Unidad fisiopatológica en el desarrollo de la osteoporosis y la aterosclerosis vascular

En la estructura de mortalidad de la población de los países desarrollados, las enfermedades del sistema circulatorio ocupan un lugar destacado. Las enfermedades cardiovasculares (hipertensión arterial, cardiopatía isquémica, infarto de miocardio), que se originan en la aterosclerosis, se consideran, con razón, la epidemia del siglo XXI.

Según la OMS, más de 17 millones de personas mueren cada año en el mundo por enfermedades cardiovasculares, y para 2015, la cifra de fallecimientos ascenderá a 20 millones. Además, una de las principales causas de insuficiencia funcional y pérdida de la capacidad laboral en la población adulta es la osteoporosis (OP), la enfermedad del sistema óseo más conocida y común en el mundo, con una prevalencia asociada a la edad. La osteoporosis es una enfermedad esquelética poligénica multifactorial, la forma más común de osteopatía metabólica. Se caracteriza por la pérdida de masa ósea, la alteración de su microarquitectura (destrucción de las trabéculas), la disminución de la fuerza y un alto riesgo de fracturas.

Las fracturas, siendo las más graves las del cuello femoral y el radio en el tercio inferior del antebrazo, determinan la importancia médica y socio-sanitaria de la enfermedad, incluyendo el aumento de la mortalidad y las importantes pérdidas económicas asociadas. La osteoporosis se caracteriza por afectar principalmente a personas mayores. El aumento significativo de su incidencia, observado desde la segunda mitad del siglo XX, refleja los cambios demográficos que se producen en la población, manifestados por el envejecimiento poblacional en todos los países industrializados. Numerosos estudios epidemiológicos realizados recientemente en el mundo y en Europa indican una correlación positiva entre las enfermedades cardiovasculares y las patologías del sistema esquelético. Al mismo tiempo, muchos autores asocian la osteoporosis con la progresión de la aterosclerosis, incluyendo la calcificación de las paredes vasculares. En mujeres con fracturas osteoporóticas, se observó un aumento en la incidencia de calcificación de la arteria aórtica y coronaria, cuya gravedad se correlacionó con una disminución de la densidad mineral ósea (DMO).

Los estudios de SO Song et al. revelaron una relación entre una disminución de la DMO de la columna vertebral y el fémur proximal y un aumento del contenido de calcio en las arterias coronarias según la tomografía computarizada por haz de electrones. M. Naves et al. encontraron que en mujeres con osteoporosis posmenopáusica, una disminución de la DMO en una desviación estándar de la masa ósea máxima se asocia con un mayor riesgo de mortalidad general en un 43% y muerte prematura por patología cardiovascular. Otros estudios también encontraron que los pacientes con una disminución de la DMO tienen más probabilidades de tener un aumento en las concentraciones de lípidos en sangre, desarrollar aterosclerosis coronaria más grave y aumentar significativamente el riesgo de accidente cerebrovascular e infarto de miocardio. Los datos presentados sugieren que un aumento en la incidencia de osteoporosis, calcificación ectópica y aterosclerosis en los mismos pacientes tiene una base patogénica común. El concepto de que la enfermedad cardiovascular y la osteoporosis están vinculadas a través de marcadores que afectan simultáneamente a las células vasculares y óseas ha sido respaldado por amplios estudios experimentales.

Un candidato para el papel de dicho marcador es la proteína recientemente identificada osteoprotegerina (OPG), que pertenece a la familia de receptores del factor de necrosis tumoral y es parte del sistema de citocinas RANKL-RANK-OPG.

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Remodelación ósea y el papel del sistema rankl-rank-opg

La osteoporosis es una enfermedad basada en los procesos de remodelación ósea con un aumento de la resorción ósea y una disminución de la síntesis ósea. Ambos procesos de formación de tejido óseo están estrechamente interconectados y son el resultado de la interacción celular de osteoblastos (OB) y osteoclastos (OC), originados a partir de precursores de diferentes líneas celulares: osteoblastos, de células madre mesenquimales, osteoclastos, de células monocíticas macrófagas de la médula ósea. Los osteoblastos son células mononucleares involucradas en el proceso de formación ósea y mineralización de las células de la matriz ósea. Los osteoblastos juegan un papel fundamental en la modulación de la remodelación ósea y la regulación de la actividad metabólica de otras células del tejido óseo. Secretan una serie de sustancias biológicamente activas, a través de las cuales influyen en el proceso de maduración de la célula precursora de osteoclastos, transformándola en una gran célula multinucleada capaz de participar en la resorción, es decir, la absorción de tejido óseo, actuando solo sobre el hueso mineralizado, sin cambiar la matriz real del tejido óseo.

La maduración y diferenciación de los osteoblastos se lleva a cabo bajo la influencia de diversos factores específicos que afectan al proceso de transcripción, el más importante de los cuales es la proteína Cbfal (factor de unión al núcleo oleoso; también conocido como factor de transcripción relacionado con runt 2; RUNX2). En ratones con deficiencia de Cbfal/RUNX2, se observa una ralentización significativa del proceso de formación ósea, y no se observa maduración de las células OB. Por el contrario, la administración de Cbfal recombinante a animales provoca la expresión de genes inherentes a los osteoblastos en células no osteogénicas. El importante papel que desempeña Cbfal/RUNX2 en la diferenciación y maduración de los osteoblastos también se manifiesta en su capacidad para regular la función de numerosos genes implicados en la síntesis de proteínas del tejido óseo: colágeno tipo 1, osteopontina (OPN), osteocalcina y sialoproteína. El crecimiento y la capacidad funcional del OB también se ven influenciados por factores paracrinos y/o autocrinos que regulan la actividad de los procesos de transcripción intranuclear, la síntesis de OPN y osteocalcina. Estos incluyen una serie de factores de crecimiento celular, moduladores de citocinas y sustancias biológicamente activas hormonales. La suposición de que la activación y regulación de la remodelación del tejido óseo son una consecuencia de la interacción de osteoblastos y osteoclastos ha sido confirmada en numerosos estudios de investigación. Un progreso significativo en la comprensión de los procesos de remodelación ósea se logró con el descubrimiento del sistema de citocinas RANKL-RANK-OPG, que desempeña un papel clave en la formación, diferenciación y actividad de los osteoclastos. El descubrimiento de este sistema se convirtió en la piedra angular para comprender la patogénesis de la osteoporosis, la osteoclastogénesis y la regulación de la resorción ósea, así como otros procesos involucrados en la remodelación ósea local. La regulación de la osteoclastogénesis se lleva a cabo principalmente por dos citocinas: el ligando del activador del receptor del factor nuclear kappa-B (RANKL) y OPG en el contexto de la acción permisiva del factor estimulante de colonias de macrófagos (M-CSF).

RANKL es una glicoproteína producida por células osteoblásticas, linfocitos T activados, que pertenece a la superfamilia de ligandos del factor de necrosis tumoral (TNF) y es el principal estímulo para la maduración de los osteoclastos. La base molecular de las interacciones intercelulares que involucran el sistema RANKL-RANK-OPG puede representarse de la siguiente manera: RANKL, expresado en la superficie de los osteoblastos, se une al receptor RANK ubicado en las membranas de las células precursoras de OC e induce el proceso de diferenciación y activación de los osteoclastos. Simultáneamente, la médula ósea y las células madre de OB liberan M-CSF. Este factor de crecimiento polipeptídico, al interactuar con su receptor transmembrana de alta afinidad (c-fms), activa la tirosina quinasa intracelular, estimulando la proliferación y diferenciación de la célula precursora de osteoclastos. La actividad proliferativa del M-CSF aumenta significativamente cuando el OB se expone a la hormona paratiroidea, la vitamina D3, la interleucina 1 (IL-1) y el TNF. Por el contrario, disminuye bajo la influencia de estrógenos y OPG. Los estrógenos, al interactuar con los receptores intracelulares del OB, aumentan la actividad proliferativa y funcional de la célula, disminuyendo simultáneamente la función de los osteoclastos y estimulando la producción de OPG por los osteoblastos. El OPG es un receptor soluble para RANKL, sintetizado y liberado por células osteoblásticas, así como por células del estroma, células endoteliales vasculares y linfocitos B. El OPG actúa como un receptor señuelo endógeno para RANKL, bloqueando su interacción con su propio receptor (RANK) e inhibiendo así la formación de osteoclastos multinucleados maduros, lo que altera el proceso de osteoclastogénesis y reduce la actividad de resorción ósea. Sintetizado y liberado por las células del OB, el RANKL es un factor específico necesario para el desarrollo y funcionamiento del OC. RANKL interactúa con su receptor trópico RANK en la membrana de la célula precursora de OC (un precursor común de osteoclastos y monocitos/macrófagos), lo que provoca transformaciones genómicas intracelulares en cascada. RANK afecta al factor nuclear kappa-B (NF-kB) a través de la proteína asociada al receptor TRAF6, que activa y transloca el NF-kB del citoplasma al núcleo celular.

La acumulación de NF-kB activado aumenta la expresión de la proteína NFATcl, un desencadenante específico que inicia la transcripción de genes intracelulares que forman la osteoclastogénesis. El osteoclasto diferenciado se posiciona en la superficie ósea y desarrolla un citoesqueleto especializado que le permite crear una cavidad de resorción aislada, un microambiente entre los osteoclastos y el hueso. La membrana del OC, situada frente a la cavidad formada por la célula, forma numerosos pliegues y adquiere una apariencia corrugada, lo que aumenta significativamente la superficie de resorción. El microambiente de la cavidad de resorción creada se acidifica mediante el bombeo electrogénico de protones. El pH intracelular del OC se mantiene gracias a la participación de la anhidrasa carbónica II mediante el intercambio de iones HCO₃/Cl₃ a través de la membrana antirresortiva de la célula. El cloro ionizado penetra en la microcavidad de resorción a través de los canales aniónicos de la membrana corrugada, lo que resulta en un pH en la cavidad de 4,2 a 4,5. El entorno ácido crea las condiciones para la movilización de la fase mineral ósea y crea condiciones óptimas para la degradación de la matriz orgánica del tejido óseo con la participación de la catepsina K, una enzima sintetizada y liberada en la cavidad de resorción por las vesículas ácidas del OK. El aumento de la expresión de RANKL conduce directamente a la activación de la resorción ósea y a una disminución de la DMO esquelética. La introducción de RANKL recombinante provocó el desarrollo de hipercalcemia al final del primer día y, al final del tercero, una pérdida significativa de masa ósea y una disminución de la DMO. El equilibrio entre RANKL y OPG determina la cantidad de hueso reabsorbido y el grado de cambio en la DMO. Experimentos con animales han demostrado que el aumento de la expresión de OPG en ratones provoca un aumento de la masa ósea y osteopetrosis, y se caracteriza por una disminución del número y la actividad de los osteoclastos. Por el contrario, cuando el gen OPG está desactivado, se observa una disminución de la DMO, un aumento significativo en el número de osteoclastos multinucleados maduros, una disminución de la densidad ósea y la aparición de fracturas vertebrales espontáneas.

La administración subcutánea de OPG recombinante a ratones en dosis de 4 mg/kg/día durante una semana restableció los índices de DMO. En el modelo de artritis adyuvante en ratas, la administración de OPG (2,5 y 10 mg/kg/día) durante 9 días en la etapa inicial del proceso patológico bloqueó la función de RANKL y previno la pérdida de masa ósea y cartilaginosa. Los experimentos indican que la función de OPG consiste principalmente en disminuir o neutralizar significativamente los efectos causados por RANKL. Actualmente, se ha demostrado que mantener la relación entre RANKL y OPG es fundamental para mantener el equilibrio entre la resorción y la formación ósea. La conjugación de estos dos procesos, y las concentraciones relativas de RANKL y OPG en el tejido óseo, determinan los principales determinantes de la masa y la resistencia óseas. Desde el descubrimiento del sistema RANKL-RAMK-OPG como vía final para la formación y diferenciación de los osteoclastos, muchos investigadores han confirmado el papel principal de este mecanismo celular y molecular en la patogénesis de la osteoporosis.

El papel del sistema de citocinas rankl-rank-opg en el proceso de calcificación vascular

La suposición sobre la presencia de una base patogénica común para la osteoporosis y la aterosclerosis, una cierta similitud entre los mecanismos del desarrollo de la osteoporosis y la calcificación vascular es confirmada por muchas observaciones experimentales y clínicas. Se ha demostrado que los tejidos óseos y vasculares tienen muchas propiedades idénticas tanto a nivel celular como molecular. El tejido óseo y la médula ósea contienen células endoteliales, preosteoblastos y osteoclastos (derivados de los monocitos), mientras que todos ellos también son componentes normales de las poblaciones celulares de la pared vascular. Tanto el tejido óseo como la pared de los vasos arteriales bajo las condiciones del proceso aterosclerótico contienen OPN, osteocalcina, proteína ósea morfogenética, proteína Gla de la matriz, colágeno tipo I y vesículas de la matriz. En la patogénesis de la aterosclerosis y la OP, los monocitos están involucrados en la diferenciación en macrófagos con citoplasma espumoso dentro de la pared vascular y en osteoclastos en el tejido óseo. En la pared vascular existen elementos celulares que se diferencian en osteoblastos de acuerdo a los estadios de formación del hueso OB, produciendo el componente mineral del hueso.

De fundamental importancia es el hecho de que el sistema de citocinas RANKL-RANK-OPG, que inicia la osteoblastogénesis y la osteoclastogénesis en el tejido óseo, induce, entre otras cosas, la diferenciación de osteoblastos y OC, así como el proceso de mineralización de la pared vascular. Entre los componentes de este sistema, que indican directamente la existencia de una relación entre la osteoporosis y la aterosclerosis, la OPG es la que mayor interés despierta entre los investigadores. Se sabe que la OPG se expresa no solo en las células del tejido óseo, sino también en las células cardiovasculares: miocardiocitos, células musculares lisas de arterias y venas, y células endoteliales vasculares. La OPG es un modulador de la calcificación vascular, lo cual fue confirmado en el trabajo experimental de S. Moropu et al., realizado en ratones intactos y animales con una alteración/ausencia del gen que proporciona la expresión de OPG. Se observó que, a diferencia del grupo control, los ratones con capacidad reducida para sintetizar OPG (OPG-/-) muestran una activación del proceso de calcificación arterial, asociada al desarrollo de osteoporosis y fracturas óseas múltiples. Por el contrario, la introducción del gen que lo sintetiza en animales con expresión insuficiente de OPG contribuyó a la supresión tanto del proceso de resorción ósea como de la calcificación vascular.

La inflamación desempeña un papel clave en todas las etapas del desarrollo de la aterosclerosis, acompañada de un aumento significativo de la concentración plasmática de marcadores de inflamación: las citocinas (interleucina-1, α-TNF), que, a su vez, inducen la resorción ósea. Dada la naturaleza inflamatoria del desarrollo de la aterosclerosis, la expresión y liberación de OPG al torrente sanguíneo y a los tejidos circundantes por parte de las células endoteliales y las células musculares lisas vasculares se lleva a cabo bajo la influencia de los factores proinflamatorios mencionados. A diferencia de las células del estroma, las células endoteliales y el tejido muscular liso vascular no responden a los cambios en el contenido plasmático de vitamina D3 ni de la hormona paratiroidea (PTH) aumentando la síntesis y liberación de OPG. La OPG previene la calcificación ectópica inducida por la vitamina D3 en los vasos sanguíneos, aumentando simultáneamente el contenido de OPN, la principal proteína no colágena de la matriz ósea, que actúa como inhibidor de la mineralización vascular y como desencadenante de la síntesis y liberación de OPG por las células endoteliales y musculares lisas. La OPN, que inhibe el proceso de formación de la matriz de hidroxiapatita (in vitro) y la calcificación vascular (in vivo), es sintetizada y liberada en concentraciones suficientemente altas por las células musculares lisas de la media de la pared vascular y por los macrófagos de la íntima. La síntesis de OPN ocurre en áreas con mineralización predominante de la pared vascular y está regulada por factores proinflamatorios y osteogénicos. Junto con la integrina avb3, sintetizada por las células endoteliales en los sitios de aterogénesis, la OPN causa el efecto dependiente de NF-kB de la OPG en el mantenimiento de la integridad de las células endoteliales. Por lo tanto, las mayores concentraciones plasmáticas y vasculares de OPG observadas en las enfermedades cardiovasculares pueden ser una consecuencia de la actividad de las células endoteliales tanto bajo la influencia de marcadores inflamatorios como como resultado del mecanismo OPN/avb3-HHTerpnHOBoro.

La activación de NF-kB en los macrófagos de la pared arterial y en el tejido celular es también uno de los mecanismos importantes que vinculan la osteoporosis con la aterosclerosis. El aumento de la actividad de NF-kB se produce como resultado de la acción de las citocinas liberadas por los linfocitos T activados en la íntima vascular, lo que contribuye a un aumento de la actividad de la serina/treonina quinasa (Akt, proteína quinasa B), un factor importante para la función, en primer lugar, de las células endoteliales vasculares.

Se ha establecido que, como resultado del aumento de la actividad de la proteína quinasa B, se observa la estimulación de la eNOS y un aumento de la síntesis de óxido nítrico (NO), implicado en el mecanismo de mantenimiento de la integridad de las células endoteliales. Al igual que en el caso de la OPG, la síntesis y liberación de RANKL por las células endoteliales se lleva a cabo bajo la influencia de citocinas inflamatorias, pero no como resultado de la acción de la vitamina D3 o la PTH, que son capaces de aumentar la concentración de RANKL en las células OB o estromales.

El aumento de la concentración de RANKL en vasos arteriales y venosos también se logra como resultado del efecto inhibidor del factor de crecimiento transformante (TGF-Pj) en el proceso de expresión de OPG, cuyo contenido se reduce significativamente bajo la influencia de este factor. Tiene un efecto multidireccional en el contenido de RANKL en hueso y vasos: en el tejido óseo, TGF-Pj promueve la expresión de OPG OB y, como resultado, OPG, al unirse a RANKL, reduce su concentración y actividad osteoclastogénica. En las paredes de los vasos sanguíneos, TGF-Pj aumenta la relación RANKL/OPG y, como consecuencia, el contenido de RANKL, al interactuar con su receptor RANK en la superficie de las membranas celulares endoteliales con la participación de los sistemas de señalización intracelular, estimula la osteogénesis de las células vasculares, activa el proceso de calcificación, proliferación y migración celular, y la remodelación de la matriz. El resultado de este nuevo concepto, basado en la comprensión actual del mecanismo celular y molecular de la remodelación ósea en la osteoporosis y el proceso de aterosclerosis, y la elucidación del papel principal del sistema de citocinas RANKL-RANK-OPG en la implementación de estas enfermedades, fue la síntesis de un fármaco de nueva generación: denosumab. Denosumab (Prolia; Amgen Incorporation) es un anticuerpo monoclonal humano específico con un alto grado de tropismo por RANKL, bloqueando la función de esta proteína. Numerosos estudios de laboratorio y clínicos han establecido que denosumab, demostrando una alta capacidad para reducir la actividad de RANKL, ralentiza y debilita significativamente el grado de resorción ósea. Actualmente, denosumab se utiliza como fármaco de primera línea, junto con bifosfonatos, en pacientes con osteoporosis sistémica para prevenir fracturas óseas. Al mismo tiempo, S. Helas et al. establecieron el efecto inhibidor de denosumab sobre la capacidad de RANKL para implementar el proceso de calcificación vascular. De esta forma, los datos obtenidos abren nuevas posibilidades para ralentizar la progresión de la osteoporosis y la aterosclerosis vascular, prevenir el desarrollo de complicaciones cardiovasculares en la osteoporosis y preservar la salud y la vida de los pacientes.

S. Sagalovsky, Richter. Unidad fisiopatológica del desarrollo de la osteoporosis y la aterosclerosis vascular // Revista Médica Internacional - N.º 4 - 2012