Verenkierron MMP-entsyymien ja Fas-ligandin yhteydet eri-ikäisten naisten kehonkoostumukseen ja hormonaaliseen tilaan

Abstract

Ikääntyvillä ihmisillä kehon koostumuksen muuttuminen yhdessä lihaksiston heikentymisen kanssa on merkittävä toimintakykyyn ja elämänlaatuun vaikuttava tekijä. Ikääntyessä yleisesti vaikeutunut liikkuminen, korkeampi kaatumisen riski sekä metaboliseen oireyhtymään ja/tai tyypin II diabetekseen sairastuminen voivat olla seurauksia heikentyneestä toimintakyvystä. Naisilla vaihdevuosien aikana estrogeenin tuotanto vähenee huomattavasti, ja estrogeenin vähenemisen on havaittu olevan yhteydessä rasvakudoksen määrän lisääntymiseen, lihasten koon pienenemiseen ja lihasvoiman heikkenemiseen. Vaihdevuosien oireita hoidetaan mm. estrogeenia sisältävällä hormonikorvaushoidolla, mutta estrogeenin vaikutuksen tarkkoja mekanismeja luustolihaksistoon tai sen säätelyyn ei kuitenkaan tunneta. Fas-ligandi (FasL) on yksi lymfosyyttien pinnalla sijaitseva kohdesolujen apoptoosia aktivoiva tekijä, jonka metalloproteinaasi-entsyymit MMP-3 ja MMP-7 voivat pilkkoa liukoiseen muotoon. Seerumin liukoisen FasL:n pitoisuus laskee ikääntyessä, ja tämän on havaittu korreloivan seerumin estrogeeni-pitoisuuden kanssa. MMP-entsyymeistä puolestaan MMP-2 -entsyymi on keskeisessä roolissa mm. rasva- ja lihaskudoksissa solujen tyvikalvon rakenteen säätelyssä, joten sillä voi olla toiminnallinen yhteys kehon rasva- ja lihaskudosten ominaisuuksiin. Tässä tutkimuksessa selvitettiin, ovatko premenopausaalisten naisten (n=15) ja postmenopausaalisten hormonikorvaushoitoa käyttävien kaksossisarien (n=11) hormonikorvaushoitoa käyttämättömiä sisariaan (n=11) merkitsevästi matalammat seerumin FasL-pitoisuudet yhteydessä seerumin MMP-entsyymien määrään ja/tai aktiivisuuteen. Lisäksi selvitettiin MMP-2, -3 ja -7 -entsyymien yhteyttä estrogeenitasoihin, kehonkoostumukseen ja ikään. MMP-2, -3 ja -7 -molekyylien pitoisuudet määritettiin käyttäen ELISA-menetelmää. Tällä menetelmällä mitattiin kyseisten entsyymien kokonaismäärää mutta ei niiden aktiivisuutta. MMP-entsyymien pro- ja aktiivisten muotojen pitoisuuksien mittaamiseen käytettiin zymografia-menetelmää, jonka herkkyys ei kuitenkaan riittänyt määrityksiin tutkimuksen seeruminäytteistä. Näin ollen tuloksia käsitellään vain entsyymien kokonaispitoisuuksien perusteella. Tutkimuksessa premenopausaalisten naisten seerumin MMP-2 -entsyymin pitoisuus korreloi negatiivisesti kehon rasvattomaan pehmytkudoksen osuuteen (r=-0,550 ja p=0,03). Lisäksi havaittiin, että premenopausaalisten ryhmässä MMP-3 ja MMP-7 entsyymien välillä oli positiivinen korrelaatio (r=0,550 ja p=0,03). Postmenopausaalisten naisten vaihdevuosioireisiin käytetty estrogeenia sisältävä hormonikorvaushoito vähensi rasvakudoksen osuutta koko kehon painosta (p=0,022), mutta hormonikorvaushoidolla ja iällä ei ollut yhteyttä tutkittujen MMP-entsyymien kokonaismääriin verenkierrossa. MMP-entsyymien kokonaismäärät eivät myöskään olleet yhteydessä sFasL:n pitoisuuksiin. MMP-7 tunnetusti aktivoi MMP-3:n pro-muodosta aktiiviseen muotoon, mikä selittänee näiden entsyymien korrelaation. Tuloksissa kehon rasvattoman painon negatiivinen yhteys seerumin MMP-2:n pitoisuuteen tukee käsitystä MMP-2:n stimuloivasta vaikutuksesta mesenkymaalisten kantasolujen erilaistumisessa rasvasoluiksi. MMP-2:n yhteyttä kehon rasvattomaan painoon ei kuitenkaan voitu osoittaa enää vaihdevuosi-iän ohittaneilla naisilla, mihin todennäköisesti liittyy vaihdevuosien yhteydessä tapahtuvat hormonaaliset muutokset.

In aging, changes in body composition including a decrease in muscle mass, and the related reduced muscle strength and the increase in adipose tissue with their ramifications are major problems of public health worldwide. Ramifications e.g. impaired mobility, type II diabetes and the metabolic syndrome are related to impaired functional capacity and the quality of life. In menopause, estrogen production is greatly reduced, which has been shown to be associated with lower muscle volume and strength. Menopausal symptoms are commonly treated with estrogen containing hormone replacement therapy (HRT). However, specific molecular mechanisms of estrogen on skeletal muscles are not precisely known. Fas-ligand-receptor-complexes activate apoptosis inducing signaling pathways, however matrix metalloproteinases (MMP) can cleave Fas-ligand-receptor-complexes from the cell surface and form soluble FasL molecules (sFasL). The serum concentration of sFasL declines with age, and it has been shown to correlate with serum estrogen levels. Hypothesis of this study is that MMP enzyme level is estrogen dependent and connected with the sFasL level. The total concentrations of MMP-2, -3 and -7 were determined by the ELISA-method from the sera of postmenopausal twin sister pairs (n=11, age 54-62 years), where one sister was current HRT user while her co-twin had never used HRT, and from a premenopausal fertile age control group (n=15, age 30-40 years). The results showed that the concentrations of serum MMPs did not correlate with estrogen nor Fas-ligand concentrations. However, MMP-2 correlated negatively with the fat-free lean body mass (LBM) in premenopausal group (r=-0.550 and p=0.03). In the same group, MMP-7 correlated with MMP-3 (r=0.550 and p=0.03). MMP-3 and MMP-7 cleave FasL to its soluble form and MMP-7 acts as an activator for MMP-3. HRT does not seem to be part of their regulation. In premenopausal women, the negative correlation of LBM with MMP-2 is in agreement with the previous studies showing that MMP-2 stimulates mesenchymal stem cells to differentiate into adipocytes. However, the correlation between MMP-2 and LBM was not observed in postmenopausal groups. One limitation in this study was that the actual activities of the MMP enzymes in circulation remained undetermined. Thus further studies are needed to figure out what role the different levels of circulating FasL plays in HRT using and non-using postmenopausal women.