Progesteron verstärkt die Differenzierung primärer humaner Osteoblasten in Langzeit-Kulturen

 

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Zusammenfassung

Fragestellung: Die Beobachtung eines erhöhten Knochendichteverlustes bei perimenopausalen Frauen mit noch adäquaten Serum-Estrogen-Spiegeln, aber einem Progesterondefizit führte zu der Frage, ob und wie Progesteron den Knochenmetabolismus beeinflusst. Bisherige In-vitro-Untersuchungen an Osteoblasten dauerten maximal 72 Stunden. In der vorliegenden Arbeit wurden Langzeitkulturen humaner Osteoblasten verwendet, um Proliferation und Differenzierung unter zyklischem Einfluss von Estradiol und Progesteron zu betrachten. Materialien und Methodik: Primäre humane Osteoblasten wurden aus den Femurköpfen nicht-osteoporotischer, perimenopausaler Frauen gewonnen. Die Zellen wurden gepoolt und für 14 bzw. 28 Tage in Medium mit 10⁻¹⁰ M Estradiol kultiviert. Ein weiterer Ansatz erfolgte ohne Estradiol. Nach sieben Tagen wurde Progesteron in Konzentrationen zwischen 10⁻⁶ M und 10⁻¹⁰ M hinzugefügt. Die Proliferation der Osteoblasten wurde durch die histochemische Bestimmung der Hexosaminidase gemessen, die Differenzierung in Form des Nachweises von Alkalischer Phosphatase (ALP). Ergebnisse: Wenn die Inkubation mit physiologischen Progesteronkonzentrationen (6,4 × 10⁻⁷ M, 6,4 × 10⁻⁸ M, 6,4 × 10⁻⁹ M) auf eine 7-tägige Vorbehandlung mit Estradiol folgte, erhöhte dies die Osteoblastendifferenzierung (signifikante ALP-Erhöhung um bis zu 70 %), während die supraphysiologische Progesteronkonzentration von 6,4 × 10⁻⁶ M eine signifikante Verminderung von ALP um 50 % bewirkte. Nach weiteren 14 Tagen Progesteron stieg die Osteoblastendifferenzierung um 170 %. Die supraphysiologische Konzentration reduzierte die Osteoblastendifferenzierung um 80 %. In Experimenten ohne Estradiol zeigte sich der Effekt des Progesterons identisch. Schlussfolgerung: Der stimulierende Effekt des Progesterons auf die Differenzierung war konzentrationsabhängig, von Estradiol unabhängig, und erreichte sein Maximum bei einer Progesteronkonzentration von 10⁻⁹ M, der typischen Serumkonzentration in der Lutealphase ovulatorischer Zyklen. Die Ergebnisse sprechen für einen osteoanabolen Effekt von Progesteron. Supraphysiologische Progesteronkonzentrationen hemmten die Expression des Differenzierungsmarkers. Dies könnte eine Erklärung für die Beobachtung verminderter Knochendichte nach langjähriger Anwendung von Depotgestagenen darstellen.

Abstract

Purpose: Following the clinical observation of increased bone loss in perimenopausal women with still adequate serum estrogen levels but progesterone deficiency, long-term cultures of human osteoblasts (HOB) were used to investigate the influence of concentration and cyclicity of progesterone (P) on the proliferation and differentiation of human osteoblasts (HOBs) in the presence or absence of estradiol. Material and Methods: Primary HOBs obtained from non-osteoporotic, perimenopausal women were cultured for 14 and 28 days respectively in medium containing either estradiol at a concentration of 10⁻¹⁰ M or no estradiol. From day eight on, progesterone (P) was added in concentrations between 10⁻⁶ M and 10⁻¹⁰ M. The proliferation of HOBs was measured by asssaying hexosaminidase; differentiation was determined by measuring alkaline phosphatase (ALP). Results: Seven days of exposure to physiologic levels of progesterone (6.4 × 10⁻⁷–10⁻⁹ M) led to a significant increase in ALP concentrations of up to 70 % (p = 0.004 – 0.019), while supraphysiologic progesterone concentration (6.4 × 10⁻⁶ M) showed a significant (50 %) reduction of ALP (p = 0.028). After 21 days of P exposure, ALP increased up to 2.7-fold (p = 0.000 – 0.004) in the physiologic progesterone range, while supraphysiologic concentrations showed a decrease of ALP by 80 % (p = 0.03). This effect was independent of pre- or co-treatment with estradiol. Proliferation was also not significantly affected in the absence of estradiol. Conclusion: The effect of progesterone in HOBs from perimenopausal women was dose-dependent for progesterone, independent of estradiol, and reached its peak at concentrations of 10⁻⁹ M progesterone, corresponding to known serum levels in the luteal phase of ovulatory cycles. These results support the concept of an osteoanabolic function of progesterone. Supraphysiologic progesterone concentrations suppressed the differentiation marker ALP in vitro. This could explain the clinical observation of decreased bone density after long-term use of premenopausal depot progestins.

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Dr. Vanadin Seifert-Klauss

Frauenklinik und Poliklinik der TU München
Klinikum rechts der Isar

Ismaninger Straße 22

81671 München

Email: vanadin.seifert-klauss@lrz.tum.de