Mechanizmy komórkowe i molekularne zapalenia błony maziowej w RZS

Które komórki infiltrują błonę maziową w RZS?

Błona maziowa w RZS jest infiltrowana przez komórki układu odpornościowego, które obejmują komórki odporności wrodzonej (monocyty, komórki dendrytyczne, komórki tuczne) oraz komórki odporności nabytej (limfocyty T pomocnicze 1, Th1; limfocyty T pomocnicze 17, Th17; limfocyty B i komórki plazmatyczne)¹. Fibroblastopodobne komórki maziowe (FSC) są aktywowane, a neutrofile nie są obecne w błonie maziowej, ale przemieszczają się z krwi do płynu maziowego¹.

Cytokiny i chemokiny, takie jak czynnik martwicy nowotworów (TNF), interleukina-6 (IL-6) i czynnik stymulujący tworzenie kolonii granulocytów-monocytów (GM-CSF), aktywują komórki śródbłonka i przyciągają komórki immunologiczne do przestrzeni maziowej¹. Akumulacja leukocytów w błonie maziowej nie wynika z miejscowej proliferacji komórkowej, ale z migracji leukocytów z odległych miejsc powstawania w odpowiedzi na ekspresję cząsteczek adhezyjnych i chemokin przez aktywowane komórki śródbłonka naczyń włosowatych błony maziowej².

Komórki odporności wrodzonej:

Komórki układu odpornościowego wrodzonego, w tym makrofagi, komórki tuczne i komórki NK, znajdują się w błonie maziowej, podczas gdy neutrofile są zazwyczaj znajdowane w płynie maziowym³. Makrofagi są szczególnie ważnymi efektorami zapalenia błony maziowej, które działają poprzez fagocytozę, prezentację antygenu oraz uwalnianie cytokin prozapalnych, reaktywnych form pośrednich tlenu, prostanoidów i enzymów degradujących macierz³.

Kluczowe role komórek odporności wrodzonej obejmują⁴⁵⁶:

• Monocyty/makrofagi: Masowo infiltrują błony maziowe i są centralne dla fizjopatologii zapalenia. ACPA może wzmacniać aktywność NF-κB i produkcję TNF-α w monocytach/makrofagach poprzez wiązanie z powierzchniowo eksponowanym cytrulinowanym Grp78. α-Enolaza na powierzchniach monocytów i makrofagów indukuje produkcję mediatorów prozapalnych. Nierównowaga między prozapalnymi makrofagami M1 a przeciwzapalnymi makrofagami M2 musi być również rozważana w kontekście zapalnego RZS
• Komórki dendrytyczne: Akumulacja DC w jamie stawowej została zgłoszona. Jako komórka prezentująca antygen (APC), szczególnie mieloidne DC wykazano, że indukują różnicowanie limfocytów T. Szczegółowe zrozumienie, jak mieloidne DC funkcjonują w RZS, może dostarczyć bardziej skutecznych strategii leczenia RZS
• Komórki tuczne: Cytokina prozapalna interleukina-17A w próbkach stawów RZS jest zlokalizowana głównie w komórkach tucznych na podstawie jednego badania, a komórki tuczne mogą być aktywowane przez ACPA i ligandy TLR
• Inne szlaki odporności wrodzonej: Obejmują NETosis neutrofilów, aktywację komórek NK itp.

Komórki odporności nabytej:

Z drugiej strony, wielu badaczy umieszcza układ odpornościowy nabytej w centrum patogenezy choroby RZS⁵. Większość zainteresowania wkładem limfocytów T skupiła się na ich roli napędzanej antygenem i uwalnianiu cytokin przez specyficzne podgrupy limfocytów T⁵. Limfocyty T efektorowe CD4 są głównymi czynnikami napędowymi nieprawidłowej odporności w RZS poprzez podtrzymywanie przewlekłego zapalenia błony maziowej i wspieranie produkcji autoprzeciwciał, a brak reaktywnych form tlenu może wzmacniać prozapalne limfocyty T, co rzuca światło na znaczenie metabolizmu energetycznego w RZS⁷.

Histopatologia reumatoidalnej błony maziowej wykazuje intensywną aktywację i proliferację FLS oraz podmaziową akumulację limfocytów T, w tym komórek Th1, Th17 i Treg⁸. Limfocyty B również się gromadzą i różnicują w komórki plazmatyczne. Wygląd tkanki maziowej może przypominać wtórne tkanki limfoidalne, takie jak węzły chłonne⁸. Makrofagi, komórki dendrytyczne, komórki tuczne i fibroblasty są również obecne w tkance podmaziowej⁸.

Jaką rolę odgrywają limfocyty T w patogenezie RZS?

Limfocyty T odgrywają centralną rolę w procesie chorobowym⁹. Reumatoidalna błona maziowa jest bogata w MHC klasy II, komórki prezentujące antygen (APC) i limfocyty T CD4+⁹. Jednak nie jest jasne, czy aktywacja limfocytów T następuje przed wejściem do tkanki, podczas transendotelialnej migracji, czy w błonie maziowej⁹.

APC wymagają sygnałów od aktywowanych limfocytów T dla ich różnicowania i dojrzewania; to następnie umożliwia APC aktywację nowo przybyłych limfocytów T w specyficzny lub niespecyficzny sposób w lokalnym zapaleniu⁹. Aktywowane limfocyty T promują progresję choroby poprzez indukcję wydzielania cytokin prozapalnych (w szczególności TNF-α) z makrofagów i komórek maziowych w sposób zależny od kontaktu⁹.

Mechanizm aktywacji limfocytów T:

Znaczenie adaptacyjnego szlaku odpornościowego w RZS jest sugerowane przez obecność komórek dendrytycznych, głównej klasy komórek prezentujących antygen, które ekspresją różnorodne cytokiny, cząsteczki HLA klasy II i cząsteczki kostymulacyjne w bliskiej bliskości klastrów limfocytów T w błonie maziowej¹⁰. Komórki dendrytyczne prezentują antygeny limfocytom T, które są obecne w błonie maziowej, i służą również jako jeden składnik procesu aktywacji limfocytów T¹⁰.

Aktywacja limfocytów T wymaga 2 sygnałów¹¹:

• Pierwszy sygnał: Prezentacja antygenu receptorowi limfocytów T
• Drugi sygnał (kostymulacyjny): Wymaga interakcji białka powierzchniowego komórki CD80/86 na komórce prezentującej antygen (dendrytycznej) z białkiem CD28 na limfocycie T

Blokada sygnału kostymulacyjnego poprzez kompetycyjne hamowanie CD80/86 zakłóca aktywację limfocytów T i zdarzenia downstream¹¹. Skuteczność blokady CD80/86 jako leczenia RZS potwierdza koncepcję, że limfocyty T odgrywają aktywną rolę w patofizjologii RZS¹¹. Kilka cząsteczek kostymulacyjnych jest zaangażowanych podczas interakcji APC-limfocyt T, w tym CD28/CD80-86 i CD40-CD40L⁹.

Podpopulacje limfocytów T pomocniczych:

Kiedy aktywacja limfocytów T ma miejsce, naiwne limfocyty T pomocnicze (Th) różnicują się w 3 główne subpopulacje (Th1, Th2 i Th17) z odrębnymi profilami produkcji cytokin i funkcjami¹². Chociaż RZS było długo uważane za chorobę mediowaną przez komórki Th1, ostatnie zainteresowanie skupiło się na subpopulacji Th17¹².

Komórki dendrytyczne i makrofagi wydzielają transformujący czynnik wzrostu β, IL-1β, IL-6, IL-21 i IL-23, cytokiny, które wspierają różnicowanie Th17 i hamują produkcję regulatorowych limfocytów T, tym samym przesuwając równowagę homeostatyczną w błonie maziowej w kierunku zapalenia¹². Z kolei komórki Th17 produkują IL-17A, IL-17F, IL-22, IL-26, interferon-γ, chemokinę CCL20 i czynnik transkrypcyjny ROR-γ¹².

Produkcja IL-17A stymuluje fibroblastopodobne synoviocyty (FLS) i makrofagopodobne synoviocyty do zwiększenia produkcji IL-26, która indukuje produkcję cytokin zapalnych IL-1β, IL-6 i TNF-α przez monocyty; te cytokiny stymulują dalsze różnicowanie komórek Th17³. Oprócz szlaków zapalnych napędzanych antygenem, zapalenie może być mediowane przez szlaki niezależne od antygenu inicjowane przez kontakt komórka-komórka między aktywowanymi limfocytami T a makrofagami i fibroblastami³.

Limfocyty T i limfocyty B zajmują miejsce w błonie maziowej, zaludniając region podmaziowy¹³. Naciek komórek jednojądrzastych wygląda histologicznie jak narząd limfoidalny¹³. Komórki dendrytyczne służą jako pomost między odpornością wrodzoną a nabytą poprzez prezentację antygenów specyficznym dla antygenu limfocytom T¹³.

Jak limfocyty B przyczyniają się do patogenezy RZS?

Odporność humoralna również odgrywa integralną rolę w patogenezie RZS³. Wkład limfocytów B w chorobę autoimmunologiczną może być mediowany przez kilka potencjalnych mechanizmów: defekty w punktach kontrolnych tolerancji limfocytów B mogą skutkować autoreaktywnymi limfocytami B, które działają jako komórki prezentujące antygen zdolne do aktywacji limfocytów T; limfocyty B mogą również produkować zarówno pro-, jak i przeciwzapalne cytokiny; wreszcie, limfocyty B mogą funkcjonować jako komórki produkujące przeciwciała³. Oddzielnie lub w połączeniu, te mechanizmy mogą przyczyniać się do patogenezy RZS³.

Jeśli chodzi o limfocyty B, badania skupiają się na ich prezentacji antygenu, tworzeniu i uwalnianiu przeciwciał oraz uwalnianiu cytokin do środowiska⁷. Autoreaktywne limfocyty B mogą być napędzane przez limfocyty T do produkcji przeciwciał IgG autoimmunologicznych, które mogą być bezpośrednio zaangażowane w uszkodzenie stawów, a limfocyty B są znane jako krytyczne w aktywacji limfocytów T CD4+¹⁴.

Ponieważ limfocyt B wydaje się odgrywać ważną rolę w procesie RZS, właściwe jest rozważenie, jak efekty mediowane przez limfocyty B mogą być zmniejszone lub zapobiegane u pacjentów z tą chorobą¹⁴. Ich obecność i trwałość sugeruje, że klony autoreaktywnych limfocytów B przetrwają i proliferują u pacjentów z RZS pod ciągłą stymulacją¹⁴. Będąc znacznie więcej niż prostymi producentami autoprzeciwciał, limfocyty B są w stanie wydzielać wiele ważnych cytokin i efektywnie prezentować antygeny limfocytom T w środowisku maziowym¹⁴.

Limfocyty T wchodzą w interakcje z limfocytami B, aktywując specyficzne dla antygenu limfocyty B do różnicowania się w komórki plazmatyczne, które produkują RF i ACPA¹³. Te autoprzeciwciała wiążą się ze swoimi antygenami, tworząc kompleksy immunologiczne, które mogą dalej nasilać odpowiedź zapalną poprzez aktywację układu dopełniacza¹³¹⁵.

Dodatkowe wsparcie dla zaangażowania limfocytów B w RZS jest dostarczane przez udane zastosowanie środków, które wyczerpują specyficzne populacje limfocytów B do leczenia RZS³. Rytuksymab, przeciwciało monoklonalne skierowane przeciwko limfocytom B CD20-dodatnim, wykazał sukces w badaniach klinicznych RZS i jest obecnie zatwierdzony do stosowania u pacjentów z RZS opornych na inhibitory TNF³.

Które cytokiny prozapalne są kluczowe dla destrukcji stawów?

Cytokiny są produkowane w dużych ilościach w błonie maziowej i odgrywają ważną rolę w propagowaniu intensywnej odpowiedzi zapalnej skutkującej erozjami kostnymi i utratą chrząstki¹⁵¹⁶. Nieprawidłowa produkcja licznych cytokin, chemokin i innych mediatorów zapalnych została wykazana u pacjentów z RZS¹⁷.

Główne cytokiny prozapalne zaangażowane w patogenezę RZS obejmują¹⁷¹⁸:

• Czynnik martwicy nowotworów alfa (TNF-α): Reguluje ekspresję IL-1β, która jest kluczowa dla indukcji produkcji prostanoidów i metaloproteinaz macierzy przez synoviocyty i chondrocyty. Interakcje komórkowe mediowane przez TNF i IL-1, cytokiny, które są głównie produkowane przez aktywowane makrofagi, są prominentnymi czynnikami prowadzącymi do uszkodzenia chrząstki w RZS. TNF zwiększa ekspresję cząsteczek adhezyjnych na komórkach śródbłonka, które rekrutują więcej komórek do stawu. TNF przyczynia się do aktywacji i różnicowania osteoklastów
• Interleukina 1 (IL-1): TNF i IL-1 indukują synoviocyty do ekspresji IL-6, chemokin (IL-8), GM-CSF i MMP, które przyczyniają się do destrukcji chrząstki i kości. IL-1 pośredniczy w degradacji chrząstki bezpośrednio przez indukcję ekspresji MMP przez chondrocyty
• Interleukina 6 (IL-6): Stymuluje produkcję białek ostrej fazy, promuje różnicowanie limfocytów B w komórki plazmatyczne i aktywuje limfocyty T
• Interleukina 8 (IL-8): Chemokina wydzielana przez makrofagi, która przyciąga więcej komórek do stawu
• Czynnik wzrostu transformującego beta (TGF-β): Zaangażowany w remodelowanie tkanek
• Czynnik wzrostu fibroblastów (FGF): Promuje angiogenezę i proliferację synoviocytów
• Czynnik wzrostu pochodzenia płytkowego (PDGF): Stymuluje proliferację synoviocytów

Przewlekłe zapalenie również odgrywa rolę w związanych z nim chorobami towarzyszącymi, takimi jak zwiększone ryzyko chorób sercowo-naczyniowych¹⁵. MCP-1 i IL-8 są również wydzielane przez makrofagi i przyciągają więcej komórek do stawu¹⁹. Główna różnica między RZS a innymi formami zapalnego zapalenia stawów, takimi jak łuszczycowe zapalenie stawów, leży nie w ich odpowiednich wzorcach cytokin, ale raczej w wysoce destrukcyjnym potencjale błony maziowej RZS oraz w lokalnej i ogólnoustrojowej autoimmunizacji²⁰.

Jak fibroblastopodobne synoviocyty przyczyniają się do destrukcji stawów?

Błona maziowa charakteryzuje się mieszaniną makrofagów pochodzących ze szpiku kostnego i wyspecjalizowanych fibroblastopodobnych synoviocytów (FLS)²¹. Komórki maziowe utrzymują stan stacjonarny stawu poprzez wydzielanie kwasu hialuronowego i lubrykiny dla smarowania i funkcji stawu, a także przetwarzanie produktów odpadowych²¹. W RZS dysfunkcja FLS prowadzi do hiperplastycznej błony maziowej²¹.

FSC w reumatoidalnej błonie maziowej zmieniają się w inwazyjny fenotyp¹. FSC i komórki zapalne produkują RANKL, co prowadzi do generacji osteoklastów skutkującego erozjami kostnymi, cechą charakterystyczną reumatoidalnego zapalenia stawów¹. Nieprawidłowa proliferacja FLS wynika z utraty hamowania kontaktowego, które odgrywa krytyczną rolę w RZS poprzez produkcję cytokin zapalnych i proteinaz, takich jak metaloproteinazy macierzy (MMP) i tkankowe inhibitory metaloproteinaz (TIMP), które utrwalają destrukcję stawów²².

FLS tworzą mikrośrodowisko, które pozwala na przeżycie limfocytów T i B oraz akumulację neutrofilów²². Rezydentne fibroblastopodobne synoviocyty (FLS) są aktywowane przez cytokiny prozapalne, PDGF i chemokiny do proliferacji z inwazyjnymi cechami i produkują metaloproteinazy macierzy (MMP) i ADAMTS¹⁶.

Zapalenie i bujny rozrost błony maziowej prowadzi do tworzenia tkanki ziarninowej (pannus), która niszczy różne tkanki, w tym chrząstkę, kość, ścięgna, więzadła i naczynia krwionośne¹⁷. Reumatoidalna tkanka maziowa staje się inwazyjna, wżerając się w kość i powodując erozje brzeżne⁸.

Mechanizmy oporności FLS na apoptozę:

Kolejna hipoteza dotycząca przyczyny hiperplastycznej błony maziowej jest prawdopodobnie związana z opornością na apoptozę związaną z odrębnymi szlakami²². Takie szlaki obejmują:

• Nieprawidłości funkcji białka nowotworowego p53, które przyczyniają się do ekspansji wyściółki maziowej i destrukcji stawów w RZS²²
• Nadekspresję białka szoku cieplnego 70 i wzmocnioną aktywację czynnika szoku cieplnego 1 w tkankach maziowych RZS, które wspierają przeżycie FLS²³
• Model patogenetyczny myszy synoviolin/Hrd1 wyzwala rozrost komórek maziowych poprzez swoje efekty przeciwapoptotyczne²³

Wydaje się, że hiperplazja maziowa zawiera proliferację rezydentnych komórek wolno cyklujących, takich jak mezenchymalne komórki zrębowe/macierzyste, oraz infiltrację komórek pochodzących ze szpiku kostnego u śmiertelnie napromieniowanych myszy po przeszczepie szpiku kostnego²³.

W jaki sposób dochodzi do tworzenia erozji kostnych?

Utrata masy kostnej jest patognomiczną cechą RZS i przejawia się jako miejscowa, przystawowa i ogólnoustrojowa utrata masy kostnej²⁴. Utrata masy kostnej jest wynikiem indukcji osteoklastów i hamowania osteoblastów²⁴. “Przystawowa” utrata masy kostnej najprawdopodobniej odnosi się do zmian komórkowych szpiku kostnego podchrzęstnego, takich jak różnicowanie osteoklastów i tworzenie nacieków zapalnych²⁴.

Pozostaje kontrowersyjne, czy zapalenie, czy autoimmunizacja jest kluczowym czynnikiem napędowym uszkodzenia kości²⁴. Dowody na tradycyjną teorię zapalną są następujące²⁵:

• TNF-α, IL-6, IL-1β, IL-17 i inne cytokiny zapalne zaangażowane w RZS mogą wywierać efekty proosteoklatogenne i hamować tworzenie kości w odpowiednim środowisku poprzez odpowiednie sygnały, takie jak ligand receptora aktywatora jądrowego czynnika kappa-B (RANKL) i czynnik stymulujący tworzenie kolonii makrofagów (M-CSF)
• Te promują napływ i różnicowanie monocytów w osteoklasty w kontekście zapalenia
• Terapie przeciwzapalne dla RZS zatrzymują progresję uszkodzenia kości i vice versa

Druga możliwa droga utraty kości w RZS obejmuje dwa mechanizmy autoimmunizacji, które działają jako wyzwalacz strukturalnego uszkodzenia kości²⁵²⁶:

• Pierwszy mechanizm: Dotyczy tworzenia kompleksu immunologicznego i różnicowania osteoklastów za pośrednictwem receptora Fc
• Drugi mechanizm: To tworzenie przeciwciał przeciwko cytrulinowanej wimentynie przeciwko najbardziej cytrulinowanemu białku, czyniąc osteoklasty idealnymi celami antygennymi dla przeciwciał przeciwko cytrulinowanym białkom (ACPA). Zgłoszono, że wiązanie ACPA z prekursorami osteoklastów indukuje osteoklatogenezę, resorpcję kości i utratę masy kostnej

Cytokiny prozapalne zwiększają białko na powierzchni limfocytów T, znane jako RANKL lub ligand receptora aktywatora jądrowego czynnika kappa-B²⁷. RANKL pozwala limfocytom T wiązać RANK, białko na powierzchni osteoklastów, aby zmusić je do rozpoczęcia rozkładu kości²⁸. Resorpcja kości praktycznie tworzy dziurę, która zwykle znajduje się w miejscach, gdzie błona maziowa wstawia się do okostnej, co jest znane jako gołe obszary zgodnie z pewnymi cechami anatomicznymi²⁶²⁹.

Kość podchrzęstna odgrywa istotną rolę w utrzymaniu homeostazy stawów nośnych, a destrukcja kości podchrzęstnej może ostatecznie prowadzić do degeneracji chrząstki stawowej w wyniku zmniejszenia liczby osteoblastów i wzrostu liczby osteoklastów i synoviocytów²⁶. We wczesnych stadiach RZS obrzęk szpiku kostnego jest częstym znaleziskiem w miejscu kości podchrzęstnej u ludzi, a aberracyjny transformujący czynnik wzrostu-β (TGF-β) w kości podchrzęstnej jest zaangażowany w początek destrukcji stawów RZS w modelach zwierzęcych²⁶.

Rezydentne komórki tuczne produkują aminy wazoaktywne, leukotrieny, proteazy i TNF¹⁶. Osteoklasty są aktywowane przez RANKL, który odgrywa istotną rolę w produkcji erozji kostnych¹⁶.

Jak dochodzi do degradacji chrząstki stawowej?

Chrząstka działa jako kluczowy składnik stawów maziowych, składający się z chondrocytów i gęstej i wysoce zorganizowanej macierzy pozakomórkowej (ECM) syntetyzowanej przez te chondrocyty i zawiera kolagen typu II i glikozaminoglikany (GAG)²³. Hiperplastyczna błona maziowa powoduje poważne uszkodzenie chrząstki w RZS poprzez skierowaną adhezję i inwazję²³. Z drugiej strony, sygnały zapalne, w tym te uwalniane z ECM, mogą dalej stymulować aktywność FLS³⁰.

Mediatory uszkodzenia chrząstki obejmują³⁰:

• Metaloproteinazy macierzy (MMP): Są syntetyzowane przez FLS i mogą promować rozkład sieci kolagenu typu II, powodując dysfunkcję biomechaniczną. Membranowa metaloproteinaza typu I jest uważana za dominującą proteinazę, która degraduje kolagenową macierz chrząstki
• ADAMTS 4 i 5: Metaloproteinazy z domeną dezintegrynową i motywami trombospondyny typu 1
• Katepsyny: Proteazy lizosomalne

Chondrocyty są aktywowane przez TNF, IL-1 i IL-17, produkując enzymy macierzowe skutkujące uszkodzeniem chrząstki¹⁶. Chrząstka stawowa nie ma wystarczającego potencjału regeneracyjnego sama w sobie³⁰. W konsekwencji, pod wpływem cytokin maziowych, szczególnie IL-1 i 17A, oraz reaktywnych form pośrednich azotu, chrząstka jest stopniowo pozbawiana chondrocytów, które ulegają apoptozie³⁰. Prowadzi to do degradacji chrząstki widocznej jako zwężenie szpary stawowej na radiografii³⁰.

Te obserwacje mogą pomóc wyjaśnić, dlaczego RZS jest miejscowo specyficzną manifestacją ogólnoustrojowej choroby autoimmunologicznej, w której wczesne uszkodzenie chrząstki w kontekście zmienionej aktywacji immunologicznej prowadzi do specyficznej aktywacji komórkowej FLS w obrębie stawów²⁴. Niemniej jednak lepsze zrozumienie mechanizmów leżących u podstaw uszkodzenia chrząstki jest wymagane²⁴.

Jaką rolę odgrywa układ dopełniacza w patogenezie RZS?

Innym elementem odporności wrodzonej jest układ dopełniacza, który jest aktywowany przez RF i kompleksy immunologiczne zawierające ACPA, produkujące C3a i C5a, które są prozapalne, przyciągające i aktywujące neutrofile, a także aktywujące makrofagi i komórki tuczne¹⁶.

Kiedy autoprzeciwciała (RF i ACPA) wiążą się ze swoimi celami, tworzą kompleksy immunologiczne, które gromadzą się w płynie maziowym²⁸. Tam aktywują układ dopełniacza, rodzinę 9 małych białek, które działają w kaskadzie enzymatycznej w celu promowania zapalenia i uszkodzenia stawów²⁸. Badanie płynu maziowego w RZS zwykle ujawnia liczbę leukocytów między 1500 a 25 000/mm³ i jest głównie komórkami wielojądrzastymi³¹. Płyn maziowy w RZS również ujawni niskie poziomy C3 i C4 pomimo podwyższonych poziomów w surowicy³¹.