Adipozytokine als Bindeglied zwischen Metabolismus und arthritischen Veränderungen

Abstract

Weltweit betrifft Adipositas und ihre Komorbiditäten immer mehr Menschen und gewinnt somit an klinischer, gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Bedeutung. Adipozytokine sind bioaktive Faktoren, welche vor allem vom Fettgewebe produziert werden und die Energiehomöostase des Körpers regulieren. Da diese Adipozytokine durch Adipositas bzw. metabolische Veränderungen reguliert werden, können sie den Metabolismus mit dem Immunsystem verbinden, indem sie dieses modulieren. Nicht nur Adipositas, sondern auch Gelenkerkrankungen wie die degenerative Arthrose und die autoimmune Rheumatoide Arthritis sind weltweit verbreitet und so häuft sich die Zahl der Patienten, welche sowohl von Adipositas als auch von Gelenkerkrankungen betroffen sind. Um die Einflüsse von Übergewicht auf Arthritis und Arthrose genauer darzustellen wurden in dieser Dissertationsarbeit mehrere Mausmodelle kombiniert. Ein diätinduziertes Übergewicht wurde entweder mit einem Arthritismodell (Kollagen-induzierte Arthritis) oder einem Arthrosemodell (Destabilisierung der medialen Menisken) kombiniert. Durch Nekropsien zu verschiedenen Zeitpunkten nach Arthritis- bzw. Arthroseinduktion sollte dargestellt werden, wie verschiedene Adipokine im Verlauf der Erkrankung exprimiert werden. Des Weiteren sollte zwischen systemischen Adipokinwerten im Serum und lokalen Adipokinverteilungen im Gelenk unterschieden werden.Das Arthrosemodell wurde in C57Bl/6 Mäusen durchgeführt, wobei den Tieren nach dreimonatiger Fütterung mit einer Standarddiät oder einer stark fetthaltigen Diät operativ die medialen Menisken durchtrennt wurden. 4, 6 und 8 Wochen nach Arthroseinduktion wurden dann die Gewebe entnommen und die Seren analysiert.Das Arthritismodell sollte zunächst zur optimalen Vergleichbarkeit im gleichen Mausstamm durchgeführt werden, hier konnte jedoch keine zufriedenstellende Inzidenz erreicht werden, sodass das Arthritismodell erfolgreich im DBA/1Rj Mausstamm durchgeführt wurde. Die Tiere wurden vor Beginn der Kollagen-induzierten Arthritis für 6 Wochen mit den gleichen Diäten gefüttert wie bereits die C57Bl/6 Mäuse und dann 4, 5,5 und 7 Wochen nach der ersten Immunisierung analysiert.Sowohl die metabolischen- als auch die Arthrose- und Arthritismodelle wurden erfolgreich durchgeführt. Die Gelenke der erkrankten Tiere wurden histologisch mittels eines etablierten Scores bemessen, um den Krankheitsverlauf darzustellen und mit metabolischen Parametern vergleichen zu können. Außerdem wurde der Metabolismus durch einen Score zur Darstellung der Leberverfettung charakterisiert und das Fettgewebe wurde auf Anzeichen einer Entzündung untersucht. Auch die Adipokine konnten im Serum gemessen und lokal histologisch dargestellt werden. Hierbei zeigte sich, dass Leptin stark durch die fetthaltige Diät erhöht, durch Arthroseinduktion jedoch nur leicht, und durch Arthritisinduktion sehr stark reduziert wird. Interessanterweise wurden Visfatin und Adiponektin systemisch deutlich weniger stark durch die Gelenkerkrankungen beeinflusst. Im Gelenk zeigte sich, dass in den geschädigten Bereichen deutlich mehr Adiponektin- und Leptin-produzierende Zellen vorhanden waren als in den entsprechenden gesunden Arealen. Die lokalen Adipokine waren unabhängig von den diätinduzierten systemisch-metabolischen Veränderungen.Diese Arbeit konnte außerdem zeigen, dass der Schweregrad der Arthrose vor allem mit dem Körpergewicht korreliert und weniger mit metabolischen Veränderungen, was auf einen ausgeprägten biomechanischen Einfluss hinweist. Obesity and its comorbidities are of increasing clinical, societal and economical importance due to worldwide increase of affected people. Adipocytokines are bioactive factors, produced mainly by adipose tissue, regulating energy homeostasis of the body. Since adipocytokines themself are regulated by obesity or metabolic changes, they are able to connect metabolism to the immune system by modulating immunologic processes. Not only obesity, but also joint diseases such as degenerative osteoarthritis (OA) or the autoimmune driven rheumatoid arthritis (RA) are very common, leading to high numbers of patients affected by both, joint disease and obesity. To characterize the influence of obesity on OA and RA, this doctoral thesis describes the evaluation of a combination of different mouse models. A diet-induced obesity was either combined with collagen-induced arthritis (CIA) or surgically-induced OA (by destabilization of the medial menisci). The mice were sacrificed at different time points after induction of OA or RA to show the influence of adipokines at different stages of the joint diseases. Furthermore, distinct analysis of systemic adipokines in the mouse sera were compared to immunohistological analysis of tissue adipokine expression in the joint.The OA model was performed in C57Bl/6 mice, which were fed with standard(ND)- or high-fat diet (HFD) for three months prior to OA induction. Necropsies were done 4, 6 and 8 weeks after surgery for collection and analysis of tissues and sera.For optimal comparability, CIA should be performed in the same mouse strains, but since the incidence was too low, CIA model was successfully repeated in DBA/1Rj mice. These mice received the same ND or HFD for six weeks prior immunization and were sacrificed 4, 5.5 and 7 weeks after RA induction.Diet induced obesity as well as the OA- and RA-models were successful and destruction of the joints could be quantified by histological scores for comparison with metabolic parameters. Metabolic changes were characterized by scoring lipid vacuoles in liver cells or histological changes in the adipose tissue. Adipokines were analyzed in the sera and local distribution in the joints were visualized by immunohistochemical staining. The serologic analysis showed that leptin was significantly induced by HFD, which was then reduced by DMM and strongly reduced by CIA. Of note, visfatin and adiponectin were only slightly influenced by the different models on a systemic level, whereas locally adiponectin and leptin were expressed by cells predominantly in areas with defects rather than in respective areas of healthy joints. These local observations were independent from metabolic changes due to the different diets.This project also showed a better correlation between OA progression and bodyweight than with other metabolic parameters or adipokines, suggesting a strong biophysical influence of obesity.