Proučevanje tkivnih in serumskih kazalcev kostne resorpcije pri bolnikih z osteoporozo in osteoartrozo : doktorska disertacija

Bitenc Logar, Darja (author), Marc, Janja (mentor)

Osteoporoza in osteoartroza sta pogosti, s starostjo povezani, kronični obolenji okostja in sklepov. Osteoporoza je sistemska bolezen okostja, za katero je značilna znižana kostna masa in mikroarhitekturne spremembe kostnega tkiva, kar poveča krhkost kosti in občutljivost za zlome. Spremembe naj bi bile posledica neravnovesja v razgradnji in izgradnji kostnine. Osteoartroza (OA) je degenerativno obolenje sklepov, ki prizadene predvsem s težo najbolj obremenjene sklepe, kot so kolki, kolena in hrbtenica. Označujejo jo bolečina v sklepu, otrdelost in omejena gibljivost sklepa, v napredovalem stanju pa tudi krčenje sklepa, atrofija mišic in deformacija okončine. Čeprav je osteoartroza dolgo veljala za bolezen, ki prizadene predvsem sklepni hrustanec, so v razvoj obolenja vključene tudi spremembe v subhondralni in periartikularni kosti, vključno s sklerozo kostnine, ter nastankom cist in osteofitov. Nekatere študije nakazujejo, da so pri OA prisotne tudi spremembe v arhitekturi spongiozne kosti, oddaljene od sklepne površine, kot je na primer vrat stegnenice. Iskanje kazalcev kostne presnove, ki bi imeli napovedno vrednost za odkrivanje in spremljanje bolezenskih sprememb obolenj, ki prizadenejo kostno tkivo, kljub številnim raziskavam, še vedno predstavlja pomemben izziv za raziskovalce. Namen naše študije je bil preveriti ali se kostna tvorba, kostna resorpcija in regulacija kostne resorpcije razlikujejo pri osteoporozi in osteoartrozi. V ta namen smo v kostnih vzorcih proksimalnega dela stegnenice preiskovancev z osteoporoznim zlomom vratu stegnenice (N=24) in preiskovancev z osteoartrozo (N=54) določali izražanje genov, ki kodirajo osteokalcin (BGLAP), katepsin K (CTSK), matriksno metaloproteazo 9 (MMP9), od tartrata rezistentno kislo fosfatazo (TRAP), tkivna inhibitorja matriksnih metaloproteaz 1 in 2 (TIMP1 in TIMP2), ligand receptorja za aktivacijo jedrnega dejavnika kapa B (RANKL) in osteoprotegerin (OPG) ter razmerja med njimi. Poleg tega nas je zanimalo ali je izražanje preiskovanih genov povezano z nekaterimi uveljavljenimi in nekaterimi novejšimi kazalci presnove kosti v serumu, ter s kostno mineralno gostoto (BMD), ki se uporablja kot diagnostični parameter pri odkrivanju osteoporoze. V ta namen smo določali vrednosti serumskih kazalcev kostne presnove, kot so osteokalcin, prečno povezani C-terminalni telopeptidi kolagena I, katepsin K, RANKL in OPG v serumu. Količino mRNA v kostnem tkivu smo določali z reakcijo verižne polimerizacije v realnem času, serumske kazalce pa z ELISA metodo s komercialnimi kompleti za določanje le teh. Primerjava izražanja preiskovanih genov med skupinama preiskovancev z zlomom vratu stegnenice in osteoartrozo kolka, je pokazala, da so v skupini z zlomom bolj izraženi geni za TIMP1, RANKL, ter razmerje RANKL/OPG, v skupini z OA pa geni za osteokalcin, MMP9 in TIMP2, kar je bil pokazatelj višje izgradnje in razgradnje kostnine pri osteoartrozi, medtem ko je bil osteoklastogeni citokin RANKL bolj izražen pri osteoporozi. Izražanje genov za CTSK, TRAP in OPG se med skupinama sicer ni razlikovalo, vendar pa sta količini mRNA CTSK in OPG nakazovali višje izražanje v skupini z osteoartrozo. Korelacije med izražanji genov so pokazale, da je večina genov medsebojno pozitivno povezana tako v skupini z zlomom, kot v skupini z osteoartrozo. Značilno pa so se razlikovala razmerja med posameznimi geni. Razmerji MMP9/TIMP1 in MMP9/TIMP2 sta bili višji v skupini z OA, kar je kazalo na višjo razgradnjo z MMP9 pri osteoartrozi. Podobno so bile količine mRNA CTSK, MMP9, ACP5 in TIMP2 na enoto RANKL izrazito višje v skupini z OA, zato smo sklepali, da je regulacija izražanja efektorskih molekul spremenjena pri osteoporozi in osteoartrozi. V skupini z OA se je namreč na enoto RANKL prepisalo 7- krat več katepsina K, skoraj 14-krat več MMP9 in 3-krat več TRAP, kot v skupini z zlomom, kar lahko razlagamo z razlikami v aktivnostih različnih signalnih poti v osteoklastih, bodisi ločenimi ali povezanimi z RANKL/OPG/RANK sistemom v patoloških pogojih. Razmerja izražanja CTSK, MMP9 in ACP5 glede na izražanje gena za osteokalcin, pa so bila višja v skupini z zlomom, kar je kazalo na zvišano kostno resorpcijo glede na tvorbo pri osteoporozi. BMD merjeni na celotnem področju kolka (BMD-K) in na vratu stegnenice (BMD-FN) sta najvišjo povezanost poleg starosti, spola, indeksa telesne teže in diagnoze pokazali s količinami mRNA genov za osteokalcin, OPG in MMP9. Serumski kazalci kostne presnove niso bili povezani z izražanjem genov v kostnem tkivu. Prav tako ni bilo korelacije med uveljavljenima kazalcema osteokalcinom in CTx, ter novejšimi potencialnimi kazalci kostne presnove, katepsinom K, RANKL in OPG. So bile pa vrednosti serumskega katepsina K in OPG višje v skupini z zlomom, razen tega je OPG negativno koreliral z BMD merjeno na področju vratu stegnenice (BMD-FN), kar potrjuje njegovo potencialno vlogo kazalca procesov v kosteh. Naša študija je pokazala, da sta bili tako resorpcija, kot tvorba kostnine glede na izražanje preiskovanih genov višji v skupini preiskovancev z osteoartrozo, poleg tega je bila resorpcija glede na tvorbo nižja v skupini z OA. Razlike med skupinama so bile izrazite tudi v regulaciji razgradnih encimov z RANKL. Serumski kazalci niso pokazali povezanosti z izražanji genov v proksimalnem delu stegnenice. Vendar pa je bil OPG v serumu povezan tako z BMD kot z nagnjenostjo k zlomom, kar kaže na njegovo vlogo kazalca sprememb v kosteh.

• Language: Slovenian
• Keywords: osteoporoza, osteoartroza, katepsin K, RANKL, diagnostika
• Work type: Dissertation
• Typology: 2.08 - Doctoral Dissertation
• Organization: FFA - Faculty of Pharmacy
• Place of publishing: Ljubljana
• Publisher: [D. Bitenc Logar]
• Year: 2008
• Number of pages: 118 f.
• PID: 20.500.12556/RUL-127015
• UDC: 616-074
• COBISS.SI-ID: 2472561
• Publication date in RUL: 13.05.2021

Secondary language

• Language: English
• Title: Study of tissue and serum markers of bone resorption in patients with osteoporosis and osteoarthrosis

Abstract

Osteoporosis and osteoarthrosis are two common age-related, chronic disorders of the skeleton and articular joints. Osteoporosis is characterized by low bone mass, micro architectural deterioration of bone tissue, and an increased risk of bone fracture. Bone loss and changes are caused by imbalance between bone resorption and bone formation. Osteoarthritis (OA), on the other hand, is generally characterized by progressive degeneration of articular joint cartilage that affects mainly joints most exposed to loading, as are hips, knees and spine. It is characterised by joint pain and dysfunction, and in its advanced stages, joint contractures, muscle atrophy and limb deformity. Although asteoarthrosis has long been considered to be primarily a cartilage disorder, it is accompanied by a number of changes in the subchondral and periarticular bone, including bone sclerosis and cyst and osteophyte formation. Some studies, however, indicated that there are also changes in cancellous bone architecture at sites distal to the joint articular surface, such as the femoral neck. Finding markers of bone resorption, that could be predictive for bone pathologies and also be used to monitor the treatment of bone disorders, is still a challenge for researchers. Purpose of our work was to examine if bone formation, bone resorption and regulation of bone resorption differ in osteoporosis and steoarthrosis. To answer the purpose we determined the expression of genes coding for cathepsin K (CTSK), matrix metalloprotease 9 (MMP9), tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP), tissue inhibitor of matrix metalloprotease 1 and 2 (TIMP1 and TIMP2), receptor activator of nuclear factor _B ligand (RANKL), osteoprotegerin (OPG) and osteocalcin (BGLAP) and their relations in proximal femur of patients with femoral neck fracture (N=24) and osteoarthrosis of the hip (N=54). Moreover we compared gene expression to some new (s-cathepsin K, s-RANKL, s-OPG) and some established (sosteocalcin, s-CTx) serum markers of bone turnover, and to bone mineral density (BMD), that is broadly accepted diagnostic parameter of osteoporosis. mRNA relative quantity was determined by real-time PCR and serum markers by commercial kits. Comparison of gene expressions showed, that the group with femoral neck fracture has significantly higher levels of mRNA for TIMP1, RANKL and ratio RANKL/OPG, and the group with OA has higher levels of mRNA for MMP9, TIMP2 and osteocalcin, while expression of CTSK and OPG showed tendency toward higher expression in osteoarthritis.These results show that bone formation and bone resorption were higher in osteoarthrosis,while osteoclastogenic cytokine RANKL was more expressed in osteoporosis.