6.11. Buňky pojivové tkáně
Pojivová tkáň vystýlá prostory mezi tkáněmi a orgány. Jde vlastně o síťovinu proteinových vláken (hlavně různé typy kolagenu, elastin a fibrillin) obklopenou gelem složité směsi glykosaminoglykanů, proteoglykanů a glykoproteinů, tzv. extracelulární matrix (mimobuněčná základní hmota). Kromě toho jsou zde multiadhezní molekuly (fibronektin, laminin, nidogen), které umožňují přímé spojení buněk s molekulami extracelulární matrix. Ta je produkována hlavně fibroblasty. V extracelulární matrix jsou lokalizovány kromě fibroblastů ještě další buňky (podle charakteru pojivové tkáně): chondroblasty, myofibroblasty, buňky retikulové. (To jsou všechno tzv. fixní buňky; jejich prekurzorem je nediferencovaná buňka mesenchymu) a dále buňky volné (v EM jsou jen po určitou část svého životního cyklu a prekurzorem je nediferencovaná kmenová buňka kostní dřeně - hemocytoblast), patří sem: buňky monocyto/makrofágového systému, mastocyty, plasmocyty.
Makromolekuly pojivové tkáně jsou komponenty obsažené také kupř. v plících, ledvině, cévní stěně, svalech, očním sklivci nebo synoviální tekutině. Dá se říci, že vlastně všechny orgány nebo tkáně mají v membránách nebo septech alespoň malá množství těchto makromolekul. Zvláštní formou extracelulární matrix je lamina basalis, poskytující podklad pro navázání epitélií na pojivovou tkáň ležící pod nimi. Nejvíce pojivové tkáně je v kostním systému, chrupavce nebo kůži.
Fixní buňky pojivové tkáně
- Fibroblasty (aktivní forma), fibrocyty (klidová forma)
Mají vřetenovitý (v pevném pojivu) nebo hvězdicovitý (na stěnách) tvar podle charakteru pojivové tkáně a podle jejich uspořádání k extracelulární matrix, jejíž složky syntetizují (kolageny různých typů, fibronektin, proteoglykany, glykoproteiny aj.). Jejich Golgiho aparát je neobyčejně bohatý na glykosyl-transferasové enzymy, které připojují sacharidové jednotky ke glykokonjugátům. Jejich aktinová mikrofilamenta jsou podkladem jejich motility a mikrotubuly pomáhají vytvářet a udržovat tvar.
Fibroblasty jsou producentem nejvíce zastoupeného fibrózního proteinu pojivové tkáně - kolagenu typu I. Tvorba kolagenového vlákna probíhá v následujících základních krocích:
● vznik mRNA pro každý typ pro-a-řetězce
● syntéza polypeptidového a-řetězce preprokolagenu typu I se signálním peptidem na ribosomech v cisternách drsného endoplasmatického retikula, odštěpení signálního (vodícího) peptidu
● hydroxylace určitých prolinových a lysinových zbytků v polypeptidovém řetězci
● glykosylace některých hydroxylysinů (tvorba postranních řetězců) pro-a-řetězce
● transport do Golgiho aparátu
● asociace 3 pro-a-řetězců prostřednictvím C-terminálních konců a vznikem disulfidových vazeb na trojpramennou šroubovici (triple helix)
● zabalení prokolagenu do sekrečních vezikulů a transport k povrchu buňky prostřednictvím mikrotubulů a mikrofilament
● sekrece do krypt fibroblastů ® odštěpení nehelikálních C- i N-terminálních konců propeptidů působením prokolagen-N- nebo -C-proteinas, přeměna rozpustného prokolagenu v nerozpustný kolagen (tropokolagen) (1000krát menší rozpustnost) a samouspořádání (poskládání šroubovic) do kolagenové fibrily (v kryptách fibroblastů nebo v blízkosti) a sesíťování hydroxylysinových zbytků sousedních řetězců prostřednictvím kovalentních vazeb (příčné vazby nebo-li cross links).
Specifické uspořádání kolagenových vláken (správně svinutá trojšroubovicová struktura kolagenu) poskytuje některým tkáním jako jsou kosti, šlachy, klouby nebo i kůže odolnost vůči značnému tlaku a tahu. (Protažené a svinuté polypeptidové řetězce převádějí podélnou sílu tahu na snadněji zvládnutelnou příčnou tlakovou sílu téměř nestlačitelné trojšroubovice)
Poznámka: Příčná vazba mezi 5-hydroxylysinem, lysinem a histidinem je podmíněna aktivitou lysylhydroxylasy; její inhibice působením b-propionitrilu, který se nalézá v hrachoru vonném (Lathyrus odorans) způsobuje u živočichů, kteří se živí nadměrným množstvím této rostliny, chorobu zvanou lathyrismus (abnormality kostí, šlach, cév).
Existuje více než 150 mutací genů odpovědných za biosyntézu pro-a-řetězce kolagenu typu I (COL1A1 a COL1A2) u člověka, které způsobují různé typy choroby zvané osteogenesis imperfecta, vyznačující se lomivostí kostí („křehké kosti"), modrými sklérami, abnormalitami v dentici (dentinogenesis imperfecta), také progresívní ztrátou sluchu. Onemocnění se klasifikuje na 4 typy: I-mírný, II-extrémní, III-těžký, IV-variabilní, které mají různé kombinace výše uvedených příznaků, různou závažnost průběhu i různou dědičnost. Změny ve struktuře pro-a-řetězce jsou nejčastěji způsobeny bodovou mutací způsobující záměnu nejčastěji se opakující aminokyseliny glycinu za jinou aminokyselinu v různém místě polypeptidu. To může ovlivnit biosyntézu kolagenu třemi mechanismy: (1) Přítomnost jednoho abnormálního pro-a-řetězce a dvou normálních brání poskládání v trojšroubovici, což vede k rychlé degradaci („sebevražedný prokolagen"); (2) Přítomnost abnormálního pro-a-řetězce interferuje s odštěpením N-terminálního propeptidu a jeho perzistenci, což způsobuje poruchu poskládání kolagenového vlákna; (3) Substituce malého glycinu za větší aminokyselinu vede ke změně konformace molekuly kolagenu, která je pak „tlustá a krátká". Jakékoliv mutace vedoucí ke zkrácení nebo i změnám v geometrii kolagenového monomeru vadí při poskládání kolagenových vláken, mění jejich odolnost vůči tahovým a tlakovým silám, což se může projevit nesprávnou funkcí kolagenu i kostní tkáně (osteopatie).
Mutace v genu pro syntézu prokolagenu typu III způsobuje onemocnění zvané Ehlersův a Danlosův syndrom typ IV, končící brzy úmrtím pro rupturu stěny aorty nebo dutých orgánů.
Podobně mutace genu COL2A1, kódující tvorbu prokolagenu typu II, byla nalezena u poloviny pacientů
s chondrodysplazií. Projevuje se trpaslictvím a změněnými tělesnými proporcemi.
U dystrofické formy epidermolysis bullosa jsou poruchy tvorby kolagenu typu VII způsobeny genem COL7A1.
Mutace genu kódujícího syntézu a2(IV), a4(IV), a5(IV) nebo a6(IV)-řetězce kolagenu typu IV způsobuje změny v bazální membráně glomerulů (až 5-násobné ztluštění, dále rozštěoení a pokroucení lamina densa), které se klinicky projevují jako Alportův syndrom (hereditární nefritida s hematurií, poruchami renálních funkcí, progredující až do renálního selhání, spojená u některých forem s hluchotou a abnormalitami oční čočky - lenticonus).
U Ehlersova a Danlosova syndromu byly prokázány mutace genů pro tvorbu kolagenu typu V, I, II nebo III. Bylo rozlišeno 11 typů. V klinickém obraze u většiny je hypermobilita kloubů, hyperextenzibilita kůže, někdy poruchy stěny cév nebo i orgánů (ruptury). Primární defekt může být v deficienci enzymů nutných pro post-translační uspořádání kolagenových fibril (deficience lysylhydroxylasy nebo prokolagen-N-proteinasy).
Fibroblasty patří mezi buňky s pomalou pohyblivostí. Jejich pohyb se liší od pohybujících se leukocytů a je založen na rozdílných strukturách. Pohybující se fibroblast vystrkuje z membrány na čelním konci buď štíhlé prsty (zvané filopodia) nebo jakési listy (lamelipodia). Když se tyto struktury dostanou do kontaktu se substrátem, buněčná membrána začne vytvářet na ventrální straně další speciální struktury zvané adhezní plaky. Tyto slouží pro udržení buněk s podkladem (substratum). Na čelním konci se zase tvoří jakési záhyby (ruffle) na dorzálním povrchu buňky. Pohybující se buňka získává polární charakter. Mašinérií tohoto pohybu je aktinový cytoskelet.
Aktinový cytoskelet je obrovský; je větší než jakákoliv organela, naplňující cytosol aktinovými filamenty. Radiálně uspořádané svazky aktinových filament leží při čelním konci, kdežto axiální svazky, zvané stresová vlákna probíhají podél celé délky fibroblastu. Kromě toho síť aktinových filament vyplňuje zbytek cytosolu buňky. Každá aktinová molekula obsahuje Mg2+-kation v komplexu s ATP anebo ADP. Existují 4 formy (stavy) aktinu: ATP-G-aktin, ADP-G-aktin, ATP-F-aktin a ADP-F-aktin. (G-aktin je globulární monomer, kdežto F-aktin je vláknitý polymer). Molekuly globulárního G-aktinu jsou uspořádány do dvou laloků, mezi nimiž je prohlubeň, na jejímž dně je ATPasový záhyb, což je místo, kde jsou ATP a Mg2+ navázány iontovou vazbou nebo vodíkovými můstky na postranní řetězce aminokyselin.
G-aktin se může polymerizovat na F-aktin a obráceně. Polymerizace je provázena hydrolýzou ATP. Schopnost polymerizace a depolymerizace aktinu je velmi důležitá vlastnost aktinu, potřebná pro jeho funkci. Plísňový alkaloid cytochalazin D navozuje depolymerizaci, kdežto faloidin ( z Amanita phaloides) depolymerizaci brání. Hlavní funkcí aktinového cytoskeletu je vystužení buňky (podpora jejího tvaru) a schopnost migrace. Tu umožňuje polymerizace aktinu.
- Myofibroblasty se podobají svými vlastnostmi jak fibroblastům tak buňkám hladkého
svalu. Mají zvýšený obsah aktinových mikrofilament a myosinu. Jejich aktivita je důležitá při uzavření povrchu poraněných tkání (kontrakce oddělených krajů hojící se rány).
- Retikulární buňky se podobají fibroblastům. Vytvářejí retikulární tkáň, která je
specializovanou formou pojivové tkáně. Vyskytuje se v malých cévních kanálcích jater, sleziny, lymfatických uzlin a kostní matrix. Obsahuje retikulární vlákna, která vytvářejí síťovinu retikulárních kolagenových vláken, obalených bohatě glykoproteiny.
- Chondroblasty, chondrocyty
Chondroblasty jsou diferencované buňky, které secernují extracelulární matrix chrupavky. Chondroblasty obalené svojí EM se nazývají chondrocyty. EM hyalinní chrupavky má vysoký obsah chrupavkových proteoglykanů (molekulový komplex s proteinovým jádrem, na které jsou navázány prostřednictvím spojovacích proteinů postranní řetězce glykosaminoglykanů); dále obsahuje kolagen typu II.
Poruchy tvorby chrupavky jsou označovány jako chondrodysplazie. Jde o velmi širokou skupinu dědičných poruch skeletu skýtající více než 150 různých typů, projevujících se především trpaslictvím a změnami v tělesných proporcích. Většina mutací se vyskytuje
v genu COL2A1, méně v COL10A1, ojediněle v COL11A2 nebo v COL9A2; další mutace postihují gen pro chrupavkový oligomerní matrixový protein (COMP), dále pro receptor fibroblastového růstového faktoru -3 (FGFR-3).
Poznámka:
Achondroplazie (není to správný termín, ale vžil se; spráněji chondrdystrofia fetalis) je onemocnění s autosomálně dominantní dědičností, vznikající v 99% případů bodovými mutacemi (G-A nebo G-C) v nukleotidu 1138 v genu kódujícím transmembránovou doménu receptoru fiobroblastového růstového faktoru 3 (FGFR-3). Důsledkem těchto mutací je záměna glycinu argininem v kodónu 380 v molekule FGFR-3, který se uplatňuje při vývoji chrupavky a v centrálním nervovém systému. V klinickém obraze je typický vzhled obličeje (vpáčený kořen nosu) a disproporciální krátká postava.
Pseudoachondroplazie je spondyloepi(meta)fyzární dysplazie kostní dysplazie s krátkými končetinami a relativně dlouhým trupem. Je způsobena mutací genu pro COMP (cartilage oligomeric matrix protein), což má za následek defekt v transportu proteoglykanů v Gogiho aparátu; tím se nedostává tento protein na své místo, kde se uplatňuje při migraci a proliferaci chondrocytů.
Další širokou a častou skupinou chorob chrupavky je osteoartritida (nesprávně označovaná jako osteoartróza - nejde primárně o degenerativní změny). Proces začíná v kloubní chrupavce rozrušením spojení mezi kolagenními fibrilami a přilehlou extracelulární matrix; to vede ke změnám v geometrii i velikosti kolagenních fibril a defektům v kolagenní síti; změny jsou ireverzibilní. Úbytek kloubní chrupavky podporuje představu, že dochází k nerovnováze mezi faktory degradující makromolekuly extracelulární matrix chrupavky, tj. lyzosomální proteinasy (především metaloproteinasa-3 [stromelysin], kolagenasa, želatinasa, dále plasmin a kathepsiny) a faktory potlačující jejich enzymovou aktivitu (tj. tkáňový inhibitor metaloproteinasy (TIMP), inhibitor aktivátoru plasminogenu (PAI-1).
Buněčná složka tohoto procesu - chondroblasty - je výrazně aktivována k syntéze a sekreci proteinas; děje se tak účinkem interleukinu-1 nebo i působením jiných faktorů (mechanické podněty). TIMP a PAI-1 proces stabilizují. Do hry také vstupuje IGF-1, TGF-b, bazický fibroblastový růstový faktor (FGF), které podporují reparační proces. Osteoartritická chrupavka však není kvalitní. Proteinasy secernované chondrocyty se vyskytují nejprve ve formě inaktivních proenzymů; k aktivaci stromelysinu, který je nejagresivnější, dochází účinkem plasminu. Stromelysin degraduje proteinové jádro proteoglykanů (agrekanu) a kromě toho aktivuje inaktivní kolagenasu. Postupně degradační proces stále více převažuje a chrupavka se ztenčuje, její povrch se narušuje. Ničivý proces proniká i do kosti ležící pod kloubní chrupavkou (subchondrální kost).
Podrobněšjší znalosti o molekulové patologii osteoartritidy umožnily nový přístup k její léčbě. Zkouší se přípravky ovlivňující: (a) aktivitu metaloproteinas (inhibice MMP, jejich aktivátorů a cytokinů aktivujících geny pro odbourávání ECM) (b) podporu syntézy ECM chrupavky (tkáňové inženýrství pomocí transplantace chondroprogenitorových buněk), (c) indukci apoptózy hyperplastické synovie (přenosem p53).
Poznámka:
Specifický účinek antiarthrotických léků je umožněn aplikací těchto substancí obalených vitaminem E. Ten totiž zabraňuje degradaci léku po požití a v krevním oběhu, takže se lék dostane až do tkání s nízkým obsahem kyslíku, což je právě chrupavka artritického kloubu.
- Synoviocyty
Synoviocyty jsou součástí synoviální výstelky – synovie, která lemuje vnitřní stěnu kloubního pouzdra synoviálních kloubů (diartrózy), umožňujících poměrně velkou pohyblivost spojovaných kostí. Synovie je velmi dobře vaskularizovaná, její povrch, negativně nabitý
a pokrytý lubrikační tekutinou kloubní štěrbiny, umožňuje snadný klouzavý pohyb kloubu. Rozlišují se 2 typy synoviocytů:
Synoviocyty typu A mají funkci fagocytů a mohou vzájemně reagovat s T-buňkami jako buňky prezentující antigen.
Synoviocyty typu B mají charakter buněk fibroblastoidních.
Oba typy syntetizují hyaluronovou kyselinu, hlavní složku synoviální tekutiny. Ta vyplňuje dutinu normálního kloubního pouzdra. Při zánětu dochází k proliferaci těchto buněk, synovitidě, která při revmatoidní artritidě vede k polypoidnímu fibrofaskulárnímu ztluštění synovie; vytváří se tzv. panus, který v konečné fázi vyplňuje celou dutinu, proniká kloubní chrupavkou a nahlodává pod ní ležící kost; nakonec dochází k ankylóze (ztuhnutí a nepohyblivost) kloubu.
Patogeneze revmatoidní artritidy (RA)
Onenocnění má genetickou predispozici; jedinci (běloši) s HLA-DR4- genotypem mají v průměru 3,5krát vyšší riziko. Byla identifikována specifická sekvence v DRB1-genu alely sdružené s RA. Molekula kódovaná tímto genem se může vázat na určitý antigen (artritogenní peptid) nebo spíše autoantigen, který mechanismem molekulové mimikry (napodobuje cizorodý antigen) navodí aktivaci a proliferaci T-buněk, což způsobí produkci prozánětlivých cytokinů jako je IL-2, IFNg, GM-CSF, které zprostředkovávají reakci typu oddálené přecitlivělosti (autoimunitní reakci). Dochází k nahromadění a ke vstupu lymfocytů, neutrofilů, makrofágů do postiženého ložiska. Migraci posilují chemoatraktanty jako IL-8, adhezi event. aktivaci realizují určité vzájemně reagující páry molekul jako LFA-1 na T-buňkách s ICAM-1 na endotelích; jinou dvojicí je LFA-3/CD2 nebo VCAM-1/VLA-4. Na synoviocytech je exprimován E-selektin, který tvoří pár s VCAM-1 nebo ICAM-1 na endoteliích a makrofázích. Při autoimunitní reakci hrají klíčovou úlohu T-lymfocyty, na začátku především CD4+ paměťové T-buňky. Aktivují monocyto/makrofágy a podporují uvolňování monokinů; současně aktivují B-buňky, produkující protilátky v postiženém kloubu. Asi 80 % pacientů s RA mají autoprotilátky třídy IgM proti Fc-fragmentu autologního IgG (revmatoidní faktor). Tyto autoprotilátky agregují a tvoří imunní komplexy v krvi, v synoviální tekutině nebo na synovii. Revmatoidní faktory se však mohou vyskytovat i u jiných patologických stavů, dokonce u zdravých lidí. Naproti tomu někteří pacienti s RA je nemají (seronegativita). Chronická synovitida progreduje, vytváří v dutině kloubu novou tkáň - panus, dochází zde k angiogenezi a především k destrukci kloubní chrupavky a pod ní ležící kostní tkáně. Děje se tak činností zánětlivých buněk, které produkují reaktivní formy kyslíku (superoxidový radikál, hydrogenperoxid a OH·), původně určené pro likvidaci autoantigenu. Jejich nadbytek neodstraněný antioxidačním systémem působí ničivě na chondrocyty a kostní buňky. Zvýšená aktivita inducibilní NO-synthasy navozuje produkcí NO-radikálu signalizaci apoptózy chondrocytů. Aktivované polymorfonukleáry, makrofágy i cytotoxické T-buňky uvolňují TNFa, které iniciují signální dráhy navozující apoptózu, nebo IL-1b indukující syntézu metaloproteinas (kolagenasa, stromelysin).
Obr.: Schéma účinku cytokinů na patogenezi revmatoidní artritidy (RA)
Nový přístup k terapii RA se zaměřuje na blokování výše uvedených molekulových reakcí. Jako autoimunitní chorobu je možno RA léčit imunosupresivy (hydrochlorochin, methotrexat, 6-merkaptopurin, cyklosporin, leflunamid). Jiný přístup spočívá v zabránění účinku zánětlivé reakce a následné destrukce pomocí anticytokinů. Cílovými molekulami jsou TNFa a IL-1b. Inhibice TNFa je možná buď pomocí rekombinantního rozpustného TNFa-receptoru (etanercept - Enbrel) nebo chimerickou (3/4 lidská a 1/4 myší) monoklonální protilátkou namířenou proti němu (infliximab - Ramicade); zabrání se tím rozvoji zánětlivé reakce v samém začátku její signalizace. Antagonista IL-1b-receptoru (IL-1ra, anakinra), který se váže na IL-1b -receptor na monocytech, zabrání rozvoji následné kaskády navozující destrukci tkáně chrupavky a kosti prostřednictvím metaloproteinas. Jiný způsob je aplikace IL-4 a IL-10 (cytokiny produkované TH2-buňkami), které inhibují TH1-buňky a jejich sekreci prozánětlivých cytokinů. Vakcinace namířená proti receptorům artritogenních peptidů na T-buňkách blokuje interakci mezi buňkami prezentujícími HLA-DR-antigen s CD4+T-lymfocyty, a tím je zabráněno specifické autoimunitní reakci způsobující RA v samém začátku.