Přehled biomarkerů synoviální tekutiny u kloubních onemocnění

Souhrn

Cíl studie: Zpracovat aktuální přehled o biochemických markerech synoviální tekutiny (ST) u kloubních onemocnění.

Typ studie: Přehledná práce.

Název a sídlo pracoviště: Ústav laboratorní medicíny, Oddělení klinické biochemie, Fakultní nemocnice Ostrava.

Materiál a metody: Na základě studia literatury jsou v přehledné práci popsány základní biochemické markery synoviální tekutiny (glukóza, GLU; celková bílkovina, CB; laktát, LAC; laktátdehydrogenáza, LDH; koeficient energetické bilance, KEB; kyselina močová, KM; cholesterol, CHOL), zánětlivé biomarkery (C-reaktivní protein, CRP; prokalcitonin, PCT; presepsin, PRES; interleukin-6, IL6) a perspektivní biomarkery (interleukin-1 beta, IL-1β; alfa-defensiny neboli human neutrophil peptides 1-3, HNP1-3; cartilage oligomeric matrix protein, COMP; kalprotektin, laktoferin, matrixové metaloproteinázy 1 a 3, MMP-1, MMP-3; neutrophil gelatinase-associated lipocalin, NGAL a polymorfonukleární elastáza, PMNE). Jsou popsány jejich charakteristiky, využití a souvislosti s kloubními infekcemi a také výsledky některých studií.

Výsledky: Dle 39 ti vybraných publikací od roku 1962 do roku 2021 bylo zjištěno, že všechny z těchto biomarkerů mají své uplatnění u kloubních onemocnění a měly by se stanovovat nejen v krvi, ale i v synoviální tekutině. Hladina glukózy v ST je u kloubních infekcí snížena až o 1,11-5,56 mmol.L^-1 oproti séru, stanovení laktátu má především význam u septické artritidy a koeficient energetické bilance nám slouží k určení charakteru a intenzity zánětlivé odpovědi a je vypočítáván právě z poměru koncentrace glukózy a laktátu. U periprotetických kloubních infekcí (PJI) je cut-off hodnota pro GLU v ST 2,4 mmol.L^-1, AUC (area under the curve) 0,829; senzitivita 79,2 %, specificita 78,6 % a cut-off hodnota pro LAC v ST je 8,3 mmol.L^-1, AUC (area under the curve) 0,844; senzitivita 71,4 % a specificita 88,0 %. Zvýšené hladiny celkové bílkoviny a LDH v ST se vyskytují u artritid a dny. U PJI je cut-off hodnota LDH v ST 1423 U.L^-1, AUC (area under the curve) 0,779; senzitivita 84,0 % a specificita 62,1 %. Přítomnost kyseliny močové v ST je důležitá především pro diagnostiku dny a zvýšená hladina cholesterolu v ST pro diagnostiku revmatoidní artritidy. Cut-off hodnota KM v séru je 369 μmol∙L^-1, cut-off hodnota KM v ST 393 μmol∙L^-1 a cut-off hodnota poměru synoviální tekutiny a séra 1,01. CRP v ST (cut-off hodnota 2,8-12,2 mg.L^-1, senzitivita 92,0 %, specificita 90,0 %), IL-6 v ST (cut‑off hodnota 9000 ng.L^-1, senzitivita 46,9 %,specificita 97,6 % nebo cut-off hodnota 30 750 ng.L^-1, senzitivita 90,9 %, specificita 94,7 %) a NGAL v ST (cut-off hodnota 152 µg.L^-1, senzitivita 86‑95 %, specificita 77-95 %) jsou považovány za vhodné biomarkery PJI, kdežto PCT (cut-off hodnota okolo 0,5 µg.L^-1) díky své nízké senzitivitě (53,0 %) není pro tento účel vhodný. Presepsin v ST je vhodný nejen pro diagnostiku PJI, ale rovněž pro septickou artritidu. Cut-off hodnota PRES v ST u pacientů se septickou artritidou je 1262 ng.L^-1, senzitivita 85,7 % a specificita 85,2 %. Hladiny IL-1β v ST u pacientů bez revmatického onemocnění či kloubního výpotku nejsou detekovatelné, u revmatoidní artritidy či osteoartrózy vzrůstají, pohybují se v řádech desítek až stovek ng.L^-1. Cut-off alfa-defensinu v ST při srovnání výsledků pacientů s infekční artritidou oproti aseptickým pacientům s osteoartrózou byla stanovena na 62,5 mg.L^-1 a u pacientů s neinfekční reaktivní artritidou a revmatoidní artritidou byla stanovena „šedá zóna“ na 63‑108 mg.L^-1. Několik studií ukázalo, že během degenerativního onemocnění kloubů dochází k degradaci chrupavkové matrice a proteiny jako např. COMP, MMP-1 a MMP-3 jsou uvolněny do synoviální tekutiny. Nejvyšší koncentrace celkového COMP, MMP-1 a MMP-3 byla nalezena u pacientů s osteoartrózou. U diagnostiky revmatického onemocnění může být cenným nástrojem hladina kalprotektinu či PMNE. Cut-off hodnota kalprotektinu pro rozlišení septické artritidy od neseptických zánětlivých artritid je 150 mg.L^-1 se senzitivitou 76,0 % a specificitou 94,0 % a cut-off hodnotu kalprotektinu u PJI je 173 mg.L^-1 se senzitivitou 95,2 % a specificitou 97,6 %. Rovněž by mohlo mít klinický význam stanovení laktoferinu v revmatoidním kloubu či u septické artritidy.

Závěr: Stanovení biomarkerů v synoviální tekutině by se mělo stát součástí rutinního stanovení u kloubních onemocnění. Ať už jeden test či panel testů nám pomůže odhalit, zda je synoviální tekutina infekčního původu či nikoliv především 
u případů, kdy je etiologie nejasná, onemocnění je modifikováno již aplikovanými antibiotiky, či již předchozími operačními zákroky, a původce infekce není prokázán. V těchto případech není diagnostika snadná, ale přesto musí být co nejrychlejší, vysoce senzitivní a specifická.

Klíčová slova:

synoviální tekutina – biomarkery – kloubní onemocnění – kloubní infekce

Úvod

V posledních desetiletích v oblasti ortopedie dochází k výraznému rozvoji jak konzervativních, tak i operačních postupů léčby kloubních potíží. Jednou z nejvýznamnějších komplikací jsou kloubní infekce. Hlavní pozornost poslední doby je věnována především periprotetickým infekcím. U dětí a starší populace se však vyskytují i septické artritidy bez přítomnosti kloubní náhrady. Ať už jde o jakoukoli formu kloubní infekce, jedná se vždy o velmi závažnou komplikaci s možnými dlouhodobými důsledky, včetně možnosti invalidizace či dokonce úmrtí pacienta. Prioritní se tedy stává rychlá diagnostika s dostatečnou senzitivitou i specificitou.

Pokud se jedná o postižení s jasnou etiologickou příčinou, probíhající pod obrazem celkového septického stavu s alterací, teplotami, vysokými zánětlivými markery a pozitivním průkazem původce, pak je diagnostika snadná. Stále častěji se však vyskytují případy, kdy je etiologie nejasná (hematogenní infekce z nejasného primárního fokusu), onemocnění je modifikováno již aplikovanými antibiotiky, či již předchozími operačními zákroky, a původce infekce není prokázán. V těchto případech není diagnostika lehká, ale přesto musí být co nejrychlejší. Je tedy nezbytné, ještě před nasazením antibiotik, získání (pokud možno i opakovaně) dostatečného množství výpotku neboli synoviální tekutiny, či tkáně a jejich kultivační vyšetření. Tento postup je ale časově náročný - obvykle minimálně 48 hodin a v případě prodloužené kultivace i více jak týden. Alternativou může být zjištění původce jinou metodou - např. pomocí PCR, zvláště pak, pokud je pacient již léčen antibiotickou terapií. V tomto případě ale není k dispozici citlivost na ATB a ATB terapie je nasazována podle obecných schémat a aktuálních regionálních situací - obvykle po konzultaci s ATB centry.

Často není jednoduché v praxi odlišit také relapsy revmatoidní artritidy, reaktivních artritid (např. hyperurikemických) a dalších neinfekčních etiologií na straně jedné a mitigovaných či modifikovaných septických artritid na straně druhé. K této diferenciální diagnostice může napomoci např. peroperační vyšetření alfa-defensinu v režimu POCT (Point-Of-Care-Test). Toto vyšetření však přináší finanční zátěž pro oddělení a není možné je z tohoto důvodu indikovat u každého pacienta. Proto jsou hledány nové biomarkery, v ideálním případě jediný test nebo panel testů, který by byl vysoce senzitivní, specifický a snadno interpretovatelný. Tento přehledový článek seznamuje čtenáře s rutinně i výzkumně používanými laboratorními biomarkery synoviální tekutiny (ST): glukózou, GLU; celkovou bílkovinou, CB; laktátem, LAC; laktátdehydrogenázou, LDH; koeficientem energetické bilance, KEB; kyselinou močovou, KM; cholesterolem, CHOL; C-reaktivním proteinem, CRP; prokalcitoninem, PCT; presepsinem, PRES; interleukinem-6, IL-6; interleukinem-1 beta, IL-1β; alfa‑defensiny neboli human neutrophil peptides 1-3, HNP1-3; cartilage oligomeric matrix proteinem, COMP; kalprotektinem, laktoferinem, matrixovými metaloproteinázami 1 a 3; MMP-1, MMP-3; neutrophil gelatinase-associated lipocalinem, NGAL a polymorfonukleární elastázou, PMNE.

Základní biochemické markery synoviální tekutiny  

Kloubní tekutina je také označována jako synoviální tekutina (ST) díky své podobnosti vaječnému bílku. Jedná se o viskózní, mucinózní kapalinu, jež je tvořena ultrafiltrátem krevní plazmy, který je obohacen o mukopolysacharidy produkované buňkami synoviální výstelky. Za fyziologických podmínek obsahuje ST hyaluronát, elektrolyty, glukózu, proteiny a enzymy. Rutinní analýza ST zahrnuje hodnocení fyzikální, chemické a mikroskopické. Vizuálně je hodnocen objem, barva, stupeň zakalení a viskozita. Za normálních okolností odpovídá pH synoviální tekutiny pH plazmy (7,4) a u kloubních infekcí se pH snižuje. Co se týče chemického stanovení, GLU, CB, LAC, LDH, KEB, KM a CHOL byly zařazeny mezi základní biochemické markery synoviální tekutiny [1].

Glukózu je nutné stanovovat a interpretovat jak v synoviální tekutině, tak i v séru. Hladina GLU v ST je zhruba o 0,56 mmol.L^-1 nižší než v séru z důvodu konzumpce leukocyty. U kloubních infekcí může být hladina GLU snížena až o 1,11-5,56 mmol.L^-1 oproti séru [2]. Lenski M. et al. [3] stanovili cut-off hodnotu pro GLU v ST u periprotetických kloubních infekcí (PJI, periprosthetic joint infection) na 2,4 mmol.L^-1, AUC (area under the curve) na 0,829; senzitivitu na 79,2 % a specificitu na 78,6 %.

Stanovení laktátu má význam u septické artritidy. Normální hladina LAC v ST je nižší než 2,78 mmol.L^-1, ale u septické artritidy může dosahovat hodnot až 111 mmol.L^-1 [4]. Lenski M. et al. [3] stanovili cut-off hodnotu pro LAC v ST u PJI na 8,3 mmol.L^-1, AUC (area under the curve) na 0,844; senzitivitu na 71,4 % a specificitu na 88,0 %.

Koeficient energetické bilance (KEB) synoviální tekutiny nám slouží k určení charakteru a intenzity zánětlivé odpovědi, vypočítá se z poměru koncentrace laktátu a glukózy dle vzorce:

Normální hodnoty KEB jsou vyšší než 28,0, nicméně při těchto hodnotách nelze vyloučit i mírný serózní zánět. Hodnoty KEB 28,0-15,0 zpravidla odrážejí zvýšený anaerobní metabolismus, který může být spojený se serózním zánětem. Značný počet neutrofilních granulocytů a normální energetické nároky (s hodnotami KEB > 28,0) nebo vyšší stupeň anaerobního metabolismu (s hodnotami KEB 28,0-15,0) je nazýván tzv. „Preventivní ochranou“ se zvýšeným rizikem hnisavého zánětu. Poslední možností je významný počet neutrofilních granulocytů a vysoký stupeň anaerobního metabolismu (s hodnotami KEB < 10,0) typický pro hnisavý zánět obvykle zahrnující bakterie [5,6].

ST může obsahovat identické proteiny krevní plazmy s výjimkou vysokomolekulárních proteinů (např. fibrinogen, alfa-2-makroglobulin). Normální rozmezí celkové bílkoviny v ST je 10-30 g.L^-1. Zvýšené hladiny CB v ST se vyskytují u ankylozující spondylitidy (Bechtěrevovy nemoci), aktivní artritidy, artropatie doprovázející Crohnovu nemoc, dny, psoriázy, Reiterova syndromu a ulcerózní kolitidy a dalších chorob/onemocnění [2].

Hladina laktátdehydrogenázy může být zvýšená v ST u revmatoidní artritidy, infekční artritidy a dny. K této zvýšené hladině LDH přispívají neutrofily, jejichž počet se během akutní fáze těchto chorob zvyšuje [7]. Lenski M. et al. [3] stanovili cut-off hodnotu pro LDH v ST u PJI na 1423 U.L^-1, AUC (area under the curve) na 0,779; senzitivitu na 84,0 % a specificitu na 62,1 %.

Kyselina močová se obvykle v ST pohybuje v rozmezí 357‑476 μmol∙L^-1. Přítomnost KM v ST je důležitá pro diagnostiku dny. V praxi je pro diagnostiku dny měřena koncentrace KM v ST a séru, případně jejich poměr (tzv. SSP – poměr synoviální tekutiny a séra v KM neboli anglicky SSR – synovial fluid to serum UA ratio). Dle Vaidya B. et al. [8] je cut-off hodnota KM v séru 369 μmol∙L^-1, v ST 393 μmol∙L^-1 a cut-off hodnota poměru KM ST a séra 1,01. Rovněž je nutné v praxi pro diagnostiku dny provést analýzu ST pod polarizačním mikroskopem, kde by měly být pozorovány právě krystaly urátu sodného [4, 8].

Normální synoviální tekutina obsahuje stopové množství fosfolipidů a cholesterolu. U revmatoidní artritidy se hladina fosfolipidů, CHOL a neutrálních lipidů zvyšuje, rovněž mohou být pod polarizačním mikroskopem pozorovány krystaly CHOL [9].

Mikroskopické hodnocení zahrnuje určení počtu jednotlivých buněk, diferenciální počet leukocytů (WBC) a pozorování krystalů pomocí polarizační mikroskopie. Počet WBC v synoviální tekutině se dle Gatter R. A. et al. [1] pohybuje od 0 do 150 µL^-1. Střední distribuce těchto jaderných buněk je 7 % neutrofilů, 24 % lymfocytů, 48 % monocytů, 10 % makrofágů a 4 % buněk synoviální výstelky. Lenski M. et al. [3] stanovili cut-off hodnotu pro WBC v ST u PJI na 23,0.10³ µL^-1, AUC (area under the curve) na 0,807; senzitivitu na 60,0 % a specificitu na 94,3 %. Neutrofily mohou být vakuovány nebo mohou obsahovat bakterie či krystaly. Z krystalů můžeme pod polarizačním mikroskopem pozorovat urát sodný pro diagnostiku dny (MSU, monosodium urate), pyrofosfát vápenatý pro diagnostiku pseudodny (CPPD, calcium pyrophosphate dihydrate), kortikosteroidní krystaly po intraartikulárních injekcích, krystaly cholesterolu v chronických výpotcích u pacientů s osteoartrózou či revmatoidní artritidou a krystaly apatitu u kalcifické periartritidy, osteoartrózy a zánětlivých artritid [1,4].

Zánětlivé biochemické markery

synoviální tekutiny

CRP, PCT, PRES a IL-6 jsou zařazeny mezi zánětlivé biochemické markery synoviální tekutiny.

CRP je v současné době stanovován v séru jako běžný, lehce dostupný a levný parametr pro testování přítomnosti PJI. Koncentrace CRP v séru je však pro diagnostiku lokalizované infekce nespecifická, jelikož CRP je reaktantem akutní fáze přítomným i v řadě neinfekčních zánětlivých procesů. V případě poškození organismu je při vypuknutí zánětlivé reakce produkován hepatocyty do krve. Podnětem k jeho syntéze je zvýšená hladina cytokinů, hlavně IL-6. Nedávné studie naznačují, že stanovení CRP v synoviální tekutině by mohlo sloužit jako jednoduchý a levný prostředek ke zlepšení diagnózy PJI, jelikož se předpokládá, že zvyšuje aktivaci komplementu a fagocytózu. Dle metaanalýzy Wang C. et al. [10] není cut-off hodnota CRP v ST jednotná a pohybuje se v rozmezí 2,8-12,2 mg.L^-1, proto je nutné tuto hodnotu sjednotit. Senzitivita, a specificita jsou 92,0 % a 90,0 % [10-12].

PCT, prekurzor peptidu kalcitoninu, jehož produkce je stimulována bakteriálními endotoxiny, tumor nekrotizujícím faktorem (TNF)-α a IL-6. Jedná se o prediktor pro diagnostiku bakteriálních infekcí. Jako sekundární zánětlivý faktor se PCT nepodílí přímo na zahájení septického procesu, nicméně je zvýšen u patologických procesů sepse a nereaguje nebo jen mírně reaguje na aseptický zánět a virovou infekci. Hladina PCT v ST by se dala využít pro rozlišení septické artritidy od neinfekčních typů artritid (osteoartrózy, revmatoidní artritidy a dnavé artritidy). Dle Saeed K. et al. [13] by se cut-off hodnota PCT v ST měla pohybovat okolo 0,5 µg.L^-1. Bohužel v případě detekce PJI byla prokázána pouze nízká senzitivita testu (přibližně 53,0 %), takže tento parametr není ideálním biomarkerem kloubních infekcí [13-15].

Presepsin, známý také jako sCD14-ST, subtyp rozpustné formy CD14, která je během zánětlivé reakce odloučena z povrchu monocytů a uvolněna do krve, by mohl mít v synoviální tekutině své uplatnění u septické artritidy, kdy je jeho koncentrace výrazně zvýšena. Imagama T. et al. [16] studovali presepsin v synoviální tekutině a presepsin a prokalcitonin v krvi 18 pacientů se septickou artritidou (SA) včetně periprotetických kloubních infekcí a 28 pacientů s osteoartrózou. Studie ukázaly statisticky významně zvýšené hladiny presepsinu v synoviální tekutině, krvi a PCT v krvi ve skupině SA. Došli k závěru, že presepsin má potenciál stát se novým biomarkerem septické artritidy. Marazzi M. G. et al. [17] současně zkoumali tento marker u pacientů s PJI 
a prokázali jeho vyšší diagnostickou hodnotu ve srovnání s CRP a IL-6. V nedávné studii z roku 2021 Imagama T. et al. [18] stanovili cut-off hodnotu presepsinu v ST u pacientů se septickou artritidou na 1262 ng.L^-1,senzitivitu 85,7 % a specificitu 85,2 %.

IL-6 je zánětlivý cytokin produkovaný stimulovanými monocyty a makrofágy, indukuje produkci proteinů akutní fáze (např. CRP) a působí jako diferenciační faktor B-lymfocytů a aktivační faktor T-lymfocytů. V roce 2010 publikovali Berbari E. et al. [19] metaanalýzu hodnotící sérový IL-6 jako potenciálně lepší diagnostický marker ve srovnání s konvenčními ESR (rychlost sedimentace erytrocytů) a CRP. U PJI stanovili Randau T. M. et al. [20] cut-off hodnotu IL-6 v ST na 9000 ng.L^-1se senzitivitou 46,9 % a specificitou 97,6 %, naproti tomu Lenski M. et al. [3] stanovili cut-off hodnotu na 30 750 ng.L^-1 se senzitivitou 90,9 % a specificitou 94,7 %.Rovněž bylo prokázáno, že koncentrace IL-6 v ST je mnohem specifičtější než sérová hladina IL-6 v diagnostice PJI. Tato variabilita a nekonzistence výsledků proto omezuje jeho použití jako screeningového testu [3, 19-20].

Nové biochemické markery

synoviální tekutiny

Dalšími studovanými biomarkery v ST byly IL-1β, HNP1-3, COMP, kalprotektin, laktoferin, MMP-1, MMP-3, NGAL a PMNE.

Degenerace chrupavky po poranění kloubů nebo v důsledku osteoartrózy (OA) zahrnuje anabolické a prokatabolické aktivity zánětlivých cytokinů, zejména interleukinu-1 (IL-1). Hladina IL-1 je vyšší v poraněných a degenerovaných kloubech a následně indukuje mnoho degradačních a prozánětlivých cest, např. interleukinu-6 iniciujícího zánětlivou kaskádu. Rodina IL-1 se skládá ze dvou různých izoforem, IL-1α a IL-1β, které mají pouze 26% aminokyselinovou homologii, přesto vyvolávají podobné biologické aktivity. Oba proteiny se vážou na signalizační receptor IL-1 typu I (IL-1RI) a na rozpustný receptor IL-1 typu II (IL-1RII). IL-1α má vyšší afinitu k IL-1RI, zatímco IL-1RII přednostně a téměř nevratně váže IL-1β. Po navázání IL-1 na IL-1RI se aktivují komplexní signální kaskády, které indukují mnoho degradačních procesů v kloubu. IL-1 podporuje přítok vápníku, zvyšuje produkci prozánětlivého mediátoru oxidu dusnatého (NO), zvyšuje hladinu metaloproteináz (MMP), mění syntézu kolagenu a zvyšuje odbourávání a uvolňování kolagenu a proteoglykanů v chrupavce a menisku. Hladiny IL-1β v ST u pacientů bez revmatického onemocnění či kloubního výpotku nejsou detekovatelné, u revmatoidní artritidy či osteoartrózy vzrůstají, pohybují se v řádech desítek až stovek ng.L^-1.Existuje však nedostatek údajů o koncentraci IL-1α a IL-1β v synoviální tekutině v kloubech pacientů bez OA nebo u těch se spontánní OA [21-23].

Lidské neutrofilní defensiny (alfa-defensiny neboli human neutrophil peptides 1-3, HNP 1-3) patří do rodiny kationtových peptidů s nízkou molekulovou hmotností (14-60 kD). Jsou lokalizovány na azurofilních granulích. Kromě mikrobicidních účinků vykazují chemotaktickou, imunomodulační a cytotoxickou aktivitu a podílejí se na obraně hostitele proti zánětu. Lidské defensiny rozdělujeme na alfa- a beta-defensiny podle jejich struktury. Alfa-defensiny se nacházejí v granulocytech, ve sliznicích urogenitálního a střevního traktu. Beta‑defensiny jsou přítomny ve všech epiteliálních tkáních a v epitelu dýchacích cest. Aktivace neutrofilů vede k rychlému uvolňování defensinů do synoviální tekutiny i plazmy. Za fyziologických okolností by se plazmatické koncentrace HNP1-3 měly pohybovat od nedetekovatelných úrovní do přibližně 50-100 µg.L^-1.Za septických podmínek se však plazmatické hladiny dramaticky zvyšují a mohou dosáhnout hodnot až 10 g.L^-1 nebo více. Melicherčík P. et al. [24] studovali tento marker v synoviální tekutině 157 pacientů s diagnostikovanou jinou kloubní infekcí, jako je periprotetická kloubní infekce (PJI), infekční artritida, artróza, reaktivní artritida a revmatoidní artritida. Koncentrace HNP1-3 byla stanovena pomocí HPLC. Stanovili cut-offhodnotu ST HNP1-3 při srovnání výsledků pacientů s infekční artritidou oproti aseptickým pacientům s osteoartrózou na 62,5 mg.L^-1. Současně vzhledem k nálezu vyšších hodnot HNP1-3 u některých pacientů s neinfekční reaktivní artritidou a revmatoidní artritidou stanovili tzv. „šedou zónu“ v rozmezí 63-108 mg.L^{- 1} [24-26].

Lidský cartilage oligomeric matrix protein (COMP) je nekolagenní glykoprotein, který se řadí do rodiny extracelulárních proteinů, váže na sebe Ca²⁺, je složen z pěti identických podjednotek a je přítomen v kloubní, nosní a tracheální extracelulární matrix. Má zásobní a transportní funkce (např. pro vitamín D). Jeho hladina koreluje s mírou degradace chrupavky a jedná se o prognostický marker progrese kloubních onemocnění. Několik studií ukázalo, že během degenerativních onemocnění kloubů dochází k degradaci chrupavkové matrice a proteiny a/nebo fragmenty proteinů se uvolňují do synoviální tekutiny. Uvolnění těchto matrixových proteinů nebo proteinových fragmentů do nového prostředí s vlastnostmi odlišnými od tkáně může vyvolat konformační změny nebo vytvořit nová vazebná místa vedoucí k interakci s neklasickými ligandy. COMP je uvolněn jako intaktní nebo fragmentovaná molekula do synoviální tekutiny, kde může tvořit komplexy s bílkovinami komplementového systému. Nedávno bylo ze synoviálních buněk izolováno dvanáct COMP neoepitopů od pacientů s erozivními chorobami kloubů, jako je revmatoidní artritida (RA) a osteoartróza (OA) 
a akutní trauma (AT). Z nich byl jako specifický biomarker pro degradaci lidské chrupavky vybrán neoepitop‑S77. Nejvyšší koncentrace COMP neoepitopu-S77 byla nalezena u pacientů s AT, dále následovala skupina s reaktivní artritidou (ReA) a nakonec skupiny OA a RA. Zatímco nejvyšší celkový COMP byl nalezen u pacientů s OA (následováno skupinami AT, RA a ReA). To naznačuje jinou posloupnost událostí v katabolismu této molekuly v závislosti na povaze nemoci a může odrážet její degradaci v kloubní chrupavce. COMP je však také přítomen ve šlachách, vazech a synoviu a je možné, že tyto tkáně také přispívají k hladinám COMP v synoviální tekutině [27, 28].

Kalprotektin je heterodimer tvořený dvěma proteiny, S100A8 a S100A9, které jsou produkovány hlavně aktivovanými monocyty a neutrofily v oběhu a v zanícených tkáních. Dopad kalprotektinu na zánětlivý proces již byl prokázán, ale jeho role v patogenezi, diagnostice a monitorování revmatických onemocnění si v posledních letech získala velkou pozornost. Kalprotektin, který je stabilní při pokojové teplotě, je kandidátským biomarkerem pro sledování aktivity onemocnění u mnoha autoimunitních poruch, kde může předvídat odpověď na léčbu nebo relaps onemocnění. Existuje důkaz, že řada imunomodulátorů, včetně inhibitorů TNF-α, může snížit expresi kalprotektinu. S100A8 a S100A9 mají potenciální roli jako cíl léčby autoimunitních poruch na myších modelech, protože přímá nebo nepřímá blokáda těchto proteinů vede ke zlepšení chorobného procesu. Kalprotektin se zdá být citlivější než CRP, je schopen detekovat minimální zbytkový zánět a je možným kandidátem jako biomarker zánětlivých kloubních onemocnění. Vysoké hladiny v séru jsou spojeny s některými závažnými projevy revmatických onemocnění, jako je glomerulonefritida a plicní fibróza. Hladiny kalprotektinu v jiných tekutinách, jako jsou sliny a synoviální tekutina, mohou být užitečné při diagnostice revmatických onemocnění. Kalprotektin může mít také potencionální roli jako cíl léčby [29]. Baillet A. et al. [30] stanovili cut-off hodnotu kalprotektinu k rozlišení septické artritidy od neseptických zánětlivých artritid (pseudodna, RA) na 150 mg.L^-1 se senzitivitou 76,0 % a specificitou 94,0 %. Zhang Z. et al. [31] stanovili cut-off hodnotu kalprotektinu u PJI na 173 mg.L^-1 se senzitivitou 95,2 % a specificitou 97,6 %.

Laktoferin je glykoprotein vázající železo a patřící do rodiny transferinů. Byl izolován z mateřského mléka, následně identifikován v sekretech z exokrinních žláz a ve specifických granulích neutrofilů. Hraje roli v metabolismu železa, buněčné proliferaci a diferenciaci. Má antibakteriální, antivirovou, antiparazitární aktivitu a katalytické, protinádorové, protizánětlivé, antialergické, radioprotektivní funkce a vlastnosti. Jedná se o marker aktivace neutrofilních granulocytů a některými autory je považován za protein akutní fáze. Koncentrace laktoferinu v krvi je obvykle nízká, tj. 0,2-0,6 mg.L^-1, ale v místě zánětu je významně vyšší díky jeho uvolňování z neutrofilů, a může být až 200 mg.L^-1. Účinek zvýšeného laktoferinu v synoviu byl považován za primárně protizánětlivý. Železo se hromadí u pacientů s RA v synoviu a synoviální makrofágy uvolňují peroxid vodíku a superoxid, které pak mohou být přeměněny na škodlivé hydroxylové radikály volným železem prostřednictvím Fenton/Haber-Weissovy reakce. Na zvířecích modelech bylo prokázáno, že laktoferin snižuje zánět, zejména u septické artritidy a u pacientů s akutním zánětem. Rovněž je známo, že laktoferin má díky zvyšování adheze neutrofilů prozánětlivé účinky, a může hrát významnou roli v regulaci apoptózy neutrofilů in vivo. Byly nalezeny vysoké koncentrace laktoferinu v revmatoidním kloubu, což by mohlo přispět k nedostatku apoptotických neutrofilů v ST u pacientů s dlouhodobým onemocněním. Avšak rozhodující je stav saturace železa laktoferinem v místě zánětu. Klinické využití laktoferinu by mohlo mít význam u septické artritidy, u které by prodloužení životnosti neutrofilů mohlo zvýšit mikrobicidní účinnost infiltrujících neutrofilů [32, 33].

Matrixové metaloproteinázy štěpí kolagenové a proteoglykanové složky matrice chrupavky, které jsou aktivovány zvýšeným a trvalým zánětem. Matrixová metaloproteináza-1 (MMP-1) je produkována především synoviálními buňkami, jež lemují kloub. Matrixová metaloproteináza-3 (MMP-3) degraduje nekolagenní komponenty extracelulární matrix kloubů spolu s MMP-2 a MMP‑9. Proteolytické enzymy, jako jsou matrixové metaloproteinázy (MMP), jsou přímo zodpovědné za degradaci molekul matrice chrupavky. Bylo zjištěno, že MMP konkrétně MMP-1, MMP-3, MMP-9 a MMP-13 mají důležitou roli v degradaci matrice chrupavky v kloubech s OA. Studie Li H. et al. [34] ukázala, že koncentrace MMP-3 a MMP-9 v plazmě byla zvýšena u pacientů s OA kolenního kloubu a tyto hladiny korelovaly se závažností klinických příznaků (hodnoceno Lequesnovým indexem). Tato studie proto naznačuje, že tyto markery lze použít k diagnostice časné OA. Hladina MMP-1 v ST má navíc tendenci klesat u pacientů s těžkou OA ve srovnání s pacienty bez nebo se středně těžkou OA. Důvodem je to, že MMP-1 je exprimován hlavně v povrchových zónách chrupavky, které jsou poškozeny během progrese OA [34,35].

Neutrophil gelatinase-associated lipocalin (NGAL) je člen lipokalinové rodiny proteinů. Objeven byl ve specifických granulích neutrofilů, kde je kovalentně vázán na gelatinázu. Jeho úloha spočívá v přirozené obraně proti bakteriální infekci tím, že zasahuje do absorpce bakteriálního železa a konkuruje sideroforu enterobaktinu. Dijkman C. et al. [36] stanovili dle kritérií MSIS („musculoskeletal infection society“) u pacientů s PJI po totální artroplastice kolene (TKA) 92% senzitivitu a 83% specificitu, dle „pro-implantátových“ kritérií společnosti PRO-IMPLANT Foundation 95% senzitivitu, 95% specificitu a dospěli k závěru, že NGAL v synoviální tekutině má vysokou přesnost v diagnostice PJI po TKA a měl by být součástí PJI diagnostiky. Vergara A. et al. [37] hodnotili diagnostický výkon lipokalinu-2 neboli NGAL v synoviální tekutině, aby bylo možné rozlišit mezi PJI a selháním aseptického implantátu. Stanovili medián v synoviální tekutině a to na 1536,5 µg.L^-1 v infekční skupině, 87,0 µg.L^-1 v aseptické skupině a 55 µg.L^-1 v kontrolní skupině (P < 0,001). Optimální cut-off hodnota pro maximální senzitivitu (86,3 %) a specificitu (77,2 %) pro rozlišení aseptického selhání ve srovnání s prokázanou infekcí byla 152 µg.L^-1. NGAL je tedy potenciální nový biomarker, který může poskytnout informaci o potenciálním riziku PJI a optimalizovat konkrétní chirurgické zákroky díky schopnosti rozlišovat mezi septickým a aseptickým selháním protézy s vysokou senzitivitou a specificitou [36-38].

Polymorfonukleární granulocyty využívají proteinázy např. polymorfonukleární elastázu (PMNE) k trávení agens a poškozené tkáně. PMNE je lokalizována v azurofilních granulích polymorfonukleárních granulocytů. Během fagocytózy cizorodých látek je částečně vylučována do extracelulárního okolí, kde je její aktivita regulována inhibitory, zejména inhibitorem α1-proteinázy (α1-PI). Enzymaticky aktivní PMNE spolu se současně produkovanými oxidanty (radikály O₂, H₂O₂, OH˙) může způsobovat lokální poškození tkáně. α1-PI vytvoří komplex se všemi vylučovanými elastázami, tzv. PMNE/α1-PI, což je měřítko činnosti granulocytů během zánětlivé reakce. Autoři Momohara et al. [39] prokázali, že tzv.“gelatinolitic“ aktivita je způsobena hlavně PMN elastázou a byla nejvyšší v chrupavce a synovii v kloubech pacientů s revmatoidní artritidou (RA). Také prokázali, že hladiny EIC („elastase-α1 proteinase inhibitor complex“) v plazmě pacientů s RA byly významně vyšší než hladiny u dny a osteoartrózy (OA) a hladiny EIC se zvyšovaly podle stupně destrukce kloubní chrupavky. Kromě toho byly hladiny EIC v synoviální tekutině pacientů s RA vyšší ve srovnání s hladinami pacientů s OA. Aktivita elastázy PMN byla zvýšena v destruktivních kloubech pacientů s RA. S progresí destrukce kloubní chrupavky se zvýšily také hladiny EIC v plazmě pacientů s RA. PMN elastáza by mohla hrát významnou roli u RA [39].

Závěr

Kloubní infekce jsou jednou z nejvýznamnějších komplikací operačních postupů léčby kloubních potíží s možnými dlouhodobými důsledky, proto je důležitá rychlá a přesná diagnostika. Řada z uvedených biomarkerů (např. α‑defensiny, CRP, IL-6, IL-1β, NGAL, PMNE) má svůj potenciál a je nutné je důkladně prozkoumat a v případě pozitivních korelací s klinickým stavem a popř. i dostupnými zobrazovacími technikami je neprodleně zavést do rutinní praxe.

Studii podpořila Ostravská univerzita, Lékařská fakulta, Česká republika (číslo projektu SGS14/LF/2019-2020).

Střet zájmů: Autoři prohlašují, že nejsou ve střetu zájmů.

Do redakce došlo 30. 12. 2020

Adresa pro korespondenci:

Mgr. Iveta Bystroňová

Oddělení klinické biochemie, Ústav laboratorní medicíny

Fakultní nemocnice Ostrava

17. listopadu 1790/5

708 52 Ostrava-Poruba

e-mail: iveta.bystronova@fno.cz