Einfluss des Connective Tissue Growth Factor (CCN2) auf das posttraumatische Überleben humaner Chondrozyten im Kompressionstrauma-Modell

Abstract

Arthrose (OA) ist eine bis heute nicht vollständig verstandene degenerative Gelenkerkrankung, die das gesamte Gelenk, also den Gelenkknorpel und die umgebenden Strukturen und Gewebe betrifft und für die aufgrund des fehlenden Verständnisses nur unzureichende therapeutische Optionen zur Verfügung stehen. Insbesondere biologische Therapien zur Prävention sowie zur kausalen Therapie stehen momentan noch nicht zur Verfügung. Nach (Kompressions-)Trauma kommt es im Knorpelgewebe zu einem signifikanten Zelltod durch Apoptose und Nekrose, wobei direkt nach dem Trauma Nekrose dominiert und im Verlauf die Apoptose überwiegt. Außerdem kommt es zum Verlust an Matrixbestandteilen, insbesondere sulfatierten Glykosaminoglykanen, Aggrecan sowie Kollagen Typ II. Dieser Verlust der Makromoleküle geht mit der Apoptose einher. Zelltod scheint ein relevanter Faktor der OA- Entstehung sowie der OA-Progression zu sein. FGF-2 (auch basic FGF genannt) wird endogen im Knorpelgewebe hergestellt und bindet an Perlecan, ein PG und Bestandteil der ECM, das das gebundene FGF-2 bei Belastung freisetzt. Neben der Regulation der Apoptose durch FGF-2 kommt es durch die Bindung und Aktivierung von FGF-2 an den FGFR1 über den Ras- und den PKCδ-Signalweg zu katabolen Prozessen im humanen Gelenkknorpel, wie vermehrte Produktion Matrix-abbauender Enzyme, Hemmung der Ansammlung von Matrixproteinen sowie der Proteoglykansynthese sowie Clusterbildung der Chondrozyten. CCN2 ist über die Bindung des CT-Module von CCN2 an FGF-2 in der Lage, die Aktivierung von FGFR-1 zu hemmen, was zu einer verminderten Phosphorylierung und Aktivierung des Ras-Raf-MAPK-Signalweg mit den MAPK ERK, JNK und p38 führt und in der Folge zu einer verminderten Phosphorylierung und Aktivierung von MMP-13. Zusätzlich wird die Proliferation der Chondrozyten durch Hemmung des FGFR-1 gehemmt. Folglich scheint das CT-module ein Regulator der FGF-2- und damit der Knorpelhomöostase zu sein. Demzufolge sollte es durch die Hemmung der Aktivierung des FGFR-1 über die Hemmung der MAP-Kinasen sowie des PKCδ-Signalweges zu einer Reduktion der Apoptose, verminderten Clusterbildung der Chondrozyten sowie über die Hemmung von MMP-13, ADAMTS-5 und vermehrten Expression von Aggrecan zu einer verminderten Degradierung des Knorpelgewebes kommen. In der vorliegenden Arbeit konnte ein statistisch signifikanter Zusammenhang zwischen der posttraumatischen Inkubation mit CCN2 und der Reduktion des Anteils toter Zellen nachgewiesen werden. Inkubiert man Knorpel-Discs der Superficial Zone (SZ) nach einem Kompressionstrauma mit CCN2, führt dies in den untersuchten Zeiträumen zu einer signifikanten Reduktion des Anteils toter Zellen. Die Ergebnisse legen einen direkten Zusammenhang zwischen dem Einfluss des CCN2 auf die oben beschriebenen Signalwege und der Reduktion des Anteils toter Zellen nahe. Weitere Untersuchungen bezüglich der Art des Zelltodes (Nekrose versus Apoptose) sowie RT-PCR- und Western-Blot- Untersuchungen sind notwendig, um den Einfluss auf die Signalwege durch CCN2 zu beweisen. Beim posttraumatischen Verlust an Matrixproteinen konnte nur eine Tendenz, aber kein signifikanter Zusammenhang nachgewiesen werden. Hier sind weitere Experimente, eventuell mit höherer Kompressionsbelastung, notwendig, um diesen Sachverhalt weiter zu untersuchen. Mit der vorliegenden Arbeit konnten wir einen Beitrag zum besseren Verständnis der Pathophysiologie der OA und der resultierenden Gewebezerstörung leisten und einen Grundstein für weiterführende Forschung und möglicher Therapieansätze legen. Wir konzentrierten uns in der vorliegenden Arbeit auf humanen Kniegelenksknorpel, genauer auf die weiche SZ möglichst gesunden Knorpels der distalen Femurkondylen nach Kniegelenks-Totalendoprothesen, da diese Schicht vulnerabel für Kompressionstrauma und früh im Krankheitsverlauf der OA betroffen ist.