Unitate fiziopatologică în dezvoltarea osteoporozei și a aterosclerozei vasculare

În structura mortalității populației țărilor dezvoltate, locul principal îl ocupă bolile sistemului circulator. Bolile cardiovasculare (hipertensiunea arterială, cardiopatia ischemică, infarctul miocardic), care au la bază ateroscleroza, sunt numite pe bună dreptate epidemia secolului XXI.

Conform OMS, peste 17 milioane de oameni mor anual în lume din cauza bolilor cardiovasculare, iar până în 2015 numărul deceselor va crește la 20 de milioane. Odată cu aceasta, una dintre principalele cauze ale insuficienței funcționale și pierderii capacității de muncă la populația adultă este osteoporoza (OP) - cea mai cunoscută și frecventă boală a sistemului osos din lume, cu prevalență asociată vârstei. Osteoporoza este o boală scheletică poligenică multifactorială, fiind cea mai frecventă formă de osteopatie metabolică. Boala se caracterizează prin pierderea masei osoase, perturbarea microarhitecturii acestora (distrugerea trabeculelor), scăderea forței și este însoțită de un risc ridicat de fracturi.

Fracturile, dintre care cele mai severe sunt fracturile colului femural și ale radiusului în treimea inferioară a antebrațului, determină semnificația medicală și medico-socială a bolii, inclusiv creșterea mortalității și pierderile economice semnificative asociate acestora. Particularitatea osteoporozei constă în faptul că această boală afectează în principal persoanele în vârstă. O creștere semnificativă a incidenței osteoporozei, observată încă din a doua jumătate a secolului XX, reflectă în mod natural schimbările demografice care apar în populație și se manifestă prin îmbătrânirea populației în toate țările industrializate ale lumii. Numeroase studii epidemiologice efectuate recent în lume și Europa indică o corelație pozitivă între bolile cardiovasculare și patologiile sistemului osos. În același timp, mulți autori asociază osteoporoza cu progresia aterosclerozei, inclusiv cu calcificarea pereților vaselor. La femeile cu fracturi osteoporotice s-a observat o creștere a incidenței calcificării aortice și a arterelor coronare, a cărei severitate a fost corelată cu o scădere a densității minerale osoase (DMO).

Studiile realizate de SO Song și colab. au relevat o relație între scăderea DMO a coloanei vertebrale și a femurului proximal și o creștere a conținutului de calciu din arterele coronare, conform tomografiei computerizate cu fascicul de electroni. M. Naves și colab. au descoperit că la femeile cu osteoporoză postmenopauză, o scădere a DMO cu o deviație standard față de masa osoasă maximă este asociată cu un risc crescut de mortalitate generală cu 43% și deces prematur din cauza patologiei cardiovasculare. Alte studii au constatat, de asemenea, că pacienții cu o scădere a DMO sunt mai predispuși la o creștere a concentrațiilor de lipide din sânge, la dezvoltarea aterosclerozei coronariene mai severe și la o creștere semnificativă a riscului de accident vascular cerebral și infarct miocardic. Datele prezentate sugerează că o creștere a incidenței osteoporozei, calcificării ectopice și aterosclerozei la aceiași pacienți are o bază patogenetică comună. Conceptul că bolile cardiovasculare și osteoporoza sunt legate prin markeri care afectează simultan celulele vasculare și osoase a fost susținut de studii experimentale ample.

Un candidat pentru rolul unui astfel de marker este proteina osteoprotegerină (OPG), identificată recent, care aparține familiei receptorilor factorului de necroză tumorală și face parte din sistemul de citokine RANKL-RANK-OPG.

[ 1 ], [ 2 ]

Remodelarea osoasă și rolul sistemului rankl-rank-opg

Osteoporoza este o boală bazată pe procesele de remodelare osoasă cu creșterea resorbției osoase și scăderea sintezei osoase. Ambele procese de formare a țesutului osos sunt strâns interconectate și sunt rezultatul interacțiunii celulare dintre osteoblaste (OB) și osteoclaste (OC), provenind din precursori ai diferitelor linii celulare: osteoblaste - din celule stem mezenchimale, osteoclaste - din celule macrofage-monocitare ale măduvei osoase. Osteoblastele sunt celule mononucleare implicate în procesul de formare osoasă și mineralizare a celulelor matricei osoase. Osteoblastele joacă un rol fundamental în modularea remodelării osoase și reglarea activității metabolice a altor celule ale țesutului osos. Acestea secretă o serie de substanțe biologic active, prin care influențează procesul de maturare a celulei precursoare a osteoclastelor, transformând-o într-o celulă multinucleată mare, capabilă să participe la resorbție, adică la absorbția țesutului osos, acționând doar asupra osului mineralizat, fără a modifica matricea propriu-zisă a țesutului osos.

Maturarea și diferențierea osteoblastelor se desfășoară sub influența diverșilor factori specifici care afectează procesul de transcripție, cel mai important dintre aceștia fiind proteina Cbfal (core-binding factor oil; cunoscut și sub numele de runt related transcription factor 2; RUNX2). La șoarecii cu deficit de Cbfal/RUNX2, se observă o încetinire semnificativă a procesului de formare osoasă, iar maturarea celulelor OB nu se observă. În schimb, administrarea de Cbfal recombinant la animale determină exprimarea genelor inerente osteoblastelor în celulele non-osteogenice. Rolul semnificativ jucat de Cbfal/RUNX2 în diferențierea și maturarea osteoblastelor se manifestă și prin capacitatea proteinei de a regla funcția multor gene implicate în sinteza proteinelor țesutului osos: colagen de tip 1, osteopontină (OPN), osteocalcină și sialoproteină. Creșterea și capacitatea funcțională a OB sunt, de asemenea, influențate de factorii paracrini și/sau autocrini care reglează activitatea proceselor de transcripție intranucleare, sinteza OPN și osteocalcinei. Acestea includ o serie de factori de creștere celulară, modulatori de citokine și substanțe hormonale biologic active. Presupunerea că activarea și reglarea remodelării țesutului osos sunt o consecință a interacțiunii dintre osteoblaste și osteoclaste a fost confirmată în numeroase studii de cercetare. Progrese semnificative în înțelegerea proceselor de remodelare osoasă au fost realizate odată cu descoperirea sistemului citokinic RANKL-RANK-OPG, care joacă un rol cheie în formarea, diferențierea și activitatea osteoclastelor. Descoperirea acestui sistem a devenit piatra de temelie pentru înțelegerea patogenezei osteoporozei, osteoclastogenezei și reglării resorbției osoase, precum și a altor procese implicate în remodelarea osoasă locală. Reglarea osteoclastogenezei este realizată în principal de două citokine: ligandul activator al receptorului factorului nuclear kappa-B (RANKL) și OPG pe fondul acțiunii permisive a factorului de stimulare a coloniilor de macrofage (M-CSF).

RANKL este o glicoproteină produsă de celulele osteoblastice, limfocite T activate, care aparține superfamiliei ligandului factorului de necroză tumorală (TNF) și este principalul stimul pentru maturarea osteoclastelor. Baza moleculară a interacțiunilor intercelulare care implică sistemul RANKL-RANK-OPG poate fi reprezentată după cum urmează: RANKL exprimat pe suprafața osteoblastelor se leagă de receptorul RANK situat pe membranele celulelor precursoare OC și induce procesul de diferențiere și activare a osteoclastelor. Simultan, măduva osoasă și celulele stem OB eliberează M-CSF. Acest factor de creștere polipeptidic, interacționând cu receptorul său transmembranar de mare afinitate (c-fms), activează tirozin kinaza intracelulară, stimulând proliferarea și diferențierea celulei precursoare a osteoclastelor. Activitatea proliferativă a M-CSF crește semnificativ atunci când OB este expus la hormon paratiroidian, vitamina D3, interleukina 1 (IL-1), TNF și, invers, scade sub influența estrogenilor și OPG. Estrogenii, interacționând cu receptorii OB intracelulari, cresc activitatea proliferativă și funcțională a celulei, scăzând simultan funcția osteoclastelor, stimulând producția de OPG de către osteoblaste. OPG este un receptor solubil pentru RANKL, sintetizat și eliberat de celulele osteoblastice, precum și de celulele stromale, celulele endoteliale vasculare și limfocitele B. OPG acționează ca un receptor capcană endogen pentru RANKL, blocând interacțiunea acestuia cu propriul receptor (RANK), și astfel inhibă formarea celulelor osteoclaste multinucleate mature, perturbând procesul de osteoclastogeneză, reducând activitatea de resorbție a țesutului osos. Sintetizat și eliberat de celulele OB, RANKL este un factor specific necesar pentru dezvoltarea și funcționarea OC. RANKL interacționează cu receptorul său tropic RANK de pe membrana celulei precursoare OC (un precursor comun pentru osteoclaste și monocite/macrofage), ducând la transformări genomice în cascadă intracelulară. RANK afectează factorul nuclear kappa-B (NF-kB) prin intermediul proteinei TRAF6 asociate receptorului, care activează și translocă NF-kB din citoplasmă în nucleul celular.

Acumularea de NF-kB activat crește expresia proteinei NFATcl, care este un declanșator specific ce declanșează procesul de transcripție a genelor intracelulare ce formează procesul de osteoclastogeneză. Osteoclastul diferențiat ocupă o anumită poziție pe suprafața osoasă și dezvoltă un citoschelet specializat care îi permite să creeze o cavitate de resorbție izolată, un micromediu între osteoclaste și os. Membrana osteoclastului (CO) orientată spre cavitatea formată de celulă formează numeroase pliuri, capătă un aspect ondulat, ceea ce mărește semnificativ suprafața de resorbție. Micromediul cavității de resorbție create este acidificat prin pomparea electrogenică de protoni în aceasta. PH-ul intracelular al CO este menținut cu participarea anhidrazei carbonice II prin schimbul de ioni HCO3/Cl prin membrana antiresorbtivă a celulei. Clorul ionizat pătrunde în microcavitatea de resorbție prin canalele anionice ale membranei ondulate de resorbție, rezultând un pH din cavitate care atinge 4,2-4,5. Mediul acid creează condiții pentru mobilizarea fazei minerale osoase și formează condiții optime pentru degradarea matricei organice a țesutului osos cu participarea catepsinei K, o enzimă sintetizată și eliberată în cavitatea de resorbție de către „veziculele acide” ale OK. Creșterea expresiei RANKL duce direct la activarea resorbției osoase și la o scădere a DMO scheletică. Introducerea RANKL recombinant a dus la dezvoltarea hipercalcemiei până la sfârșitul primei zile, iar până la sfârșitul celei de-a treia - la o pierdere semnificativă a masei osoase și o scădere a DMO. Echilibrul dintre RANKL și OPG determină, de fapt, cantitatea de os resorbit și gradul de modificare a DMO. Experimentele pe animale au arătat că creșterea expresiei OPG la șoareci duce la creșterea masei osoase, osteopetroză și se caracterizează printr-o scădere a numărului și activității osteoclastelor. În schimb, atunci când gena OPG este dezactivată, se observă o scădere a DMO, o creștere semnificativă a numărului de osteoclaste mature, multinucleate, o scădere a densității osoase și apariția fracturilor vertebrale spontane.

Administrarea subcutanată de OPG recombinant la șoareci, în doză de 4 mg/kg/zi, timp de o săptămână, a restabilit indicii DMO. În modelul de artrită adjuvantă la șobolani, administrarea de OPG (2,5 și 10 mg/kg/zi) timp de 9 zile în stadiul inițial al procesului patologic a blocat funcția RANKL și a prevenit pierderea masei de țesut osos și cartilaj. Experimentele indică faptul că funcția OPG constă în principal în diminuarea sau „dezactivarea” semnificativă a efectelor cauzate de RANKL. În prezent, a devenit evident că menținerea relației dintre RANKL și OPG este o condiție importantă pentru menținerea echilibrului dintre resorbția și formarea osoasă. Conjugarea acestor două procese, concentrațiile relative de RANKL și OPG în țesutul osos determină principalii factori determinanți ai masei și rezistenței osoase. De la descoperirea sistemului RANKL-RAMK-OPG ca și cale finală pentru formarea și diferențierea osteoclastelor, mulți cercetători au confirmat rolul principal al acestui mecanism celular și molecular în patogeneza osteoporozei.

Rolul sistemului de citokine rankl-rank-opg în procesul de calcificare vasculară

Presupunerea privind prezența unei baze patogenetice comune pentru osteoporoză și ateroscleroză, o anumită similaritate între mecanismele de dezvoltare a osteoporozei și calcificarea vasculară este confirmată de numeroase observații experimentale și clinice. S-a demonstrat că țesuturile osoase și vasculare au multe proprietăți identice atât la nivel celular, cât și molecular. Țesutul osos și măduva osoasă conțin celule endoteliale, preosteoblaste și osteoclaste - derivați ai monocitelor, toate fiind, de asemenea, componente normale ale populațiilor celulare ale peretelui vascular. Atât țesutul osos, cât și peretele vaselor arteriale, în condițiile procesului aterosclerotic, conțin OPN, osteocalcină, proteină osoasă morfogenetică, proteină Gla matriceală, colagen de tip I și vezicule matriceale. În patogeneza aterosclerozei și a OP, monocitele sunt implicate în diferențierea în macrofage cu citoplasmă spumoasă în interiorul peretelui vascular și în osteoclaste în țesutul osos. În peretele vascular există elemente celulare care se diferențiază în osteoblaste în conformitate cu etapele de formare a osului osos, producând componenta minerală a osului.

De o importanță fundamentală este faptul că sistemul citokinic RANKL-RANK-OPG, care inițiază osteoblastogeneza și osteoclastogeneza în țesutul osos, induce, printre altele, diferențierea osteoblastelor și a osteoclastogenezei (OC), precum și procesul de mineralizare a pereților vaselor. Printre componentele acestui sistem, care indică direct existența unei relații între osteoporoză și ateroscleroză, OPG atrage cea mai mare atenție a cercetătorilor. Se știe că OPG este exprimat nu numai de celulele țesutului osos, ci și de celulele cardiovasculare: miocardiocite, celule musculare netede ale arterelor și venelor și celule endoteliale vasculare. OPG este un modulator al calcificării vasculare, fapt confirmat în lucrările experimentale ale lui S. Moropu și colab., efectuate pe șoareci intacți și animale cu o perturbare/absența genei care asigură expresia OPG. S-a constatat că șoarecii cu capacitate alterată de a sintetiza OPG (OPG-/-), spre deosebire de grupul de control al animalelor, prezintă activarea procesului de calcificare arterială în combinație cu dezvoltarea osteoporozei și a fracturilor osoase multiple. Dimpotrivă, introducerea genei care o sintetizează la animale cu expresie insuficientă a OPG a contribuit la suprimarea atât a procesului de resorbție osoasă, cât și a calcificării vasculare.

Inflamația joacă un rol cheie în toate etapele dezvoltării aterosclerozei, fiind însoțită de o creștere semnificativă a concentrației markerilor inflamatori în plasma sanguină - citokine (interleukina-1, a-TNF), care, la rândul lor, induc resorbția osoasă. Conform naturii inflamatorii a dezvoltării aterosclerozei, exprimarea și eliberarea OPG în fluxul sanguin și în țesuturile înconjurătoare de către celulele endoteliale și celulele musculare netede vasculare se realizează sub influența factorilor proinflamatori menționați mai sus. Spre deosebire de celulele stromale, celulele endoteliale și țesutul muscular neted vascular nu răspund la modificările conținutului de vitamina D3 sau hormon paratiroidian (PTH) în plasma sanguină prin creșterea sintezei și eliberării OPG. OPG previne calcificarea ectopică indusă de vitamina D3 în vase, crescând simultan conținutul de OPN, principala proteină matriceală non-colagenă a oaselor, care acționează ca inhibitor al mineralizării vasculare și ca declanșator al sintezei și eliberării OPG de către celulele endoteliale și musculare netede. OPN, inhibând procesul de formare a matricei hidroxiapatitei (in vitro) și calcificarea vasculară (in vivo), este sintetizată și eliberată în concentrații suficient de mari de către celulele musculare netede din media peretelui vascular și de către macrofagele din intimă. Sinteza OPN are loc în zonele cu mineralizare predominantă a peretelui vascular și este reglată de factori proinflamatori și osteogenici. Împreună cu integrina avb3, sintetizată de celulele endoteliale la locurile de aterogeneză, OPN provoacă efectul dependent de NF-kB al OPG asupra menținerii integrității celulelor endoteliale. Astfel, concentrațiile crescute de OPG plasmatice și vasculare observate în bolile cardiovasculare pot fi o consecință a activității celulelor endoteliale atât sub influența markerilor inflamatori, cât și ca urmare a mecanismului OPN/avb3-HHTerpnHOBoro.

Activarea NF-kB în macrofagele peretelui arterial și în TC este, de asemenea, unul dintre mecanismele importante care leagă osteoporoza și ateroscleroza. Activitatea crescută a NF-kB apare ca urmare a acțiunii citokinelor eliberate de celulele T activate în intima vasculară, ceea ce contribuie la o creștere a activității serin/treonin kinazei (Akt, protein kinaza B), un factor important pentru funcția, în primul rând, a celulelor endoteliale vasculare.

S-a stabilit că, în urma creșterii activității proteinkinazei B, se observă stimularea eNOS și creșterea sintezei oxidului nitric (NO), implicat în mecanismul de menținere a integrității celulelor endoteliale. Similar OPG, sinteza și eliberarea RANKL de către celulele endoteliale se realizează sub influența citokinelor inflamatorii, dar nu ca urmare a acțiunii vitaminei D3 sau PTH, care sunt capabile să crească concentrația RANKL în celulele obstructive sau stromale.

Creșterea concentrației de RANKL în vasele arteriale și venoase se realizează și ca urmare a efectului inhibitor al factorului de creștere transformant (TGF-Pj) asupra procesului de expresie a OPG, al cărui conținut este redus semnificativ sub influența acestui factor. Acesta are un efect multidirecțional asupra conținutului de RANKL din os și vase: în țesutul osos, TGF-Pj promovează expresia OPG-OB și, ca urmare, OPG, legându-se de RANKL, reduce concentrația și activitatea osteoclastogenezei acestuia. În pereții vaselor de sânge, TGF-Pj crește raportul RANKL/OPG și, în consecință, conținutul de RANKL, interacționând cu receptorul său RANK de pe suprafața membranelor celulare endoteliale cu participarea sistemelor de semnalizare intracelulară, stimulează osteogeneza celulară vasculară, activează procesul de calcificare, proliferare și migrare celulară și remodelare a matricei. Rezultatul noului concept, bazat pe înțelegerea actuală a mecanismului celular și molecular al remodelării osoase în osteoporoză și procesul de ateroscleroză, precum și elucidarea rolului principal al sistemului citokinic RANKL-RANK-OPG în implementarea acestor boli, a fost sinteza unui medicament de nouă generație - denosumab. Denosumab (Prolia; Amgen Incorporation) este un anticorp monoclonal uman specific cu un grad ridicat de tropism pentru RANKL, blocând funcția acestei proteine. Numeroase studii de laborator și clinice au stabilit că denosumab, demonstrând o capacitate ridicată de a reduce activitatea RANKL, încetinește și slăbește semnificativ gradul de resorbție osoasă. În prezent, denosumab este utilizat ca medicament de primă linie, alături de bifosfonați, la pacienții cu osteoporoză sistemică pentru prevenirea fracturilor osoase. În același timp, S. Helas și colab. au stabilit efectul inhibitor al denosumabului asupra capacității RANKL de a implementa procesul de calcificare vasculară. Astfel, datele obținute deschid noi posibilități pentru încetinirea progresiei osteoporozei și a aterosclerozei vasculare, prevenirea dezvoltării complicațiilor cardiovasculare în osteoporoză și conservarea sănătății și vieții pacienților.

S. Sagalovsky, Richter. Unitatea fiziopatologică a dezvoltării osteoporozei și a aterosclerozei vaselor // International Medical Journal - Nr. 4 - 2012