαμίνη, και επιβεβαίωσε επίσης ότι η φωσφολιπάση Α2 _και το NOX είναι οι κυρίαρχες οδοί για _{την παραγωγή} PGE2.

Η PGE1 μπορεί επίσης να απελευθερωθεί σε απόκριση σε κρυστάλλους OFA. Οι GM McCarty et al. (1993, 1994) μελέτησαν τις επιδράσεις της PGE2 _, της PGE και του αναλόγου της μισοπροστόλης στην μιτογόνο απόκριση των ανθρώπινων ινοβλαστών σε κρυστάλλους OFA. Και οι τρεις παράγοντες ανέστειλαν τη μιτογόνο απόκριση με δοσοεξαρτώμενο τρόπο, με την PGE και τη μισοπροστόλη να εμφανίζουν πιο έντονη ανασταλτική δράση. Η PGE2 και η μισοπροστόλη, αλλά όχι η PGE2 _, ανέστειλαν τη συσσώρευση mRNA κολλαγενάσης σε απόκριση σε κρυστάλλους OFA.

Οι MG McCarty και H. Cheung (1994) διερεύνησαν τον μηχανισμό της ενεργοποίησης των κυττάρων από την PGE μέσω της μεσολάβησης OFC. Οι συγγραφείς έδειξαν ότι η PGE, ένας ισχυρότερος επαγωγέας ενδοκυτταρικής cAMP από την PGE2 _, και την PGE, αναστέλλει την επαγόμενη από OFC μιτογένεση και την παραγωγή MMP μέσω μιας οδού μεταγωγής σήματος που εξαρτάται από cAMP. Είναι πιθανό η αύξηση της παραγωγής PGE που προκαλείται από κρυστάλλους OFC να αποδυναμώνει τις άλλες βιολογικές τους επιδράσεις (μιτογένεση και παραγωγή MMP) μέσω ενός μηχανισμού ανάδρασης.

Φλεγμονή που προκαλείται από κρυστάλλους

Κρύσταλλοι που περιέχουν ασβέστιο βρίσκονται συχνά στο αρθρικό υγρό ασθενών με οστεοαρθρίτιδα, ωστόσο, επεισόδια οξείας φλεγμονής με λευκοκυττάρωση είναι σπάνια τόσο στην οστεοαρθρίτιδα όσο και στις αρθροπάθειες που σχετίζονται με κρυστάλλους (για παράδειγμα, σύνδρομο ώμου Milwaukee). Το φλογιστικό δυναμικό των κρυστάλλων μπορεί να τροποποιηθεί από διάφορους ανασταλτικούς παράγοντες. Οι R. Terkeltaub et al. (1988) απέδειξαν την ικανότητα του ορού αίματος και του πλάσματος να αναστέλλουν σημαντικά την απόκριση των ουδετερόφιλων κοκκιοκυττάρων σε βασικούς κρυστάλλους φωσφορικού ασβεστίου. Οι παράγοντες που προκαλούν τέτοια αναστολή είναι οι πρωτεΐνες δέσμευσης κρυστάλλων. Μια μελέτη μιας από αυτές τις πρωτεΐνες, μιας γλυκοπρωτεΐνης ₂ -HS (AHSr), έδειξε ότι η AHSP είναι ο πιο ισχυρός και ειδικός αναστολέας της απόκρισης των ουδετερόφιλων κοκκιοκυττάρων σε κρυστάλλους OFC. Η AHSr είναι μια πρωτεΐνη ορού ηπατικής προέλευσης. Είναι γνωστό ότι, σε σύγκριση με άλλες πρωτεΐνες ορού, βρίσκεται σε σχετικά υψηλές συγκεντρώσεις στα οστά και στον ιστό ορυκτοποίησης. Επιπλέον, η AHSr υπάρχει στο "μη φλεγμονώδες" αρθρικό υγρό και έχει επίσης ανιχνευθεί σε βασικούς κρυστάλλους φωσφορικού ασβεστίου στο φυσικό αρθρικό υγρό. Επομένως, δεν μπορεί να αποκλειστεί η πιθανότητα το AHSr να τροποποιεί το φλογογενετικό δυναμικό των βασικών κρυστάλλων φωσφορικού ασβεστίου in vivo.

Για να συνοψίσουμε όλα τα παραπάνω, παρουσιάζουμε δύο σχήματα παθογένειας οστεοαρθρίτιδας που προτείνονται από τους WB van den Berg et al. (1999) και Μ. Carrabba et al. (1996), που συνδυάζουν μηχανικούς, γενετικούς και βιοχημικούς παράγοντες.