Osteocalcin: Definition, Funktion, Zusammensetzung, Test, Werte Und Interpretation

lineares Peptidhormon

Wir sprechen über ein Protein, das von Osteoblasten während der Knochenbildung produziert wird.

Knochen ist bekannt für seine etablierte Rolle als Bindegewebe, das nicht nur lebenswichtige Organe unterstützt und schützt, sondern auch den Körper mobil macht.

Es ist bekannt, dass diese Funktionen von den drei Haupttypen von Skelettzellen ausgeübt werden: Osteoblasten, Osteoklasten und Osteozyten.

Osteoblasten, die aus Skelettstammzellen stammen, sind für die Synthese und Sekretion von Kollagen Typ I verantwortlich, um die extrazelluläre Matrix zu synthetisieren und aufrechtzuerhalten, und können die Differenzierung von Osteoklasten steuern.

Zusätzlich zu dieser vollständig untersuchten Rolle hat sich in den letzten Jahren eine neue Forschungslinie herausgebildet, die darauf hindeutet, dass Osteoblasten Faktoren absondern, die eine hormonelle Funktion besitzen und daher andere Organe kontrollieren können.

Auf dieser Grundlage gibt es zahlreiche Studien, die darauf hinweisen, dass Knochen ein essentielles endokrines Organ ist, das eine Reihe physiologischer Prozesse wie Energiestoffwechsel, Adipogenese, neuronale Entwicklung, Muskelwachstum und männliche Fruchtbarkeit steuert.

Einer der Hauptakteure in der Knochenendokrinologie ist Osteocalcin oder Knochen-γ-Carboxyglutaminsäure-Protein, ein Faktor, der nur von Osteoblasten exprimiert und sekretiert wird.

Nach der Proteinsynthese durchläuft das reife Peptid zunächst mehrere Spleißereignisse und wird dann an drei Resten γ-carboxyliert, was zu einem Peptid mit hoher Affinität für Knochen und extrazelluläre Matrix führt.

Aufgrund des niedrigen pH-Werts in den Osteoklasten-Reabsorptionskompartimenten wird Osteocalcin jedoch wieder decarboxyliert, wodurch seine Affinität zum Knochen verringert und die Freisetzung von nicht carboxyliertem Osteocalcin in den Kreislauf ausgelöst wird.

Zunächst wurde angenommen, dass Osteocalcin auf die Mineralisierung der extrazellulären Matrix einwirkt und als Serummarker für die osteoblastische Knochenbildung verwendet wird.

In den späten 1990er Jahren wurde jedoch festgestellt, dass die Abreicherung von Osteocalcin geringfügige Auswirkungen auf die Knochendichte und Mineralisierung bei Mäusen hat.

Seitdem wurden große Anstrengungen unternommen, um die wahre Funktion dieses Proteins zu bestimmen.

Funktion von Osteocalcin

Bisher wurden verschiedene Rollen von Osteocalcin entdeckt, und aktuelle Berichte legen nahe, dass die nicht carboxylierte Form von Osteocalcin die physiologischen Wege endokrin steuert.

Die derzeit bekannten Schlüsselfunktionen von Osteocalcin sind seine Rolle beim Glukosestoffwechsel und die Anpassung an körperliche Betätigung, die neuronale Entwicklung und die männliche Fertilität. Es gibt eine neuere Hypothese, die Osteocalcin mit der Tumorentstehung verbindet.

Insulinsekretion

Bei Säugetieren ist der Glukosestoffwechsel als Hauptquelle für die Energieerzeugung bekannt. Lange Zeit konnte nicht erklärt werden, warum ein vom Skelett ausgeschüttetes Hormon an diesem Stoffwechsel beteiligt ist.

Bei näherer Betrachtung der laufenden Prozesse im Knochen, wie z. B. Knochenbildung im Kindesalter, Reparatur von Frakturen nach Verletzungen oder ständiger Umbau des Skeletts bei Erwachsenen, zeigt dies jedoch deutlich, dass der Knochen eine erhebliche Menge an Energie benötigt, um ihn zu erfüllen seine Funktionen.

Eine Untersuchung zeigte, dass sekretiertes nicht-carboxyliertes Osteocalcin die Insulinproduktion in Pankreasinseln sowie die Adiponektinexpression in Adipozyten induziert.

Andere Untersuchungen lieferten eine weitere Bestätigung dieses Mechanismus und schlugen vor, dass die Insulinrezeptor-Clearance in Osteoblasten die beobachteten Phänotypen der Osteocalcin-Clearance nachahmt.

Diese Ergebnisse stützen die Idee eines endokrinen Kreislaufs zwischen Knochen und Bauchspeicheldrüse, in dem Insulinsignale die Osteocalcin-Expression in Osteoblasten induzieren und die Insulinsekretion aus Pankreasinselzellen weiter stimulieren.

Wichtig ist, dass die Bestätigung der Rolle von Osteocalcin während des Glukosestoffwechsels beim Menschen direkte therapeutische Auswirkungen auf Patienten mit Typ-2-Diabetes mellitus haben kann.

Insgesamt wird die Rolle von Osteocalcin im Glukosestoffwechsel aufgrund der oben genannten Schwierigkeiten in Studien am Menschen noch nicht vollständig bestätigt.

Gehirnentwicklung und kognitive Funktion

Zusätzlich zu der gut untersuchten Rolle von Osteocalcin bei der Energiehomöostase wurde auch festgestellt, dass es die ordnungsgemäße Entwicklung und Funktion des Gehirns reguliert.

Es wurde beschrieben, dass Osteocalcin die Synthese von Neurotransmittern im Gehirn wie Dopamin, Serotonin oder Noradrenalin reguliert.

Die Tatsache, dass Osteocalcin Gedächtnisverlust und eine beeinträchtigte neuronale Entwicklung retten kann, hat das Interesse im medizinischen Bereich geweckt.

In Anbetracht der Tatsache, dass die westliche Gesellschaft überproportional altert und immer mehr Menschen an kognitiven Beeinträchtigungen leiden, könnte Osteocalcin ein vielversprechendes neues Therapeutikum zur Linderung dieser Symptome sein.

Männliche Fruchtbarkeit und Krebsprävention

Da Sexualhormone in verschiedenen Lebensphasen wie der Pubertät oder den Wechseljahren als wichtige Regulatoren der Knochenstärke bekannt sind, ist es wahrscheinlich, dass Osteocalcin in diesem Stoffwechselprozess auch in einer Rückkopplungsschleife wirkt.

Aktive Osteocalcin-Signale könnten auf Knochenstärke und Gesundheit hinweisen, was zusammen mit vielen anderen Markern für körperliche Fitness im Körper zur Fruchtbarkeit beitragen kann. Aus evolutionärer Sicht würde dies gesunde und starke Individuen begünstigen, um Nachkommen zu erzeugen.

Osteocalcin bei optimaler Anpassung an das Training

Da berichtet wurde, dass Osteocalcin den Metabolismus von Glukose reguliert, der die Muskeln während des Trainings mit Energie versorgt, kann es an der Kommunikation zwischen diesen beiden Geweben beteiligt sein.

Dies legt nahe, dass Osteocalcin und sein Rezeptor ein vielversprechendes Ziel sein könnten, um den altersbedingten Rückgang der Muskelkraft zu bekämpfen oder Muskelerkrankungen zu lindern.

In Anbetracht der Tatsache, dass über diese Rolle von Osteocalcin erst kürzlich berichtet wurde, sind weitere klinische Studien erforderlich, um endgültige Schlussfolgerungen zu möglichen therapeutischen Anwendungen in der Knochen-Muskel-Kommunikation zu ziehen.

Komposition

Osteocalcin, das bedeutendste nicht kollagene Protein in der Knochenmatrix, macht ungefähr 1% des Gesamtproteins im menschlichen Knochen aus.

Es ist ein Protein mit 49 Aminosäuren und einem Molekulargewicht von ungefähr 5800 Dalton.

Osteocalcin enthält aufgrund der Vitamin K-abhängigen posttranslationalen enzymatischen Carboxylierung bis zu 3 Gamma-Carboxyglutaminsäurereste.

Seine Produktion ist abhängig von Vitamin K und wird durch 1,25 Dihydroxyvitamin D stimuliert.

Osteocalcin wird von Osteoblasten produziert und ist weithin als Marker für die osteoblastische Aktivität von Knochen anerkannt.

Osteocalcin, das in die Knochenmatrix eingebaut ist, wird während der Knochenresorption aus der Matrix in den Kreislauf freigesetzt und wird daher eher als Marker für den Knochenumsatz als als spezifischer Marker für die Knochenbildung angesehen.

Osteocalcinspiegel sind bei metabolischen Knochenerkrankungen mit erhöhter Knochen- oder Osteoidbildung, einschließlich Osteoporose , Osteomalazie, Rachitis, Hyperparathyreoidismus, Nierenosteodystrophie, Thyreotoxikose, und bei Menschen mit Frakturen, Akromegalie und Knochenmetastasen erhöht.

Mit Osteocalcin-Messungen ist es beispielsweise bei Patienten mit Osteoporose oder Hyperkalzämie möglich, die Therapie mit Antiresorptiva (Bisphosphonate oder Hormonersatztherapie) zu überwachen.

Vermindertes Osteocalcin wird auch bei einigen Erkrankungen beobachtet (wie Hypoparathyreoidismus, Hypothyreose und Wachstumshormonmangel).

Osteocalcin-Test

Der Osteocalcin-Test wird verwendet, um:

  • Überwachung und Bewertung der Wirksamkeit einer antiresorptiven Therapie bei Patienten, die wegen Osteopenie, Osteoporose, Morbus Paget oder anderen Erkrankungen behandelt werden, bei denen die Osteocalcinspiegel erhöht sind.
  • Als Ergänzung zur Diagnose von Erkrankungen, die mit einem erhöhten Knochenumsatz verbunden sind, einschließlich Morbus Paget, Krebs, begleitet von Knochenmetastasen, primärem Hyperparathyreoidismus und Nierenosteodystrophie.

Immunchemische und chromatographische Studien haben eine beträchtliche Heterogenität der zirkulierenden Osteocalcinkonzentrationen bei normalen Personen und bei Patienten mit Osteoporose, chronischem Nierenversagen und Morbus Paget gezeigt.

Sowohl intaktes Osteocalcin (Aminosäuren 1-49) als auch das große Fragment der N-terminalen / mittleren Region (N-MID) (Aminosäuren 1-43) sind im Blut vorhanden.

Referenzwerte

  • Unter 18 Jahren: nicht etabliert.
  • Über 18 Jahre: 9-42 ng / ml.

Interpretation

Erhöhte Osteocalcinspiegel deuten auf einen Anstieg des Knochenumsatzes hin.

Bei Patienten, die Antiresorptiva (Bisphosphonate oder Hormonersatztherapie) einnehmen, deutet eine 20% ige Abnahme des Osteocalcin-Ausgangswertes (d. H. Vor Beginn der Therapie) nach 3 bis 6 Monaten Therapie auf ein wirksames Ansprechen auf die Behandlung hin.

Patienten mit Erkrankungen wie Hyperparathyreoidismus, die geheilt werden können, sollten innerhalb von 3 bis 6 Monaten nach vollständiger Heilung wieder Osteocalcinspiegel im Referenzbereich erreichen.

Vorsichtsmaßnahmen

Nehmen Sie zwölf Stunden vor dieser Blutuntersuchung keine Multivitamine oder Nahrungsergänzungsmittel ein, die Biotin oder Vitamin B7 enthalten, die üblicherweise in Haar-, Haut- und Nagelpräparaten und Multivitaminen enthalten sind.

Messungen von Knochenumsatzmarkern sind für die Diagnose von Osteoporose nicht nützlich; Die Diagnose einer Osteoporose sollte auf der Grundlage der Knochendichte oder der Vorgeschichte einer Fraktur mit geringem Trauma gestellt werden.

Osteocalcin wird über die Nieren ausgeschieden, daher können bei Patienten mit Nierenversagen ohne erhöhten Knochenumsatz Erhöhungen beobachtet werden.

Serumosteocalcin spiegelt möglicherweise nicht die Knochenbildung bei Patienten wider, die mit dem Hormon 1,25 Dihydroxyvitamin D behandelt wurden, oder bei Patienten mit Anomalien in diesem Hormon, da Osteocalcin durch 1,25 Dihydroxyvitamin D reguliert wird.

In seltenen Fällen kann es aufgrund extrem hoher Antikörpertiter gegen Ruthenium oder Streptavidin zu Interferenzen kommen.

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