Значение неденатурированного коллагена для нормализации функции хрящевой ткани суставов

Среди белков организма человека на долю коллагена приходится не менее 25–45%. Коллаген является обязательным структурным компонентом скелетных тканей, соединительной ткани внутренних органов (сердца, кишечника, легких печени, почек), а также кровеносных сосудов. Многообразие типов коллагена обусловлено их ролью и функцией. В статье представлены сведения о строении и синтезе коллагена, высокой концентрации глицина, пролина и гидроксипролина в составе альфа-цепей спирали коллагена. Обращается внимание на то, что поперечные связи и ориентация волокон коллагена в направлении вектора действия внешних сил и нагрузок обеспечивают защиту тканям и органам. Клиническое значение коллагена II типа рассмотрено на примере хрящевой ткани суставов и сухожилий. Подчеркивается, что дисбаланс в структуре питания, генетические мутации, дисфункция эндокринной и иммунной системы, особенно в пожилом возрасте, ассоциируются с возникновением одного из наиболее распространенных заболеваний суставов – остеоартрита (ОА). Установлено, что деградация или уменьшение коллагена II типа в матриксе хряща сопровождается прогрессированием этого заболевания. В связи с увеличением распространенности ОА, признаков метаболических нарушений и посттравматических повреждений суставов растет интерес к нефармакологическим и фармакологическим вмешательствам с целью профилактики и лечения остеоартрита. В последние годы появились убедительные доказательства успешного применения препаратов (биологически активных добавок к пище) коллагена при остеоартрите. В статье представлены результаты экспериментальных и клинических исследований, метаанализа и систематического обзора, подтверждающие возможность применения этих препаратов (продуктов) в составе комплексной терапии ОА. Возможность использования композиций на основе неденатурированного (нативного) коллагена II типа с включением аскорбиновой кислоты, витамина D, метилсульфонилметана и босвеллиевых кислот способствует синергизму этих веществ, замедлению скорости разрушения хряща, уменьшению проявления боли и воспаления в суставах, улучшению функционального состояния суставов и позвоночника, синтезу эндогенного коллагена.

1. Frantz C., Stewart K.M., Weaver V.M. The extracellular matrix at a glance. J Cell Sci. 2010;123(24):4195–4200. https://doi.org/10.1242/jcs.023820.

2. Eyre D.R. Collagens and cartilage matrix homeostasis. Clin Orthop Relat Res. 2004;(Suppl. 427):118–122. https://doi.org/10.1097/01.blo.0000144855.48640.b9.

3. Кольман Я., Рем К.-Г. Наглядная биохимия. 6-е изд. М.: Лаборатория знаний; 2019. 509 с. Режим доступа: https://fileskachat.com/view/86936_3503420597d489017b4e0aa52a541352.html.

4. Потехина Ю.П. Структура и функции коллагена. Российский остеопатический журнал. 2016;(1–2):87–99. https://doi.org/10.32885/2220-0975-2016-1-2-87-99.

5. Kannus P. Structure of the tendon connective tissue. Scand J Med Sci Sports. 2000;10(6):312–320. https://doi.org/10.1034/j.1600-0838.2000.010006312.x.

6. Goes R.A., Lopes L.R., Cossich V.R.A., de Miranda V.A.R., Coelho O.N., do Carmo Bastos R. et al. Musculoskeletal injuries in athletes from five modalities: a cross-sectional study. BMC Musculoskelet Disord. 2020:21(1):122. https://doi.org/10.1186/s12891-020-3141-8.

7. León-López A., Morales-Peñaloza A., Martínez-Juárez V.M., Vargas-Torres A., Zeugolis D.I., Aguirre-Álvarez G. Hydrolyzed Collagen-Sources and Applications. Molecules. 2019;24(22):4031. https://doi.org/10.3390/molecules24224031.

8. Eyre D.R. The collagens of articular cartilage. Semin Arthritis Rheum. 1991;21(Suppl. 2):2–11. https://doi.org/10.1016/0049-0172(91)90035-x.

9. Paxton J.Z., Grover L.M., Baar K. Engineering an in vitro model of a functional ligament from bone to bone. Tissue Eng Part A. 2010:16(11):3515– 3525. https://doi.org/10.1089/ten.TEA.2010.0039.

10. Firestein G., Budd R., Gabriel S., McInnes I., O’Dell J. Kelley & Firestein’s Textbook of Rheumatology. 2-volume set, 10th ed. Philadelphia: Elsevier; 2017. 2288 p. Available at: https://www.jrheum.org/content/jrheum/44/6/964.full.pdf.

11. Poole A.R., Kobayashi M., Yasuda T., Laverty S., Mwale F., Kojima T. et al. Type II collagen degradation and its regulation in articular cartilage in osteoarthritis. Ann Rheum Dis. 2002;61(2):78–81. http://doi.org/10.1136/ard.61.suppl_2.ii78.

12. McAlinden A., Traeger G., Hansen U., Weis M.A., Ravindran S., Wirthlin L. et al. Molecular properties and fibril ultrastructure of types II and XI collagens in cartilage of mice expressing exclusively the α1(IIA) collagen isoform. Matrix Biol. 2014;(34):105–113. https://doi.org/10.1016/j.matbio.2013.09.006.

13. McAlinden A. Alternative splicing of type II procollagen: IIB or not IIB? Connect Tissue Res. 2014;55(3):165–176. https://doi.org/10.3109/03008207.2014.908860.

14. McAlinden A., Johnstone B., Kollar J., Kazmi N., Hering T.M. Expression of two novel alternatively spliced COL2A1 isoforms during chondrocyte differentiation. Matrix Biol. 2008;27(3):254–266. https://doi.org/10.1016/j.matbio.2007.10.002.

15. Vikkula M., Metsäranta M., Ala-Kokko L. Type II collagen mutations in rare and common cartilage diseases. Ann Med. 1994;26(2):107–114. https://doi.org/10.3109/07853899409147337.

16. Kannu P., Bateman J., Savarirayan R. Clinical phenotypes associated with type II collagen mutations. J Paediatr Child Health. 2012;48(2):38–43. https://doi.org/10.1111/j.1440-1754.2010.01979.x.

17. Данилов Р.К. (ред.). Руководство по гистологии. 2-е изд., испр. и доп. СПб.: СпецЛит; 2010. Т. 1, 831 с. Режим доступа: https://speclit.su/image/catalog/978-5-299-00421-2/978-5-299-00421-2.pdf.

18. Афанасьев Ю.И., Кузнецов С.Л., Юрина Н.А. (ред.). Гистология, цитология и эмбриология. 6-е изд. М.: Медицина; 2004. 768 c. Режим доступа: https://www.studmed.ru/afanasev-yu-i-kuznecova-s-l-yurina-n-a-gistologiya-citologiya-i-embriologiya_fee03898307.html.znecova-s-l-yurina-n-a-gistologiya-citologiya-i-embriologiya_fee03898307.html.

19. Akiyama H., Lefebvre V. Unraveling the transcriptional regulatory machinery in chondrogenesis. J Bone Miner Metab. 2011;29(4):390–395. https://doi.org/10.1007/s00774-011-0273-9.

20. Wang W., Rigueur D., Lyons K.M. TGFβ signaling in cartilage development and maintenance. Birth Defects Res C Embryo Today. 2014;102(1):37–51. https://doi.org/10.1002/bdrc.21058.

21. Xin W., Heilig J., Paulsson M., Zaucke F. Collagen II regulates chondrocyte integrin expression profile and differentiation. Connect Tissue Res. 2015;56(4):307–314. https://doi.org/10.3109/03008207.2015.1026965.

22. Зоткин Е.Г., Дыдыкина И.С., Лила А.М. Воспалительная теория старения, возраст-ассоциированные заболевания и остеоартрит. РМЖ. 2020;28(7):33–38. Режим доступа: https://www.rmj.ru/articles/revmatologiya/Vospalitelynaya_teoriya_stareniya_vozrast-associirovannye_zabolevaniya_i_osteoartrit.

23. Yuan G.H., Masuko-Hongo K., Kato T., Nishioka K. Immunologic intervention in the pathogenesis of osteoarthritis. Arthritis Rheum. 2003;48(3):602–611. https://doi.org/10.1002/art.10768.

24. Robinson W.H., Lepus C.M., Wang Q., Raghu H., Mao R., Lindstrom T.M., Sokolove J. Low-grade inflammation as a key mediator of the pathogenesis of osteoarthritis. Nat Rev Rheumatol. 2016;12(10):580–592. https://doi.org/10.1038/nrrheum.2016.136.

25. Mathiessen A., Conaghan P.G. Synovitis in osteoarthritis: current understanding with therapeutic implications. Arthritis Res Ther. 2017;19(1):18. https://doi.org/10.1186/s13075-017-1229-9.

26. Henrotin Y., Pesesse L., Lambert C. Targeting the synovial angiogenesis as a novel treatment approach to osteoarthritis. Ther Adv Musculoskelet Dis. 2014;6(1):20–34. https://doi.org/10.1177/1759720X13514669.

27. Eyre D.R., Weis M.A., Wu J.J. Articular cartilage collagen: an irreplaceable framework? Eur Cell Mater. 2006;12:57–63. https://doi.org/10.22203/ecm.V012a07.

28. Charni-Ben Tabassi N., Desmarais S., Bay-Jensen A.C., Delaissé J.M., Percival M.D., Garnero P. The type II collagen fragments Helix-II and CTX-II reveal different enzymatic pathways of human cartilage collagen degradation. Osteoarthritis Cartilage. 2008;16(10):1183–1191. https://doi.org/10.1016/j.joca.2008.02.008.

29. Серов В.В., Шехтер А.Б. Соединительная ткань (функциональная морфология и общая патология). М.: Медицина; 1981. 312 с. Режим доступа: https://booksee.org/book/478636.

30. Bruyère O., Honvo G., Veronese N., Arden N.K., Branco J., Curtis E.M. et al. An updated algorithm recommendation for the management of knee osteoarthritis from the European Society for Clinical and Economic Аspects of Osteoporosis, Osteoarthritis and Musculoskeletal Diseases (ESCEO). Semin Arthritis Rheum. 2019;49(3):337–350. https://doi.org/10.1016/j.semarthrit.2019.04.008.

31. Денисов Л.Н., Цветкова Е.С., Голубев Г.Ш., Бугрова О.В., Дыдыкина И.С., Дубиков А.И. и др. Алгоритм лечения остеоартрита коленного сустава Европейского общества по клиническим и экономическим аспектам остеопороза и остеоартрита (ESCEO) применим в российской клинической практике: совместное заключение ведущих российских специалистов и экспертов ESCEO по остеоартриту. Научно-практическая ревматология. 2016;54(6):641–653. https://doi.org/10.14412/1995-4484-2016-641-653.

32. McNulty A.L., Miller M.R., O’Connor S.K., Guilak F. The effects of adipokines on cartilage and meniscus catabolism. Connect Tissue Res. 2011;52(6):523–533. https://doi.org/10.3109/03008207.2011.597902.

33. Clifford T., Ventress M., Allerton D.M., Stansfield S., Tang J.C.Y., Fraser W.D. et al. The effects of collagen peptides on muscle damage, inflammation and bone turnover following exercise: a randomized, controlled trial. Amino Acids. 2019;51(4):691–704. https://doi.org/10.1007/s00726-019-02706-5.

34. Van Vijven J.P.J., Luijsterburg P.A.J., Verhagen A.P., van Osch G.J.V.M., Kloppenburg M., Bierma-Zeinstra S.M.A. Symptomatic and chondroprotective treatment with collagen derivatives in osteoarthritis: a systematic review. Osteoarthritis Cartilage. 2012;20(8):809–821. https://doi.org/10.1016/j.joca.2012.04.008.

35. Garcia-Coronado J.M., Martinez-Olvera L., Elizondo-Omana R.E., AcostaOlivo C.A., Vilchez-Cavazos F., Simental-Mendia L.E., Simental-Mendia M. Effect of collagen supplementation on osteoarthritis symptoms: a meta-analysis of randomized placebo-controlled trials. Int Orthop. 2019;43(3):531–538. https://doi.org/10.1007/s00264-018-4211-5.

36. Bello A.E., Oesser S. Collagen hydrolysate for the treatment of osteoarthritis and other joint disorders: a review of the literature. Curr Med Res Opin. 2006;22(11):2221–2232. https://doi.org/10.1185/030079906X148373.

37. Дыдыкина И.С., Дибров Д.Л., Нурбаева К.С., Коваленко П.С., Коваленко А.А. Биологически активные добавки в ХХI веке: неденатурированный коллаген II типа как пример препарата для надлежащей медицинской практики. Современная ревматология. 2020;14(2):131–137. https://doi.org/10.14412/1996-7012-2020-2-131-137.

38. Khatri M., Naughton R., Clifford T., Harper L., Corr L. The effects of collagen peptide supplementation on body composition, collagen synthesis, and recovery from joint injury and exercise: a systematic review. Amino Acids. 2021;53(10):1493–1506. https://doi.org/10.1007/s00726-021-03072-x.

39. Svensson R.B., Heinemeier K.M., Couppé C., Kjaer M., Magnusson S.P. Effect of aging and exercise on the tendon. J Appl Physiol (1985). 2016;121(6):1237–1246. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00328.2016.

40. Van Vijven J.P.J., Luijsterburg P.A.J., Verhagen A.P., van Osch G.J.V.M., Kloppenburg M., Bierma-Zeinstra S.M.A. Symptomatic and chondroprotective treatment with collagen derivatives in osteoarthritis: a systematic review. Osteoarthritis Cartilage. 2012;20(8):809–821. https://doi.org/10.1016/j.joca.2012.04.008.

41. Henrotin Y., Pesesse L., Lambert C. Targeting the synovial angiogenesis as a novel treatment approach to osteoarthritis. Ther Adv Musculoskelet Dis. 2014;6(1):20–34. https://doi.org/10.1177/1759720X13514669.

42. Weiner H.L., da Cunha A.P., Quintana F., Wu H. Oral tolerance. Immunol Rev. 2011;241(1):241–259. https://doi.org/10.1111/j.1600-065X.2011.01017.x.

43. Kraus T.A., Mayer L. Oral tolerance and inflammato-ry bowel disease. Curr Opin Gastroenterol. 2005;21(6):692–696. https://doi.org/10.1097/01.mog.0000182862.88798.28.

44. Wambre E., Jeong D. Oral Tolerance Development and Maintenance. Immunol Allergy Clin North Am. 2018;38(1):27–37. https://doi.org/10.1016/j.iac.2017.09.003.

45. Broere F., Wieten L., Koerkamp E.I.K., van Roon J.A.G., Guichelaar T., Lafeber F.P.J.G. Oral or nasal antigen induces regulatory T cells that suppress arthritis and proliferation of arthritogenic T cells in joint draining lymph nodes. The J Immunol. 2008;181(2):899–906. https://doi.org/10.4049/jimmunol.181.2.899.

46. Rezende R., Weiner H. History and mechanisms of oral tolerance. Seminars in Immunology. 2017;30:3–11. https://doi.org/10.1016/j.smim.2017.07.004.

47. Pabst O., Mowat A.M. Oral tolerance to food protein. Mucosal Immunol. 2012;5(3):232–239. https://doi.org/10.1038/mi.2012.4

48. Jaensson E., Uronen-Hansson H., Pabst O., Eksteen B., Tian J., Coombes J.L. et al. Small intestinal CD103+ dendritic cells display unique functional properties that are conserved between mice and humans. J Exp Med. 2008;205(9):2139–2149. https://doi.org/10.1084/jem.20080414.

49. Sun C.M., Hall J.A., Blank R.B., Bouladoux N., Oukka M., Mora J.R., Belkaid Y. Small intestine lamina propria dendritic cells promote de novo generation of Foxp3T reg cells via retinoic acid. J Exp Med. 204(8):1775–1785. https://doi.org/10.1084/jem.20070602.

50. Iwata M., Hirakiyama A., Eshima Y., Kagechika H., Kato C., Song S.Y. Retinoic acid imprints gut-homing specificity on T cells. Immunity. 2004;21(4): 527–538. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2004.08.011.

51. Kim K.S., Hong S.W., Han D., Yi J., Jung J., Yang B.G. et al. Dietary antigens limit mucosal immunity by inducing regulatory T cells in the small intestine. Science. 2016;351(6275):858–863. https://doi.org/10.1126/science.aac5560.

52. Kim K.S., Surh C.D. Induction of immune tolerance to dietary antigens. Adv Exp Med Biol. 2015;850:93–118. https://doi.org/10.1007/978-3-319-15774-0_8.

53. Tordesillas L., Berin M.C. Mechanisms of Oral Tolerance. Clinic Rev Allerg Immunol. 2018;55(2):107–117. https://doi.org/10.1007/s12016-018-8680-5.

54. Di Cesare Mannelli L., Micheli L., Zanardelli M., Ghelardini C. Low dose native type II collagen prevents pain in a rat osteoarthritis model. BMC Musculoskelet Disord. 2013;14:228. https://doi.org/10.1186/1471-2474-14-228.

55. Ju J.H., Cho M.L., Jhun J.Y., Park M.J., Oh H.J., Min S.Y. et al. Oral administration of type-II collagen sup-presses IL-17-associated RANKL expression of CD4+ T cells in collagen-induced arthritis. Immunol Lett. 2008;117(1):16– 25. https://doi.org/10.1016/j.imlet.2007.09.011.

56. Bagi C.M., Berryman E.R., Teo S., Lane N.E. Oral administration of undenatured native chicken type II collagen (UC-II) diminished deterioration of articular cartilage in a rat model of osteoarthritis (OA). Osteoarthritis Cartilage. 2017;25(12):2080–2090. https://doi.org/10.1016/j.joca.2017.08.013.

57. Schauss A.G., Merkel D.J., Glaza S.M., Sorenson S.R. Acute and subchronic oral toxicity studies in rats of a hydrolyzed chicken sternal cartilage preparation. Food Chem Toxicol. 2007;45(2):315–321.

58. Lugo J.P., Saiyed Z.M., Lau F.C., Molina J.P.L., Pakdaman M.N., Shamie A.N., Udani J.K. Undenatured type II collagen (UC-II®) for joint support: a randomized, double-blind, placebo-controlled study in healthy volunteers. J Int Society Sports Nutr. 2013;10(1):48. https://doi.org/10.1186/1550-2783-10-48.

59. Crowley D.C., Lau F.C., Sharma P., Evans M., Guthrie N., Bagchi M. et al. Safety and efficacy of undenatured type II collagen in the treatment of osteoarthritis of the knee: a clinical trial. Int J Med Sci. 2009;6(6): 312–321. https://doi.org/10.7150/ijms.6.312.

60. Lugo J.P., Saiyed Z.M., Lane N.E. Efficacy and tolerability of an undenatured type II collagen supplement in modulating knee osteoarthritis symptoms: a multicenter randomized, double-blind, placebo-controlled study. Nutr J. 2016;15:14. https://doi.org/10.1186/s12937-016-0130-8.

61. Sengupta K., Alluri K.V., Satish A.R., Mishra S., Golakoti T., Sarma K.V. et al. A double blind, randomized, placebo controlled study of the efficacy and safety of 5-Loxin for treatment of osteoarthritis of the knee. Arthritis Res Ther. 2008;10(4):R85. https://doi.org/10.1186/ar2461.