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N-Acetylcystein supprimiert die Trauma-induzierte Genexpression, Sekretion und Aktivität Matrix-degradativer Enzyme
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Veröffentlicht: | 10. Oktober 2016 |
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Fragestellung: Verletzungen des Kniegelenkes können zu Traumatisierung des intraartikulären Knorpels und Überexpression kataboler Enzyme, insbesondere Matrix-Metalloproteasen (MMPs) und Aggrekanasen (ADAMTS), führen. Durch deren verstärkte Biosynthese, Sekretion und Aktivität, kommt es zur Degradation der extrazellulären Matrix (ECM), einem wichtigen Aspekt in der Pathogenese der Posttraumatischen Arthrose. In diesem Kontext wurden mögliche therapeutische Effekte des Antioxidans N-Acetylcystein (NAC) in einem humanen in vitro Trauma-Model getestet.
Methodik: Humanes Knorpelgewebe wurde mit Einwilligung der Spender (n=26) im Rahmen von totalen Knie-Endoprothese-Implantationen gewonnen. Gewebestanzen aus makroskopisch intaktem Knorpel der Femurkondylen wurden mittels "Drop-Tower" stumpf traumatisiert (Energie: 0,6 J) und mit 2 bzw. 3,5 mM NAC kultiviert. 24h bzw. 7 Tage (d) post trauma (p.t.), wurde die Genexpression von MMP-1, -2, -3 und -13, sowie ADAMTS-4 und -5 analysiert. Des Weiteren wurde die Sekretion von MMP-13 (ELISA) sowie die Sekretion und proteolytische Aktivität von MMP-2 (Gelatine-Zymographie) an d7 und d14 quantifiziert. Die statistische Auswertung erfolgte mittels Kruskal-Wallis (post-hoc Testverfahren nach Dunn's) bzw. One-way ANOVA (post-hoc Testverfahren nach Bonferroni). Abkürzungen: K= Kontrolle; N= NAC-behandelt.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Während sich 24h p.t. noch keine Trauma-induzierten Effekte zeigten, war die Genexpression kataboler Enzyme 7d p.t. signifikant erhöht ([K vs. T]: MMP1 (13-fach), MMP2 (4-fach), MMP3 (2,3-fach), MMP13 (12-fach), ADAMTS-4 (7,4-fach) und -5 (2,8-fach)). Analog dazu war die MMP-13 Konzentration in den entsprechenden Überständen signifikant erhöht. NAC-Behandlung (T+N (3,5 mM)) supprimierte die Trauma-induzierten Effekte bei folgenden Genen signifikant: MMP1, MMP2, MMP3, MMP13 und ADAMTS-4, wobei die MMP2- und MMP13-Genexpression bereits durch die geringere Dosis von 2 mM signifikant reduziert wurde. Diese Resultate spiegelten sich auf Proteinebene in der signifikant niedrigeren MMP-13-Konzentration der entsprechenden Gewebeüberstände wider ([T vs. T+N] (2 mM): p ≤ 0,01; (3,5 mM): p ≤ 0,05) und war auch nach Behandlungsabbruch (Abbr.) noch signifikant nachweisbar ([T vs. T+N] (14d behandelt): p≤ 0,01; T+N (Abbr. 7d): p≤ 0,05). Die Befunde der Gelatine-Zymographie zeigten, dass auch nachträgliche Zugabe von NAC (2 mM) zu den asservierten Gewebeüberständen die Enzymaktivierung bzw. -aktivität von pro-MMP-2 (- 60%) bzw. aktivem MMP-2 (- 54%) signifikant inhibierte. Zusammenfassend beschreiben die vorliegenden Daten das Antioxidans NAC als effektiven Suppressor bzw. Inhibitor der Knorpeltrauma-induzierten Genexpression, Sekretion und Aktivierung/Aktivität Matrix-degradativer Enzyme.