Роль матричных металлопротеиназ и провоспалительных цитокинов в регенерации межпозвонкового диска

В настоящее время дегенеративные процессы межпозвонкового диска - предельно актуальная проблема современной медицины. Наиболее частым проявлением дегенерации межпозвонкового диска считается боль спине, которая сопряжена с ранней утратой трудоспособности пациентов. Гибель клеток межпозвонкового диска, уменьшение синтеза белков и деградация основного вещества межклеточного матрикса диска за счет активации матриксных металлопротеиназ являются одним из важных звеньев патогенеза дегенерирующего диска, происходящего при участии провоспалительных цитокинов. Современная терапия дегенеративных процессов межпозвонкового диска направлена не только на устранение болевого синдрома, но и на восстановление функций диска с помощью различных методов биологического воздействия. Для активации регенераторных процессов межпозвонкового диска разрабатываются различные подходы, включающие инъекции белков-активаторов различных типов клеток или клеточных популяций и стимуляторы секреции внеклеточного матрикса, а также методы генной инженерии. Именно молекулярные методы биологической терапии дегенерации межпозвонкового диска представляются наиболее перспективными и в будущем могут быть транслированы в клиническую практику.

дегенерация межпозвоночного диска, биологическая терапия, генная инженерия, стволовые клетки

1. Благодатский М.Д., Балашов Б.Б. О морфологических изменениях в тканях позвоночного канала // Журнал невропатологии и психиатрии. 1987. Т. 87, № 4. С. 512-516.

2. Благодатский М.Д., Солодун Ю.В. Об аутоиммунном компоненте воспалительных реакций при корешковых синдромах // Журнал невропат. и психиатр. 1988. Т. 88, № 4. С. 46-51.

3. Бывальцев В.А., Панасенков С.Ю. Наноструктурный анализ поясничных межпозвонковых дисков на разных стадиях дегенеративного процесса // Вопросы нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко. 2013. № 3. С. 36-41.

4. Abe Y., Akeda K., An H.S. [et al.] Proinflammatory cytokines stimulate the expression of nerve growth factor by human intervertebral disc cells // Spine. 2007. Vol. 32. P. 635-642.

5. Akiyama H. Control of chondrogenesis by the transcription factor Sox9 // Modern Rheumatol. 2008. Vol. 18, No. 3. P. 213-219.

6. An H.S., Masuda K., Inoue N. Intervertebral disc degeneration: biological and biomechanical factors // J. Orthop. Sci. 2010. Vol. 11, No. 5. P. 541-552.

7. Ariga K., Yonenobu K., Nakase T. [et al.] Localization of cathepsins D, K, and L in degenerated human intervertebral discs // Spine. 2011. Vol. 26. P. 2666-2672.

8. Burke J.G., Watson R.W., Mc Cormack D. [et al.] Intervertebral discs which cause low back pain secrete high levels of proinflammatory mediators // J. Bone Joint Surg. Br. 2012. Vol. 84. P. 196-201.

9. Crock H.V., Goldwasser M., Yoshizawa H. Vascular anatomy related to the intervertebral disc // The biology of the intervertebral disc. 2008. Vol. 4. P. 109-133.

10. Freemont A.J. The cellular pathobiology of the degenerate intervertebral disc and discogenic back pain // Rheumatology. 2009. Vol. 48, No. 1. P. 5-10.

11. Goupille P., Jayson M.I., Valat J.P. [et al.] Matrix metalloproteinases: the clue to intervertebral disc degeneration? // Spine. 2008. Vol. 23. P. 1612-1626.

12. Gruber H.E., Hoelscher G.L., Leslie K. [et al.] Threedimensional culture of human disc cells within agarose or a collagen sponge: assessment of proteoglycan production // Biomaterials. 2006. Vol. 27, No. 3. P. 371-376.

13. Gruber H.E., Norton H.J., Hanley E.N. Anti-apoptotic effects of IGF-1 and PDGF on human intervertebral disc cells in vitro // Spine. 2010. Vol. 25. P. 2153-2157.

14. Handa T., Ishihara H., Ohshima H. [et al.] Effects of hydrostatic pressure on matrix synthesis and matrix metalloproteinase production in the human lumbar intervertebral disc // Spine. 2007. Vol. 22. P. 1085-1091.

15. Inoue H. Three-dimensional architecture of lumbar intervertebral discs // Spine. 2008. Vol. 6. P. 139-146.

16. Jimbo K., Park J.S., Yokosuka K. [et al.] Positive feedback loop of interleukin-1beta upregulating production of inflammatory mediators in human intervertebral disc cells in vitro // J. Neurosurg. Spine. 2005. Vol. 2. P. 589-595.

17. Kanemoto M., Hukuda S., Komiya Y. [et al.] Immunohistochemical study of matrix metalloproteinase-3 and tissue inhibitor of metalloproteinase-1human intervertebral discs // Spine. 2004. Vol. 21. P. 1-8.

18. Kang J.D., Georgescu H.I., McIntyre-Larkin L. [et al.] Herniated lumbar intervertebral discs spontaneously produce matrix metalloproteinases, nitric oxide, interleukin-6, and prostaglandin E2 // Spine. 2006. Vol. 21. P. 271-277.

19. Kramer J., Hegert C., Guan K. [et al.] Embryonic stem cellderived chondrogenic differentiation in vitro: activation by BMP-2 and BMP-4 // Mech. Dev. 2010. Vol. 92. P. 193-205.

20. Kroeber M.W., Unglaub F., Wang H. [et al.] New in vivo animal model to create intervertebral disc degeneration and to investigate the effects of therapeutic strategies to stimulate disc regeneration // Spine. 2002. Vol. 27. P. 2684-2690.

21. Kuhlcke K., Fehse B., Schilz A. [et al.] Highly efficient retroviral gene transfer based on centrifugation-mediated vector preloading of tissue culture vessels // Mol. Ther. 2009. Vol. 5. P. 473-478.

22. Lattermann C., Oxner W.M., Xiao X. [et al.] The adenoassoci-ated viral vector as a strategy for intradiscal gene transfer in immune competent and pre-exposed rabbits // Spine. 2012. Vol. 30. P. 497-504.

23. Liu P., Kalajzic I., Stover M.L. [et al.] Human bone marrow stromal cells are efficiently transduced by vesicular stomatitis virus-pseudotyped retrovectors without affecting subsequent osteoblastic differentiation // Bone. 2011. Vol. 29. P. 331-335.

24. Lyons G., Eisenstein S.M., Sweet M.B. Biochemical changes in intervertebral disc degeneration // Biochim. Biophys. Acta. 2009. Vol. 673. P. 443-453.

25. Marchand F., Ahmed A.M. Investigation of the laminate structure of lumbar disc anulus fibrosus // Spine. 2011. Vol. 15. P. 402-410.

26. Mason J.M., Breitbart A.S., Barcia M. [et al.] Cartilage and bone regeneration using gene-enhanced tissue engineering // Clin. Orthop. Relat. Res. 2008. Vol. 379, No. 1. P. 171-178.

27. Moon S.H., Nishida K., Gilbertson L.G. [et al.] Biologic response of human intervertebral disc cells to gene therapy cocktail // Spine. 2008. Vol. 17. P. 1850-1855.

28. Nagase H., Fushimi K. Elucidating the function of non catalytic domains of collagenases and aggrecanases // Connect. Tissue Res. 2008. Vol. 49, No. 3. P. 169-174.

29. Nishida K., Kang J.D., Gilbertson L.G. [et al.] Modulation of the biologic activity of the rabbit intervertebral disc by gene therapy: an in vivo study of adenovirus-mediated transfer of the human transforming growth factor beta 1 encoding gene // Spine. 2009. Vol. 24. P. 2419-2425.

30. Nishida T. Kinetics of tissue and serum matrix metalloproteinase-3 and tissue inhibitor of metalloproteinases-1 in intervertebral disc degeneration and disc herniation // Kurume Med. J. 2010. Vol. 46. P. 39-50.

31. Okuda S., Myoui A., Ariga K. [et al.] Mechanisms of agerelated decline in insulin-like growth factor-I dependent proteoglycan synthesis in rat intervertebral disc cells // Spine. 2003. Vol. 26. P. 2421-2426.

32. Pattison S.T., Melrose J., Ghosh P. [et al.] Regulation of gelatinase-A (MMP-2) production by ovine intervertebral disc nucleus pulposus cells grown in alginate bead culture by transforming growth factor-beta(1)and insulin like growth factor-I // Cell. Biol. Int. 2011. Vol. 25. P. 679-689.

33. Reinecke J.A., Wehling P., Robbins P. [et al.] In vitro transfer of genes in spinal tissue // Z. Orthop. Ihre Grenzgeb. 2007. Vol. 135. P. 412-416.

34. Richardson S.M., Walker R.V., Parker S. [et al.] Intervertebral disc cell mediated mesenchymal stem cell differentiation // Stem. Cells. 2005. Vol. 24. P. 707-716.

35. Risbud M.V., Anderson D.G., Shapiro I.M. [et al.] Cell-based therapy for disc repair // Spine J. 2006. Vol. 5, No. 6. P. 297-303.

36. Ritter T., Lehmann M., Volk H.D. Improvements in gene therapy: averting the immune response to adenoviral vectors // Biodrugs. 2009. Vol. 16. P. 3-10.

37. Roberts S., Menage J., Duance V. [et al.] Collagen types around the cells of the intervertebral disc and cartilage end plate: an immunolocalization study // Spine. 2011. Vol. 16. P. 1030-1038.

38. Saal J.S., Franson R.C., Dobrow R. [et al.] High levels of inflammatory phholipase A2 activity in lumbar disc herniations // Spine. 2008. Vol. 15. P. 674-678.

39. Sakai D., Mochida J., Iwashina T. [et al.] Regenerative effects of transplanting mesenchymal stem cells embedded in atelocollagen to the degenerated intervertebral disc // Biomaterials. 2006. Vol. 27. P. 335-345.

40. Somia N., Verma I.M. Gene therapy: trials and tribulations // Nat. Rev. Genet. 2006. Vol. 1. P. 91-99.

41. Specchia N., Pagnotta A., Toesca A., Greco F. Cytokines and grow factors in the protruded intervertebral disc of the lumbar spine // Eur. Spine. J. 2012. Vol. 11. P. 145-151.

42. Stamenkovic I. Extracellular matrix remodelling: the role of matrix metalloproteinases // J. Pathol. 2013. Vol. 200, No. 4. P. 448-464.

43. Takahashi H., Suguro T., Okazima Y. [et al.] Inflammatory cytokines in the herniated disc of the lumbar spine // Spine. 2006. Vol. 21. P. 218-224.

44. Takegami K., An H.S., Kumano F. [et al.] Osteogenic protein-1 is most effective in stimulating nucleus pulposus and annulus fibrosus cells to repair their matrix after chondroitinase ABC-induced in vitro chemonucleolysis // Spine J. 2005. Vol. 5, No. 3. P. 231-238.

45. Trout J.J., Buckwalter J.A., Moore K.C. Ultrastructure of the human intervertebral disc: II. Cells of the nucleus pulposus // Anat. Rec. 2010. Vol. 204. P. 307-314.

46. Wehling P., Schulitz K.P, Robbins PD. [et al.] Transfer of genes to chondrocytic cells of the lumbar spine. Proposal for a treatment strategy of spinal disorders by local gene therapy // Spine. 1997. Vol. 22. P. 1092-1097.

47. Weiler C., Nerlich A.G., Bachmeier B.E., Boos N. Expression and distribution of tumor necrosis factor alpha in human lumbar intervertebral discs: a study in surgical specimen and autopsy controls // Spine. 2012. Vol. 30. P. 44-53.

48. Yu J., Fairbank J.C., Roberts S., Urban J.P The elastic fiber network of the anulus fibrosus of the normal and scoliotic human intervertebral disc // Spine. 2012. Vol. 30, No. 16. P 1815-1820.

49. Yu J., Tirlapur U., Fairbank J. [et al.] Microfibrils, elastin fibres and collagen fibres in the human intervertebral disc and bovine tail disc // J. Anat. 2009. Vol. 210, No. 4. P 460-471.