Klinický význam komponentov systému RANK/RANKL/OPG u reumatoidnej artritídy

Souhrn

Reumatoidná artritída (RA) je chronické, systémové, zápalové autoimunitné ochorenie primárne postihujúce synoviálne tkanivo. Nedostatočná kontrola zápalovej aktivity vedie nielen k deštrukcii kĺbov, ale aj k zvýšenej mortalite pacientov, na ktorej sa významnou mierou podieľa postihnutie kardiovaskulárneho systému. Pochopenie kľúčovej úlohy cytokínového systému, zodpovedného za rozvoj zápalového procesu RA, objasnenie patofyziologických súvislostí s kardiovaskulárnym systémom by mohlo viesť k detekcii markerov schopných predikovať kardiovaskulárne riziko u pacientov s RA.

Klíčová slova:

kardiovaskulárny systém – NF-κB signálna dráha – RANK/RANKL/OPG – reumatoidná artritída

Reumatoidná artritída a zlyhanie kardiovaskulárneho systému

Reumatoidná artritída (RA) je chronické, systémové, zápalové autoimunitné ochorenie primárne postihujúce prevažne synoviálne kĺby, avšak vysoká zápalová aktivita ochorenia spôsobuje invalidizáciu pacienta a zvýšenú mortalitu. Ochorenie postihuje približne 1 % dospelej populácie na celom svete. Najčastejšou príčinou predčasnej smrti u pacientov s RA sú choroby kardiovaskulárneho, respiračného systému a infekcie [1].

Postihnutie kardiovaskulárneho (KV) systému je desaťročie známou komplikáciou RA a túto skutočnosť potvrdzujú dokonca aj štúdie uskutočnené ešte v 50. rokoch minulého storočia. Z ich záverov vyplýva, že RA spôsobuje predčasnú smrť, pričom 50 % úmrtí je spôsobené práve zlyhaním KV-systému [1,2]. Vo všeobecnosti náhla kardiovaskulárna smrť predstavuje približne 50 % zo všetkých KV-úmrtí, avšak u pacientov s RA je 2-krát častejšia v porovnaní s jej výskytom u pacientov s diabetes mellitus (DM). Najvyššie riziko KV-mortality je u pacientov s vysokými titrami reumatoidného faktora resp. anti­citrulínových protilátok a vysokou zápalovou aktivitou a dlhším trvaním ochorenia. Klasické rizikové faktory KV-mortality u pacientov s RA nedokážu dostatočne objasniť vysokú KV-mortalitu. V súčasnosti máme k dispozícii dôkazy o vplyve chronického zápalového procesu na funkciu KV-systému. Tieto patologické zmeny vedú k vzniku koronárnej choroby srdca (Coronary Artery Disease – CAD), elektrofyziologickým abnormalitám zahŕňajúce myokardiálnu repolarizáciu (QTc interval, rozptyl QT) a autonómne dysfunkcie (variabilita srdcového rytmu), ktoré sú prepojené so zápalovým procesom. Detailnejšie pochopenie patologických procesov RA v posledných dvoch dekádach viedlo aj ku kľúčovým zmenám v terapeu­tických postupoch [3–5].

Liečba cielenými syntetickými (targeted synthetic Dis­ease Modifying Antirheumatic Drugs – tsDMARD) a biologickými chorobu modifikujúcimi liekmi (biological Dis­ease Modifying Antirheumatic Drugs – bDMARD) umožňuje potlačenie systémového zápalového procesu a viaceré metaanalýzy svedčia aj pre možný priaznivý vplyv anti-TNF liečby na KV-mortalitu.

Recentné experimentálne štúdie poukazujú na fakt, že práve prozápalový TNFα predlžuje trvanie akčného potenciálu na kardiomyocyte prostredníctvom regulácie iónových kanálov ovplyvňujúcich repolarizáciu predsiení. TNFα ovplyvňuje draslíkové kanály, a aj animálne štúdie zamerané na ďalšie prozápalové cytokíny IL1 a IL6 poukázali na ovplyvnenie trvania akčného potenciálu, ale cez vápnikové kanály. Zároveň, hladina CRP a hladiny TNFα receptorov sú silnými a nezávislými prediktormi kardiovaskulárnej smrti u pacientov s RA [6,7].

Reumatoidná artritída a nukleárny faktor-κB (NF- κB)

V skorej fáze ochorenia je synoviálne tkanivo infiltrované bunkami imunitného systému (ako napr. lymfocyty, plazmatické bunky, makrofágy) a jeho zmnoženie spôsobuje bolesť, stuhnutosť a opuchy kĺbov. Tieto bunky prispievajú k zápalovému procesu prostredníctvom produkcie matrixových metaloproteináz, cytokínov a chemo­kínov, pričom ich prítomnosť spôsobuje aktiváciu a prechod buniek imunitného systému do synoviálneho tkaniva. V počiatočných štádiách tohto ochorenia dochádza k neo­angiogenéze, ktorá sa taktiež zúčastňuje na ďalšom vývoji patologického procesu. Výsledkom týchto zmien v kĺbovom puzdre je strata kĺbovej chrupavky, poškodenie kĺbovej kapsuly a štruktúr periartikulárneho systému [6,8,9].

Medzi lokálne mechanizmy prebiehajúce v synoviálnom tkanive patrí aktivácia rôznych signálnych trans­dukčných dráh. Jednou zo sledovaných a popísaných je aj dôležitá signálna cesta patogenézy RA, a to cez aktiváciu nukleárneho faktora κB (NF-κB).

NF-κB indukuje expresiu viacerých prozápalových génov, ktoré kódujú produkciu cytokínov a chemokínov zúčastňujúcich sa v regulácii zápalu a taktiež participuje v regulácii celej inflamácie (schéma). Považuje sa za hlavný mediátor zápalu v RA, čo bolo demonštrované ako na experimentálnych modeloch, tak aj u pacientov, pričom viaceré prvotné štúdie detegovali aktiváciu NF-κB v syno­viálnom tkanive RA pacientov [6,10–13].

Transkripčný faktor NF-κB reguluje viaceré regulačné miesta vrodenej a získanej imunity a je dôležitým mediátorom vlastnej zápalovej odpovede, indukuje expresiu širokej škály génov, zahrňujúc tie, ktoré kódujú cyto­kíny a chemokíny. NF-κB hrá kritickú úlohu v regulácii prežívania, aktivácii a diferenciácii vrodených imunitných buniek a zápalových T-buniek. Dysregulácia aktivácie NF-κB prispieva k rozvoju patologických procesov aj v rôznych typoch zápalových ochorení. Zvýšenie niektorých aktivátorov NF-κB je asociované so zvýšenou mortalitou práve najmä na kardiovaskulárne choroby [10–13].

NF-κB reprezentuje rodinu indukovaných transkripčných faktorov, ktorá reguluje širokú základňu génov, ktoré ovplyvňujú rôzne procesy imunitných a zápalových procesov. Táto rodina má piatich štrukturálne odlišných členov, a to NF-κB1 (taktiež sa nazýva aj p50), NF-κB2 (p52), ReIA (p65), ReIB a c-Rel, ktoré sprostredkovávajú transkripciu cieľových génov inkorporujúc sa do špecifických štruktúr DNA. Proteíny NF-κB sú za fyziologických okolností prítomné v pokojnom stave v cyto­plazme spolu s inhibičnými proteínmi, vrátane aj inhibítorov členov rodiny κB (IκB) [14,15].

Kanonická a nekanonická cesta aktivácie NF-κB

Aktivácia NF-κB zahrňuje dve hlavné signálne dráhy, kanonickú a nekanonickú (alternatívnu), avšak obe sú dôležité pre reguláciu imunitnej a zápalovej odpovede, napriek veľkým rozdielom v signálom mechanizme. Kanonická cesta NF-κB môže byť aktivovaná stimuláciou mnohých membránových receptorov (receptory pre TNF, IL1, toll-like receptory), prozápalovými stimulmi ako lipopolysacharidy, IL1 a TNF ako aj cez receptory pre T- a B-bunky. Primárna aktivácia NF-κB cez kanonickú cestu prebieha cez indukovanú degradáciu IκBα, ktorá sa začne po stranovo špecifickej fosforylácii za prítomnosti viacerých podjednotiek inhibičných κB kinázových komplexov (IKK). IKK je tvorená dvoma katalytickými podjednotkami, a to IKKα a IKKβ, a aj regulačnou podjednotkou nazývanou NF-κB esenciálny modulátor (NEMO) alebo aj ako IKKγ. IKK môže byť aktivovaný rozdielnymi stimulmi, zahrňujúc cytokíny, rastový faktor, mitogény, mikrobiálne komponenty a stresové podnety. Po aktivácii IKK fosforyluje IκBα na dvoch N-terminálnych serínoch a nasleduje na ubiqui­none závislá IκBα degradácia v proteazóme, vyúsťujúca do rýchlej a prechodnej translokácie jadier kanonických členov NF-κB predovšetkým dimérov p50/ReIA a P50/c-Rel. V tejto aktivačnej ceste je za aktiváciu NF-κB zodpovedný inhibítor κB kinázy (IKK – inhibítor kappa kinázy) β, pričom IKKα je nadbytočný [7,16,17].

Nekanonická cesta, teda alternatívna cesta aktivácie NF-κB, bola popísaná v posledných 10 rokoch. Táto cesta môže byť aktivovaná cez mnohých členov superrodiny TNF-receptorov, zahŕňajúc receptor pre lymfotoxín β, CD40, aktivačný faktor B-buniek a receptorový aktivátor NF-κB (RANK). RANK sa zúčastňuje oboch ciest aktivácie. Táto alternatívna cesta je striktne závislá na homodiméroch IKKα a na rozdiel od kánonickej nepotrebuje IKKβ ale IKKγ. Centrálna signálna molekula pre túto cestu je kináza indukovaná NF-κB (NIK), ktorá aktivuje a funkčne spolupracuje s IKKα sprostredkujúc fos­foryláciu p100. Proces aktivácie je sprostredkovaný degradáciou C-terminálu IKKβ podobnej štruktúry, vyúsťujúcej do dozretia generácia NF-κB p52 a jadrovej translokácie komplexu NF-κB p52/RelB (tab) [6,18].

Ak sa pozrieme na rozdielne funkcie, tak kanonická cesta je ovplyvňovaná všetkými imunitnými procesmi, kým nekanonická cesta slúži ako doplnková signálna časť spolupracujúca s kanonickou cestou v regulácii špecifických funkcií adaptívneho imunitného systému.

Funkcia NF-κB je dobre špecifikovaná a opísaná v procese zápalu, v ktorom sa cez NF-κB aktivujú, diferencujú a efektívne určujú úlohy T-buniek. Nie je prekvapujúce, že pri chronickom zápale sa aktivita NF-κB znižuje, dereguluje, čo je hlavným charakteristickým znakom chronického zápalu. Pochopenie mechanizmov potencujúcich aktiváciu NF-κB a jeho prozápalovej úlohy je veľkou výzvou pre vytvorenie terapeutických stratégií v rámci terapie ochorení, ktorých podstatou je chronický zápal, ako je reumatoidná artritída.

Terapeutické biomarkery

Dôležitou otázkou ostáva možnosť určenia správneho a výpovedného biomarkera KV-rizika, teda molekuly, ktorá bude mať dostatočnú klinicky výpovednú hodnotu. Perspektívnou sa ukazuje analýza molekúl patriacich do superrodiny TNF-receptorov. Medzi členov tejto superrodiny zaraďujeme osteoprotegerín (OPG) a jeho ligandy, ktoré sú ligandami pre receptory aktivujúce NF-κB ligandy (RANKL) a od TNF odvodený apoptózu indukujúci ligand (TRAIL). Tieto molekuly sú prítomné, exprimovateľné a regulovateľné a ich funkcia a prítomnosť sa potvrdila v mnohých fyziologických, ale aj patologických procesoch [1].

Objasnenie patogenézy kostných erózií pri RA dopomohlo k objaveniu osteoklastmi sprostredkovanej kostnej resorpcii, ktorá je regulovaná RANKL. RANKL je exprimovaný na viacerých typoch buniek, napr. T-bunky a synoviocyty [21], a ukazuje sa ako významný potenciálny diagnostický a terapeutický cieľ. Tieto bunky v prítomnosti cytokínov ako TNF-α a M-CSF prispievajú k maturácii a aktivácii osteoklastov. Solubilné receptory pre RANK, OPG a RANKL sú zvýšené u RA, ale normalizujú sa po liečbe TNF-inhibítormi.

V klinických štúdiách s osteoporózou sa dokázalo, že inhibíciou RANKL sa zníži strata kostného tkaniva. Ľudská humánna monoklonálna protilátka proti RANKL (denosumab) sa dlhodobo využíva na liečbu osteoporózy. V klinickej štúdii FREEDOM denosumab podávaný 2-krát za rok počas 36 mesiacov redukoval vznik nových vertebrálnych fraktúr o 68 %, zlomenín proximálneho femoru o 40 % a nevertebrálnych fraktúr o 20 % v porovnaní s placebom [1,6,20].

Vzťah medzi reguláciou kostných proteínov a cievnej biológie je sledovaný a ukazuje sa, že OPG môže byť zodpovedný aj za sprostredkovanie vaskulárnej kalcifikácie a kardio-metabolických chorôb. Cievna kalcifikácia, hlavný znak aterosklerózy, je obdobný ako proces remodelácie kostí. Ide o aktívny proces, ktorý zahŕňa aj indukčné ale aj inhibičné procesy. Pacienti s cievnou kalcifikáciou majú vyššie riziko vedľajších kardiovaskulárnych príhod. Ešte nie je dostatočne objasnený prirodzený vzťah medzi metabolizmom kostí, cievnou kalcifikáciou a kardiovaskulárnymi ochoreniami, ale zvyšujú sa dôkazy potvrdzujúce, že triáda RANK/RANKL/OPG môže byť dôležitá pri iniciácii rôznych ochorení, teda aj týchto procesov [22]. RANK – receptorový aktivátor NF-κB, RANKL – receptory aktivujúce NF-κB ligandy a OPG – osteoprotegerín po svojej aktivácii alebo inhibícii by mohli byť spúšťačmi ochorení. Zvýšené uvoľňovanie OPG môže súvisieť so zvýšeným kardiovaskulárnym rizikom a je dokázané, že zvýšené hladiny OPG súvisia s cievnym poškodením [1], respektíve na základe cievneho poškodenia zvýšené hladiny OPG zodpovedajú spusteniu protektívneho mechanizmu. Práve OPG sa ukazuje ako nezávislý biomarker kardiovaskulárnych ochorení u pacientov s akútnymi alebo chronickými kardiometabolickými ochoreniami. Interakcia medzi RANK a jeho ligandom RANKL hrá dôležitú úlohu v biológii osteoklastov. U pacientov s RA sa potvrdila vysoká expresia RANKL, pričom zvýšené hladiny sa dokázali v sére aj v synoviálnej tekutine pacientov s RA [1,19].

Molekula OPG bola objavená v roku 1997 ako vzájomný prenášač informácií medzi kosťou, cievou a srdcom. Aj napriek tomu, molekulový mechanizmus regulácie cievnej kalcifikácie nie je doteraz objasnený a ani úloha OPG nie je úplne do detailov známa v tomto procese a neustále sa objavujú jeho nové potenciálne funkcie. Potenciál OPG je hlavne v jeho možnosti stať sa diagnostickým markerom či terapeutickým cieľom. Resorpcia kostí nastáva po aktivácii osteoklastogenézy a svoju aktivitu zvyšuje po expresii receptorového aktivátora RANKL. OPG bol prvýkrát použitý ako terapeutický cieľ, keď dokázal zablokovať RANKL, čím sa znížila možnosť aktivácie receptorov, ktoré aktivujú NF-κB ligandy. Tento mechanizmus umožnil vytvoriť protilátku OPG. Rekombinantný OPG proteín bol použitý v experimentálnych animálnych modeloch, bol použitý na potkanoch pri liečbe artritídy a u psov na indukciu a zvýšené hojenie poranenia kostí.

Pri zameraní sa na kliniku, početné štúdie uvádzajú vyššie hladiny OPG v sére, ktoré súvisia s horším kardiovaskulárnym stavom hlavne s prítomnosťou CAD, aortálnymi aneuryzmami a kardiovaskulárnou mortalitou. Výsledky štúdií poukazujú na fakt, že zvýšenie sérovej hladiny OPG predikuje KV-mortalitu u pacientov so stabilnými CAD [24]. V 10-ročnom sledovaní sérových hladín OPG bol jeho význam ako prediktora progresie aterosklerózy potvrdený a bol označený ako nezávislý rizikový faktor rozvoja aterosklerózy ako aj výskytu mortality na KV-ochorenia [23]. Asociácia medzi sérovými hladinami OPG bola dokázaná u pacientov s reu­matoidnou artritídou a hladiny OPG boli asociované s prevalenciou KV-ochorení u týchto pacientov.

Záver

Aj keď reumatoidná artritída postihuje predilekčne kĺby, pacienti s RA majú signifikantne zvýšenú morbiditu a mortalitu, na ktorej sa veľkou mierou podieľa zlyhanie kardiovaskulárneho systému. Výskum v patofyziológii RA poukazuje na význam triády RANK/RANKL/OPG nielen v ovplyvnení kostného metabolizmu, ale aj v prepojení na cievny a kardiovaskulárny systém.

Bližšie objasnenie úlohy triády RANK/RANKL/OPG v kardiovaskulárnom systéme by mohlo prispieť k detekcii markeru schopného definovať pacientov s vysokým kardiovaskulárnym rizikom, resp. perspektívne aj jej využitie v terapii schopnej priaznivo ovplyvniť zvýšenú KV-mortalitu u pacientov s RA.

PharmDr. Andrea Gažová, PhD.

aandreagazova@gmail.com

www.uniba.sk

Received | Doručeno do redakce | Doručené do redakcie 14. 11. 2018

Accepted | Přijato po recenzi | Prijaté po recenzii 3. 12. 2018