“Zusammenhang zwischen Anämie und Knochstoffwechsel”

1. Zielstellung:

Ziel des Projektes war es, den Zusammenhang zwischen Anämie und Knochenqualität zu untersuchen. Unsere Hypothese, dass eine Anämie mit einer schlechteren Knochenqualität einhergeht sollte mit Hilfe der bevölkerungsbezogenen Studie Study of Health in Pomerian (SHIP) adressiert werden. Folgende Fragestellungen wurden bearbeitet:

1. Geht eine Anämie mit einer schlechteren Knochenqualität einher?
2. Sind erhöhte FGF-23 Spiegel für den Zusammenhang zwischen Anämie und schlechter Knochengesundheit verantwortlich?

2. Ergebnisse:

2.1  Untersuchung des Zusammenhanges zwischen Anämie und Knochenqualität

Mit Hilfe der erhobenen Daten der SHIP-Studie sollte der Zusammenhang zwischen Knochenqualität und Anämie in Abhängigkeit vom Alter und den Lebensgewohnheiten untersucht werden. Als Anämie wurde dafür ein Hämoglobinwert (Hb) <12 g/dl für Frauen und <13 g/dl für Männer definiert. Ultraschallmessungen (Osteosonografie) der Ferse sowie die Messungen der Knochenumbaumarker intaktes amino-terminales Propeptid von Typ I Kollagen (P1NP) und carboxy-terminales Telopeptid von Typ I Kollagen (CTX) dienten als Marker für die Knochenqualität. Zudem wurde der Lebensstil einschließlich körperlicher Aktivität, Alkohol- und Tabakkonsum, Krankheitsgeschichte und eingenommene Medikamente erfasst.

Ausgeschlossen wurden unter anderem Probanden mit entzündlichen Gelenkerkrankungen, Krebserkrankungen, entzündlichen Darmerkrankungen, Schwangerschaften, Patienten mit einem Hb <8 g/gl bzw. >20 g/dl sowie Patienten, die Bisphosphonate, Glukokortikoide, Erythropoetin, Calcineurin-Inhibitoren, Parathormon oder Vitamin D eingenommen haben bzw. einnehmen.

Die multivariable lineare Regression der erhobenen Daten aus SHIP-2 und SHIP-Trend von insgesamt 5054 Probanden ergab zunächst, dass zwar das Geschlecht und das Alter einen Einfluss auf den Hb-Wert haben, jedoch nicht der Alkoholkonsum und die körperliche Aktivität. Die körperliche Aktivität ist definiert als sportliche Betätigung mindestens einmal wöchentlich über das ganze Jahr. Es konnte kein Zusammenhang zwischen Anämie und den Lebensgewohnheiten festgestellt werden (Abb. 1).

Abb. 1. Assoziation zwischen Lebensstil und Anämie in 5054 SHIP-2 und SHIP-Trend Probanden. Geschlecht und Alter sind mit Anämie assoziiert, alle anderen Parameter jedoch nicht. OR, odds ratio; 95% CI, Confidenz-Intervall.

Des Weiteren haben wir mit Hilfe linearer Regressionsmodelle eine mögliche Assoziation zwischen Knochenqualität und Anämie in den 5054 SHIP-2 und SHIP-Trend Probanden berechnet und konnten feststellen, dass ein niedriger Hb-Wert und das Auftreten einer Anämie mit einer schlechteren Knochenqualität in den Altersgruppen 40-64 und >65 assoziiert ist (Abb.2). Die Knochenumbaumarker CTX und P1NP zeigten jedoch keine signifikanten Interaktionen mit dem Hb-Wert oder dem Auftreten einer Anämie (Daten nicht gezeigt),

Abb. 2. Altersabhängige Assoziation zwischen Hb/ Anämie und Knochenqualität in 5054 SHIP-2 und SHIP-Trend Probanden. Ein niedriger Hb-Wert und eine Anämie sind mit einer schlechteren Knochenqualität (niedrigerer SOS-Wert und niedrigerer Steifheitsindex) in manchen Altersgruppen assoziiert. Lineare Regressionsmodelle. Adjustierung für Geschlecht, Alter, Messgerät, BMI, Rauchen, Alkoholkonsum. Anämie n=320; 20-39: n=69; 40-64: n=138; 65+: n=113. SOS, Speed of Sound.

2.2  Analyse des Beitrages von FGF-23 zum Anämie-induzierten Verlustes der Knochenqualität 

Im zweiten Teil der Studie wollten wir den Beitrag von FGF-23 im Zusammenhang von Anämie und Knochenqualitätsverlust untersuchen. Dafür wurden die FGF-23 Serumwerte von 1000 SHIP-Trend Probanden mit den Hb-Werten und dem QUS-basierten Steifheitsindex als Maß der Knochenqualität assoziiert. Es zeigte sich, dass eine signifikante Assoziation zwischen Hb-Wert bzw. dem Auftreten einer Anämie mit höheren FGF-23 Serumspiegeln vorliegt (Abb.3). Die Knochenqualität ist ebenfalls etwas schlechter, allerdings konnten wir hier keine signifikanten Interaktionen zwischen FGF-23 und den SOS-Werten bzw. der Knochenumbaumarker CTX und P1NP feststellen (Daten nicht gezeigt).

Abb. 3. Assoziationen zwischen Hb/Anämie und FGF-23 Serumlevel. Es liegt eine signifikante Interaktion zwischen dem Hb-Wert bzw. dem Auftreten einer Anämie und de FGF-23 Serumspiegel vor. Lineare Regressionsmodelle. Adjustierung für Geschlecht, Alter, eGFR, Body Mass Index, Rauchen, Alkoholkonsum und körperliche Aktivität.

Derzeit untersuchen wir in Ko-Kulturen von murinen mesenchymalen Stammzellen (MSCs) und Erythrozyten-Vorläufern aus dem Knochenmark von Mäusen den Zusammenhang zwischen FGF-23 und Anämie in vitro genauer. Dafür werden die MSCs osteogen mit Dexamethason, ß-Glyzerolphosphat und Askorbatphosphat für 20 Tage differenziert. Anschließend werden die differenzierten Osteoblasten mit Erythrozyten-Vorläufern co-kultiviert. Wir verwenden dabei Zellen von gesunden Mäusen sowie Zellen aus Mäusen, die hohen FGF-23 Spiegel exprimieren. Die Erythrozyten werden nach 48h mittels Durchflusszytometrie analysiert. In den bisher durchgeführten Experimenten zeigte sich, dass auch hier hohe FGF-23 Level mit einer schlechteren Erythropoese einhergehen. Weitere detaillierte Expressionsanalysen führen wir derzeit durch. 

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass niedrige Hämoglobin-Werte bzw. das Auftreten einer Anämie mit einer schlechteren Knochenqualität einhergehen. FGF-23 beeinflusst zudem die Erythropoese und auch moderat den Knochenstoffwechsel. Inwieweit FGF-23 eine zentrale Rolle bei den Interaktionen von Anämie und Osteoporose spielt, untersuchen wir genauer in in vitro Versuchen mit murinen Zellen sowie humanen Ko-Kulturen.