Как уже отмечалось ранее, диагноз ревматоидного артрита (РА) является клиническим и не может быть поставлен только на основании исследования синовиальной ткани. Однако характерные признаки синовита при РА включают:

• Гипертрофию выстилающего слоя.
• Неоангиогенез.
• Инфильтрацию иммунными клетками как врожденной, так и адаптивной иммунной системы; иммунные клетки могут быть либо случайно распределены в субинтимальном слое синовиальной ткани, либо сгруппированы в структуры, напоминающие фолликулы.
• Отложение фибрина на поверхности синовиальной оболочки, особенно при клинически активном заболевании.

В исследованиях синовиальной биопсии было показано, что в подслизистом слое синовиальной оболочки различных суставов при ревматоидном артрите присутствует сопоставимое количество макрофагов, T-клеток и плазматических клеток [10]. Однако макрофаги и фибробластоподобные клетки синовиальной интимы в этих образцах не показали значимой корреляции между различными суставами одного и того же пациента. Более того, фибробласты демонстрируют различные паттерны метилировании ДНК и транскриптома в разных суставах, что указывает на наличие различий в синовиальной оболочке разных суставов у одного пациента с ревматоидным артритом (РА) [11]. Это следует учитывать при интерпретации данных исследований биопсии синовиальной оболочки.

Синовит при РА также весьма гетерогенен у различных пациентов, а различные клеточные и молекулярные сигнатуры (патотипы) становятся потенциальными таксономическими классификаторами фенотипов заболевания [1]. Различные гистоморфологические особенности синовита при РА описываются как фолликулярный, диффузный и малоиммунный синовит после окрашивания гематоксилином и эозином (H&E) и иммуногистохимии (ИГХ) для выявления В-клеток (CD20), Т-клеток (CD3), макрофагов (CD68) и плазматических клеток (CD138) [1,12].

Гиперплазия синовиального слоя выстилающих клеток является характерным признаком ревматоидного артрита (РА). Толщина слоя выстилающих клеток может увеличиваться до 6–10 клеток (в отличие от нормы, составляющей 1–3 клетки), а также наблюдается гипертрофия отдельных клеток.

Гиперплазия при установленном РА обусловлена в первую очередь увеличением количества макрофагоподобных клеток [6]. Доказательства рекрутирования клеток, подобных макрофагам, из костного мозга получены в результате изучения радиационных химер нормальных мышей и мышей с мутацией «беже» (beige) [13].  Бежевые мыши имеют гигантские вторичные лизосомы в нескольких типах клеток, включая клетки моноцитарно-макрофагального ряда. У мышей с мутацией «беже» в некоторых клетках, включая клетки моноцитарно-макрофагальной линии, присутствуют гигантские вторичные лизосомы. Гистосовместимым нормальным мышам проводили облучение, после чего им пересаживали клетки костного мозга от мышей с мутацией «беже». Впоследствии гигантские гранулы были обнаружены в 1–7 % синовиальных выстилающих клеток (СВК), все из которых имели ультраструктурные особенности клеток, подобных макрофагам.

Макрофагоподобные СВК, по-видимому, не пролиферируют активно в синовиальной выстилке. Однако степень, в которой пролиферация фибробластоподобных клеток in situ способствует гиперплазии, наблюдаемой в ревматоидных суставах, остается предметом дискуссий.

Ядерный антиген пролиферирующих клеток (PCNA - proliferating cell nuclear antigen), вспомогательный фактор репликационных полимераз, играет важную роль в синтезе ДНК, и его наличие коррелирует с другими показателями клеточной пролиферации [14]. Присутствие PCNA в СВК при РА используется как доказательство того, что пролиферация фибробластоподобных синовиоцитов in situ способствует гиперплазии синовиального слоя [15]. 

С другой стороны, иммуногистохимическое окрашивание на маркер Ki-67, который является индикатором клеточной пролиферации, не выявляет его присутствия в синовиальной ткани пациентов с РА [16].

Мононуклеарные клеточные инфильтраты обычно присутствуют при РА в глубине синовиального выстилающего слоя. Эти инфильтраты состоят преимущественно из макрофагов и лимфоцитов, которые могут образовывать агрегаты.

• CD4+ Т-клетки расположены диффузно, в аггрегатах и периваскулярных зонах.
• CD4+, CD45RO+ дифференцированные T-лимфоциты памяти встречаются часто, особенно в областях между клеточными скоплениями [17]. Этот фенотип соответствует клеткам, ранее контактировавшим с антигеном. Условия в синовиальной ткани могут позволять измененному пулу Т-клеток периферической крови с ограниченным разнообразием антиген-распознающих рецепторов действовать, как провоспалительные клетки [18].
• CD8+ клетки присутствуют диффузно, и многие из них экспрессируют гранзим K, фермент, который может быть важен для активации синовиальных белков. Эти клетки являются основным источником продукции интерферона-гамма и фактора некроза опухоли (ФНО) в синовиальной ткани [19].
• B-лимфоциты и плазматические клетки, продуцирующие иммуноглобулины. Эти клетки обнаруживаются как внутри, так и между клеточными агрегатами, а также в отдельных очагах. Многие плазматические клетки вырабатывают ревматоидный фактор, а также антитела к цитруллинированным белкам.
• Цитруллинирование - это посттрансляционная модификация белков, осуществляемая ферментами пептидил-аргинин деиминазами (PADs), которые превращают аминокислоту аргинин в некодируемую аминокислоту цитруллин. Цитруллинирование белков можно обнаружить в воспаленных суставах, в синовиальной ткани, пораженной РА.
• Т-клетки играют ключевую роль в патогенезе РА. В исследовании, проведённом для оценки активированных Т-клеток, из синовиальной ткани при РА с помощью масс-цитометрии, были выделены клетки с расширенной популяцией CD4+ Т-клеток с высоким уровнем экспрессии PD-1 (Programmed Cell Death Protein 1, Программируемый белок клеточной смерти 1) и отсутствием CXCR5 (PD-1hiCXCR5-CD4+ Т-клетки) [20]. Несмотря на высокий уровень экспрессии PD-1, эти клетки не имеют фенотипа истощения. Напротив, они представляют собой подтип периферических Т-хелперов (TpH), которые локализуются в кластерах синовиальных В-клеток и в периферической крови. Эти клетки стимулируют продукцию интерлейкина 21, поддерживая пролиферацию В-клеток и их дифференцировку в плазматические клетки [20]. Тем не менее, до сих пор неясно, какие фенотипы Т-клеток в синовиальной ткани при РА непосредственно ответственны за развитие заболевания, какие появляются в ответ на особенности синовиального микроокружения, а какие являются лишь “наблюдателями” [21].

Иногда в слое СВК и изредка в более глубоких слоях выстилки встречаются многоядерные клетки. Они делятся на два типа: макрофагоподобные поликарионы и многоядерные клетки с фибробластоподобной морфологией. Предположительно, они образуются в результате слияния СВК [21]. Хотя такие клетки часто встречаются при РА, они также наблюдаются при других формах артрита. Биологическое значение этих многоядерных клеток и факторы, участвующие в их образовании, остаются неизвестными. Однако истинные многоядерные остеокласты локализуются на границе паннуса и кости.

В синовиальной оболочке пациентов с РА можно увидеть и другие клетки. Иногда присутствуют полиморфноядерные лейкоциты, особенно при обострениях  заболевания. Также были выявлены натуральные киллеры (NK-клетки) и тучные клетки; последние могут играть роль в воспалении и повреждении суставных поверхностей на границе хряща и паннуса [22]. Длительная утренняя скованность может быть связана с нарушением фибринолиза отложений фибрина, связанных с нейтрофилами, вдоль синовиальной мембраны [23].

Дендритные клетки обладают способностью активировать интактные Т-лимфоциты. Эти клетки присутствуют в синовиальной ткани и жидкости при РА. Поверхностные молекулы CD80 (B7-1) и CD86 (B7-2) являются ко-стимулирующими молекулами, необходимыми для эффективной презентации антигена. Наличие CD80/86 на дендритных клетках в кластерах Т-клеток при РА указывает на их роль в качестве антиген-презентирующих клеток в ревматоидном суставе [24].

Молекулы адгезии имеют четко определенные функции при воспалении. Эти молекулы экспрессируются на эндотелии и в других участках синовиальной оболочки у пациентов с РА. Эти молекулы участвуют в активации и привлечении циркулирующих мононуклеарных клеток к суставу, что соответствует наблюдаемому накоплению мононуклеарных клеток вокруг кровеносных сосудов. Морфологически в синовиальной ткани обнаруживаются специализированные венулы со столбчатым эндотелием, аналогичные “венулам с высоким эндотелием”, описанным в лимфатических узлах. Эти венулы играют важную роль в притоке мононуклеарных клеток в синовиум.

Соответствующие молекулы адгезии включают селектины, васкулярную молекулу клеточной адгезии 1 (VCAM-1 - vascular cell adhesion molecule), молекулы межклеточной адгезии 1 и 2 (ICAM-1 и ICAM-2 (intercellular adhesion molecules)), интегрины и другие [25,26]. Экспрессия мРНК и белка VCAM-1 обнаруживается на СВК типа B (фибробластоподобные синовиоциты) и в меньшей степени на эндотелии мелких сосудов под выстилающим слоем [27].

Гипертрофированная синовиальная ткань обеспечивается питательными веществами через большое количество кровеносных сосудов [28,29]. Рост новых кровеносных сосудов считается важным фактором притока воспалительных клеток в синовиальную ткань при РА. Ангиогенез также играет важную роль в росте паннуса при РА.

Деструкция хряща и кости является основной причиной инвалидизации у пациентов с установленным РА. Деструктивный процесс опосредован тканью, образующейся из синовиальной мембраны и называемой «паннусом» (в переводе с латинского - «ткань»). Паннус прикрепляется к поверхности суставного хряща, а клетки, содержащиеся в паннусе, продуцируют протеиназы, разрушающие внеклеточный матрикс хряща [30]. Исследования с использованием электронной микроскопии показывают, что паннус образуется за счёт миграции фибробластоподобных клеток синовиальной оболочки по поверхности хряща. В глубине слоя этих клеток продолжается разрушение за счёт инвазии клеток, которые при электронной микроскопии напоминают макрофаги [31].

Связь между макрофагоподобными клетками и фибробластоподобными клетками на поверхности хряща остаётся неясной. Со временем в паннус мигрируют кровеносные сосуды и другие типы клеток. В конечном итоге паннус трансформируется в фиброзную ткань, называемую “неактивный паннус”. Одним из ограничений при взятии образцов синовиальной ткани с помощью пункционной биопсии или артроскопии является то, что такие образцы обычно не позволяют оценить ткани в области границы между хрящом и паннусом.

Инвазия костной ткани паннусом опосредована остеокластами, что приводит к образованию характерных краевых эрозий, наблюдаемых на рентгенограммах у пациентов с РА. Разрушение хряща и кости приводит к нестабильности сустава, нарушению функции и, в конечном итоге, к фиброзному анкилозу.

Многоядерные клетки, обладающие полным фенотипом остеокластов, были обнаружены на границе паннуса и кости в лакунах костной резорбции, и их наличие необходимо для резорбции кости при РА [32,33]. Синовиальные Т-клетки играют роль в остеокластогенезе.

Подмножество Т-клеток, экспрессирующих CD4 и лиганд рецептора активатора ядерного фактора-каппа B (RANKL), вызывает дифференцировку мононуклеарных клеток периферической крови в остеокласты. Этот эффект нейтрализуется остеопротегерином (ОПГ) - растворимым белком, связывающимся с RANKL и предотвращающим его биологическую активность [34]. Однако исследования с условной делецией показали, что синовиальные фибробласты являются более важным источником RANKL для индукции остеокластогенеза в тканях при РА и последующей эрозии суставной кости [35].

Гистологические изменения при раннем РА были изучены для лучшего понимания патогенетических процессов при этом заболевании. Гистологическое исследование синовиальной оболочки при РА в случаях с продолжительностью заболевания до шести недель показало следующее [36]:

• Гиперплазия синовиальных выстилающих клеток; при электронной микроскопии эти клетки представляют собой преимущественно фибробластоподобные синовиоциты (в отличие от преобладания макрофагоподобных клеток при установленном РА).
• Воспалительные инфильтраты имеют периваскулярное расположение и локализуются в поверхностных участках субинтимы. Аггрегаты лимфоцитов в этих ранних образцах ткани отсутствуют.
• Наблюдается незначительное преобладание CD4+ Т-клеток над CD8+ клетками. В большинстве случаев присутствуют В-клетки, но в меньшем количестве [37].
• Микрососудистые изменения заметны на ранних стадиях заболевания, в том числе сосудистый застой, наличие высоких эндотелиальных клеток и окклюзия микрососудов тромбоцитами и/или тромбами.

В одном из исследований сравнивались образцы синовиальной ткани пациентов с РА, у которых длительность заболевания составляла менее одного года, с образцами, полученными от пациентов с РА длительностью заболевания более пяти лет [38]. Хотя гиперплазия синовиальных выстилающих клеток присутствовала в обеих группах, она была более выражена у пациентов с давно установленным заболеванием. Показатели воспаления синовиальной оболочки не имели существенных различий между двумя группами.

В другом исследовании было проведено обследование 55 человек, у которых был положительный результат на IgM-ревматоидный фактор и/или антитела к цитруллинированному пептиду (АЦЦП), при отсутствии признаков артрита при физикальном осмотре. Всем пациентам при включении в исследование проводилась магнитно-резонансная томография (МРТ) и мини-артроскопическая биопсия синовиальной оболочки коленного сустава, и за ними велось проспективное наблюдение. Результаты показали, что незначительная инфильтрация синовиальной оболочки Т-клетками может предшествовать появлению признаков и симптомов артрита на доклинической стадии (РА) [39].

При биопсии клинически непораженных коленных суставов у пациентов с РА, были выявлены гистологические признаки синовита [40,41]. Эти наблюдения свидетельствуют о том, что изменения в синовиальной оболочке, характерные для РА, могут предшествовать клиническим признакам активности заболевания.

Цитокины - это белки, которые действуют как растворимые медиаторы воспаления. Основные знания о роли цитокинов при ревматоидном артрите (РА) получены благодаря многочисленным исследованиям этих белков в сыворотке крови и синовиальной жидкости. Изучение синовиальной ткани предоставило дополнительную информацию, включая выявление клеток, которые продуцируют цитокины. Особое внимание уделяется роли макрофагов и макрофагоподобных синовиальных выстилающих клеток (СВК) в инициации и поддержании ревматоидного синовита. Значительное клиническое улучшение при РА при блокаде цитокинов еще больше усилило интерес к изучению синовиальных цитокинов [42,43].

Изучение сети цитокинов при РА позволило локализовать продукцию нескольких цитокинов в синовиальной ткани и выдвинуть гипотезу о том, что положительные обратные связи способствуют поддержанию синовиального воспаления. Многие цитокины были иммунохимически локализованы в суставе при РА. Ниже приведены примеры [44-49]:

• Интерлейкин 1 (ИЛ-1) и фактор некроза опухоли (ФНО), вырабатываемые синовиальными макрофагами, стимулируют пролиферацию фибробластов и увеличивают продукцию ИЛ-6, ИЛ-8 (и других хемоаттрактантов, известных как хемокины), гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (ГМ-КСФ) и разрушительных ферментов, таких как стромелизин и коллагеназа.
• ФНО, ИЛ-1-бета, ИЛ-6, ГМ-КСФ и трансформирующий фактор роста (ТФР)-бета 1 были идентифицированы методом иммунохимии на границе хряща и паннуса, преимущественно в клетках, экспрессирующих маркер макрофагов CD68 [49].
• Фибробластоподобные клетки продуцируют факторы роста, такие как фактор роста фибробластов, а также молекулы, препятствующие апоптозу, что способствует их собственной дисрегуляции [50].
• ИЛ-18, имеющий сходные свойства с ИЛ-1, оказывает дополнительные патологические эффекты, в числе которых индукция выработки интерферона гамма, повышение экспрессии индуцибельной синтазы оксида азота и циклооксигеназы-2 (ЦОГ-2) [51].

Рекрутирование (привлечение) клеток в очаги воспаления в значительной степени обусловлено хемокинами и их рецепторами. Хемокиновые рецепторы CXCR3 и CCR5 экспрессируются большинством T-клеток в синовиальной жидкости, по сравнению с меньшинством T-клеток в периферической крови у пациентов с ревматоидным артритом (РА), а практически все T-клетки в ревматоидной синовиальной ткани экспрессируют CXCR5. Этот фенотип позволяет предположить, что происходит рекрутирование лимфоцитов в синовиальную ткань [52].

Взаимодействие между фактором стромальных клеток (SDF - stromal cell derived factor)-1, и его рецептором (CXCR4) может снижать выход Т-клеток из синовиальной ткани [53,54]. Ряд хемокинов, таких как ИЛ-8/CXCL8, эпителиальный нейтрофил-активирующий пептид-78 (ENA-78/CXCL5) и связанный с ростом онкоген (GRO)-альфа/CXCL1, локализованы в синовии РА и могут способствовать привлечению нейтрофилов и ангиогенезу в суставах при РА [55-57]. Аналогично, такие хемокины, как ингибирующий белок макрофагов-1 альфа (MIP-1 альфа/CCL3) или хемоаттрактантный белок макрофагов (MCP-1/CCL2), могут рекрутировать макрофаги [48,58].

Несколько классов ферментов вовлечены в разрушение суставов, которое происходит в ходе течения ревматоидного артрита (РА). Возможно, наиболее изученными являются матриксные металлопротеиназы (ММП). Цитокины, которые, как известно, экспрессируются в тканях синовиальной оболочки при РА, в числе которых ИЛ-1-бета, ФНО, ИЛ-6 и ИЛ-17, являются мощными активаторами генов MMП [59].

Члены семейства ММП делятся на три категории в зависимости от их специфичности к субстрату.

• Коллагеназы расщепляют нативный коллаген I, II и III типов - основные типы коллагена, присутствующие в костях и хрящах, соответственно.
• Группа стромелизинов обладает широкой субстратной специфичностью, а стромелизин-1 (ММП-3) способен расщеплять протеогликаны, желатин, фибронектин и ламинин. Ферменты этой группы могут иметь особое значение из-за их способности расщеплять проферменты MMП, что приводит к образованию активных ферментов.
• Желатиназы А (ММП-2) и В (ММП-9) разрушают денатурированный коллаген, а также коллаген базальной мембраны и коллаген типа V, содержащийся в костях.

Исследования методом гибридизации in situ показали, что мРНК интерстициальной коллагеназы (ММП-1) и стромелизина-1 (ММП-3) экспрессируются в ревматоидных СВК [60-62]. Синовиальные клетки, продуцирующие мРНК ММП-1, и более высокие уровни активных металлопротеиназ в синовиальной ткани, ассоциируются с эрозивным заболеванием [63,64]. В синовиальной ткани при РА также обнаружены желатиназы.

Тканевые ингибиторы металлопротеиназ - это белки естественного происхождения, которые связываются с различными членами семейства ММП в соотношении 1:1, делая их неактивными. Тканевые ингибиторы металлопротеиназ (ТИМП)-1 и ТИМП-2 были обнаружены в синовиальной ткани при РА, они экспрессируются в выстилающем слое синовиальной оболочки и в клетках субинтимы [61,62,64]. Предполагается, что баланс между металлопротеиназами и ТИМП определяет скорость деградации внеклеточного матрикса. Однако функциональное значение различий в уровнях их обнаружения в тканевых образцах остается неясным.

Гранзимы А и В - сериновые протеазы, присутствующие в активированных натуральных киллерах (NK-клетках) и цитотоксических Т-клетках. Эти ферменты присутствуют в некоторых синовиальных лимфоцитах, особенно в NK-клетках у пациентов с РА и, в меньшей степени, у пациентов с остеоартритом [65,66]. Окрашивание синовиальной ткани на гранзим В коррелирует с повышенным уровнем регентов острой фазы в сыворотке крови [66].

Катепсины B, D, K, L и S - это цистеиновые протеиназы, которые были идентифицированы в синовиальной оболочке пациентов с ревматоидным артритом (РА) и остеоартритом [67-69]. Катепсин K способен разрушать коллаген как I типа (костный), так и II типа (суставной хрящ). Количество клеток, продуцирующих катепсин K, увеличено в синовиальной оболочке пациентов с РА по сравнению с пациентами с остеоартритом [69]. Катепсин K высоко экспрессируется в остеокластах; у пациентов с остеосклеротическим расстройством, пикнодизостозом, отсутствует активность этого фермента [70]. 

Основной контрольный пункт для производства белков, опосредующих воспаление и разрушение суставов (например, цитокинов, ферментов и молекул адгезии), находится на уровне транскрипции генов. Этот процесс регулируется транскрипционными факторами - белками в ядре клетки, которые связываются с определенными промоторными участками ДНК. Понимание роли транскрипционных факторов в патогенезе РА вызывает значительный интерес, особенно поскольку они являются потенциальными мишенями для терапевтического вмешательства.

Семейство факторов транскрипции AP-1 (c-Jun, c-Fos, JunB, JunD, FosB, Fra1 и Fra2) активирует транскрипцию нескольких генов, связанных с развитием синовита, включая металлопротеиназы, такие как коллагеназа и стромелизин.

Фактор транскрипции, ядерный фактор каппа В (NF-kB), представляет собой димер, обычно состоящий из субъединиц p65 (RelA) и p50 (NF-kB1); подобно AP-1, они могут заменяться другими членами семейства, такими как c-Rel или RelB. NF-kB, вероятно, играет ключевую роль в экспрессии ряда цитокинов, обнаруженных в ревматоидном синовии. Иммуногистохимия (ИГХ) выявила активированные p65 и p50 в ядрах многих глубоких и поверхностных клеток ревматоидного синовия, включая эндотелиальные клетки [71,72]. При двойном иммуногистохимическом окрашивании, NF-kB в синовиальной оболочке локализуется преимущественно, хотя и не исключительно, в CD14-позитивных (макрофагоподобных) клетках [71], в отличие от AP-1, которые локализуются в фибробластоподобных клетках. Иммунолокализация ФНО на CD14-позитивных СВК у пациентов с РА может быть обусловлена, по крайней мере частично, активностью NF-kB в этих клетках [49].

В синовии также были выявлены другие молекулы, участвующие в сигнальных путях [73], включая компоненты пути митоген-активируемых протеинкиназ (MAPK). Три основных представителя этого пути включают ERK, Jun-киназу (JNK) и p38 MAPK, все из которых экспрессируются в активной форме в синовиальной ткани при РА [74,75]. Предполагается, что в контексте РА механическое воздействие, тепло, цитокины и окислительный стресс активируют эти сигнальные пути [76-78].