Kesatuan patofisiologis dalam perkembangan osteoporosis dan aterosklerosis vaskular

Dalam struktur mortalitas penduduk negara maju, tempat terdepan ditempati oleh penyakit sistem peredaran darah. Penyakit kardiovaskular (hipertensi arteri, penyakit jantung iskemik, infark miokard), yang didasarkan pada aterosklerosis, secara tepat disebut sebagai epidemi abad ke-21.

Menurut WHO, lebih dari 17 juta orang meninggal akibat penyakit kardiovaskular setiap tahun di dunia, dan pada tahun 2015 jumlah kematian akan meningkat menjadi 20 juta. Bersamaan dengan ini, salah satu penyebab utama insufisiensi fungsional dan hilangnya kapasitas kerja pada populasi dewasa adalah osteoporosis (OP) - penyakit sistem rangka yang paling terkenal dan umum di dunia dengan prevalensi terkait usia. Osteoporosis adalah penyakit rangka poligenik multifaktorial, yang merupakan bentuk osteopati metabolik yang paling umum. Penyakit ini ditandai dengan hilangnya massa tulang, gangguan mikroarsitekturnya (kerusakan trabekula), penurunan kekuatan dan disertai dengan risiko patah tulang yang tinggi.

Fraktur, yang paling parah adalah fraktur leher femur dan radius di sepertiga bawah lengan bawah, yang menentukan signifikansi medis dan medis-sosial penyakit ini, termasuk peningkatan mortalitas dan kerugian ekonomi yang signifikan yang terkait dengannya. Keunikan osteoporosis adalah bahwa penyakit ini terutama menyerang orang tua dan lanjut usia. Peningkatan signifikan dalam insiden osteoporosis, yang diamati sejak paruh kedua abad ke-20, secara alami mencerminkan perubahan demografi yang terjadi pada populasi dan dimanifestasikan oleh penuaan populasi di semua negara industri di dunia. Sejumlah studi epidemiologi yang dilakukan baru-baru ini di dunia dan Eropa menunjukkan korelasi positif antara penyakit kardiovaskular dan patologi sistem rangka. Pada saat yang sama, banyak penulis mengaitkan osteoporosis dengan perkembangan aterosklerosis, termasuk kalsifikasi dinding pembuluh darah. Pada wanita dengan fraktur osteoporosis, peningkatan insiden kalsifikasi aorta dan arteri koroner diamati, yang tingkat keparahannya berkorelasi dengan penurunan kepadatan mineral tulang (BMD).

Penelitian oleh SO Song dkk. mengungkapkan hubungan antara penurunan BMD tulang belakang dan femur proksimal dan peningkatan kandungan kalsium dalam arteri koroner menurut computed tomography berkas elektron. M. Naves dkk. menemukan bahwa pada wanita dengan osteoporosis pascamenopause, penurunan BMD sebesar satu standar deviasi dari massa tulang puncak dikaitkan dengan peningkatan risiko mortalitas keseluruhan sebesar 43% dan kematian dini akibat patologi kardiovaskular. Penelitian lain juga menemukan bahwa pasien dengan penurunan BMD lebih mungkin mengalami peningkatan konsentrasi lipid darah, mengembangkan aterosklerosis koroner yang lebih parah, dan secara signifikan meningkatkan risiko stroke dan infark miokard. Data yang disajikan menunjukkan bahwa peningkatan kejadian osteoporosis, kalsifikasi ektopik, dan aterosklerosis pada pasien yang sama memiliki dasar patogenetik yang sama. Konsep bahwa penyakit kardiovaskular dan osteoporosis dihubungkan melalui penanda yang secara bersamaan memengaruhi sel-sel vaskular dan tulang telah didukung oleh penelitian eksperimental yang ekstensif.

Kandidat untuk peran penanda tersebut adalah protein osteoprotegerin (OPG) yang baru diidentifikasi, yang termasuk dalam keluarga reseptor faktor nekrosis tumor dan merupakan bagian dari sistem sitokin RANKL-RANK-OPG.

[ 1 ], [ 2 ]

Remodelasi tulang dan peran sistem rankl-rank-opg

Osteoporosis merupakan penyakit yang disebabkan oleh proses gangguan remodeling tulang dengan peningkatan resorpsi tulang dan penurunan sintesis tulang. Kedua proses pembentukan jaringan tulang tersebut saling terkait erat dan merupakan hasil interaksi seluler osteoblas (OB) dan osteoklas (OC), yang berasal dari prekursor berbagai lini sel: osteoblas - dari sel punca mesenkimal, osteoklas - dari sel makrofag-monosit sumsum tulang. Osteoblas merupakan sel mononuklear yang terlibat dalam proses pembentukan tulang dan mineralisasi sel matriks tulang. Osteoblas berperan penting dalam memodulasi remodeling tulang dan mengatur aktivitas metabolisme sel jaringan tulang lainnya. Osteoblas mengeluarkan sejumlah zat aktif biologis, yang melaluinya mereka memengaruhi proses pematangan sel prekursor osteoklas, mengubahnya menjadi sel berinti banyak yang besar yang mampu berpartisipasi dalam resorpsi, yaitu penyerapan jaringan tulang, yang hanya bekerja pada tulang yang termineralisasi, tanpa mengubah matriks jaringan tulang yang sebenarnya.

Pematangan dan diferensiasi osteoblas dilakukan di bawah pengaruh berbagai faktor spesifik yang memengaruhi proses transkripsi, yang terpenting di antaranya adalah protein Cbfal (core-binding factor oil; juga dikenal sebagai runt related transcription factor 2; RUNX2). Pada tikus dengan defisiensi Cbfal/RUNX2, perlambatan signifikan dalam proses pembentukan tulang diamati, dan pematangan sel OB tidak diamati. Sebaliknya, pemberian Cbfal rekombinan pada hewan menyebabkan ekspresi gen yang melekat pada osteoblas pada sel non-osteogenik. Peran penting yang dimainkan oleh Cbfal/RUNX2 dalam diferensiasi dan pematangan osteoblas juga terwujud dalam kemampuan protein untuk mengatur fungsi banyak gen yang terlibat dalam sintesis protein jaringan tulang: kolagen tipe 1, osteopontin (OPN), osteokalsin, dan sialoprotein. Pertumbuhan dan kapasitas fungsional OB juga dipengaruhi oleh faktor parakrin dan/atau autokrin yang mengatur aktivitas proses transkripsi intranuklear, sintesis OPN, dan osteokalsin. Ini termasuk sejumlah faktor pertumbuhan sel, modulator sitokin, dan zat aktif biologis hormonal. Asumsi bahwa aktivasi dan regulasi remodeling jaringan tulang merupakan konsekuensi dari interaksi osteoblas dan osteoklas telah dikonfirmasi dalam banyak studi penelitian. Kemajuan signifikan dalam memahami proses remodeling tulang dicapai dengan penemuan sistem sitokin RANKL-RANK-OPG, yang memainkan peran kunci dalam pembentukan, diferensiasi, dan aktivitas osteoklas. Penemuan sistem ini menjadi landasan untuk memahami patogenesis osteoporosis, osteoklastogenesis dan regulasi resorpsi tulang, serta proses lain yang terlibat dalam remodeling tulang lokal. Regulasi osteoklastogenesis dilakukan terutama oleh dua sitokin: reseptor aktivator ligan faktor nuklir kappa-B (RANKL) dan OPG dengan latar belakang tindakan permisif faktor perangsang koloni makrofag (M-CSF).

RANKL adalah glikoprotein yang diproduksi oleh sel osteoblastik, limfosit T yang diaktifkan, yang termasuk dalam superfamili ligan faktor nekrosis tumor (TNF) dan merupakan stimulus utama untuk pematangan osteoklas. Dasar molekuler dari interaksi antar sel yang melibatkan sistem RANKL-RANK-OPG dapat direpresentasikan sebagai berikut: RANKL yang diekspresikan pada permukaan osteoblas mengikat reseptor RANK yang terletak pada membran sel prekursor OC dan menginduksi proses diferensiasi dan aktivasi osteoklas. Secara bersamaan, sumsum tulang dan sel induk OB melepaskan M-CSF. Faktor pertumbuhan polipeptida ini, yang berinteraksi dengan reseptor transmembran afinitas tinggi (c-fms), mengaktifkan tirosin kinase intraseluler, yang merangsang proliferasi dan diferensiasi sel prekursor osteoklas. Aktivitas proliferatif M-CSF meningkat secara signifikan ketika OB terpapar hormon paratiroid, vitamin D3, interleukin 1 (IL-1), TNF dan, sebaliknya, menurun di bawah pengaruh estrogen dan OPG. Estrogen, berinteraksi dengan reseptor OB intraseluler, meningkatkan aktivitas proliferatif dan fungsional sel, secara bersamaan menurunkan fungsi osteoklas, merangsang produksi OPG oleh osteoblas. OPG adalah reseptor larut untuk RANKL, disintesis dan dilepaskan oleh sel-sel osteoblastik, serta sel-sel stroma, sel-sel endotel vaskular dan limfosit B. OPG bertindak sebagai reseptor umpan endogen untuk RANKL, menghalangi interaksinya dengan reseptornya sendiri (RANK), dan dengan demikian menghambat pembentukan sel-sel osteoklas multinukleat dewasa, mengganggu proses osteoklastogenesis, mengurangi aktivitas resorpsi jaringan tulang. Disintesis dan dilepaskan oleh sel-sel OB, RANKL adalah faktor spesifik yang diperlukan untuk pengembangan dan fungsi OC. RANKL berinteraksi dengan reseptor tropiknya RANK pada membran sel prekursor OC (prekursor umum untuk osteoklas dan monosit/makrofag), yang menyebabkan transformasi genom kaskade intraseluler. RANK memengaruhi faktor nuklir kappa-B (NF-kB) melalui protein terkait reseptor TRAF6, yang mengaktifkan dan mentranslokasi NF-kB dari sitoplasma ke inti sel.

Akumulasi NF-kB yang teraktivasi meningkatkan ekspresi protein NFATcl, yang merupakan pemicu spesifik yang memulai proses transkripsi gen intraseluler yang membentuk proses osteoklastogenesis. Osteoklas yang berdiferensiasi mengambil posisi tertentu pada permukaan tulang dan mengembangkan sitoskeleton khusus yang memungkinkannya menciptakan rongga resorpsi yang terisolasi, lingkungan mikro antara osteoklas dan tulang. Membran OC yang menghadap rongga yang dibentuk oleh sel membentuk banyak lipatan, memperoleh tampilan bergelombang, yang secara signifikan meningkatkan permukaan resorpsi. Lingkungan mikro rongga resorpsi yang dibuat diasamkan oleh pemompaan proton elektrogenik ke dalamnya. pH intraseluler OC dipertahankan dengan partisipasi karbonat anhidrase II melalui pertukaran ion HCO3/Cl melalui membran antiresorptif sel. Klorin terionisasi menembus ke dalam rongga mikro resorpsi melalui saluran anion dari membran resorpsi bergelombang, sehingga pH di rongga mencapai 4,2-4,5. Lingkungan asam menciptakan kondisi untuk mobilisasi fase mineral tulang dan membentuk kondisi optimal untuk degradasi matriks organik jaringan tulang dengan partisipasi cathepsin K, enzim yang disintesis dan dilepaskan ke rongga resorpsi oleh "vesikel asam" OK. Peningkatan ekspresi RANKL secara langsung menyebabkan aktivasi resorpsi tulang dan penurunan BMD rangka. Pengenalan RANKL rekombinan menyebabkan perkembangan hiperkalsemia pada akhir hari pertama, dan pada akhir hari ketiga - hingga hilangnya massa tulang yang signifikan dan penurunan BMD. Keseimbangan antara RANKL dan OPG sebenarnya menentukan jumlah tulang yang diserap dan tingkat perubahan BMD. Percobaan pada hewan telah menunjukkan bahwa peningkatan ekspresi OPG pada tikus menyebabkan peningkatan massa tulang, osteopetrosis, dan ditandai dengan penurunan jumlah dan aktivitas osteoklas. Sebaliknya, ketika gen OPG dimatikan, terjadi penurunan BMD, peningkatan signifikan jumlah osteoklas multinuklear yang matang, penurunan kepadatan tulang, dan terjadinya fraktur vertebra spontan.

Pemberian OPG rekombinan secara subkutan pada tikus dengan dosis 4 mg/kg/hari selama seminggu memulihkan indeks BMD. Dalam model artritis adjuvan pada tikus, pemberian OPG (2,5 dan 10 mg/kg/hari) selama 9 hari pada tahap awal proses patologis memblokir fungsi RANKL dan mencegah hilangnya massa tulang dan jaringan tulang rawan. Percobaan menunjukkan bahwa fungsi OPG terutama terdiri dari penurunan atau "mematikan" secara signifikan efek yang disebabkan oleh RANKL. Saat ini, menjadi jelas bahwa menjaga hubungan antara RANKL dan OPG merupakan kondisi penting untuk menjaga keseimbangan antara resorpsi dan pembentukan tulang. Konjugasi kedua proses ini, konsentrasi relatif RANKL dan OPG dalam jaringan tulang menentukan penentu utama massa dan kekuatan tulang. Sejak ditemukannya sistem RANKL-RAMK-OPG sebagai jalur akhir untuk pembentukan dan diferensiasi osteoklas, banyak peneliti telah mengonfirmasi peran utama mekanisme seluler dan molekuler ini dalam patogenesis osteoporosis.

Peran sistem sitokin rankl-rank-opg dalam proses kalsifikasi vaskular

Asumsi tentang adanya dasar patogenetik umum untuk osteoporosis dan aterosklerosis, kesamaan tertentu antara mekanisme perkembangan osteoporosis dan kalsifikasi vaskular dikonfirmasi oleh banyak pengamatan eksperimental dan klinis. Telah dibuktikan bahwa tulang dan jaringan vaskular memiliki banyak sifat yang identik baik pada tingkat seluler maupun molekuler. Jaringan tulang dan sumsum tulang mengandung sel endotel, preosteoblas dan osteoklas - turunan monosit, sementara semuanya juga merupakan komponen normal dari populasi seluler dinding vaskular. Baik jaringan tulang maupun dinding pembuluh arteri dalam kondisi proses aterosklerosis mengandung OPN, osteokalsin, protein tulang morfogenetik, protein Gla matriks, kolagen tipe I, dan vesikel matriks. Dalam patogenesis aterosklerosis dan OP, monosit terlibat dengan diferensiasi menjadi makrofag dengan sitoplasma berbusa di dalam dinding vaskular dan menjadi osteoklas dalam jaringan tulang. Pada dinding pembuluh darah terdapat unsur-unsur seluler yang berdiferensiasi menjadi osteoblas sesuai dengan tahap pembentukan OB tulang, menghasilkan komponen mineral tulang.

Yang paling penting adalah fakta bahwa sistem sitokin RANKL-RANK-OPG, yang memulai osteoblastogenesis dan osteoklastogenesis dalam jaringan tulang, menginduksi, antara lain, diferensiasi osteoblas dan OC, serta proses mineralisasi dinding pembuluh darah. Di antara komponen sistem ini, yang secara langsung menunjukkan adanya hubungan antara osteoporosis dan aterosklerosis, OPG menarik perhatian terbesar para peneliti. Diketahui bahwa OPG diekspresikan tidak hanya oleh sel-sel jaringan tulang, tetapi juga oleh sel-sel kardiovaskular: miokardiosit, sel otot polos arteri dan vena, dan sel endotel vaskular. OPG adalah modulator kalsifikasi vaskular, yang dikonfirmasi dalam karya eksperimental S. Moropu et al., yang dilakukan pada tikus utuh dan hewan dengan gangguan/ketiadaan gen yang menyediakan ekspresi OPG. Ditemukan bahwa tikus dengan kemampuan terganggu untuk mensintesis OPG (OPG-/-), tidak seperti kelompok hewan kontrol, menunjukkan aktivasi proses kalsifikasi arteri dalam kombinasi dengan perkembangan osteoporosis dan beberapa patah tulang. Sebaliknya, pengenalan gen yang mensintesisnya pada hewan dengan ekspresi OPG yang tidak mencukupi berkontribusi terhadap penekanan proses resorpsi tulang dan kalsifikasi vaskular.

Peradangan memainkan peran kunci dalam semua tahap perkembangan aterosklerosis, disertai dengan peningkatan yang signifikan dalam konsentrasi penanda peradangan dalam plasma darah - sitokin (interleukin-1, a-TNF), yang pada gilirannya, menginduksi resorpsi tulang. Menurut sifat inflamasi dari perkembangan aterosklerosis, ekspresi dan pelepasan OPG ke dalam aliran darah dan jaringan di sekitarnya oleh sel-sel endotel dan sel-sel otot polos vaskular dilakukan di bawah pengaruh faktor-faktor proinflamasi yang disebutkan di atas. Tidak seperti sel-sel stroma, sel-sel endotel dan jaringan otot polos vaskular tidak merespons perubahan kandungan vitamin D3 atau hormon paratiroid (PTH) dalam plasma darah dengan meningkatkan sintesis dan pelepasan OPG. OPG mencegah kalsifikasi ektopik yang diinduksi vitamin D3 dalam pembuluh darah, secara bersamaan meningkatkan kandungan OPN, protein matriks non-kolagen utama tulang, yang bertindak sebagai penghambat mineralisasi vaskular dan sebagai pemicu sintesis dan pelepasan OPG oleh sel-sel endotel dan otot polos. OPN, yang menghambat proses pembentukan matriks hidroksiapatit (in vitro) dan kalsifikasi vaskular (in vivo), disintesis dan dilepaskan dalam konsentrasi yang cukup tinggi oleh sel otot polos media dinding vaskular dan oleh makrofag intima. Sintesis OPN terjadi di area dengan mineralisasi dominan dinding vaskular dan diatur oleh faktor proinflamasi dan osteogenik. Bersama dengan integrin avb3, yang disintesis oleh sel endotel di lokasi aterogenesis, OPN menyebabkan efek OPG yang bergantung pada NF-kB dalam menjaga integritas sel endotel. Dengan demikian, peningkatan konsentrasi OPG plasma dan vaskular yang diamati pada penyakit kardiovaskular mungkin merupakan konsekuensi dari aktivitas sel endotel baik di bawah pengaruh penanda inflamasi maupun sebagai akibat dari mekanisme OPN/avb3-HHTerpnHOBoro.

Aktivasi NF-kB pada makrofag dinding arteri dan pada TC juga merupakan salah satu mekanisme penting yang menghubungkan osteoporosis dan aterosklerosis. Peningkatan aktivitas NF-kB terjadi sebagai akibat dari aksi sitokin yang dilepaskan oleh sel T yang diaktifkan pada intima vaskular, yang berkontribusi pada peningkatan aktivitas serin/treonin kinase (Akt, protein kinase B), faktor penting untuk fungsi, pertama-tama, sel endotel vaskular.

Telah ditetapkan bahwa sebagai akibat dari peningkatan aktivitas protein kinase B, stimulasi eNOS dan peningkatan sintesis oksida nitrat (NO), yang terlibat dalam mekanisme pemeliharaan integritas sel endotel, diamati. Mirip dengan OPG, sintesis dan pelepasan RANKL oleh sel endotel dilakukan di bawah pengaruh sitokin inflamasi, tetapi bukan sebagai akibat dari aksi vitamin D3 atau PTH, yang mampu meningkatkan konsentrasi RANKL dalam sel OB atau sel stroma.

Peningkatan konsentrasi RANKL dalam pembuluh arteri dan vena juga dicapai sebagai hasil dari efek penghambatan faktor pertumbuhan transformasi (TGF-Pj) pada proses ekspresi OPG, yang isinya berkurang secara signifikan di bawah pengaruh faktor ini. Ini memiliki efek multiarah pada kandungan RANKL dalam tulang dan pembuluh: dalam jaringan tulang, TGF-Pj mempromosikan ekspresi OPG OB dan, sebagai hasilnya, OPG, yang mengikat RANKL, mengurangi konsentrasinya dan aktivitas osteoklastogenesis. Di dinding pembuluh darah, TGF-Pj meningkatkan rasio RANKL/OPG dan, sebagai akibatnya, kandungan RANKL, berinteraksi dengan reseptor RANK-nya pada permukaan membran sel endotel dengan partisipasi sistem pensinyalan intraseluler, merangsang osteogenesis sel vaskular, mengaktifkan proses kalsifikasi, proliferasi dan migrasi sel, dan remodeling matriks. Hasil dari konsep baru berdasarkan pemahaman terkini tentang mekanisme seluler dan molekuler remodeling tulang pada osteoporosis dan proses aterosklerosis, dan penjelasan tentang peran utama sistem sitokin RANKL-RANK-OPG dalam penerapan penyakit ini, adalah sintesis obat generasi baru - denosumab. Denosumab (Prolia; Amgen Incorporation) adalah antibodi monoklonal manusia spesifik dengan tingkat tropisme tinggi untuk RANKL, yang memblokir fungsi protein ini. Sejumlah penelitian laboratorium dan klinis telah menetapkan bahwa denosumab, yang menunjukkan kemampuan tinggi untuk mengurangi aktivitas RANKL, secara signifikan memperlambat dan melemahkan tingkat resorpsi tulang. Saat ini, denosumab digunakan sebagai obat lini pertama, bersama dengan bifosfonat, pada pasien dengan osteoporosis sistemik untuk mencegah patah tulang. Pada saat yang sama, S. Helas et al. menetapkan efek penghambatan denosumab pada kemampuan RANKL untuk menerapkan proses kalsifikasi vaskular. Dengan demikian, data yang diperoleh membuka kemungkinan baru untuk memperlambat perkembangan osteoporosis dan aterosklerosis vaskular, mencegah perkembangan komplikasi kardiovaskular pada osteoporosis, dan menjaga kesehatan dan kehidupan pasien.

S. Sagalovsky, Richter. Kesatuan patofisiologis perkembangan osteoporosis dan aterosklerosis pembuluh darah // Jurnal Medis Internasional - No. 4 - 2012