Prävalenz von pro-MMP-1, MMP-3, pro-MMP-13, TIMP-1, TIMP-2, C2C und CPII in Serum und Synovia nach traumatischer und chronischer Kniegelenksschädigung

Abstract

Fragestellung: Ziel dieser Arbeit war es, die Prävalenz selektierter Matrix- modulierender Proteasen, Protease-Inhibitoren und Knorpelmetaboliten bei traumatischer und chronischer Kniegelenksschädigung (OA) zu evaluieren. Zudem wurde die Prävalenz dieser Faktoren bei chronischer Kniegelenksschädigung bei unterschiedlichem Erkrankungsalter und die Korrelation dieser Marker im Serum und in der Synovia untersucht. Material und Methoden: 69 Patienten, die einer Kniegelenksendoprothese bedurften wurden in folgende Gruppen unterteilt: 50–59 Jahre Frühe-OA-Gruppe (FOA), 60–69 Jahre Mittlere-OA-Gruppe (MOA) und 70–80 Jahre Späte-OA-Gruppe (SOA). Daneben wurden 61 Patienten nach traumatischer Kniegelenksschädigung (Trauma-Gruppe) untersucht. Mittels Sandwich-ELISA wurden die Konzentrationen von MMP-3, pro-MMP-1, pro-MMP-13, TIMP-1 und TIMP-2 aus Synovia und Serum ermittelt. CPII diente als Marker für den Knorpelaufbau und C2C für den Knorpelabbau. Daneben wurde das Serum CRP und die Leukozyten bestimmt. Präoperative Röntgenbilder wurden nach Kellgren & Lawrence klassifiziert, das subjektive Krankheitsempfinden mittels Knee Injury and Osteoarthritis Outcome Score bewertet und der Body-Mass-Index bestimmt. Ergebnisse: In der Trauma-Gruppe war verglichen mit der OA-Gruppe MMP-3 und pro-MMP-1 in der Synovia signifikant erhöht und pro-MMP-13 signifikant erniedrigt. In der Trauma-Gruppe korrelierten MMP-3 mit pro-MMP-1 und -13 sowie pro-MMP-1 mit pro-MMP-13 jeweils signifikant. In der OA-Gruppe korrelierte MMP-3 mit pro-MMP-1. In der Trauma-Gruppe war TIMP-2 in der Synovia signifikant höher als in der OA-Gruppe und TIMP-1 korrelierte umgekehrt proportional mit C2C. In der OA-Gruppe korrelierte TIMP-1 mit MMP-3 signifikant. In der FOA war TIMP-2 signifikant niedriger als in der MOA und SOA. Eine niedrige Prävalenz von TIMP-2 korrelierte in der Synovia signifikant mit einem niedrigen Erkrankungsalter. Eine Korrelation zwischen Serum und Synovia konnte nicht beobachtet werden. Schlussfolgerung: Die niedrigeren Werte von pro-MMP-13 in der Trauma-Gruppe im Vergleich zur OA-Gruppe sind möglicherweise durch das unterschiedliche Ausmaß des Knorpelschadens bedingt, bei dem gemäß bisheriger Untersuchungen eine erhöhte Prävalenz von pro-MMP-13 eher mit einem fortgeschrittenen Knorpelschaden assoziiert ist. Eine erhöhten Prävalenz von MMP-3 und pro-MMP-1 scheint eher zu einer früheren Erkrankung einer endgradigen chronischen Kniegelenksschädigung zu führen. Die Assoziation niedriger TIMP-2 Konzentrationen mit früherem Erkrankungsalter in der OA- Gruppe, sowie niedrige TIMP-1 mit hohen C2C Konzentrationen in der Trauma- Gruppe, lassen die Vermutung zu, dass TIMP-1 bei traumatischer sowie TIMP-2 bei der chronischen Kniegelenksschädigung eine Rolle spielt. Ob eine höhere Konzentration von TIMP-2 in der Synovia das Eintreten einer endgradigen chronischen Knieschädigung verzögert, ist durch weiterführende prospektive Studien zu untersuchen. Die Prävalenz der Biomarker in der Synovia korrespondiert nicht mit dem Serum.

Objective: To compare activity levels of selected matrix metalloproteinases, tissue inhibitors of matrix metalloproteinases and cartilage metabolism between patients after knee injury and osteoarthritis (OA). Furthermore, to investigate the prevalence in diverse ages of osteoarthritis. To determine a correlation of these biomarkers between plasma and synovial fluid. Methods: 69 patients who underwent total knee arthroplasty were subdivided into 3 groups: 50-59 years early-onset (FOA), 60-69 years middle-onset (MOA) and 70-80 years late-onset (SOA). Also, 61 patients were surveyed after knee injury (trauma group). Plasma and synovial fluid levels of MMP-3, proMMP-1, proMMP-13, TIMP-1, TIMP-2, CPII and C2C were obtained and measured by sandwich enzyme immunoassays. CRP and leukocytes were determined in plasma. Preoperative radiographs were classified by the Kellgren & Lawrence score. Knee disabilities were assessed with the Knee Injury and Osteoarthritis Outcome Score. Furthermore, the Body-Mass-Index was assessed. Results: MMP-3 and proMMP-1 activities were significantly elevated in the trauma group in comparison to the OA group and proMMP-13 was demeaned. In the trauma group MMP-3 correlated significantly with proMMP-1 and -13 as well as proMMP-1 with proMMP-13. MMP-3 correlated significantly with proMMP-1 in the OA group. TIMP-2 levels were significantly higher in the trauma group as in OA group and TIMP-1 correlated reciprocally proportionally with C2C. TIMP-1 correlated significantly with MMP-3 in the OA group. Synovial fluid TIMP-2 levels were significantly lower in the FOA group as in MOA and SOA. Low TIMP-2 synovial fluid levels correlated significantly with an early disease onset. A correlation between plasma and synovial fluid levels could not be verified. Conclusions: Low levels of proMMP-13 in the trauma group in comparison to the OA group are potentially due to differing extent of articular degradation. In accordance with previous studies, high levels of proMMP-13 are associated with advanced articular damage. Patients with high levels of MMP-3 and proMMP-1 appear to suffer from early-onset OA. Low levels of TIMP-2 in the OA group are associated with early-onset OA and low levels of TIMP-1 are associated with high levels of C2C. Thus the assumption can be made that after trauma TIMP-1 and in OA TIMP-2 is of relevance. Further prospective studies have to be investigated if higher levels of TIMP-2 in synovial fluid can prevent an early onset of OA. The prevalence of the examined markers in synovial fluid do not correspond with Serum markers.