S 05/09: IL-10 und TNFα

„Interaktion von Knorpelzellen und Synovialfibroblasten: Wirkung von IL-10 und TNFα vor dem Hintergrund der Arthrose“

Dr. med. vet. Gundula Schulze-Tanzil, Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Charité Berlin

(abgeschlossen 08/2011)

Die Arthrose führt als chronische Gelenkerkrankung zu einem fortschreitenden Gelenkknorpelverlust. Oft ist sie begleitet von einer Entzündung der Synovialmembran als innerste Schicht der Gelenkkapsel. Die Synovialfibroblasten in dieser Gewebeschicht geben dann vermehrt entzündliche Zytokine und Mediatoren in die Gelenkflüssigkeit ab. Der Tumor Nekrose Faktor alpha (TNFα) ist ein ein an der Entstehung der Arthrose beteiligtes Zytokin.
Im vorliegenden Projekt sollte daher die Wirkung von TNFα und einem entzündungshemmenden Zytokin, Interleukin(IL)-10, in Synovialfibroblasten untersucht werden. Des Weiteren wurde ein Ko-Kulturmodell mit Knorpelzellen und Synovialfibroblasten etabliert, um die Wechselwirkungen zwischen beiden Zelltypen zu studieren.
Primäre Synovialfibroblasten wurden aus Synovialmembranen von Arthrosepatienten isoliert, bezüglich ihres typischen Proteinexpressionsprofils charakterisiert und mit TNFα und IL-10 stimuliert sowie mit Überexpressionsvektoren für humanes und virales IL-10 transduziert. Außerdem wurden die Synovialfibroblasten mit Knorpelzellen in dem Ko-Kultursystem angezüchtet.
Isolierte Synovialfibroblasten zeigten ihr charakteristisches Protein-Expressionsprofil (CD55+, CD44+, UDPGDH+, Tenascin+, CD14-). Kultivierte Synovialfibroblasten wurden durch TNFα aktiviert, verschiedene Mediatoren freizusetzen, die zur Entstehung der Arthrose beitragen (Knorpelmatrix abbauende Enzyme Matrix Metalloproteinase [MMP]-1 und -3, Zytokine wie TNFα, IL-1β, IL-6 jedoch auch IL-10, sowie den eine Ossifikation durch Gefäßbildung im Knorpel induzierenden Faktor Vascular Endothelial Growth Factor [VEGF]). Das Reaktionsmuster der Synovialfibroblasten von Arthrosepatienten wies keine wesentlichen Unterschiede zum Verhalten einer Synovialzelllinie auf, die aus dem Kniegelenk eines gesunden Patienten stammt. Rekombinantes IL-10 führte zu keiner Hemmung der untersuchten Effekte von TNFα. Mithilfe beider viraler Vektoren konnte eine sehr starke Überexpression von IL-10 in Synovialfibroblasten durch eine adenovirale Transduktion erreicht werden. Synovialfibroblasten und Knorpelzellen überlebten in dem Ko-Kultursystem und zeigten eine gegenseitige Beeinflussung in der Ko-Kultur, denn die Synovialfibroblasten exprimierten verstärkt TNFα und MMP-1, die Knorpelzellen reduzierten stark ihre Kollagen Typ II und Aggrekan Genexpression.
Die Ergebnisse weisen auf die starke Aktivierbarkeit der Synovialfibroblasten durch Zytokine hin, die im Arthrosegeschehen Bedeutung hat und lassen die intensive Wechselwirkung mit Knorpelzellen erkennen.



Abbildung 1:
Menschliche Synovialzotte und isolierte Synovialfibroblasten unter dem Einfluss von TNFα.
Die Synovialfibroblasten werden durch Zytokine wie TNFα aktiviert vermehrt Zytokine (wie IL-6 oder auch IL-10) und Mediatoren zu bilden, die die Knorpelmatrix angreifen können wie MMP-1.