Несчастный биологический "прямая связь" По словам исследователей из Университета Дьюка и Университета Вашингтона в Сент-Луисе, петля управляет хрящевыми клетками в суставе, пораженном артритом, что на самом деле способствует прогрессированию заболевания.
Исследователь боли и механобиолог Вольфганг Лидтке, профессор неврологии в Duke, сотрудничал с бывшим коллегой Duke и экспертом по хрящам Фаршидом Гилаком, который сейчас работает в Медицинской школе Вашингтонского университета, чтобы изучить активность чувствительных к давлению ионных каналов в хрящах. Их исследование появится 22 марта в Трудах Национальной академии наук.
Хрящ – это хорошо смазанная, эластичная ткань с низким коэффициентом трения, которая выравнивает поверхности суставов, смягчает движения и поглощает миллионы циклов механического сжатия. Когда хрящ разрушается при болезненном остеоартрите, концы костей могут сойтись вместе кость с костью, что еще больше усиливает боль.
Клетки, которые создают и поддерживают хрящ, называются хондроцитами, и на их поверхности можно найти ионные каналы, чувствительные к силе, называемые Piezo1 и Piezo2. В ответ на механическую нагрузку на сустав пьезоканалы посылают в клетку сигналы, которые могут изменить активность генов в этой клетке.
Обычно хондроциты производят внеклеточный матрикс, структурные белки и другие биомолекулы, которые придают хрящу механическую жесткость, эластичность и низкое трение. Но при остеоартрите дегенерация и нарушение функции этих клеток, которые не могут восстанавливаться путем деления клеток, способствуют прогрессирующему разрушению хряща.
Еще одним признаком остеоартрита является хроническое воспаление слабой степени, вызванное сигнальной молекулой под названием интерлейкин-1 альфа. Используя хрящевые клетки свиней и человеческие суставы, удаленные для операций по замене, исследователи хотели увидеть, как воспаление влияет на хондроциты.
Они обнаружили, что передача сигналов интерлейкина заставляет клетку производить больше пьезоканалов, что делает клетку еще более чувствительной к давлению и приводит к тому, что исследователи называют опасной петлей прямой связи, которая приводит к большему разрушению хряща.
"Интерлейкин перепрограммирует хондроциты, чтобы они стали более чувствительными к механическим травмам," Лидтке сказал. "Цикл прямой связи медленно измельчает их, и ячейка не может быть заменена."
Лидтке описывает здоровый хондроцит как упругую сферу, "как теннисный мяч" который остается жестким благодаря внутренней матрице актиновых волокон. Но поскольку эти клетки теряют способность заменять волокна актина, "они становятся мягче, мягче."
К сожалению, исследователи обнаружили, что чем мягче они становятся, тем больше создается пьезоканалов.
"Сверхэкспрессия пьезоканалов делает воспаленные хондроциты сверхчувствительными к механическим микротравмам, что увеличивает риск механически вызванного повреждения хондроцитов и последующего прогрессирования остеоартрита" сказал биомедицинский инженер Хасил Ли, первый и соавтор-корреспондент, которая переехала из Liedtke-Lab, чтобы открыть свою собственную лабораторию в Университете Рочестера
"Хрящ перепрограммируется, чтобы нанести больше вреда," Лидтке сказал.
Для дальнейшего подтверждения исследователи обнаружили, что, блокируя активность пьезоканалов, можно восстановить мягкость хондроцитов.
Остеоартрит – наиболее распространенная форма артрита, поражающая миллионы людей во всем мире болью и скованностью суставов. Чаще всего встречается в коленях, бедрах и позвоночнике.
"Мы знаем, что механическая нагрузка на сустав важна для поддержания здоровья хряща, – сказал Гилак. "В этом исследовании мы раскрыли механизм, с помощью которого чрезмерная нагрузка в условиях воспаления может создать ситуацию, которая может привести к прогрессирующей дегенерации хряща."
"Мы всегда ищем опережающие механизмы, способствующие хроническим заболеваниям," Лидтке сказал. "Здесь мы нашли один, который открывает нам двери для разработки методов лечения заболевания, которых в настоящее время не существует для лечения остеоартрита."