Изучение связи между биомаркерами костного метаболизма и провоспалительными цитокинами у пациентов с остеоартрозом

Введение. Остеоартроз — многофакторное заболевание суставов, характеризующееся прогрессирующим разрушением суставного хряща, изменениями в субхондральной кости и хроническим воспалением синовиальной оболочки.
Цель работы — измерить сывороточные уровни костных биомаркеров (остеокальцина и склеростина) у пациентов с остеоартрозом и сравнить их с уровнями у здоровых людей, а также выявить связь этих биомаркеров с провоспалительными цитокинами, включая IL-6, IL-17, IL-1β и TNF-α.
Материалы и методы. Проведено контролируемое исследование с участием 65 пациентов с остеоартрозом и 35 здоровых людей. Образцы крови брали у участников после получения письменного информированного согласия. Уровень цитокинов и костных маркеров в сыворотке измеряли с помощью метода ИФА. Степень боли и ее интенсивность оценивали с помощью «Опросника оценки степени хронической боли».
Результаты. По сравнению с контрольной группой, у пациентов с остеоартрозом наблюдались значительно более высокие уровни IL-1β, TNF-α, IL-6, and IL-17 (P < 0,0001). Уровень остеокальцина был значительно ниже в группе с остеоартрозом, чем в контрольной группе (среднее ± стандартное отклонение: 23,50 ± 19,30 нг/мл против 48,90 ± 5,20 нг/мл в контрольной группе), тогда как уровень склеростина был значительно выше (11,70 ± 1,10 нг/мл при остеоартрозе против 3,80 ± 0,90 нг/мл в контрольной группе, P < 0,0001). Остеокальцин показал умеренную положительную корреляцию с IL-17, IL-6 и TNF-α; склеростин — отрицательную корреляцию с этими цитокинами.
Обсуждение. Между остеокальцином и провоспалительными интерлейкинами существует сильная положительная корреляция. Снижение уровня склеростина при остеоартрите также происходит по общим механизмам с провоспалительными цитокинами, которые стимулируют экспрессию остеокальцина. Воспаление приводит к апоптозу остеоцитов или их дедифференцировке, что ещё больше снижает популяцию клеток, секретирующих склеростин, в субхондральной кости. Таким образом, объясняется обратная корреляция между уровнем склеростина и провоспалительными цитокинами при остеоартрите.
Заключение. Результаты показывают выраженную связь «воспаление–кость» в патогенезе остеоартроза. Высокий уровень провоспалительных цитокинов может приводить к экспрессии остеокальцина, а также ингибировать склеростин, что способствует патологическим изменениям субхондральной кости. Эти биомаркеры отражают активность заболевания и, следовательно, могут быть использованы для раннего выявления, мониторинга и фенотипической стратификации остеоартроза.

1. Han Y, You X, Xing W, et al. Paracrine and endocrine actions of bone-the functions of secretory proteins from osteoblasts, osteocytes, and osteoclasts. Bone Res. 2018;6:16. doi: 10.1038/s41413-018-0019-6.

2. Maeda K, Kobayashi Y, Koide M, et al. The Regulation of Bone Metabolism and Disorders by Wnt Signaling. Int J Mol Sci. 2019;20(22):5525. doi: 10.3390/ijms20225525.

3. Katrine H, Jakob S-L, Torben H, et al. Mechanisms in endocrinology: Diabetes mellitus, a state of low bone turnover – a systematic review and meta-analysis. Eur J Endocrinol. 2017; 176(3): R137–R157. doi:10.1530/EJE-16-0652.

4. McColm J, Hu L, Womack T, et al. Single- and multiple-dose randomized studies of blosozumab, a monoclonal antibody against sclerostin, in healthy postmenopausal women. J Bone Miner Res. 2014;29(4):935-943. doi: 10.1002/jbmr.2092.

5. Dirckx N, Moorer MC, Clemens TL, Riddle RC. The role of osteoblasts in energy homeostasis. Nat Rev Endocrinol. 2019;15(11):651-665. doi: 10.1038/s41574-019-0246-y.

6. Berry PA, Jones SW, Cicuttini FM, et al. Temporal relationship between serum adipokines, biomarkers of bone and cartilage turnover, and cartilage volume loss in a population with clinical knee osteoarthritis. Arthritis Rheum. 2011;63(3):700-707. doi: 10.1002/art.30182.

7. Kapoor M, Martel-Pelletier J, Lajeunesse D, et al. Role of proinflammatory cytokines in the pathophysiology of osteoarthritis. Nat Rev Rheumatol. 2011;7(1):33-42. doi: 10.1038/nrrheum.2010.196.

8. Li G, Yin J, Gao J, et al. Subchondral bone in osteoarthritis: insight into risk factors and microstructural changes. Arthritis Res Ther. 2013;15(6):223. doi: 10.1186/ar4405.

9. Chin KY, Ekeuku SO, Pang KL. Sclerostin in the development of osteoarthritis: A mini review. Malays J Pathol. 2022;44(1):1–18.

10. Terkawi MA, Ebata T, Yokota S, et al. Low-Grade Inflammation in the Pathogenesis of Osteoarthritis: Cellular and Molecular Mechanisms and Strategies for Future Therapeutic Intervention. Biomedicines. 2022;10(5):1109. doi: 10.3390/biomedicines10051109.

11. Glyn-Jones S, Palmer AJ, Agricola R, Price AJ, Vincent TL, Weinans H, Carr AJ. Osteoarthritis. Lancet. 2015;386(9991):376-87. doi: 10.1016/S0140-6736(14)60802-3.

12. Benito MJ, Veale DJ, FitzGerald O, et al. Synovial tissue inflammation in early and late osteoarthritis. Ann Rheum Dis. 2005;64(9):1263-1267. doi: 10.1136/ard.2004.025270.

13. Sokolove J, Lepus CM. Role of inflammation in the pathogenesis of osteoarthritis: latest findings and interpretations. Ther Adv Musculoskelet Dis. 2013;5(2):77-94. doi: 10.1177/1759720X12467868.

14. Fernandes JC, Martel-Pelletier J, Pelletier JP. The role of cytokines in osteoarthritis pathophysiology. Biorheology. 2002;39(1-2):237-246.

15. Kamel S, Khalaf R, Moness H, Ahmed S. Serum and Synovial Fluid Levels of Interleukin-17A in Primary Knee Osteoarthritis Patients: Correlations With Functional Status, Pain, and Disease Severity. Arch Rheumatol. 2022;37(2):187-194. doi: 10.46497/ArchRheumatol.2022.7931.

16. Wenham CY, Conaghan PG. The role of synovitis in osteoarthritis. Ther Adv Musculoskelet Dis. 2010;2(6):349-359. doi: 10.1177/1759720X10378373.

17. Liu Y, Peng H, Meng Z, Wei M. Correlation of IL-17 Level in Synovia and Severity of Knee Osteoarthritis. Med Sci Monit. 2015;21:1732-6. doi: 10.12659/msm.893771.

18. Beringer A, Thiam N, Molle J, et al. Synergistic effect of interleukin-17 and tumour necrosis factor-α on inflammatory response in hepatocytes through interleukin-6-dependent and independent pathways. Clin Exp Immunol. 2018;193(2):221-233. doi: 10.1111/cei.13140.

19. Lawrence A, Boesel J, Martinez Aguilar R, et al. A Review and Meta-Analysis of Biomarkers in Early-Stage Osteoarthritis. Orthop Surg. 2025;17(7):1913-1923. doi: 10.1111/os.70064.

20. Vasiliadis ES, Evangelopoulos DS, Kaspiris A, et al. The Role of Sclerostin in Bone Diseases. J Clin Med. 2022;11(3):806. doi: 10.3390/jcm11030806.

21. Liao Y, Ren Y, Luo X, et al. Interleukin-6 signaling mediates cartilage degradation and pain in posttraumatic osteoarthritis in a sexspecific manner. Sci Signal. 2022;15(744):eabn7082. doi: 10.1126/scisignal.abn7082.

22. Zheng L, Wang W, Ni J, et al. Role of autophagy in tumor necrosis factor-α-induced apoptosis of osteoblast cells. J Investig Med. 2017;65(6):1014-1020. doi: 10.1136/jim-2017-000426.

23. Steyn PJ, Dzobo K, Smith RI, Myburgh KH. Interleukin-6 Induces Myogenic Differentiation via JAK2-STAT3 Signaling in Mouse C2C12 Myoblast Cell Line and Primary Human Myoblasts. Int J Mol Sci. 2019;20(21):5273. doi: 10.3390/ijms20215273.