Современные представления о роли антител к коллагену - системная красная волчанка, системная склеродермия, ревматоидный артрит
ГЛАВА I
СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О РОЛИ АНТИТЕЛ К КОЛЛАГЕНУ В РАЗВИТИИ СИСТЕМНОЙ КРАСНОЙ ВОЛЧАНКИ, СИСТЕМНОЙ СКЛЕРОДЕРМИИ И РЕВМАТОИДНОГО АРТРИТА
Коллаген, являющийся основным компонентом соединительной ткани, составляет более 30 % общей массы белка тела человека, причем около 40 % его находится в коже, около 50% — в тканях скелета и 10 % — в строме внутренних органов.
В тканях подавляющая часть коллагена находится в составе коллагеновых волокон. За последнее время накоплено значительное количество сведений о строении, специфичности и метаболизме коллагенов. Если в 1987 году было известно 12 типов коллагена, то сегодня изучено уже 16 его типов.
Индивидуальная молекула коллагена состоит из трех спирализованных полипептидных цепей, называемых альфа- цепями, которые скручены между собой в общую спираль и стабилизированы водородными связями. Молекула коллагена имеет относительную молекулярную массу 300 000 дальтон, длину 280 нм и толщину 1,4 нм. Каждая альфа-цепь содержит в среднем около 1000 аминокислотных остатков. Отличительной особенностью коллагена является присутствие оксипролина и оксилизина (химических маркеров коллагена), отсутствие триптофана, низкое содержание тирозина и метионина, высокое содержание глицина (около трети аминокислот), а также пролина и оксипролина (четверть). Концевые участки альфа- цепей на N- и С-концах молекулы (телопептиды) имеют отличный от основной части аминокислотный состав. Они не содержат пролина и оксипролина, не имеют глицина в каждой третьей позиции и поэтому не образуют тройной спирали. Неспиральным участкам придают особую роль в механизме полимеризации молекул в фибриллы, формировании межмолекулярных поперечных связей в антигенных свойствах коллагена (Piez К. A., ] 976). Важнейшим достижением последних лет является открытие гетерогенности коллагена. Из разных тканей выделено 16 генетически различных типов коллагена. Они различаются комбинацией в трехцепочечной молекуле пяти альфа- цепей, которые кодируются различными генами и имеют некоторые особенности первичной структуры (Gay S., Miller T.G., 1978), Синтез каждой из альфа-цепей определяется генетическим локусами.
Коллаген синтезируется преимущественно в фибробласты и их местных разновидностях. По современным данным, коллаген базальных мембран продуцируется также эндотелиальными и эпителиальными клетками (Chang Е., 1976, Jaffe Е. А., 1976). Синтез коллагена обнаружен также в культуре миобластов (LiptonB.H., 1977).
Иммуногистологические исследования показали, что один фибробласт может синтезировать и I и III типы коллагена. Проколлаген переходит в коллаген первоначально внутриклеточно, с помощью специфических протеаз, затем экстрацеллюлярно (Miller F. I., 1978). Проколлаген отличается от коллагена реакцией со специфическими антителами (Novak Н., 1976).
Иммунологические отличия коллагена разных типов позволили в последние годы, благодаря иммуноморфологическим методам с использованием типоспецифических антител, изучить локализацию разных типов коллагена в соединительнотканных структурах.
I тип коллагена содержится преимущественно в костях, связках, суставной капсуле. В коже человека преимущественно содержится коллаген I типа (Epstein Е, Н. et al., 1975), В значительном количестве он входит также в состав соединительной ткани легочных альвеол, сосудистой стенки, стенки кишечников. В состав печени, легких, почек и селезенки коллаген I типа входит в сочетании с коллагеном III типа (Lapiere С. М. et а!., 1976- Steffen С., 1990). Соединительная ткань хряща состоит чаще всего из сочетания коллагенов 1 и II типов. В синовиальную мембрану входит коллаген I типа и меньше коллаген III типа или коллаген I и III типов в эквивалентных количествах (Eyre R, etal., 1975).
Тканевая (в том числе иммунная) специфичность коллагена, по-видимому, играет определенную роль в патологии. Нельзя исключить, что иммунная специфичность различных типов коллагена во многом определяет преимущественную локализацию процесса при системных заболеваниях соединительной ткани: кожа при склеродермии, суставы при ревматоидном артрите. Имеются данные о смене типов коллагена в условиях патологии (Серов В. В., 1981)
Было обнаружено, что в коже эмбрионов человека преобладает Ш тип коллагена, у новорожденных он составляет 30%, а впоследствии сменяется в основном I типом коллагена (Epstein Е. Н. et al., 1975). В грануляционной ткани у взрослых также сначала преобладает коллаген III типа, сменяясь по мере созревания на коллаген I типа. При этом в келоидном рубце, который характеризуется незрелостью клеточных элементов, остается высокое содержание коллагена III типа. Отмечается также накопление этого коллагена при ревматоидном артрите, склеродермии, различных хронических воспалительных процессах, фиброзе легкого, циррозе печени (Wick G. et al., 1978).
Системная склеродермия характеризуется фиброзом кожи и внутренних органов, что объясняется разрастанием соединительной ткани. При этом, по данным de Crombrugghe В. et al., 1990, отмечено увеличение содержания в коже коллагенов I и III типов. Perlish J. S, et al., 1988, отмечают, что соотношение коллагенов I и II типов, характерное для здоровой кожи, не нарушено при склеродермии, но меняется их распределение: содержание коллагена III типа увеличено в средних и глубоких слоях, а коллагена I типа только в глубоких слоях дермы (Majewski S. et al., 1992). В миокарде желудочков больных системной склеродермией выявлено повышенное содержание коллагена 1 типа в 41% (Chapman D. et al., 1990), синтез коллагена I типа повышен также в ткани лабиальной слюнной железы больных системной склеродермией (Janin A. et al., 1990).
При системной красной волчанке, сопровождающейся кожными поражениями, выявлена фрагментация коллагена, в особенности входящего в состав базальной мембраны.
Изменение соотношения I и II типов коллагена обнаружено также в атеросклеротической бляшке, при несовершенном остеогенезе, остеоартрозе и ряде других заболеваний. В эмбриональном хряще синтезируются I и II типы коллагена, а во взрослом организме I тип коллагена остается только в перихондрии, в костной ткани происходит обратный процесс (Seyer J. М., Vinson W, S., 1974).
Вопрос о механизмах изменения синтеза коллагенов еще окончательно не решен. Существуют две возможности: изменение количественного содержания в ткани клеточных популяций, производящих определенный тип коллагена, и/или переключение синтеза в клетках при их дифференцировке путем репрессии или депрессии соответствующих генов регулирующими факторами (Маупе R. et al., 1976, 1977). При системной склеродермии изменяется соотношение между клеточным и межклеточным веществом в пользу последнего (Majewski S. et al., 1992), что указывает на увеличение синтеза фибробластами коллагена. Подобная гиперсекреция объясняется повышенной экспрессией гена коллагена. Есть данные об увеличении экспрессии гена коллагена I типа в коже больных склеродермией в 3 раза по сравнению с контрольной группой (Herrman Н. et al,, 1991- Varga J. et al., 1990). Herrman H. et al., 1991, свидетельствуют о преимущественных изменениях в уровне гена коллагена I типа при системной склеродермии.
Ранние исследования коллагена как антигена с использованием нерастворимого коллагена привели к суждению о том, что коллаген и желатин (денатурированный коллаген) не являются антигенами. В опытах с иммунизацией кроликов кислоторастворимым коллагеном, полученным из сухожилия кроликов, было доказано, что растворимый коллаген иммуногенен и индуцирует иммунный ответ с образованием специфических антител (Rothbard S. et al., 1965). В дальнейших исследованиях было показано, что коллаген в препарате реагирует с антителами и антитела к коллагену присутствуют в сыворотке больных ревматоидным артритом (Steffen С., 1980).
В литературе была описана иммуногенность кислоторастворимого и слабо денатурированного коллагена с выработкой антител к коллагену со строго видовой специфичностью и высокой степенью межвидовой чувствительности от позвоночных до человека (Timpl R. et al., 1968).
Иммунологические исследования позволили показать наличие в молекуле коллагена трех различных групп антигенных детерминант (Timpl R., 1976). Мышиные антитела к бычьему коллагену I типа реагируют с детерминантами в третичной спиральной области, то есть со структурой, зависимой от сочетания цепей [альфа 1{|), альфа 2]. Антитела кроликов к нативному коллагену I типа различных видов реагируют с детерминантами на концевых областях цепей (Lindsley Н. et al., 1971). Крысиные антитела к коллагену I типа реагируют с детерминантами на суперспирали и не реагируют с изолированными альфа-цепями (Hahn F. et al., 1974). Установлено,что процесс образования антител в ответ на введение коллагена является тимуснезависимым (SelaM. etal., 1972).
Коллаген является аутоантигеном. Доказательством этому служат многочисленные эксперименты с коллаген- индуцированными артритами. У 28% мышей после введения гомологичного коллагена II типа развивался артрит, клинически и гистологически похожий на ревматоидный артрит у людей, У них же часто обнаруживался в крови ревматоидный фактор, антинуклеарные антитела и антитела к коллагену II типа (Bouvet G.-P. et al,, 1990). Есть сообщения о развитии аутоиммунных артритов у кроликов в ответ на введение аутологичного коллагена II типа (Trentham D. F. et al., 1978). В экспериментах с использованием коллагена II типа для иддукции артритов использовался коллаген, обработанный пепсином, в связи с чем высказывается предположение о том, что антигенные детерминанты, ответственные за иммунный ответ, располагаются в терминальной области и высвобождаются при действии коллагеназы на нативный коллаген (Steffen С., 1980).
Коллагеновые фибриллы в физиологических условиях (нейтральная pH, температура ниже 37°С) устойчивы к Действию экзопептидаз (трипсина, пепсина, папаина) и клеточных лизосомальных и нелизосомальных эндопептидаз, способных разрушать только денатурированный коллаген (Weiss J. В., 1976). Длительное время не могли обнаружить в организме специфические коллагенолитические ферменты. В настоящее время коллагенолитические ферменты выделены из многих тканей: кожи, хряща, роговицы, десны, синовиальной оболочки, желудка, почек, матки, печени. Они обнаружены в эпителиальных клетках печени, десны и эпидермиса, но главным образом в мезенхимальных клетках: полиморфно-ядерных лейкоцитах, эозинофилах, макрофагах, фибробластах, остеобластах, синовиоцитах. Коллагеназа обнаружена также в тромбоцитах (Harpes Е. et al., 1975). Коллагнолитическая активность увеличивается в условиях патологии: в опухолях, заживающих ранах, при воспалении. Коллагнеазная активность была отмечена в синовиальной жидкости, полученной из коленных суставов больных ревматоидным артритом. Таким образом, синовиальная коллагеназа, продуцируемая клетками синовиальной оболочки, и коллагеназа, высвобождающаяся из гарнулоцитов синовиальной жидкости, могут быть ответственны за продукцию иммуногенного коллагена. Коллагеназа, введенная в полость коленного сустава кролика, вызывает развитие артрита (Steffen С. et аl., 1979).
При склеродермии отмечается недостаточность коллагенолиза, что может привести к фиброзу не в меньшей степени, чем усиленный синтез коллагена (Peres-Tamajo R., 1978).
Большое количество работ посвящено регуляции коллагенолиза. Установлено, что коллагеназа вырабатывается в форме неактивного зимогена (проколлагеназы), которая отличается наличием «лишнего» пептида. Активация фермента происходит путем ограниченного протеолиза, то есть отщепления части молекулы под влиянием лизосомных ферментов или нейтральной пептидазы. Кроме того, установлено, что активность коллагеназы ингибируется рядом сывороточных факторов, среди которых главную роль играет альфа-2-макроглобулин. Коллагенолиз регулируется, по-видимому, сочетанием трех следующих механизмов: стимуляции синтеза коллагеназы в клетках гормонами, простагландинами, факторами, синтезируемыми тучными клетками, лимфоцитами, эпителием- активированием проколлагеназы- ингибированием активной коллагеназы (Gross J., 1977).
Имеет место субстратная специфичность коллагеназы. Чувствительность коллагена I типа к коллагеназам изо всех источников в 5 раз выше, чем у коллагена II типа. Коллагеназа полиморфно-ядерных лейкоцитов значительно сильнее (в 15 раз) действует на коллаген I типа, чем на коллаген III типа, а у коллагеназы из фибробластов и макрофагов избирательность отсутствует (Weiss J. В., 1976). Эти данные свидетельствуют о том, что не только синтез, но и протеолиз коллагена различными клетками может играть роль в регуляции типового состава коллагена при воспалении и развитии фиброза.
Коллаген имеет домены к фракции комплемента Clq. Под действием коллагеназы синовиальной оболочки при ревматоидном артрите разрушается участок молекулы коллагена, ответственный за связывание комплемента Clq (Mensel Е. J. et al&bdquo- 1978).
Роль коллагеназы и антител к коллагену при диффузных заболеваниях соединительной ткани изучена недостаточно. Наибольшее число исследований посвящено ревматоидному артриту. В эксперименте с введением в полость коленных суставов кролика коллагеназы артрит развивался в течение 18 часов после инъекции. В культуре ревматоидной синовиальной ткани отмечается активация проколлагеназы гранулоцитов. Активность проколлагеназы повышается также в ревматоидной синовиальной жидкости (Okada Y., 1990).
Таким образом, активация коллагеназы в полости коленного сустава может служить одной из причин высвобождения иммуногенного коллагена, способного вызывать образование аутоантител. Большое число исследований посвящено выявлению аутоантител к коллагену в сыворотке больных ревматоидным артритом. В основном эти исследования относятся к антителам к коллагену II типа.
Антитела к коллагену II типа у больных ревматоидным артритом обнаруживаются в большем проценте случаев, чем у здоровых (Fujii К. etal., 1992- Boisser М. S. etal,, 1991). Методом твердофазного иммуноферментного анализа у 22,7 % больных ревматоидным артритом обнаружили антитела к нативному коллагену II типа, причем они имели перекрестную чувствительность к коллагенам I и III типов. По данным Jeng К. С. et al., 1990, антитела к коллагену П типа определяются у 19% больных ревматоидным артритом,
Значительно меньше в литературе данных об уровне антител к коллагену I типа у больных ревматоидным артритом, ввиду чего была проведена работа по исследованию этого параметра. Уровень антител к коллагену I типа, определенный у больных ревматоидным артритом, был достоверно выше аналогичного показателя контрольной группы (р<0,005). Как видно из табл. 1, титр антител к коллагену I типа увеличивается с возрастанием степени активности процесса (М. X. Таова). При этом уже в группе с минимальной степенью активности он превышает нормальные показатели (р<0,05). Титры антител к коллагену I типа достоверно различаются между собой в группах с различной степенью активности ревматоидного процесса (р<0,05) (рис.1). Выявлена линейная корреляционная зависимость между степенью активности ревматоидного артрита и титром антител к коллагену I типа (г=+0,69- р<0,001), что позволяет говорить о важной их роли в патогенезе ревматоидного артрита.
Ralky L. G. et al.... 1991, выявили повышенный уровень антител к коллагену I типа у мышей со спонтанным артритом. О том, что у больных ювенильным хроническим артритом и ревматоидным артритом повышены титры антител к коллагену I типа по сравнению с титром антител к коллагену III и II типа отмечает Svobodora J. etal.... 1989.
Антитела к коллагену обнаружены и при других диффузных заболеваниях соединительной ткани, хотя литературные данные скудны и противоречивы, Антитела к коллагену обнаружены в базальной мембране кожи при кожной буллезной форме системной красной волчанки (Woodley Р. Т. et al., 1991). Антитела кколлагену I и II типов выявил у 35% больных красной волчанкой Moreland I. W.
Таблица Т. Уровни антител к коллагену типа (АТ К1) общего (ОФНП) и иммуноактивного фибронектина плазмы (АФНП) у больных ревматоидным артритом с различной степенью активности
Группы | АТК1 | ОФНП | АФНП |
1 | 0,74+0,06 | 320±49 | 14,61±0,82 |
2 | 1,08±0,07*. | 345±36 | 13,50±0,94* |
3 | 1,22±0,06** | 347±38 | 10,44±0,80* |
I - группа больных РА с 1 степенью активности- 2 - группа больных со Л степенью активности- 3 - группа больных с 1Й степенью активности.
*р<0,005- **р<0,05.
В литературе практически нет данных об уровне антител к коллагену I типа у больных системной красной волчанкой. Выраженность клинических проявлений различна при разной степени активности заболевания. Естественно предположить, что уровень антител к коллагену I типа также различается при разной степени активности. Титр антител к коллагену I типа, определенный авторами настоящего издания у больных системной красной волчанкой, составил 1,12±0,19. В контрольной группе больных указанный показатель составил 0,60 0,03. При этом разница между титром антител к коллагену I типа в группе больных системной красной волчанкой была достоверно выше показателей контрольной группы (р<0,01) (табл. 2).
Таблица 2. Уровни антител к коллагену I типа (AT К1), общего (ОФНП) и негативного фибронехина плазмы (АФНП) у больных системной красной волчанкой, системной склеродермией и ревматоидным артритом и у здоровых
Показатель | Контрольная | Больные | Больные ССД | Больные РА |
АТК1 | 0,60±0,03 | 1,12±0,19* | 1,07±0,11** | 0,98±0,06&lsquo-* |
ОФНП | 333436 | 386±42 | 300±39 | 34б±25 |
АФНП | 12,83±0,В | 13,13±1,08 | 13,55+1,3*** | 13,35±0,59*** |
+р<0,001- **р<0,025- ***р<0,05.
При исследовании уровня антител к коллагену I типа в группах больных системной красной волчанкой с различной степенью активности процесса выявлено, что в группе с минимальной степенью активности уровень антител к коллагену не превышал уровень, определенный ранее в контрольной группе (р>0,05). Однако с возрастанием степени активности волчанки титр антител к коллагену I типа увеличивается. В группах с умеренной и высокой степенью активности этот показатель достоверно превышает нормальный уровень (р<0,025) (рис. 2).
При системной склеродермии Rowley M.J. et al. (1987) отмечали повышенный уровень антител к коллагену 1 типа, в то время как Mackil А. М. et а)., 1982, сообщал о низком уровне антител к коллагену I типа у указанной группы больных.
Рbс. 2, Уровни аитнтел к коллагену I типа у больных системной краевой волчанкой с минимальной (1 гр.), уторенной (2 гр ) и высоком (3 гр ) степенью активности
Антитела к коллагенам I и III типов были выявлены у 75% больных очаговой склеродермией (Самсонов В. А. и соавт., 1990), у 70% антитела к денатурированному коллагену (желатину) (Сучкова Т.Н. и соавт., 1989).
Неоднозначность суждений об уровне антител к коллагену того типа, который составляет основу межклеточного матрикса кожи и, следовательно, более всего поражается при системной склеродермии, подтолкнула нас к проведению комплексного исследования. Определенный при этом средний уровень антител к коллагену I типа в группе больных системной склеродермией значительно превышал аналогичный показатель контрольной группы здоровых доноров (р<0,0025).
Все больные системной склеродермией были распределены в три группы в зависимости от степени активности заболевания. Уровень антител к коллагену I типа, определенный в этих группах, имел следующую закономерность: с увеличением степени активности он возрастал, при этом во всех трех группах он был достоверно выше, чем в контрольной группе (рис. 3). Отмечалась положительная достоверная корреляционная связь между уровнем антител к коллагену I типа и степенью активности системной склеродермии (г=+0,59- р<0,025).
При исследовании уровня антител к коллагену I типа в группах больных с начальной, генерализованной и терминальными стадиями системной склеродермии выявлено, что он наибольший в группе с генерализованной стадией и достоверно выше уровня антител к коллагену I типа в группах с начальной и терминальными стадиями склеродермии (р<0,025) (рис. 4).
Титр антител к коллагену I типа определялся у больных системной склеродермией с различными клиническими синдромами: в группе с базальным пневмосклерозом, синдромом Шегрена и с CREST-синдромом (табл. 3). Согласно полученным данным, наибольший его уровень выявлен в группе больных с синдромом Шегрена, превышающий аналогичный показатель в группе больных с CREST-синдромом и базальным пневмосклерозом (р<0,025). Наименьший уровень антител к коллагену 1 типа выявлен у больных с CREST- синдромом.
Таким образом, при ряде диффузных заболеваний соединительной ткани обнаруживаются повышенные уровни антител к коллагенам различных типов, но их роль в патогенезе этих заболеваний остается неясной. Однако накопленные данные позволяют думать о патогенности антител к коллагену. В синовиальной жидкости, полученной из суставов, пораженных ревматоидным артритом, выявляются антитела к коллагену. С использованием метода пассивной гемагглютинации и иммунофлуоресцентным методом обнаружено, что у больных ревматоидным артритом титр антител к коллагену в синовиальной жидкости выше, чем в сыворотке (Mensel J. et al., 1978), что указывает на локальную продукцию иммуногенного коллагена.
Таблица 3. Уровни антител к коллагену I типа (AT KI), общего (ОФНП) и иммуноактивного фибронектина плазмы (АФНП) у больных системной склеродермией с синдромом Шегрена, базальным пневмосклерозом и CREST-синдромом
Группы | АТК1 | ОФНП | АФНП |
Больные ССД с синдромом Шегрена | 1,51±0,16 | 276±46 | 12,04+0,88 |
Больные ССД с легочным Фиброзом | 1,27±0,13 | 430*26 | 12,95+0,66 |
Больные ССД с CREST-синдромом | 0,98±0,07 | 372±31 | 14,63±0,66 |
В синовиальной оболочке суставов, пораженных ревматоидным артритом, иммунофлуоресцентным методом выявлены комплексы коллаген- антитело к коллагену. Введение в полость коленных суставов здоровых кроликов приготовленных in vitro комплексов коллаген-антитело к коллагену вызывало пролиферативный артрит (Steffen С. et al., 1980).
Несмотря на мнение некоторых авторов (Mackel А. М. et al., 1982) о незначительной роли антител к коллагену в патогенезе диффузных заболеваний соединительной ткани, более обоснованным представляется суждение о важной роли антител к
коллагену, однако их место в патогенезе указанных заболеваний остается неясным. Является ли образование аутоантител к коллагену инициирующим моментом повреждения тканей, либо образование иммунных комплексов вторично и является следствием разрушения тканей и высвобождения иммуногенного коллагена — неизвестно.
