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Zielsetzung und Fragestellung: Katecholamine beeinflussen den Knochenstoffwechsel maßgeblich, wie etwa ein erhöhtes Osteoporoserisiko bei Patient*innen mit Phäochromozytom nahelegt. Zudem zeigten vorangegangene Studien, dass die nicht-selektive Blockade von beta-Adrenorezeptoren durch Propranolol bei Mäusen mit einer Fraktur die Rekrutierung neutrophiler Granulozyten ins Frakturhämatom reduzierte und die Knochenbildung an der Bruchstelle beeinflusste. Daraufhin wurde für dieses Projekt die Forschungshypothese aufgestellt, dass der beta2-Adrenorezeptor (Adrb2) auf neutrophilen Granulozyten einen Einfluss auf den Knochen haben könnte.

Material und Methoden: Zur Überprüfung der Hypothese wurde eine neue Mauslinie mit Neutrophilen-spezifischem Knockout (KO) des Adrb2 generiert (Ly6G-Cre Adrb2flox/flox). Es wurden männliche, zwölf Wochen alte Mäuse mit (Cre+) und ohne (Cre-) spezifischem KO untersucht. Der Knochenphänotyp wurde durch Knochenlängenmessungen, µ-Computertomographie, Histologie, RANKL/OPG-ELISA und biomechanischer Testung charakterisiert. Der Immunphänotyp wurde mittels FACS-Analyse, RNA-Sequenzierung isolierter Knochenmarks-Neutrophiler sowie durch die Analyse der Mastzell- und Interleukin-6-(IL-6)-Expression im Knochenmark mithilfe immunhistochemischer Färbungen erfasst. Statistische Analysen erfolgten mittels Student’s t-test (p < 0,05) bei n = 6–8.

Ergebnisse: Die Adrb2-KO-Mäuse zeigten eine signifikant höhere Knochenmineralisierung (668,95 mgHA/cm³ vs. 637,09 mgHA/cm³; p < 0,05) und kortikale Dicke (0,093 mm vs. 0,087 mm; p < 0,05) sowie mehr Osteozyten im kortikalen Knochen (92 vs. 60; p < 0,01). Keine Unterschiede waren in der trabekulären Knochenmasse, der Knochenlänge, den biomechanischen Eigenschaften und der RANKL- und OPG-Konzentration im Serum. Auch in der Anzahl verschiedener Immunzellen in Blut, Knochenmark und Milz und der IL-6-Expression im Knochenmark war kein Unterschied zu sehen. Allerdings war die Mastzellzahl im Knochenmark bei Cre+ Mäusen vermindert (1,02% vs. 2,55%; p < 0,05). Die RNA-Sequenzierung isolierter Neutrophiler identifizierte differentiell regulierte Gene, die unter anderem die Mastzellaktivierung beeinflussen. So war zum Beispiel das Elastase-Gen Elane bei Cre+ Tieren signifikant herunterreguliert (log2FoldChange = -0,936; p = 0,045).

Diskussion und Schlussfolgerung: Der KO des Adrb2 auf neutrophilen Granulozyten führt zu einer erhöhten kortikalen Knochenmasse, vermutlich durch indirekte osteoimmunologische Mechanismen. Unsere Ergebnisse deuten auf eine bisher unbekannte Verbindung zwischen neutrophilen Granulozyten und Mastzellen, aktiviert durch den Katecholaminsignalweg, hin. Durch den zellspezifischen Adrb2-KO sezernieren die Neutrophilen weniger Elastase, was die verminderte Mastzellzahl in den KO-Tieren erklären könnte. Frühere Arbeiten zeigten bereits eine Verknüpfung von Mastzellen und Knochenzellen, weitergehende Arbeiten werden nun die zugrunde liegenden osteoimmunologischen Mechanismen auch im Rahmen der Frakturheilung untersuchen.