Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.

Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

"Pain. Joints. Spine." 4 (08) 2012

Back to issue

Аггрекан

Authors: Дедух Н.В., Заведующая лабораторией морфологии соединительной ткани ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов, им. проф. М.И. Ситенко НАМН Украины», доктор биологических наук, профессор

Categories: Rheumatology, Traumatology and orthopedics

Sections: Specialist manual

print version

Межпозвоночный диск и суставной хрящ являются высокоспециализированными структурами. Из­за отсутствия кровеносных сосудов поступление регуляторных и питательных веществ происходит путем диффузии, в обеспечении которой важную функцию выполняет межклеточное вещество. Дестабилизация макромолекулярной организации матрикса приводит к нарушению процессов диффузии, что сопровождается снижением плотности клеток и прогрессированием дегенеративных изменений.

Матрикс суставного хряща и межпозвоночного диска — это сложно организованная структура, представленная коллагеном II типа, протеогликанами, гиалуроновой кислотой и неколлагеновыми белками.

Аггрекан — это крупный протеогликан, один из важнейших компонентов матрикса. Его функцией является противодействие механическим нагрузкам и обеспечение осмотического давления, необходимого для нормального функционирования клеток и тканей. Аггрекан, как структурный протеогликан, играет важную роль во взаимодействиях «клетка — клетка» и «клетка — матрикс» благодаря способности связываться с гиалуроновой кислотой и коллагеном [1]. Функциональная способность аггрекана зависит от соотношения в нем гликозаминогликанов (ГАГ/аггрекан).

Составной частью аггрекана является стержневой белок (protein core), с N­ и C­терминальных отделами, различающимися своей организацией (рис. 1). В N­терминальном отделе располагаются два глобулярных домена (ГД1 и ГД2), отделенные друг от друга интерглобулярным белковым доменом (ИГД). В вышерасположенных регионах аггрекана находятся кератансульфаты и хондроитинсульфаты. В С­терминальном отделе присутствует глобулярный белок ГД3 [2, 3]. Каждому из доменов присуща специфическая функция.  ГД1 выступает в качестве посредника между хондроцитами и сетью макромолекул матрикса, а также ингибирует модификацию гликозаминогликанов, что играет ключевую роль в конт­роле качества протеогликана. ИГД — это домен аггрекана, чувствительный к различным протеиназам. ГД2 и ГД3 — домены, контролирующие прикрепление цепей гликозаминогликанов, также они влияют на секрецию гликозаминогликанов. Структура аггрекана изменяется с возрастом как в межпозвоночном диске, так и в суставном хряще. При этом возрастает количество цепей кератансульфатов, снижаются хондроитинсульфаты.

Аминокислотная последовательность аггрекана в суставном хряще человека и крысы составляет около 75 %, что делает это лабораторное животное адекватной моделью для исследований.

Необходимые аминокислоты, формирующие белки, а также гликозаминогликаны синтезируются в клетки, затем путем экзоцитоза они ее покидают. В матриксе происходит самосборка цепей аггрекана и связь с другими макромолекулярными компонентами матрикса (рис. 2). 100–150 гликозаминогликанов присоединяются к стержневому белку. Около 200 молекул аггрекана могут связываться с одной молекулой гиалуроновой кислоты с образованием агрегата длиной около 8 мкм.

Суставной хрящ является уникальной тканью, свойства которой обеспечиваются взаимодействием множества макромолекул. Аггрекан выступает как протеогликан, обеспечивающий стабилизацию матрикса суставного хряща и лубрикацию. В суставном хряще содержится около 10 % протеогликанов, среди которых основу составляют крупные макромолекулы аггрекана. Семейство аггреканов включает и небольшие агрегаты, такие как версикан, нейрокан, бревикан и клеточный поверхностный рецептор CD44.

Деградация аггрекана в суставном хряще как с возрастом, так и при остеоартрозе осуществляется матриксными металлопротеиназами (1, 2, 3, 7, 8, 9 и 13) и аггрекиназой [5], что приводит к нарушению его организации и функционирования. Продукты деградации в виде фрагментов аггрекана обнаруживаются в синовиальной жидкости (рис. 2) и индуцируют синовит.

За синтез аггрекана отвечает ген ACAN [6]. Мутация гена может привести к дисплазии, а нехватка аггрекана может быть сопряжена с различными артритами, в том числе и с ревматоидным артритом, а также и с другими заболеваниями суставов. Иногда к нехватке аггрекана может быть причастен фермент ADAMTS5.

В литературе имеются данные о полиморфизме цепей хондроитинсульфата, присутствующих в смежных областях аггрекана, определенных как ХС1­домен. Выявлены аллельные отличительные особенности этих доменов, имеющие место у пациентов с остеоартрозом [3]. Полиморфизм аггрекана открывает дополнительные возможности для прогнозирования риска развития остеоартроза, что обусловливает актуальность исследований в этом направлении.

Межпозвоночный диск. При дегенерации межпозвоночного диска уменьшается количество протеогликанов за счет фрагментации, потери цепей гликозаминогликанов, что снижает осмотическое давления и нарушает гидратацию диска. Однако даже при дегенерации диска его клетки сохраняют способность к продуцированию аггреканов, имеющих нормальное строение [7].

Доказана важная функция аггрекана в ингибировании роста нервов и сосудов в хрящевых тканях. В норме в межпозвоночном диске нервные волокна обнаруживаются только в краевых отделах фиброзного кольца [8, 9]. Дегенерация межпозвоночных дисков сопровождается врастанием нервов в краевые отделы фиброзного кольца и студенистое ядро [8]. На врастающих нервных волокнах обнаруживаются рецепторы фактора роста нервов. Известно, что фактор роста нервов экспрессируется хондроцитоподобными клетками фиброзного кольца и студенистого ядра [10]. Имеется четкая корреляция между выраженностью дегенерации в диске и экспрессией фактора роста нервов. Неоиннервация диска связана с развитием поясничных дискогенных болей [11].

В дегенеративном диске обнаруживаются также кровеносные сосуды, проникающие из фиброзного кольца в студенистое ядро. Неоваскуляризация характерна также для грыжи диска.

Дегенерация межпозвоночного диска, как и суставного хряща, осуществляется металлопротеиназами и аггрекиназой.

До настоящего времени доказано, что аггрекан подавляет как рост нервов [12], так и миграцию эндотелиальных клеток [13]. Потеря аггрекана из матрикса межпозвоночного диска сопровождается врастанием сосудов и нервов в межпозвоночный диск и его прогрессирующей дегенерацией. Этот эффект зависит, в частности, от гликозилирования хондроитинсульфатов и кератансульфатов на мономере аггрекана.

Несмотря на сходство аггрекана в суставном хряще и межпозвоночном диске, выявлены определенные отличия. Так, аггреканы диска имеют меньшие размеры, в них более высокое содержание кератансульфатов.

Таким образом, в функционировании суставного хряща и межпозвоночного диска в норме, а также в сложном патогенезе дегенеративных нарушений в этих структурах определенную роль играет аггрекан.


Bibliography

1. Structure and function of aggrecan / C. Kiani, L. Chen, Y.J. Wu et al. // Cell Research. — 2002. — Vol. 12, № 1. — P. 19­32.

2. The involvement of aggrecan polymorphism in degeneration of human intervertebral disc and articular cartilage / P. Roughley, D. Martens, J. Rantakokko et al. // Europ. Cells and Materials. — 2006. — Vol. 11. — P. 1­7.

3. The structure and degradation of aggrecan in human intervertebral disc / P.J. Roughley, L.I. Melching, T.F. Heathfield et al. // Eur. Spine J. — 2006. — Vol. 15, Suppl. 3. — S326­S332.

4. Сущук Е.А. Краткие сведения о структуре и функции суставов в норме и при патологических состояниях // Оценка эффективности препаратов гиалуроновой кислоты в лечении остеоартрита с позиций доказательной медицины. — 2009. — Электронный ресурс. http://go­on.rotta.ru/book/http://go­on.rotta.ru/book/http://rheumatoligy.org.ua/blog/

5. Aggrecan degradation in human intervertebral disc and articular cartilage / R. Sztrolovics, M. Alini., P.J. Roughley, J.S. Mort // Biochem. J. — 1997. — Vol. 326. — P. 235­241.

6. Complete coding sequence and deduced primary structure of the human cartilage large aggregating proteoglycan, aggrecan. Human­specific repeats, and additional alternatively spliced forms / Doege K.J., Sasaki M., Kimura T. et al. // J. Biol. Chem. — 1991. — Vol. 266. — № 2. — Р. 894­902.

7. Relative increase of biglycan and decorin and altered chondroitin sulfate epitopes in the degenerating human intervertebral disc / R.I. Inkinen, M.J. Lammi, S. Lehmonen et al // J. Rheumatol. — 1998. — Vol. 25. — P. 506­514.

8. ISSLS prize winner: the innervation of the intervertebral disc: a quantitative analysis / A. Fagan, R. Moore, B. Roberts et al. // Spine. — 2003. — Vol. 28. — P. 2570­2576.

9. Innervation of the lumbar intervertebral disc by nerve growth factor dependent factordependent neurons related to inflammatory pain / Y. Aoki, S. Ohtori, K. Takahashi et al. // Spine. — 2004. — V. 29. — P. 1077­1081.

10. Expression of NGF, Trka and p75 in human cartilage / A. Gigante, C. Bevilacqua, A. Pagnotta et al. // Eur. J. Histochem. — 2003. — V. 47. — P. 339­344.

11. Urban J.P. Swelling pressure of lumbar intervertebral discs: influence of age, spinal level, composition, and degeneration / J.P. Urban, J.F. McMullin // Spine. — 1988. — Vol. 2. — P. 179­187.

12. Human intervertebral disc aggrecan inhibits nerve growth in vitro / W.E.B. Johnson, B. Caterson, S.M. Eisenstein et al. // Arthritis & Rheumatism. — 2002. — Vol. 46, № 10. — P. 2658­2664.

13. Human intervertebral disc aggrecan inhibits endothelial cell adhesion and cell migration in vitro / W.J.E.B. Johnson, B. Caterson, S.M. Eisenstein, S. Roberts // Spine. — 2005. — Vol. 30, Iss. 10. — P. 1139­1147.

 

Similar articles

Хрящевая замыкательная пластинка и ее роль в дегенерации диска (аналитический обзор литературы)
Authors: Бенгус Л.М., Дедух Н.В., ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМНУ», г. Харьков
"Pain. Joints. Spine." 2 (06) 2012
Date: 2013.01.21
Categories: Traumatology and orthopedics
Sections: Medical forums
Authors: Дедух Н.В., Заведующая лабораторией морфологии соединительной ткани ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМН Украины», доктор биологических наук, профессор
"Pain. Joints. Spine." 4 (04) 2011
Date: 2012.06.06
Categories: Family medicine/Therapy, Rheumatology, Traumatology and orthopedics, Neurology
Authors: Радченко В.А., Дедух Н.В., Бенгус Л.М., Шимон М.В., Государственное учреждение «Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко АМН Украины», г. Харьков
"Pain. Joints. Spine." 2 (02) 2011
Date: 2011.08.08
Categories: Family medicine/Therapy, Rheumatology, Traumatology and orthopedics, Neurology
Механизмы спонтанной резорбции грыжи межпозвоночного диска (Аналитический обзор литературы)
Authors: Дедух Н.В., Бенгус Л.М., ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМНУ», г. Харьков
"Pain. Joints. Spine." 1 (09) 2013
Date: 2013.04.25
Categories: Rheumatology, Traumatology and orthopedics, Neurology
Sections: Specialist manual

Back to issue