Der Effekt von Adipokinen beim Knochenaufbau bei rheumatischen Erkrankungen

Abstract

Bei verschiedenen rheumatischen Erkrankungen wie der Arthrose (OA), der Psoriasis-Arthritis (PsA) oder der ankylosierenden Spondylitis (AS) kommt es neben destruktiven Prozessen auch zum Knochenaufbau in Form von Osteophyten bzw. Syndesmophyten an den Gelenkrändern. Bei diesem Prozess wird eine gesteigerte Osteoblastenaktivität vermutet, möglicherweise hervorgerufen durch eine Induktion des Wnt-Signalwegs. Die Mechanismen, die zur Entstehung von Osteophyten / Syndesmophyten beitragen, sind noch nicht im Detail bekannt. Möglicherweise könnten jedoch Adipokine, die unter anderem zur Pathogenese der rheumatoiden Arthritis (RA) beitragen, auch bei der Knochenneubildung der hier untersuchten Erkrankungen eine Rolle spielen. Deshalb wurde im Rahmen dieser Doktorarbeit der Einfluss von Adipokinen (Adiponektin, Resistin, Visfatin) auf die Knochenneubildung, insbesondere bei der OA, der PsA und der AS untersucht.Ein besonderer Schwerpunkt wurde dabei auf die Untersuchung der Expression der Adipokine in Osteophyten aus dem Kniegelenk von OA-Patienten gelegt. Dafür wurde zuerst eine Klassifizierung von verschiedenen Osteophytentypen vorgenommen. Es wurden vier verschiedene Osteophyten-Typen differenziert, die sich anhand ihres Verknöcherungsgrades und des Anteils an lockerem Bindegewebe unterscheiden. Anschließend wurde die Expression der Adipokine in OA-Osteophyten mittels Immunhistochemie untersucht. Es zeigte sich, dass Adiponektin vor allem im lockeren Bindegewebe nachgewiesen werden konnte, teilweise auch in Osteoblasten (OB). Resistin und Visfatin konnten verstärkt in OB und Osteoklasten (OK) nachgewiesen werden, wobei Visfatin auch in Chondrozyten (CH) im Knorpel detektiert werden konnte. Somit könnten Adiponektin und Visfatin eine Rolle bei der frühen Phase der Entstehung von Osteophyten spielen, während Resistin und Visfatin auch beim Umbau und insbesondere der Knochenbildung involviert sein könnten.Um mögliche Effekte der Adipokine auf die knorpel- und knochenaufbauenden Zellen zu untersuchen, wurden in vitro-Analysen mit primären humanen OA-OB und OA-CH durchgeführt. Dabei zeigte sich ein pro-inflammatorischer Effekt von Adiponektin auf OB und von Visfatin auf CH. Zudem erhöhte Visfatin die Expression Matrix-abbauender Moleküle. Somit scheinen die Adipokine bei der OA nicht direkt die Osteophytenbildung zu beeinflussen, sondern eher die Entzündung sowie den Knorpelabbau zu fördern.Da Entzündungen den Wnt-Signalweg beeinflussen können bzw. davon beeinflusst werden, wurde untersucht, ob die Adipokine darauf Einfluss nehmen. Allerdings konnte weder eine direkte noch indirekte Einflussnahme auf den Wnt-Signalweg durch Adipokine festgestelltwerden. Auch die Modulation des Wnt-Signalwegs zeigte umgekehrt keine Veränderung in der Adipokinexpression. Somit findet eine direkte Beeinflussung der Osteophytenbildung bei der OA zumindest über den Wnt-Signalweg nicht statt. Allerdings konnte gezeigt werden, dass Adiponektin in OB über den bereits aus anderen Zelltypen bekannten p38-MAPK-Signalweg seine pro-entzündlichen Effekte vermittelt.Weiterhin wurde untersucht, ob die Adipokine bei entzündlich-rheumatischen Erkrankungen (PsA, AS) eine Rolle bei der Osteophyten- bzw. Syndesmophytenbildung spielen. Aus den hierfür durchgeführten Serumanalysen ergab sich folgendes Bild: Bei der PsA konnten keine Zusammenhänge der Adipokin-Spiegel mit der Osteophyten-Anzahl gefunden werden. Bei der AS zeigte sich jedoch ein geschlechtsabhängiger Einfluss von Adiponektin, was sich bei höheren Serum-Spiegeln als protektiv darstellte. Höhere Visfatin-Spiegel wirkten sich dagegen geschlechtsunabhängig negativ auf die Krankheitsprogression aus. Adipokine stehen somit bei der AS, aber nicht bei der PsA, im Zusammenhang mit der Knochenneubildung.Für mögliche therapeutische Interventionen rheumatischer Erkrankungen mittels Adipokin-Modulation lässt sich schlussfolgern, dass vor allem die Entzündung beeinflusst werden kann. Die Knochenneubildung wird mit Ausnahme der AS dagegen nicht wesentlich beeinflusst. Somit besteht wohl auch bei Erkrankungen ohne Osteophytenbildung, wie der RA, keine Gefahr, dass es durch eine Adipokin-basierte Therapie zu vermehrter Osteophytenbildung kommen könnte. Für die AS könnte sich zumindest eine Visfatin-reduzierende Therapie verringernd auf die Syndesmophytenbildung auswirken. Jedoch kann eine Adipokin-basierte Therapie die Osteophytenbildung bei der OA oder der PsA nicht beeinflussen. In various degenerative or chronic inflammatory rheumatic diseases such as osteoarthritis (OA), psoriatic arthritis (PsA) or ankylosing spondylitis (AS), bone neoformation, which is involved in the development of osteophytes and syndesmophytes at the joint margins takes place next to destructive processes. In bone neoformation, an increased osteoblast activity is suspected, potentially caused by induction of the Wnt signalling pathway. The mechanisms that contribute to the formation of osteophytes / syndesmophytes are not yet known in detail. However, adipokines, which contribute to the pathogenesis of other inflammatory rheumatic diseases such as rheumatoid arthritis (RA) could play a role in this bone neoformation. Therefore, in this dissertation, the influence of adipokines (adiponectin, resistin, visfatin) on bone neoformation was examined especially in OA, PsA and AS.Here, a distinct emphasis was set on the examination of the expression of adipokines in osteophytes of the knee of OA patients. To facilitate this evaluation, a novel classification of different osteophyte types was established. Four different types of osteophytes were distinguished, which differ by their grade of ossification and the proportion of adjacent connective tissue. Then, the expression of the adipokines in OA osteophytes was investigated by immunohistochemistry. Adiponectin could be detected mainly in the adjacent connective tissue but in part also in osteoblasts (OB). Resistin and visfatin could be detected mainly in OB and osteoclasts (OC), while visfatin could also be detected in chondrocytes (CH) in cartilage. Thus, adiponectin and visfatin may play a role in the early phase of osteophyte development, whereas resistin and visfatin might also be involved in bone remodelling and especially bone neoformation.To investigate potential effects of adipokines on the cells of cartilage and bone formation, in vitro analyses with primary human OA-OB and OA-CH were performed. A pro-inflammatory effect of adiponectin on OB and of visfatin on CH was detectable. In addition, visfatin increased the expression of matrix-degrading molecules. Thus, in OA the adipokines do not appear to directly affect the osteophyte formation but rather promote inflammation and cartilage degradation.Since inflammation can affect the Wnt signalling pathway or be influenced by it, it was investigated whether Wnt signalling is affected by adipokines. However, neither a direct nor an indirect influence of the adipokines on the Wnt signalling pathway could be observed.Conversely, the modulation of the Wnt signalling pathway showed no changes on the adipokine expression. Thus, the adipokines have no direct effect on osteophyte formation via the Wnt signalling pathway in OA. However, it could be shown that adiponectin in OB mediates its pro-inflammatory effects via the p38 MAPK pathway, which is already known from other cell types.It was further investigated whether the adipokines play a role in osteophyte or syndesmophyte development in inflammatory rheumatic diseases (PsA, AS). Serum analyses showed that there were no correlations of adipokine levels with the number of osteophytes in PsA patients. However, for AS patients adiponectin showed a gender-dependent protective influence against disease progression at higher serum levels. Higher visfatin levels had a negative influence on the disease progression regardless of gender. Thus, adipokines show a connection with bone neoformation in AS but not in PsA.Regarding potential therapeutic interventions using adipokine modulation in rheumatic diseases, it can therefore be concluded that mostly inflammation may be influenced. Bone neoformation is not significantly affected - with the exception of AS. Thus, probably also in diseases without osteophyte formation, for example RA, an adipokine-based therapy will not lead to increased osteophyte formation. For AS, a therapy reducing visfatin levels might reduce syndesmophyte development. However, an adipokine-based therapy does not affect the osteophytes formation in OA or PsA.