ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΟΡΙΑΚΗΣ ΦΑΡΜΑΚΟΛΟΓΙΑΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΔΙΠΛΩΜΑ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΣΤΗΝ «ΙΑΤΡΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ»

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΟΡΙΑΚΗΣ ΦΑΡΜΑΚΟΛΟΓΙΑΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΔΙΠΛΩΜΑ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΣΤΗΝ «ΙΑΤΡΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ» Μελέτη της έκφρασης του Αυξητικού Παράγοντα Πλειοτροπίνη (PTN) και του υποδοχέα της RPTPβ/ζ σε ασθενείς με Οστεοαρθρίτιδα Άγγελος Κασπίρης, Ιατρός ΠΑΤΡΑ 2010

2 Εξεταστική Επιτροπή 1. Ευαγγελία Παπαδημητρίου, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Τμήματος Φαρμακευτικής Επιβλέπουσα Καθηγήτρια 2. Αδαμαντία Παπαχατζοπούλου, Επίκουρη Καθηγήτρια Τμήματος Ιατρικής 3. Φωτεινή Λάμαρη, Επίκουρη Καθηγήτρια Τμήματος Φαρμακευτικής

3 Πρόλογος Η παρούσα έρευνα εκπονήθηκε στο Εργαστήριο της Μοριακής Φαρμακολογίας της Σχολής Επιστημών Υγείας του Πανεπιστημίου Πατρών. Η ερευνητική πρόταση πάνω στην οποία στηρίχτηκε η συγκεκριμένη μελέτη, αποτελούσε ιδέα της επιβλέπουσας καθηγήτριας κ. Παπαδημητρίου με σκοπό να συνδυάσει την Ορθοπαιδική κλινική και χειρουργική προσέγγιση με την έρευνα σε Μοριακό επίπεδο. Η πρότασή της έγινε δεκτή με ενθουσιασμό όχι μόνο από εμένα, αλλά και από όλη την Ορθοπαιδική κοινότητα που διατηρώ επαγγελματική και επιστημονική συνεργασία. Θεωρώ τον εαυτό μου ιδιαίτερα ευτυχή και τυχερό συνάμα, που μου δόθηκε η ευκαιρία να συνεργαστώ με αξιόλογους ανθρώπους που όχι μόνο διεύρυναν τους επιστημονικούς μου ορίζοντες, αλλά με στήριξαν ηθικά και συναισθηματικά για την ολοκλήρωση της έρευνάς μου. Θα ήθελα κατ αρχάς να σταθώ στην κ Παπαδημητρίου και να την ευχαριστήσω για την αμέριστη συμπαράστασή της, την εμπιστοσύνη που μου έδειξε, τις ερευνητικές αρχές που μου δίδαξε, καθώς και την επιστημονική της καθοδήγηση για την αρτιότητα των αποτελεσμάτων μας. Στάθηκε δίπλα μου σε κάθε βήμα της έρευνας, επεξηγώντας αναλυτικά τα ευρήματα μας, παίζοντας καθοριστικό ρόλο στην επιτυχή έκβαση μιας εξαιρετικά πρωτότυπης ερευνητικής προσπάθειας. Αποτέλεσε το έναυσμα να συνδέσω και να αντιστοιχίσω την κλινική εικόνα με τους μοριακούς μηχανισμούς και να αγαπήσω ένα πεδίο μελέτης που πιθανόν να μην είχα γνωρίσει δίχως την παρουσία της. Επιπλέον, θα ήθελα να σταθώ στον Διευθυντές των Ορθοπαιδικών Κλινικών τόσο του Τζάνειου Νοσοκομείου κ. Θοδωρο Γρίβα όσο και του Θριάσιου Νοσοκομείου κ. Ιωάννη Κουβαρά, που η κλινική και χειρουργική τους εξειδίκευση στον τομέα της Οστεοαρθρίτιδας αποτέλεσε καταλύτη για την επιτυχή κατάληξη της μελέτης μας. Η επιστημονική τους καθοδήγηση στην εκτίμηση τόσο των ακτινολογικών όσο και των χειρουργικών ευρημάτων συνετέλεσε στην επιτυχή ερμηνεία των αποτελεσμάτων της έρευνάς μας. Επιπλέον, πρέπει να τονίσω τη συμβολή τους στη συγγραφή της, χορηγώντας μου φωτογραφικό υλικό κλινικών, ακτινολογικών εικόνων και χειρουργικών παρασκευασμάτων ασθενών με οστεοαρθρίτιδα.

4 Σημαντική συμβολή στην ολοκλήρωση της μελέτης μας είχε και η Διευθύντρια του Παθολογοανατομικού Εργαστηρίου του Κέντρου Έρευνας και Μελέτης του Μεταβολισμού των Οστών του Πανεπιστημίου Αθηνών, κ Λούμπνα Χάλντη, που επιμελήθηκε την Ανοσοιστολογική επεξεργασία των παρασκευασμάτων. Τελειώνοντας, θέλω να κάνω ιδιαίτερη μνεία στον φίλο μου και συνεργάτη στο Εργαστήριο της Μοριακής Φαρμακολογίας, τον μεταδιδακτορικό σπουδαστή Κωνσταντίνο Μικέλη. Αποτέλεσε έναν ξεχωριστό συνάδελφο που με στήριξε σε δύσκολες καμπές της πορείας μου, τόσο γνωσιακά όσο και συναισθηματικά. Θα αποτελεί πάντοτε επιστημονικό σύντροφο και νιώθω την ανάγκη να του εκφράσω γραπτά τις ευχαριστίες μου και τις ευχές μου για κάθε επιτυχία στον δύσκολο, αλλά συνάμα με πολλές προκλήσεις και δυνατότητες, δρόμο που διάλεξε σε ένα από τα μεγαλύτερα Ερευνητικά Κέντρα του κόσμου, στο NIH των Ηνωμένων Πολιτειών. Επιπρόσθετα, δεν ξεχνώ πως αυτά που πέτυχα θα ήταν αδύνατα δίχως την υλική και ηθική στήριξη και την υπομονή και παρότρυνση της οικογένειάς μου και ιδιαιτέρως της κόρης μου Σοφίας, που αποτελεί την σημαντικότερη πηγή έμπνευσης και ενθάρρυνσης στις οποιεσδήποτε προσπάθειές μου.

5 Περιεχόμενα ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1. Οστεοαρθρίτιδα (ΟΑ) 1.1 Γενικά Ταξινόμηση Επιδημιολογία Παράγοντες κινδύνου Παθοφυσιολογία Ο ρόλος του υποοχονδρίου οστού στην παθογένεση και εξέλιξη της ΟΑ Κριτήρια διάγνωσης Κριτήρια κλινικής βαρύτητας της ΟΑ Συστήματα ακτινολογικής ταξινόμησης ΟΑ Ιστολογική εμφάνιση οστεοαρθριτικών αλλοιώσεων Θεραπευτική προσέγγιση Συντηρητική αντιμετώπιση Χειρουργική θεραπεία Νεότερες θεραπευτικές προσεγγίσεις Πλειοτροπίνη (ΡΤΝ) Δομή γονιδίου της ΡΤΝ και γονιδιακή έκφραση Πρωτεϊνική δομή της ΡΤΝ Αλληλεπιδράσεις, υποδοχείς της ΡΤΝ και ρόλος της στη μεταγωγή σήματος Μόρια που αλληλεπιδρούν με την ΡΤΝ Ν Συνδεκάνη Υποδοχέας με δράση Φωσφατάσης της Τυροσίνης β/ζ (RPTPβ/ζ) Κινάση Αναπλαστικού Λεμφώματος ( ALK ) Ιντεγκρίνη α ν β Βιολογικά ενεργά τμήματα της ΡΤΝ Ρόλος της ΡΤΝ στην αγγειογέννεση και στον καρκίνο Έκφραση της ΡΤΝ στην ΟΑ 51-52

6 ΣΚΟΠΟΣ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ Αριθμός ασθενών ΟΑ και κριτήρια επιλογής Ομογενοποίηση ιστών από ασθενείς που έπασχαν από ΟΑ Προσδιορισμός της συγκέντρωσης ολικών πρωτεϊνών σε διάλυμα (Μέθοδος Bradford) Ανοσοκατακρήμνιση Ανάλυση πρωτεϊνών με ηλεκτροφόρηση σε πήκτωμα πολυακριλαμιδίου με αποδιατατικές συνθήκες ( SDS PAGE ) Ανάλυση πρωτεϊνών κατά Western Διαδικασία αποδέσμευσης αντισώματος από PVDF μεμβράνη,(stripping) Χρώση πηκτώματος πολυακρυλαμιδίου με Coomasie Ποσοτικοποίηση των ανοσοαποτυπωμάτων με σύστημα ανάλυσης εικόνας Ανοσο ιστοχημεία Στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων...75 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 1. Western Blot 1.1 Έκφραση της ΡΤΝ στο χόνδρο και στο υποχόνδριο οστό ασθενών με ΟΑ Έκφραση του RΡΤΡ β/ζ στο χόνδρο και στο υποχόνδριο οστό ασθενών με ΟΑ Αλληλεπίδραση της ΡΤΝ και του υποδοχέα της ΡΤΡβ/ζ στο χόνδρο και στο υποχόνδριο οστό ασθενών με ΟΑ Ανοσοϊστοχημεία Έκφραση της ΡΤΝ σε τομές ασθενών με ΟΑ Έκφραση του RΡΤΡβ/ζ σε τομές ασθενών με ΟΑ ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΕΡΙΛΗΨΕΙΣ ΣΥΝΤΜΗΣΕΙΣ

7 ΕΙΣΑΓΩΓΗ

8 Εισαγωγή 1. Οστεοαρθρίτιδα (ΟΑ) 1.1 Γενικά Η οστεοαρθρίτιδα (ΟΑ) αποτελεί την πιο κοινή μορφή αρθρίτιδας και μια από τις πιο σημαντικές αιτίες χρονίου φυσικής ανικανότητας στον κόσμο, κυρίως λόγω της προσβολής των αρθρώσεων του γόνατος και υου ισχίου. Βεβαίως, δεν παρουσίαζουν όλοι οι ασθενείς κλινική συμπτωματολογία. Παρόλα αυτά σύμφωνα με τις εκτιμήσεις του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας (WHO), αποτελεί το 10% των ασθενών με σωματική ανικανότητα σε πληθυσμό άνω των 60 ετών και επηρεάζει την ποιότητα της ζωής πάνω από Αμερικάνων πολιτών (Lawrence et al 1998). Ενδεικτικά, η συχνότητα της ΟΑ του γόνατος που οδηγεί σε ανικανότητα είναι ίση με αυτή με την ανικανότητα που προκαλούν τα καρδιοαναπνευστικά νοσήματα (Guccione et al 1994). Η θεραπευτική αντιμετώπιση που εφαρμόζεται σήμερα, στοχεύει περισσότερο στη βελτιώση των κλινικων συμπτωμάτων και λιγότερο στην καθυστέρηση της εξέλιξης της νόσου. Η προοδευτική επιδείνωση της πάθησης που οδηγεί σε σωματική ανικανότητα, αποτελεί την κύρια ένδειξη χειρουργικής θεραπείας με ολική αρθροπλαστική. Η αύξηση της επίπτωσης της νόσου με την ηλικία αναμένεται να οδηγήσει στην αύξηση του αριθμού των συμπτωματικών ασθενών από το 15% (40 εκατομμύρια) του πληθυσμού που είναι σήμερα στις ΗΠΑ, στο 18% ( 59 εκατομμύρια) μέχρι το 2020 (Lawrence et al 1998). Επομένως καθίσταται αναγκαία η περαιτέρω κατανόηση των παραγόντων που οδηγούν στην έναρξη και στην επιδείνωση της πάθησης, ώστε να δοθεί η δυνατότητα εφαρμογής θεραπευτικών σχημάτων που τροποποιούν την εξέλιξή της. 1.2 Ταξινόμηση Η ΟΑ κατατάσσεται σε δύο κύριες κατηγορίες: στην πρωτοπαθή (ή ιδιοπαθή) και στη δευτεροπαθή, η οποία οφείλεται σε μεταβολικά νοσήματα, σε ανατομικές ανωμαλίες, σε τραυματισμό ή σε φλεγμονώδεις παθήσεις όπως η ρευματοειδής αρθρίτιδα (Πίνακας 1 και 2 αντίστοιχα). 1

9 Εισαγωγή Πίνακας 1: Τύποι ιδιοπαθούς ΟΑ και οι κυριότερες αρθρώσεις που προσβάλλονται κατά την κλινική της εκδήλωση. Πρωτοπαθής - Ιδιοπαθής Περιφερικές αρθρώσεις Φαλαγγοφαλαγγικές αρθρώσεις Άλλες μικρές αρθρώσεις π.χ μετακάρπιοφαλαγγικές αρθρώσεις Μεγάλες αρθρώσεις όπως Γόνατο και ισχίο Σπονδυλική Στήλη Των Αποφύσεων Των μεσοσπονδυλίων δίσκων Υπότυποι Γενικευμένη Οστεοαρθρίτιδα Χονδρομαλακία της επιγονατίδας Διάχυτη Ιδιοπαθής Σκελετική υπερόστωση Πίνακας 2: Κατηγορίες δευτεροπαθούς ΟΑ και τα κυριότερα νοσήματα που την προκαλούν. Δευτεροπαθής Τραυματικής αιτιολογίας Οξεία Χρόνια Συστηματική Μεταβολική Νόσο Αλκαπτονουρία Αιμοχρωμάτωση Νόσος Wilson Νόσος Kashin - Beck Νόσηματα των Ενδοκρινών Αδένων Ακρομεγαλία Υπερπαραθυρεοειδισμός Σακχαρωδης Διαβήτης Νοσήματα εναποθέσεως κρυστάλλων ασβεστίου Πυροφωσφωρικού ασβεστίου Ασβεστιο απατίτη Νευροπαθητικές διαταραχές Οικογενής οστεοαρθρίτιδα που συνδυάζεται με σκελετικές δυσπλασίες 2

10 Εισαγωγή 1.3 Επιδημιολογία Η συχνότητα των ακτινογραφικών ευρημάτων ΟΑ του γόνατος (Πίνακας 3) στις γυναίκες κυμαίνεται από 1% έως 4% στις γυναίκες ηλικίας 24 έως 45 ετών, αυξάνόμενη σε 53% με 55% σε αυτές ηλικίας άνω των 80 ετών. Αντίστοιχα στους άντρες η συχνότητα αυτή είναι μεταξύ 1% και 6% στις ηλικίες κάτω των 45 ετών, μέχρι 22% και 33% στις ηλικίες άνω των 80 ετών. Η συχνότητα της ΟΑ του Ισχίου (Πίνακας 4) αυξάνει με την ηλικία εξίσου και στα δύο φύλα. Άλλες μελέτες αναφέρουν πως είναι 3,2% στους άρρενες και 3% στις γυναίκες μεταξύ 55 και 74 ετών, ενώ στη μελέτη του Rotterdam ανέβαινε σε 14,1% και 15,9%, αντίστοιχα. Πίνακας 3: Κυριότερες μελέτες που αναφέρονται στην επιδημιολογία της ΟΑ του γόνατος. ΜΕΛΕΤΗ ΕΥΡΟΣ ΗΛΙΚΙΩΝ ΗΛΙΚΙΕΣ ΑΚΤΙΝΟΛΟΓΙΚΑ ΕΥΡΗΜΑΤΑ ΟΑ ΓΟΝΑΤΟΣ ΣΤΙΣ ΓΥΝΑΙΚΕΣ ΑΚΤΙΝΟΛΟΓΙΚΑ ΕΥΡΗΜΑΤΑ ΟΑ ΓΟΝΑΤΟΣ ΣΤΟΥΣ ΑΝΔΡΕΣ Lawrence 1966 > > Felson < > Anderson

11 Εισαγωγή Πίνακας 4: Κυριότερες μελέτες που αναφέρονται στην επιδημιολογία της ΟΑ του ισχίου. ΜΕΛΕΤΗ Lawrence 1966 Maurer 1979 Danielssson 1984 ΕΥΡΟΣ ΗΛΙΚΙΩΝ ΗΛΙΚΙΕΣ ΑΚΤΙΝΟΛΟΓΙΚΑ ΕΥΡΗΜΑΤΑ ΟΑ ΙΣΧΙΟΥ ΣΤΙΣ ΓΥΝΑΙΚΕΣ > ΑΚΤΙΝΟΛΟΓΙΚΑ ΕΥΡΗΜΑΤΑ ΟΑ ΙΣΧΙΟΥ ΣΤΟΥΣ ΑΝΔΡΕΣ * Παράγοντες κινδύνου Ι. Σωματικό Βάρος Το σωματικό βάρος αποτελεί ένα σημαντικό παράγοντα κινδύνου για την ανάπτυξη της ΟΑ. Στους συμμετέχοντες στην μελέτη Framingham με μέσο όρο ηλικίας 37 έτη, το σωματικό βάρος συσχετίστηκε με την παρουσία ΟΑ του γόνατος μετά από 36 χρόνια (Felson et al 1992). Ο σχετικός κίνδυνος για την ανάπτυξη ΟΑ του γόνατος των ατόμων με υψηλό σωματικό βάρος σε σχέση με τα άτομα χαμηλότερου σωματικού βάρους, ήταν 2.07 για τα θήλεα άτομα και 1,51 για τα άρρενα. Τα αποτελέσματα αυτά δεν επηρεάζονταν από τη φυσική δραστηριότητα ή από τις τιμές του ουρικού οξέος του αίματος. Επιπλέον, η ελλάττωση του ΒΜΙ κατά δύο μονάδες στη διάρκεια 10 ετών ελαττώνει την πιθανότητα εμφάνισης ΟΑ του γόνατος. Οι συγκεκριμένες αναλύσεις εμπεριείχαν και την ηλικία, την κάκωση του γόνατος, το κάπνισμα, τη φυσική δραστηριότητα και το επίπεδο εκπαίδευσης. 4

12 Εισαγωγή Στη μελέτη Gingford, που αποτελούνταν από γυναίκες μέσου όρου ηλικίας 54 ετών, τα άτομα που είχαν υψηλό ΒΜΙ είχαν κι εδώ υψηλό κίνδυνο για την ανάπτυξη ΟΑ γόνατος (Hart et al 1999). Επιπροσθέτως, η παχυσαρκία συνδεόταν με την παρουσία αμφοτερόπλευρης ΟΑ του γόνατος μεταξύ των ηλικιών 45 έως 74 ετών, στους μετέχοντες της μελέτης ΝΗΑΝΕS I (Davis et al 1999). Πάντως μικρή συσχέτιση έχει βρεθεί μεταξύ μεταβολικών παραγόντων, όπως υπερλιπιδαιμίας, αυξημένου σακχάρου του αίματος, αρτηριακής υπέρτασης, και ΟΑ του γόνατος (Davis et al 1990, Davis et al 1988, Hochberg et al 1995, Bagge et al 1991). Αντιθέτως με τα ευρήματα που αφορούν στην ΟΑ του γόνατος, η συσχέτιση που εμφανίζεται μεταξύ παχυσαρκίας και ΟΑ του Ισχίου είναι μετρίου κινδύνου, όπως φαίνεται στη μελέτη ΝΗΑΝΕS I (Tepper et al 1993). Παρόλα αυτά, το αυξημένο σωματικό βάρος σχετίζονταν περισσότερο με αμφοτερόπλευρη παρά με ετερόπλευρη ΟΑ του ισχίου. Στη μελέτη Zoetermeer η παχυσαρκία συνδεόταν με ΟΑ στο δεξί ισχίο στα άρρενα άτομα (Van Saase et al 1988). Σε άλλη μελέτη σε αγροτικό πληθυσμό, ο κίνδυνος της ανάπτυξης ΟΑ του ισχίου ήταν μεγαλύτερος στα υψηλότερα και στα βαρύτερα άτομα, δίχως όμως ο ΒΜΙ να αποτελεί παράγοντα κινδύνου (Croft et al 1992). Στη μελέτη του Rotterdam το αυξημένο σωματικό βάρος αύξανε τον κίνδυνο ΟΑ του γόνατος, αλλά όχι του ισχίου (Reijman et al 2005). ΙΙ. Ηλικία Ο αρθρικός χόνδρος με την πάροδο της ηλικίας παρουσιάζει μεταβολές που αφορούν τόσο στη λειτουργικότητά του, όσο και στις μηχανικές του ιδιότητες. Επιπλέον, αντιδρά με διαφορετικό τρόπο στην παρουσία κυτταροκινών και αυξητικών παραγόντων. Επίσης, μηχανισμοί που προστατεύουν την άρθρωση, όπως η ιδιοδεκτικότητα, η μυική μάζα και η ευλυγισία κατά την ραιβότητα και την βλαισότητα, αποδιοργάνωνονται με την πάροδο τςη ηλικίας. Στην μελέτη Gingford οι υψηλότερες ηλικιακές ομάδες παρουσίαζαν υψηλότερο κίνδυνο εμφάνισης ΟΑ του γόνατος. Η πιθανότητα εμφάνισης οστεοφύτων αύξανε κατά 20% ανά πενταετία (Hart et al 1999). 5

13 Εισαγωγή Η ΟΑ του ισχίου είναι ακόμα πιο συχνή στις μεγαλύτερες ηλικίες. Αυτή η σύνδεση μεταξύ τους υποστηρίζεται από τις μελέτες Framingham (Felson et al 1992), Zoetermeer (Van Saase et al 1988), NHANES I (Tepper et al 1993), καθώς και από δύο Σκανδιναβικές μελέτες (Danielson et al 1984, Jorring 1980). ΙΙΙ. Φύλο Το φύλο μπορεί να αποτελεί παράγοντα κινδύνου για την ανάπτυξη ΟΑ του γόνατος. Τα δύο φύλα διαφοροποιούνται σημαντικά στις ορμονικές επιδράσεις που ασκούνται κατά το μεταβολισμό του αρθρικού χόνδρου, την πιθανότητα κάκωσης της άρθρωσης, καθώς και στο εμβιομηχανικό περιβάλλον. Οι γυναίκες εμφανίζουν ΟΑ του γόνατος πιο συχνά σε σχέση με τους άνδρες. Στη μελετη Framingham (Felson et al 1992), οι γυναίκες αναπτύσσουν πιο συχνά οστεοαρθριτικές αλλοιώσεις στο γόνατο. Στη μελέτη NHANES I (Tepper et al 1993), η αμφοτερόπλευρη οστεοαρθρίτιδα του γόνατος εμφανίζονταν σε διπλάσια συχνότητα στις γυναίκες. Τα ανωτέρω ευρήματα επιβεβαιώθηκαν από τη μελέτη Zoetermeer (Van Saase et al 1988). Παρατηρήθηκε πως στα άτομα με ακτινολογικές αλλοιώσεις του γόνατος, οι άρρενες εμφάνιζαν ποσότητα χόνδρου που ήταν μεγαλύτερη σε σχέση με τις γυναίκες και στην επιφάνεια της επιγονατίδας και στους κνημιαίους κονδύλους (Ding et al 2003). Η ΟΑ του ισχίου επίσης παρουσιάζει μεγαλύτερη συχνότητα στις γυναίκες, αλλά οι διαφορές δεν είναι τόσο μεγάλες, όσο με την αντίστοιχη του γόνατος. Η μελέτη των Danielson et al, δεν βρήκε καμμία απολύτως διαφορά στη συχνότητα μεταξύ των δύο φύλων, ενώ στη μελέτη του Jorring, η αναλογία μεταξύ γυναικών και ανδρών ήταν 3 προς 2. Σε ηλικίες μεγαλύτερες των 60 ετών, οι μεγαλύτερης βαρύτητας οστεοαρθριτικές αλλοιώσεις εμφανίζονταν σε γυναίκες (Jorring 1980). Στη μελέτη Zoetermeers, στις ηλικίες μεταξύ 55 και 64 ετών, η ΟΑ του ισχίου εμφανιζόταν πιο συχνά στους άντρες, αλλά σε ηλικίες άνω των 64 στις γυναίκες. Η ανάλυση των αποτελεσμάτων της μελέτης NHANES I δεν έδειξε κάποια συσχέτιση μεταξύ του φύλου και των οστεοαρθριτικών αλλοιώσεων στο ισχίο. Επιπροσθέτως, δεν ανευρέθηκε συσχέτιση της ΟΑ με την τεκνοποίηση, την ηλικία της εμμηναρχής ή της εμμηνόπαυσης. 6

14 Εισαγωγή IV. Επαγγελματική ασχολία Η υγεία του χόνδρου απαιτεί φυσιολογική φόρτιση των αρθρώσεων. Όμως, εάν η μηχανική φόρτιση μιας άρθρωσης είναι υπερβολικά μεγάλη και διαρκεί σημαντικό χρονικό διάστημα, μπορεί να αποτελέσει το έναυσμα για την πρόκληση οστεοαρθριτικών αλλοιώσεων. Ο ρόλος που παίζει η επαγγελματική δραστηριότητα στην παθογένηση της νόσου έχει γίνει καλύτερα αντιληπτός στους άντρες. Αυτό συμβαίνει, γιατί οι περισσότερες μελέτες δεν περιελάμβαναν στους υπό διερεύνηση παράγοντες τις ασχολίες του σπιτιού ή την ενασχόληση με τα παιδιά. Στη μελέτη Framingham, ο κίνδυνος της εμφάνισης οστεοαρθριτικών αλλοιώσεων στην ακτινογραφία του γόνατος ήταν υψηλότερος σε αυτούς τους εργαζόμενους που η επαγγελματική τους ενασχόληση απαιτούσε μέσης βαρύτητας φυσική δραστηριότητα. Το εύρημα αυτό επιβεβαιώθηκε και από τη μελέτη NHANES I που ανέδειξε πως τα αντινολογικά ευρήματα στο γόνατο παρουσιάζονται πιο συχνά σε άτομα ηλικίας 55 έως 64 ετών που η επαγγελματική τους ενασχόληση οδηγούσε σε αυξημένη φόρτιση στην άρθρωση του γόνατος. Επιπλέον, σύμφωνα με τους Kimaki et al, υπάρχει σημαντική συσχέτιση με την ημερήσια διάρκεια κάμψης του γόνατος σε συγκεκριμένες επαγγελματικές ομάδες, όπως οι ξυλουργοί και οι ελαιοχρωματιστές. Οι επαγγελματικές ασχολίες που παρουσίαζαν μεγαλύτερο κίνδυνο ήταν αυτές που απαιτούσαν γονατιστή εργασία άνω των 30 λεπτών την ημέρα ή την ανάβαση σκάλας πάνω από 10 φορές την ημέρα, όπως επίσης και η μεταφορά φορτίου άνω των 25 kgr (Cooper et al 1994). Αντιθέτως, δεν φαίνεται να υπάρχει ισχυρή συσχέτιση μεταξύ της επαγγελματικής ενασχόλησης και ΟΑ του ισχίου (Maetzel et al 1997). V. Οστική πυκνότητα (Bone Mineral Density) Η σχέση μεταξύ της BMD και της ΟΑ του γόνατος έχει εξεταστεί από πολλές προοπτικές μελέτες περιλαμβάνοντας και ττις Framingham, Rotterdam, Chingford cohorts. Όπως αναφέρεται στην Framingham cohort, ο κίνδυνος εμφάνισης της ΟΑ γόνατος ήταν χαμηλότερος στις περιπτώσεις εκείνες που η BMD στον αυχένα του μηριαίου οστού ήταν χαμηλή. Το αποτέλεσμα αυτό επιβεβαιώνεται και από τη μελέτη Rotterdam, όπου η 7

15 Εισαγωγή συχνότητα των ακτινολογικών οστεοαρθριτικών ευρημάτων σε γόνατα ήταν υψηλότερη σε αυτούς τους ασθενείς που η BMD ήταν υψηλή στον αυχένα του μηριαίου και στη σπονδυλική στήλη. Στη συγκεκριμένη μελέτη, τα άτομα με ΟΑ του γόνατος ή του ισχίου είχαν υψηλότερη BMD στον αυχένα του μηριαίου κατά 3% και 8%, αντίστοιχα. Η συγκεκριμένη διαφορά αφορούσε μόνον σε γυναίκες. Επαναλαμβανόμενες μετρήσεις στους ασθενείς αυτούς μέσα στο διάστημα των επόμενων 2 ετών απεκάλυψαν, πως ο ρυθμός απώλειας της οστικής μάζας ήταν μεγαλύτερος στα άτομα με ΟΑ. Η ελλάττωση της BMD κάτω από ένα επίπεδο, πιθανόν να οδηγεί σε ενεργοποίηση της έκκρισης κυτταροκινών και επιδείνωσης της ΟΑ (Burger et al 1996). VI. Γενετικοί παράγοντες Μετά την πρώτη παρατήρηση του Kellgren πως οι συγγενείς πρώτου βαθμού ατόμων με γενικευμένη ΟΑ έχουν μεγαλύτερο κίνδυνο για ανάπτυξη της νόσου (Kellgren et al 1963), άρχισε να ερευνάται η σχέση της πάθησης με πιθανούς γενετικούς παράγοντες. Η κλινική συμπτωματολογία σε περιπτώσεις ΟΑ του γόνατος ή της άκρας χειρός παρουσίαζε ομοιότητες σε περιπτώσεις μονοζυγωτικών διδύμων σε σύγκριση με τα διζυγωτικά. Σε ποσοστό 39% και 65% των περιπτώσεων της ΟΑ γόνατος και χειρός αντίστοιχα, θεωρείται πως συμμετέχουν γενετικοί παράγοντες (Spector et al 1996). ο ρόλος τους επιβεβαιώθηκε και σε ένα μεγάλο αριθμό τυχαία επιλεγμένων οικογενειών που εμφάνιζαν τις ανωτέρω παθήσεις (Felson et al 1992). Η νόσος εμφανίζονταν με μεγαλύτερη συχνότητα μεταξύ των αδελφών και μεταξύ των μητέρων των οικογενειών αυτών. Η οικογενής επιβάρυνση τονίστηκε και από τους Hirsch et al (1998) στην μελέτη BLSA. Μελέτες έχουν περιγράψει πως περιπτώσεις γενικευμένης ΟΑ εμφανίζονται συχνότερα σε άτομα με φαινότυπο HLA A1B8 και MZ alpha 1 antithrypsin (Pattrick et al 1989), με συγκεκριμένους γονότυπους υποδοχέων οιστρογόνων (Ushiyama et al 1998), καθώς και με το γονότυπο του IGF 1 (Meulenbelt et al 1998). Στη μελέτη του Rotterdam παρουσιάστηκε μεγαλύτερη προδιάθεση για ακτινολογικές αλλοιώσεις στην άρθρωση του ισχίου σε ομόζυγους και ετερόζυγους φορείς των IL1B 511T και IL1RN VNTR αλληλόμορφων γονιδίων. Στη μελέτη Framingham, δεν παρατηρήθηκε καμια σχέση μεταξύ της ΟΑ και της γονιδιακής περιοχής VDR/COL2A1 (Baldwin et al 2002). 8

16 Εισαγωγή Συμπερασματικά, γονίδια που πιθανόν να παίζουν ρόλο στο μηχανισμό της ΟΑ, αποτελούν τα γονίδια για IL 1, Matrilin 3 (MAN 3), IL 4 receptor alpha chain, frizzled related protein 3 (FRZC), ADAM 12, και asporin (Loughlin et al 2005). 1.5 Παθοφυσιολογία Η ΟΑ δε θεωρείται μια κλασσική φλεγμονώδης αρθροπάθεια, λόγω της απουσίας ουδετερόφιλων από το αρθρικό υγρό και της απουσίας συστηματικών κλινικών συμπτωμάτων που προκαλούνται σε φλεγμονώδεις καταστάσεις. Παρόλα αυτά, μπορεί να εκδηλώνονται τοπικά σημεία και συμπτώματα φλεγμονής, όπως το άλγος της άρθρωσης, το οίδημα και ο περιορισμός της κινητικότητας, που οδηγούν σε σημαντική ελάττωση της φυσικής δραστηριότητας (Felson 2006). Εν τούτοις, το βασικό ερώτημα για τον ακριβή ρόλο της αρθρικής φλεγμονής στην ΟΑ εξακολουθεί να παραμένει. Σε αυτήν τη φλεγμονώδη διαδικασία εκδηλώνεται διήθηση του αρθρικού θυλάκου και του υμένα από Β και Τ λεμφοκύτταρα, και αυξημένη έκφραση προφλεγμονωδών διαβιβαστών κατά την πρώιμη και την προχωρημένη φάση της νόσου (Benito et al 2005). Η παρουσία της φλεγμονής αποτελεί σημαντικό παράγοντα που συντελεί στην απορρύθμιση της λειτουργίας των χονδροκυττάρων, οδηγώντας τελικά σε διαταραχή της ισορροπίας μεταξύ των καταβολικών και αναβολικών ιδιοτήτων τους και σε διαταραχή της ανακατασκευής του χόνδρου (Loeser 2006). In vivo και in vitro μελέτες έχουν δείξει, πως τα χονδροκύτταρα παράγουν μεγάλο αριθμό κυτταροκινών και χημειοκινών που ανευρίσκονται στους ιστούς και στο αρθρικό υγρό της πάσχουσας άρθρωσης. Έχει αποδειχθεί η στενή συσχέτιση μεταξύ των αυξημένων επιπέδων καταβολικών ενζύμων και της παρουσίας στο αρθρικό υγρό ασθενών με ΟΑ μεσολαβητών της φλεγμονής, όπως οι προσταγλανδίνες, η IL-Iβ, το ΝΟ και ο Tumor Necrosis Factor (TNF-α) (Goldring et al 2007). Παρόλο που ο μηχανισμός που προκαλεί την έκλυση των φλεγμονωδών παραγόντων παραμένει ακόμα αδιευκρίνιστος, θεωρείται πως ρόλο στην ενεργοποίησηή του παίζουν μηχανικοί παράγοντες και το οξειδωτικό stress (Εικόνα 1). Τα χονδροκύτταρα του οστεοαρθριτικού χόνδρου και κυρίως αυτά που βρίσκονται σε συσσωματώματα (clusters), εκφράζουν IL 1, Caspase I και IL 1 receptor (IL 1R). Η συγκέντρωση της IL 1 που παράγεται είναι τόση ώστε να εκλύει την έκφραση 9

17 Εισαγωγή των MMPs, των aggrecanases και άλλων καταβολικών ενζύμων, και να οδηγεί στην εναπόθεση των MMPs 1, 3, 8, 13 και TNF α μέσα στο μεσοκυττάριο χώρο του οστεοαρθριτικού χόνδρου (Tetlow et al 2001, Wu et al 2002). Επιπρόσθετα, οι IL -1 και TNF- α επάγουν τη σύνθεση της προσταγλανδίνης Ε2 (PGE2), διεγείροντας την έκφραση της κυκλοξυγενάσης (COX -2), της PGE synthase - I καθώς και της φωσφωλιπάσης Α2. Η IL 1β επάγει την έκφραση και άλλων προφλεγμονωδών κυτταροκινών, όπως η IL 6, o Leukemia Inhibitory Factor (LIF), η IL 17, η IL 18, καθώς και άλλων χημειοκινών που συμμετέχουν στον καταβολισμό του αρθρικού χόνδρου (Goldring and Goldring 2007). Ακόμα, οι ανωτέρω παράγοντες καταστέλλουν την έκφραση ενός αριθμού γονιδίων που συνδέονται με το φαινότυπο των διαφοροποιημένων χονδροκυττάρων, συμπεριλαμβάνοντας των COL2AI (Collagen gene type II) στις ανώτερες στοιβάδες του αρθρικού χόνδρου, οδηγώντας σε μια προοδευτική απώλεια της μεσοκυττάριας ουσίας του (Aigner et al 2006). Εικόνα 1: Σχηματική παράσταση των μοριακών αλλαγών που συμβαίνουν κατά το αρχικό και προχωρημένο στάδιο της ΟΑ. Οι πιθανοί αιτιολογικοί παράγοντες της πάθησης περιλαμβάνονται μέσα στα πλαίσια, ενώ οι κυτταρικές και μορφολογικές αλλαγές κατά την εξέλιξή της παρατίθενται από κάτω (Goldring and Goldring 2007) 10

18 Εισαγωγή 1.6 Ο ρόλος του υποχονδρίου οστού στην παθογένεση και εξέλιξη της ΟΑ Η ΟΑ χαρακτηρίζεται από προοδευτικές μεταβολές τόσο στις δομικές όσο και στις λειτουργικές ιδιότητες του υποχονδρίου οστού. Μελέτες σε ανθρώπους αλλά και σε ζωικά μοντέλα, όπως σε μεγάλης ηλικίας ινδικά χοιρίδια, με τη χρήση ιστολογικών και απεικονιστικών μεθόδων όπως MRI, ανέδειξαν πως οι εκφυλιστικές αλλοιώσεις στον αρθρικό χόνδρο συνοδεύονται από τοπικές αλλαγές και στο υποχόνδριο οστό, που περιλαμβάνουν το σχηματισμό κύστεων και τη μεταβολή στο πάχος του οστεοειδούς και του φλοιώδους οστού (Goldring 2008, Heubner et al 2002, Matsui et al 1997, Burr et al 1997, Watson et al 1996). Αυτές οι σκελετικές αλλαγές είναι το αποτέλεσμα μοριακών μηχανισμών και παραγόντων που ελέγχουν τη συμπεριφορά των κυτταρικών πληθυσμών του οστού κατά τις διαδικασίες της διαμόρφωσης (Modeling) και ανακατασκευής του (Remodeling). Οι ανωτέρω αλλαγές δεν είναι ομοιογενείς, αλλά σχετίζονται με τις διαφορές στη δομή και στην οργάνωση του οστού που εξαρτώνται από την εντόπισή του μέσα στην άρθρωση. Επομένως, συνδέονται με την ανατομία του που περιλαμβάνει το εγγύς υποχόνδριο οστό, το άπω φλοιώδες υποχόνδριο οστό και το οστό που ευρίσκεται στο χείλος των αρθρώσεων. Το υποχόνδριο οστό αποτελείται από φλοιώδες οστό που δεν εμφανίζει πόρους και έχει πτωχή αγγείωση. Διαχωρίζεται από τον υπερκείμενο αρθρικό χόνδρο από μια ζώνη ασβεστοποιημένου χόνδρου. Μεταξύ του υαλώδους χόνδρου και της ζώνης του ασβεστοποιημένου χόνδρου υπάρχει μια περιοχή που ονομάζεται tide- mark zone, και εμφανίζεται ως μια μεταχρωματική γραμμή κατά την ιστολογική χρώση και οριοθετεί τα ανωτέρω επίπεδα (Goldring 2008). Επειδή διαφορετικοί τοπικοί περιβαλλοντικοί παράγοντες δρουν σε κάθε ανατομικό οστικό επίπεδο, οδηγούμαστε σε ανόμοιες διαδικασίες ανακατασκευής και προσαρμογής κατά την εξέλιξη της ΟΑ. Τόσο η αρχιτεκτονική, όσο και οι ιδιότητες του περιαρθρικού φλοιώδους και δοκιδωτού οστού τροποποιούνται στην ΟΑ με την κυτταρική διαδικασία της διαμόρφωσης και της ανακατασκευής. Κάτω από φυσιολογικές συνθήκες, το οστό δεν παρουσιάζει κυτταρική δραστηριότητα. Όμως, μηχανικοί παράγοντες μπορεί άμεσα να τροποποιήσουν όχι μόνο τα δομικά χαρακτηριστικά του οστού, μέσω της πρόκλησης μικρών οστικών ασυνεχειών (microcracks), αλλά ταυτόχρονα να οδηγήσουν σε αλλαγή της μεταβολικής δραστηριότητας των οστικών κυττάρων ( Bullough 2004, Burr 2004, Frost 2003, Burr and 11

19 Εισαγωγή Schaffler 1997). Η διαδικασία της ανακατασκευής (remodeling) αρχίζει με την ενεργοποίηση της οστικής απορρόφησης μέσω των οστεοκλαστών. Οι οστεοκλάστες αποτελούν μονοκύτταρα μακροφάγα κύτταρα που εμφανίζουν υψηλή εξειδίκευση στην αποδόμηση του οστίτη ιστού (Teitelbaum 2007, Teitelbaum and Ross 2003). Η φάση της οστικής απορρόφησης ακολουθείται από τη φάση του σχηματισμού οστού, που γίνεται μέσω των οστεοβλαστών. Σε φυσιολογικές καταστάσεις, η ποσότητα του οστού που σχηματίζεται βρίσκεται σε ισορροπία με την ποσότητα του οστού που απορροφάται. Αυτή η ισορροπία βασίζεται στην ενεργοποίηση τόσο των οστεοβλαστών, όσο και των οστεοκλαστών, και χαρακτηρίζει την διαδικασία της ανακατασκευής. Επιπλέον, επιτρέπει την προσαρμογή του σκελετού στην εφαρμογή μηχανικών δυνάμεων και αποτελεί ένα μηχανισμό επιδιόρθωσης οστικών βλαβών κατά την άσκηση υψηλών μηχανικών φορτίων (Burr 2004, Martin 2007). Ένας επιπλέον μηχανισμός που ενεργοποιείται είναι η διαδικασία της οστικής διαμόρφωσης (modeling), που μπορεί να οδηγήσει σε αλλαγή της οστικής αρχιτεκτονικής και του οστικού όγκου. Αντίθετα με τη διαδικασία της ανακατασκευής, εδώ δεν υπάρχει ισορροπία μεταξύ της οστικής δημιουργίας και της απορρόφησης, με αποτέλεσμα τη δημιουργία οστίτη ιστού. Γενικά, η οστική διαμόρφωση, αντιπροσωπεύει μηχανισμό άμεσης τοπικής εναπόθεσης οστού στις οστικές επιφάνειες. Ακόμα ένας μηχανισμός που ασκείται στο περιαρθρικό οστό αφορά στη διαδικασία της οστεοποίησης του χόνδρου (endochondral ossification), κατά την οποία σχηματίζεται νέο οστό αντικαθιστώντας το χόνδρο (Bullough 2004, Burr and Shaffler 1997, Scharstuhl et al 2003, Scharsthuhl, Vitters et al 2003, Van der Kraan et al 2007). Κατά την περίοδο της σκελετικής αύξησης και ανάπτυξης στην παιδική ηλικία, ο συγκεκριμένος μηχανισμός εντοπίζεται στους συζευκτικούς χόνδρους και συντελεί στην σκελετική αύξηση και στην οστική επιμήκυνση. Στην ΟΑ η οστεοποίηση του χόνδρου και η ενδομεμβρανώδης οστεοποίηση του ινοαγγειακού ιστού οδηγεί σε λέπτυνση του χόνδρου και τελικά σε αντικατάστασή του από σκληρό οστό στην αρθρική του επιφάνεια. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται οστεοσκλήρυνση (eburnation), και χαρακτηρίζεται όχι μόνο από την ύπαρξη αυξημένης πυκνότητας συμπαγούς οστού στην αρθρική επιφάνεια, αλλά και από σκλήρυνση του υποχονδρίου οστού (Dequeker et al 1992). 12

20 Εισαγωγή Οι ανωτέρω αλλαγές στο υποχόνδριο οστό οδηγούν σε αλλαγές των εμβιομηχανικών ιδιοτήτων του οστίτη ιστού και επιδρούν στον υπερκείμενο αρθρικό χόνδρο. Αρχικά προτάθηκε από τους Radin and Rose, ότι ο αυξημένος όγκος και το πάχος του υποχονδρίου οστού στην ΟΑ συνοδεύεται με αυξημένη σκληρότητα του ιστού και οδηγεί σε φθορά του αρθρικού χόνδρου (Radin and Rose 1986) Έχει αποδειχθεί από μεγάλο αριθμό απεικονιστικών τεχνικών πως η ΟΑ συνοδεύεται από αύξηση του υποχόνδριου οστικού όγκου και οδηγεί στην οστική σκλήρυνση που ανιχνεύεται και στις απλές ακτινογραφίες (Goldring 2008, Burr 2004). Ένα ακόμη χαρακτηριστικό της προοδευτικής ΟΑ είναι ο σχηματισμός υποχονδρίων ψευδοκύστεων. Αυτές οι κύστεις περιέχουν κυρίως υγρό από ινο-μυξοειδές υλικό με μικρού μεγέθους, συνήθως μη ορατά, κομματάκια οστού ή χόνδρου. Όταν είναι ώριμες περιβάλλονται από λεπτό στρώμα αντιδραστικού οστού. Η πιο αποδεκτή θεωρία για το σχηματισμό τους αναφέρει πως η άσκηση ενδοαρθρικής πίεσης μέσω των οστεοχόνδρινων ασυνεχειών οδηγεί σε τοπικές νεκρώσεις. Αυτό υποστηρίζεται και από το γεγονός πως οι ψευδοκύστες εξαφανίζονται με την επιδείνωση της νόσου, όταν οι αρθρικές επιφάνειες έχουν αντικατασταθεί από ένα συμπαγές στρώμα οστεοσκληρυντικού οστού (Dorr et al 2004). Ένα άλλο χαρακτηριστικό της ΟΑ είναι ο σχηματισμός ενδοχόνδριου οστού είτε στη βάση του αρθρικού χόνδρου είτε στις παρυφές της άρθρωσης, όπου σχηματίζονται τα οστεόφυτα. Τα μεγάλα οστεόφυτα χαρακτηρίζουν την πρωτοπαθή ΟΑ. Η απουσία τους με την ταυτόχρονη παρουσία οστεοαρθριτικών αλλοιώσεων υποδεικνύει πως η νόσος είναι το αποτέλεσμα οστικών λύσεων φλεγμονώδους αιτιολογίας, δηλαδή δευτεροπαθούς ΟΑ (Newman et al 2003). Ένα ακόμα χαρακτηριστικό φαινόμενο είναι η παρουσία ελεύθερων οστεοχόνδρινων σωματιδίων μέσα στην άρθρωση γνωστά και ως «φασολάκια» - joint mice. Αυτά αποτελούνται από χόνδρο που περιβάλλονται από νεκρωμένο οστό. Ως αιτία δημιουργίας τους έχουν αναφερθεί η υποχόνδρια νέκρωση, η διαταραχή της ενδοχονδρίου οστεοποίησης και η μηχανική απόσπαση. 13

21 Εισαγωγή 1.7 Κριτήρια διάγνωσης Α) ΟΑ γόνατος Η διάγνωση της ΟΑ του γόνατος έχει βασιστεί στα κριτήρια της American College of Rheumatology όπως περιγράφονται στον Πίνακα 5 (Altman et al 1986). Εικόνα 2: Κλινική εμφάνιση ΟΑ έσω διαμερίσματος του αριστερού γόνατος που το οδήγησε σε σημαντική ραιβοποίηση. 14

22 Εισαγωγή Πίνακας 5: Κριτήρια της American College of Rheumatology για την ΟΑ του γόνατος. Κλινικά και εργαστηριακά Άλγος στην άρθρωσης και τουλάχιστον 5 από τα 9: Ηλικία> 50 ετών Δυσκαμψία <30 λεπτά Κριγμό Ευαισθησία την εξέταση των οστών Οστική σκλήρυνση Δίχως θερμότητα κατά την ψηλάφηση ΤΚΕ < 40 mm/hr RF < 1: 40 SF (Synovial Fluid Signs: διαυγές, κολλώδες, WBC< 2000/mm 3 (92% ευαισθησία, 75% ειδικότητα) Κλινικά και ακτινολογικά Άλγος στην άρθρωσης και τουλάχιστον 1 από τα 3: Ηλικία> 50 ετών Δυσκαμψία <30 λεπτά Κριγμό Και η ύπαρξη οστεοφύτων ( 91% ευαισθησία, 86% ειδικότητα) Κλινικά και εργαστηριακά Άλγος της άρθρωσης και τουλάχιστον 3 από τα 6: Ηλικία> 50 ετών Δυσκαμψία <30 λεπτά Κριγμό Ευαισθησία την εξέταση των οστών Οστική σκλήρυνση Δίχως θερμότητα κατά την ψηλάφηση (95% ευαισθησία, 69% ειδικότητα) 15

23 Εισαγωγή Β) ΟΑ ισχίου Η διάγνωση της ΟΑ του ισχίου έχει βασιστεί στα κριτήρια της American College of Rheumatology όπως περιγράφονται στον Πίνακα 6 (Altman et al 1991). Πίνακας 6: Κριτήρια της American College of Rheumatology για την Οστεοαρθρίτιδα του Ισχίου. Άλγος στην κατ ισχίον άρθρωση και Έσω στροφή του Ισχίου < 15 0 και ΤΚΕ < 45 mm/hour (σε περίπτωση που η ΤΚΕ δεν είναι διαθέσιμη, κατά τον κλινικό έλεγχο η κάμψη του Ισχίου να είναι <115 0 (86% ευαισθησία και 75% ειδικότητα) Έσω στροφή του Ισχίου > 15 0 και Άλγος κατά την έσω στροφή του Ισχίου, και Πρωινή δυσκαμψία της κατ ισχίον Αρθρώσεως < 60 min και Ηλικία > 50 ετών 1.8 Κριτήρια κλινικής βαρύτητας της ΟΑ Α) ΟΑ γόνατος Τα κριτήρια που αφορούν στην ταξινόμηση της κλινικής βαρύτητας της ΟΑ του γόνατος θεσπίστηκαν από τη διεθνή εταιρεία (Knee Society) χειρουργών του γόνατος (Insall et al 1989). 16

24 Εισαγωγή Πίνακας 7: Κριτήρια της Knee Society για την βαρύτητα της ΟΑ του γόνατος. Άλγος Καθόλου: 50 Ήπια ή περιστασιακά Μόνον κατά το ανέβασμα σκάλας :40 Κατά την βάδιση και την ανάβαση σκάλας :30 Μέσου βαθμού Περιστασιακά :20 Συνεχιζόμενο :10 Σοβαρό : 0 Εύρος κίνησης (5 0 = 1 βαθμός) :25 Σταθερότητα Anterioposterior < 5 mm: mm: 5 10mm : 0 Mediolateral <5 0 : : : : 0 Λειτουργικότητα ( Function) Βάδιση Απεριόριστη :50 >10 τετράγωνα : τετράγωνα :30 <5 τετράγωνα :20 Κίνηση στο σπίτι:10 Ανικανότητα : 0 Ανάβαση σκάλας Φυσιολογική: 50 Δυσκολία κατάβασης: 40 Δυσκολία ανάβασηςκαι κατάβασης: 30 Ανικανότητα κατάβασης:15 Πλήρης ανικανότητα : 0 17

25 Εισαγωγή Β) ΟΑ ισχίου Για την ΟΑ του ισχίου τα κριτήρια της κλινικής βαρύτητας βασίζονται στη μελέτη του Harris (Harris Grading system 1969). Πίνακας 8: Κριτήρια Harris Grading System για τη βαρύτητα της ΟΑ του ισχίου. Άλγος Καθόλου: 44 Ελαφρύ ή περιστασιακό: 40 Ήπιο δίχως επίδραση στις καθημερινές δραστηριότητες: 30 Μέσης βαρύτητας με μερικό περιορισμό στις καθημερινές δραστηριότητες ή στην εργασία. Λήψη αντιφλεγμονώδους αγωγής: 20 Σημαντικό άλγος με σοβαρό περιορισμό της δραστηριότητας: 10 Ανικανότητα καθήλωση στο κρεβάτι: 0 Λειτουργικότητα Βάδιση Ι.Χωλότητα Καθόλου: 11 Ελαφρά: 8 Μέση: 5 Σοβαρή: 0 II. Υποστήριξη Καμιά: 11 Ράβδο(cane) για μεγάλες αποστάσεις: 7 Ράβδο τις περισσότερες ώρες: 5 Μία βακτηρία(crutch) : 3 Δύο ράβδους: 2 Δύο βακτηρίες : 0 Πλήρης ανικανότητα: 0 Δραστηριότητες Ι. Ανάβαση σκάλας Φυσιολογικά: 4 Με την χρήση της Κουπαστής: 2 Με μεγάλη δυσκολία :1 Ανικανότητα: 0 ΙΙ. Φορά παπούτσια-κάλτσες Με ευκολία: 4 18

26 Εισαγωγή Με δυσκολία: 2 Ανικανότητα : 0 ΙΙΙ. Κάθισμα Σε φυσιολογική καρέκλα για 1 ώρα: 5 Σε ψηλή καρέκλα για ½ ώρα: 3 Αδυναμία να καθίσει σε οποιαδήποτε καρέκλα: 0 IV. Χρήση μέσων μαζικής μεταφοράς: 1 Εύρος κίνησης Ι. Κάμψη x x x 0.3 ΙΙ. Απαγωγή x x20 0 x0.3 >20 0 x 0 III. Έξω Στροφή σε έκταση x 0.4 >15 0 x 0 ΙV. Έσω στροφή σε έκταση Οποιαδήποτε x 0 V. Προσαγωγή x 0.2 Απουσία των κάτωθι παραμορφώσεων (4 βαθμοί) Ι. Περιορισμός της κάμψης < 30 0 ΙΙ. Περιορισμός της απαγωγής < 100 ΙΙΙ. Περιορισμός της έσω στροφής < 100 IV. Ανισοσκελία - LLD (Limb Length Discrepancy )< 3.2 cm 19

27 Εισαγωγή 1.9 Συστήματα ακτινολογικής ταξινόμησης ΟΑ Α) ΟΑ γόνατος Πολλά συστήματα ακτινολογικής ταξινόμησης για την ΟΑ του γόνατος έχουν προταθεί και έχουν χρησιμοποιηθεί σε διάφορες μελέτες. Μια ευρέως χρησιμοποιούμενη ταξινόμηση είναι του Ahlback (Ahlback et al 1968) και αναφέρεται στον πίνακα 9. Πίνακας 9: Ahlback Classification system για την ακτινολογική βαρύτητα της ΟΑ του γόνατος. Grade 0 Δίχως ακτινολογικά σημεία ΟΑ αλλοιώσεων Grade 1 Στένωση του αρθρικού διαστήματος (JSN), με ή χωρίς σκλήρυνση του υποχονδρίου οστού. Ως JSN ορίζεται διάστημα < 3mm ή μικρότερο του μισού του διαστήματος του αντίπλευρου διαστήματος ή του ομόλογου διαστήματος του άλλου γόνατος Grade 2 Πλήρης ή σχεδόν πλήρης απώλεια του αρθρικού διαστήματος Grade 3 Απώλεια υποχονδρίου οστού <5mm Grade 4 Απώλεια υποχονδρίου οστού μεταξύ 5 και 10 mm Grade 5 Απώλεια υποχονδρίου οστού > 10 mm με συνοδό αρθρίτιδα και του αντίπλευρου διαμερίσματος Σύμφωνα με τα κριτήρια αναφοράς του Bedfordshire and Hertfordshire Priorities Forum Statement για τον καθορισμό των κριτηρίων ολικής αρθροπλαστικής στην ιδιοπαθή ΟΑ του γόνατος, την κατατάσει ανάλογα με τα ακτινολογικά ευρήματα ως Ήπια: Ahlback grade I, Μέση: Ahlback grade II and III, Σοβαρή: Ahlback grade IV & V 20

28 Εισαγωγή Εικόνα 3: Ακτινολογική εικόνα ΟΑ γόνατος ταξινόμησης Ahlback V, όπου παρατηρείται πλήρης απώλεια του έσω αρθρικού διάστηματος και φθορά του αρθρικού χόνδρου και του υποχόνδριου οστού. Εικόνα 4: Ακτινολογική εικόνα ΟΑ του γόνατος ταξινόμησης Ahlback ΙΙ, όπου όπως παρατηρείται δεν υπάρχει πλήρη απώλεια του έσω αρθρικού διάστηματος, παρά την παρουσία οστεόφυτων και τη σκλήρυνση του υποχονδρίου οστού. 21

29 Εισαγωγή Β) ΟΑ του ισχίου Για την ΟΑ του ισχίου η ταξινόμηση που καθορίζει τη βαρύτητά της βασίζεται στα ακτινολογικά κριτήρια των Kellgren και Lawrence (Kellgren and Lawrence 1957), όπως φαίνονται στον πίνακα 10. Πίνακας 10: Kellgren Lawrence Classification system για την ακτινολογική βαρύτητα της ΟΑ του ισχίου. Grade 0 None Δίχως ΟΑ αλλοιώσεις Grade 1 Doubtful Πιθανή στένωση του έσω διαμερίσματος της άρθρωσης με πιθανή ύπαρξη οστεόφυτων Grade 2 Mild Στένωση μεταξύ του αρθρικού διαστήματος, οστεόφυτα και ελαφρά σκλήρυνση Grade 3 Moderate Αξιοσημείωτη στένωση του αρθρικού διαστήματος (<3mm), ύπαρξη οστεόφυτων, σκλήρυνσης, οστικών κύστεων Grade 4 Severe Μεγάλη στένωση του αρθρικού διαστήματος, παραμόρφωση των αρθρικών επιφανειών, μεγάλη σκλήρυνση του υποχόνδριου οστού ( 5 έως >10 mm ), ύπαρξη οστικών κύστεων και μεγάλα οστεόφυτα 1.10 Ιστολογική εμφάνιση οστεοαρθριτικών αλλοιώσεων Ο αρθρικός χόνδρος αποτελείται σε μεγάλο βαθμό από εξωκυττάριο χώρο που συντίθεται από τα χονδροκύτταρα (Poole et al 2001). Στις αρθρικές επιφάνειες, το στρώμα του υαλώδους αρθρικού χόνδρου έρχεται σε επαφή από τη μια πλευρά με την αρθρική κοιλότητα και το αρθρικό υγρό και από την άλλη με το υποχόνδριο οστό. Η οργάνωση του εξωκυτταρίου χώρου και η κατανομή του σε σαφώς αφοριζόμενες ζώνες διαφέρουν μεταξύ ανώριμου και ώριμου χόνδρου. Σε νεαρά άτομα το στρώμα του αρθρικού χόνδρου είναι παχύτερο και τα χονδροκύτταρα παρουσιάζουν τυχαία κατανομή. Κατά τη διάρκεια ωρίμανσης του συγκεκριμένου ιστού, τα κύτταρα παρουσιάζουν πιο συγκεκριμένη κατανομή και ο εξωκυττάριος χώρος χωρίζεται σε σαφώς αφοριζόμενες ζώνες. Οι ζώνες αυτές του 22

30 Εισαγωγή αρθρικού χόνδρου αποτελούν την επιφανειακή (superficial), τη μέση (transitional), τη βαθύτερη (radial), καθώς και τη στοιβάδα του ασβεστοποιημένου χόνδρου (calcified). Οι συγκεκριμένες αλλαγές συνδέονται με σημαντική αύξηση της μηχανικής αντοχής του χόνδρου, λόγω της αυξημένης ανθεκτικότητας του σε συμπιεστικές και σε διατατικές δυνάμεις (Mow et al 1987). Εικόνα 5: Στην αριστερή φωτογραφία διακρίνονται οι ιστολογικές στοιβάδες του αρθρικού χόνδρου σε ενήλικο κουνέλι. S: Superficial, T: Transitional, UR: Upper Radial, LR: Lower Radial C: Calcified zone. Στη δεξιά φωτογραφία σχηματικά αναφέρονται οι σημαντικότερες ιστοχημικές αλλαγές στον αρθρικό χόνδρο σε ασθενή με ΟΑ ιστολογικής βαρύτητας κατά Mankin 2 7 (Moskowitz et al 2007) Το χονδροκύτταρο είναι ο μοναδικός τύπος κυττάρου που βρίσκεται στο μεσοκυττάριο χώρο του χόνδρου ενήλικα ατόμου. Παρουσιάζει χαμηλή μεταβολική δραστηριότητα και μπορεί να επιβιώσει υπό καταστάσεις σχετικής υποξίας και σε απουσία αγγειακής κυκλοφορίας. Το συγκεκριμένο κύτταρο είναι αποκλειστικά υπεύθυνο για την ανακατασκευή και τη διατήρηση της λειτουργικής και δομικής ακεραιότητας του χόνδρου, παρόλο που διαθέτει μικρή αναγεννητική ικανότητα. Στα ενήλικα άτομα τα χονδροκύτταρα είναι πλήρως διαφοροποιημένα κύτταρα που παραμένουν μέσα στο χονδρικό ιστό και μετά το σχηματισμό του. Το χονδροκύτταρο παίζει πρωτεύοντα ρόλο στην παθογένεση της ΟΑ, καθώς αλληλεπιδρά στα περιβαλλοντικά ερεθίσματα οδηγώντας σε αποδόμηση του μεσοκυττάριου χώρου και σε ενεργοποίηση της διαδικασίας που είναι απαραίτητη για την 23

31 Εισαγωγή επιδιόρθωση του χόνδρου. Σε απουσία της νόσου, τα χονδροκύτταρα παρουσιάζουν χαμηλούς μεταβολικούς ρυθμούς και χαμηλούς ρυθμούς αντικατάστασης των πρωτεϊνών του μεσοκυττάριου χώρου, όπου για παράδειγμα ο χρόνος ημίσειας ζωής για το κολλαγόνο είναι μεγαλύτερος από 100 έτη (Verzijl et al 2000). Κατά την πρώιμη φάση της ΟΑ υπάρχουν στοιχεία πως παρουσιάζεται μια αυξημένη συνθετική δραστηριότητα για την αναγέννηση του μεσοκυττάριου χώρου με ειδικά στοιχεία του μεσοκυτταρίου χώρου όπως η αγγρεκάνη, και το κολλαγόνο τύπου II, IX, XI και IV (Poole et al 2007). Η διαταραχή της μεταβολικής δραστηριότητας των χονδροκυττάρων στην ΟΑ φαίνεται και από την παρουσία ινοχόνδρινου ιστού, την παρουσία συσσωματωμάτων των χονδροκυττάρων (clusters), καθώς και από αλλαγές της ποιότητας, της κατανομής και της εναπόθεσης των πρωτεϊνών του μεσοκυτταρίου χώρου (Pritzker et al 2006). Οι ανωτέρω βιοχημικές, εμβιομηχανικές και μορφολογικές αλλαγές που συμβαίνουν στον αρθρικό χόνδρο μπορούν να εντοπιστούν μακροσκοπικά με τη χρήση ιστοπαθολογικών μεθόδων. Για την ιστοπαθολογική ταξινόμηση της βαρύτητας της ΟΑ χρησιμοποιείται ευρέως το Mankin score. Αυτό αποτελείται από το συνδυασμό των μορφολογικών δομικών αλλαγών (0-6 βαθμοί), των κυτταρικών ανωμαλιών (0-3 βαθμοί), της χρώσης του μεσοκυτταρίου χώρου (0-4 βαθμοί) και της ακεραιότητας της tidemark περιοχής (0-1 βαθμοί). Στο τελικό αποτέλεσμα, οι 0 βαθμοί αντανακλούν το φυσιολογικό χόνδρο, ενώ οι 14 βαθμοί την πιο βαρειά μορφή της ΟΑ (Mankin et al 1971). Η ιστοπαθολογική ταξινόμηση της βαρύτητας της ΟΑ σύμφωνα με το Mankin score σχετίζεται άμεσα με τη μεταβολική κατάσταση που βρίσκονται τα χονδροκύτταρα σε κάθε στάδιο της πάθησης (Van Der Sluijs et al 1992). 24

32 Εισαγωγή Πίνακας 11 : Το τροποποιημένο σύστημα ταξινόμησης ιστολογικής βαρύτητας της ΟΑ κατά Mankin. Ι- Articular cartilage morphology: Normal = 0 Abnormal surface = 1 Pannus+ abnormal surface =2 Fissures up to the transitional zone = 3 Fissures up to the radial zone = 4 Fissures up to the tidemark zone = 5 Ulceration = 6 ΙΙ- Arrangement of chondrocytes: Normal =0 Hypercellularity = 1 Aggregation = 2 Hypocellularity = 3 III Sarfarine O, Thionine, Alcian blue Normal = 0 Slight reduction = 1 Moderate reduction = 2 Severe reduction = 3 No staining = 4 ΙV- Tidemark integrity: Intact = 0 Disrupted by blood vessels = 1 25

33 Εισαγωγή Εικόνα 6: Αλλοιώσεις που λαμβάνουν χώρα κατά την εξέλιξη της ΟΑ ( Rubin and Reisner 2009 ) Α Β: Η απόπτωση των χονδροκυττάρων οδηγεί σε ρωγμές τον αρθρικό χόνδρο που ακολουθείται από εισροή αρθρικού υγρού και περαιτέρω απώλεια και εκφύλιση του χόνδρου C - D: Το αποτέλεσμα της ανωτέρω διαδικασίας είναι η λέπτυνση του χόνδρου. Κάτω από την tidemark zone από την επίφυση αναπτύσσονται νέα αγγεία και εναποτίθεται ινοχόνδρινος ιστός E: Ο ινοχόνδρινος ιστός δεν παρέχει μηχανική σταθερότητα και σταδιακά εξαλείφεται, προκαλώντας την αποκάλυψη του υποχονδρίου οστού που παχύνεται και οδηγείται σε οστεοσκλήρυνση (eburnation). Σε περίπτωση ρωγμής σε αυτήν την περιοχή, αρθρικό υγρό εισέρχεται στο σπόγγώδες τμήμα του δημιουργώντας ψευδοκύστη. Η εστιακή ανάπτυξη οστού στις άκρες της αρθρικής επιφάνειας οδηγεί στον σχηματισμό οστεόφυτων. 26

34 Εισαγωγή 1.11 Θεραπευτική προσέγγιση Συντηρητική αντιμετώπιση Η αρχική θεραπευτική προσέγγιση της ΟΑ είναι η συντηρητική αντιμετώπιση των συμπτωμάτων. Αυτό γίνεται με τη χορήγηση σκευασμάτων για την αντιμετώπιση του πόνου ή της φλεγμονής,όπως αναφέρεται στον πίνακα 12 Πίνακας 12: Συντηρητικές θεραπευτικές προσεγγίσεις για την αντιμετώπιση της κλινικής συμπτωματολογίας της ΟΑ. Απλή αναλγησία Ακεταμινοφαίνη Τραμαδόλη Τοπικώς χορηγούμενα σκευάσματα Καπσαίνη Μη στεροειδή αντιφλεγμονώδη COX 2 αναστολείς Ενδοαρθρικές ενέσεις γλυκοκορτικοειδών Ενδοαρθρικές ενέσεις υαλουρονικού οξέος Οπιοειδή Nutraceticals Γλυκοζαμίνη Θειική χονδροιτίνη Πειραματικές θεραπείες Αναστολείς ΜΜΡs Τετρακυκλίνες Χειρουργική θεραπεία Η ΟΑ που αποτελεί την πιο συχνή μορφή αρθρίτιδας είναι η δεύτερη αιτία ανικανότητας σε άτομα άνω των 50 ετών. Η αντιμετώπιση της στις ΗΠΑ υπολογίζεται πως κοστίζει 116 δισεκατομμύρια δολλάρια το χρόνο. Το 2003 έγιναν περίπου 418,000 αρθροπλαστικές του γόνατος και 220,000 αρθροπλαστικές ισχίου στις ΗΠΑ. Ο αριθμός 27

35 Εισαγωγή αυτός φαίνεται να αυξάνει ετησίως κατά 11% και 2.5% αντίστοιχα. Αν και η πρώτη θεραπευτική προσέγγιση είναι συνήθως συντηρητική, σε ασθενείς με επιμένοντα άλγη που δεν υποχωρούν με τη θεραπεία ή με σοβαρή διαταραχή της σταθερότητας και της κινητικότητας της άρθρωσης, οδηγούμαστε στη χειρουργική αντιμετώπιση. Στον πίνακα 13 συνοψίζονται οι κυριότερες χειρουργικές επεμβάσεις και οι ενδείξεις τους. Πίνακας 13: Ενδείξεις για τη χειρουργική θεραπεία της ΟΑ. Χειρουργική μέθοδος Οστεοτομία Αρθροσκοπικός καθαρισμός Αρθρόδεση Ενδείξεις Σε νέους ασθενείς Με πόνο κατά την κίνηση Με ήπιου με μετρίου βαθμού παραμόρφωση της άρθρωσης αλλά με λειτουργικό εύρος κίνησης της Σε νέους ασθενείς, με μικρή αρθρική παραμόρφωση αλλά με σαφώς αφοριζόμενη οστεοαρθρίτιδα Σε νεαρά, ενεργητικά αλλά παχύσαρκα άτομα, με προσβολή μόνον της μιας άρθρωσης. Επίσης, η αρθρόδεση της σπονδυλικής στήλης οδηγεί σε αποσυμπίεση της Ολική αρθροπλαστική Σε παρουσία σημαντικού πόνου, απώλεια λειτουργικότητας, με περιορισμό του εύρους της κίνησης της άρθρωσης ή αστάθεια της άρθρωσης Νεότερες θεραπευτικές προσεγγίσεις Αν και έχουν περάσει σχεδόν 250 έτη από την περίφημη περιγραφή του χόνδρου από τον Hunter, που τον εμφάνιζε ως ιστό με αδυναμία στην επιδιόρθωση του, η ιατρική έχει καταβάλλει σημαντικές προσπάθειες προς αυτήν την κατεύθυνση και έχουν αναπτυχθεί τεχνικές, όπως η μεταμόσχευση αυτόλογων χονδροκυττάρων, η χρήση συνθετικών σφηνών σε περιοχές με έλλειμα χόνδρου (Synthetic PLA PGA Ca SO4 plug), η γενετική μηχανική, η γονιδιακή θεραπεία ή η χρήση αυξητικών παραγόντων και βλαστικών (stem) κυττάρων (Moskowitz et al 2007). Παρόλα αυτά, η χρήση τους δεν έχει γενικευτεί και δεν έχουμε αποτελέσματα μελετών μακράς διάρκειας. Ελπίζουμε, όμως, πως η μελλοντική αντιμετώπιση 28

36 Εισαγωγή της ΟΑ θα είναι λιγότερο επεμβατική και περισσότερο αποτελεσματική, στοχεύοντας στην αναγέννηση του αρθρικού χόνδρου. 2. Πλειοτροπίνη Η πλειοτροπίνη (PTN) είναι ένας αυξητικός παράγοντας μοριακού μεγέθους 18 kda, ο οποίος, μαζί με τη Midkine, έναν άλλον αυξητικό παράγοντα με υψηλή αμινοξική ομολογία και παρόμοιες ιδιότητες, αποτελούν μια ομάδα αυξητικών παραγόντων που έχουν την ιδιότητα να δεσμεύονται στην ηπαρίνη. Πρόσφατα, αυτή η οικογένεια εμπλουτίστηκε με ακόμα δυο μέλη που εντοπίσθηκαν στη Drosophila, τις Miple 1 και 2, και οι οποίες εκφράζονται κατά την εμβρυογένεση στο νευρικό σύστημα και ενδόδερμα αντίστοιχα (Englund et al, 2006). Λόγω της σχεδόν ταυτόχρονης απομόνωσής της από διαφορετικούς ιστούς σε διαφορετικά εργαστήρια, απαντάται στη βιβλιογραφία με αρκετά άλλα ονόματα, τα κυριότερα από τα οποία είναι HARP (heparin affin regulatory peptide, ρυθμιστικό πεπτίδιο με ικανότητα πρόσδεσης στην ηπαρίνη) και HB-GAM (heparin binding growth associated molecule, μόριο που σχετίζεται με την ανάπτυξη και έχει την ικανότητα πρόσδεσης στην ηπαρίνη) (Mikelis et al, 2007). Η ΡΤΝ, όπως αναφέρει και το όνομά της, είναι ένας αυξητικός παράγοντας με πολλές δράσεις. Έχει σημαντικό ρόλο στην αγγειογένεση, ρυθμίζεται από αγγειογενετικά ερεθίσματα και ασκεί δράση μέσω των υποδοχέων της στα ενδοθηλιακά κύτταρα (Mikelis and Papadimitriou, 2008). Εκφράζεται σε πολλές ανθρώπινες κυτταρικές σειρές και σε πολλά είδη καρκίνου, όπως γλοιώματα, μελανώματα, νευροβλαστώματα, λευχαιμίες και καρκίνους παγκρέατος, προστάτη, παχέως εντέρου, στήθους, ωοθηκών και πνευμόνων. Αναφορικά με τη βιολογική δράση της, ενώ αρχικά έγινε γνωστή ως παράγοντας που επάγει ογκογενετικό φαινότυπο, υπάρχουν και δεδομένα που της προσδίδουν και ανασταλτικό χαρακτήρα (Mikelis et al, 2007). 29

37 Εισαγωγή Πίνακας 14: Διαφορετικές ονομασίες και προελεύσεις της ΡΤΝ. 30

38 Εισαγωγή 2.1 Δομή γονιδίου της ΡΤΝ και γονιδιακή έκφραση Το cdna της ΡΤΝ είναι πολύ συντηρημένο ανάμεσα στον άνθρωπο, βου, ποντίκι και αρουραίο (Li et al, 1990), ενώ η ομοιότητα στην εναλλαγή ιντρονίων εξωνίων στο γονίδιο της ΡΤΝ στον άνθρωπο, στο zebrafish και της ΡΤΝ και της midkine στο ποντίκι οδηγεί στο συμπέρασμα ότι τα μόρια αυτά πρέπει να προέρχονται από κοινό πρόγονο (Chang et al, 2004). Το γονίδιο της ΡΤΝ στον άνθρωπο καταλαμβάνει περισσότερες από βάσεις, περιέχει τουλάχιστον επτά εξόνια και εντοπίζεται στη θέση q33, στο έβδομο χρωμόσωμα (Li et al, 1992). Οι αλληλουχίες που περιέχουν το mrna της ΡΤΝ εντοπίζονται σε πέντε εξόνια με μέγεθος νουκλεοτίδια περίπου. Η αλληλουχία του πεπτιδίου σινιάλου, καθώς και των πρώτων πέντε αμινοξέων εντοπίζονται στο εξώνιο 2, ενώ το μεγαλύτερο μέρος της κωδικής αλληλουχίας της πρωτεΐνης της ΡΤΝ εντοπίζεται στα εξώνια 3 και 4 (Kretchmer et al, 1993). Ο υποκινητής της ΡΤΝ δεν περιέχει την αλληλουχία ΤΑΤΑ, αλλά περιέχει μια αλληλουχία CAAT, τέσσερις περιοχές πρόσδεσης για MyoD, δυο για AP1 και μια για GT1 (Li et al, 1992). Οι αλληλουχίες ΤΑΑΤ, που εντοπίζονται περίπου 100 νουκλεοτίδια ανοδικά του υποκινητή της ΡΤΝ είναι τα σημεία πρόσδεσης του HOXA5, ο οποίος και τον ενεργοποιεί (Chen et al, 2005). Η ΡΤΝ εκφράζεται σε αυστηρά καθορισμένο χωρο-χρονικό πρότυπο (Rauvala, 1989). Η έκφρασή της επάγεται σημαντικά αναπτυξιακά και κατά τη γέννηση (Rauvala, 1989; Vanderwinden et al, 1992; Yeh et al, 1998), ενώ κατά την ανάπτυξη περιορίζεται σε κάποιες φυσιολογικές λειτουργίες (Vanderwinden et al, 1992; Milhiet et al, 1998). Λόγω της ευρείας κατανομής του mrna της και των ποικίλων δράσεων της πρωτεΐνης πήρε το όνομα πλειοτροπίνη (Li et al, 1990). Στο αναπτυσσόμενο νευρικό σύστημα, το mrna της ΡΤΝ εντοπίζεται στο νευροεξώδερμα και μεσόδερμα (Vanderwinden et al, 1992), στα νευρικά εμβρυικά κύτταρα (Furuta et al, 2004; Jung et al, 2004), στα μονοπάτια των αναπτυσσόμενων νευρώνων (Rauvala et al, 1994), στους πυραμιδικούς νευρώνες CA1 στον ιππόκαμπο και σε μη νευρωνικούς κυτταρικούς τύπους, όπως αστροκύτταρα και κύτταρα Schwann (Vanderwinden et al, 1992). Σε τραυματισμό της σπονδυλικής στήλης στον αρουραίο επάγεται η έκφραση του mrna και της πρωτεΐνης της ΡΤΝ στο σημείο της βλάβης. Η έκφραση εντοπίζεται στα αστροκύτταρα, ολιγοδενδροκύτταρα και στους νευρώνες (Wang et 31

39 Εισαγωγή al, 2004). Επαγωγή της έκφρασης της ΡΤΝ εντοπίζεται σε νευροεκφυλιστικές νόσους, όπως σύνδρομο Alzheimer και Down, όπου έχει προταθεί και ως δείκτης νευρωνικής βλάβης (Wisniewski et al, 1996). Επίσης υπερεκφράζεται και στη νόσο του Parkinson (Ferrario et al, 2004), ενώ χορήγηση μορφίνης, υοχιμβίνης και συνδυασμών τους δεν επηρεάζει την έκφρασή της (Ezquerra et al, 2007). Το mrna της ΡΤΝ εκφράζεται σε πρόδρομα κύτταρα οστού και χόνδρου (Vanderwinden et al, 1992) και σε κυτταρικά υποστρώματα σχηματισμού οστού (Imai et al, 1998), ενώ η έκφρασή της επάγεται κατά την επούλωση οστών (Imai et al, 1998) και στα κατάγματα (Petersen et al, 2004). Η έκφραση της ΡΤΝ επάγεται σημαντικά και σε ασθένειες οστών που σχετίζονται με αυξημένη αγγειογένεση, όπως οστεοαρθρίτιδα (Sanchez et al, 2005; Pufe et al, 2007). H ΡΤΝ εκφράζεται στα λεία μυϊκά κύτταρα (Milhiet et al, 1998), και στο μυοκάρδιο (Chen et al, 2004), ενώ φαίνεται να διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη νευρομυϊκή σύναψη, όπου συμμετέχει στη συσσώρευση των υποδοχέων ακετυλοχολίνης (Peng et al, 1995). Επιπλέον, η ΡΤΝ φαίνεται να συμμετέχει σε αλληλεπιδράσεις επιθηλίουμεσεγχύματος (Vanderwinden et al, 1992). Η απομόνωσή της από μήτρα βοός (Milner et al, 1989; Li et al, 1990) και η ανίχνευση της έκφρασής της στο αναπαραγωγικό σύστημα υποδηλώνουν το βασικό ρόλο της ΡΤΝ στη ρύθμιση του αναπαραγωγικού κύκλου (Milhiet et al, 1998; Fan et al, 2000). H ανίχνευσή της στο μαστικό αδένα (Ledoux et al, 1997), η σημασία της στη μορφογένεσή του (Kouros-Mehr and Web, 2006), η ανίχνευσή της στα κύτταρα Leydig των όρχεων (Vanderwinden et al, 1992) και η στειρότητα και οι μορφολογικές ανωμαλίες στους όρχεις των ποντικιών που δεν εκφράζουν την ΡΤΝ (Zhang et al, 1999) ολοκληρώνουν τον πολύπλευρο ρόλο της στην αναπαραγωγική διαδικασία. Τέλος, η έκφραση της ΡΤΝ επάγεται στο in vivo σύστημα της χοριοαλλαντοϊκής μεμβράνης εμβρύου όρνιθας από την επίδραση ακτίνων X (Polytarchou et al, 2004). 2.2 Πρωτεϊνική δομή της ΡΤΝ Η πρωτοταγής πρωτεϊνική δομή της ΡΤΝ αποτελείται από 168 αμινοξέα, τα πρώτα 32 από τα οποία αποτελούν το πεπτίδιο-σινιάλο, μετά από πέψη του οποίου προκύπτει η ώριμη πρωτεΐνη των 136 αμινοξέων. Η πέψη του πεπτιδίου-σινιάλου μπορεί να πραγματοποιηθεί στις θέσεις -1 και -3 της πρόδρομης πρωτεΐνης (Merenmies et al, 1990), γεγονός που 32