Osteoarthritis (OA) ist durch eine langsame und fortschreitende Verschlechterung des Gelenkknorpels gekennzeichnet. OA entsteht wahrscheinlich aus einer Kombination von systemischen (Genetik, Alter, Umweltfaktoren) und lokalen Faktoren (abnormale Gelenkbelastung, Überbeanspruchung oder Trauma), die zusammenarbeiten, um einen Zustand mit definierbaren morphologischen und klinischen Merkmalen zu schaffen., Zuvor wurden mehrere Risikofaktoren für OA identifiziert, darunter genetische Veranlagung, Fettleibigkeit, Diabetes, Bluthochdruck, Hyperurikämie, frühere Traumata und Alterung (1). Aufgrund der Unfähigkeit, verwirrende Faktoren zu kontrollieren, bleiben die zugrunde liegende Pathogenese und die ursächlichen Faktoren, die für die Initiierung und das Fortschreiten der Krankheit verantwortlich sind, weitgehend unbekannt.
Es gibt eine wachsende Zahl von Beweisen, die das Fortschreiten der OA mit einer Upregulation entzündlicher Prozesse korrelieren (2)., Oxidativer Stress, der durch reaktive Sauerstoffspezies (ROS) ausgelöst wird, stört die Knorpelhomöostase weiter und fördert den Katabolismus durch Induktion des Zelltods, Abbau von Matrixproteoglykanen (PGs), Hochregulation der latenten matrixabbauenden Enzymproduktion, Hemmung der extrazellulären Matrix (ECM)-Synthese und Oxidation von intrazellulären und extrazellulären Molekülen (3). Daher könnten Umweltfaktoren, die oxidativen Stress und Entzündungszustände fördern, möglicherweise als Risikofaktor für OA wirken., Alkoholkonsum könnte ein potenzieller Risikofaktor sein, da: chronischer Alkoholkonsum, der in westlichen und industriellen Gesellschaften weit verbreitet ist, reaktive Sauerstoffspezies (ROS) erzeugt, die bei Menschen und Nagetieren zu systemischem und gewebsoxidativem Stress führen, und Alkohol in der Lage ist, entzündungsfördernde Zustände in mehreren Organen wie Leber, Herz, Zentralnervensystem und Bauchspeicheldrüse zu induzieren (4, 5).
Mehrere Studien haben zuvor versucht, einen Zusammenhang zwischen Alkoholkonsum und entzündlicher Arthritis wie rheumatoider Arthritis mit widersprüchlichen Ergebnissen aufzuklären (6, 7)., Trotz der jüngsten Beweise, die die Bedeutung von oxidativem Stress und entzündungsfördernden Zuständen für die Entwicklung und das Fortschreiten degenerativer Gelenkerkrankungen belegen, wurden die Auswirkungen des Alkoholkonsums auf die OA noch nicht untersucht. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie legen nahe, dass chronischer Alkohol kann erhöhen die Anfälligkeit für die Entwicklung und/oder progression der OA., Mit einem validierten In-vivo-Modell der chronischen Alkoholbehandlung zeigen wir, dass chronischer Alkoholkonsum den PG-Verlust sowohl in Knie-als auch in Schultergelenken von Mäusen erhöht und mehrere entzündliche, katabole und anabole Mediatoren stimuliert, die am Knorpel beteiligt sind.
In unserem Versuchsprotokoll wurde jungen erwachsenen männlichen (im Alter von 7-9 Wochen) C57BL/6-Mäusen ad libitum Zugang zu einer Alkoholdiät (dh der Nanji-Diät) gewährt, die 4,5% (v/v) Ethanol (29% Ethanol-abgeleitete Kalorien) oder eine isokalorische alkoholfreie Kontrolldiät für 8 Wochen (n=14-16 pro Gruppe)., Alle Tierprotokolle und-praktiken wurden im Voraus von den Institutional Animal Care and Use Committees der Rush University und der Northwestern University überprüft und genehmigt. Nach einer achtwöchigen alkoholhaltigen Diät oder der Kontrolldiät wurden Mäuse eingeschläfert und Gelenkabschnitte gesammelt, fixiert, in Paraffin eingebettet und mit Safranin-O gefärbt, um die Knorpelstruktur und den Matrixproteoglykangehalt (PG) zu beurteilen., Die Alkoholdiät ist eine leichte Modifikation der gut validierten Leiber-DiCarli-Diät, bei der die Fettquelle aus Fischöl stammt, und es wurde gezeigt, dass der Verzehr dieser Diät bei BL6-Mäusen einen niedrigen bis moderaten Blutalkoholspiegel erzeugt (8). Unsere Gruppe und andere haben diese Alkoholdiät erfolgreich eingesetzt, um eine Vielzahl von Alkoholpathologien zu induzieren, darunter Darmkrebs, intestinale Hyperpermeabilität, Endotoxämie und Leberpathologie bei Nagetieren (8-10).,
Der Serumalkoholspiegel in den mit Alkohol gefütterten Mäusen betrug zum Zeitpunkt der Euthanasie ~3 mg/dl, und diese Mäuse zeigten während unseres experimentellen Protokolls keine offensichtlichen Verhaltensauffälligkeiten. Die histologische Untersuchung der Kniegelenke von Kontrollmäusen mit Diät zeigte eine normale Architektur des Gelenkknorpels mit intensiver Safranin-O-Färbung. Im Gegensatz dazu zeigten Kniegelenke von mit Alkohol gefütterten Mäusen OA-ähnliche Eigenschaften, wobei ein Anstieg des PG-Verlusts durch Safranin-O-Färbung und leichtes Flimmern dargestellt wurde (Abbildung 1A). Diese Ergebnisse wurden mit einem OARSI semi-quantitativen Scoring-System quantifiziert., Mit Alkohol gefütterte Mäuse erzielten signifikant höhere Werte (1,3±0,67) als Kontrollmäuse (0,3±0,27; P < 0,05), was auf schwerere arthritische Veränderungen der Kniegelenke von mit Alkohol gefütterten Mäusen im Vergleich zur Kontrolle hinweist (Abbildung 1A, untere Tafel). Ähnliche Ergebnisse wurden in Schultergelenken gefunden (Abbildung 1B), da die Safranin-O-Färbung eine Abnahme des PG-Gehalts und eine unregelmäßige Knorpeloberfläche in Schultergelenken von mit Alkohol gefütterten Mäusen im Vergleich zur Kontrollgruppe ergab., Wir wandten den OARSI-Scoring an, um pathologische Veränderungen der Schulter zu quantifizieren, und fanden signifikant höhere OARSI-Scores für alkoholgefütterte Mäuse (0,75±0,28) im Vergleich zu Kontrollmäusen (0,12±0,25; P < 0,05) (Abbildung 1B, untere Tafel). Interessanterweise zeigten die Bandscheiben bei mit Alkohol gefütterten Mäusen im Vergleich zu Kontrollmäusen keine pathologischen Veränderungen (Abbildung 1C).,
Kniegelenke und Glenohumeralgelenke (n=10 pro Gruppe) wurden seriell in einer Sagittalebene geschnitten, und 3-4 repräsentative mittelsagittale 7-µm-dicke Abschnitte wurden ausgewählt und mit Safranin-O für die histologische Bewertung gefärbt. A, Kontrolldiätmäuse zeigen eine normale Architektur des Gelenkknorpels mit intensiver Safranin – O-Färbung. Alkoholgefütterte Mäuse zeigen jedoch OA-ähnliche Veränderungen mit einer Verringerung der Safranin-O-Färbung, was auf einen Abbau von PG und einen höheren OARSI-Score im Vergleich zur Kontrollgruppe hinweist., Linke Platte ist niedrige Vergrößerung (4X), rechte Platte hohe Vergrößerung (20X). B, mit Alkohol gefütterte Mäuse zeigen PG-Erschöpfung und eine unregelmäßige Knorpeloberfläche (Pfeile) in Schultergelenken mit signifikant erhöhtem OA-Schweregrad. Die Ergebnisse sind ausgedrückt als Mittelwert ± SD (n=10); *, p < 0.05 vs Kontrolle-Diät-Mäusen. C, wird kein Unterschied in den Bandscheiben von Alkohol gefütterten Mäusen im Vergleich zur Kontrollgruppe gesehen., Skalenbalken =50µm
Unsere Ergebnisse zeigen eine pathologische Rolle von Alkohol bei bestimmten katabolen und anabolen Mediatoren in Kniegelenken (ergänzende Abbildung 1), die die Anfälligkeit für die OA-Induktion erhöhen können. In unserer Studie waren die Phosphorproteinkinase C δ (pPKCδ), pNF-kB und pERK1/2 in den Kniegelenken von mit Alkohol gefütterten Mäusen im Vergleich zu Kontrollmäusen signifikant erhöht (ergänzende Abbildung 1A, P < 0.,05), was darauf hindeutet, dass chronischer Alkoholkonsum diese katabolen Signalwege stimuliert, was zu einer späteren Produktion von knorpelzerstörenden Enzymen führen kann. Hypertrophe Markerläufe sowie eine wichtige knorpelzerstörende Enzymmatrix Metalloprotease – 13 (MMP-13) und eine Disintegrin-und Metalloproteinase mit Thrombospondin-5 (ADAMTS-5) waren in den Kniegelenken von mit Alkohol gefütterten Mäusen im Vergleich zu den Kontrollmäusen signifikant erhöht (ergänzende Abbildung 1B; P < 0.05).,
Zusätzlich zur Induktion katabolischer Effekte beobachteten wir, dass chronischer Alkoholkonsum zu einer auffälligen Reduktion anaboler und entzündungshemmender Mediatoren in Gelenkchondrozyten führte, wie sie durch Immunhistochemie beurteilt wurden (ergänzende Abbildung 1C, P < 0.05). Diese Moleküle umfassen Gewebeinhibitor der Metalloproteinase-3 (TIMP-3), SOX-9, Hochmobilitäts-Gruppe Protein-2 (HMGB2) und Unterdrücker der Zytokinsignalisierung-2 (SOCS-2), Moleküle, die signifikant in OA Knorpel verringert und mit Knorpelschutz und Reparatur verbunden waren., Diese Ergebnisse zeigen deutlich, dass chronischer Alkoholkonsum katabole Signalwege erweitert und anabole, reparative und entzündungshemmende Aktivität in den Kniegelenkchondrozyten der Maus unterdrückt. Wir führten auch eine Mikrocomputertomographie (uCT) durch, um festzustellen, ob pathologische Veränderungen der Knochenpathologie nach chronischer Alkoholbehandlung offensichtlich waren. Wir fanden jedoch keine signifikante Knochenpathologie in den Kniegelenken von alkoholgefütterten Mäusen aus unserem experimentellen Protokoll (Daten nicht gezeigt).,
Nach unserem Wissen liefern diese Ergebnisse den ersten Beweis dafür, dass chronischer Alkoholkonsum ein neuartiger Risikofaktor für die Entwicklung von OA sein kann. Die mit chronischem Alkoholkonsum verbundene Pathologie ist multifaktoriell, mit unterschiedlichen Folgen bei verschiedenen Zelltypen durch direkte toxische Wirkungen sowie indirekte Wirkungen spezifischer Metaboliten, oxidativen Stress, immunologische/entzündliche Prozesse. Es ist allgemein bekannt, dass Alkoholkonsum eine Endotoxämie verursacht, von der angenommen wird, dass sie zu einer Schädigung der Alkoholleber beiträgt (11)., In der Tat haben wir gezeigt, dass Alkoholkonsum die intestinale Hyperpermeabilität und Endotoxämie bei Nagetieren fördert, einschließlich BL6-Mäusen (8), die auch bei menschlichen Alkoholikern beobachtet werden (12). Zukünftige Studien sind notwendig, um den Beitrag von Darmbarriere Dysfunktion und Endotoxämie in unseren Studien zu bewerten.
Es gibt jedoch einige Einschränkungen dieser Studie, die erwähnt werden müssen., Erstens haben wir die Auswirkungen des chronischen Alkoholkonsums in einem In-vivo-Mausmodell des Kniegelenks behandelt, was es schwierig macht, die Ergebnisse über Spezies hinweg auf menschliches Gelenkgewebe zu verallgemeinern. Klinische Studien sind notwendig, um unsere Daten zu bestätigen, um chronischen Alkoholismus und Gelenkpathologie zu assoziieren. Zweitens berichtet die aktuelle Studie über die starke katabole Aktivität von chronischem Alkohol in der Knorpelhomöostase über PKCδ und MAPK-Signalisierung, aber ein detailliertes Verständnis der spezifischen Zellsignalwege und molekularen Mechanismen, die diesen Befunden zugrunde liegen, muss noch geklärt werden., Obwohl diese Ergebnisse eine signifikante potenzielle klinische Relevanz haben, bleiben mehrere Aspekte der zugrunde liegenden Mechanismen unbekannt. Weitere Studien werden ein besseres Verständnis der vielfältigen, komplexen Wirkungen erleichtern, die durch Alkohol im Gelenkgewebe stimuliert werden.