Неденатурированный коллаген II типа: строение, физиологическая роль, возможность медикаментозной коррекции при остеоартрите коленных суставов

Хрящ является специализированной аваскулярной и неиннервируемой тканью, состоящей из хондроцитов и синтезируемых ими компонентов экстрацеллюлярного матрикса (коллагена, протеогликана, неколлагеновых белков).

Хондроциты – клетки мезенхимального происхождения, функцией которых является не только синтез, но и регуляция экстрацеллюлярного матрикса, а также обеспечение регенерации в случае повреждения хряща. Форма, количество и синтетическая активность хондроцитов варьируются в зависимости от активируемых сигнальных каскадов: Wnt-β-катенина, трансформирующего фактора роста β (TGF-β), фактора роста фибробластов, костного морфогенетического протеина (BMP) и др. [1–3].

Протеогликаны имеют гидрофильные гликозаминогликановые цепи, которые образуют связи с молекулами воды и обеспечивают компрессионную устойчивость хряща. Основным протеогликаном считается аггрекан, на его долю приходится 25% сухой массы хряща. Связывающий белок стабилизирует связь аггрекана и гиалуроновой кислоты, что позволяет формировать крупные комплексы, включающие до 100 мономеров аггрекана [4].

Коллагеновые волокна представлены преимущественно волокнами II, IX и XI типов. За счет образования прочных ковалентных межмолекулярных связей они формируют в матриксе полимерные сети. Коллагеновые волокна обеспечивают прочность и растяжение хряща.

Синтез коллагена преимущественно происходит внутри фибробласта, за исключением ряда стадий, протекающих вне фибробласта. Важный момент синтеза – реакции гидроксилирования, после которых возможны дальнейшие модификации, необходимые для созревания коллагена. Катализируют реакции гидроксилирования специфические ферменты. Так, образование 4-гидроксипролина (входит в состав коллагена) катализирует пролингидроксилаза, в активном центре которой содержится железо. Фермент активен, если железо находится в двухвалентной форме, что обеспечивается аскорбиновой кислотой (витамин C). Дефицит аскорбиновой кислоты нарушает процесс гидроксилирования, что влияет на дальнейшие стадии синтеза коллагена. В результате синтезируется аномальный, более рыхлый коллаген. Эти изменения лежат в основе развития такого заболевания, как цинга.

У взрослых более 90% хрящевого матрикса представлено коллагеном II типа. Это спиралевидная белковая молекула, состоящая из трех идентичных α-цепей [4–6]. Указанные цепи кодируются геном COL2A1, при альтернативном сплайсинге которого могут синтезироваться разные изоформы коллагена II типа [7–9]. Сплайсинг – процесс вырезания участков молекулы РНК на уровне транскрипта, при котором получаются белки, частично тождественные, а частично измененные.

В 1999 г. было установлено, что изоформа проколлагена IIA типа может взаимодействовать своим амино-пропептидным концом c TGF-β и BMP-2 [10]. В здоровой хрящевой ткани признаки синтеза коллагена IIA отсутствуют. Однако у пациентов с остеоартритом (ОА) обнаруживается экспрессия проколлагена IIA, наиболее выраженная в средней и глубокой зонах хряща [11]. Мутации в гене COL2A1 ассоциируются с широким спектром фенотипических проявлений: синдромом Книста, синдромом Стиклера, внутриматочной гибелью плода в результате ахондроплазии, а также ранними формами ОА [12, 13].

Важная роль в развитии ОА отводится также коллагеназам – ферментам, которые синтезируются хондроцитами. Они разрезают волокна коллагена II типа на фрагменты, равные трем четвертым и одной четвертой общей длины [14].

Именно деградация и уменьшение количества коллагена II типа связаны с возникновением ОА. Продукт деградации коллагена II типа, такой как С-телопептид коллагена II типа (CTX-II), является одним из важнейших маркеров деструкции хряща [15].

Исходя из сказанного выше, интерес к коллагену II типа при ОА очевиден.

Для профилактики развития и комплексного лечения ОА в Российской Федерации зарегистрирована биологически активная добавка (БАД) неденатурированного коллагена II типа, получаемого из хряща грудины цыплят (UC-II®), – Сустафлекс®. Полный цикл производства данного средства организован во Франции, что гарантирует высокое европейское качество. Доказательства его эффективности и безопасности получены при соблюдении надлежащей медицинской практики.

В состав БАД входят неденатурированный коллаген II типа (UC-II® 40 мг), витамин C (аскорбиновая кислота 80 мг), витамин D₃ (холекальциферол 5 мкг), медь (бисглицинат меди 1 мг), марганец (цитрат марганца 2 мг).

Сустафлекс® выпускается в капсулах небольшого размера. Режим применения – один раз в день.

Необходимо отметить, что БАД занимают промежуточное положение между фармакологией (лекарственными средствами) и диетологией (продуктами питания), используются как дополнительный источник пищевых и биологически активных веществ для оптимизации разных видов обмена веществ, нормализации и/или улучшения функционального состояния органов и систем, снижения риска заболеваний, нормализации микрофлоры желудочно-кишечного тракта и др. Эта область знаний имеет несколько названий, в том числе фармаконутрициология. В настоящее время ей уделяется все большее внимание во всем мире.

БАД не признаны в полной мере лекарственными средствами, поэтому не подпадают под юридические акты, контролирующие оборот препаратов. Нет и глобальных документов, в которых четко сформулированы требования и указания к разработке, выпуску и контролю БАД. Например, мелатонин в США рассматривается как добавка к пище. Однако в Австралии он является полноценным рецептурным препаратом. Безрецептурные препараты хондроитина и гликозамина, а также их комбинации в большинстве стран относятся к БАД и продаются в продуктовых магазинах. В нашей стране они зарегистрированы как симптоматические лекарственные средства замедленного действия для лечения остеоартрита и продаются только в аптеках.

В настоящее время США занимают лидирующее место как по производству, так и по потреблению БАД – около 90 000 продуктов с объемом рынка примерно 30 млрд долларов. На страны Европы приходится примерно 24% общего количества потребляемых БАД, на Японию – 13%. В США добавки к пище употребляет практически половина совершеннолетнего населения. В Японии 78% жителей включают их в рацион и считают незаменимым элементом питания [16, 17]. Определенную сложность представляет анализ рынка БАД в странах Востока. Алиментарная коррекция является одним из фундаментальных принципов традиционной восточной медицины и прочно связана с социально-культурными особенностями региона. Тем не менее ежегодный прирост мирового рынка БАД на 7% связывают с постоянно увеличивающимся спросом на них в экономически активно развивающихся странах, таких как Индия и Китай.

В Российской Федерации рынок БАД с 2001 по 2012 г. увеличился в 20 раз. В 2018 г. он составил порядка 50 млрд рублей с тенденцией к увеличению темпов продаж в среднем на 4–8% в месяц. При этом наибольший интерес потребители проявляют к витаминно-минеральным комплексам и общеукрепляющим средствам  [16, 18].

Приходится констатировать, что на данный момент нет единой общепринятой международной терминологической базы для определения БАД. В то же время существуют разные классификации БАД – в зависимости от состава и физиологического действия, способов получения и формы производства.

В России при применении БАД ориентируются на Реестр лекарственных средств (РЛС) [19], Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов [20], методические указания «Пищевые продукты и пищевые добавки. Определение безопасности и эффективности биологически активных добавок к пище» [21], а также классификацию District Sales Manager (ЗАО «Группа ДСМ»). Данная группа на территории нашей страны осуществляет мониторинг всех секторов фармацевтики, отслеживает продажи в аптеках нелекарственных товаров – лечебной косметики и парафармацевтики (БАД, диагностические приборы, средства личной гигиены, изделия медицинского назначения и т.д.) [18].

Следует отметить, что в ревматологии накоплен многолетний опыт использования БАД, в состав которых входит хондроитин, или гликозамин, или их комбинация. В настоящее время они рассматриваются как симптоматические лекарственные средства замедленного действия (SYmptomatic Slow Acting Drugs for OsteoArthritis – SYSADOA), хотя изначально расценивались как пищевые добавки. В 2014 г. эксперты Европейского общества по клиническим и экономическим аспектам остеопороза и остеоартрита впервые предложили, а в 2019 г. доработали единый пошаговый алгоритм лечения ОА, который успешно внедрен во многих странах, в том числе в России [22–24]. Справедливости ради следует отметить, что в недавно опубликованных (февраль 2020 г.) рекомендациях Американского колледжа ревматологов по ведению больных ОА суставов рук, коленных и тазобедренных суставов использование гликозамина, хондроитина сульфата, а также метотрексата и гидроксихлорохина не рекомендуется [25].

Однако анальгетическая активность SYSADOA не вызывает сомнений. Оценке эффективности и безопасности хондроитина и гликозамина при ОА посвящены систематические обзоры независимого общества Кохрейн. Так, анальгетический эффект хондроитина был доказан в большинстве плацебоконтролируемых исследований. Из этого можно сделать вывод, что разница между конвенциональными (согласованными) терапевтическими средствами и альтернативными заключается в степени подкрепления информацией, накопленной в клинических исследованиях и систематических обзорах [26].

Терапевтические свойства неденатурированного коллагена II типа (UC-II®), входящего в состав Сустафлекса, оценены в целом ряде исследований – на животных моделях, добровольцах и пациентах с гонартрозом первой и второй стадии по классификации Келлгрена – Лоуренса. Так, при исследовании острой токсичности крысы Sprague Dawley получали указанный выше продукт в дозе 5000 мг/кг в течение 14 дней. Гибели животных, клинических признаков токсичности и патологических изменений со стороны внутренних органов не выявлено. При изучении субхронической токсичности крысы Sprague Dawley получали исследуемый продукт в дозе 30, 300 или 1000 мг/кг в течение 90 дней. Все животные выжили. Существенных изменений массы тела и патологических изменений внутренних органов при гистопатологическом исследовании не обнаружено [27, 28].

На животных моделях остеоартрита продемонстрировано, что после воздействия повреждающего фактора применение неденатурированного коллагена приводит к сохранению целостности губчатого вещества кости, повышению способности выдерживать нагрузку весом и уменьшению формирования остеофитов, разрушения хряща [29]. В другой работе, также проведенной на крысах, было показано, что прием неденатурированного коллагена II типа в течение 13 дней способствует достоверно значимому снижению уровня CTX-II в плазме и моче, а также повышению порога болевой чувствительности [30].

Предполагаемый механизм действия неденатурированного коллагена II типа (UC-II®) связан с феноменом оральной толерантности [31].

Иммунологическая толерантность – состояние, при котором не развивается иммунный ответ на собственные или чужеродные антигены. Выделяют центральную и периферическую иммунную толерантность. Центральная реализуется на этапе развития лимфоцитов в тимусе или костном мозге путем уничтожения Т- и В-лимфоцитов, которые «узнают» собственные антигены организма. Периферическая толерантность развивается в лимфатических узлах или других органах и тканях путем инактивации (анергии) или деплеции зрелых лимфоцитов, которые покинули центральные органы иммунной системы [32].

Оральная толерантность – одна из форм периферической толерантности, которая представляет собой состояние специфического подавления клеточного и гуморального иммунного ответа на антигены, поступившие, как правило, пероральным путем. Считается, что данный феномен является защитным механизмом, который предотвращает развитие реакций гиперчувствительности на «безопасные» антигены пищи и бактерии микробиоты кишечника. Дисрегуляция этого процесса может привести к развитию пищевой аллергии и целиакии [33].

Первое описание оральной толерантности дано H.G. Wells и Т.В. Osborne в 1911 г. Так, у морских свинок, которые получали большое количество кукурузы, не развивалась анафилактическая реакция к зеину, основному белку кукурузы, в отличие от морских свинок с другим рационом. В последующем было выполнено немало исследований в этой области. В них продемонстрировано, что предварительное поступление антигенов в организм per os приводит к подавлению реакций гиперчувствительности к этим же антигенам, но введенным парентерально [34]. Несмотря на то что подавляющее большинство макромолекул, потребляемых в пищу, распадаются в желудочно-кишечном тракте, часть антигенов остаются интактными и поглощаются в количестве, достаточном для того, чтобы вызвать значительные изменения в иммунной системе – угнетается как клеточный, так и гуморальный иммунитет [35].

Точные механизмы развития оральной толерантности изучены не до конца. Главная роль принадлежит интестинальной иммунной системе, которая подразделяется на индуктивную и эффекторную. Индуктивная включает пейеровы бляшки и изолированные лимфоидные фолликулы (GALT-лимфоидная ткань, ассоциированная с кишечником), собственную пластинку слизистой оболочки (lamina propria) и мезентеральные лимфатические узлы. Эффекторная – эпителий кишечника, а также lamina propria, где расположены активированные Т-клетки и плазматические клетки, секретирующие антитела. В индуктивную зону антигены поступают из просвета кишечника через специализированные М-клетки GALT-системы или посредством диффузии, трансцитоза. В дальнейшем антигены поглощаются дендритными клетками. Ключевую роль в развитии оральной толерантности играют CD103+-дендритные клетки собственной пластинки слизистой оболочки, которые фагоцитируют антигены, а затем мигрируют в мезентеральные лимфатические узлы. В мезентеральных лимфатических узлах CD103+-дендритные клетки продуцируют ретиноевую кислоту, которая индуцирует экспрессию кишечных хоминговых рецепторов α4β7-интегринов и C-C хемокинового рецептора 9 на антиген-специфических Т-клетках и способствует TGF-β-зависимой дифференцировке наивных СD4+-Т-клеток в Foxp3+-индуцированные регуляторные Т-клетки. Т-регуляторные клетки мигрируют в собственную пластинку слизистой оболочки, где подавляют развитие иммунного ответа путем ингибирования пролиферации Т-клеток и образования провоспалительных цитокинов. Т-регуляторные клетки могут оказывать и системный эффект, когда покидают lamina propria и поступают в кровоток [29, 35–40].

Эффективность и безопасность неденатурированного коллагена II типа (UC-II®) доказаны в двойном слепом рандомизированном плацебоконтролируемом исследовании, в которое было включено 55 добровольцев. Участники исследования не страдали остеоартритом, однако испытывали дискомфорт в коленных суставах при значительной физической нагрузке. Случайным образом их разделили на две группы: первая (n = 27) в течение четырех месяцев получала неденатурированный коллаген II типа в дозе 40 мг, вторая (n = 28) – плацебо. Эффективность терапии оценивали по степени сгибания и разгибания коленных суставов, а также времени возникновения дискомфорта в коленных суставах при нагрузке. В группе неденатурированного коллагена отмечено статистически значимое улучшение разгибания в коленных суставах по сравнению с группой плацебо (р = 0,011). Кроме того, зафиксировано значимое улучшение разгибания в коленных суставах относительно исходных данных (р = 0,002). Время между началом физической нагрузки и возникновением дискомфорта в коленных суставах также увеличилось (р = 0,019). В группе плацебо статистически достоверной разницы не обнаружено. За время приема препарата побочные эффекты терапии не зарегистрированы [41].

D.C. Crowley и соавт. сравнили эффективность комбинации хондроитина и гликозамина и неденатурированного коллагена II типа у 52 больных остеоартритом. Их рандомизировали на две группы. В течение трех месяцев первая группа получала 40 мг/сут неденатурированного коллагена II типа (UC-II®), вторая – 1200 мг/сут хондроитина сульфата с 1500 мг/сут гликозамина хлорида. В группе UC-II® зарегистрировано большее снижение индекса выраженности ОА Университетов Западного Онтарио и МакМастера (Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index – WOMAC), чем в группе «хондроитин и гликозамин» (33 vs 14%). Значимое улучшение по WOMAC отмечено как после первого, так и после второго и третьего месяцев лечения (p < 0,005). В группе «хондроитин и гликозамин» значимое улучшение зафиксировано только после первого (p < 0,005) и второго месяца (p < 0,5) лечения. Помимо этого у получавших неденатурированный коллаген II типа значительно повысилась толерантность к физической нагрузке по сравнению с принимавшими хондроитин и гликозамин. Между группами не было достоверной разницы в отношении неблагоприятных реакций [42].

В мультицентровом двойном слепом рандомизированном исследовании, проведенном J.P. Lugo и соавт., сравнивалась эффективность неденатурированного коллагена II типа (UC-II®) в дозе 40 мг/сут, плацебо и комбинации гликозамина хлорида в дозе 1500 мг/сут с хондроитина сульфатом в дозе 1200 мг/сут у 191 пациента с гонартрозом. Длительность лечения составила шесть месяцев. В качестве первичной конечной точки выбрано изменение индекса WOMAC, вторичной конечной точки – изменение функционального индекса Лекена, степени боли по визуальной аналоговой шкале, WOMAC. На фоне приема неденатурированного коллагена II типа статистически значимо снизился общий показатель WOMAC по сравнению с плацебо (p = 0,002) и комбинацией хондроитина сульфата и гликозамина хлорида (p = 0,04). Прием UC-II® также ассоциировался со значимыми изменениями всех трех показателей WOMAC: боли (p = 0,0003 vs плацебо, p = 0,016 vs комбинация хондроитина и гликозамина), скованности (p = 0,004 vs плацебо, p = 0,044 vs комбинация хондроитина и гликозамина), двигательных функций (p = 0,007 vs плацебо). Профиль безопасности был сопоставим между группами [43].

На основании результатов проведенных исследований, подтвердивших безопасность неденатурированного коллагена II типа (UC-II®), Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США зарегистрировало неденатурированный коллаген II типа как пищевую добавку для профилактики ОА и комплексной терапии гонартроза.

В настоящее время Сустафлекс® – единственный зарегистрированный в Российской Федерации препарат, содержащий уникальную комбинацию неденатурированного коллагена II типа (UC-II®), витамина С, витамина D₃ и минералов, участвующих в синтезе эндогенного коллагена II типа. Прием препарата один раз в сутки обеспечивает высокую комплаентность лечению, а небольшая по размеру капсула – удобство в применении.

Сустафлекс® может рассматриваться как альтернатива комбинации хондроитина и гликозамина.

Научно-технический прогресс и, как следствие, изменение образа жизни привели к тому, что средняя суточная энергетическая потребность человека снизилась до 2000–2500 ккал. Однако потребность в микронутриентах осталась прежней. Изменение структуры питания – преобладание жиров и углеводов, уменьшение потребления белков животного и растительного происхождения, а также овощей и фруктов – негативно сказывается на поступлении микроэлементов в организм. Поэтому пищевое поведение может рассматриваться как причина возникновения или обострения хронических, в том числе коморбидных, заболеваний или как способ коррекции течения болезней на фоне медикаментозной терапии. В связи с этим в медицинском сообществе возрастает интерес к обоснованному и гармоничному поддержанию нутритивного статуса, в том числе с помощью БАД [44].

Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, в 2010 г. хронические неинфекционные заболевания (за счет снижения трудоспособности населения, затрат семейных ресурсов и нагрузки на здравоохранение) привели к потере 48% валового внутреннего продукта, в 2030 г. таковая может составить 30 трлн долларов США. Проведенные расчеты позволили утверждать, что не терапевтическая, а профилактическая стратегия, в том числе на основе пищевой коррекции, позволит снизить затраты на 24 млрд долларов в год и перераспределить средства на актуальные цели и задачи [45].

Качественные БАД являются перспективным направлением не только в профилактике, но и в лечении хронических заболеваний, в том числе ОА. Они могут применяться как в комплексной терапии ОА, так и в качестве альтернативного лечения, что особенно актуально у больных пожилого возраста, имеющих большой спектр сопутствующих заболеваний, ограничивающих возможность назначения традиционных обезболивающих средств.