В данной статье рассматриваются вопросы ремоделирования костей от европейских ученых под руководством компании «Новартис». Эта статья подтверждает выводы профессора Струкова В.И. о том, что для здоровья костной системы важна двигательная активность пациентов. Поэтому д.м.н. Струков В.И. настоятельно рекомендует пациентам проходить около 20 км в неделю. Постоянная мышечная нагрузка стимулирует рост минерального матрикса костной ткани и ведет к укреплению костей. В работе кость рассматривается как эндокринный орган, что говорит о неизученности многих механизмов жизни костной ткани. Однако данная статья не полностью описывает регуляторные механизмы костной ткани посредством андрогенов. Поэтому исследования профессора Струкова В.И. опережают исследования европейских ученых.
Содержание
Взгляд на науку о клетках
Взгляд на ремоделирование костей
Цикл ремоделирования костей поддерживает целостность опорно-двигательного аппарата путем сбалансированной активности его составляющих типов клеток. Есть формирующий кость остеобласт, клетка, которая производит органический костный матрикс и помогает ее минерализации (Karsentyetal., 2009); разрушающий клетку остеобласт, единственный тип эндокринной клетки, который растворяет минералы кости и с помощью ферментов размывает белки внеклеточного матрикса (extracellularmatrix, ECM) (Teitelbaum, 2007); и остеоцит, производную от остеобласта постмиотическую клетку (post-mitoticcell) в костном матриксе, которая действует как механосенсор и эндокринная клетка (BonewaldandJohnson, 2008). Четвертый тип клетки – это костно-выстилающая клетка (boneliningcell), которая хотя и считается имеющей особую роль во взаимодействии с резорбцией кости для формирования костей (Evertsetal., 2002), но, возможно, физически определяет костное ремоделирование отделов кости (Andersenetal., 2009).
Молекулярный анализ генетических нарушений высоко повышенной или пониженной костной массы определяет во многом зависимые от основных белков, контролирующих действие этих типов костных клеток. Эта информация является результатом как новых путей в лечении или диагностике наиболее распространенных костных заболеваний, так и способствует лучшему пониманию общих вариантов генетических процессов, которые приводят к разнице в плотности костей у целой популяции.
На картинке (выше) мы проиллюстрировали основные сигнальные пути, включенные в дифференциацию костных клеток, функцию и восстановление, и описали, как связанные действия костных клеток поддерживаются благодаря межклеточному взаимодействию. Мы уделяем особое внимание факторам и сигнальным процессам, которые оказались необходимыми для поддержания здоровья костей путем изучения редких генетических заболеваний костей.
Остеобласты: дифференцировка и функция
Wnt (signalling pathway) означает сигнальный путь Wnt. Аббревиатура возникла от двух других аббревиатур — Wnt “wingless” («бескрылый») пошло издавна, так как первично был идентифицировано как ген дрозофилы по рецессивной мутации, от которого крылья у них не росли. Отсюда еще одного название – «бескрылый» (wingless). Int означало “identification” (идентификация). – Прим.перев.
Дифференцировки остеобластов достигаются за счет согласованного выражения ряда ключевых транскрипционных факторов, и формирование кости за счет остеобластов контролируется как локально, так и системно в ходе моделирования кости в развитии (структура 1 — Box 1) в течение жизни. Исследования заболеваний, связанных с дефектами костного формирования, такие как развитие расстройств конечностей и высокие условия костной массы, продемонстрировали ключевую важность контроля локального формирования костей с помощью морфогенного белка кости (bonemorphogeneticprotein (BMP) SMAD – сокр.от Similar to Mother Decapentapglichomolog, также называемый Mothersagainsthomolog; белок и сигнальный путь, связанный с трансформирующим ростовым бета фактором (TGF-beta – Transforminggrowthfactorbeta, TGF-β). Данный термин обычно не переводится на русский язык., а используется как английская аббревиатура. – Прим.перев.(CaoandChen, 2005) и сигнального пути (wingless, Wnt) (Dayetal., 2005) сигнальных путей для дифференциации и функции остеобластов. У взрослых BMP2 может действовать как мощный стимулятор эктомического (смещённого) формирования кости (ectopicboneformation) (Chenetal., 1997), и он клинически используется для улучшения формирования костей, например, при исправлении переломов (Govenderetal., 2002). ВМР, сигнализирующий через восстановление и активацию гетеродимерического контроля белков Smad, контролирует выработку гена RUNX2, также известного как основной связующий фактор «альфа 1» (alpha1 или cbfa1), транскрипционный фактор, необходимый для дифференциации остеобластов (Ducyetal., 1997). RUNX2 — Runt-relatedtranscriptionfactor 2 (Runx2) – ген, обеспечивающий использование белков для развития и поддержки костей и хрящей. Обычно используется в английской аббревиатуре. – Прим.перев.Канонический сигнальный путь (Wntsignallingpathway) необходим для дифференциации остеобластов во время скелетообразования и продолжает играть важную роль в зрелых остеобластах. Альфа 1 (alpha 1, cbfa) – белок интерферон альфа 1, известный также как коллаген (ген) IFNA-1 , а также как ген COL1A1 – белок, укрепляющие и поддерживающий мягкие ткани организма, хрящи, кости, связки и склеры глаз. Русского перевода найти не удалось. – Прим.перев.И хотя основная функция циркуляции паратиреоидного гормона (parathyreoidhormone, PTH) состоит в том, чтобы регулировать содержание кальция в плазме (см.ниже), он также играет важную роль в формировании костей и предупреждает апоптоз остеобластов и остеоцитов. Периодическое введение небольшого количества паратиреоидного гормона (parathyreoidhormone, PTH) увеличивает количество остеобластов, формирование костей и костную массу, и это установленное анаболическое средство для лечения остеопороза.
CDFA (core-bindingfactorsubnunitalpha1) – внутренний связывающий фактор субъединицы. Белок (ген), который кодирует белки из семейства миелоидных транслокаций. – Прим. перев.
Во время эмбрионального развития трубчатые кости (длинные кости) первоначально формируются как хрящи, которые потом постепенно замещаются костной тканью, – процесс, известный как эндрохондральное формирование костей. В отличие от этого, плоские кости, такие как черепные кости, формируются непосредственно из мезенхимального уплотнения путем процесса, называемого интрамембральной оссификацией (окостенением – англ. intramembranousossification). В течение раннего детства происходят оба моделирования костей (формирование и приобретение формы) и ремоделирование костей (замена или обновление), тогда как в зрелом возрасте ремоделирование костей является преобладающим процессом для поддержание целостности опорно-двигательного аппарата за исключением увеличения массы формирования костей, которое происходит после перелома. Большинство костей состоит из смеси плотной или кортикальной кости и внутренне трабекулярной (губчатой) костной ткани, обеспечивая оптимальный компромисс между силой и весом. Кроме того, обеспечивая поддержку крепления участков для мышц и защиту уязвимых внутренних органов, кости также обеспечивают «дом» для костного мозга и действуют как хранилище для минералов.
Остеобласты производят кости путем синтеза и направленного отбора коллагена 1-го типа, который составляет более 90% белков матрикса кости. Это вместе с некоторыми другими незначительными типами коллагенов, протеогликанами, фибронектином и специфическими костными белками, такими как остеопонтин, костный силапротеин и остеокальцин, становится неминерализованным гибким остеостероидом, на котором обосновываются остеобласты. Ригидность кости, которая отличается от других коллагеновых матриксов, обеспечивается костными минералами. Минерализация достигается за счет локального выброса фосфатов, которые производятся фосфатазами, присутствующими в производных от остеобластов мембраносвязанными матричными везикулами внутри остеоида. Вместе с обилием кальция в межклеточной жидкости он приводит к зарождению кальция и росту кристаллов гидроксиапатита [Ca10(PO4)6(OH)2]. Пропорция органического матрикса к минералу (в кортикальной кости у взрослых составляет примерно 60% минерала, 20% органического материала и 20% воды) является критической, чтобы обеспечить правильный баланс между жесткостью и гибкостью скелета.
