Остеопротегерин и его лиганды в регуляции костной резорбции: экспериментальные и клинические аспекты применения при эстрогендефицитных состояниях

C.B. Юренева

Отделение гинекологической

эндокринологии,

Научный центр акушерства,

гинекологии и перинатологии РАМН,

Москва

ОСТЕОПРОТЕГЕРИН И ЕГО ЛИГАНДЫ В РЕГУЛЯЦИИ КОСТНОЙ РЕЗОРБЦИИ: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И КЛИНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИ ЭСТРОГЕНДЕФИЦИТНЫХ СОСТОЯНИЯХ

В статье представлены сформулированные на основе проведенных в последние годы экспериментальных исследований современные представления о роли системы ОРС-КА]ЧК-КАМКЬ в местном паракринном механизме регуляции процессов остеокластогенеза и костной резорбции. Приводятся результаты первых клинических исследований прогностической значимости определений ОРв для оценки выраженности нарушений в костном метаболизме при эстрогендефицитных состояниях, а также данные об использовании ОРв — в качестве антирезорбтивного агента при лечении постменопаузального остеопороза.

Введение

В механизмах контроля костного метаболизма в последние годы отводится большое внимание местным факторам, обеспечивающим передачу сигналов со стороны системных (гормональных) и других регуляторов на клетки, участвующие в костном ремоделировании. При этом большой интерес исследователей привлекает влияние этих факторов на межклеточные взаимодействия, обеспечивающие поддержание нормального гомеостаза в костной ткани, что имеет целью уточнение патогенетических механизмов, приводящих к развитию остеопороза, и к поиску новых подходов к его терапии.

Следует отметить, что составляющие системы OPG—RANK-RAN KL имеют много синонимов, что нередко затрудняет сравнительный анализ сообщений разных авторов об их эффектах. Между тем уточнение структуры и механизма действия OPG показывает, что этот белок оказывается идентичным факторам OCIF, TR-1, FDCR-1 [14, 24, 25, 28, 30]. Аналогичным образом одним и тем же поверхностным рецептором остеокластов являются RANK и ODAR [11], а рецептор предшественников остеобластов RANKL идентичен ODF, SOFA, TRANCE, OPGL [12, 15, 21, 27]. Причиной указанных терминологических расхождений является то, что перечисленные факторы были открыты и начали изучаться практически одновременно в разных лабораториях, использовавших собственные обозначения. Поэтому некоторые специалисты [23] считают целесообразным «стандартизовать» семантические подходы при указании одних и тех же субстанций, т.е. предлагают использовать названия OPG—RANK—RANKL, отказавшись от дублирующих терминов. С учетом этих предложений, поддерживаемых и президент-стким комитетом, утвержденным Американским Обществом по изучению костного и минерального обмена (ASBMR — American Society for Bone and Mineral Research), в своем последующем изложении мы придерживаемся этих рекомендаций, т.е. используем именно термины OPG—RANK—RANKL.

Взаимодействия между составляющими системы RANK—RANKL—OPG в процессе регуляции костного ремоделирования

RANK, RANKL. При активации остеокластогенеза, провоцируемого теми или иными отклонениями системной гормональной регуляции (например, при повышении концентрации паратгормона) и иными причинами, усиливается взаимодействие между поверхностными рецепторами RANK и RANKL, экспрессируемыми, соответственно, предшественниками остеокластов (ОК) и стромальными остеобластами (ОБ). Интенсивное взаимодействие указанных рецепторов ОБ и предшественников ОК всегда происходит лишь после предварительной активации образования RANKL на фоне пермиссивного действия мак-рофагального колониестимулирующего фактора (M-CSF) [15].

Возрастание RANKL и его взаимодействие с RANK приводит к каскадным геномным трансформациям в костно-мозговых предшественниках ОК, превращающихся последовательно в преостеокласты и зрелые активные ОК, осуществляющие интенсивную резорбцию костной ткани [5, 7, 15]. При этом одновременно регистрируется торможение апоптоза зрелых ОК [7]. Введение мышам RANKL уже к концу первых суток сопровождается гиперкальциеми-ей, а к концу третьих — заметной потерей костной массы [15].

OPG. Механизм действия OPG состоит в том, что белок, образуемый остеобластами и клетками стромы, является своего рода «ловушкой» для остеобластных рецепторов RANKL. Взаимодействие OPG с RANKL лишает последние способности связываться с RANK-рецепторами предшественников остеокластов и осуществлять стимуляцию процесса остеокластогенеза. Таким образом, OPG является фактором, ингибирующим взаимодействие RANK с RANKL. Это, в свою очередь, обусловливает выраженный антирезорбтивный эффект, ассоциируемый с ослаблением процессов дифференцировки, созревания и активации зрелых ОК [10].

OPG был открыт в 1997 году сразу в трех лабораториях. Анализ его структуры показал, что он относится к гликопротеинам и обладает особенностями, позволяющими отнести его к семейству рецепторов фактора некроза опухолей — TNF [20]. Биологическая активность OPG была первоначально изучена на трансгенных мышах, у которых его образование интенсивно осуществлялось в печени. У таких мышей отмечалось развитие остеопетроза (резкого увеличения минеральной плотности) в бедреных костях и позвоночнике, что было связано с заметным уменьшением числа остеокластов без снижения численности их макрофагальных предшественников. Было также установлено, что в экспериментах in vitro добавление OPG в микст-культуру гемопоэтических и стромальных клеток сопровождалось дозозави-симым угнетением образования остеокластов в присутствии «классических» стимуляторов остеокластогенеза, включая l,25(OH)2D3, парат-гормон, простагландины Е2 и интерлейкин-11. В опытах in vivo подкожное введение этого фактора нелинейным мышам увеличивало у них костную массу [20].

Наоборот, у мышей с дефицитом OPG отмечалось раннее развитие остеопороза на фоне увеличения числа остеокластов, а также кальцификация аорты и ренальных артерий [16, 21]. Введение OPG оказывалось эффективным методом предотвращения таких осложнений [21].

Хотя OPG и образуется остеобластами, тем не менее его способны экспрессировать не только они, но еще и другие типы клеток, причем не только костной, но и других тканей, включая аорту и крупные артерии [11]. Вероятно с этим можно связать локальную кальцифи-кацию в них при дефиците OPG [2].

Заслуживает внимания, что в настоящее время предметом интенсивных исследований являются не только эффекты OPG на костный метаболизм, но и его роль в дифференцировке и регуляции активности Т- и В-лимфоцитов [12], а также в процессах апоптоза в самых различных тканях [8, 23].

Таким образом, многие причинные факторы, способствующие аномальному доминированию резорбции над формированием костной ткани, например, избыток паратгормона, витамина D3, простагландинов Е2, интерлейкина-11 [10, 23] или системная терапия глюкокортико-идами [4, 26] активируют остеокластогенез путем как блокады продукции OPG, так и за счет стимуляции образования RANKL. Эти данные способствовали формулированию гипотезы о том, что активность про- и антирезорбтивных агентов предопределяет уровни RANKL и OPG, финальное «конвергентное» соотношение которых собственно и контролирует степень остеокластной дифференцировки, активации и апоптоза [10].

Перспективы использования OPG в диагностике и терапии остеопороза, ассоциируемого с гипоэстрогенным состоянием

Обобщение результатов экспериментальных исследований in vitro позволило некоторым специалистам выдвинуть предположение, что остеопороз на фоне эстрогендефицитных состояний также развивается вследствие ослабления образования OPG, сочетающегося с усиленной экспрессий RANKL [9, 19, 20, 22]. Это стимулировало проведение клинических исследований, направленных, во-первых, на оценку диагностической значимости определений OPG в целях характеристики активности течения остеопоретического процесса и, соответственно, для прогнозирования вероятности переломов, и во вторых, для уточнения терапевтического потенциала OPG, используемого в качестве антирезорбтивного средства у больных с постменопаузальным остеопорозом

OPG как прогностический фактор вероятности переломов при постменопаузальном остеопо-розе. По данным A. Fahrleitner и соавт. [6] у женщин с остеопорозом и имевшими место спонтанными переломами уровень OPG сос-

тавляет 57±8 ре/гп1 против 97±10 pg/ml (р < 0,01) у женщин того же возраста без переломов. На этом основании указанными исследователями делается заключение о том, что у пациенток с остеопорозом снижение концентрации ОРО связано с возрастанием риска переломов, т. е. определение ОРО может быть использовано для прогнозирования данного осложнения. Другие авторы [17], наоборот, указывают что ООР оказывается повышенным при быстропрогрессирующем остеопорозе, сопровождающемся увеличением вероятности переломов. Возрастание ОРО у больных с ускоренной потерей костной ткани рассматривается этими исследователями как компенсаторная реакция, направленная на торможение избыточной активности остеокластов.

Отдельные специалисты [18], однако, весьма скептически относятся к клинической значимости определений ОРО для прогнозирования вероятности переломов при постмено-паузальном остеопорозе. По их наблюдениям, даже успешная терапия постменопаузального остеопороза эстрогенами (констатируемая при нормализации концентраций важнейших маркеров костного ремоделирования) не отражается на уровне ОРО, остающемся стабильно повышенным. Это означает, что определения ОРО в крови не позволяют прогнозировать вероятность переломов при остеопорозе и объективно отразить эффективность антирезорб-тивной терапии. Однако указанными авторами отмечается, что поскольку сами технические методы определения ООР пока еще далеки от совершенства, вряд ли сегодня можно сделать окончательное заключение о значимости регистрируемых отклонений ОРО для прогнозирования связанных с остеопорозом переломов и для оценки результатов лечения подобно тому, как это практикуется с использованием определений маркеров костного ремоделирования типа пиридинолина, дезоксипиридинолина и др. Во многом это связано с тем, что ОРО образуется не только в костной ткани [ 11 ] и поэтому его колебания в крови могут быть обусловлены теми или иными процессами, вообще не имеющими отношение к костному ремоде-лированию. То есть вопрос о том, насколько специфично общий уровень ОРО в крови отражает состояние именно костного гомеостаза пока остается открытым.

ОРО как потенциальное терапевтическое средство при лечении постменопаузального остеопороза. В оригинальных исследованиях по изучению биологической активности ОРО было обнаружено, что ОРО обладает костнопро-тективным действием у овариэктомированных крыс, использовавшихся в качестве модели постменопаузального остеопороза. Было пока-

зано, что OPG был столь же эффективен как антирезорбтивный агент, как и бисфосфонат памидронат [19]. Имеются сообщения о клиническом использовании OPG. В рандомизированном, двойном слепом, плацебоконтролиру-емом исследовании, включавшим 52 женщины в постменопаузе изучалась антирезорбтивная активность, переносимость и безопасность OPG [3]. В публикации P.J. Bekker и соавт. [3] сообщается, что единственная инъекция OPG (3 мг/кг) уменьшала экскрецию маркера резорбции N-телопептида на 80% через пять дней после введения, причем его уровень оставался стабильно пониженным в течение еще 4 недель. Переносимость препарата была хорошей. Эти данные продемонстрировали очевидную антирезорбтивную активность OPG у больных с ПМО. Однако, по заключению самих авторов, пока остается неясным, как длительно следует проводить такое лечение и насколько оно окажется эффективным по влиянию на абсолютные значения МПКТ и на частоту ассоциируемых с остеопорозом переломов.

Таким образом, несмотря на успехи экспериментальных исследований in vitro в изучении роли ОРО как антирезорбтивного агента, из-за крайне малого числа клинических наблюдений пока еще не представляется возможным достаточно объективно оценить его терапевтический и диагностический потенциал. Вполне очевидно, что для решения этого вопроса потребуются не только масштабные, но и многолетние исследования, сопоставимые с теми, которые были проведены при уточнении многих технических деталей, связанных с тактикой использования эстрогенов, бисфосфо-натов и других средств, применяемых сегодня для профилактики и терапии постменопаузального остеопороза.

Литература

1. Шварц Г.Я. Фармакотерапия остеопороза (лекарственные средства для лечения и профилактики) // М.: Медицинское формационное агенство, 2002.— 368 с.

2. Barengolts E.I., Berman М., Kukreja S.C. et al. Osteoporosis and coronary atherosclerosis in asymptomatic postmenopausal women // Calcif Tissue Int, 1998,- P. 62, 209-213.

3. Bekker P.J., Holloway D., Nalanishi A. et al. Osteo-protegerin (OPG) has potent and sustained anti-resorptive activity in postmenopausal women // J. Bone Miner Res, 1999; 14(Suppl 1): S.180.

4. Bornefalk £., Dahlen /., Johannsson G. et al. Serum levels of osteoprotegerin: effect of glucocorticoids and growth hormone //Bone, 1998; 23(Suppl 1): S.486.

5. Burgess T.L., Qian Y., Kaufman S. et al. The ligand for osteoprotegerin (OPGL) directly activates mature osteoclasts // J Cell Biol, 1999; 145:527-538.

6. Fahrleitner A., Dobning H., Leb G. et al. Osteoprotegerin serum levels in women: influence of age, bone mass, bone turnover and fracture status // Osteoporosis Int, 2002; 13 (Suppl.1): P. 161MO.

7. Fuller K., Wong B., Fox S. et al. TRANCE is necessary and sufficient for osteobiast-mediated activation of bone resorption in osteoclasts // J. Exp. Med.— 1998; 188: 997-1001.

8. Hofbauer L.C. Osteoprotegerin ligand and osteoprote-gerin: novel implications for osteoclast biology and bone metabolism 11 Eur. J. Endocrinol, 1999; 141:195-210.

9. Hofbauer L.C., Khosla S., Dunstan C.R. et al. Estrogen stimulates gene expression and protein production of osteoprotegerin in human osteobastic cells // Endocrinology, 1999; 140: 4367-4370.

10. Hofbauer L.C., Khosla S., Dunstan C.R. et al. The roles of osteoprotegerin and osteoprotegerin ligand in the paracrine regulation of bone resorption // J. Bone Miner Res, 2000; 15: 2-12.

11. Hsu H., Lacey D.L., Dunstan C.R. et al. Tumor necrosis factor receptor family member RANK mediates osteoclast differentiation and activation induced by osteoprotegerin ligand // Proc Natl Acad Sci USA, 1999; 96: 3540-3545.

12. Kong Y.Y. , Yoshida H., Sarosi I. Et al. OPGL is a key regulator of osteoclastogenesis, lymphocyte development and lymph-node organogenesis // Nature, 1999; 397:315-323.

13. Kostenuik P.J., Shalbhoub V. Osteoproregerin: a physiological and pharmacological inhibitor of bone resorption // Curr Pharm Design.— 2001,— Vol. 7,— P. 613-635.

14. Kwon B.S., Wang S., Udagawa N. et al. TR-1, a new member of the tumor necrosis factor receptor superfamily, induces fibroblast proliferation and inhibits osteoclastogenesis and bone resorption // FASEB J — 1998; 12: 845-854.

15. Lacey D.L., Timms £., Tan H.L. et al. Osteoprotegerin ligand is a cytokine that regulates osteoclast differentiation and activation // Cell.— 1998; 93: 165-176.

16. Mizuno A., Amizuka N., Irie K. et al. Severe osteoporosis in mice lacking osteoclastogenesis inhibitory factor/osteo-protegerin // Biochem Biophys Res Commun.— 1998; 247: 610-615.

17. Riggs B.L., Melton, III L.J., Atkinson E.J. et al. Evidence the postmenopausal women with vertebral fractures due to type I osteoporosis have enhanced responsiveness of bone to estrogen deficiency // Osteoporosis Int.— 2002; 13 (Suppl 1): P-33MO.

18. Rogers A., Pereda C.A., Naylor K.E. et al. Absence of a change in circulating levels of osteoprotegerin in response to subcutaneous estradiol implant in postmenopausal women // Osteoporosis Int.— 2002; 13(Suppl 1): P-328MO

19. Schevde N.K., Bendixen A.C., Maruyama M. et al. Estrogen inhibits RANKL stimulated osteoclastogenesis in isolated murine myeloid progenitors and the monocyte-macrophage cell line RAW 264-7 // J. Bone Miner Res, 1999; 14 (Suppl 1): S.150.

20. Simonet W.S., Lacey D.L., Dunstan C.R. et al. Osteoprotegerin: a novel secreted protein involved in the regulation of bone density [see comments] // Cell.— 1997; 89: 309-319.

21. Solan F, Jurdic P. Nouveaux concepts sur I'origine des os-teoclastes: relation avec les macrophages normaux et inflammatories // Medicine/Sciences — 1997; 13: 1285-1293.

22. Srivastava S.K., Weitzmann M.N., Chaudhari L.R. et al. Estrogen decreases the responsiveness osteoclast

precursors to OPGL by down regulating OPGL induced JNK activity // J. Bone Miner Res.— 1999; 14 (Suppl 1): S.177.

23. Suda T., Takahashi N., Udagawa N. et al. Modulation of osteoclast differentiation and function by the new members of the tumor necrosis factor receptor and ligand families // Endocr Rev.- 1999; 20: 345-357.

24. Tan K.B., Harrop J., Reddy M. et al. Characterization of a novel TNF-like ligand and recently described TNF ligand and TNF receptor superfamily genes and their constitutive and inducible expression in hematopoietic and non-hematopoietic cells //Gene.— 1997; 204:35-46.

25. Tsuda E., Goto M., Mochizuki S. et al. Isolation of a novel cytokine from human fibroblast that specifically inhibits osteoclastogenesis // Biochem Biophys Res Commun.— 1997; 234:137-142.

26. Vidal N.O., Brandstrom H., Jonsson K.B. et al. Osteoprotegerin mRNA is expressed in primary human osteoblast-like cells: down regulation by glucocorticoids // J. Endocrinol.- 1998; 159:191-195.

27. Wong B.R., Josier R., Choi Y. TRANCE is a TNF family member that regulates dendritic cell and osteoclast function // J. Leukoc Biol.- 1999; 65: 715-724.

28. Yasuda H., Shima N., Nakagawa N. et al. Identity of osteoclastogenesis inhibitory factor (OCIF) and osteoprotegerin (OPG): a mechanism by witch OPG/OCIF inhibits osteoclastogenesis in vitro // Endocrinology.— 1998; 139: 1329-1337.

29. Yasuda H., Shima N., Nakagawa N. et al. Osteoclast differentiation factor is a ligand for osteoprotegerin/osteo-clastogenesis-inhibitory factor and is identical to TRANCE/RANKL // Proc Natl Acad Sci USA.- 1998; 95: 3597-3602.

30. Yun T.J. , Chaudhary P.M., Shu G.L. OPG/FDCR-1, a TNF receptor family member, is expressed in lymphoid cells and is up-regulated by ligating CD40 // J. Immunol.— 1998; 161: 6113-6121.

OSTEOPROTEGERIN AND ITS LIGANDS FOR REGULATING THE OSTEAL RESORPTION: EXPERIMENTAL AND CLINICAL APPLICATION ASPECTS UNDER ESTROGEN DEFICIENCY CONDITIONS

Yureneva S.V.

The summary: Modern conceptions concerning the role of OPG-RANK-RANKL system in a local paracrinic mechanism of the regulation of osteoclastogenesis and osteal resorption processes are presented in this article. Here, results of the first clinical researches of prognostic signification of ORG determinations for estimating disruption manifestations in osteal metabolism under estrogen deficiency conditions as well as data on the OPG use as an anti-resorbable agent at the treatment of post-menopausal osteoporosis.

ЖУРНАЛЪ АКУШЕРСТВА и ЖЕНСКИХЪ БСШНЕЙ

ТОМ LIII ВЫПУСК 1/2004

ISSN 1684-0461'