Die Wirkung von verschiedenen Kollagenhydrolysaten auf den Metabolismus des humanen Gelenkknorpels

Abstract

Osteoarthritis (OA) ist eine progressive Erkrankung des gesamten Gelenkes, die mit Verlust des Gelenkknorpels und Veränderungen in dem darunter liegenden Knochen und der Synovialmembran einhergeht. Im Knorpel steht vor allem der Verlust von Proteoglykanen und Kollagen Typ II im Vordergrund. Verantwortlich für diese degradativen Prozesse sind Enzyme der ADAMTS- und MMP-Familie. Stimuliert wird die Bildung dieser Enzyme durch auto- und parakrine Zytokine. Bisher gibt es keine Therapiemöglichkeit, die das zu Grunde liegende molekulare Ungleichgewicht zwischen Matrixaufbau und -degradation beheben kann. Daher sind Stoffe, die die Möglichkeit bieten, modifizierend auf den Krankheitsverlauf einzuwirken derzeit ein zentraler Bestandteil in der OA-Forschung. In diesem Zusammenhang ist vor allem in den Medien das Nahrungsergänzungsmittel Kollagenhydrolysat (KH) als neues Mittel gegen OA bekannt geworden. In den letzten Jahren wurden mehrere Studien zur Wirkung von KH veröffentlicht. Die Ergebnisse sind nicht eindeutig. In vitro-Studien mit KH, gewonnen aus Kollagen Typ I, zeigten eine Steigerung der Kollagen Typ II- und Proteoglykan-Synthese in gesunden Chondrozyten. In in vivo-Studien mit OA-Patienten führte die tägliche Einnahme von KH nur zum Teil zu einer Besserung der OA-Beschwerden. Das Ziel der hier vorliegenden Arbeit war es daher systematisch die Wirkung von verschiedenen kommerziell erhältlichen KH auf den Knorpelmetabolismus von humanen osteoarthritischen Knorpelexplantaten zu untersuchen und zwar in Abhängigkeit von der KH-Konzentration und dem Schweregrad der OA-Schädigung. Sechs verschiedene KH (RDH, RDH-N, CH-alpha, FGH, FGH-N, Mobiforte) wurden hinsichtlich ihrer Wirkung auf den Metabolismus von humanen Knorpelexplantaten in mittleren OA-Stadien untersucht. RDH, RDH-N und CH-alpha bestehen aus hydrolysiertem bovinem Kollagen Typ I, FGH und FGH-N aus hydrolysiertem Fisch-Kollagen Typ I und Mobiforte aus hydrolysiertem porkinem Kollagen Typ I. RDH und RDH-N bzw. FGH und FGH-N unterscheiden sich lediglich in der molekularen Größenverteilung der Peptide, wobei die N-Produkte ein kleineres mittleres Molekulargewicht haben. Die Kollagensynthese der Explantate wurde nach Zugabe von 0 - 10 mg/ml KH mittels Nachweis des radioaktiv markierten Hydroxyprolins bestimmt. In den Nährmedien wurde der Gehalt an MMP-1, -3, -13, TIMP-1, NO und PGE2 sowie die Freisetzung von Kollagen Typ II- und Proteoglykanfragmenten bestimmt. Zur Beurteilung der Frage, inwiefern Unterschiede in der Wirkung von KH auf Knorpelexplantate in verschiedenen Krankheitsstadien existieren, wurden zusätzlich Knorpelexplantate in frühen OA-Stadien mit RDH, RDH-N und CH-alpha behandelt und anschließend die Kollagensynthese untersucht. Unsere Studie ist die erste, die in vitro keinen stimulatorischen Effekt von KH auf die Kollagensynthese in humanen OA Knorpeln zeigte. Diese Beobachtung war unabhängig vom Ausmaß der osteoarthritischen Schädigung. CH-alpha, das in einer Studie von Össer et al. eine erhöhte Inkorporation von radioaktiv markiertem Prolin in Gesamtproteine und somit stellvertretend eine erhöhte Kollagensynthese in gesunden, bovinen Chondrozyten bewirkte, zeigte in unserer Studie bei Konzentrationen von 2 und 10 mg/ml eine reduzierte Kollagensynthese, sowie einen erhöhten PGE2- und einen reduzierten TIMP-1-Gehalt im Nährmedium. RDH fiel durch eine gesteigerten Freisetzung von degradativen Faktoren (MMPs, NO, PGE2) auf. Ein erhöhter MMP- und NO-Gehalt führte in unserer Studie nicht zu einer gesteigerten Kollagen Typ II- und Proteoglykan-Freisetzung. Eine schwächere Wirkung zeigten KH mit kleinerem Molekulargewicht. Trotz der erhöhten Freisetzung von katabolen Enzymen und proinflammatorischen Zytokinen wie NO konnte, mit Außnahme von Mobiforte, kein vermehrter Matrixverlust festgestellt werden. Dies deutet drauf hin, dass durch KH entweder ein anderes TIMP z.B TIMP-3 induziert wird, proMMPs nicht zu aktiven MMPs gespalten werden oder KH keinen Effekt auf die Expression von ADAMTS-4 oder -5 haben. Zusammenfassend zeigt unsere Studie, dass die KH sich deutlich in ihrer Wirkung auf den Knorpelmetabolismus voneinander unterscheiden. Bevor KH als sichere Nahrungsergänzungsmittel zur Prophylaxe und Begleittherapie bei OA eingesetzt werden, sollte zuerst jeweils die pharmakologischen Eigenschaften einschließlich der Wirkung auf den Gelenkknorpel und das gesamte OA-Gelenk in vivo und in vitro aufgezeigt werden.