Charakterisierung von Fibroblasten-vermittelten Veränderungen bei der Gefäßneubildung im SCID-Maus-Modell der rheumatoiden Arthritis

Abstract

Die veränderte Gefäßneubildung stellt ein wichtiges pathologisches Merkmal der Pathogenese der chronisch entzündlichen Autoimmunerkrankung rheumatoide Arthritis (RA) dar. Charakteristisch für die RA ist eine verstärkte Gefäßneubildung mit diffuser, teils Helix-ähnlicher Struktur im aktivierten und entzündeten Synovium von RA-Patienten. Schlüsselspieler bei der RA-Progression sind RA synoviale Fibroblasten (RASF), die über Matrixdegradation Knorpel und Knochen zerstören und dabei Matrixfragmente, beispielsweise das anti-angiogene Canstatin, freisetzen. RASF induzieren im SCID-Maus-Modell der RA spezifisch Helix-ähnliche Gefäße, was auf spezifische RASF/Endothelzell (EZ)-Interaktionen schließen lässt. Bislang ist jedoch wenig über die Kinetik der RASF-induzierten Helix-ähnlichen Gefäße sowie über spezifische Gefäßregulatoren und molekulare Mechanismen bekannt, die bei der Entstehung von RASF-vermittelten Helix-ähnlichen Gefäßen eine Rolle spielen. In der vorliegenden Dissertation konnte erstmals gezeigt werden, dass die Entstehung der RASF-induzierten Helix-ähnlichen Gefäße im SCID-Maus-Modell der RA über 45 Tage in 3 Phasen abläuft. In diesem Zusammenhang war der Gefäßregulator Angiopoietin-2 (ANGPT2) an Tag 3 und 6 unterschiedlich in ipsilateralen und kontralateralen Implantaten induziert. Im RA-Synovium war ANGPT2 im Vergleich zum OA-Synovium signifikant stärker exprimiert. Funktionelle in vitro-Analysen zu den RASF/EZ-Interaktionen im 2D Tube-Formation-Experiment sowie im 3D Sphäroid-basierten Sprout-Experiment demonstrierten erstmals, dass die RASF bereits nach 4 h signifikant die Gefäßneubildung veränderten, indem die RASF die EZ möglicherweise auch ohne direkten Zellkontakt beeinflussten. Mit den kurzfristigen in vitro-Experimenten zur Gefäßneubildung konnte jedoch kein Unterschied in der Expression der Gefäßregulatoren ANGPT2, VEGF, EFNB2 und eNOS unter Einfluss der RASF identifiziert werden. Zur Analyse des Einflusses wiederkehrender Erkrankungsschübe auf die RASF in Bezug auf die veränderte Gefäßneubildung wurde in der vorliegenden Dissertation ein repetitives Stimulierungsschema der RASF etabliert. Repetitiv IL-1β-aktivierte RASF zeigten nach dreimaliger Stimulierung eine signifikant schwächere IL-6-Induktion im Vergleich zur einmaligen Stimulierung, was als Gewöhnung an IL-1β definiert wurde. Mittels RNA-Sequenzierungsanalysen konnten IL-11 und CXCL2 als potenzielle Kandidaten für eine mögliche RASF-vermittelte veränderte Gefäßneubildung identifiziert werden, die VEGF-unabhängig erfolgen könnte. Die Analyse der anti-angiogenen Matrixfragmente Canstatin, Endostatin, Arresten und Tumstatin in Bezug auf die RASF/EZ-Interaktionen ergab, dass ausschließlich Canstatin die Gefäßneubildung in vitro signifikant beeinflusste. Canstatin konnte die RASF-induzierten Veränderungen am Zellnetzwerk sowie in den Sphäroiden nicht aufheben. Allerdings bewirkte Canstatin im SCID-Maus-Modell eine signifikante Reduktion der Helix-ähnlichen Gefäße in den ipsilateralen Implantaten, ohne die Gefäßneubildung zu inhibieren. Zusammenfassend liefert die vorliegende Dissertation neue Erkenntnisse zu den spezifischen RASF/EZ-Interaktionen auf funktioneller und molekularer Ebene in Bezug auf die pathologisch veränderte Gefäßneubildung in der RA. Diese Arbeit beweist, dass die im SCID-Maus-Modell der RA identifizierten Helix-ähnliche Gefäße nicht nur strukturell, sondern auch auf Grund der Ergebnisse zur ANGPT2-Expression vergleichbar sind mit Kollateralgefäßen. Des Weiteren konnte mit Canstatin ein potenzielles therapeutisches Molekül identifiziert werden, das in vivo die RASF-induzierten Helix-ähnlichen Gefäße aufhebt.