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Fragestellung: Erste Untersuchungen des Growth/Differentiationfactor-15 (GDF-15) in der Synovialflüssigkeit von Psoriasis-Arthritis-Patienten deuten auf eine lokale Produktion des Zytokines hin. Beschrieben ist GDF-15 bisher als Seneszenz- assoziierter (SA) aber auch antiinflammatorischer Faktor. Um die potenzielle Rolle des GDF-15 im Kontext der posttraumatischen Arthrose (PTA) zu klären, wurde die synoviale (sy) GDF-15-Konzentration bei Patienten mit PTA und idiopathischer Arthrose (IA) zum Zeitpunkt einer Knie-TEP-Implantation verglichen und mögliche Induktoren der GDF-15 Expression in vitro untersucht.

Methodik: Die individuelle sy GDF-15 Konzentration (IA: n=46, PTA: n=11) wurde via ELISA mit/ ohne Hyaluronidase-Vorbehandlung quantifiziert. Humane Knorpelstanzen (OARSI Grade ≤ 1) wurden mittels „Drop-Tower“ traumatisiert (0,59 J) und die GDF-15 Genexpression 24h, 7d und 14d nach Trauma, sowie im nicht-traumatisierten (K) und stark degenerierten Gewebe (OARSI Grade ≥ 3) überprüft. Isolierte Chondrozyten wurden für 24h mit GDF-15 (100 ng/mL - 1000 ng/mL) inkubiert (je n ≥ 6). Zudem wurde eine stressinduzierte prämature Seneszenz (SIPS) durch Doxorubicin-Gabe (Doxo; 0,1 µM und 1 µM) über 5d induziert (n=6) und die SA Marker (CDNK1A/ CDNK2A) via qRT-PCRund ß-Galactosidase Färbung verifiziert. Die GDF-15 Expression wurde mittels qRT-PCR/ ELISA und pro-regenerative Prozesse durch qRT-PCR (COL2A1) bzw. einen Scratch-Assay ermittelt. Die statistische Auswertung erfolgte über one-Way ANOVA und unpaired t-Tests.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Konzentration des sy GDF-15 war bei Patienten mit PTA signifikant erhöht (PTA: 443 pg/mL; IA: 309 ng/ mL; p=0,006). Die Hyaluronidase-Vorbehandlung führte zur gesteigerten Detektion des GDF-15 (≥ 41%) und deutlicheren Signifikanz im Gruppenvergleich (PTOA: 626 pg/mL; IA: 453 ng/mL; p=0,002). Im Knorpelgewebe wurde ein signifikanter Anstieg der GDF15 Expression 14d nach Trauma ([vs K] 3,3-fach; p=0,0003), allerdings keine generelle Erhöhung im stark degenerierten Gewebe festgestellt. Interessanterweise wurde die GDF15-Expression durch Zugabe des Antioxidans N-Acetylcystein (2mM) nach Knorpeltrauma stark reduziert. Die Doxo-vermittelte Chondroseneszenz wurde anhand der SA Marker bestätigt und führte zur erhöhten Sekretion des GDF-15 (17,5-fach; p=0,0032). Ein Anstieg der SA Marker durch Stimulation mit GDF-15 konnte jedoch nicht beobachtet werden. Stattdessen zeigte sich ein positiver Trend der COL2A1 Expression für 100 ng/mL GDF-15 (2,2-fach; p=0,3), sowie eine verstärkte Chondrozyten-Migration im Scratch Assay.

Unsere Daten deuten auf einen Zusammenhang zwischen erhöhter GDF-15 Freisetzung und zurückliegenden Gelenkverletzungen hin. Zudem konnten erstmals eine Sekretion durch humane Chondrozyten gezeigt und trauma-assoziierte Mechanismen, wie oxidativer Stress und SISP, als mögliche Induktoren identifiziert werden. Ob GDF-15 als protektiver Faktor oder Treiber der PTOA Pathogenese agiert, wird derzeit weiter untersucht.