Alters- und geschlechtsabhängiger Einfluss des β₂-Adrenozeptors in Chondrozyten auf den Knochen

Einleitung: Katecholamine sind Stresshormone, die einen Einfluss auf den gesamten Organismus haben und daher auch den Knochenmetabolismus beeinflussen. So konnten wir zeigen, dass Katecholamine die endochondrale Ossifikation während des Knochenlängenwachstums und der Frakturheilung beeinträchtigen. Für die Vermittlung der Effekte von Katecholaminen auf den Knochen spielt der β₂-Adrenozeptor eine zentrale Rolle. So zeigen Mäuse mit einem systemischen oder einem osteoblastenspezifischen Knockout des β₂-Adrenozeptors eine erhöhte Knochenmasse. Ziel dieser Studie war es, die Bedeutung des β₂-Adrenozeptors in Chondrozyten für den Knochen zu untersuchen.

Methode: Verwendet wurden männliche und weibliche Adrb2□□/□□/Col2a1-Cr+ Mäuse mit einem spezifischen Knockout des β₂-Adrenozeptors in Chondrozyten (Adrb2-KO) sowie deren Cre– Wurfgeschwister im Alter von 12 und 40 Wochen. Die Knochenlängen der Femora wurden bestimmt und die Wachstumsfugen mittels histologischen Färbungen untersucht. Außerdem erfolgte eine μCT-Analyse sowie die histologische Quantifizierung der Knochenzellen. Zur Bestimmung der systemischen Katecholamin-Konzentration erfolgte ein 3-CAT ELISA. Statistik: Students t-test/Mann-Whitney-U-Test. p<0,05. n=4-6.

Ergebnisse: Männliche und weibliche Adrb2-KO Mäuse zeigten im Vergleich zu den Kontrolltieren sowohl im Alter von 12 (Männchen (M): 14.9 vs 15.8 mm, p<0.0001; Weibchen (W): 14.2 vs 14.8 mm, p=0.021) als auch im Alter von 40 Wochen (M: 15.3 vs 16.5 mm, p<0.0001; W: 15.7 vs 16.5 mm, p=0.001) kürzere Femora. In der Wachstumsfuge der 12 Wochen alten Männchen war die hypertrophe Zone breiter (31.9 vs 25.2 µm, p=0.009) und der Anteil an Col10+ hypertrophen Chondrozyten erhöht (35.1 vs 23.2%, p=0.031). Dies konnte bei den Weibchen nicht nachgewiesen werden. Bei der systemischen Katecholamin-Konzentration zeigten sich zwischen den Männchen und Weibchen keine Unterschiede. Während der Knockout keinen Einfluss auf den Knochenmetabolismus der 12 Wochen alten Mäuse hatte, führte er sowohl bei den 40 Wochen alten Männchen als auch bei den Weibchen zu einem reduzierten relativen Knochenvolumen (M: 8.6 vs 16.8%, p<0.0001; W: 1.9 vs 4.6%, p<0.002). Dies ging mit einer reduzierten Osteoblastenanzahl (M: 8.6 vs 10.6 1/mm, p=0.041; W: 7.0 vs 10.2 1/mm, p=0.012) einher.

Diskussion: Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass der β₂-Adrenozeptor in Chondrozyten einen alters- und geschlechtsabhängigen Einfluss auf das Knochenlängenwachstum und auf den Knochenmetabolismus hat. Das reduzierte Längenwachstum beruht möglicherweise auf einer schnelleren Differenzierung von proliferierenden zu hypertrophen Chondrozyten. Die geringeren Effekte des Knockouts auf die weiblichen Mäuse könnten auf einen Einfluss der Geschlechtshormone zurückzuführen sein. Weitere Untersuchungen sind nötig, um die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen weiter aufzuschlüsseln.

Keywords: Katecholamine, β₂-Adrenozeptor, Chondrozyten, Knochen, Knochenmetabolismus, Knochenlängenwachstum

Korrespondenzadresse: Melanie Rebecca Kuhn, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Universitätsklinikum Ulm, Helmholtzstraße 14, 89081 Ulm, Deutschland, E-Mail: [e-mail]

Publication History

Article published online:
21 March 2025