Contact

Daria Pašalić
Editor-in-Chief
Department of Medical Chemistry, Biochemistry and Clinical Chemistry
Zagreb University School of Medicine
Šalata ul 2.
10 000 Zagreb, Croatia
Phone +385 (1) 4590 205; +385 (1) 4566 940
E-mail: dariapasalic [at] gmail [dot] com

Useful links

Izvorni znanstveni članak

 

Kinga Lis, Grazyna Sypniewska, Wieslaw Nowacki. IGF-1, citokini i biokemijski biljezi koštane pregradnje u sinovijalnoj tekućini i serumu bolesnika s primarnim i sekundarnim osteoartritisom kuka. Biochemia Medica 2006;16(2):127-36.
 
Department of Laboratory Medicine, Department of Orthopedics and Traumatology Collegium Medicum, Nicolaus Copernicus University, Bydgoszcz, Poland
Corresponding author: odes [at] cm [dot] umk [dot] pl
 
Sažetak
 
Cilj: Usporediti koncentracije IGF-1, biljega koštane pregradnje (BSAP, CTX) i citokina u bolesnika s uznapredovalim osteoartritisom kuka te procijeniti povezanosti između tih parametara i etiopatogeneze bolesti.
Materijali i metode: Uzorci zglobne tekućine i seruma prikupljeni su od 17 bolesnika s primarnim osteoartritisom kuka (POA) i 6 bolesnika s avaskularnom osteonekrozom kuka (SOA) podvrgnutih operacijskom zahvatu na kuku. Koncentracije IGF-1, IL-6, IL-8, IL-10, CTX te aktivnosti BSAP mjerene su metodom ELISA.
Rezultati: IGF-1 u serumu bolesnika s osteoartritisom bio je unutar donjeg raspona referentnih vrijednosti, no u bolesnika s osteonekrozom bio je ispod tog raspona. Međutim, koncentracija CTX u serumu bila je značajno viša u bolesnika sa SOA (0,58±0,19) nego u POA (0,39±0,15; P=0,02). IGF-1 u sinovijalnoj tekućini bolesnika sa SOA bio je niži (P=0,008), a CTX viši nego u slučajeva POA (P<0,001). U bolesnika s primarnim osteoartritisom koncentracije IGF-1, CTX, IL-6 i IL-8 u sinovijalnoj tekućini korelirale su s koncentracijama u serumu. U slučajevima osteonekroze utvrđene su slične i naglašene korelacije samo između CTX i IL-8. IGF-1 je u sinovijalnoj tekućini korelirao s aktivnošću BSAP u bolesnika s POA. Pozitivna korelacija je zapažena između CTX i IL-8 u sinovijalnoj tekućini i serumu. U bolesnika s osteonekrozom IGF-1 je u serumu izravno korelirao s IL-10, dok je negativna povezanost nađena između CTX i IL-10.
Zaključci: Koncentracija IGF-1 može biti čimbenikom rizika za predispoziciju za osteoartritis kao i povezana s etiopatogenezom te bolesti. Vrlo niska koncentracija IGF-1 u serumu (PPV>70%) ili sinovijalnoj tekućini može ukazati na nekrozno podrijetlo degenerativne bolesti zglobova. Ovdje izneseni podatci pokazuju da je avaskularna osteonekroza obilježena više kataboličkim stanjem koje se odražava niskim IGF-1 s istodobnim porastom koštane razgradnje i proupalnih pokazatelja.
Ključne riječi: IGF-1, osteoartritis, osteonekroza, koštani metabolizam, interleukini
 
Pristiglo: 26. rujna 2006.                                                                                                           Prihvaćeno: 25. listopada 2006.
 
Uvod
 
Osteoartritis, ili drugim nazivom degenerativna bolest zglobova, jest najčešća od svih zglobnih oboljenja (1). Primarni ili sekundarni osteoartritis predstavlja veliki problem u starijih osoba, uz prevalenciju koja je veća u žena nego muškaraca. Etiopatogeneza primarnog osteoartritisa nije jasna. Slabljenje metaboličke ravnoteže između sinteze i razgradnje hrskavice i subhondralne kosti dovodi do prevladavanja kataboličkih nad anaboličkim procesima koje uzrokuje progresivno razaranje zglobnog tkiva (2). Proces obnavljanja je oslabljen ili može dovesti do prebrzog rasta zglobnih struktura (3,4). Tijekom osteoartritisa subhondralna kost i hrskavica mogu imati različitu histološku strukturu i biomehanička svojstva (5). Nedavno je predloženo da bi neujednačena mineralizacija koja se zbiva u subhondralnoj kostite pojačana koštana pregradnja mogle dovesti do degeneracije i gubitka hrskavice (6). Subhondralna osteonekroza može također prouzročiti promjene u strukturi hrskavice (7,8). Patogeneza osteoartritisa podrazumijeva izmijenjeno međudjelovanje različitih vrsta hondrocita i sastojaka izvanstanične matrice kao što su čimbenici rasta, interleukini i specifični enzimi (9). Neki čimbenici rasta, poput inzulinu sličnog čimbenika rasta 1 (IGF-1) i transformirajućeg čimbenika rasta b (TGF-b), imaju ključnu anaboličnu ulogu u metabolizmu hrskavice i kosti. IGF-1 potiče sintezu proteoglikana i kolagena no u osteoartritisu bi njegovo djelovanje na stanice hrskavice i kosti moglo biti preinačeno (6,10,11). Narušena ravnoteža između IGF-1 i specifičnih veznih proteina (IGFBP) te inhibicijski učinak citokina i mehaničkih čimbenika sudjeluju u razvoju osteoartritisa (12). Osim toga, hondrociti u osteoartritisu su manje osjetljivi na IGF-1 koji nastaju smanjenim izražajem površinskih receptora IGF-1 ili pojačanom aktivnošću citokina (13,14,15). Doprinos svakog mehanizma tijekom osteoartritisa ovisi o fazi bolesti jer je napredovanje bolesti praćeno promjenama hondrocita kojima se očituju različite metaboličke aktivnosti (9,16).
Cilj naše studije bio je usporediti koncentracije biokemijskih biljega, kao što su IGF-1, biljezi koštane pregradnje i citokini, u starijih bolesnika s uznapredovalim primarnim osteoartritisom kuka ili aseptičnom osteonekrozom kuka, te procijeniti povezanosti između tih analita u serumu i sinovijalnoj tekućini i etiopatogeneze bolesti.
 
Materijali i metode
 
Uzorci zglobne tekućine i krvi prikupljeni su od 23 bolesnika podvrgnutih operaciji kuka tijekom 2003.–2004. godine u Klinici za ortopediju i traumatologiju Sveučilišne bolnice u Bydgoszczu, Poljska. Operacije su obavljene na 17 kukova (13 žena i 4 muškarca, dob 68±9 godina) zbog primarnog osteoartritisa (skupina POA), te 6 kukova (5 žena i 1 muškarac, dob 68±15 godina) zbog osteonekroze (skupina SOA); svi su bolesnici bili razvrstani na temelju kliničkih osobina i radiografskih promjena. Krv je prikupljena tijekom tjedna prije operacijskog zahvata, a uzorci seruma čuvani zamrznuti na –70 oC do uporabe. Uzorci sinovijalne tekućine prikupljeni su štrcaljkom prije incizije čahure, centrifugirani i obrađeni hijaluronidazom kao što smo ranije opisali, te pohranjeni na –70 oC do 1 mjesec prije analiza (17).
Informirani pristanak dali su svi sudionici, a istraživačke je postupke odobrio lokalni Bioetički odbor.
U svim su uzorcima analizirani IGF-1, CTX (engl. β-crosslaps), BSAP (koštana alkalna fosfataza) i citokini: IL-6, IL-8 i IL-10 uz uporabu komercijalno dostupnih kompleta ELISA. CTX je kao biljeg koštane razgradnje analiziran korištenjem Serum CrossLaps (Osteometer BioTech, Danska), aktivnost BSAP kao biljega koštane izgradnje korištenjem ALKPHASE-B (Metra Biosystems, SAD), IGF-1 pomoću Octeia IGF-1 (IDS, V. Britanija), te koncentracije IL-6, IL-8 i IL-10 korištenjem Bender Medsystems, Austrija.
Statistička analiza
Statistička analiza je provedena korištenjem Studentovog t-testa i Pearsonovog koeficijenta korelacije. Vrijednost p<0,05 smatrana je statistički značajnom.
Od mjera dijagnostičke točnosti, izračunate su i prikazane jedino pozitivne prediktivne vrijednosti (PPV).
 
Rezultati
 
Bolesnici s avaskularnomosteonekrozom kuka imali su vrlo nisku koncentraciju IGF-1 u serumu (Tablica 1). Srednja koncentracija serumskog IGF-1 u bolesnika s primarnim osteoartritisom kuka bila je unutar normalnog raspona za odrasle osobe. U bolesnika s osteonekrozom srednja koncentracija IGF-1 u serumu bila je niža od 82 mg/L. Pozitivna prediktivna vrijednost serumskog IGF-1 u slučajevima primarnog osteoartritisa kuka bila je 71%, dok je kod avaskularne osteonekroze kuka bila 83%. U našoj je studiji IGF-1 u serumu niži od 82 mg/L bio prihvaćen kao pravi pozitivan rezultat u bolesnika s primarnim i sekundarnim osteoartritisom kuka.
Prosječna koncentracija u serumu ili aktivnost svih mjerenih parametara osim CTX nije se značajno razlikovala između dvije skupine bolesnika.
Utvrdili smo više koncentracije serumskog CTX u slučajevima avaskularne osteonekroze kuka; jedino je u toj skupini srednja vrijednost CTX u serumu bila iznad gornje granice referentnog raspona za zdrave odrasle osobe. Aktivnost BSAP u serumu bila je unutar normalnog raspona u bolesnika iz obje skupine (Tablica 1).
 
Tablica 1. Srednje vrijednosti i referentne vrijednosti analita mjerenih u serumu
 
 
Koncentracije pojedinačnih citokina u serumu bile su slične u obje skupine. Srednja koncentracija IL-6 u serumu bila je niska samo u bolesnika s osteonekrozom, dok je razina IL-8 bila povišena u obje skupine. Prosječna koncentracija IL-10 u serumu bila je unutar referentnog raspona .
Srednja vrijednost IGF-1 u sinovijalnoj tekućini u slučajevima avaskularne osteonekroze kuka bila je značajno niža, a vrijednost CTX viša nego u bolesnika s primarnim osteoartritisom kuka (Tablica 2). Aktivnost BSAP bila je slična u obje skupine. Zabilježena je tendencija prema nižim vrijednostima citokina, osobito IL-6 i IL-10, u sinovijalnoj tekućini bolesnika s avaskularnom osteonekrozom kuka u usporedbi s bolesnicima s primarnim osteoartritisom kuka, no jače je proupalno stanje utvrđeno u osteonekrozi. Omjeri IL-6: IL-10 te IL-8 i IL-10 bili su do triput viši u bolesnika s osteonekrozom.
 
Tablica 2. Srednje vrijednosti parametara određivanih u sinovijalnoj tekućini.
 
 
Zanimljivo je da su koncentracije IGF-1 u sinovijalnoj tekućini (Slika 1) bile, osim u jednog bolesnika, niže u usporedbi s onima u serumu (Slika 2); ta je razlika, međutim, dosegla statističku značajnost samo u slučajevima SOA (Tablica 3).
 
             
A                                                                                                               B
Slika 1. Pojedinačne vrijednosti IGF-1 iCTX u sinovijalnoj tekućini
 
      
A                                                                                                            B
Slika 2. Pojedinačne vrijednosti IGF-1 i CTX u serumu
 
Tablica 3. Korelacije između biokemijskih biljega izmjerenih u serumu i sinovijalnoj tekućini.
 
Nasuprot tome, vrijednosti ostalih biljega mjerenih u zglobnoj tekućini bile su mnogo više nego u serumu u obje skupine. To je prije svega zapaženo kod usporedbe koncentracija citokina u sinovijalnoj tekućini i serumu. U većini slučajeva viši CTX u sinovijalnoj tekućini pratila je niža koncentracija IGF-1.
U bolesnika s primarnim osteoartritisom kuka koncentracije IGF-1, CTX, IL-6 i IL-8, izmjerene u sinovijalnoj tekućini, korelirale su s onima u serumu (Tablica 3). Slične i snažne povezanosti zabilježene su u skupini SOA, no samo za CTX i IL-8. Nije postojala korelacija između aktivnosti BSAP u serumu i sinovijalne tekućine.
Veze između različitih parametara analiziranih u ovoj studiji prikazane su u tablici 4. Dobra pozitivna korelacija u bolesnika s POA primijećena je prije svega između CTX i IL-8.
IGF-1 u serumu je u skupini SOA korelirao s IL-10, a nađena je i jaka negativna povezanost između CTX u serumu i IL-10 (Tablica 4).
 
Tablica 4. Korelacije između biokemijskih biljega u obje skupine bolesnika
 
 
Rasprava
 
Nedostatak IGF-1 smatra se ključnim čimbenikom degenerativnih promjena u hrskavici (18,19,20,21). Prethodne su studije pokazale da je lokalna (u sinovijalnoj tekućini) koncentracija IGF-1 niska (22,23,24,25). Hedstrom i sur. izvijestili su o sniženim koncentracijama IGF-1 u serumu bolesnika s prijelomom kuka u usporedbi s osteoartritisom kuka (26). Nedavno je pokazano da su koncentracije IGF-1 u sinovijalnoj tekućini i serumu u bolesnika s olabavljenom aseptičnom protezom niže nego u osteoartritisu (27). Mi smo ustanovili da je koncentracija IGF-1 niska i u serumu i u sinovijalnoj tekućini u starijih bolesnika podvrgnutih operaciji kuka zbog osteoartritisa kuka. Kod većine bolesnika iz obje skupine razina IGF-1 je bila ispod referentnog raspona (PPV 71% ili 83%). Slično tome, Pagura i sur. su zapazili nižu koncentraciju tog čimbenika rasta u serumu i sinovijalnoj tekućini žena predviđenih za artroplastiku koljena nego u kontrolnim ispitanicima (21). Suprotno tome, koncentracije ostalih analiziranih parametara bile su mnogo više lokalno nego u serumu. To zapažanje potvrđuje naše podatke koje smo objavili ranije (17,28,29).
U svojoj studiji Denko i sur. su utvrdili mnogo nižu koncentraciju IGF-1 u sinovijalnoj tekućini nego u serumu bolesnika s osteoartritisom i različitim oblicima reumatoidnog artritisa (25). Naša je pretpostavka da patogeneza osteoartritisa utječe na lokalnu koncentraciju razgradnje hrskavice i pokazatelje koštane pregradnje unutar zgloba. Za srednju koncentraciju u sinovijalnoj tekućini anaboličnog čimbenika kao što je IGF-1 utvrđeno je da je značajno niža u slučajevima avaskularne osteonekroze kuka.
Hilal i sur. su izvijestili o pojačanom odgovoru stanica sličnih osteoblastima nakon stimulacije s IGF-1 i drugim čimbenicima rasta, što rezultira pojačanim izražajem alkalne fosfataze (30). Unatoč tome što smo zapazili izravnu povezanost između IGF-1 i BSAP te niske koncentracije IGF-1, osobito u sinovijalnoj tekućini bolesnika s avaskularnom osteonekrozom kuka, ustanovljena je normalna aktivnost BSAP.
Prema Matsumotu i sur. IGF-1 u serumu je snižen u osteoartritisu s erozijama kosti (19). Utvrdili smo da su niske koncentracije IGF-1 popraćene višim vrijednostima CTX. Međutim, pojačana koštana razgradnja koja ukazuje i na povećanu razgradnju koštanog kolagena bila je potvrđena samo u bolesnika s avaskularnom osteonekrozom. Lajeunesse i sur. su naznačili da bi neravnoteža između koštane razgradnje i izgradnje tijekom koštane pregradnje mogla biti odgovorna za abnormalan metabolizam subhondralne kosti kod osteoartritisa (31). U našoj studiji koštana razgradnja, koju odražava CTX, zaista nije korelirala s koštanom izgradnjom mjerenom kao aktivnost BSAP, čak ni u bolesnika s avaskularnom osteonekrozom kuka.
Do sada je izviješteno da bi koncentracije proupalnih interleukina, osobito IL-8 u sinovijalnoj tekućini, mogle biti povišene u stanjima povezanima s gubitkom kosti kao što su osteoartritis i reumatoidni artritis (32). Unatoč sličnim vrijednostima IL-8 utvrđenima u obje skupine bolesnika, tri puta viši omjer IL-8 i protuupalnog IL-10 u bolesnika s osteonekrozom mogao bi ukazivati na proupalno stanje u potonjoj bolesničkoj skupini. Podatci koji su ovdje izneseni naznačuju mogućnost da bi avaskularna osteonekroza kuka mogla biti više obilježena kataboličnim stanjem koje se ogleda u niskim IGF-1 uz istodoban rast koštane razgradnje i pokazatelja upale.
Ova je studija podložna određenom broju ograničenja, kao što je mali broj slučajeva osteoartritisa kuka te osobito slučajeva avaskularne osteonekroze. Treba, međutim, uzeti u obzir da je dostupnost sinovijalne tekućine kao biološkog materijala za laboratorijske analize često vrlo ograničena.
Koncentracija IGF-1 može predstavljati čimbenik rizika koji ukazuje na predispoziciju za osteoartritis i čini se da je povezan s etiopatogenezom tog oboljenja. Vrlo niske koncentracije IGF-1 u serumu ili lokalno u sinovijalnoj tekućini mogu ukazivati na osteonekrozu.
 
Zahvale
 
Ovu je studiju pokrenuo prof. dr. sc. P. J. Bilinski, dr. med., predstojnik Klinike za ortopediju i traumatologiju. Studiju je potpomognuo Collegium Medicum, Sveučilište Nicolaus Copernicus, Bydgoszcz, Poljska, projekt br. BW 14/2002.
 
Literatura / References
 
1.     Brandt KD. Internal Medicine. Osteoarthritis. Fourth Edition. Mosby-Year Book, Inc. 1994:2489
2.     Mollenhauer JA, Erdmann S. Introduction: molecular and biomechanical basis of osteoarthritis. Cell Mol Life Sci 2002;59:3-4.
3.     Saris DBF, Dhert WJA, Verbout AJ. Joint homeostasis: The discrepancy between old and fresh defects in cartilage repair. J Bone Joint Surg 2003;85-B:1067-76.
4.     Henrotin Y, Reginster JY. Anabolic events in osteoarthritis. Osteoarthritis Cartilage 1999;7:310-2.
5.     Hunter DJ, Spector TD. The role of bone metabolism in osteoarthritis. Curr Rheumatology Rep 2003;5:15-9.
6.     Lajeunesse D. Alterated subchondral osteoblast cellular metabolism in osteoarthritis: cytokines, eicosanoids, and growth factors. J Musculoskel Neuron Interac 2002;2:504-6.
7.     Yamamoto T, Yamaguchi T, Lee KB, Bullough PG. A clinicopathologic study of osteonecrosis in osteoarthritic hip. Osteoarthritis Cartilage 2000;8:303-8.
8.     Pavelka K. Osteonecrosis. Bailliere’s Clin Rheumatology 2000;14: 399-414.
9.     Tesche F, Miosge N. New aspects of the pathogenesis of osteoarthritis: the role of fibroblast-like chondrocytes in late stages of the disease. Histol Histopathol 2005;20:329-37.
10.   Goldberg A. Effects of growth factors on articular cartilage. Ortopedia Traumatologia Rehabilitacja 2001;3:190-3.
11.   Martel-Pelletier J, Di Batista JA, Lajeunesse D, Pelletier JP. IGF/IGFBP axis in cartilage and bone in osteoarthritis pathogenesis. Inflamm Res 1998;47:90-100.
12.   Trippel SB. Growth factor inhibition: potential role in the etiopathogenesisof osteoarthritis. Clin Orthop Relat Res 2004;Suppl 427:47-52.
13.   Malemud CJ. Cytokines as therapeutic targets for osteoarthritis. BioDrugs 2004;18:23-35.
14.   Denko CW, Malemud CJ. Role of growth hormone/insulin growth factor-1 paracrine axis in rheumatic diseases. Semin Arthritis Rheumat 2005;35:24-34.
15.   Wang J, Verdonk P, Elewaut D, Veys EM, Verbruggen G. Homeostasis of the extracellular matrix of normal and osteoarthritic human articular cartilage chondrocytes in vitro. Osteoarthritis Cartilage 2003;11:801-9.
16.   Aigner T, McKenna L. Molecular pathology and pathobiology of osteoarthriticcartilage. Cell Mol Life Sci 2002;59:5-18.
17.   Sypniewska G, Lis K, Bilinski PJ. Bone turnover markers and cytokines in joint fluid: analyses in 10 patients with loose hip prosthesis and 39 with hip osteoarthritis. Acta Orthop Scand 2002;73:518-22.
18.   McAlindon TE, Teale JD, Dieppe PA. Levels of insulin related growth factor 1 in osteoarthritisof the knee. Ann Rheum Dis 1993;52:229-31.
19.   Matsumoto T, Tsurumoto T. Serum YKL-40 levels in rheumatoid arthritis: correlations between clinical and laboratory parameters. Clin Exp Rheumatol 2001;19:655-60.
20.   Pagura SM, Thomas SG, Woodhouse LJ, Ezzat S. Women awaiting knee replacement have reduced function of growth hormone. Clin Orthop Relat Res 2003; 415:202-13.
21.   Pagura SM, Thomas SG, Woodhouse LJ, Ezzat S, Marks P. Circulating and synovial fluid levels of IGF-1, cytokines, physical function and anthropometry differ in women awaiting total knee arthroplasty when compared to men. J Orthop Res 2005;23:397-405.
22.   Tavera C, Abribat T, Reboul P, Dore S, Brazeau P, Pelletier JP, Martel-Pelletier J. IGF and IGF-binding protein system in the synovial fluid of osteoarthritic and rheumatoid arthritic patients. Osteoarthritis Cartilage 1996;4:263-74.
23.   Fernihough JK, Billingham ME, Cwyfan-Huges S, Holly JM. Local disruption of insulin-like growth factor system in the arthritic joint. Arthritis Rheum 1996;39:1556-65.
24.   Whellams EJ, Maile LA, Ferninhough JK, Billingham ME, Holly JM. Alterations in insulin-like growth factor binding protein-3 proteolysis and complex formation in the arthritic joint. J Endocrinology 2000;165: 545-56.
25.   Denko CW, Boja B, Moskowitz RW. Growth factors, insulin-like growth factor-1 and growth hormone, in synovial fluid and serum of patients with rheumatic disorders. Osteoarthritis Cartilage 1996;4:245-9.
26.   Hedstrom M, Saaf M, Dalen N. Low IGF-1 levels in hip fracture patients. A comparison of 20 coxarthrotic and 23 hip fracture patients. Acta Orthop Scand 1999;70:145-8.
27.   Andersson MK, Stark A, Anissian L, Mohan S, Tsai JA. Low IGF-1 in synovial fluid and serum in patients with aseptic prosthesis loosening. Acta Orthop 2005;76:320-5.
28.   Lis K, Sypniewska G, Bilinski PJ. Interleukin-6, insulin-like growth factor 1 and markers of bone and cartilage destruction in serum and synovial fluid. (abstract) Eur J Clin Invest 2002;32(S2):15.
29.   Lis K, Odrowaz-Sypniewska G, Bilinski PJ, Mątewski D, Krieger I. Cartilage Oligomeric Matrix Protein (COMP) and glycoprotein YKL-40 as markers of cartilage degradation and inflammation in osteoarthritis. Diagn Lab 2003;39:133-41.
30.   Hilal G, Martel-Pelletier J, Pelletier JP, Ranger P, Lajeunesse D. Osteoblast-like cells from human subchondral osteoarthritic bone demonstrate an altered phenotype in vitro: possible role in subchondral bone sclerosis. Arthritis Rheuma 1998;41:891-9.
31.   Lajeunesse D, Reboul P. Subchondral bone in osteoarthritis: a biologic link with articular cartilage leading to abnormal remodeling. Curr Opinion Rheumatology 2003;15:628-33.
32.   Kaneko S, Satoh T, Chiba J, Ju C, Inoue K, Kagawa J. Interleukin-6 and interleukin-8 levels in serum and synovial fluid of patients with osteoarthritis. Cytokines Cell Mol Ther 2000;6:71-9.