Evaluatie van verschillende serumkraakbeenbiomarkers in de acute respons op lopen en fietsen bij gezonde mannelijke proefpersonen

Biomarkers kunnen worden gebruikt om het kraakbeenmetabolisme te monitoren en dienen als prognostische of diagnostische markers om veranderingen in de gewrichtsstructuur te detecteren (8). De meeste van deze biomarkers zijn essentiële componenten van de extracellulaire matrix van kraakbeen (ECM). De meting van kraakbeenbiomarkers is gebaseerd op het principe dat osmotische en mechanische belasting de efflux van proteolytisch geproduceerde ECM-fragmenten in de synoviale vloeistof en vervolgens uit het gewrichtskapsel veroorzaakt. Zo kunnen biomarkerconcentraties worden gemeten door middel van immunoassays in gewrichtsvloeistof, bloed en urine. Op dezelfde manier zijn biomarkerconcentraties gebruikt om de acute of langetermijneffecten van inspanning op de gezondheid en het metabolisme van gewrichtskraakbeen te onderzoeken.

De meest bestudeerde biomarker voor serumkraakbeen is kraakbeenoligomeer matrixeiwit (COMP). COMP, ook bekend als trombospondine-5, is een pentameer glycoproteïne dat bestaat uit vijf identieke subeenheden. Het C-terminale uiteinde van elk monomeer interageert met talrijke KDHM-eiwitten, zoals collageen II, collageen IX, matrilines en proteoglycanen (9). Bovendien beïnvloedt COMP de collageensecretie en fibrillogenese, waardoor de snelheid van fibrilvorming, organisatie en diameter wordt beïnvloed (10). Vanwege deze interacties met andere KDHM-eiwitten speelt COMP een belangrijke rol bij de assemblage en structuur van de kraakbeenmatrix, waardoor de mechanische eigenschappen ervan worden bepaald.

Op basis van deze eigenschappen is COMP uitgebreid bestudeerd in termen van acute belasting en is aangetoond dat het mechanosensitief is (11). Er is gevonden dat de serum-COMP-niveaus variëren tussen -16% en +39% na 30 minuten matige hardloopinterventies (12). Er werd echter geen verhoging van de serumconcentratie waargenomen als reactie op andere acute oefeningen, zoals knieflexie of herhaalde lumbale flexie/extensie (13). Dit suggereert dat de acute serum COMP-respons afhankelijk is van de gewrichtsbelastingskarakteristieken.

Andere interessante biomarkers zijn proteolytische enzymen die betrokken zijn bij de afbraak van KDHM-componenten van kraakbeen. Matrixmetalloproteïnasen (MMP's) zijn een familie van enzymen die variëren in substraatspecificiteit en primaire structuur.

Sommige MMP-familieleden spelen een rol bij zowel de hermodellering van KDHM als de pathologische afbraak. MMP-3 (stromelysine) breekt bijvoorbeeld de meeste componenten van KDHM af en activeert andere MMP's zoals MMP-9 (gelatinase B), dat zelf een belangrijke rol speelt bij de ontwikkeling van OA (14).

YKL-40 is een ander KDHM-eiwit dat betrokken is bij de pathogenese van kraakbeen. Hoewel de functie van YKL-40 niet in detail is gedefinieerd, is aangetoond dat het als glycosylase betrokken is bij algemene weefselremodellering en ontstekingsprocessen (15). De YKL-40-niveaus stijgen tijdens gewrichtsontsteking, en de resistineniveaus worden ook verhoogd door ontstekingsstimuli. Resistin is een adipokine dat aanvankelijk werd geassocieerd met obesitas en insulineresistentie bij knaagdieren.

De reactie van MMP's, YKL-40 en resistineconcentraties op inspanning is eerder onderzocht. Het is aangetoond dat marathonlopen de concentraties MMP-3 (+142%), YKL-40 (+56%) en resistine (+107%) in het serum onmiddellijk na de marathon verhoogt in vergelijking met de uitgangswaarden (16).

Type II collageen is een belangrijk onderdeel van gewrichtskraakbeen. De afbraak van type II collageen vindt plaats via de activiteit van collagenasen en MMP-9. Coll2-1 is een specifiek peptide-epitoop dat zich op de drievoudige helix van type II-collageenmoleculen bevindt en is een marker voor degeneratie van kraakbeen.

De genitreerde vorm van Coll2-1 wordt Coll2-1 NO2 genoemd en weerspiegelt de oxidatieve afbraak van de kraakbeenmatrix. Er is aangetoond dat de serumconcentraties van Coll2-1 (-13%) en Coll2-1 NO2 (-19%) afnemen na een marathonloop (17).

Nagaoka et al. (18) evalueerden het kraakbeencollageenmetabolisme van atleten die werden blootgesteld aan intense gewrichtsbelasting. Ze maten zowel type II collageensynthese als afbraakbiomarkers in de urine. De resultaten toonden aan dat de afbraak van collageen type II toenam als reactie op duuroefeningen waarbij de gewrichten intensief werden belast, vooral bij atleten die frequente springbewegingen uitvoerden, zoals volleybal, basketbal en handbal.

Het doel van onze studie was om het acute effect van twee veelgebruikte bewegingsinterventies (lopen en fietsen) te onderzoeken op de correlatie van serumbiomarkers die het extracellulaire matrixmetabolisme van kraakbeen weerspiegelen, COMP, YKL-40 en MMP3.