Matrixmetalloproteinase-2, Matrixmetalloproteinase-9 und Haptoglobin in histologisch verändertem und unverändertem Gelenkknorpelgewebe von Mastschweinen

Abstract

Osteochondrose und Osteoarthrose sind bei Schweinen häufig auftretende degenerative Erkrankungen des Knorpelgewebes, bei deren Entstehung Matrix-Metalloproteinasen (MMP) eine entscheidende Rolle spielen. Verschiedene Studien zeigen, dass das Akute-Phase-Protein Haptoglobin (HP) inhibitorische Effekte auf die beiden Gelatinasen MMP-2 und MMP-9 besitzt. Das Ziel der vorliegenden Studie bestand deshalb darin einen potentiellen Einfluss der Gelatinasen auf die Entstehung von Knorpeldegenerationen, sowie mögliche Zusammenhänge zwischen HP und der Aktivität der Gelatinasen im porcinen Knorpelgewebe zu untersuchen. <br /> Dazu wurden Gelenkoberflächen des proximalen und distalen Humerus und Femurs von Mastschweinen histopathologisch klassifiziert und Knorpelhomogenate und Synoviaproben dieser Gelenke gewonnen. Die Analyse der Gelatinaseaktivitäten der Gewebehomogenate erfolgte mittels Zymographie und eines Aktivitätstestes. Zusätzlich wurden die HP-Konzentrationen der Knorpelhomogenate, der Synovia und des Serums unter Verwendung eines Enzym Linked Immunosorbent Assays (ELISA) bestimmt. <br /> Die Zymographie zeigte eine hohe enzymatische Aktivität der latenten Form der MMP-2 in allen Proben. Die aktive Form der MMP-2, sowie die latente und die aktive Form der MMP-9 konnten mit einer geringen zymographischen Aktivität in einigen Proben ermittelt werden. Zwischen Knorpelhomogenaten von veränderten und unveränderten Knorpelgewebeproben konnten keine Unterschiede hinsichtlich der zymographischen Aktivität ermittelt werden. Der Aktivitätstest war negativ. Die HP-Konzentrationen der Knorpelhomogenate und der Synovia unterschieden sich nicht zwischen Proben von veränderten und unveränderten Lokalisationen. Zur Betrachtung des Einflusses von HP auf die Aktivität der MMPs wurden die einzelnen Proben hinsichtlich ihres HP-Gehaltes in zwei Gruppen eingeteilt, wobei die Nachweisgrenze des HP-ELISAs als Grenzwert fungierte. Knorpelhomogenate mit HP-Konzentrationen über der Nachweisgrenze zeigten eine erhöhte enzymatische Wirkung der aktiven Form der MMP-2. <br /> Im Gegensatz zum Aktivitätstest werden Inhibitoren während der Zymographie von den MMPs abgespalten. Da anders als in der Zymographie im Aktivitätstest keine Gelatinaseaktivität nachgewiesen werden konnte, scheint es möglich, dass die Gelatinasen sowohl in unveränderten als auch pathologisch veränderten Knorpelgeweben inhibiert sind und dementsprechend keine oder nur sehr geringe Aktivitäten der Gelatinasen vorhanden sind. Die erhöhte Aktivität der aktiven Form der MMP-2 in Proben mit erhöhten HP-Konzentrationen ist möglicherweise auf eine Rückkopplung zurückzuführen: HP inhibiert die MMP-2 Aktivität, wodurch in Anwesenheit von HP eine höhere Konzentration der MMP-2 benötigt wird, um das gleiche Ausmaß des Gewebeabbaus zu erhalten. Da HP während der Zymographie von den MMPs abgespalten wird, zeigt sich eine erhöhte zymographische Aktivität.

<strong>Matrix metalloproteinase-2, matrix metalloproteinase-9 and haptoglobin in healthy and histologically altered articular cartilage of pigs</strong><br /> Osteochondrosis and osteoarthritis are conditions frequently observed in pigs. Matrix metalloproteinases (MMP) play a key role in the development of such degenerative joint diseases. The acute phase protein haptoglobin (HP) reportedly inhibits the two gelatinases MMP-2 and MMP-9. The objectives of this study were to investigate the activity of these MMPs in healthy and in degenerative cartilage and to characterize the relation with HP in articular cartilages of pigs.<br /> Joint surfaces of the proximal and distal humerus and femur of fattening pigs were histopathologically classified. In addition, cartilage homogenates and synovia were obtained from these localisations. The tissue homogenates were analysed for gelatinase activity by zymography and by activity assay. The concentration of HP in cartilage homogenates, in synovia, and in serum were analyzed by ELISA.<br /> High enzymatic activity of the MMP-2 latent form was observed in zymography for all samples. Zymographic activity of MMP-2 active form and MMP-9 (active and latent form) were detected at low levels in some samples. Comparing the zymographic activities of gelatinases in unaltered versus altered cartilages yielded no differences. In contrast to zymography, cartilage homogenates were negative for MMP-2 and MMP-9 in the activity assays. This is explained by the methodological approach since inhibitors are separated from the MMPs during zymography but not in the activity assay. The concentrations of HP in cartilage homogenates and in synovia from samples without alteration and from samples with massive alterations were not different. When classified according to their HP concentration, cartilage homogenates with increased HP concentrations had higher (P < 0.05) zymographic activities of the MMP-2 active form. <br /> Our results indicate that both in healthy as well as in altered cartilage, MMP-2 and MMP-9 activities were absent or only low. Therefore these gelatinases are possibly not involved in the degradation of the cartilage. The increased MMP-2 activity in samples with greater HP concentrations is possibly due to a feedback loop: HP inhibits MMP-2 activity, and thus more MMP-2 is needed to get the same amount of tissue breakdown in the presence of HP. HP is separated from the MMPs during zymography, and thereby the detectable zymographic activity of MMP-2 is increased.