APJ-Rezeptor-Aktivierung beseitigt beschädigte Mitochondrien und stoppt entzündungsbedingte Knochenresorption

Entzündliche Erkrankungen wie rheumatoide Arthritis, Diabetes und entzündliche Darmerkrankungen stören das immunologische Knochenmikromilieu, lösen eine übermäßige Osteoklastenaktivierung aus und führen zu fortschreitendem Knochenverlust. Aktuelle entzündungshemmende Behandlungen wie Glukokortikoide verschlimmern den Knochenverlust paradoxerweise, was einen erheblichen ungedeckten therapeutischen Bedarf hinterlässt. Diese Studie untersuchte, ob der Apelin-Rezeptor (APJ), ein G-Protein-gekoppelter Rezeptor mit bekannten Funktionen bei kardiovaskulären und neurologischen Entzündungen, die Immun-Knochen-Achse beim systemischen entzündungsbedingten Knochenverlust regulieren könnte.

Mithilfe eines LPS-induzierten Mausmodells für systemischen entzündungsbedingten Knochenverlust teilten die Autoren C57BL/6-Mäuse in Schein-, LPS- und LPS + Apelin-13-Gruppen auf. Apelin-13 (die bioaktivste APJ-Ligand-Isoform) wurde sieben Tage lang intraperitoneal mit 100 µg/kg verabreicht. Die Mikro-CT-Analyse zeigte, dass die Apelin-13-Behandlung die trabekulären Knochenparameter signifikant erhielt. TRAP-Färbung und histologische Analysen bestätigten eine reduzierte Osteoklastenzahl. Bedeutsam ist, dass die M1-Polarisationsmarker der Makrophagen (iNOS, CD86) bei behandelten Tieren supprimiert wurden, gemessen mittels Durchflusszytometrie und Immunhistochemie.

Die mechanistischen In-vitro-Arbeiten verwendeten knochenmarkabgeleitete Makrophagen (BMDMs), die mit LPS stimuliert wurden, wobei die APJ-Aktivität durch Apelin-13-Behandlung oder siRNA-vermittelten APJ-Knockdown manipuliert wurde. Hochdurchsatz-RNA-Sequenzierung dieser Zellen identifizierte mitochondriale Autophagie und den NOD-ähnlichen Rezeptor-Signalweg als die primären, nachgeschaltet von APJ regulierten Signalwege, neben den AMPK- und MAPK-Signaltransduktionskaskaden. Nachfolgende Experimente bestätigten, dass die APJ-Aktivierung die AMPK/BNIP3/PINK1/PARKIN-Mitophagie-Achse hochregulierte. Transmissionselektronenmikroskopie zeigte vermehrte autophage Strukturen und eine verbesserte mitochondriale Morphologie. JC-1- und MitoTracker-Assays zeigten ein wiederhergestelltes mitochondriales Membranpotenzial, während DHE- und DCF-DA-Durchflusszytometrie eine deutliche Reduktion intrazellulärer reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) nachwies.

Durch die Beseitigung dysfunktionaler Mitochondrien und die Reduzierung der ROS-Akkumulation supprimierte die APJ-Aktivierung die NLRP3-Inflammasom-Assemblierung (reduzierte NLRP3-, ASC- und IL-1β-Spiegel) und blockierte dadurch die M1-Makrophagen-Polarisation. In der Folge wurde das entzündliche Zytokinmilieu, das die Osteoklastogenese antreibt, eingedämmt, und die RANKL-induzierte Osteoklastendifferenzierung war signifikant beeinträchtigt. Der APJ-Knockdown durch siRNA kehrte diese Schutzeffekte um und bestätigte die Notwendigkeit des Rezeptors in diesem Signalweg.

Diese Erkenntnisse etablieren eine mechanistische Kette von APJ-Aktivierung → AMPK-Phosphorylierung → BNIP3-Hochregulation → PINK1/PARKIN-abhängige Mitophagie → ROS-Clearance → NLRP3-Suppression → reduzierte M1-Polarisation → verringerte Osteoklastogenese → Knochenschutz. Die Studie schlägt APJ-Agonismus als neuartige Therapiestrategie vor, die gleichzeitig Entzündung und Knochenverlust bekämpfen könnte und dabei die skelettalen Nebenwirkungen von Glukokortikoiden vermeidet.