Warum kann Rauchen und Alkoholkonsum das Osteoporoserisiko erhöhen?
Jüngste Forschungen haben einen Zellmechanismus entdeckt, der erklären könnte, warum Rauchen, Alkohol und andere veränderbare Faktoren das Risiko für die Entwicklung der Knochenerkrankung Osteoporose erhöhen können.
Der Mechanismus spornt einen Zelltyp im Immunsystem an, sich in Osteoklasten zu verwandeln, bei denen es sich um einen Zelltyp handelt, der Knochen resorbiert oder auflöst.
Es scheint, dass Mitochondrien, die winzigen Gehäuse, die Energie in Zellen produzieren, ein Signal aussenden, das diesen Prozess unter Stress auslöst.
Wenn dies in den Mitochondrien von Makrophagen geschieht, verwandeln sich die Zellen in Osteoklasten. Makrophagen sind produktive Immunzellen, die Zellabfälle und Fremdkörper durch Verschlucken und Verdauen entfernen.
Die Forscher hinter der Entdeckung stammen von der University of Pennsylvania (Penn) in Philadelphia und der Icahn School of Medicine am Mount Sinai in New York. Sie schreiben kürzlich über ihre Ergebnisse FASEB Journal Studienarbeit.
„Wir zeigen in diesem Artikel, dass eine Beeinträchtigung der Mitochondrienfunktion nicht nur die Energieerzeugung beeinflusst, sondern auch eine Art Stresssignal auslöst, das die Überproduktion von Osteoklasten induziert“, sagt der leitende Studienautor Narayan G. Avadhani, Professor für Biochemie an der Penn's School of Veterinary Medicine.
Einige der Umweltfaktoren wie Rauchen, Alkoholkonsum und bestimmte Medikamente, die die Funktion der Mitochondrien beeinträchtigen können, scheinen auch das Osteoporoserisiko zu erhöhen.
Prof. Avadhani und seine Kollegen schlagen vor, dass der von ihnen aufgedeckte Stresssignalweg der Grund sein könnte.
Sie zeigten ihre Ergebnisse in im Labor kultivierten Makrophagen und Mäusen mit dysfunktionellen Mitochondrien.
Knochenerzeugung und -resorption
Osteoporose ist eine Krankheit, bei der die Knochen weniger dicht und poröser und spröder werden. Dies erhöht das Frakturrisiko erheblich.
Mit zunehmendem Alter steigt das Risiko, an Osteoporose zu erkranken. Dies liegt daran, dass sich das Gleichgewicht zwischen Knochenbildung und Knochenresorption mit dem Alter verschiebt.
Bis die meisten Menschen ihre 30er Jahre erreichen, hat ihre Knochendichte ihren Höhepunkt erreicht. Danach nimmt die Knochendichte ab, da das Gleichgewicht die Resorption gegenüber der Erzeugung allmählich begünstigt.
Laut der International Osteoporosis Foundation (IOF) erleidet jede dritte Frau und jeder fünfte Mann über 50 einen Knochenbruch aufgrund von Osteoporose.
Die IOF schätzt auch, dass in den USA, Europa und Japan rund 75 Millionen Menschen an Osteoporose leiden und dass Osteoporose weltweit zu mehr als 8,9 Millionen Knochenbrüchen pro Jahr führt.
In ihrer Studienarbeit schreiben die Autoren, dass der mitochondriale Signalweg von Mitochondrien zum Kern (MtRS) den Zellen hilft, sich an Stress anzupassen.
Eine frühere Untersuchung hatte sie bereits zu der Entdeckung geführt, dass ein Weg, diesen Weg auszulösen, Makrophagen dazu bringen kann, sich in Osteoklasten zu differenzieren, die Knochen resorbieren.
"Allerdings bleiben die Mechanismen, über die Makrophagen zellulären Stress wahrnehmen und darauf reagieren, unklar", stellen sie fest.
Beschädigte Mitochondrien fördern Osteoklasten
Um herauszufinden, wie mitochondriale Schäden beteiligt sein könnten, führten sie einige Experimente mit im Labor kultivierten Mausmakrophagen durch. Sie induzierten Schäden in den Makrophagen, indem sie ein Enzym namens Cytochromoxidase C zerstörten, das zur Regulierung der mitochondrialen Energieproduktion beiträgt.
Dies führte dazu, dass die Makrophagen verschiedene Signalmoleküle freisetzten, die nicht nur eine Entzündung auslösten, sondern auch die Zellen dazu veranlassten, sich in Osteoklasten zu differenzieren.
Eine weitere Untersuchung ergab, dass mit einem anderen Molekül namens RANK-L etwas Besonderes geschah. Die Knochenerzeugung setzt RANK-L frei, das die Knochenresorption auslöst. Dies hilft, das Gleichgewicht zwischen den beiden Prozessen zu halten.
Das Team stellte jedoch fest, dass sich Makrophagen, wenn die beschädigten Mitochondrien Signale aussendeten, weiterhin zu Osteoklasten differenzierten - und folglich die Knochenresorption förderten -, selbst wenn nicht viel RANK-L vorhanden war.
Eine letzte Reihe von Tests in einem Mausmodell für mitochondriale Dysfunktion bestätigte die Ergebnisse.
Das Team erwägt weitere Studien, um herauszufinden, ob die Erhaltung der Mitochondrienfunktion das Osteoporoserisiko verringern könnte.
„In mancher Hinsicht kann die mitochondriale Stresssignalisierung sogar RANK-L ersetzen. Das wissen wir jetzt nicht, aber wir planen, das weiter zu untersuchen. "
Prof. Narayan G. Avadhani
