Unidade fisiopatológica no desenvolvimento da osteoporose e da aterosclerose vascular

Na estrutura de mortalidade da população dos países desenvolvidos, o lugar de liderança é ocupado pelas doenças do aparelho circulatório. As doenças cardiovasculares (hipertensão arterial, doença cardíaca isquêmica, infarto do miocárdio), que se baseiam na aterosclerose, são corretamente chamadas de epidemia do século XXI.

Segundo a OMS, mais de 17 milhões de pessoas morrem de doenças cardiovasculares todos os anos no mundo, e até 2015 o número de mortes aumentará para 20 milhões. Além disso, uma das principais causas de insuficiência funcional e perda da capacidade de trabalho na população adulta é a osteoporose (OP) – a doença do sistema esquelético mais conhecida e comum no mundo, com prevalência associada à idade. A osteoporose é uma doença esquelética poligênica multifatorial, sendo a forma mais comum de osteopatia metabólica. A doença é caracterizada pela perda de massa óssea, perturbação da microarquitetura óssea (destruição das trabéculas), diminuição da resistência e é acompanhada por um alto risco de fraturas.

São as fraturas, das quais as mais graves são as do colo do fêmur e do rádio no terço inferior do antebraço, que determinam a importância médica e médico-social da doença, incluindo o aumento da mortalidade e as perdas econômicas significativas a elas associadas. A peculiaridade da osteoporose é que esta doença afeta principalmente idosos e pessoas idosas. Um aumento significativo na incidência de osteoporose, observado desde a segunda metade do século XX, reflete naturalmente as mudanças demográficas que ocorrem na população e se manifestam pelo envelhecimento da população em todos os países industrializados do mundo. Numerosos estudos epidemiológicos realizados recentemente no mundo e na Europa indicam uma correlação positiva entre doenças cardiovasculares e patologias do sistema esquelético. Ao mesmo tempo, muitos autores associam a osteoporose à progressão da aterosclerose, incluindo a calcificação das paredes dos vasos. Em mulheres com fraturas osteoporóticas, foi observado um aumento na incidência de calcificação da aorta e da artéria coronária, cuja gravidade se correlacionou com uma diminuição da densidade mineral óssea (DMO).

Os estudos de SO Song et al. revelaram uma relação entre uma diminuição na DMO da coluna vertebral e do fêmur proximal e um aumento no conteúdo de cálcio nas artérias coronárias de acordo com a tomografia computadorizada de feixe de elétrons. M. Naves et al. descobriram que em mulheres com osteoporose pós-menopausa, uma diminuição na DMO em um desvio padrão do pico de massa óssea está associada a um risco aumentado de mortalidade geral em 43% e morte prematura por patologia cardiovascular. Outros estudos também descobriram que pacientes com diminuição da DMO são mais propensos a ter um aumento nas concentrações de lipídios no sangue, desenvolver aterosclerose coronária mais grave e aumentar significativamente o risco de acidente vascular cerebral e infarto do miocárdio. Os dados apresentados sugerem que um aumento na incidência de osteoporose, calcificação ectópica e aterosclerose nos mesmos pacientes tem uma base patogênica comum. O conceito de que a doença cardiovascular e a osteoporose estão ligadas por meio de marcadores que afetam simultaneamente as células vasculares e ósseas tem sido apoiado por extensos estudos experimentais.

Um candidato para o papel de tal marcador é a proteína osteoprotegerina (OPG) recentemente identificada, que pertence à família de receptores do fator de necrose tumoral e faz parte do sistema de citocinas RANKL-RANK-OPG.

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Remodelação óssea e o papel do sistema rankl-rank-opg

A osteoporose é uma doença que se baseia nos processos de distúrbios da remodelação óssea com aumento da reabsorção óssea e diminuição da síntese óssea. Ambos os processos de formação do tecido ósseo estão intimamente interligados e são o resultado da interação celular de osteoblastos (OB) e osteoclastos (OC), originários de precursores de diferentes linhagens celulares: osteoblastos - de células-tronco mesenquimais, osteoclastos - de células macrófagos-monocíticas da medula óssea. Os osteoblastos são células mononucleares envolvidas no processo de formação óssea e mineralização das células da matriz óssea. Os osteoblastos desempenham um papel fundamental na modulação da remodelação óssea e na regulação da atividade metabólica de outras células do tecido ósseo. Eles secretam uma série de substâncias biologicamente ativas, por meio das quais influenciam o processo de maturação da célula precursora do osteoclasto, transformando-a em uma grande célula multinucleada capaz de participar da reabsorção, ou seja, da absorção do tecido ósseo, atuando apenas no osso mineralizado, sem alterar a matriz propriamente dita do tecido ósseo.

A maturação e a diferenciação dos osteoblastos ocorrem sob a influência de vários fatores específicos que afetam o processo de transcrição, sendo o mais importante a proteína Cbfal (fator de ligação ao núcleo do óleo; também conhecido como fator de transcrição relacionado a runt 2; RUNX2). Em camundongos com deficiência de Cbfal/RUNX2, observa-se uma desaceleração significativa no processo de formação óssea, e a maturação das células OB não é observada. Em contraste, a administração de Cbfal recombinante a animais causa a expressão de genes inerentes aos osteoblastos em células não osteogênicas. O papel significativo desempenhado por Cbfal/RUNX2 na diferenciação e maturação dos osteoblastos também se manifesta na capacidade da proteína de regular a função de muitos genes envolvidos na síntese de proteínas do tecido ósseo: colágeno tipo 1, osteopontina (OPN), osteocalcina e sialoproteína. O crescimento e a capacidade funcional do OB também são influenciados por fatores parácrinos e/ou autócrinos que regulam a atividade dos processos de transcrição intranuclear, síntese de OPN e osteocalcina. Estes incluem uma série de fatores de crescimento celular, moduladores de citocinas e substâncias biologicamente ativas hormonais. A suposição de que a ativação e a regulação da remodelação do tecido ósseo são uma consequência da interação de osteoblastos e osteoclastos foi confirmada em numerosos estudos de pesquisa. Progresso significativo na compreensão dos processos de remodelação óssea foi alcançado com a descoberta do sistema de citocina RANKL-RANK-OPG, que desempenha um papel fundamental na formação, diferenciação e atividade dos osteoclastos. A descoberta deste sistema tornou-se a pedra angular para a compreensão da patogênese da osteoporose, osteoclastogênese e regulação da reabsorção óssea, bem como outros processos envolvidos na remodelação óssea local. A regulação da osteoclastogênese é realizada principalmente por duas citocinas: o ativador do receptor do ligante do fator nuclear kappa-B (RANKL) e a OPG contra o pano de fundo da ação permissiva do fator estimulante de colônias de macrófagos (M-CSF).

RANKL é uma glicoproteína produzida por células osteoblásticas, linfócitos T ativados, que pertence à superfamília de ligantes do fator de necrose tumoral (TNF) e é o principal estímulo para a maturação dos osteoclastos. A base molecular das interações intercelulares envolvendo o sistema RANKL-RANK-OPG pode ser representada da seguinte forma: RANKL expressa na superfície dos osteoblastos liga-se ao receptor RANK localizado nas membranas das células precursoras do OC e induz o processo de diferenciação e ativação dos osteoclastos. Simultaneamente, a medula óssea e as células-tronco do OB liberam M-CSF. Este fator de crescimento polipeptídico, interagindo com seu receptor transmembrana de alta afinidade (c-fms), ativa a tirosina quinase intracelular, estimulando a proliferação e a diferenciação da célula precursora do osteoclasto. A atividade proliferativa do M-CSF aumenta significativamente quando o OB é exposto ao hormônio da paratireoide, vitamina D3, interleucina 1 (IL-1), TNF e, inversamente, diminui sob a influência de estrogênios e OPG. Os estrogênios, interagindo com os receptores intracelulares do OB, aumentam a atividade proliferativa e funcional da célula, diminuindo simultaneamente a função dos osteoclastos, estimulando a produção de OPG pelos osteoblastos. OPG é um receptor solúvel para RANKL, sintetizado e liberado por células osteoblásticas, bem como células estromais, células endoteliais vasculares e linfócitos B. OPG atua como um receptor chamariz endógeno para RANKL, bloqueando sua interação com seu próprio receptor (RANK) e, portanto, inibe a formação de células osteoclásticas multinucleadas maduras, interrompendo o processo de osteoclastogênese, reduzindo a atividade de reabsorção do tecido ósseo. Sintetizado e liberado pelas células OB, RANKL é um fator específico necessário para o desenvolvimento e funcionamento do OC. O RANKL interage com seu receptor trópico RANK na membrana da célula precursora do CO (um precursor comum para osteoclastos e monócitos/macrófagos), levando a transformações genômicas em cascata intracelular. O RANK afeta o fator nuclear kappa-B (NF-kB) por meio da proteína TRAF6 associada ao receptor, que ativa e transloca o NF-kB do citoplasma para o núcleo da célula.

O acúmulo de NF-kB ativado aumenta a expressão da proteína NFATcl, que é um gatilho específico que inicia o processo de transcrição de genes intracelulares que formam o processo de osteoclastogênese. O osteoclasto diferenciado assume uma determinada posição na superfície óssea e desenvolve um citoesqueleto especializado que lhe permite criar uma cavidade de reabsorção isolada, um microambiente entre os osteoclastos e o osso. A membrana do OC voltada para a cavidade formada pela célula forma muitas dobras, adquirindo uma aparência corrugada, o que aumenta significativamente a superfície de reabsorção. O microambiente da cavidade de reabsorção criada é acidificado pelo bombeamento eletrogênico de prótons para dentro dele. O pH intracelular do OC é mantido com a participação da anidrase carbônica II por meio da troca de íons HCO3/Cl através da membrana antirreabsortiva da célula. O cloro ionizado penetra na microcavidade de reabsorção através dos canais aniônicos da membrana de reabsorção corrugada, resultando em um pH na cavidade atingindo 4,2-4,5. O ambiente ácido cria condições para a mobilização da fase mineral óssea e forma condições ótimas para a degradação da matriz orgânica do tecido ósseo com a participação da catepsina K, uma enzima sintetizada e liberada na cavidade de reabsorção pelas "vesículas ácidas" do osso ósseo. O aumento da expressão de RANKL leva diretamente à ativação da reabsorção óssea e à diminuição da DMO esquelética. A introdução de RANKL recombinante levou ao desenvolvimento de hipercalcemia ao final do primeiro dia e, ao final do terceiro, a uma perda significativa de massa óssea e à diminuição da DMO. O equilíbrio entre RANKL e OPG determina, de fato, a quantidade de osso reabsorvido e o grau de alteração na DMO. Experimentos em animais demonstraram que o aumento da expressão de OPG em camundongos leva ao aumento da massa óssea, osteopetrose e é caracterizado pela diminuição do número e da atividade dos osteoclastos. Em contraste, quando o gene OPG é desativado, observa-se uma diminuição na DMO, um aumento significativo no número de osteoclastos maduros e multinucleados, uma diminuição na densidade óssea e a ocorrência de fraturas vertebrais espontâneas.

A administração subcutânea de OPG recombinante em camundongos na dose de 4 mg/kg/dia durante uma semana restaurou os índices de DMO. No modelo de artrite adjuvante em ratos, a administração de OPG (2,5 e 10 mg/kg/dia) durante 9 dias, no estágio inicial do processo patológico, bloqueou a função do RANKL e preveniu a perda de massa óssea e cartilaginosa. Os experimentos indicam que a função da OPG consiste principalmente em diminuir ou "desligar" significativamente os efeitos causados pelo RANKL. Atualmente, tornou-se evidente que manter a relação entre RANKL e OPG é uma condição importante para manter o equilíbrio entre a reabsorção e a formação óssea. A conjugação desses dois processos, as concentrações relativas de RANKL e OPG no tecido ósseo, determinam os principais determinantes da massa e da resistência óssea. Desde a descoberta do sistema RANKL-RAMK-OPG como a via final para a formação e diferenciação dos osteoclastos, muitos pesquisadores confirmaram o papel fundamental desse mecanismo celular e molecular na patogênese da osteoporose.

O papel do sistema de citocinas rankl-rank-opg no processo de calcificação vascular

A suposição sobre a presença de uma base patogênica comum para osteoporose e aterosclerose, uma certa similaridade entre os mecanismos de desenvolvimento da osteoporose e calcificação vascular é confirmada por muitas observações experimentais e clínicas. Foi demonstrado que os tecidos ósseo e vascular têm muitas propriedades idênticas tanto nos níveis celular quanto molecular. O tecido ósseo e a medula óssea contêm células endoteliais, pré-osteoblastos e osteoclastos - derivados de monócitos, enquanto todos eles também são componentes normais das populações celulares da parede vascular. Tanto o tecido ósseo quanto a parede dos vasos arteriais sob as condições do processo aterosclerótico contêm OPN, osteocalcina, proteína óssea morfogenética, proteína Gla da matriz, colágeno tipo I e vesículas da matriz. Na patogênese da aterosclerose e OP, os monócitos estão envolvidos com a diferenciação em macrófagos com citoplasma espumoso dentro da parede vascular e em osteoclastos no tecido ósseo. Na parede vascular existem elementos celulares que se diferenciam em osteoblastos de acordo com os estágios de formação do osso OB, produzindo o componente mineral do osso.

De fundamental importância é o fato de que o sistema de citocinas RANKL-RANK-OPG, iniciando a osteoblastogênese e a osteoclastogênese no tecido ósseo, induz, entre outras coisas, a diferenciação de osteoblastos e osteoclastogênese, bem como o processo de mineralização da parede vascular. Entre os componentes desse sistema, indicando diretamente a existência de uma relação entre osteoporose e aterosclerose, a OPG atrai a maior atenção dos pesquisadores. Sabe-se que a OPG é expressa não apenas pelas células do tecido ósseo, mas também pelas células cardiovasculares: miocardiócitos, células musculares lisas de artérias e veias e células endoteliais vasculares. A OPG é um modulador da calcificação vascular, o que foi confirmado no trabalho experimental de S. Moropu et al., realizado em camundongos intactos e animais com interrupção/ausência do gene que fornece a expressão da OPG. Constatou-se que camundongos com capacidade prejudicada de sintetizar OPG (OPG-/-), diferentemente do grupo controle, apresentam ativação do processo de calcificação arterial em combinação com o desenvolvimento de osteoporose e múltiplas fraturas ósseas. Por outro lado, a introdução do gene que o sintetiza em animais com expressão insuficiente de OPG contribuiu para a supressão tanto do processo de reabsorção óssea quanto da calcificação vascular.

A inflamação desempenha um papel fundamental em todos os estágios do desenvolvimento da aterosclerose, acompanhada por um aumento significativo na concentração de marcadores de inflamação no plasma sanguíneo - citocinas (interleucina-1, α-TNF), que, por sua vez, induzem a reabsorção óssea. De acordo com a natureza inflamatória do desenvolvimento da aterosclerose, a expressão e a liberação de OPG na corrente sanguínea e nos tecidos circundantes pelas células endoteliais e células musculares lisas vasculares são realizadas sob a influência dos fatores pró-inflamatórios mencionados acima. Ao contrário das células estromais, as células endoteliais e o tecido muscular liso vascular não respondem a alterações no conteúdo de vitamina D3 ou hormônio da paratireoide (PTH) no plasma sanguíneo aumentando a síntese e a liberação de OPG. A OPG previne a calcificação ectópica induzida pela vitamina D3 nos vasos, aumentando simultaneamente o conteúdo de OPN, a principal proteína da matriz não colágena dos ossos, que atua como um inibidor da mineralização vascular e como um gatilho para a síntese e liberação de OPG pelas células endoteliais e musculares lisas. A OPN, inibindo o processo de formação da matriz de hidroxiapatita (in vitro) e a calcificação vascular (in vivo), é sintetizada e liberada em concentrações suficientemente altas pelas células musculares lisas da camada média da parede vascular e pelos macrófagos da íntima. A síntese de OPN ocorre em áreas com mineralização predominante da parede vascular e é regulada por fatores pró-inflamatórios e osteogênicos. Juntamente com a integrina avb3, sintetizada pelas células endoteliais nos locais de aterogênese, a OPN causa o efeito da OPG dependente de NF-kB na manutenção da integridade das células endoteliais. Assim, o aumento das concentrações plasmáticas e vasculares de OPG observadas em doenças cardiovasculares pode ser consequência da atividade das células endoteliais, tanto sob a influência de marcadores inflamatórios quanto como resultado do mecanismo OPN/avb3-HHTerpnHOBoro.

A ativação do NF-kB em macrófagos da parede arterial e no TC também é um dos mecanismos importantes que ligam a osteoporose à aterosclerose. O aumento da atividade do NF-kB ocorre como resultado da ação de citocinas liberadas por células T ativadas na íntima vascular, o que contribui para o aumento da atividade da serina/treonina quinase (Akt, proteína quinase B), um fator importante para a função, principalmente, das células endoteliais vasculares.

Foi estabelecido que, como resultado do aumento da atividade da proteína quinase B, observa-se estimulação da eNOS e aumento da síntese de óxido nítrico (NO), envolvido no mecanismo de manutenção da integridade das células endoteliais. Semelhante à OPG, a síntese e liberação de RANKL pelas células endoteliais são realizadas sob a influência de citocinas inflamatórias, mas não como resultado da ação da vitamina D3 ou do PTH, que são capazes de aumentar a concentração de RANKL em células de OB ou estromais.

O aumento da concentração de RANKL nos vasos arteriais e venosos também é alcançado como resultado do efeito inibitório do fator de crescimento transformador (TGF-Pj) no processo de expressão de OPG, cujo conteúdo é significativamente reduzido sob a influência deste fator. Ele tem um efeito multidirecional no conteúdo de RANKL no osso e nos vasos: no tecido ósseo, o TGF-Pj promove a expressão de OPG OB e, como resultado, a OPG, ligando-se a RANKL, reduz sua concentração e atividade osteoclastogênica. Nas paredes dos vasos sanguíneos, o TGF-Pj aumenta a razão RANKL/OPG e, como consequência, o conteúdo de RANKL, interagindo com seu receptor RANK na superfície das membranas das células endoteliais com a participação de sistemas de sinalização intracelulares, estimula a osteogênese das células vasculares, ativa o processo de calcificação, proliferação e migração celular e remodelação da matriz. O resultado do novo conceito, baseado na compreensão atual do mecanismo celular e molecular da remodelação óssea na osteoporose e no processo de aterosclerose, e na elucidação do papel principal do sistema de citocinas RANKL-RANK-OPG na implementação dessas doenças, foi a síntese de um fármaco de nova geração - o denosumabe. O denosumabe (Prolia; Amgen Incorporation) é um anticorpo monoclonal humano específico com alto grau de tropismo para RANKL, bloqueando a função dessa proteína. Numerosos estudos laboratoriais e clínicos estabeleceram que o denosumabe, demonstrando alta capacidade de reduzir a atividade de RANKL, retarda e enfraquece significativamente o grau de reabsorção óssea. Atualmente, o denosumabe é usado como fármaco de primeira linha, juntamente com bifosfonatos, em pacientes com osteoporose sistêmica para prevenir fraturas ósseas. Ao mesmo tempo, S. Helas et al. estabeleceram o efeito inibitório do denosumabe sobre a capacidade de RANKL de implementar o processo de calcificação vascular. Assim, os dados obtidos abrem novas possibilidades para retardar a progressão da osteoporose e da aterosclerose vascular, prevenindo o desenvolvimento de complicações cardiovasculares na osteoporose e preservando a saúde e a vida dos pacientes.

S. Sagalovsky, Richter. Unidade fisiopatológica do desenvolvimento da osteoporose e da aterosclerose vascular // International Medical Journal - Nº 4 - 2012