Во время развития хряща хондроциты секретируют внеклеточный матрикс (ЕСМ) и внедряются в одну и ту же среду. Во время прогрессирующего заболевания суставов, такого как остеоартрит (ОА), нарушение регуляции процесса может привести к деградации ECM. В недавнем исследовании Ын Кён Сонг и его коллеги изучили образцы хряща пациентов с ОА и обнаружили снижение экспрессии интегрин-β-подобного 1 (ITGBL1) (белка, ингибирующего интегрин, экспрессируемого во время развития хряща), секретируемого в образцах. Истощение белка ITGBL1 снижает отложение ВКМ, что приводит к повреждению хряща. Напротив, сверхэкспрессия белка предотвращала дегенерацию коленного сустава на мышиной модели хирургически индуцированного ОА. Исследование выявило цель для модуляции передачи сигналов интегрина с потенциалом терапевтического эффекта при ОА. Результаты теперь опубликованы в Science Translational Medicine.
Хондроциты постоянно взаимодействуют с окружающим ВКМ и модифицируют его во время развития и созревания. Во время образования хряща (хондрогенез) интегрин-ЕСМ регулируется по-разному. Передача сигналов интегринов является ключом к катаболическим реакциям, которые приводят к разрушению суставов при ревматоидном артрите и остеоартрите. Врожденная способность хондроцитов регулировать передачу сигналов интегрина в богатой ECM среде остается плохо изученной. В ходе исследования исследователи обнаружили, что развивающиеся хондроциты экспрессируют ген Itgbl1 (интегрин-β-подобный 1) на определенных стадиях, подавляя передачу сигналов интегрина и способствуя хондрогенезу. В отличие от ингибиторов интегрина в цитозоле, ITGBL1 физически секретируется для взаимодействия с интегринами и подавления их активности. У пациентов с остеоартритом экспрессия Itgbl1 была сильно снижена в поврежденном суставном хряще. Для сравнения, экспрессия эктопического Itgbl1 защищала суставной хрящ от развития ОА на мышиной модели ОА, вызванной дестабилизацией медиального мениска (DMM). Результаты показали, что передача сигналов ITGBL1 является основным механизмом защиты от деструктивных нарушений хряща. Нацеливание на ITGBL1 может дать потенциальные терапевтические результаты за счет модуляции передачи сигналов интегрина при заболевании человека.
Процесс передачи сигналов, управляемый ECM, важен для патофизиологии деструктивных заболеваний хряща. Взаимодействие между ECM-хондроцитами в основном опосредуется интегринами; гетеродимерные рецепторы для молекул ЕСМ, включая фибронектин, коллаген и ламинин. Различные субъединицы интегрина-α и интегрина-β экспрессируются хондроцитами. Профиль экспрессии интегрина динамически регулируется во время хондрогенной дифференцировки и развития остеоартрита. В настоящее время существует ограниченное понимание того, как развивающиеся и зрелые хондроциты динамически регулируют передачу сигналов интегрина, наряду с потенциалом интегринов оказывать негативное влияние на формирование хряща.
Белок ITGBL1 первоначально назывался "десять бета-интегрин EGF" (эпидермальный фактор роста) повторяющиеся домены" из-за его вторичной структуры. Недавние исследования показали роль белка во время миграции раковых клеток и фиброза печени. Молекулярная функция ITGBL1 остается неизученной у развивающихся животных. У позвоночных, в том числе Xenopus laevis (лягушка), мыши и человека, функция ITGBL1 высоко консервативна. В поврежденных суставных хондроцитах пациентов с ОА генетическая экспрессия ltgb1 снизилась. Авторы использовали мышиную модель хирургически индуцированного ОА, чтобы продемонстрировать защитную роль ITGBL1 против развития ОА в суставном хряще в исследовании.
Авторы далее исследовали механизм действия белка на хондрогенную дифференцировку в мезенхимальных стволовых клетках костного мозга человека (hBMSC). В экспериментах авторы провели ОТ-ПЦР, чтобы выявить, что экспрессия гена Itgbl1 постепенно увеличивается во время дифференцировки в хондрогенных hBMSC. Когда нокдаун Itgbl1, опосредованный малой интерферирующей РНК, проводился в hBMSC с последующей индукцией хондрогенеза, экспрессия гена Itgbl1 эффективно снижалась. Результаты наблюдались при иммуноокрашивании, когда контрольные hBMSC обычно депонировали хондрогенный ECM, тогда как нокдаун Itgbl1 снижал хондрогенный ECM и экспрессию коллагена.
Последующее исследование подтвердило защитную роль ITGBL1 против развития ОА на мышиной модели in vivo. Истощение ITGBL1 вызвало OA-подобные повреждения суставных хрящей, которые частично восстанавливались за счет ингибирования активности интегрина-α5β1. Результаты соответствовали предыдущему исследованию, в котором хондроцит-специфическая делеция интегрина альфа 5 защищала от развития ОА. Авторы ввели ингибитор интегрина альфа 5, ATN-161, животной модели, демонстрирующей повреждение ОА. Хотя полного восстановления после ОА-подобных повреждений не наблюдалось, отсутствие восстановления было связано с активацией других типов интегринов, которые не ингибировались ATN-161.
Помимо нацеливания на хондроциты, фрагментированные молекулы ЕСМ также запускали воспалительные реакции в других клетках. К ним относятся синовиальные фибробласты, макрофаги и иммунные клетки, экспрессирующиеся во время воспалительных состояний, таких как ревматоидный артрит. При развитии артрита многие субъединицы интегрина динамически экспрессируются в различных типах клеток. В результате субтипоспецифической природы ингибиторов интегрина очень сложно снизить опосредованные интегрином деструктивные сигналы от всех типов клеток.
В настоящее время, несмотря на то, что все большее число пациентов страдает от ОА, большинство методов лечения только облегчают симптомы без одобренных лекарств для эффективного восстановления поврежденного хряща. Исследование показало, что уровень экспрессии Itgbl1 в хондроцитах человека от пациентов с ОА снизился. Исследования in vivo на животных моделях показали, что ITGBL1 участвует в развитии хряща, активно поддерживает хрящ и защищает его от деструктивных сигналов. В отличие от нескольких других биологических форм ингибиторов интегрина, ITGBL1 секретировался для снижения передачи сигналов интегрина путем физического взаимодействия с интегрином. Уникальная функция белка ITGBL1 с его ролью секретируемого ингибитора интегрина указывает на новые подходы к лечению деструктивных заболеваний хряща и опосредованных интегрином заболеваний человека.