Background The role of endogenous glucocorticoids (GC) in the modulation of immune responses in rheumatoid arthritis (RA) remains unclear. Previously, Buttgereit et al. showed that disruption of GC signaling in osteoblasts results in a marked attenuation of arthritis and the preservation of bone structure in the K/BxN serum-induced arthritis model – a model driven decisively by players of the innate immune system.
Objectives In order to determine whether GC-dependent modulation of the inflammatory response by osteoblasts involves T cells, we studied the effects of disrupted osteoblastic GC signaling in the T cell-dependent model of antigen-induced arthritis (AIA). To investigate the impact on bone erosion and turnover in a chronic inflammatory setting, we prolonged arthritis in long-term experiments using the AIA as well as the K/BxN serum-transfer models.
Methods Intracellular GC signaling in osteoblasts was disrupted by transgenic overexpression of 11beta-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 (11-HSD2) under the control of an osteoblast-specific 2.3kb-type I collagen promoter. AIA was induced in transgenic mice and their wild-type (WT) littermates by intra-articular injection of methylated BSA into one knee joint and prolonged in a long-term model. In the K/BxN serum-transfer model, arthritis was induced and prolonged by subcutaneous injections of K/BxN serum on days 14 and 28. The severity of arthritis was assessed by clinical scoring and joint size measurements until the respective endpoints at days 14, 28 (AIA) and 42 (K/BxN). Joints were assessed histologically, and for the K/BxN model additionally by micro-CT. Systemic effects of inflammation on bone metabolism were quantified by histomorphometry and micro-CT of the tibia.
Results In the AIA model, no significant difference between tg and WT mice, even after repeated flares, was observed for the clinical course and histological indices of inflammation, cartilage damage and bone erosions. In the long-term K/BxN serum-transfer model, arthritis severity was not significantly different in tg compared to WT mice. This was also corroborated in histological indices and erosions assessed by micro-CT. In all experiments, inflammation did not show a net effect on systemic bone turnover.
Conclusions In contrast to K/BxN serum-induced arthritis, murine AIA is not affected by a disruption of GC signaling in osteoblasts. This suggests that the GC-dependent modulation of immune-mediated inflammatory arthritis by osteoblasts in mice is T cell independent. This modulating effect seems to abate in a chronic inflammatory setting of K/BxN arthritis, narrowing the role of endogenous GC signaling by osteoblasts down to (sub-) acute inflammatory processes.
Einleitung Die Rolle endogener Glucocorticoide (GC) in der Modulierung von Immunprozessen bei der rheumatoiden Arthritis (RA) ist noch unverstanden. Buttgereit et al. konnten zeigten, dass die Unterbrechung des GC-Signalings in Osteoblasten zu einer deutlichen Abschwächung der Entzündungsaktivität und zur Erhaltung der Knochenstruktur im Mausmodell der K/BxN Serum-induzierten Arthritis führt – ein RA-Modell, das T-Zell-unabhängig ist und vor allem durch das angeborene Immunsystem geprägt wird.
Zielsetzung Um zu bestimmen, ob die Modulation der inflammatorischen Antwort durch Osteoblasten auch T-Zellen involviert, untersuchten wir die Effekte der Unterbrechung des GC-Signalings in Osteoblasten in dem T-Zell-abhängigen Modell der antigen-induzierten Arthritis (AIA). Um längerfristige Effekte dieser Unterbrechung vor allem auf Knochenerosionen und Knochenumsatz zu untersuchen, hielten wir eine chronische Entzündung in Langzeitmodellen der AIA sowie der K/BxN-Arthritis aufrecht.
Methodik Die Wirkung endogener GC in Osteoblasten wurde durch die transgene Überexpression des GC-inaktivierenden Enzyms 11-Hydroxysteroid-Dehydrogenase Typ 2 (11-HSD2) unter Kontrolle eines Osteoblasten-spezifischen 2.3-kb Kollagen-Typ-I-Promotors gehemmt. Die AIA wurde bei transgenen (tg) und Wild-Typ (WT) Mäusen durch intra-artikuläre Injektionen von methyliertem bovinen Serumalbumin (mBSA) ausgelöst und in einem Langzeitmodell aufrechterhalten. Für das Langzeitmodell der K/BxN Serum-induzierten Arthritis erhielten tg und WT Mäuse intraperitoneale Injektionen mit KRN-Serum, welche die Arthritis durch Booster-Injektionen an Tag 14 und 28 aufrechterhielten. Das Ausmaß der Arthritis wurde mittels klinischem Score und Gelenksdurchmesser gemessen bis zum Endpunkt an Tag 14 und 28 (AIA), bzw. Tag 42 (K/BxN). Die betroffenen Gelenke wurden histologisch und beim K/BxN Langzeitmodell zusätzlich mit Micro-CT untersucht. Systemische Effekte der Entzündung auf den Knochenstoffwechsel wurden mittels Histomorphometrie und Micro-CT der Tibia bewertet.
Ergebnisse Bei der AIA war, auch im Langzeitmodell, kein signifikanter Unterschied zwischen tg und WT Mäusen in Hinblick auf das Ausmaß der Arthritis zu erkennen. Beim Langzeitmodell der K/BxN Serum-induzierten Arthritis zeigten tg Mäuse ebenfalls keine statistisch signifikanten Unterschiede in der Ausprägung der Arthritis verglichen mit WT Mäusen. Dies gilt auch für Veränderungen der Knochenstruktur in der Micro-CT Analyse. Trotz des langen Zeitraums zeigten sich in allen Langzeitmodellen keine eindeutigen Einflüsse der Entzündung auf den systemischen Knochenstoffwechsel.
Schlussfolgerung Im Gegensatz zur K/BxN Serum-induzierten Arthritis wird das AIA Modell nicht durch die Unterbrechung des osteoblastären GC-Signalings beeinflusst. Dies deutet darauf hin, dass die GC-abhängige Modulierung der inflammatorischen Prozesse durch Osteoblasten T-Zell-unabhängig ist. Zudem scheint dieser modulierende Einfluss von Osteoblasten in einem chronischen Umfeld weniger relevant zu werden. Dies grenzt die Bedeutung von osteoblastärem GC-Signaling in entzündlichen Gelenkprozessen auf (sub-) akute inflammatorische Phasen ein.
