Παθοβιοχημεία της εκφύλισης μηνίσκου στον άνθρωπο: συμμετοχή του σηματοδοτικού άξονα p38 MARK-NF-κΒ και της κυκλο-οξυγενάσης 2 (Cox-2)

Abstract

Meniscal tears are attributed to either trauma or degeneration processes. Clinical data suggest that meniscal degeneration (MD) is associated with knee osteoarthritis; however, the molecular events underpinning the pathogenesis of MD in humans remain elusive. Here we immunohistochemically examined the expression of p38 MAPK, its phosphorylated activated form p-p38, its target NF-kB (p50-p65 dimer), and COX-2 in ruptured menisci and investigated their involvement in MD development. Our findings demonstrate increased expression of the p38-NF-kB axis elements and COX-2 in disintegrated fibrocartilage suggesting a role of these molecules in the pathobiochemistry of MD and consequential rupture. We undertook this study to explore and characterize the expression and/or activation profile of the p38 MAPK-NF-kB signaling path away constituents and COX-2 in the fibrochondrocytes of human torn menisci. Furthermore we correlated the expression levels of the examined proteins with pathologic and clinical parameters, such as the presence of fibrocartilaginus degeneration and the coexistence of clinically identified OA. 57 human menisci were used for this study. Among the patients 43 (75,4%) were male and 14 (24,6%) female with mean age 32,6 years, with pain duration 17,36 months. In 39 patients (68,4%) meniscal tearing was attributed to trauma and in 18 (31,6%) to a background of clinically diagnosed OA. The histopathologic identification of meniscal degeneration (MD) was based on established microscopy criteria. MD was observed in 34 (59,4%) of the menisci. The following available antibodies were employed (anti-p 38), anti p-p38 (activated form monoclonal), anti NF-kB, p50 polyclonal, anti NFkBp65 polyclonal and anti COX-2. Strain intensity and proportion of immunopositive fibrochondrocytes was assessed by light microscopy and graded on a scale 0-3 (0= no immunoreactivity, 1= mild, 2= moderate, 3= strong). Statistical analysis was made with Mann-Whitney tests and the strength of association between the variables by Kendall’s T test, using SPSS for Windows. 1. Expression of p-38 was significantly higher in degenerated compared with non-degenerated menisci. Menisci from patients with preexisting OA showed significantly increased p38 expression levels compared to those with no preexisting OA. 2. p-p38 expression was considerably elevated in degenerated compared with non-degenerated and in OA compared with non OA ruptured menisci. 3. The downstream effectors of p38 NF-kB subunits p50 and p65, exhibited significantly higher levels in degenerated and OA fibrocartilage. 4. COX-2 levels were significantly different between degenerated and non-degenerated menisci, as well as between OA and non OA joints. 5. Statistical analysis revealed significant and positive correlation between COX-2 and p-38 and NF-kB.

Οι μηνισκικές ρήξεις διακρίνονται σε τραυματικές και εκφυλιστικές. Κλινικά δεδομένα υποδηλώνουν ότι η εκφύλιση των μηνίσκων συσχετίζεται με την οστεοαρθρίτιδα του γόνατος. Παρ’ όλα αυτά, τα μοριακά γεγονότα που καθορίζουν την παθογένεια της εκφύλισης των μηνίσκων σε ανθρώπους παραμένουν αδιευκρίνιστα. Στη μελέτη εξετάστηκε ανοσοϊστοχημικά η έκφραση της p38 ΜAPKινάσης, της ενεργού φωσφορυλιομένης μορφής της p-p38, του στόχου NF-kB (με τα διμερή p50-p65) καθώς και της COX-2 σε μηνισκικές ρήξεις, και διερευνήθηκε η συμμετοχή τους στην ανάπτυξη εκφύλισης. Τα ευρήματα απέδειξαν αυξημένη έκφραση του άξονα p38-NF-kB και της COX-2 στον αποδιοργανωμένο και εκφυλισμένο ινοχόνδρινο μηνισκικό ιστό, υποδεικνύοντας ένα ρόλο των μορίων αυτών στην παθοβιοχημεία της εκφύλισης και της επακόλουθης ρήξης. Η μελέτη είχε σκοπό να διερευνήσει και να χαρακτηρίσει την έκφραση και την ενεργοποίηση του σηματοδοτικού μονοπατιού της p38 MAPK-NF-kB και της COX-2 στα ινοχονδροκύτταρα των ανθρώπινων μηνίσκων με ρήξη. Επιπρόσθετα συσχετίσαμε τα επίπεδα έκφρασης των πρωτεϊνών αυτών με παθολογοανατομικές και κλινικές παραμέτρους, όπως η ύπαρξη εκφύλισης και η συνύπαρξη κλινικά εξακριβωμένης ΟΑ. Χρησιμοποιήθηκαν 57 ανθρώπινοι μηνίσκοι. 43 (75,4%) άνδρες και 14 (24,6%) γυναίκες, με μέσο όρο ηλικίας 32,6 έτη, με διάρκεια πόνου 17,36 μήνες. Σε 39 ασθενείς (68,4%) η ρήξη αποδόθηκε σε τραύμα και σε 18 (31,6%) σε προϋπάρχουσα κλινικά διαγνωσμένη ΟΑ. Η ιστοπαθολογοανατομική διευκρίνιση της μηνισκικής εκφύλισης βασίστηκε σε καθιερωμένα μικροσκοπικά κριτήρια. Εκφύλιση παρατηρήθηκε σε 34 μηνίσκους (59,4%). Χρησιμοποιήθηκαν τα αντισώματα, anti p38, anti p-p38 (μονοκλωνικά αντισώματα έναντι της ενεργοποιημένης μορφής), anti NF-kB, p50 πολυκλωνική, anti NFkBp65 πολυκλωνική και antiCOX-2. Η ένταση της χρώσης και η αναλογία των ανοσοθετικών ινοχονδροκυττάρων εκτιμήθηκε μικροσκοπικά και βαθμολογήθηκε σε κλίμακα 0-3 (0= χωρίς ανοσοδραστικότητα, 1= ήπια, 2= μέτρια, 3= ισχυρή). Στατιστική ανάλυση έγινε με τη δοκιμασία Mann-Whitney και η ισχύς της συσχέτισης των μεταβλητών με το Kendall’s T test, χρησιμοποιώντας το SPSS. 1. Η έκφραση της p38 ήταν στατιστικά σημαντικά υψηλότερη στους εκφυλισμένους συγκριτικά με μη εκφυλισμένους μηνίσκους. Μηνίσκοι σε ασθενείς με προϋπάρχουσα ΟΑ έδειξαν επίσης στατιστικά σημαντικά αυξημένη p38 σε σύγκριση με αυτούς με μη προϋπάρχουσα ΟΑ. 2. Η p-p38 είχε σημαντικά αυξημένη έκφραση σε εκφυλισμένους μηνίσκους έναντι μη εκφυλισμένων και σε ραγέντες μηνίσκους με ΟΑ σε σχέση με μη ΟΑ. 3. Οι υπομονάδες p50 και p65 ως τροποποιητές του άξονα p38-NFkB έδειξαν σημαντικά υψηλότερα επίπεδα στην εκφύλιση και την οστεοαρθρίτιδα. 4. Τα επίπεδα της COX-2 ήταν σημαντικά διαφορετικά μεταξύ εκφυλισμένων και μη εκφυλισμένων και σε οστεοαρθριτικές και μη αρθρώσεις, και συσχετίζονται απόλυτα με τη διακύμανση των προηγούμενων βημάτων του άξονα. 5. Η στατιστική ανάλυση αποκάλυψε σημαντική και θετική συσχέτιση μεταξύ COX-2 και p38-NF-kB και παράλληλη διακύμανσή της.