Transcript Het Onstaan van Osteoporose bij Patiënten met - VU

Het Onstaan van Osteoporose bij Patiënten met
Reuma
Algemene Samenvatting
159
ALGEMENE SAMENVATTING
Reumatoïde artritis (RA) is een chronische ontstekingsziekte die voorkomt bij 0.51% van de wereldbevolking. Systemische osteoporose is een extra-articulaire
complicatie van RA, die resulteert in een toename van het fractuurrisico en de
daarmee gepaard gaande morbiditeit en mortaliteit, alsmede medische kosten. De
incidentie van systemische osteoporose bij patiënten met RA is 15-20%.
Systemische osteoporose bij RA wordt deels veroorzaakt door immobiliteit en
behandeling met corticosteroïden, maar het wordt ook toegeschreven aan de
gevolgen van systemische ontsteking, zoals verhoogde concentraties van
circulerende cytokines, chemokines en signaalmoleculen.
Het serum van patiënten met actieve RA bevat veranderde concentraties
van cytokines, eiwitten en signaalmoleculen, zoals oplosbare receptoren, receptor
antagonisten, antistoffen en autoantistoffen. Het is bekend dat individuele
inflammatoire cytokines de vorming van botcellen en hun functie beïnvloeden,
waarbij de bothomeostase wordt aangedaan. Echter, het effect van serum van
patiënten met actieve RA (actief RA-serum), dat een complex mengsel van
cytokines, chemokines, eiwitten en signaalmoleculen bevat, op de vorming van
botcellen, hun functie en communicatie is nog onbekend. Daarom hebben we in dit
proefschrift onderzocht wat het effect is van actief RA-serum op de vorming van
botcellen, hun functie en communicatie met andere celsoorten. In hoofdstuk 2
beschrijven we de bestaande onderzoeksmethodes die gebruikt kunnen worden
om de effecten van actief RA-serum op de vorming van botcellen, hun functie en
communicatie in vitro te testen.
In hoofdstuk 3 hebben we het effect bestudeerd van actief RA-serum op
de osteochondrogene differentiatie van twee verschillende soorten voorlopercellen,
te weten muizen chondrogene ATDC5 cellen en humane mesenchymale
stamcellen afkomstig van het periosteum. Wij vonden dat het serum van patiënten
met actieve RA de differentiatie van osteochondrogene cellen vermindert, hetgeen
bleek uit een verminderde vorming van kraakbeenmatrix en veranderingen in de
genexpressie van bot en kraakbeen merkstoffen. Een dergelijke remming zou
tenminste gedeeltelijk kunnen verklaren waarom er sprake is van minder
botvorming en vertraagde fractuurgenezing in patiënten met RA, omdat
inflammatoire cytokines en signaalmoleculen in de circulatie van patiënten met RA
van invloed zijn op de differentiatie van mesenchymale stamcellen tot bot of
kraakbeen xenotype.
In hoofdstuk 4 hebben we bestudeerd of een complex mengsel van
circulerende inflammatoire mediatoren in het serum van patiënten met actieve RA
de functie van osteoblasten en hun communicatie met osteoclast voorlopercellen
verandert, in vergelijking met serum van dezelfde patiënten in klinische remissie.
We konden aantonen dat serum van patiënten met actieve RA een remmende
160
160
Het onstaan van osteoporose bij patiënten met reuma
werking heeft op de proliferatie en differentiatie van osteoblasten. Tevens vonden
we dat serum van patiënten met actieve RA de genexpressie van IL-6 en receptor
activator of nuclear factor kappa-B ligand (RANKL) stimuleerde, als ook de
osteoblast-gemedieerde osteoclastogenese. Het blokkeren van IL6 en RANKL in
co-culturen van osteoclast-voorlopercellen en osteoblasten, die waren
voorbehandeld met serum van RA patiënten, reduceerde het aantal osteoclasten.
Een dergelijke remming van de osteoblast functie en verandering in osteoblastosteoclast communicatie door serum met inflammatoire mediatoren zou het
katabole effect van systemische ontsteking op de botmassa kunnen verklaren.
Er worden verhoogde CXCL8 en CCL20 concentraties aangetroffen in RAserum, maar het effect van deze chemokines op osteoblasten is niet bekend.
Daarom hebben wij in hoofdstuk 5 onderzocht of CXCL8 en CCL20 de proliferatie
en differentiatie van osteoblasten en de osteoblast-osteoclast communicatie
kunnen beïnvloeden. We zagen dat CXCL8 en CCL20 noch een remming
veroorzaakten van de proliferatie van osteoblasten noch van de genexpressie van
de belangrijkste matrixeiwitten. Echter, CXCL8 en CCL20 zouden via andere
mechanismen een effect kunnen hebben op de bothomeostase. Wij konden
aantonen dat de chemokines CXCL8 en CCL20 deels de osteoblast-gemedieerde
osteoclastogenese stimuleerden via IL6 productie door osteoblasten. Het is
interessant dat deze resultaten overeenkomen met data waarbij gebruik werd
gemaakt van serum van RA patiënten (hoofdstuk 4).
Daarnaast bleek
geconditioneerd medium van osteoblasten gekweekt met CCL20, maar niet dat
van osteoblasten gekweekt met CXCL8, de activiteit van osteoclasten te
stimuleren. Gebaseerd op de resultaten uit hoofdstuk 4 en 5 speculeren wij dat de
osteoblast-gemedieerde osteoclastogenese, geïnduceerd door serum van RA
patiënten, gedeeltelijk veroorzaakt kan worden door CXCL8 en CCL20 in actief-RA
serum. Dit maakt dat deze chemokines interessante “targets” zijn voor toekomstig
onderzoek naar individuele behandelingsopties voor patiënten met RA die niet
goed reageren op de bestaande behandeling.
Osteocyten zijn zeer mechanogevoelig: na mechanische stimulatie
veranderen ze de productie van een reeks signaalmoleculen die de werving,
differentiatie en activiteit van osteoblasten en osteoclasten moduleren. Daarom
spelen de door de osteocyten geproduceerde cytokines en signaalmoleculen een
cruciale rol in de botadaptatie. In hoofdstuk 6 onderzochten we of actief RA-serum
de intrinsieke capaciteit van osteocyten om mechanische stimuli waar te nemen
kan beïnvloeden. Ook werd onderzocht of mechanische belasting van osteocyten
het effect van actief RA-serum op de osteocyt-osteoclast communicatie kan
beïnvloeden. We hebben gebruik gemaakt van primaire humane botcellen, die een
mengsel zijn van osteoblasten en osteocyt-achtige cellen. Omdat osteocyten meer
mechanogevoelig zijn dan osteoblasten hebben we de cellen als “osteocyten”
bestempeld in hoofdstuk 6. We vonden dat actief RA-serum geen invloed had op
161
161
Algemene samenvatting
de intrinsieke capaciteit van osteocyten om mechanische stimuli waar te nemen.
We konden aantonen dat actief RA-serum de genexpressie ratio van RANKL/OPG
in osteocyten verhoogde, evenals de osteocyt-gemedieerde osteoclastogenese, en
dat mechanische belasting het omgekeerde effect had. Deze bevindingen
suggereren dat lichaamsbeweging, zoals zeker mogelijk is bij RA patiënten zonder
pijnklachten, of andere vormen van belasting van bot, zoals vibratie platvormen,
een therapeutische werking kunnen hebben ter preventie van osteoporose in RA of
andere inflammatoire ziektes.
Activatie van de kanonieke Wnt “signaling” exclusief in osteocyten
induceert bot anabolisme en prikkelt Notch “signaling”. Osteocyten hebben een
functie in de fosfaat homeostase. Hiertoe produceren osteocyten een reeks aan
cytokines en signaalmoleculen. In voorgaande hoofdstukken werd gebruik
gemaakt van een mengsel van osteoblast-achtige en osteocyt-achtige cellen voor
de experimenten, terwijl we het liefst een zo puur mogelijke kweek van humane
osteocyten zouden gebruiken, bij voorkeur in hun eigen omgeving. Helaas is er
een gebrek aan goede humane osteocyt-celmodellen om hun functie in vitro te
bestuderen. In hoofdstuk 7 hebben we humane bot chips gekweekt met daarin
osteocyten ingebed in hun natieve matrix. We hebben het effect onderzocht van
exogene recombinante cytokines, chemokines, en actief RA-serum op osteocyt
“signaling”. We vonden dat exogene recombinante inflammatoire cytokines de
genexpressie verhoogde van de cytokines IL-1β, IL-6, IL-8, TNFα, FGF23
(betrokken bij de fosfaathomeostase), en de Wnt antagonist SOST, terwijl de
chemokine CCL20 de genexpressie van TNFα, IL-6, and IL-8 verhoogde in
osteocyten. Evenzo verhoogde serum van actieve RA patiënten de genexpressie
van IL-1β, TNFα, FGF23, SOST, en de Wnt antagonist DKK1 in osteocyten. Deze
resultaten suggereren dat osteocyten een sleutelrol kunnen spelen in de regulatie
van de botmassa gedurende systemische ontsteking en daarom zouden ze een
uitstekende “target” kunnen zijn voor de preventie van botverlies bij inflammatoire
ziektes.
In dit proefschrift hebben we aangetoond dat verdund (1:10) actief RAserum al van invloed was op de osteoblast functie, osteoblast-osteoclast
communicatie, osteochondrogene differentiatie van voorlopercellen, osteocyt
“signaling” en osteocyt-osteoclast communicatie, wat aangeeft dat de effecten in
vivo alleen maar nog sterker kunnen zijn. Zulke effecten kunnen de bothomeostase
verstoren, hetgeen systemisch botverlies en verhoging van fractuurrisico in vivo
veroorzaakt. Door mechanische stimulatie van osteocyten was het mogelijk om de
effecten van actief RA-serum-gemedieerde toegenomen osteocyt-osteoclast
communicatie af te zwakken. Dit suggereert dat mechanische belasting van
osteocyten een mogelijke optie is voor de behandeling van botverlies bij RA. De
resultaten zoals beschreven in dit proefschrift dragen bij aan de start van een
nieuwe onderzoeksrichting in de osteoimmunologie. Immers regelmatig wordt door
162
162
Het onstaan van osteoporose bij patiënten met reuma
te veel patiënten in de kliniek ervaren dat bestaande medicatie niet helpt om de
ontsteking af te zwakken en botverlies te voorkomen. Dit kan op zijn beurt weer
leiden tot de ontwikkeling van nieuwe medicatie tegen nieuwe “targets” en
interventies, zoals antistoffen tegen CXCL8 en CCL20, die effectiever kunnen zijn
in het afzwakken van het ontstekingsgerelateerde botverlies als bestaande
medicatie hierin niet slaagt. Zulke medicijnen kunnen behulpzaam zijn bij het
ontwerpen van meer geïndividualiseerde behandelingen tegen algemeen
botverlies bij systemische inflammatie.
163
163